一种树脂自动分离分层交换器及发电机内冷水处理方法

技术领域

本发明涉及发电机空芯铜导线冷却水处理技术领域，具体涉及一种树脂自动分离分层交换器及发电机内冷水处理方法。

背景技术

火力发电厂和核电站等大型发电机，由于强大电流流过发电机绕组线棒，导致线棒发热。为了避免发电机绕组线棒过热引起线棒绝缘材料破坏，通常采用低电导率纯水快速流过线棒中的空芯铜导线进行循环冷却。循环冷却水在流过空芯铜导线的过程中，又会导致铜导线发生腐蚀，腐蚀产物又会导致冷却水的电导率升高，如果腐蚀产物在空芯铜导线内发生沉积，则会进一步导致发电机绕组线棒局部过热甚至熔毁的事故。为了解决发电机冷却水电导率升高和对铜导线的腐蚀问题，行业科技工作者提出了对内冷水进行离子交换微碱化处理的技术措施(叶春松.纯水中微量铜腐蚀控制原理及应用技术研究[D].上海：同济大学，2002)，并制定了行业标准{叶春松等.DL/T1039-2007(2016)《发电机内冷水处理导则》[S].北京:中国电力出版社，2007(2016)}。

上述文献所提出并实施的发电机内冷水离子交换微碱化处理技术措施，是将氢氧型强碱阴离子交换树脂(ROH)和钠型强酸阳离子交换树脂(RNa)依先后顺序小心装载入交换器内，ROH阴树脂先装载在交换器下半部分，RH阳树脂装载在交换器上半部分。树脂装载操作，必须避免阴阳树脂出现“乱层”问题。发电机循环冷却水旁路处理的水，由交换器顶部引入、底部流出，返回到发电机内冷水箱。在交换器内，引入的内冷水先与RNa阳树脂接触，水中微量的Cu

然而，由于ROH阴离子交换树脂的湿真密度(1.06g/ml-1.11g/ml)小于RNa阳离子交换树脂的湿真密度(1.24g/ml-1.29g/ml)，因此，在装载树脂的过程中，倾倒树脂冲击力和阳阴树脂重力差的共同作用，RNa阳树脂很容易“冲”到阴树脂层中，甚至是“冲”到阴树脂层下，阴树脂上浮到阳树脂上面，导致所装载的阴阳树脂发生“乱层”。又由于被处理的内冷水是从交换器上部引入的，水流的冲击力，也会导致阴阳树脂发生“乱层”。

如果交换器内的阴阳树脂出现了一定程度的“乱层”，那么发电机内冷水的离子交换微碱化反应过程就会出现一定的问题，要么处理出水难以合格，要么达不到使内冷水微碱化的目的。因为如果内冷水先跟ROH阴树脂接触，则水中阴离子与ROH树脂先发生离子交换反应，先置换出阴树脂中的OH

发明内容

针对上述问题，现提供一种树脂自动分离分层交换器及发电机内冷水处理方法，旨在解决并避免现有技术中上述发电机离子交换微碱化工艺实施过程中可能出现的“乱层”问题及其潜在的不良影响。

具体技术方案如下：

本发明的第一个方面是提供一种发电机内冷水树脂自动分离分层交换器，包括交换器本体，交换器本体的底部配置有进水口，其顶部配置有出水口，交换器本体内按内冷水在交换器本体内的流向依次装载有阳离子交换树脂、阴离子交换树脂。

进一步的，交换器本体内具有一定自由空间，且离子交换树脂的装载体积小于交换器本体的容积。

进一步的，离子交换树脂的装载体积不大于交换器本体容积的3/4，不小于交换器本体容积的2/3，以便让树脂在水流发生中自由膨胀、自由上浮、自由沉降运动，使容器内的离子交换树脂达到自动分离分层、形成有效悬浮工作层的目的。

进一步的，交换器本体自由空间不小于交换器本体容积的1/4，不大于交换器本体容积的1/3，以使得树脂具有一定的展开率。

进一步的，交换器本体具有单一容积空间。

进一步的，交换器本体具有多孔隔板隔离为上、下腔体的两个容积空间。

进一步的，交换器本体具有独立容积空间串联连接或并联连接的两个及以上的容器。

本发明的第二个方面是提供一种采用上述发电机内冷水树脂自动分离分层交换器的发电机内冷水处理方法，该方法为：将待处理的发电机内冷水从装载有微碱化作用的阴阳离子交换树脂的交换器的底部进水口导入、顶部出水口流出，在向上流动的水流的作用下，交换器内部的离子交换树脂整体呈现出悬浮状态和流态化，树脂颗粒发生有特定规律的相对运动，以使阴阳离子交换树脂自动地发生分离和分层，从而使导入的发电机内冷水在悬浮树脂层中发生动态的离子交换作用而实现微碱化。

本发明中阴、阳两种离子交换树脂因其固有的密度差而自动地发生分离分层作用，阴离子交换树脂上浮形成上部阴树脂层，阳离子交换树脂在其下形成阳树脂层；与此同时，失效树脂与有效树脂产生的密度差也使得它们自动地发生分离分层，有效树脂悬浮保持在原有的上层，失效树脂则因重力下降形成失效的下层。

本发明中当离子交换设备进行反洗分层时，可根据交换器截面积的大小，通过调控流进交换器水流的流量，使交换器表观流速或空柱流速达到一定流速(如10m/h左右，反洗流量与交换器内直径的计算关系式如式1所示)，从而使得在树脂颗粒之间的水流达到树脂流态化运动所需的真实流速(如30m/h左右)，反洗分离分层时间以不少于15min为宜。反洗分离分层完成后，运行流速可根据需要调节，可高可低，宜以较低流速运行，以便充分利用树脂的交换容量。

式中：

Q——反洗流量，L/h；

D——交换器内直径，mm；

υ——空柱流速，这里取10m/h。

上述方案的有益效果是：

本发明设计的自上而下在交换器布置阴、阳离子交换树脂，自下而上让被处理的水流过交换器等操作为基础的发电机内冷水离子交换微碱化处理新工艺，不仅能有效分离阴阳树脂装载时造成的“乱层”，形成符合水处理工艺要求的阴阳树脂分层结构，而且还能利用树脂失效后密度增加的特点，使失效树脂与有效树脂得以分离分层，让阴阳离子交换树脂在有效分离分层和悬浮状态下，与被处理的发电机内冷水进行充分的离子交换反应，有利于离子交换过程的顺利进行和充分利用离子交换树脂的交换容量，从而提高发电机内冷水微碱化处理工艺的技术经济性。

附图说明

图1为本发明实施例1中提供的发电机内冷水阴阳离子交换树脂自动分离分层悬浮微碱化工艺及设备。

附图1中：1、内冷水进水阀；2、除盐水进水阀；3、管道流量计；4、隔离阀1；5、单室离子交换器底排阀；6、单室离子交换器；7、交换器底部隔板；8、阳树脂失效层；9、阳树脂悬浮有效层；10、阴树脂失效层；11、阴树脂悬浮有效层；12、交换器顶部隔板；13、交换器排气阀；14、分层反洗排污阀；15、交换器出水阀；16、隔离阀2。

图2为本发明实施例2中提供的发电机内冷水阴阳离子交换树脂自动分离分层悬浮微碱化工艺及设备。

附图2中：1、内冷水进水阀；2、除盐水进水阀；3、管道流量计；4、隔离阀1；5、双室离子交换器底排阀；6、双室离子交换器；7、交换器底部隔板；8、阳树脂失效层；9、阳树脂悬浮有效层；10、交换器中部隔板；11、阴树脂失效层；12、阴树脂悬浮有效层；13、交换器顶部隔板；14、交换器排气阀；15、分层反洗排污阀；16、交换器出水阀；17、隔离阀2。

图3为本发明实施例3中提供的发电机内冷水阴阳离子交换树脂自动分离分层悬浮微碱化工艺及设备。

附图3中：1、内冷水进水阀；2、除盐水进水阀；3、管道流量计；4、隔离阀1；5、阳离子交换器底排阀；6、阳离子交换器；7、阳离子交换器底部隔板；8、阳树脂失效层；9、阳树脂悬浮有效层；10、阳离子交换器顶部隔板；11、阳离子交换器排气阀；12、阳离子交换器反洗排污阀；13、阴离子交换器底排阀；14、阴离子交换器；15、阴离子交换器底部隔板；16、阴树脂失效层；17、阴树脂悬浮有效层；18、阴离子交换器顶部隔板；19、阴离子交换器排气阀；20、阴离子交换器反洗排污阀；21、阴离子交换器出水阀；22、隔离阀2。

图4为本发明实施例4中提供的发电机内冷水阴阳离子交换树脂自动分离分层悬浮微碱化工艺及设备。

附图4中：1、内冷水进水阀；2、除盐水进水阀；3、管道流量计；4、隔离阀1；5、单室离子交换器底排阀；6、单室离子交换器；7、交换器底部隔板；8、阳树脂失效层；9、阳树脂悬浮有效层；10、阴树脂失效层；11、阴树脂悬浮有效层；12、交换器顶部隔板；13、交换器排气阀；14、分层反洗排污阀；15、精密调节器进水阀；16、精密调节器底排阀；17、精密调节器；18、精密调节器出水阀；19、精密调节器反洗排污阀；20、内冷水旁路处理出水阀；21、隔离阀2。

图5为本发明实施例5中提供的发电机内冷水阴阳离子交换树脂自动分离分层悬浮微碱化工艺及设备。

附图5中：1、内冷水进水阀；2、除盐水进水阀；3、管道流量计；4、隔离阀1；5、阳离子交换器底排阀；6、阳离子交换器；7、阳离子交换器底部隔板；8、阳树脂失效层；9、阳树脂悬浮有效层；10、阳离子交换器顶部隔板；11、阳离子交换器排气阀；12、阳离子交换器反洗排污阀；13、阴离子交换器底排阀；14、阴离子交换器；15、阴离子交换器底部隔板；16、阴树脂失效层；17、阴树脂悬浮有效层；18、阴离子交换器顶部隔板；19、阴离子交换器排气阀；20、阴离子交换器反洗排污阀；21、精密调节器进水阀；22、精密调节器底排阀；23、精密调节器；24、精密调节器出水阀；25、精密调节器反洗排污阀；26、内冷水旁路处理出水阀；27、隔离阀2。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明中提供了一种发电机内冷水树脂自动分离分层交换器，其包括交换器本体，交换器本体的底部配置有进水口，其顶部配置有出水口，交换器本体内按内冷水在交换器本体内的流向依次装载有阳离子交换树脂、阴离子交换树脂。

进一步的，交换器本体内具有一定自由空间，且离子交换树脂的装载体积小于交换器本体的容积。

进一步的，离子交换树脂的装载体积不大于交换器本体容积的3/4，不小于交换器本体容积的2/3，以便让树脂在水流发生中自由膨胀、自由上浮、自由沉降运动，使容器内的离子交换树脂达到自动分离分层、形成有效悬浮工作层的目的。

进一步的，交换器本体自由空间不小于交换器本体容积的1/4，不大于交换器本体容积的1/3，以使得树脂具有一定的展开率。

进一步的，交换器本体具有单一容积空间。

进一步的，交换器本体具有多孔隔板隔离为上、下腔体的两个容积空间。

进一步的，交换器本体具有独立容积空间串联连接或并联连接的两个及以上的容器。

实施例1

按附图1连接发电机内冷水悬浮微碱化工艺中的各个设备。离子交换器为具有单一容积空间的容器，其内装载RNa阳离子交换树脂和ROH阴离子交换树脂。系统运行时，旁路内冷水依次经过呈悬浮态的RNa和ROH树脂。交换器出水呈微碱性，从而调节发电机内冷水的pH值满足电力行业标准DL/T 1039-2007(2016)的要求。

实施例2

按附图2连接发电机内冷水悬浮微碱化工艺中的各个设备。离子交换器为具有多孔隔板隔离为上下腔体两个容积空间的容器。容器下层装载RNa阳离子交换树脂，上层装载ROH阴离子交换树脂。系统运行时，旁路内冷水依次经过呈悬浮态的RNa和ROH树脂。交换器出水呈微碱性，从而调节发电机内冷水的pH值满足电力行业标准DL/T 1039-2007(2016)的要求。

实施例3

按附图3连接发电机内冷水悬浮微碱化工艺中的各个设备。离子交换器为由具有独立容积空间串联连接的两个容器。串联反应器为依次连接的由RNa阳离子交换树脂组成的阳离子交换反应器、以及由ROH阴离子交换树脂组成的阴离子交换树脂反应器。系统运行时，旁路内冷水依次经过阳、阴离子交换反应器。旁路交换器出水呈微碱性，从而调节发电机内冷水的pH值满足电力行业标准DL/T 1039-2007(2016)的要求。

实施例4

按附图4连接发电机内冷水悬浮微碱化工艺中的各个设备。离子交换器为由具有独立容积空间并联连接的两个容器。并联反应器为装载RNa阳离子交换树脂和ROH阴离子交换树的、具有单一容积空间的微碱化反应器，以及装载RH阳离子交换树脂、具有单一容积空间的精密调节器。系统运行时，旁路内冷水经微碱化处理后呈微碱性。当需要精密调节内冷水的pH值，可投运并联的精密调节器。旁路交换器出水呈微碱性，从而调节发电机内冷水的pH值满足电力行业标准DL/T 1039-2007(2016)的要求，并可精密调节内冷水pH值为要求范围内的某一具体值。

实施例5

按附图5连接发电机内冷水悬浮微碱化工艺中的各个设备。离子交换器为由具有独立容积空间串联和并联连接的三个容器。串联反应器为依次连接的由RNa阳离子交换树脂组成的阳离子交换反应器、以及由ROH阴离子交换树脂组成的阴离子交换树脂反应器。串联反应器同时并联了装载RH阳离子交换树脂、具有单一容积空间的精密调节器。系统运行时，旁路内冷水经微碱化处理后呈微碱性。当需要精密调节内冷水的pH值，可投运并联的精密调节器。旁路交换器出水呈微碱性，从而调节发电机内冷水的pH值满足电力行业标准DL/T 1039-2007(2016)的要求，并可精密调节内冷水pH值为要求范围内的某一具体值。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。