离子交换装置

离子交换装置（精选七篇）

离子交换装置 篇1

煤炭综合加工是以煤为媒介,通过技术创新,对多种单项煤炭加工转化技术进行耦合、集成,联合生产多种清洁燃料、化工原材料以及热能、电力等产品,综合提高煤炭的利用效率,增加煤炭的利用价值[1], 主要有煤制油、煤制烯烃、煤制天然气、煤制醇类五大技术路线。

热交换设备是煤炭综合加工装置中重要的组成部分,数量多,形式多样,是各种物料 / 介质进行热交换的通用工艺设备,占其装置设备投资的20% 以上。煤炭综合加工工艺中产生的腐蚀性介质主要是循环水、煤气、煤焦油等,在生产过程中热交换设备在这些腐蚀性介质长期冲刷、侵蚀下发生腐蚀,造成泄漏。有些腐蚀性介质易燃易爆,极易引发火灾和爆炸,酿成重大的安全、环保事故。

1热交换设备的腐蚀机理

煤炭综合加工工艺中产生的煤气由氢气、一氧化碳、甲烷、氧气、氮气、碳氢化合物、氨、硫化氢等组成,产生的液体有水、氯化铵、焦油等[2]。在复杂繁琐的工艺流程中,液相和气相在不同的热交换器中进行热交换,以便生产的连续进行。在此过程中,热交换器被腐蚀,主要有循环水和硫化氢露点腐蚀等。

1.1循环水腐蚀

在工业生产中,低于150℃的工艺介质普遍采用循环水冷却方式。循环水在使用过程中不断蒸发,使水中难溶的盐类浓缩,在热交换器传热表面造成沉积结垢,腐蚀性离子Cl-、SO42-等浓度增大,腐蚀性变强。在循环水中滋生和形成的生物黏泥附着在热交换设备传热表面,不但能腐蚀热交换设备,而且会减缓循环水的流量,从而降低热交换设备的换热效率。

循环水系统中金属微生物腐蚀形式有均匀腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀破裂三种腐蚀形态,但主要是点蚀,包含垢下腐蚀和细菌腐蚀两种形式。

1.2H2S腐蚀

煤气化工艺过程中产生大量的H2S气体。在露点温度范围内,H2S在水中电解:

钢在硫化氢水溶液中发生化学反应形成Fe S,遇见空气可发生自燃。

阴极过程2H+ + 2e-——2H(部分渗透)——H2↑。

在氧和水作用下,Fe S转变成硫和氧化铁。

钢在硫化氢水溶液中,发生化学反应产生Fe S,产生一般腐蚀。反应形成的氢原子向钢中渗透并扩散,引发钢的氢脆、氢鼓泡,也可诱发硫化物应力腐蚀破裂。

H2S和铁生成的硫化亚铁膜,当介质的p H大于6时,可以减缓腐蚀速率,起到一定的防腐作用。然而,当介质中含有CN-时,它可以溶解Fe S保护膜,产生加速腐蚀反应进行的络合离子Fe(CN)64-:

Fe与Fe(CN)64-反应生成亚铁氰化亚铁Fe2[Fe(CN)6] :

2Fe + Fe(CN)64-——Fe2[Fe(CN)6] ↓(白色沉淀物)。

当装置停工时,Fe2[Fe(CN)6] 氧化,生成普鲁士蓝亚铁氰化铁Fe4[Fe(CN)6]3。

在此腐蚀环境中,碳钢发生均匀腐蚀、氢鼓泡、氢诱发裂纹、硫化物应力腐蚀开裂等,奥氏体不锈钢呈硫化物应力腐蚀开裂。

1.3HCl—H2S腐蚀

在煤炭综合加工工艺过程中,无机盐类加热到一定程度后发生水解,产生HCl气体。当HCl、H2S处于干态时,对钢铁无腐蚀性。但是,在换热设备中出现冷凝水滴,HCl即溶于水成为盐酸,产生盐酸腐蚀;若存在H2S,可加速对换热设备的腐蚀。HCl和H2S相互促进,构成循环腐蚀,存有气—液两相转换部位的换热设备腐蚀现象较为严重。反应如下:

在此腐蚀环境中,碳钢出现的腐蚀形态是均匀腐蚀和点蚀。奥氏体不锈钢为氯离子存在下的应力腐蚀开裂。

1.4CO2—H2O腐蚀

该腐蚀环境存在于煤炭综合加工工艺的加氢、制氢装置中,在CO2—H2O环境中腐蚀反应:

在此腐蚀环境中,碳钢呈现不均匀的冲刷腐蚀状态。

1.5氨腐蚀

液氨对碳钢的腐蚀性很小,但在煤炭综合加工生产过程中,由于液氨中存在O2及CO2,会产生液氨的阳极溶解型应力腐蚀开裂。

阴极反应为:O2 + 2NH4 + + 4e——2OH- +2NH3,

阳极反应为:2Fe——2Fe2++ 4e,

整个反应为:O2 + 2NH4+ + 2Fe——Fe2++2OH-+ 2NH3。

当与CO2共存时,则生成碳酸铵:

铵离子浓度增加,存在的CO2加速了碳钢的应力腐蚀开裂。

2热交换设备的防腐对策

国内外石油炼化、化工行业对热交换设备腐蚀与防护做了大量的研究,所采取的防腐蚀手段主要有如下三类。

2.1设计上采取耐蚀材料

从设计材质上采取更耐蚀的材料。在HCl—H2S腐蚀环境中,有些热交换设备腐蚀最重部位为进口端管长150 mm之内范围。在不影响流速的情况下,管口加装钛合金保护套管可防止进口端局部腐蚀。大部分的热交换设备是普碳钢或低合金钢,抗硫化氢腐蚀能力较差。在腐蚀严重的部位采用1Cr18Ni9Ti、08Cr2Al Mo不锈钢,能取得较好的防腐效果[2]。还可以在同一热交换设备上使用多种合金钢以有效应对煤化工厂工艺链中复杂的腐蚀环境。

2.2加强工艺操作管理

加强生产操作,尽可能减少装置系统中的腐蚀因素,添加合适的缓冲剂都能有效降低热交换设备的腐蚀速率。在腐蚀严重的管线和设备处,开展在线腐蚀监测,能及时发现问题,避免因腐蚀穿孔造成设备泄漏,影响装置的正常运行。

2.3优化设备布局和结构

优化热交换设备在装置流程中的位置,避免介质流体对设备的影响,包括热应力、液体停滞、局部过热等。热交换器设备结构上要尽量使介质均匀流动和分配,减少涡流和缝隙;在进口流速较大的热交换设备法兰口处加装导流筒,避免介质液体偏流造成的局部腐蚀,延长换热设备使用时间。

3使用带有涂层或镀层的热交换设备

热交换设备承担着煤炭综合加工工艺生产中各种物料介质的传热,极易受到腐蚀性介质的腐蚀,直接影响生产装置的安全运行状态。在热交换设备表面涂覆一层防腐蚀涂料、涂层或镀层,利用涂层或镀层的耐蚀、抗渗等功能保护热交换设备表面免受介质侵蚀、冲刷,减缓腐蚀速率,起到防腐蚀效果,延长设备使用寿命。

目前国内热交换设备防腐方式主要有:

(1)耐高温有机涂层防腐(TH-847、TH-901、LX-06、HL-2、PPS等);

(2) 镀层防腐(Ni-P、Ni-Sn-P、Ni-PTFE-P化学镀);

(3)渗铝层防腐;

(4)电极保护。

参照防腐效果和经济、施工因素,现在国内化工行业热交换设备防腐工程使用最多的是耐高温有机涂层防腐和镀层防腐,再辅以电极保护,能取得良好的防腐效果。

依据山东蓝星清洁防腐公司在长期科研和生产实践中积累的经验,常用热交换设备涂层主要有TH-847、901涂料涂层、LX-06(DH-22)、08涂料涂层;镀层为Ni-P合金镀层[3]。根据热交换设备不同的工况,可选择不同的防腐方式。一般分为管程防腐、壳程防腐、管程—壳程同时防腐,并且根据实际需要同一换热设备的管程和壳程可以用两种材料进行防腐。

3.1TH- 系列涂料涂层

TH- 系列防腐涂层涂料是由中国海洋局天津海水淡化和综合利用研究所防腐蚀研究中心在CH-784涂料的基础上研制出的第二代专用防腐涂料。包括TH-847防腐涂料、TH-901涂料。

TH-847防腐涂料,具有优良的耐水性,在150℃下使用,耐海水、咸水、工业循环用水等。该涂料的涂层坚硬光滑,不易吸附滞留物与水垢。其涂层管换热系数明显高于无涂层管,提高了热交换效率。该涂料还对弱酸和碱性介质有很好的防腐阻垢效果。适用于石油炼制、化工、有机合成、化肥、盐化、冶金、发电等热交换器的防腐及阻垢。TH-847高温固化涂料适用于长期工作在温度不高于100℃介质内,实验结果见表1。

TH-901涂料是以中国生漆为主,经化学改性而得的树脂基料,并配以多种颜色填料而制成的单组分常温固化涂料,具有耐酸、碱、水、海水的腐蚀性和突出的耐热、耐油特性。TH-901涂料用于石油、化工、化肥、化纤、海洋化工等工业的大型设备的防腐,油—水热交换器的防护,特别适应于100~200℃范围内热交换设备的防护。其性能试验结果见表2。

注:(1)所有浸渍条件的试验结果为:涂层无变化;(2)每周期中,8 h 为室温,16 h 为设计温度。

TH- 系列防腐涂料因其优异的防腐性能已成功应用于国内多家炼油厂及化工装置中的热交换设备,取得了良好的防腐效果。

3.1.1防腐施工要求

(1)涂装环境:温度15~35℃,相对湿度小于85%,无粉尘。

(2)工件状况:被涂换热设备表面应无裂纹、磕碰等物理缺陷,无焊疤、毛刺、尖角,设备花板与换热设备管束需采用焊接固定,焊口应平整,管道需采用法兰连接。

(3)表面处理:工件两端花板管口及折流板处的加工遗留问题,如毛刺、尖角、焊瘤及过厚的油污,应在喷砂除锈和化学清洗前进行人工处理。喷砂除锈所用砂子一定要干燥,喷砂后的设备表面应呈现金属本色——银灰色,并且表面一定用高压风吹扫彻底,并检查管内有无堵塞,及折流板夹缝中有无砂尘;发现问题应及时人工处理。化学清洗应按除油—水洗—酸洗—水洗—磷化—表干工序严格执行。特别是除油工序,应用挂水法验收。清洗完毕后,如清水均匀地附着在工件表面上,即为除油干净,否则还要重新处理。喷砂除锈等应符合瑞典标准SIS05—5900—1967,Sa2.5级以上,酸洗除锈等级应符合JB/T6978中附录B“钢铁件酸洗后的表面状态”要求。

(4)涂装方法:分为喷涂、淋涂、滚涂、罐涂、浸涂、刷涂六种涂装方式。罐涂单根管时,尾端应呈柱状喷出,且出口要满管;管外淋涂时,一定要大流量,上下淋透。不论哪种方式涂装,要绝对避免漏涂。

(5)涂层结构:底漆两遍,面漆4遍,涂层总厚度(200±50)μm。

(6)固化方法:充分表干后,进远红外炉进行固化处理,固化温度(160±5)℃,最终涂层固化温度(200±5)℃。

(7)涂层质量指标:换热设备涂层应符合石油化工行业SH/T 3540—2007《钢制换热设备管束复合涂层施工及验收规范》的要求。

(8)储运安装:涂装后的热交换设备在储存、运输、安装、拆检作业过程中应避免碰撞和敲击涂层,涂层发生机械损伤后可进行现场修复。

3.2LX- 系列涂料涂层

LX-06涂料由改性耐热环氧有机硅高分子合成树脂和耐热颜料、导热填料配制而成的单组分热交换设备专用防腐涂料。具有优良的耐酸、碱、油、化学品性能;优异的抗污垢和耐蒸汽吹扫性能,有良好的导热性。适用于石油炼制、化工、化纤、化肥、氯碱、发电、冶金、食品、制药等行业生产所需的热交换设备的腐蚀防护。LX-06涂料适用于150~250℃范围内不同介质的热交换设备防护。

LX-06涂料防腐涂层已成功应用于国内外几十家石油化工厂的热交换设备上,表现出优异的抗蒸汽吹扫性,突出的耐蚀和导热性。提高了热交换设备的耐蚀性,延长了设备使用寿命。其技术参数列于表3。

LX-08涂料是韧性高温环氧改性漆酚酞热交换设备专用涂料,克服了普通耐高温有机涂层涂料需要高温固化的弊端。该涂料具有良好的附着力,在室温状态下硫化后可耐热态环境中的酸、碱及盐类腐蚀,可在220℃环境中长期使用;在含有H2S、NH3、CO2、CN-、酚等多种化学介质中表现出良好的耐蚀性能;适用于石油、化工、化肥行业热交换设备的常温和高温防腐,特别是煤化工行业大型热交换设备的防护。其施工简单,解决了大型设备无法烘烤的具体问题。

3.3Ni-P合金镀层防腐

镍磷合金化学镀工艺是应用较为广泛的表面改性技术,根据Ni-P合金镀层中磷的含量分为低磷、中磷、高磷三种生产工艺。高含磷量的Ni-P合金镀层生成机理为在酸性环境中,次亚磷酸钠还原镍离子,Ni-P合金化学镀中的化学反应:

同时,次磷酸根被氢化物还原成单质磷,进入镀层形成Ni-P合金镀层,产生亚磷酸根的副反应,

在热交换设备表面,通过化学沉积形成非晶态的Ni-P合金镀层,是非晶态均一单相组织,不易形成电偶腐蚀,有较高的耐蚀性。镀层致密且具有较高的表面光洁度,最大限度减少污垢的形成,避免介质流速减缓造成腐蚀和和热交换效率下降。Ni-P合金镀层还兼具良好的附着力和耐磨性能,为防止介质的腐蚀提供了理想的阻隔空间。经过长时间的应用证明,Ni-P合金镀层在碱、盐类、高温油测、有机溶剂、酸性气体中表现出良好的防腐蚀效果,尤其对介质所含的Cl-应力腐蚀、H2S腐蚀具有优异的抗蚀能力。非晶态镍磷合金在某些介质中的腐蚀速率见表4。

4建议

(1)关键部位的热交换设备能平行备用,减少因热交换设备腐蚀泄漏而造成的装置停车减产,减少直接经济损失。

(2)热交换设备循环水侧走管程并涂敷涂层或镀层,能提高换热效率,减缓腐蚀速率。如果一定要壳程侧走循环水,壳程侧做防腐并加装电极保护,能有效降低腐蚀速度,延长设备使用寿命。

(3)热交换设备在加工制作过程中最大限度地消除应力,使用过程中管程侧和壳程侧的压力降和温度差不宜过大。

5结语

10万离子膜法电解装置运行小结 篇2

目前氯碱行业正处于深度结构调整之中，企业必须取得技术优势，调整产业结构和产品结构，采用“四新技术”，淘汰高耗能设备，才能在激烈的市场竞争中站稳脚跟。集团公司为淘汰高耗能的隔膜电解槽，于2009年上马了10万吨离子膜节能技改项目，2010年10月投产，该项目大幅降低了生产成本，提高了企业抵抗风险的能力，并为企业创造了可观的经济效益。装置简介

集团公司原来仅有16万吨∕年膈膜电解槽，设备陈旧、技术水平较低，企业经济效益受到制约。集团决定于2009年开始进行20万吨∕年离子膜烧碱节能技改项目，淘汰全部隔膜电解槽，上马先进、节能的离子膜电解槽，总体设计能力为20万吨/年离子膜烧碱，分两期建设，一期上马10万吨/年，采用英国依诺斯Bi-ChlorTM电解槽，该装置为大型复极式零极距电解槽，于2010年10月实现一次投料试车成功。投产后生产运行稳定，各项生产指标合格，产品质量优良，装置生产能力完全符合设计要求，下面将这半年多的生产运行情况做一总结。1.1工艺流程简述

1）阳极液循环：过滤盐水经螯合树脂塔处理合格进入精盐水罐后，通过热调节系统送入电解槽阳极室，每个电解槽盐水管道均安装调控阀调节入槽盐水流量，入槽盐水在阳极室内分解成为钠离子和氯离子，钠离子在直流电流作用下透过离子膜进入阴极室，氯离子结合生成氯气。

含有淡盐水和湿氯气的流体从每个阳极室出口汇集进入阳极液总管，在总管末端被分离成淡盐水和氯气，淡盐水流入阳极液罐，氯气被送往氯处理，来自阳极液罐的淡盐水经液面控制调节阀，送往脱氯槽脱除游离氯后送回盐水工序配水使用。

2）阴极液循环：循环碱通过热调节系统后送入电解槽阴极室，在每个电槽碱液管道上均安装调控阀调节进槽流量，碱液在阴极室中发生分解反应，将水分解成为氢气和氢氧根离子，氢氧根离子与透过离子膜的钠离子结合生成氢氧化钠。含有碱液和氢气的流体从阴极室出口汇集进入阴极液总管，在总管出口末端被分离成碱液和氢气，碱液流入阴极液罐，一部分作为循环碱液返回电槽，另一部分经冷却后送往成品碱罐。1.2 电槽优点与缺点

1.2.1 优点：

1）设计独特的单元槽结构，安装、维护、维修方便； 2）电解槽材料镍材多，钛材少，电耗及维修费用低。

3）电流效率高，离子膜使用寿命长。电槽阴极室内设有挡板，以增强电解液的混合，能完全浸润离子膜，充分利用膜的有效面积。

4）电解槽操作简单，停车时间少。单元槽采用螺栓紧固，单元槽之间压紧要求严格，能保证每台单元槽通电良好，每台单元槽的密封都是单独的，换膜时间短。

5)自动化程度高，操作方便、简单，具有完善的连锁保护系统，能避免突发事故对离子膜造成的损坏。

6）单元槽采用全浸没式设计，不会出现干膜情况。1.2.2 缺点：

1）由于弹性十字导电爪与阴极网的接触面有限，不能保证把全部的阴极网都和离子膜、阳极网紧密的紧压在一起，也就是不能实现全部阴阳极的最小极距。

2）长时间运行弹性十字导电爪可能出现弹性衰减，影响使用效果。

3）电解槽操作中压力波动范围要求严格，如果责任心不到位，氯氢系统的压力波动会造成电解槽的联锁停车。2.装置运行情况

在日常生产管理工作中逐步掌握了一套行之有效的管理方法和操作经验，只要严格按照生产操作规程进行操作，就能保证装置安全，稳定，长期运行。

四台电解槽运行至今已超过半年，期间经历了13次紧急停车，5次计划停车，停车后要严格按照依诺斯及膜厂家的要求进行操作，紧急停车后马上投入极化电源，测量单元槽极化电压；计划停车维修则严格按操作要求降温到45℃以下排液，如果停车时间长，电槽不检修，6小时之内电解槽一直处于循环状态，进行自然降温，保持碱温度与槽温对应；如电解槽停车时间超过6小时，一般作降温排液，然后水洗封槽处理。以下为四台电槽不同时期不加酸运行数据对比：

注；吨碱耗电包括电厂至电解线耗和变压器消耗。

通过以上数据分析可以看出依诺斯电解槽高电流密度自然循环的情况下还是比较理想的，但三月份电流效率有所下降，槽电压有所上升，与一次盐水质量及前段时间频繁开停车有很大关系。

3.生产过程中出现的问题和解决措施

3.1生产过程中部分管道连接质量不好，出现漏点，正在逐步解决。

3.2 因电气方面原因，电机出现过载及跳闸现象，已设法解决。4.结语

等离子点火装置改造及应用分析 篇3

【关键词】电站；锅炉；等离子

等离子作为一种较为先进的点火技术现已被很多电厂采用，但多数是基建时就直接安装使用，许多老电厂也想使用等离子点火器但很少有实践依据，现将福建大唐宁德电厂等离子改造的情况作为分析。

1.改造方案

原设计方案为：拆除前墙下层原燃烧器的中心风管及其内部的油枪，将其替换为可实现分级点火的等离子燃烧器，在原一次风管上加装分叉管，引出部分煤粉为等离子燃烧器供粉。在锅炉点火启动阶段，一次风分叉管上的插板门打开，原一次风管内的部分煤粉通过分叉管被引至等离子燃烧器，煤粉被等离子电弧点燃并喷入炉膛；一次风管内剩余的煤粉继续沿一次风管进入原燃烧器的一次风室，并向前喷入炉膛后被等离子燃烧器所产生的煤粉火焰点燃。在锅炉高负荷运行阶段，一次风分叉管上的气动插板门关闭，所有煤粉仍按原设计路径进入燃烧器的一次风室，燃烧器完全按原设计方式运行。

等离子燃烧器的外形尺寸完全按照原燃烧器的中心风管设计，只需将前墙下层燃烧器中心风管从燃烧器后端抽出，将等离子燃烧器插入即可。加装等离子点火装置后前墙下层燃烧器与锅炉厂设计唯一不同的是其中心油枪被拆除，其点火及助燃的功能将由等离子发生器替代。

改造方案：为了完善等离子燃烧器，彻底解决原分叉管设计方案出现的问题，进一步对等离子燃烧器进行改造，整体更换原一次风喷嘴为等离子燃烧器，彻底取消英巴燃烧器原设计的中心风筒及油枪结构，取消原设计等离子燃烧器的分叉管结构，用等离子点火器代替原来的油枪，一次风由原设计的带有一定旋流的方式改为纯直流方式进入燃烧器，同时增大原英巴燃烧器一次风筒的喷口截面积，并在一次风与二次风之间增加夹层风（改原来中心风为夹层风），取消原分叉管电动调节机构和电动插板门电气和控制部分，其它电气、控制以及辅助系统不做任何改动。等离子点火燃烧器的外形尺寸完全按照原燃烧器的一次风部分设计，现场改造时只需将前墙下层燃烧器一次风结构从燃烧器后端抽拆出，将等离子燃烧器插入，等离子燃烧器入口与带有浓缩机构的一次风弯头用法兰连接；等离子点火器沿轴向插入等离子燃烧器，由支座安装在一次风弯头上；一次风粉由一次风弯头进燃烧器见图1。

图1 为等离子燃烧器改造方案

在锅炉点火和稳燃期间，该燃烧器具有等离子点火和稳燃功能；在锅炉正常运行时，该燃烧器具有主燃烧器功能，且在出力方面及燃烧工况与原来保持一致。

2.改造前后性能比较

改造前：原设计方案为了尽量保证等离子燃烧器与原英巴型燃烧器性能完全相同，虽然保证了燃烧器在正常运行时的性能，但此方案限制了等离子装置的设计空间，影响了其点火效果和煤种适应性，容易造成燃烧器结焦甚至烧坏燃烧器；同时这种方案等离子系统的运行调试難度较高，检修和维护工作量大。

改造后：

2.1与原有燃烧器相比较

对一次风筒的内部结构有较大改变，一次风筒内的油枪及中心风取消，正常运行中原有的四周浓缩变为中心浓缩。原有的浓缩含粉气流接触的是相对较冷的二次风，改造后的燃烧器浓缩的煤粉集中在一次风管中心（中心为高温烟气回流区），更容易着火，同时实现浓淡燃烧，降低NOx。

2.2改造后增加了多项防止燃烧器结焦的措施

设计采用电磁线圈磁压缩作用的长距离输送等离子发生器，并沿燃烧器轴向布置，这样，在燃烧器的内部结构设计上避免了一次风、等离子流可能形成的回流区，是避免结焦的主要措施。

2.3增加监测手段

在每台等离子燃烧器热负荷较高的区域，增加2个燃烧器壁温测点，并在逻辑上增加“燃烧器壁温高声光报警”，运行中发生“燃烧器壁温高声光报警”时，及时调整给煤量、一次风量，可以很快消除结焦的隐患。

2.4改造后等离子燃烧器系统进一步优化

关键设备寿命提高等离子燃烧器充分考虑了在作为主燃烧器使用时的耐磨损、耐烧损问题，寿命能满足锅炉检修周期的要求。

3.改造前后经济性对比

改造前：由于等离子磨煤机运行不稳定，等离子燃烧器燃烧不稳定，得伴油枪运行，在机组达到冲车参数时，磨煤机燃料量在27T/h左右，同时还有3T/h的燃油量，机组启动一次耗油达40吨。

改造后：由于设备性能改善，真正实现冷态无油点火，无油稳燃，而且运行稳定，只有在升温冲车投其它磨煤机时，需投油枪点火，每次启动耗油8吨，节约燃油32吨，按每吨燃油5000元计算，每次启动可节省燃油费用16万元，按单台机组全年启停3次计，单台机组年节约费用48万元。由于设备可靠性提高，部件损坏大大减少，年节约更换部件（输送弧、一次风筒等）费用达20万元，同时由于燃尽性的提高，总燃料量会有所下降。

技术改造以设备投运最大化、投资最小化为原则，改造内容仅为燃烧器及连接部分，其它部分不做变动。改造费用为每台机组60万元人民币，一年可收回改造投资。

改造后检修维护、运行调整工作量大大减小。技术改造以取消分叉管、原燃烧器改造成等离子燃烧器为主；对各系统进行优化调整，使等离子燃烧器在最合理的运行参数下运行，保证系统的安全性与稳定性。改造后，运行及检修人员仅按照厂家操作说明执行，不必再次调整各参数，减少电厂在该系统设备上投入的人力物力，提高设备利用率。

4.改造结论

离子交换装置 篇4

山西古交发电厂一期2×300 MW锅炉, 是采用美国燃烧工程公司 (CE) 的引进技术设计和制造的。锅炉为亚临界参数一次中间再热自然循环汽包炉, 采用平衡通风直流式燃烧器四角切圆燃烧方式, 型号为HG-1025/17.5-YM17, 燃用山西烟煤。锅炉以最大连续负荷 (BMCR工况) 为设计参数, 其最大连续蒸发量为1 045 t/h, 机组电负荷为300 MW (额定工况) 时, 锅炉的额定蒸发量为945.6 t/h。制粉系统为正压直吹式, 配5台ZGM95G中速磨煤机, 在BMCR工况时, 4台磨煤机运行, 一台备用。

1 炉本体主要结构

锅炉为单炉膛, 摆动式直流燃烧器正四角布置切向燃烧方式, 每角燃烧器为5层一次风喷口, 燃烧器采用CE传统的大风箱结构, 由隔板将大风箱分隔成若干风室。在各风室的出口处布置数量不等的燃烧器喷嘴, 一次风喷嘴可上下摆动各20°, 二次风喷嘴可作上下各30°的摆动, 顶部燃尽风室喷嘴反切18°, 可削弱炉膛上部的气流旋转, 减少炉膛出口烟温偏差, 并且能够上下作+30°～-5°摆动, 以此来改变燃烧中心区的位置, 调节炉膛内各辐射受热面的吸热量, 从而调节再热汽温。每角燃烧器共有14个风室, 从上至下依次布置为顶部燃尽风室2个, 上部燃尽风室1个, 上端部风室1个, 煤粉风室5个, 油风室3个, 中间空气风室1个, 下端部风室1个。

2 等离子的点火原理

本装置利用直流电流 (280 A～350 A) 在介质气压0.01 MPa～0.03 MPa的条件下接触引弧, 在强磁场下获得稳定功率的直流空气等离子体。该等离子体在燃烧器的一次燃烧筒中形成t>5 000 K梯度极大的局部高温区, 煤粉颗粒通过该等离子高温作用, 在10-3 s内迅速释放出挥发物, 使煤粉颗粒破裂粉碎, 从而迅速燃烧。由于反应是在气相中进行, 使混合物组分的粒级发生了变化, 因而使煤粉的燃烧速度加快, 这样就大大地减少促使煤粉燃烧所需要的引燃能量E (E等=1/6E油) 。由于等离子体内含有大量化学活性的粒子, 如, 原子 (C、H、O) 、原子团 (OH, H2, O2) 、离子 (O2-, H2-, OH-, O-, H+) 和电子等, 可加速热化学转换, 促进燃料完全燃烧。除此之外, 等离子体对煤粉的作用, 可比通常情况下提高20%～80%的挥发分, 即, 等离子体有再造挥发分的效应。这对于点燃低挥发分煤粉强化燃烧有特别的意义。

3 燃烧机理

由于高温等离子体有限能量不可能同无限的煤粉量及风速相匹配, 因此设计了多级燃烧器。它的意义在于应用多级放大的原理, 使系统的风粉浓度、气流速度处于十分有利于点火的工况条件, 从而完成持续稳定的点火、燃烧过程。实验证明运用这种方法使单个燃烧器的出力, 从2 t/h扩达到10 t/h。在建立一级点火燃烧过程中, 我们采用了将经过浓缩的煤粉垂直送入等离子火炬中心区, 10 000 ℃的高温等离子体同浓煤粉的汇合, 使煤粉原挥发份的含量提高了80%, 其点火延迟时间不大于1 s。

点火燃烧器的性能决定着整个燃烧器运行的成败, 在设计上该燃烧器出力约为500 kg/h～800 kg/h, 其喷口温度不低于1 200 ℃。另外, 我们加设了第一级气膜冷却技术, 避免了煤粉的贴壁流动及挂焦, 同时又解决了燃烧器的烧蚀问题。该区称为第一区。

第二区为混合燃烧区。在该区内一般采用“浓点浓”的原则, 即, 环形浓淡燃烧器将淡粉流贴壁而浓粉掺入主点火燃烧器燃烧。这样既利于混合段的点火, 又冷却了混合段的壁面。如果在特大流量条件还可采用多级点火。

第三区为强化燃烧区。在一、二区内挥发分基本燃尽。为提高疏松炭的燃尽率, 采用提前补氧强化燃烧措施, 目的在于提高该区的热焓进而提高喷管的初速达到加大火焰长度, 达到提高燃尽度的目的。采用气膜冷却技术旨在避免结焦。

第四区为燃尽区。疏松碳的燃尽率, 决定于火焰的长度, 且随烟气的温升, 燃尽率逐渐加大。

4 DLZ-200型等离子点火装置运行的主要参数

a) 电源。

三相电源380 V, 电压波动范围在-5%～+10%之间;

频率:50±2% Hz;

最大消耗功率:250 kVA;

负荷电流工作范围: (200～375) A, 波动范围在±2%之内;

电弧电压调节范围: (250～400) , 波动范围在±5%之内。

5 DLZ-200型等离子点火装置运行中的控制与调节

a) 锅炉具备点火启动条件, 引送风机投入, 相应的等离子燃烧器一次风速保持在25 m/s～30 m/s, 气膜或周界冷却风少开或不开。

b) 等离子发生器拉弧稳定后, 根据炉温及所燃煤种的好坏情况, 调节电弧的电流及电压, 使电弧功率稳定在90 kW～110 kW范围内。

c) 根据实际情况, 将点火状态切换到“点火”或“助燃”状态, 启动相应的给粉机, 迅速调节给粉机的转速, 使给粉浓度在0.35 kg/kg～0.55 kg/kg范围内, 调节一次风速18 m/s～22 m/s (冷态) 或24 m/s～28 m/s (热态) , 等离子燃烧器开始燃烧。

d) 磨煤机对应的所有煤粉输送管道, 应进行冷态输粉风 (一次风) 调平, 煤粉分配器进行初步调整。尽可能保持各煤粉输送管道内风速一致、煤粉浓度一致、煤粉细度一致。根据磨煤机的型式, 调整其出力和细度至最佳状态。如, 适当调整回粉门的开度、调整分离器开度, 适当减小一次风量 (但风量的调整应满足一次风管的最低流速, 中速磨最低风量应保证允许的风环风速) , 对于中速磨煤机还应适当调整碾磨压力。在等离子点火装置投运期间, 磨煤机受最低煤量限制, 投入的燃料量可能较大。要注意观察锅炉蒸汽压力升高的速度以及过热器、再热器的温升情况。根据锅炉升压、升温曲线, 通过调整机组旁路系统阀门的开度, 控制锅炉升压、升温速度。

e) 投入等离子燃烧器后, 为防止可燃气体沉积在未投燃烧器的邻角, 产生爆燃, 应适当开启邻角下二次风, 使可燃气体及时排出炉膛。

f) 加强炉内燃烧状况监视, 实地观察炉膛燃烧, 火焰应明亮, 燃烧充分, 火炬长, 火焰监视器显示燃烧正常。如, 发现炉内燃烧恶劣, 炉膛负压波动大, 应迅速调节一次风速及给粉机转速。若炉膛燃烧仍不好, 应立即停止相应的给粉机, 必要时停止等离子发生器, 经充分通风, 查明原因后重新再投。

g) 调整等离子燃烧器燃烧的原则为:既要保证着火稳定, 减少不完全燃烧损失, 提高燃尽率, 又要随炉温和风温的升高尽可能开大气膜或周界冷却风, 提高一次风速。控制燃烧器壁温测点不超温, 燃烧器不结焦。在满足升温、升压曲线的前题下, 应尽早投入其他等离子燃烧器, 尽快提高炉膛温度, 有利于提高燃烧效率。

h) 等离子燃烧器都投入后, 还需投入其他主燃烧器时, 应以先投入等离子燃烧器相邻上部主燃烧器为原则, 并原地观察实际燃烧情况, 合理配风组织燃烧。

i) 机组并网带负荷后, 根据燃烧情况及锅炉运行规程规定, 将“点火”状态及时切换到“助燃”状态。

6 结语

煤粉炉采用DLZ-200型等离子点火装置, 可强化煤炭燃尽率, 减少锅炉耗煤。

注:写作此文时参阅了哈尔滨锅炉制造厂编写的《锅炉说明书》号以及DLZ-200型等离子点火装置技术性能考核试验报告、DLZ-200型等离子点火煤粉燃烧器工业运行报告和DLZ-200型等离子点火装置技术及应用等技术资料。

摘要：叙述了山西古交发电厂锅炉本体的结构、DLZ-200型等离子点火装置的点火原理、燃烧机理。给出了运行的主要参数及等离子点火装置运行中控制与调节的方法。探讨了等离子点火技术在兴能发电公司两台300MW发电机组上应用的可行性。

关键词：等离子,点火,锅炉

参考文献

离子交换装置 篇5

一、电控离子交换实验原理介绍

电控离子交换实验原理图如图1所示。实验工艺过程如下:

(一) 膜电极吸附过程。

打开阀门13、1、16、9, 其余阀门关闭。开启泵B1、B2, 使再生液和处理液分别打入反应器腔体A1、A2内, 通电后发生反应, 并使液体一直循环。经过一定的时间后, 处理液的浓度降低到一定程度且膜得到再生。

关闭泵B1、B2, 及阀门13、16, 打开阀门3、17, 凭重力作用使再生液和处理液流入槽C1和C2中 (可能由于阻力过大液体流速太慢可打开吹气阀0、10) 。

(二) 吸附冲洗过程。

关闭阀门1、9, 3、17, 打开泵B3及阀门14、2, 用清水清洗反应器中的再生液经过的腔体A1。经过一定时间后, 关闭泵B3及阀门14。打开阀门5靠重力使腔体A1中的液体流入废液槽C4 (打开吹气阀19加快液体回流速度) , 关闭阀门5、2。

(三) 膜再生过程。

开启阀门19、4、20、12, 打开泵B1、B2, 使再生液和处理液分别打入反应器腔体A2、A1内, 循环一定时间后, A2中的膜得到再生, A1中的膜吸收一定的离子。

关闭泵B1, B2及阀门19、4, 打开阀门15和7, 凭重力作用使再生液和处理液流入槽C1和C2中 (打开吹气阀0, 10可加快液体回流) 。

(四) 再生冲洗过程。

关闭阀门15、7, 20、12, 打开泵B3及阀门18、8, 用清水清洗反应器中的再生液经过的腔体A2。经过一定时间后, 关闭泵B3及阀门18, 打开阀门6, 靠重力使腔体A2中的液体流入废液槽C4 (打开吹气阀20) , 关闭阀门6、8。

以此为一个操作周期, 循环几次, 使处理液达到标准要求后关闭整个装置, 实验结束。

二、实验装置设计

电控离子交换实验装置设计主要包括三个内容:实验台设计, 控制系统硬件电路设计和软件设计。实验台设计分为两部分:实验装置布局设计 (如图2) 和管路布局设计 (如图3) 。实验装置控制系统设计包括硬件和软件系统设计。

(一) 实验装置设计。

实验装置由实验台和电控柜两部分构成, 实验装置布局如图2所示:实验台由下到上依次为第1、2、3、4层。第四层安装反应器, 第三层分前后两排安装22路电磁阀。第二层为三个水泵, 用于将槽中的液体打入反应器中。第一层装有四个水槽, 分别用于存储废液、再生液、清水、处理液。

1. 实验装置布局。如图2所示。

2. 管路分布。

实验台各层之间通过管路来连接, 管路分布如图3所示, 共使用0~21共22路电磁阀, 其中编号为0, 10, 11, 21的电磁阀为备用电磁阀。黑色箭头表示管路走向, “+”表示电磁阀的入口, “-”表示电磁阀的出口。前排 (“前排”和“后排”的定义是参照实物图定义的) 的三通不仅要连通本层的各路电磁阀而且要实现本层与上层的连接。图中溢出口a和b表示的是反应器结构图3中标号为2的接口, 作为液体的溢出口。进出口a1, a2, b1, b2为图3标号为6的接口, 作为液体的入口及回流口。

(二) 基于单片机的PLC控制器设计。

1. 控制器硬件系统设计。

为减少成本, 开发了基于单片机的可编程控制器。控制器采用内部资源较丰富的ADu C812单片机为核心, 其芯片内部包含了12位的A/D、12位D/A转换器, 大大简化了A/D, D/A转换电路;另外ADUC83X和ADUC84X系列产品可作为ADUC812的升级产品。为以后微型可编程控制器的进一步升级提供了良好的硬件基础。基于AUDC812的微型可编程控制器采用模块化设计方法, 包括模拟量输入输出模块、数字量输出输入模块、显示按键模块、通讯模块、电源模块和时钟模块等六大模块。

2. 控制器软件系统设计。

软件设计采用上下位机结构, 上位机软件用于在PC机上创建、编辑和编译PLC用户程序, 本设计采用STEP7软件编写PLC程序, 采用VB语言编码PLC用户程序, 并将其发送至下位机。下位机采用串行中断的方式接收保存PLC指令。

控制系统软件设计采用模块化设计方法, 整个系统按功能划分为梯形图和指令表编辑转化模块、指令表编译模块、通信模块, 语句表解释执行模块, 键盘显示模块, 实时时钟模块等6个模块。梯形图和指令表编辑转化模块通过STEP7软件来实现。指令表编译模块负责将指令转化为下位机可以识别的十六进制指令编码。系统执行解释程序时读取指令编码, 根据指令编码调用相应的指令子程序完成相应的功能。通信模块采用Modbus通讯协议来实现上下位机数据交换。

三、结语

基于可编程控制器的电控离子交换实验装置是一种新型、高效、低成本的连续离子交换设备, 可广泛用于特定有效物质及有害物质分离和回收。它引入了可编程控制技术, 提高了实验效率, 缩短了实验与工业化生产的差距, 为电化学控制离子交换技术的工业化提供了良好的过渡平台。可以预见, 这种新型的电控离子交换实验装置将随着ESCI技术的发展有着很好的推广应用前景。

参考文献

[1] .郝晓刚, 张忠林, 刘世斌等.电活性铁氰化镍离子交换膜的制备及应用[P].中国专利.ZL200410012195.8.2006

离子交换装置 篇6

一、点火初期煤粉燃尽率低

等离子点火技术可以在燃烧器内部形成局部高温，迅速点燃煤中的挥发分，但是热强度不足，无法提供煤粉后期固定碳燃烧所需的热量，同时，由于在点火初期炉膛温度较低，煤粉中固定碳的燃尽率很低。电厂锅炉在第一次使用等离子冷态无油点火技术启动后，锅炉飞灰含碳量很大。

（一）点火初期煤粉燃尽率低的原因

1. 对于一定的煤种来说，等离子点火可以迅速点燃煤中的挥发分并进一步点燃部分煤粉，而煤中固定碳的燃烧速度主要取决于燃烧的温度。

此时，提高燃烧、强化燃烧过程的最有效、最直接的方法就是提高燃烧温度。而在等离子冷态点火初期，炉内温度较低，煤粉不能完全燃烧。

2. 在等离子点火初期，煤粉浓度低于等离子技术要求的最低浓度范围。

因此，等离子点火初期着火情况达不到设计要求。为了防止因为飞灰含碳量高而造成锅炉尾部烟道再燃烧或者空预器、除灰设备燃烧的重大事故，须采取必要措施，尽量提高等离子点火初期的煤粉燃尽率。

（二）提高煤粉燃尽率的措施

1. 适当提高煤粉细度。

提高煤粉细度可以增加单位质量煤粉的表面积，有利于稳定燃烧和燃尽。试验研究发现，煤粉燃尽时间与颗粒直径的平方成正比，当锅炉燃用煤质一定时，适当提高煤粉细度能显著提高煤粉气流着火的稳定性。在点火初期磨煤机分离器出口挡板开度厚为50%，我厂调整为40%;同时，调整磨煤机的加载力偏低，由0—0.5MPa增加到3—4MPa，飞灰含碳量明显降低。

2. 合理降低一次风速。

合理的一次风速对于煤粉的着火和燃尽尤为重要，尤其是在等离子点火初期。在试运行初期，磨煤机出口一次风速在20—22m/s，着火不稳定，炉膛负压摆动也较大，在-350—+l00Pa之间波动。随后，先降低一次风速至16—18m/s，待点燃后再增加一次风速。这样调整以后，点火过程中火焰较为稳定，火焰颜色较为明亮;同时，炉膛负压的摆动幅度降至-150—+60Pa之间。随着炉膛温度升高、给煤量增加，燃烧状况愈加稳定。但在操作过程中一次风速不可以降得过低，以免煤粉在一次风管中沉积，造成一次风管堵塞、燃烧和制粉系统爆炸。操作过程中应密切监视制粉系统风量、风压等参数的变化，降低事故的发生概率。

3. 提高磨煤机出口温度。

磨煤机出口温度对于等离子燃烧器冷态点火的着火特性影响很大。一次风温度高，可以缩短煤粉预热至挥发分着火所用的时间，使得煤粉的着火提前，从而加快煤粉的燃烧和燃尽。因此，在点火初期应该尽量提高磨煤机出口的一次风温。在点火初期，由于等离子暖风器用汽量不足，煤质水分含量大，导致磨煤机出口风粉混合物温度只有50—55℃，点火困难，着火不稳定。我厂将磨煤机出口风粉混合物温度升至65—70℃，火焰明亮无闪烁，炉膛负压摆动幅度减小，煤粉燃烧情况得以改善。

4. 尽快提高炉膛温度。

炉膛温度对于提高煤粉燃尽率，降低飞灰含碳量有显著的影响。因此，在冷态启动过程中应提前做好各种准备工作，在满足锅炉升温、升压曲线的前提下，尽快提高炉膛温度。

采取上述各种措施后，锅炉飞灰可燃物含量大幅下降，点火初期只为25%左右，投入第2台磨煤机后，飞灰含碳量低于15%，进一步降低了因飞灰积聚而导致的锅炉尾部烟道二次燃烧、预热器和除灰设备着火等事故的发生。

二、等离子点火断弧

等离子调峰过程中经常发生的断弧现象，是制约等离子点火器使用的一个关键问题。

（一）等离子点火断弧的危害

1. 影响机组安全运行。

等离子点火装置安装在锅炉的两个对角，也可以四角安装，一般在锅炉启动或者锅炉燃烧不稳时投入，来维持锅炉的稳定燃烧和冷态启动，如果此时有一个角的等离子断弧，将影响燃烧效果，若两个角的等离子都断弧，就会造成炉膛灭火保护动作，产生连锁反应，造成其他设备联动，影响安全生产。

2. 影响经济效益。

等离子耗电耗煤，阴阳极费用、维护费用、点火费用、启停费用都不低，所以如果等离子点火装置不能正常使用，对经济的影响是巨大的。

（二）等离子点火断弧的原因分析

1. 膛内拉弧。

等离子点火器的点火原理为：点火器的阴极与阳极接触后放电，放电电流在300mA，电弧在线圈磁力的作用下拉出喷管外部。具有0.01MPa以上的压缩空气在电弧的作用下，被电离为高温等离子体，其能量密度高达105—106W cm2。在压缩空气的作用下，电弧的拉弧点特别容易发生变化，使阴极与膛体拉弧而烧毁设备。

2. 电源波动。

我厂等离子点火煤粉燃烧器的功率组件与直流控制器采用的是美国与德国进口的设备，产生的电源有极强的恒流能力，但是对输入电源的品质要求非常高，电源电压的波动不允许超过±1%。

3. 风压、水压影响。

数次试验证明，风压在等离子点火过程中的作用，是提供被电离等离子体的介质和等离子体的助推气体。风压的大小将直接影响电弧的长短，温度的高低和能量大小，同时其对阳极还有极强的识别能力，即使阳极发生很小的变化，对应的风压也必须随之变化。水压在等离子点火过程中起到的是冷却阳极、阴极和线圈的作用，避免高温电弧将阳极、阴极与线圈烧损，因此水压只要保持在0.25Mpa以上就可以。

4. 阳极污染。

阳极实际上是一个接地的金属导体，当阴极与阳极接触之后判断电压为零，开始加电流。阴极后退的同时增加电压，才能产生电弧。因此，阳极必须保持清洁，接触面、启弧点、放电部位的对地电阻应在2.5Ω以下，最好为0。

5. 通讯故障。

整流柜与PLC,PLC与上位机分别采用RS485和RS232通讯方式进行数据传输。通讯卡件，通讯电缆，适配器，程序设置，任何部分出现问题会引发通讯故障。

（三）为防止断弧而采取的措施

1. 对设备进行改进。

我们经过近一年的研究和实验，在炉膛内拉弧之后，最终确定了一种保护方法———在阳极起弧点内壁加绝缘套。绝缘套，顾名思义，是一个双层的套筒，外套筒为绝缘材料，内套筒为金属材料。金属起到支撑作用，绝缘物使膛内被保护部分与大地绝缘，这样就避免了意外而造成的膛内拉弧、烧膛断弧现象的发生。

2. 严格管理制度，明确各自的职责。

(1)制定等离子点火操作记录。向运行人员提供各台炉等离子煤粉燃烧点火器的风压、水压、电流、电压等各项参数，并记录操作步骤。检修人员处理等离子煤粉燃烧点火器的缺陷后也在操作记录、登记故障原因，处理结果。消耗品的更换及使用情况。

(2)检修人员每月进行一次阳极污染清理。阴极运行20小时以上更换阴极头，每次大、小修都要对等离子煤粉燃烧器进行全面拆装检修，更换所有垫片，紧固好各个螺丝，防止漏水、漏气而引起断弧，运行过程中一旦发生故障要立即处理。

(3)运行人员应定期对空气压缩机进行除油、排水，防止阳极污染、阴极污染、启弧点偏移。在每次启动等离子燃烧器前按操作记录规定调整风压、水压，通过四画面分割器监视火焰燃烧情况，发现燃烧不好应做好记录，以便检修人员及时处理。

(4)将等离子燃烧器的电源与大型转机的电源分段布置。以免启动大型转机时，电源产生的瞬间波动造成整流器故障而发生断弧跳闸。

(5)通讯电缆布置在单独的电缆槽盒内，防止强电干扰及其他意外损伤，防止因通讯中断而发生断弧。

三、等离子点火装置阴极使用寿命短

目前，制约等离子点火装置应用的一个重要因素是阴极的使用寿命比较短，一般不超过50小时。但是，在调试过程中，50小时是远远不够的;更为关键的是，阴极的使用寿命和等离子点火装置运行的参数有关，如电流、电压、冷却水压力、载体风压力等参数。如参数调整不当，阴极的使用寿命更多。特别对于电流和电压，在运行过程中，要勤于调整，尽量使等离子点火装置的运行电流趋于稳定。

在煤粉被等离子点着火后，等离子电流可以适当降低，一般维持在280mA即可，电压随着阴极的烧损会逐渐增大，因此也要经常调整，每次调整的幅度不要大，如电压要从310V降至300V，就需要多次微调电压，不能一步到位，否则容易引起断弧。在运行过程中，电压一般维持在300V即可。在3号机组整个调试过程中，大部分被更换的阴极使用寿命超过50小时，最长达103小时。

四、磨煤机制粉热风的运行控制问题

直吹式制粉系统锅炉应用等离子点火的首要问题是锅炉启动时磨煤机的干燥出力问题。如果没有热风，磨煤机就没有足够的制粉条件，无法实现整个机组的无油启动。在该机组设计方案中，通过在A磨煤机入口热风道上增加等离子暖风器，使磨煤机在锅炉冷态启动初期即可投入运行。但暖风器在实际运行中出现的主要问题是经暖风器加热后一次风温实际只有130℃左右，远达不到设计值180℃。

由于暖风器蒸汽来源于厂辅汽联箱，要想通过提高暖风器人口蒸汽压力、温度来提高风温，会受到辅汽系统允许压力的限制，通过多次试验，我厂采取了在磨煤机启动前提前1h投入暖风器运行、加大疏水、提高辅汽压力到0.8—0.9MPa等方法，使磨煤机入口一次风温达到150℃，当A磨煤机给煤量为15t/h时，磨煤机出口风温达到60—65℃，基本满足磨煤机的干燥出力要求。在A磨煤机运行2h后，空气预热器后一次风温即可达到170℃，暖风器可以退出运行，顺利解决了磨煤机的冷炉制粉问题。

摘要：本文针对电厂中等离子点火装置存在的煤粉燃尽率低、点火断弧、阴极寿命短、煤粉着火延时等问题进行了具体分析,并提出解决措施。

关键词：电厂,等离子点火装置,问题,措施

参考文献

[1]范良.等离子点火技术在电厂中的应用.电气技术,2008,(5):97-98.

离子交换装置 篇7

一.盐水质量:离子膜电解装置对盐水质量要求较高, 盐水质量超标将会对离子膜造成不可逆转的影响, 轻者槽电压升高, 电流效率下降, 重者膜出现水泡、分层等而不能再使用。因此控制一次盐水及二次盐水的质量是离子膜电解装置稳定运行的关键。

1.二次盐水的钙镁指标:无论是日本的旭硝子膜还是美国的杜邦膜对二次盐水的钙镁都有严格的要求, 我公司装置对钙镁总量的要求是≤20ppb。在正常情况下, 我们的一次盐水 (采用凯膜过滤技术) 中的钙镁含量都在3 ppm以下, 低于电解装置界区对一次盐水的要求:≤10ppm, 电解界区的二次盐水精制采用三塔串联方式, 再生间隔周期24小时, 出来的超纯盐水钙镁含量多数在10ppb左右, 电槽能稳定运行, 但结合我们在生产运行过程曾出现的故障, 总结需注意以下几个方面的问题:

1) Na2CO3的过碱量一控般控制在0.3-0.6%左右, 在实际运行过程中, 会由于纯碱配制浓度不够, 或者纯碱调节阀及流量计管道等处结晶堵塞导致Na2CO3的过碱量不足, 所以要加强定期的分析取样, 并根据分析的结果, 及时调节过碱量。

2) 凯膜过滤器的过滤元件膜出现破损未及时发现, 导致一次盐水出现返浑现象, 出现钙镁超标, SS超标等情况。防止出现压差过大导致膜破损, 定期巡检过滤器上部出水情况, 如发现个别膜有出浑水情况, 要及时安排停下过滤器更换膜元件。

3) 过滤器的阀门未及时检查或操作失误, 导致把酸洗膜的废水串入盐水中间槽, 使中间槽盐水偏酸性, 沉淀物溶解, 以离子状态通过膜后进入一次盐水贮槽, 使一次盐水钙镁出现严重超标。

4) 在盐水加次氯酸钠除胺的过程中, 次氯酸钠加入量过大, 一次盐水的游离氯超标, 导致树脂的中毒而失去吸附活性, 从而引起盐水的钙镁等出现超标。要定期对后反应桶的游离氯指标进行分析, 并根据分析结果, 及时调整次氯酸钠的加入量。

5) 二次盐水精制的树脂塔由于树脂反复再生过程出现破碎树脂流失后, 树脂量严重不足, 但未发现或未及时补加, 导致超纯盐水出现钙镁超标现象。运行过程中对于树脂在各状态下的液面进行记录, 统计树脂流失的规律周期, 定期进行补加, 如发现液面下降速度过快, 要对树脂塔内部的滤帽、树脂捕集器等进行检查。

6) 树脂塔再生反洗过程的各个步骤未达到要求, 如盐酸或碱液的浓度不足、酸洗或碱洗时间不足、排液不尽、反洗水流量不足、压缩空气的压力不足等, 由于是树脂塔工作是由现场PLC控制, 所以必须加强这方面的巡检, 以确保再生过程按要求完成, 使再生后的树脂塔处于具有良好吸附的钠型状态, 最好是定期采取双倍再生运行模式以确保树脂良好的吸附容量。

2.盐水中的其它指标:如SO42-、Fe、Ba、I、Ni、SS等

1) SO42-指标超标会影响膜的电流效率下降, 如果超标严重, 还会在盐水系统的化盐池, 盐水管道、浮上沉清桶进出口等生成大量的硫酸钙的沉淀结晶物, 影响系统的正常运行。原我公司采用钡法脱硝, 但生产成本较高, 且氯化钡为剧毒化学品, 管理要求高, 后采用了膜法冷冻脱硝技术, 系统中硫酸根含量能稳定控制在7g/l以下。

2) Fe超标会导致膜的槽电压上升, 我公司的铁离子虽不是经常出现超标, 但基本上都在100-200ppb左右波动, 指标要求是≤200ppb。电槽在初开车运行2个月后, 会出现阳极液出口管内壁粘附一层铁锈红物质, 而且长期存在, 影响巡检观察阳极的溢流变色情况。经过与同行的交流, 发现川内的企业有类似的情况, 主要原因是我们使用岩盐, 其它企业多数使用海盐或湖盐, 且在岩盐的生产过程中要加入防结块剂, 主要成分是亚铁氰化钾, 这种物质进入电槽后形成一种螯合物, 吸附在膜及管道的表面。我们通过两方面措施来对铁指标进行控制, 一个是与供盐商协调尽量不要使用亚铁氰化钾等防结块剂, 二是盐水系统的管道尽可能使用CPVC、钢衬胶或四氟等, 防止出现铁腐蚀现象污染盐水质量, 另要加强相关检查。

3) I的超标会导致电压升高, 电流效率下降, 特别是在I、Ba、钙等都超标的情况下, 形成共沉现象, 以碘酸盐的形式沉积在膜的内部, 会极大影响电流效率。离子膜对I的指标要求控制在0.2ppm以下, 但由于我们所使用的卤盐含磺较高, 一般都在0.8ppm左右, 且盐水系统工艺无法除去, 虽然我们有一套隔膜电解蒸发装置能带走部份碘, 但当掺卤率较高时, 系统中的碘含量会不断升高, 在生产运行过程中, 碘含量基本上都在0.5-0.8ppm左右, 由于盐水的钙镁钡等相对较低, 所以对膜没有较大影响, 但2012年底由于原料卤水中的碘含量较高, 导致系统不断积累, 最高是盐水系统二次盐水碘含量达到了3ppm, 在这种情况下发现对电槽的槽电压影响较大, 升幅达到50mv/月, 后通过减少用卤量, 逐渐降低盐水系统的碘含量, 趋于平稳, 但升高的部分没法下降。所以在我公司由于卤矿原因, 碘含量不能达到0.2ppm的情况下, 但也必须通过降低掺卤率、增加隔膜碱产量等手段控制在0.8ppm以下, 否则电槽不能稳定运行。

4) SS超标后, 会在树脂表面沉积, 导致树脂塔出现局部沟流现象, 影响树脂的吸附面积, 从而导致超纯盐水质量超标。要通过控制一次盐水装置完好、PH值正常稳定, 一次盐水过滤器盐水表面加纯水或盖子等方面进行控制。

二.电解装置内部管理

3.严格控制超纯盐水的PH值、淡盐水PH值等, 防止出现进槽盐水过度酸化, 当PH值小于1.5后, 会造成膜的羧酸化, 对膜造成灾难性损坏。定期校正在线的PH测量装置是否运行正常, 如小流量测PH值盐水管路是否畅通, 温度控制是否正常、探头是否有损坏, 定期由仪表人员进行检查, 操作人员定期取样手动分析对比等。

4.停车保护电槽极片及膜的工作须严格认真。当直流电降为零后, 一定要确认极化保护电流是否正常投运, 每个单元的极化电压是否大于1.6伏, 防止出现原电池效应, 阳极涂层出现脱落的情况。在条件允许下, 保证进槽精盐水不中断, 以置换出电槽阳极室富含游离氯的盐水, 利用氮气置换氢气管线并调节氢气水封高度, 确保300mmh2o的氢氯压差。针对较长时间停车 (一周内) , 可考虑采用200g/l的超纯盐水、25-28%的碱液循环, 极化电流投运的保槽方式, 如停车时间再长, 可采用纯水保槽方式, 极化电流可不投运。

5.盐水循环量及盐水浓度、碱液浓度的控制。淡盐水的循环可增加进槽盐水的流量, 改善阳极室内液相的分布均匀, 产生的气生能及时带出。当遇故障淡盐水不能循环的情况下:应尽快联系电流降至7KA运行, 如故障短时间不能处理, 应安排电槽装置停车进行处理。超纯盐的水的浓度一般控制在300g/l左右, 与电槽出来的淡盐水200g/l左右混合后进入电槽阳极室, 如果超纯盐水的浓度下降, 会导致阳极液的氯化钠浓度降低, 使膜的含水率增加, 导致电流效率下降, 长期在较低的氯化钠浓度下运行, 会使膜出现分层起泡等而破坏。在生产运行过程中, 当出现超纯盐水氯化钠含量较低时, 采取调节超纯盐水流量增大, 降低电流等临时措施, 争取控制出口的淡盐水浓度能维护在190-210g/l之间, 如超纯盐水浓度太低, 使淡盐水的浓度低于180g/l以下时, 应采取停车处理方式, 防止膜出现损坏。进槽碱液浓度对电流效率以及碱液中氯化钠的含量也有一定的影响, 一般控制在30-32%左右最佳。碱液浓度升高, 阴极一侧膜的含水量下降, 膜电压上升, 电流效率升高, 但超过极限值后, 电流效率反而会出现下降, 最终导致电耗大幅升高。碱液浓度下降, 阴极侧膜的含水率升高, 膜电压下降, 电流效率下降。

6.电槽安装检修工作必须严格仔细:当电槽因故换膜或更换单元时, 一定要按要求充分进行置换或者纯水盐换, 电槽自然降温至40℃以下, 排液时阳极室放空, 阴极室加氮气保压, 排液完毕后, 缓慢释放阴极室内压力至零。严禁在电槽未排完液的情况下, 操作人员上电槽操作, 在这种情况下, 可能在电槽内部还存在原电池效应, 当操作人员操作过程中使用工具导致产生火星引起电槽内部爆炸。排液完成且拆除电槽两端连接软缆后方能进行维修操作。贴膜片时, 仔细检查, 防止出现反贴的现象, 且在装膜过程中不允许出现折皱。认真做好针孔测试工作。保证测试用氮气的压力稳定在200 mmh20。紧拆拉紧螺栓时, 按要求对称对角均匀用力, 分阶段循环紧拆, 严禁一步到位, 出现单元受力不均导致电槽受损的情况。

三.压力压差的控制:正常运行过程中, 氯气压力控制0mmh20, 氢气压力控制300mmh20, 氢氯气压差控制300mmh20。如压力的反复波动会导致膜的受力出现波动, 甚至贴向阴极极网, 出现膜拉裂或者极片变形的现象, 对电槽和膜的运行产生很大影响。所以一定要控制好氢氯气压力。在升降电流时, 由于氯气氢气的量发生变化, 就需要自动或手动调节调节阀的开度来控制氢氯气压力, 这就需要操作人员不断摸索规律, 可制作不同电流下阀门的大致开启度, 防止出现大关大开的情况, 适当微调;另一方面可采取自动升降电流程度来控制速度, 升降电流速度控制在500-1000A/min左右。氯气总管的氯水支管系统排水不畅会导致氯气总管积水严重, 压力出现波浪形波动。巡检氯水排出管时检查温度是否正常, 如出现温度较低, 可能存在堵塞现象。氯气总管断裂, 大量空气拉入氯气总管, 导致出现氯气正压的情况。定期巡检氯气总管管线, 在氯气总管管线安装伸缩节, 氯气总管的设计安装尽可能在一个水平面, 略有一定倾斜度, 否则容易在氯气总管弯曲部分受应力出现拉断的现象。氯气压缩机、氢气压缩机或者氯气钛风机跳停, 出现氯气氢气大正压;加强电器及控制系统的检查, 完善自动联锁装置, 出现该类重要机泵跳车后, 联锁系统自动停车。盐酸合成炉紧急停炉后未及时通知紧急停车, 导致氯气氢气出现大正压, 完善警铃装置, 盐酸合成炉停车, 警铃至相关岗位并安排紧急停车。氯水洗涤塔液位不准, 出现淹塔现象, 氯气出现大正压。定期对在线液位计进行校准, 巡检时检查现场液位计是否相符。整流装置因故突然跳闸, 但后系统的动力负荷未停运, 导致氯气氢气出现大负压。出现这种情况, 要及时安排后系统的紧急停车, 并关闭电解界区的氢氯气阀门, 开启氮气调节氢气水封, 倒氯气至事故氯装置等操作确保氢氯气压差。

四.结语:离子膜电解装置有可靠的自动控制系统、联锁装置, 生产运行相对稳定, 但要确保离子膜及电槽寿命, 必须严格控制好盐水质量、确保压力压差稳定、做好停车保槽及检修电槽的工作, 加强数据的分析管理, 否则会由于某个因素造成离子膜或电槽受损, 造成不可逆的影响。

参考文献

[1]离子膜法制碱生产技术/中国氯碱工业协会组织编写程殿彬主编。