适应高流速及低水垫层的高速混床强化推流装置及方法

技术领域

本发明属于工厂凝结水及高温疏水的除盐领域，涉及一种适应高流速及低水垫层的高速混床强化推流装置及方法。

背景技术

目前，我国电力行业标准DL5068-2014《发电厂化学设计规范》中对凝结水精处理用前置阳床和高速混床运行流速的限制为60m/h～120m/h。为了使高速、高压水流通过树脂层时更加均匀，不产生明显扰动，避免混床出水水质波动和周期制水量降低，树脂层上应有足够高的水垫层，以起到缓冲水流的作用，使混床树脂层上部流体状态更接近于推流式状态。为了使流体达到推流状态，水垫层的高度一般应为树脂层(1-1.2m)的1-1.5倍即1-1.8m,但由于混床的制造成本等因素的限制，柱型混床的水垫层仅有400-600mm，而球形混床则由于本身结构的限制，水垫层仅为400mm左右，所能起到的缓冲作用非常有限。所以在高流速及低水垫层条件下，高速混床内部的流态与推流式反应器的要求相去甚远，混床运行的可靠性较差。

要改善混床内部的流态，需要通过布水装置来实现。我国电厂应用最多的高速混床布水装置是上世纪九十年代从美国引进的一级挡板加二级多孔板拧水帽形式(占比达95％以上)。这种布水装置在投运初期可以改善布水效果，但在运行过程中，在凝结水“正向水锤”高压力、高流速的冲击下容易变形损坏，布水板之间的空隙变大，水帽被树脂堵塞，使高速混床运行偏流严重，混床内部流态严重偏离了推流式反应器的要求，导致出水水质波动和周期制水量大幅度下降，可靠性较差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种适应高流速及低水垫层的高速混床强化推流装置及方法，该装置及方法能够有效的提高高速混床运行的可靠性。

为达到上述目的，本发明所述的适应高流速及低水垫层的高速混床强化推流装置包括壳体，其中，壳体的顶部设置有进水口，壳体内设置有一级布水装置、二级布水装置及树脂层，其中，一级布水装置、二级布水装置及树脂层自上到下依次分布，壳体的底部设置有出水口。

所述一级布水装置为挡板或者中心母支管式布水器。

所述二级布水装置为多层孔板。

一种适应高流速及低水垫层的高速混床强化推流方法包括以下步骤：

1)混床进水经进水口进入到壳体内，再通过一级布水装置进行一级布水，使得进水流速由2-3m/s降至0.3-0.75m/s，此时进水的流体状态为湍流；

2)一级布水后的水掉落到多层孔板上，通过多层孔板进行二级布水，然后水流到树脂层上，最后经出水口排出。

多层孔板出口处水的平均流速为0.15m/s。

水在树脂层表面上的平均流速为0.03m/s。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的适应高流速及低水垫层的高速混床强化推流装置及方法在具体操作时，二级布水装置为多层孔板，即水流依次经各层孔板，通过各层孔板对水进行均流，以提高布水的均匀性，使得流体流态越接近于推流式，能够克服高速混床高流速、高压力及低水垫层和低树脂层不利条件，实现混床的可靠运行。经试验，本发明能够适应进水负荷大幅度变化，当进水流速在30m/h-140m/h的范围内变化时，均能够保持混床内树脂面水平，不会出现明显的偏流，周期制水量大、出水水质优良，突破了发电厂化学设计规范中对高速混床进水流速60m/h～120m/h的限制。另外，本发明可以适应低水垫层的限制条件，当柱型混床的水垫层仅有400-600mm，球形混床的水垫层仅为400mm左右，所能起到的缓冲作用非常有限时，高速混床仍可以做到推流运行。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，1为进水口、2为一级布水装置、3为二级布水装置、4为出水口、5为树脂层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的适应高流速及低水垫层的高速混床强化推流装置包括壳体，其中，壳体的顶部设置有进水口1，壳体内设置有一级布水装置2、二级布水装置3及树脂层5，其中，一级布水装置2、二级布水装置3及树脂层5自上到下依次分布，壳体的底部设置有出水口4。

所述一级布水装置2为挡板或者中心母支管式布水器；所述二级布水装置3为多层孔板。

本发明所述的适应高流速及低水垫层的高速混床强化推流方法包括以下步骤：

1)混床进水经进水口1进入到壳体内，再通过一级布水装置2进行一级布水，使得进水流速由2-3m/s降至0.3-0.75m/s，此时进水的流体状态为湍流，每个点位在水平及垂直方向的流速差异很大，不利于离子交换，混床进水的压力为3MPa以上，混床进水的流速为120m/h。

2)一级布水后的水掉落到多层孔板上，通过多层孔板进行二级布水，然后水流到树脂层5上，最后经出水口4排出。

需要说明的是，据离子交换动力学的原理，最理想的流态为推流式，即每个横截面垂直方向的流速为相同的，则离子交换反应更充分，离子交换器的树脂交换容量达到最大，从而运行周期最长。

根据推流式反应器的要求，反应器的高径比越大，越容易满足推流式反应器的要求。现有高速混床由于现场罐体及成本的限制，高径比仅为0.3-0.6，远远达不到推流式反应器的要求，因此为了达到在低水垫层的情况下，高速混床仍可进行接近于推流式反应器的流态，需要改变第二级布水装置3。

根据塔板理论，离子交换器内均匀分布许多塔板，随着流动相的流动，组分分子不断从一个塔板移动到下一个塔板，并不断形成新的平衡。即高速混床布水装置的层板数越多，布水越均匀，流体流态越接近于推流式。

根据以上理论及现场实际工况的影响，本发明采用多层孔板进行二级布水。

多层孔板出口处水的平均流速为0.15m/s。

水在树脂层5表面上的平均流速为0.03m/s，均匀性系数大于等于0.85，更接近于推流式反应器。

实施例一

设备：某厂机组容量为2×350MW超临界机组。

现有具体操作：

1)该电厂的布水装置为国内电厂普遍采用的“穹形挡+多孔板拧水帽”布水装置，高混的水垫层仅为0.5m-0.7m，所能起到的水流缓冲作用非常有限。

2)高混入口进入的凝结水向下流到穹形挡板上，然后沿着穹形挡板流向壁面。在壁面处，流体分流为两股，一股沿着壁面向下流动，另一股沿着壁面向上流动。沿着壁面向下流动的流体到达多孔板时折向多孔板的圆心方向。沿着壁面向上流动的流体到达入口附近时再向下流动，形成一个漩涡，当流体流经带水帽的多孔板后，形成若干向下流动的水柱，由于水帽的数量较为稀疏，孔径间距约为280mm，因此形成的水柱间距较大。

3)水流在树脂层5面上平均流速为-0.03m/s，靠近树脂层5中心区域形成了明显的2个高流速区域，最大速度达-0.0736m/s，二级布水装置3的均匀性指数仅为0.80，无法实现高速混床的推流式运行。

采用本发明对该电厂的二级布水装置3进行改造，根据该电厂高速混床的实际尺寸、计算模拟试验确定多层板的层数、间距、开孔率、开孔面积等参数，该电厂运行后，布水装置的均匀性指数达到了0.92，实现推流式反应。

连续一年的运行结果显示，采用本发明后，布水均匀性系数从0.80提高至0.92，高速混床实现推流式运行，混床的周期制水量也由2.5万m

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。