锅炉补给水除盐系统周期制水量降低的原因分析

通过分析测量准确性、设备、树脂再生、水质、树脂性能等影响因素，确定阴树脂受到有机物污染是造成某电厂锅炉补给水一级除盐系统周期制水量降低的直接原因。提出并实施了三种处理方案，均不同程度地提高了周期制水量。比较并分析了三种方案的优缺点和效果差异的原因，碱性氯化钠复苏法的效果最佳，酸碱交替处理法可作为短期应急方案。分析了阴树脂受有机物污染的根本原因，提供了一个较为完整的除盐系统周期制水量降低原因分析思路，提出了改善或解决树脂受有机物污染问题的措施。

本文针对某电厂锅炉补给水一级除盐系统周期制水量降低问题，从各方面影响因素分析了其主要原因，提出并实施了三种处理方案，解决了周期制水量降低问题，并比较了三种处理方案的优缺点。针对阴树脂受有机物污染问题分析了原因并提出了建议措施和研究方向，对该问题的改善及解决具有一定的参考价值。

01 周期制水量异常降低情况简介

华中区域某电厂水源为江水，锅炉补给水处理系统工艺流程为：原水→机械加速澄清池（仅投加聚合氯化铝）→无阀滤池→机械过滤器→活性炭过滤器→阳床→除二氧化碳器→阴床→混床→除盐水箱。

锅炉补给水一级除盐系统（阳床+阴床）共有三列，阳树脂均为001×7强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，阴树脂均为201×7强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂。运行时以阴床出水电导率超过5 μS/cm或二氧化硅含量超过100 μg/L为标准执行树脂再生程序。2019年12月，一级除盐系统三列的周期制水量均持续为1 400～1500 m³左右，较往年同期的2 700～3000 m³有较大幅度下降，且阴床失效时二氧化硅高于100 μg/L，但电导率仍未到达5 μS/cm，周期制水量大幅度降低导致树脂再生频繁，除盐水产量低，存在机组除盐水补水量不足的风险。

02 周期制水量异常降低原因分析

通常，导致锅炉补给水一级除盐系统周期制水量下降的原因主要有失效判定指标测量的准确性、设备、再生、水质、季节变化、树脂等方面。为此，从这六方面进行了原因排查。

2.1 失效判定指标测量的准确性

一级除盐系统通常以阴床出水电导率、二氧化硅含量和阳床钠离子含量作为失效判定标准，监测指标的准确性直接影响失效终点的判断，进而影响周期制水量统计的准确性。该电厂以一级除盐系统阴床出水电导率、二氧化硅含量作为其失效判定标准，通过对在线电导率表和硅表进行校验、采用经检定的便携式电导率表进行比对、不同人员手工分析二氧化硅含量，确认指标测量准确，可排除失效判定指标测量不准确导致周期制水量统计不准确的可能。

2.2 设备因素

影响周期制水量降低的设备因素有：阀门内漏、管道外漏、离子交换器内部缺陷引起偏流等。通过排查，未发现与运行及再生相关的阀门及管道存在内漏、外漏现象，运行时树脂界面平整，无偏流。因此，可以排除一级除盐系统设备本身问题的影响。

2.3 再生因素

影响周期制水量的再生因素主要包括再生工艺和再生液质量，具体为：再生方式（顺流、逆流、动态、静态）、再生时间、再生液浓度、再生液流速、再生温度、再生剂质量。经确认，树脂再生步序参数与往年相同，再生操作均按照规程进行，周期制水量降低期间再生液的温度虽然较其他时间低，但与往年同期相当。而且每批次再生所用酸碱的入厂验收结果显示酸碱质量符合要求，且其各项验收指标无明显变化，因此可排除再生因素对周期制水量的影响。

2.4 水质因素

电厂取水水源固定，查阅电厂近三年的原水水质全分析报告，其中的部分指标如表1所示。可见，每年12月份原水的含盐量较6月份高，但每年同期的原水含盐量无明显变化，但有机物含量（COD）呈上涨趋势。检测活性炭过滤器出水的COD为6 mg/L左右（见表2），已超出《发电厂化学设计规范》（DL 5068—2014）规定的阳离子交换器进水COD要求（＜2 mg/L）。因此可排除原水含盐量因素对周期制水量的影响，但有机物含量升高这一因素可能导致离子交换器树脂受到污染而影响周期制水量。

2.5 季节因素

季节主要影响原水水质和再生温度，由于本次周期制水量降低是与往年同时期相比较，通过上述再生因素和水质因素的分析，可排除季节因素造成本次周期制水量异常降低的可能。

2.6 树脂因素

树脂的性能会直接影响周期制水量，为此取一级除盐系统第一列的阳树脂和阴树脂进行检测分析。目视阳树脂为金黄色，较出厂初始颜色无明显加深；阴树脂为深棕色，较初始颜色严重加深。将阴树脂用碱性氯化钠（4%NaOH+10%NaCl）溶液浸泡后，溶液呈棕褐色。

参照《火力发电厂水处理用001×7强酸性阳离子交换树脂报废标准》（DL/T 673—2015）和《火力发电厂水处理用201×7强碱性阴离子交换树脂报废技术导则》（DL/T 807—2019），对树脂进行了检测分析，结果如表3所示。阳树脂各项指标正常，但阴树脂的有机物含量（以CODMn计）高达7 914.9 mg/L，已达到DL/T 807-2019中“CODMn≥2 500 mg/L”的报废标准。

阴树脂被有机物污染后，一般呈现以下特征：

①树脂颜色加深，由最初的淡黄色或乳白色变为深棕色、棕褐色或者黑褐色；

②再生时正洗用水量增加，周期制水量降低；

③出水电导率升高、pH下降；

④出水中硅含量增大，阴床提前漏硅；

⑤工作交换容量下降。

将该电厂一级除盐系统周期制水量下降后的特征与上述特征进行对比发现，树脂颜色、浸泡液颜色、出水水质变化、有机物含量等方面与阴树脂受有机物污染后的特征基本一致。

2.7 小结

通过上述各方面影响因素分析，确定阴树脂受到有机物污染是导致该电厂一级除盐系统周期制水量下降的直接原因。

03 阴树脂受有机物污染原因分析

天然水中能引起阴树脂污染的有机物主要是腐植酸和富里酸两类物质，结构上带有许多苯环、羧基和羟基等，属于羧酸类混合物，分子尺寸大小不一。当含有机物的水通过阴树脂时会发生以下三种相互作用：

①阴树脂对有机物的关卡作用，主要为尺寸较大的有机物经过树脂内部孔道较小的部位时被卡住。

②阴树脂对有机物的离子交换作用，有机阴离子与树脂内部的功能基团以化学键结合在树脂内部。

③阴树脂对有机物的物理吸附作用，基于相似相容原理，目前广泛使用的苯乙烯系阴树脂与水中有机物的疏水性芳环之间存在较强的范德华引力和离子力。

根据文献可知，混凝澄清对悬浮态有机物的去除效果较好，但对溶解态有机物的去除率极低，活性炭对天然水中有机物的去除率为20%左右，但活性炭吸附的吸附能力随着使用会逐步降低直至无效，活性炭如果不更新或者再生，最终其对有机物几乎无去除能力。该电厂采用混凝和活性炭过滤器预处理工艺，对有机物具有一定的去除效果，但活性炭已使用近4年时间，未更换，只定期反洗。由活性炭过滤器出水COD测试数据（见表2）可知，活性炭过滤器出水COD较原水仅稍有降低，去除有机物效果较差，未被去除的有机物会与阴树脂发生上述3种相互作用，而且原水有机物含量逐年上涨，经长期运行累积，越来越多的有机物会存于阴树脂中，最终导致阴树脂受有机物污染，且常规再生方法不能将其恢复至正常水平。