通過采用以雙室雙層浮動床為制水設備，不僅能夠提高除鹽水系統的供給能力，而且能夠優化生產工藝，提高再生液的利用率，達到節能降耗增效益的目的。

一　全除鹽是電廠化學水處理的主要生產過程，除鹽水水質的好壞直接影響到全廠動力、熱力設備的安全、長周期運行。我廠原有除鹽水系統設計負荷為350t/h，由于“十五”改造的需要，外部所需除鹽水量大大增加；原有除鹽水制備設備不能滿足生產需要，且原系統存在一定的缺陷，改造已成必然。經過調研和充分論證，決定在原有制水系統設備的基礎上增加一套陰、陽雙室雙層浮動離子交換器。

二　生產系統工藝現狀及問題分析
（一）工藝流程
   我們熱化車間原有系統采用母管式運行方式，五臺陽床、五臺陰床及四臺除碳器并聯運行；其系統原理結構圖如圖1。這種運行方式有它的優越性：能單獨控制陰、陽床的失效終點，且在供水負荷波動頻繁、變化量大的情況下便于調整。作為如煉油化工行業的自備電廠，這種方式能夠很好地保證安全生產。

（二）原系統存在的問題
 原系統存在以下兩個方面的問題：
(1) 車間原有陰、陽床采用逆流再生有頂壓固定離子交換器，所用離子交換樹脂是大孔強型樹脂，工作交換容量小，所以制水量較小，酸、堿耗等能耗指標較高；且再生時對再生酸堿吸收不完全，沒有充分利用再生液就排放了，造成浪費而且環保廢水排放費用高。因我廠再生廢液需中和達標后方可直接向外排放。
(2) 逆流再生固定床再生步驟多，需要空氣頂壓，再生效果不穩定，受人為因素影響較大。
逆流再生固定床設備復雜，閥門多，全為手動控制，勞動強度大，操作工的主觀隨意性強，操作不標準化；床體中的中排管尼龍網套易破損，造成樹脂跑損

三　可行性分析
為擴大原有除鹽水系統處理量，同時解決原除鹽水系統工藝和設備上的不足和技術落后，降低成本和能耗，通過調研及充分論證，本著工藝技術領先且自動化程度高的原則，決定采用國內運用成熟且技術先進的雙室雙層浮動床來增加除鹽水處理量；采用PLC（Programmable Controller）對新增雙室雙層浮動床和整個再生系統進行控制。
（一）雙室雙層浮動床的工作原理
    雙室雙層浮動床是20世紀90年代中期從國外引進的先進化學除鹽水制備設備，具有負荷大、能耗低、操作簡單等優點，因此在國內被迅速推廣。它的主要結構如圖2。上下兩層裝有單頭水帽，中間裝有雙頭水帽的間隔離層。
它的主要特點是在罐體中裝填大孔弱型和凝膠強型兩種樹脂，而間隔離層起到使樹脂互不相混的作用。 前者工作交換容量大，并具有大孔樹脂抗污染的能力。但只能吸附生水中強堿（或強酸）根離子，后者工作交換容量小，但對生水中弱堿（或弱酸）離子有較強的吸附能力。
 

雙室雙層浮動床利用兩種樹脂的特點，制水時從下向上，大孔弱型樹脂先吸附生水中強堿（或強酸）根離子，凝膠強型樹脂再吸附生水中剩余的弱堿（或弱酸）離子，保證出水合格；再者弱型樹脂的結合H+（或OH－）的能力強，所以再生時可用強型的再生廢液再生就可取得很好的效果。再生時從上向下，凝膠強型樹脂先吸附高濃度再生液中H+（或OH－），再生液沒有吸附完的H+（或OH－），由大孔弱型樹脂吸附。因此對再生液能充分利用，排出的再生廢液酸（或堿）度低，減少了再生廢液中和處理量。
（二）性能比較
雙室雙層浮動床運行和再生方式既可提高制水量，又可降低酸（或堿）耗。再生時由于是從上到下，不需要空氣頂壓，簡化再生過程，比逆流再生固定床再生少6個步驟，在加較大程度上減少了人為因素影響。同時由于運行是從下向上，整體將樹脂托起，樹脂間空隙大，其*大流理可達288m3/h。
比較而言，國內傳統的逆流再生固定床，由于裝填單一型號強型樹脂，雖然能較好地吸附生水中的強酸堿離子，但工作交換容量小，而Φ3000固定床*大流量只能達176 m3/h。使得周期制水量小，能耗高。固定床的結構復雜，閥門多，中排管的尼龍網容易破損，既容易造成樹脂跑損，又增加維修工作量。且再生時必須空氣頂壓，不易操作，易造成樹脂亂層而使再生失敗。
浮動床與逆流再生固定床（以陰床為例）的部份性能指標對比如表1
表1  ：性能指標對比表
床型 流速m/h 周期制水量(t) 堿耗g/mol
雙室雙層浮動床Φ2800 50 9000~17000 ≤55
逆流再生固定床Φ3000 29 3500~5500 75~80

四　實施
（一）工藝方案
   在不改變原有系統的總體運行方式的情況下進行擴容改造。即采用原有的母管式制水系統，陰、陽床總制水能力要提高。采用在原有陰、陽床系統中各增加一臺雙室雙層浮動力床。系統原理方框圖如圖3。
 

中間水箱、除碳器，制水母管采用原有設備。單臺雙室雙層浮動力床工藝流程圖，如圖4。
 

（二）實施、運行狀況
在考慮滿足生產供水能力的情況下，根據原有廠房及場地的現狀，我們采用陰、陽各一臺Φ2雙室雙層浮動床運行的關鍵步驟是啟動成床，如控制不好，會造成樹脂亂層而影響制水量，受操作工操作水平影響較大，因此我們采用PLC系統來進行全運行和再生全過程程控。在陽床出口安裝在線Na+濃度監測表，在陰床出口安裝pH表和電導率表，PLC系統通過監測Na+濃度、PH值和電導率數據，控制運行狀況和失效點。
通過對再生系統的改造，加裝氣動隔膜閥、超聲波液位計和酸、堿濃度計，通過PLC系統控制再生液流速、濃度和酸堿用量，并供固定床和浮動床共同使用，達到自動再生目的。
對浮動床的操作控制分為兩大步即“再生”和“運行”，其工藝流程圖如圖4。
該系統在應用中設計了四種運行模式：點操――人工控制每歩各個閥門開關；歩操――人為控制每歩的時間；半自動控制分為“運行”——從“成床”至“停運”；“再生”——從“預噴射”至“備用”；全自動從“成床”—“運行”—“靜置”—“停運”—“預噴射”—“進再生液”—“置換”—“清洗”至再生完成達“備用”全過程。

五　經濟效益
（一）技術指標對比
該改造項目于2001年11月完成后，12月開始投用，到2002年5月，主要各項技術指標與固定床相比，如下表2：
表2  技術指標對比表 時間：2001年11月至2002年5月
 陽床周期平均制水量（t） 陰床周期平均制水量（t） 酸耗g/mol 堿耗g/mol 酸耗下降(%) 堿耗下降(%)
固定床 6280 4662 40.86 81.35  
浮動床 8488 9156 31.11 55.99 18.97 31.77
（注：酸、堿耗含義為陰、陽樹脂每除去生水中1mol的陰、陽離子所消耗的酸或堿耗量，是衡量離子交換樹脂化學除鹽的主要能耗指標。）
（二）經濟效益及社會效益
1、經濟效益
以全年一臺床制水50萬噸計算，一套陰陽浮動床比固定床節約的資金如下：
陽浮動床全年節約酸量（30%）＝(浮動床酸耗-固定床酸耗)×全年制水量×30÷0.3
＝(40.86-33.11)×500000×3.0÷0.3≈38.75噸
 經濟效益＝38.75×600(元/噸)≈2.32(萬元)
陰浮動床全年節約堿量(30%)＝(浮動床堿耗-固定床堿耗)×全年制水量×2.2÷0.3
 ＝(81.35-55.99)×500000×2.2÷0.3≈92.99噸
  經濟效益＝92.99×600(元/噸)≈5.57(萬元)
一套浮動床一年可節約資金約7.89萬元
注：①3mmol/l為陽床進水堿度和出水酸度的總和；
②2.2mmol/l為剩余的碳酸根離子的濃度和出水酸度的總和
2、社會效益
該系統采用了PLC系統，大大降低了操作工的勞動強度，提高了系統的可靠性和操作規范性。
雙室雙層浮動床的設備比原有固定床少了中排系統，減少了樹脂的跑損及檢修頻次。降低了再生自用水，減少了排放量。

（一）項目的應用和推廣價值
雙室雙層浮動床由于具有流量大、周期制水量大、能耗低等優點，自20世紀80年代末齊魯石化引進以來，技術已發展成熟，有較高的經濟效益及社會效益，石化企業熱電廠已逐步使用，代替逆流再生固定床進行一級除鹽。在要求供除鹽水量大的電廠具有很大的推廣使用價值。
（二）存在的問題及改進措施
(1) 開始成床步驟操作難度大，如亂層，會影響制水量。
(2) 因平時再生不能充分反洗，制水周期長容易積累懸浮物，如不進行體外再生（在清洗罐里反洗），各方面性能會下降。
(3) 提高PLC程控系統可靠性和操作工的技術水平。
(4) 安裝配套清洗罐，定期清洗樹脂。