體外再生型凝結(jié)水處理系統(tǒng)中樹脂的輸送技術(shù)
一、前言
在體外再生型凝結(jié)水處理系統(tǒng)中，樹脂作為被轉(zhuǎn)移的對(duì)象在混床及各再生設(shè)備間進(jìn)行來回的輸送。當(dāng)樹脂從一設(shè)備向另一設(shè)備內(nèi)輸送時(shí)，如果輸送得不徹底，將會(huì)造成混床間樹脂量有的多有的少，并且會(huì)帶來陽陰樹脂的體積比失調(diào)、混床的出水水質(zhì)變差等一系列不良后果。
根據(jù)樹脂在設(shè)備間的輸送情況，樹脂的送出率主要與設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、樹脂本身的流動(dòng)性能及操作方式等因素有關(guān)。由于球形樹脂顆粒在水溶液中并非是自由流動(dòng)的，因而將樹脂視為自由流體或忽視設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的布置，都將影響到樹脂的輸送效果。
二、樹脂的流動(dòng)性能
對(duì)于樹脂在水中的流動(dòng)能力，可以用樹脂顆粒在水中的休止角（Angle of repose）來表示，休止角的大小隨測(cè)量方法的不同而稍有差異，一般情況下，當(dāng)粒狀物料的休止角小于30°時(shí)較易流動(dòng)，大于30°時(shí)其流動(dòng)能力將受到一定的限制。在試驗(yàn)室條件下，可以采用容器傾斜法測(cè)試不同類型樹脂的休止角，即在一裝有除鹽水的圓柱體中加入樹脂樣，使樹脂完全沉浸于水中，然后逐漸地傾斜圓柱體，至樹脂層表面有樹脂顆粒流動(dòng)為止，此時(shí)樹脂層表面與水平面所形成的夾角稱為樹脂的休止角。
樹脂休止角的大小與其密度、粒度、形狀及陽陰樹脂顆粒間的靜電效應(yīng)等因素有關(guān)，對(duì)于凝結(jié)水處理系統(tǒng)中應(yīng)用的D001、D201普通型樹脂，其休止角一般為23—27°；對(duì)于高速混床專用的D001MB、D201MB型樹脂（粒度性能較好），其休止角通常在21—24°的范圍內(nèi)。一般來說，陰樹脂的流動(dòng)性能較陽樹脂好，混合樹脂較陽、陰樹脂的流動(dòng)能力要差，粒度分布較均勻的D001MB、D201MB型樹脂的流動(dòng)性能較粒度分布較差的D001、D201 型樹脂要好。
實(shí)際上，樹脂顆粒的流動(dòng)能力還與樹脂層的壓實(shí)情況有關(guān)，例如將混勻的樹脂層敲實(shí)后，可測(cè)得樹脂對(duì)應(yīng)的休止角約增大2—4°。
三、分離器內(nèi)樹脂分層后的送出
在一些體外型再生系統(tǒng)中，對(duì)于分離器內(nèi)反洗分離后的陰樹脂及中間混脂層樹脂的送出，一般采用由下往上的方式進(jìn)行抽取，例如國(guó)產(chǎn)T塔型再生系統(tǒng)中，分離器內(nèi)的陰樹脂及混脂的送出裝置均為支管與分配器連接的輻射形分布型式，其中12根34×4的支管上各對(duì)稱地開有7個(gè)6.5的通孔，如圖一、圖二：
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由于混脂的流動(dòng)性能所限，加上輸脂支管的分布情況，在將分離器內(nèi)的陰樹脂及混脂送出后，陽樹脂層表面的樹脂呈高度不一的丘陵?duì)。此外，從輸脂支管的開孔情況來說，一方面開孔率較低（0.22%），另一方面越靠近分離器的器壁，相鄰支管間孔與孔的間距也越大，即越靠近分離器的器壁，所形成的樹脂小丘越高。因而在將分離器內(nèi)的陰樹脂、混脂送出后，保留下來的陽樹脂表面總是殘留有一層30—50mm厚的陰樹脂。
還有不少類型的凝結(jié)水處理再生系統(tǒng)中，僅在分離塔的側(cè)面開一個(gè)輸送孔而試圖將界面上方的樹脂送出，實(shí)際應(yīng)用的情況表明，由于樹脂的流動(dòng)性能所限，由分離塔的上部進(jìn)水后不可能將界面上方的樹脂較完全地送出。送脂結(jié)束后，分離塔內(nèi)樹脂的堆積狀況將形成如圖三所示的形式：
 圖三 側(cè)面開孔的分離塔送出樹脂后的堆積狀態(tài) |
有一些電廠采用從分離器的底部進(jìn)反洗水將樹脂層托起的方法，以改善表面層樹脂的流動(dòng)能力而將界面層上方的樹脂送出，但此種送脂方式存在著反洗水流量不易掌握及界面下的陽樹脂過多送出等問題。故從根本上來說，要較好地解決陽樹脂層中混雜陰樹脂量過多的問題，還應(yīng)當(dāng)在樹脂的送出方式上加以考慮，例如送出上部陰樹脂層后，再由分離器的底部送出下部的陽樹脂層，中間的混脂層樹脂可另作處理。
四、再生器內(nèi)樹脂的送出技術(shù)
1.再生器底部的結(jié)構(gòu)型式對(duì)樹脂送出效果的影響
在體外再生型設(shè)備中，下部的出水裝置一般采用母支管、平面多孔板水帽及碟形多孔板水帽等型式，再生器的輸脂底面相應(yīng)地為下封頭、平板及碟形板（表面襯膠）等構(gòu)成。實(shí)際應(yīng)用的情況表明，當(dāng)再生器內(nèi)的樹脂通過水力送出后，視再生器底部結(jié)構(gòu)形式的不同，器內(nèi)樹脂的送出效率各不相同。
為了解再生器底部的結(jié)構(gòu)型式對(duì)器內(nèi)樹脂送出率的影響，在漢川電廠I期工程的T塔型再生系統(tǒng)及II期工程的三塔式二次反洗分離再生系統(tǒng)中，對(duì)出水裝置分別采用母支管及平面多孔板兩種型式的陽再生器進(jìn)行了樹脂的送出試驗(yàn)，其中陽再生器中心樹脂輸出口的直徑均為?80。
在采用上部進(jìn)水的方式將陽再生器內(nèi)的樹脂送出后，再由陽再生器的下部通入約240m3/h的大流量低壓力空氣將器內(nèi)的殘脂充分地?cái)噭?dòng)起來，然后由陽再生器的上部通入0.30MPa左右的再生用壓縮空氣將器內(nèi)的殘脂送出至貯存罐。上述的操作可重復(fù)進(jìn)行，直至器內(nèi)殘留的樹脂量極少時(shí)為止，然后測(cè)出樹脂輸送至貯存罐前后罐內(nèi)樹脂層高度的變化，估測(cè)出陽再生器內(nèi)樹脂送出后的殘留量，測(cè)得的結(jié)果如表一：
表一 上部進(jìn)水時(shí)陽再生器樹脂送出后的殘留量 |
注：根據(jù)對(duì)陽再生器開塔檢查的結(jié)果表明，采用上部進(jìn)水的方式將樹脂送出后，器內(nèi)殘留的樹脂層與出水裝置（距底部100—110mm）幾乎持平，即殘脂量約有200L左右，與上述的測(cè)量結(jié)果相符。
由此可見，盡管采用下封頭的陽再生器器內(nèi)殘留的樹脂量相對(duì)要少一些，但器內(nèi)的樹脂送出后均有較多的殘留量。
2.送脂方式對(duì)樹脂送出效果的影響
在利用水力將再生器內(nèi)的樹脂送出的過程中，不同的進(jìn)水方式對(duì)樹脂送出后的殘留量有較大的影響。當(dāng)再生器采用下部進(jìn)水的方式送脂時(shí)，由于水流經(jīng)過再生器底部的進(jìn)水裝置后具有擾動(dòng)的作用，加強(qiáng)了底部樹脂的流動(dòng)性，從而使樹脂在器內(nèi)的殘留量有所減少。表二是在T塔型再生系統(tǒng)中，對(duì)陽、陰再生器內(nèi)的樹脂分別通過上部進(jìn)水及下部進(jìn)水的方式將器內(nèi)的樹脂送出后，應(yīng)用前述方法對(duì)器內(nèi)殘脂量測(cè)得的結(jié)果：
表二 不同送脂方式下再生器內(nèi)樹脂的殘留量 |
按照T塔型再生系統(tǒng)中對(duì)送脂方式的操作要求，陽再生器內(nèi)的陽樹脂采用上部進(jìn)水的方式送出、陰再生器內(nèi)的陰樹脂采用下部進(jìn)水的方式送出，由上述的測(cè)定結(jié)果可知，陽、陰再生器內(nèi)的樹脂送出后，器內(nèi)平均的殘留量分別占陽、陰樹脂總量的13.5%、2.4%。
因此，要將再生器內(nèi)的樹脂較完全地送出，應(yīng)使送脂的水流通過再生器內(nèi)的反洗進(jìn)水裝置后對(duì)底部的樹脂層有一定的擾動(dòng)作用，這樣才能提高樹脂的送出率。在 T塔型再生系統(tǒng)中，陽、陰再生器內(nèi)的反洗進(jìn)水裝置均由12根呈輻射形分布的支管組成，陽再生器內(nèi)的每根支管上水平開有2×7只?8的孔（支管上包網(wǎng)二層）；陰再生器內(nèi)的每根支管上水平開有2×4個(gè)?6的孔。由此可知，由于陽、陰再生器內(nèi)的反洗出水孔在器內(nèi)呈水平分布，水流對(duì)底部樹脂層的擾動(dòng)作用不強(qiáng)，故器內(nèi)的樹脂送出后仍有一定的殘留量。
在三塔式二次反洗分離再生系統(tǒng)中，根據(jù)對(duì)底部反洗進(jìn)水裝置采用碟形多孔板水帽的陰再生器、貯存罐送脂情況的檢查，由于反洗的水流經(jīng)多孔板上分布的不銹鋼繞絲水帽后，對(duì)再生器底部的樹脂層有較強(qiáng)的擾動(dòng)作用，故采用下部進(jìn)水的方式將器內(nèi)的樹脂送出后，通過再生器的窺視窗觀察底部幾乎無殘留的樹脂存在。
五、混床樹脂的輸送
1.輸脂管管材的選用及管道的布置
前幾年投產(chǎn)的一些凝結(jié)水處理工程中應(yīng)用噴塑管作樹脂的輸送管，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行后管內(nèi)的噴塑層出現(xiàn)脫落，致使樹脂在向混床內(nèi)送入時(shí)，由于混雜在樹脂中的碎塑片卡在床內(nèi)的進(jìn)脂支管中，引起了樹脂的堵塞現(xiàn)象；還有的工程在輸脂管的法蘭口處襯膠，也因襯膠脫落而將輸脂管堵住，因此對(duì)于包括法蘭在內(nèi)的樹脂輸送管管系，均應(yīng)采用不銹鋼材質(zhì)。
在樹脂輸送管道的布置方面，應(yīng)盡量避免采用過多的彎頭，尤其是一些90°的直角彎頭，此外在樹脂輸送管系的盡頭，還可以接入沖洗水，以便在樹脂輸送完后對(duì)輸脂管死角處的樹脂進(jìn)行反沖。
2.混床底部結(jié)構(gòu)型式的選擇
體外再生型混床底部出水裝置的結(jié)構(gòu)型式大致可分為三類，即平板多孔板水帽、碟形多孔板水帽及支管帶出水水帽的母支管等型式，根據(jù)再生器底部的結(jié)構(gòu)型式對(duì)樹脂送出效果的影響可知，要保證混床內(nèi)失效的樹脂有較完全的送出，采用碟形多孔板的型式應(yīng)是較好的選擇。例如Beclo混床，其出水裝置為支管帶出水水帽（共60個(gè)）的母支管型式，混床的下部為水泥澆灌結(jié)構(gòu)，底面周邊向樹脂輸出口中心傾斜5°，樹脂輸出口直徑100mm，在對(duì)失效樹脂采用普通的水送、氣送方式進(jìn)行操作時(shí)，床內(nèi)總殘留有約100—300L的失效樹脂（約占樹脂總量的3—8%左右）。
3.旋流水管的設(shè)置
由于凝結(jié)水處理混床底部的截面積較大，加上床內(nèi)的樹脂經(jīng)運(yùn)行壓實(shí)后流動(dòng)性較差，使得混床內(nèi)樹脂的送出較再生器內(nèi)樹脂的送出要困難，故一般來說床內(nèi)應(yīng)設(shè)置有進(jìn)旋流水的裝置（旋流水水量以控制在10m3/h左右為宜）。
至于旋流水管在混床內(nèi)的安裝有兩處可供選擇，一是設(shè)置在混床的上部即位于樹脂層表面，二是設(shè)置在混床的下部即位于樹脂層的底部。從實(shí)際應(yīng)用的情況來看，兩種設(shè)置方式使用的效果相差不大，但如果旋流水管設(shè)置在混床的底部，則應(yīng)在管中采取加裝濾網(wǎng)之類的措施，以防止混床運(yùn)行時(shí)床內(nèi)的樹脂倒灌造成旋流水管的堵塞。
4.混床內(nèi)樹脂送出的操作技術(shù)
就樹脂的輸送而言，保證混床內(nèi)失效樹脂的徹底送出是至關(guān)重要的，通常采用水送、氣送等方式送脂時(shí)，床內(nèi)不免總是多多少少地殘留有一些樹脂，因而掌握混床內(nèi)樹脂的送出技術(shù)也是關(guān)鍵性的一環(huán)。
目前混床內(nèi)樹脂的送出方式一般是先進(jìn)行水送操作，即由混床的底部通入20－30m3/h的反洗水，并同時(shí)通入10m3/h左右的旋流水，利用水力將床內(nèi)的樹脂攪動(dòng)后壓出。待樹脂的水送操作完畢后，停止向床內(nèi)進(jìn)水，再由混床的上部通入0.30MPa左右的壓縮空氣，將床內(nèi)殘留的樹脂壓出。
在樹脂輸送的過程中，采用氣力送脂的目的主要是為了將混床內(nèi)反沖起來并處于懸浮狀態(tài)的少量樹脂送出，事實(shí)上在水力送脂的后期，由于水流的帶動(dòng)作用，送脂初期擾動(dòng)的樹脂顆粒已逐漸地沉降下來，因而在氣力送脂時(shí)，懸浮于水中的樹脂顆粒通常是極少量的，實(shí)際上只有在氣送樹脂臨近結(jié)束時(shí)，從樹脂管監(jiān)視窗中才會(huì)觀察到有一些樹脂送出來。
需要指出的是，對(duì)于排水后的濕態(tài)樹脂，由于樹脂顆粒間水分的表面張力作用，其休止角視粘結(jié)情況一般在60—120°之間，因此這種形態(tài)樹脂的流動(dòng)性是非常差的。從這一結(jié)論上可知，水力壓出后殘留在床底的濕態(tài)樹脂是難以被氣流帶出的，至于在氣送后期能送出一部分殘脂，可以認(rèn)為是由于氣送后期床內(nèi)水面波動(dòng)的影響，使與水面接觸的那部分樹脂隨水面的下降而下滑到水中，并隨水流被氣力壓出。
根據(jù)上述對(duì)送脂過程的分析，較好的操作方法應(yīng)為：當(dāng)混床內(nèi)的樹脂水送操作完后，繼續(xù)保持10m3/h左右的旋流水量，使床內(nèi)殘余的樹脂在旋轉(zhuǎn)水流的作用下充分地帶動(dòng)起來，再?gòu)幕齑驳捻敳客ㄈ雺嚎s空氣，利用氣力將懸浮于水中的樹脂從床內(nèi)壓出。
表三是在不同的水送及氣送方式下，將Beclo混床內(nèi)的失效樹脂送出至陽再生器后，再采用多次水送、氣送的方法將床內(nèi)的殘脂盡量地送入至陽再生器中，然后根據(jù)殘留樹脂送入至陽再生器后器內(nèi)樹脂層的高度差，估算出混床內(nèi)樹脂送出后在床內(nèi)的殘留量。
表三 不同送脂方式下混床內(nèi)樹脂的殘留量 |
從上述的測(cè)量結(jié)果可知，盡管氣送時(shí)采取了同時(shí)進(jìn)旋流水的措施，但樹脂送出后仍有一定的殘留量，故在實(shí)際的操作中，氣送樹脂這一步可重復(fù)進(jìn)行一次。
六、總結(jié)
對(duì)于體外再生型凝結(jié)水處理系統(tǒng)中樹脂的輸送而言，樹脂的送出率與設(shè)備內(nèi)部的結(jié)構(gòu)型式、樹脂本身的流動(dòng)能力、送脂水流的分布及操作技術(shù)等因素有關(guān)，綜合前面的分析可得出下述幾點(diǎn)結(jié)論：
1.在選用樹脂方面，考慮到樹脂的濕真密度越小、粒度分布越均勻，在水中的流動(dòng)能力也越強(qiáng)，故應(yīng)盡量選用粒度分布均勻的樹脂。
2.對(duì)于分離器內(nèi)陰樹脂及混脂輸脂裝置的型式，應(yīng)能達(dá)到排脂孔均勻分布的目的，同時(shí)還必須保證裝置的開孔率滿足要求（可選用≥0.5%）。
3.不論是混床，還是各再生設(shè)備，在樹脂輸出管的布置方面，要有利于樹脂的送出（例如直徑較大的混床可采用兩個(gè)輸脂孔）；設(shè)備的底部應(yīng)有一定的傾角；底部的進(jìn)水裝置要有利于水流將邊角的樹脂層擾動(dòng)起來。
4.在操作技術(shù)方面，要求選用適當(dāng)?shù)乃椭绞，?dāng)樹脂的輸送不徹底時(shí)，應(yīng)進(jìn)行重復(fù)的送脂操作，保證器內(nèi)樹脂的送出率達(dá)99%以上。
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