close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

3242 glazirin a. muzika l. kabdualieva m podgotovka vodi dlya teplovih elektrostanciy i promishlennih predpriyatiy

код для вставкиСкачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И
КУЛЬТУРЫ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
\
А.И.ГЛАЗЫРИН
J1.П.МУЗЫКА
М.М.КАБДУАЛИЕВА
ПОДГОТОВКА ВОДЫ
ДЛЯ ТЕПЛОВЫХ
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
И ПРОМЫШЛЕННЫХ
ПРЕДПРИЯТИЙ
АЛМАТЫ-1997
РЁСПУЬЛИКАНСКИЙ ИЗДАТЕЛЬСКИЙ КАБИНЕТ
АТлазырин, Л.Музыка, М.Кабдуалиева
Подготовка воды для тепловых электростанций *и промышленных
приятой /учебное пособие/.- Алматы, Республиканский издательский
кабинет, 1997 г . 146 с*
ISBN 5-8380-1557-8
В учебном пособии рассмотрены вопросы подготовки воды д м
іловых электростанций и котельных промышленных предприятий*
иведены примеры расчета конкретного оборудования.
__
Учебное пособие предназначено для студентов технических вузов.
Рецензенты: П.Акользии -доктор технических наук,
Ф. Корсаков-доктор технических наук
Рекомендована к печати научно-методическим советом Павлодаре
о государственного университета
ISBN 5-8380-1557-8 <g)
©
С, •Торггнғ-ьч»®
А
ЛамяАф
I #
у
к
^
(ГфВТ іУ it i к It aglatfiw* *---¥
ilswwyPSF01"0 r°r ’
АХлазырнн, J1.Музыка, М.Кабдуалиева
Республиканский издательский кабинет по учеб­
ной и методической литературе Министерства
образования й культуры Республики Казахстан
1997 г.
Г:
.
ВВЕДЕНИЕ
В промышленном производстве и быту в качестве исходной вода
чада всего применяются воды поверхностных источников и подземные
воды, реке -вода морей и океанов. Все эти вода обладает различными
свойствами. Так, речные и подземные воды, соприкасаясь с почвой,
растворяют . значительное количество содержащихся в ней
солей,
подземные вода, фильтруясь через почву, почти всегда прозрачны,в то
время как речные вода содержат взвешенные вещества в виде частиц
почвы, смываемых с берегов в результате дождей и весенних паводков.
Вблизи населенных пунктов вода
загрязняется
сточными
водами
различных производств. Общее солесодержание дождевой
воды
не
превышает 60 мг/л. У поверхностных и подземных вод концентрация
растворенных солей зависит от состава окружающей почвы и составляет
от 200 до 1500 мг/л, в морских водах - 16000-20000 мг/л,в воде
океанов - около 35000 мг/л.
Непосредственное применение природных вод для промышленных и
бытовых целей в большинстве случаев является неприемлемым.
В
настоящее время насчитывается около 300 различных видов производств,
требующих ту или иную степень предварительной обработки применяемой
природной вода. Для удовлетворения разнообразных требований
к
качеству воды, потребляемой различными отраслями промышленности,
возникает необходимость а специальной физико-химической обработке
исходной природной вода, которая осуществляется на водоподготовителъкых установках или в специальных цехах водоподготовки. '
Особенно высокие требования к исходной
воде
предъявляет
төпло-өнергетическое производство,
где. вода
и
водяной пар
используются в качестве рабочего
тела,
с помощью которого
осуществляется передача и преобразование анергии. Эффективность этих
процессов во многом зависит от чистоты
поверхностей
нагрева
омываемых водой и паром. Наличие в последних как растворенных, так и
не растворенных взвешенных веществ, а также агрессивных агентов
приводит к образованию отложений и коррозии поверхностей нагрева.
Задачей водоподготовки является максимально возможное удаление аткх
веществ ив исходной вода.
■к
•' I
3
ш
2
j
I.КАЧЕСТВО ПРИРОДНЫХ ВОД
I Л • Свойства вода и ее раствори
Вода является окисью водорода. Температуры кипения и плат»ния
при нормальном атмосферном давлении соответственно равны ІСхЯо и
0°0. Критическая температура равна 374,12 °0. Критической называется
температура, выше которой никаким давлением нельзя водяной пар
превратить в жидкость. Соответствующие втой температуре давление я
удельный объем также называется критическим,они равны 22,116 ІІПа я
0,000147 м?/кг т .
v -'Ш§
Вода является хорошим растворителем. В реальных
условиях
эксплуатации абсолютно чистых воды и водяного пара не существует,
они всегда являются растворами различных веществ неорганического иди
органического характера.
Молекулы многих веществ при растворении, так же как и молекулы
воды, диссоциируют на катионы и анионы. Водный раствор такого
вещества называется электролитом, т.к. он обладает способность®
проводить электрический ток. Полной диссоциации подвергаются много
кислоты (соляная, азотная, хлорная), щелочи ( едкий нвтр, едкий
калий), ряд солей (хлористый натрий, хлористый кальций, хлористый
магний, сернокислый натрий и др.)
Примером может служить диссоциация хлористого натрия
едкого калия
КОН * А ** Q H ,
или азотной кислоты
ч
'"'
:Ш'
Н V 0 j я Н *' * Щ і
При растворении веществ в воде образуются не только влектролшты, так многие вещества растворяются, сохраняя при втом оостав Я
структуру своих молекул. К таким веществам относятся различные гааы
(кислород, водород, азот) и органические соединения
(крахмал,
спирты, вфіры, альдегиды и др.) Водные раствори втих веществ не
обладают алектропроводностью.
3
При растворении некоторых веществ в воду переходят не ионы шли
отдельные молекулы, а крупные частицы этих веществ, которые состоят
из оолывого числа молекул. Такие частицы несут влектрически* варяд
и могут передвигаться в электрическом поле. Наличие влектричеокогз
наряда препятствует соединению частиц в более крупные агрегаты и
4
сообілают такой системе агрегатную_устойчивость. Это сближает данные
системы с растворами, однако они имеют ряд особенностей, которые
отличаьт их от истинных растворов - они называются коллоидными
растворами. Свойства коллоидных растворов обладают и растворы
высокомолекулярных веществ (белки, гумины и гумусовые соединения,
полиирәмнмввыө кислоты и т •Д•)„
Многообразие примесей в природных водах затрудняет их клвссификвцию по какому-либо признаку,
поэтому
примеси
и растворы
классифицируют по нескольким признакам: по степени дисперсности, по
химическому составу и др. Так, по степени дисперсности растворы
делятся не истинные и коллоидные, а также суспензии. Разделение
осуществляется в зависимости от размера частиц примесей:
- истинные растворы образованы примесями в виде отдельных
ионов,
молекул
или
комплексов,
состоящих
из
нескольких
молекул, частицы таких примесей имеют размер менеө I нм;
- коллоидные растворы образованы примесями в виде частиц с раз­
мерами от I до 100 нм, частицы обладают электрическим зарядом,что,
в частности, препятствует их оседанию и агрегации;
тонкие суспензии (муть) образованы примесями в виде частиц о
размером от 0,1 до 50 мкм, частицы участвуют в броуновском движении,
самопроизвольно разделяются. но оседают или
всплывают
весьма
медленно;
грубые суспензии (взвесь) образованы примесями в виде частиц
с размерами от 60 мкм до I мм, частицы видны невооруженным глазом,
могут оседать или всплывать, что приводит к разрушению системы.
Для измерения концентрации диспергированн по или растворенного
вещества служит ряд единиц. В технологии обработки воды обычно
пользуются количеством миллиграммов растворенного вещества в 1 литре
воды (мг/л) или микрограммов в литре (мкг/л). Часто концентрацию
раствора выряжают в процентах, процентное обозначение показывает,
какое весовое количество вещества содержится в 100 весовых частях
раствора (не растворителя!). Например, выражение IOX-ый раствор соли
означает, что в 100 г раствора содержится 10 г соли и 90 г вода. В
практике также обычно пользуются выражением концентрации растворов
в единицах нормальнооти. Нормальным (ТН> раствором
называется
раствор,
содержащий
в одном
литре
один
грамм-эквивалент
вещества.
Грамм-эквивалентом
называется
количество
вещества,
выраженное в граммах, соответствующее в данной реакции о
атому водорода или переходу одного электрона. Разбавленные в 10 и
5
100 раз растворы называются соответственно децинормяльными и сенти
нормальными (обозначаются 0,1 Н и 0,01 Н ).
Молекулы воды обладают полярностью, так как пространственное
расположение составных частей молекул таково, что в одном (водород­
ном) полюое сосредоточен положительный заряд, а на другом (кислород
ном) полюсе - отрицательный, в результате чего появляются межмолекулярные связи, так называемые, водородные связи,
обусловленные
кулоновским взаимодействием полярных молекул. Эти связи создаю?
сложную структуру как жидкой вода, так и льда* Для льда эти
структуры более "рыхлые", поэтому его плотность меньше, чем у вода
(лед плавает в воде ).
'
Молекулы воды в незначительной степени диссоциируют на ионы во­
дорода и гидроксила
Ht 0 ~ н * + о н ~
щ
Из общего количества молекул вода при 20°С только 1,8*10 *
находятся в состоянии диссоциации 121• Процесс диссоциации обратим.
При любой температуре, как в чистой воде, так и в любых водных
растворах наряду с молекулами воды, существуют также и
ионы
водорода и
гидроксила, причем их
концентрации подчиняются
соотношению 1:1- Нарушение равенства концентраций ионов возникает,
если в воде растворены вещества, способные диссоциировать на ионы
водорода и гидроксила. Раствор называется
нейтральным,
если
концентрация ионов водорода ( Сы*)
равна
концентрации иоиов
гидроксила (СонЙ * Раствор будет иметь кислую реакцию, если в
ней растворены вещества с кислой основой. В этом случае концентрация
ионов водорода больше, чем концентрация ионов
гидроксила.
В
противном случае раствор будет обладать щелочной реакцией.
Для определения реакции раствора на практике пользуются не
величинами концентраций ионов, а их десятичными логарифмами, взятыми
о обратным
знаком.
Чаще
пользуются
водородным
показателем
pH, представляя его как
,
pH ш ~
Соответственно гидроксильный показатель рОН представляется как
р о и • -e s i 'о н Известно, что при температуре 25 С
p H +/> ОН
:
\
поэтому вычисление величины водородного показателя pH || вызывает
затруднений, если известия
концентрация
ионов
в о Щ %
б
гидцюксила. например, в 0,ТН растворе (0,1 нормальном рөстворө)
соляной кислоты концентрация ионов водорода равна 0,1 грамм- ион в
литре, так как молекулы соляной кислоты полностью диссоциированы.
Тогда
'
..У’следователъно,
pDH • Щ г Р М r
Аналогично мокно вычислить для 0,1 Н раствора едкого натра, где
концентрация ионов гидроксила равна 0,1 грамм-ион в литр®
рО Н -- -Щ Щ •»
о. / • / .
следовательно,
p H ; /4 - /> ОН * /* '/
Среда считается нейтральной при значениях pH в пределах от 6,5
до 7,5, при меньших значениях - среда кислая, при больших значениях
~ среде щелочная.
I.2. Основные показатели качества природных вод
Важнейшими
показателями
качества
вода,
определяющими
пригодность
ее
использования
на
тепловых
электростанциях,
являются: прозрачность воды, сухой остаток, окисляемость воды,
явсткость воды, щелочность воды.
Прозрачность - косвенно характеризует содержание в воде взве­
шенных веществ. Она определяется при повышенных
концентрациях
грубодисперсных примесей в воде. Численно выражается в сантиметрах
высоты столба воды в трубке, сквозь который (столб) еще возможно
чтение специального шрифта.
Прозрачность
лишь приблизительно
характеризует
концентрацию
взвешенных
веществ.
При
малых
концентрациях грубодисперсных примесей (менее 3 мг/л) используется
нефелометрический
метод,
основанный
на сравнении
мутности
анализируемой воды с соответствующим эталоном.
Сухой остаток- характеризует суммарное количество, растворенных
в воде, нелетучих молекулярно-дисперсных и коллоидных
веществ
минерального и органического происхождения и позволяет косвенно
судить о солесодержании боды,т.в. о сумме всех анионов и катионоа в
воде, за исключением ионов Н *и ОН . Сухой остаток определяется
путем выпаривания освобожденной от взвешенных веществ пробы и
высушивания полученного остатка при температуре
106-110^0
до
постоянной маосы.
Окисляемость - косвенный показатель загрязненности воды органи-
?
ч*сними веществами, которые
присутствуют
в
природных
впд*х
преимущественно в виде различных коллоидных соединений. Окисляемость
воды численно выражается
количеством
мшшиграммов
кислорода ,
затраченного на окисление органических веществ, содержащихся в I
литре исследуемой воды и имеет размерность мг/л. Следует иметь ь
виду п что окисляемость не идентична содержанию в воде органических
веществ, т.к. при ее определении не происходит полного разрушения
(окисления) органических веществ.
.
Жесткость - показывает содержание в воде катионов накипеобразователей (кальция и магния). Общая жесткость воды определяется
суммарным содержанием в ней катионов кальция (кальциевая жесткость)
и магния (магниевая жесткость), выражается в мг-экв/л или при малых
значениях - в мкг-экв/л. С другой стороны общую жесткость можно
представить как су*в#у карбонатной и некарбонатной жесткостей.
Карбонатная жесткость эквивалентна концентрации бикарбонат-ионов
НС0~ в воде, т.е. обусловлена наличием в воде солей Со (ИС03 )л я
(Н С 0 ) • Остальная часть эквивалентна содержащимся в воде
хлоридам * сульфатам и другим некарбонатным солям кальция и магния,
она называется некарбонатной жесткостью и обусловлена наличием в
ВОДӨ солей М Ш
*!*•
Напримөр, в воде содержатся катионы (в мг-экв/л) Са
-*«
Йа * =1, а также бикарбонат-ионы
' - Тогда величины жесткостей
(в мг-экв/л) будут равны: общая жесткость - 4, кальциевая жесткость
- 3, магниевая - I, карбонатная жесткость - 3, некарбонатная - I.
Щелочность - показатель, определяющий содержание
в
вода
гидроксильных ионов и анионов слабых кислот, которые при диссоциации
образуют более сильные щелочи и придают раствору щелочной характер.
Общая щелочность воды численно равна сумме содержащихся в ней
гидроксильных ионов АН и анионов слабых кислот МСОл , Щ
, РОч ,
j? д *"л др., выраженных в мг-екв/л. Общая щелочность, в зависимости
от характера анионов слабых кислот, подразделяется на* гидратную
щелочность, обусловленную концентрацией в воде гидроксильных ионов
~ - бикарбонатную щелочность, обусловленную концентрацией в воде
бикврбонпт-ионов НС0~>, карбонатную щелочность С О /' ; силикатную
щелочность (
Щ Щ Ш Фосфатную щелочность ( Ц Щ . ПРО* ,
РО 3 ~- ) . Обычно в природных водах бикарбонатная щелочность
преобладает над другими видами щелочности, поэтому с достаточной для
практики точностью она может выражать общую щелочность воды.
Характеристики некоторых природных вод приведены в табл. 1,1 (31.
в
Таблица I Л
Состав природных вод СНГ
Источ­
ник и
место
отбора
пробы
Взве­
шен­
ные
веще­
ства.
мг/л
Су­ рн Ок­ Щехой
ис­ лочос­
ляв- носта­
моо- ть.
ток
ТЬ, мгмг/л
мг/л вкв/л
РЕКИ
Амур,
Хабаровск
16 93
Аму­
дарья,
Гаурдак -* 628 6,8
Енисей,
Красно­
ярск
9 117
Иртыш,
Омск
172 344
Ишим,
- 1167
Есиль
Миао
Челя­
бинск
94 263
Обь,
Новоси­
бирск 33
206
Томь,
Кеме­
рово
763 161
Урал,
урьев 34 770
.
Жөсткостъ Содержание ионов,мг/л
мг-экв/л
кар- обе­
I
бо- щая Л 1* 1fi/* *
щ
.
ее щ .
Са
натная
т
Щ
-
0,6
0,5
0,5
-
2,4
2,4
4,7 66,7 16,7 146,4 4,9 110,6 -
-
1,0
1.0
1,1 16,1 3,0 61
-
2,7 2,7
6
2,4 30,5 5,6 2
14
•
%
6.3
5,8 6,4
2,8 28,1 17,0 165 31,7 34 5,6
Я?
-
6,6 6,6
-
1.7
1.7 2,2 28
10,2 107
Т,2
1,2 3,2 49
9,4 74
11,7 80,2 93,6
1,0 1,0 1,6 23
3,8 3.8 6,2
402 20,3 369 70
91
8
13.4
6,2
12,6
|,;§ 58 20 8,
108 9,7 234
107
13,2
170 9,1
03SPA
Балхаш Байкал «!
Wlc.
1776
1,12 3,2 10,7 39 106
3,17 1,1 1,4 21 4,3
194 672 346 10,1
68 6,4 3,6 -
3.2 3,2
70 29Ө 697
198 1440 9626
-
3.2 3,2 86 326 867
196 3613 6017
-
МОРЯ
Черное - 17000
Каспийс­
кое
- 13000
9
%
По солөсодержанию (в г/л) природные вода разделяются на
три
группы: пресные - менее I, солоноватые - от I до 26, соленые более
25. По значению общей жесткости (в мг-экв/л) природные
воды
разделяются на пять групп: с малой жесткостью - менее 1,5; со
средней жесткостью - от 1,5 до 3; с повышенной жесткостью - от 3 до
6; с высокой жесткостью - от 6 до 12 : с очень высокой жесткостью более 12. По степен
загрязненности
органическими
веществами
природные воды подразделяются ( с помощью величины окисляемости, в
мг 0«/л) на четыре группы: с малой окисляемостью - менее 5, со
средней окисляемостью - от 5 до 10, с повышенной окисляемостью - от
10 до 20, с сильной окисляемостью - более 20.
Содержание и состав примесей поверхностных и подземных вод
существенно зависят от характере почв и грунтов, с которых они
собираются
Так,
северные
реки
отличаются
России
малым
ЯВп
солесодержанием, тогда как реки южных районов, протекающие по
засоленным почвам, сильно обогащены солями. Сбрасываемые в водоемы и
реки сточные воды могут существенно изменять их солевой режим.
Концентрация и состав пртесей в поверхностных водах зависит
также
от сезонов года. Так, в летний и зимний периоды питание водостоков
осуществляется
в
основном
за
счет
подземного
стока,
И»
следовательно, концентрация растворенных
солей
в
ето
время
возрастает. Весенние паводковые периоды характеризуются очень низким
солесодержанием воды, но при этом в
воде
резко
возрастают
концентрации грубодисперсных и коллоидных примесей за счет смыва их
с поверхности талШбІЗв поверхностными водами. Основные компоненты
V*
химического состава речных вод это катионы Со
анионы
Содержание растворенного кислорода в
воде рек обычно близко к предельной растворимости его при данной
температуре. Водородный показатель pH речной воды обычно не выходит
за пределы 6,5 - 7,5.
\
Основными компонентами химического состава морских вод является
ионы хлора и натрия. Общая жесткость морей и' океанов находится в
пределах 215 -225 мг-экв/л, в том числе карбонатная жесткость - 16
мг-экв/л.
Подземные воды отличаются большим разнообразием химического
ссставн. Солесодержание колеблется от 100 мг/л до нескольких грамм
на I л вода. Подземные воды не содержат взвешенных веществ,
количество растворенного
кислорода
обычно
меньше
предельной
ШІ
щшшшш
10
растворимости кислорода при данное температуре. Нередко подземные
вода содержат значительное количество растворенной углекислоты, а
также железа и сероводорода.
1.3.Контроль основных показателей качества природных вод.
I.3.I.Определение прозрачности воды.
Для определения прозрачности воды применяется метод . Стеллөна
f4l. Мерой прозрачности служит высота водяного столба, сквозь
который можно еще прочесть шрифт определенного типа (высота букв 3,5
мм). Прозрачность выражается в сантиметрах высоты
столба
(с
точностью до I см).
-—
Определение прозрачности производят
в хорошо
освещенном
помещению! на расстоянии I м от окна, не на прямом солнечном
свету. Для работы необходимо иметь стеклянный цилиндр о внутренним
диаметром 2,5 - 3 ом и высотой около 50 см. калиброванный в
сантиметрах. В нижней части цилиндр должен иметь патрубок, о надетой
на него каучуковой трубкой и зажимом.
Для определения прозрачности отбирают 0,5 л воды, которую
хорошо взбалтывают и заливают в цилиндр. Цилиндр устанавливают над
шрифтом так, чтобы дно его находилось на 4 см выше шрифта. Добавляя
или отливая воду из цилиндра, находят предельную высоту столба вода,
при которой чтение шрифта еще возможно.
1.3.2. Определение содержания сухого остатка.
Сухой остаток - вто о^цөө содержание в профильтрованной воде
всех растворенных, нелетучих при температуре 1 2 0 % твердых веществ.
Погрешность определения сухого остатка составляет 5 мг/л при объеме
вода ( взятой для выпаривания) равном 100 мл.
Для анализа отбирают такой обьем вода, чтобы масса сухого
остатка в чашке находилась в пределах 50 - 150 мг. Отобранный сбьем
вода полностью освобождают от взвешенных веществ путем фильтрования
через фильтровальную бумагу или мембранный фильтр.
Для
определения сухого остатка
профильтрованную пробу
анализируемой вода помещают в чистую, прокаленную и
заранее
взвешенную платиновую иашку и выпаривают.
Полученный остаток
высушивают при 120°С до постоянной массы, для чего чашку о осадком
выдерживают в сушильном шкафу в течение 1,6 часов.
Сухой остаток, мг/л, вычисляют по формуле
■ f-& -< в .-е ,>
11
где
V
- Объем воды* взятой для упаривания, мл;
- масса пустой чашки, г;
- масса чашки с высушенным остатком,г.
1.3.3 Определение щелочности воды
Щелочность воды определяется объемным ацидиметрическим методом
[4], сущность которого заключается в измерении количества кислоты,
затраченной на доведение pH анализируемой пробы до точки перехода
применяемого индикатора. В зависимости от применяемого индикатора
различают : щелочность по метиловому оранжевому, ее часто называют
общей щелочностью
(если определение
ведется
по
метиловому
оранжевому); щелочность по фенолфталеину; щелочность по смешанному
индикатору (по метиловому красному ).
Для анализа
отбирают
100 мл
или
меньшее
количество
анализируемой воды. При отборе пробы в количестве 100 мл точность
определения щелочности составляет 5 мкг-экв/л. Если в воде имеются
взвешенные вещества, то пробу отстаивают или фильтруют. Отобранную
пробу помещают в колбу вместимостью £50 мл я доводят обьем пробы до
100 мл добавлением обессоленной воды.В пробу вводят несколько капель
спиртового раствора индикатора и затем татруют раствором кислоты до
изменения окраски согласно табл. 1.2, при этом колбу все время
встряхивают.
Таблица 1.2.
Таблица цветов титруемого раствора
Наименование
индикатора
ШЩ
"*
Количество
капель
Изменение цвета в точке
перехода
• ■
Фенолфталеин
Метиловый оранжевый
Смешанный
2-3
3-4
5
От малинового до бесцветного
От желтого до оранжевого
От зеленого до фиолетового
Если щелочность воды провы
значение 50 мкг
то
титрование производят 0,I н Шраствором
кислоты,
при
меньшей
раствором
Титрование рөкомеқі
проводить
п«0«
при температуре
Значение щ
соответству ill
индикатору
МГ-ЭКВ/Ji
определяется по формуле
• * ' W 0°
-
Д
V
12
где а
иоььи раствора кислоты, затраченный для титрования прс
нормальность раствора кислоты;
V
К
рования
при определении щелочности по Ж
тилоранжу, мг-экв/л. При температуре пробы 20°С поправка
принимается равной 0.039 мг-экв/л.при 30°С-0,053 мг-экв/л
1.3.4. Определение общей жесткости воды
.Под общей жесткостью воды понимается сумма концентраций в ней
ионов кальция и « п о и . выраженная в мг^экв/л или мкг-экв/п. Для
определения жесткости могут использоваться различные методы Ш
а
том числе:
.
Jf
- визуально-колориметрический метод, пригодный для анализа вода
с малой жесткостью до (от 0,2 до 5 мкг-экв/л);
- обьемный тригонометрический метод, используется при жесткости
о ом в 5 мкг~экв/л.
.
‘
Трилонометричеокий метод основан на способности ионов кальция и
магния образовывать комплексные соединения с комплексонами и сядом
красителей. Красители служат для определения момента окончания
титрования.к ним относятся: кислотный хром синий К, кислотный ио м
темно-синий и эриохром черный Т (называемый также хром чяршй
специальный ETOf.). Красители обладают различной
чувствительностью
так чувствительность тригонометрического метода при использовании в
качестве красителя кислота- о хрома синего К составляет 3 мкг.экв/л.
отот м«тод применяется для определения жесткости умягченной воды
конденсатов
производственных
потребителей пара,
дистиллятов
испарителей и конденсатов сетевых подогревателей. Следуот иметь в
виду, что наличие в воде ионов меди, цинка, железа и марганца мешает
определению жесткости. Необходимо принимать меры по устранению этого
влияния, например. влияние меди устраняется добавлением к воде
нескольких капель ГOS-ного раствора сульфида натрия, влияние железа
устраняют окиглннини его до грехвалентного.
Пробу вода отбирают в таком обьеме, чтобы реактива пошло на
титрование не более 5-6 Мл ( в целях економии). Отобранную пробу
взвешенных частиц и добавляют дистиллированную
до
амми
Титрование
растио]х>м
красной до синовнто-сйрөневой
(при индикаторе
13
Пргхіы от
хром темно-,-инбм).
Следует иметь в виду, что наиболее четко втот переход заметен при
естественном дневном освещении, менее
отчетливо
при обычном
электрическом и хуже при лампах "дневного света".
Для вычисления жесткости воды , мг-экв/л, пользуются следующей
формулой
_
а ■V - /ООО
у
а
- объем трилона Б, затраченный на титрование пробы, мл;
//
- нормальность раствора трилона Б;
V
~ объем пробы воды, взятой на титрование, мл.
Визуально-колориметрический метод основан на способности ионов
кальция и магния образовывать соединения с трилоном Б и красителем
кислотным хром темно-синим. Чувствительность метода составляет 0,2
мкг-экв/л, он применяется для определения жесткости питательной вода
и конденсата пара.
где
Л
В цилиндрическую склянку из бесцветного стекла отбирают 100 мл
анализируемой воды,
вводят
пять
капель
О,IS-ного
раствора
диэтиддатиокарбоната натрия, 2 мл аммиачного буферного раствора и
2 мл раствора трилона магния. Содержимое склянки хорошо перемешивают
и выдерживают в течение трех минут, затем вводят I мл раствора
кислотного хром темно-синего, вновь хорошо перемешивают жидкость и
через две минута сравнивают ее окраску с окраской имитаторов.
1.3.5. Определение окисляемости
Метод основан на частичном окислении перманганатом калия в
кислой или щелочной среде органических веществ, присутствующих в
анализируемой воде [4].
Перманганатная
окисляемость
является
условной характеристикой степени загрязненности вода органическими
веществами. Для устранения влияния хлоридов определение окисляемости
при их высокой концентрации ведут в щелочной среде, в остальных
случаях окисляемость определяют кислой среде.
Для определения окисляемости в кислой среда отбирают 50 мл
анализируемой воды в колбу вместимостью 250 иЛ, доводят обьем до ТОО
мл дистиллированной водой, вводят 10 мл 10 Н серной кислоты и
нагревают жидкость почти до кипения. Затем добавляют 10 мл 0,0Г Н
раствора перманганата калия и кипятят ровно 10 минут с момента
закипания. Затем в жидкость вводят 10 мл 0.01 Н раствора щавелевой
кислоты.
Обесцветившуюся
жидкость
титруют
0,01Н
раствором
нермпнгоната до слабо -розовой окраски, не исчезающей в течение одной
минуты. Одновременно проводят контрольное определение, для чего
*
А
.14
N
берут ТОО мл дистиллированной
анализируемую воду.
же
как и
Для определения перманганатной окисляемости в щелочной среде
отбирают 50 мл анализируемой вода в колбу вместимостью 250 мл.
дистиллированной водо
раствора щелочи, нагр !ют почти до кипения и
раствора перманганата іатем жидкость кипятят ровно десять минут
________________________________________
момента ее закипания. К горячему раствору добавляют 10 мл 10 Н
серной кислоты и 10 мл 0,01 Н раствора
щавелевой
кислоты.
Обесцветившуюся жидкость титруют 0,01 Н раствором перманганата до
слабой розовой окраски, не Исчезающей в течение одной минуты.
Контрольное опре
для
берут
100 мл дистиллированной воды и обрабатывают ее так же как и
анализируемую
ГІерманганатную окисляемость в пересчете на кислород, мг/л,
обоих случаях вычисляют по формуле
1.
J L b A
b
w
i t - Д
*■'
S t =
6 0 ■К
0. ■
где
Q, , Q„
К
V
^
- S- ,
*
$
( о , - Оя )
V
- расходы 0,01 Н раствора
перманганата
калия
на
контрольной проб
- поправка к нормальности раствора перманганата калия;
анализа
I&
2. ВЫБОР СХЕМЫ ВОДОПОДГОТОВКИ
2.1. Общие сведения
Вода на электростанциях используется для заполнения контура
паротурбинной установки, компенсации потерь пара и конденсата во
время работы и подпитки тепловых сетей. Во всех случаях применяемая
сырая вода проходит соответствующую обработку, однако наиболее
высокие требования предъявляются к качеству воды, служащей для
заполнения контура паротурбинной установки и подпитки его в процессе
эксплуатации. На ТЭС применяются различные методы обработки воды.
Подготовка добавочной воды проводится химическими и термическими
методами. Применяя химическую обработку,
можно
получить
как
умягченную, так и глубоко обессоленную воду; при
термической
обработке получают дистиллят, т.е.
воду
с
очень
небольшим
содержанием примөсей ./выбор способа (технологии) и схемы водоподготовки осуществляется в зависимости от типа электростанции, типа и
параметров котлов, способа регулирования температуры перегретого
пара и качества исходной воды, расхода пара на производство,
возврата пара с производства, потерь конденсата на станции^
Выбор схемы водоподготовки зависит прежде всего от типа паровых
котлов. Прямоточные котлы более^ трвбовательыы. к качеству питательной
80ды• так KgK в°да в поверхностях нагрева .полностью испаряется и.
поэтому
для
предотвращения
накипеобразования
на
внутренних
гтог^рхвостях труб Качество воды должно быть равно качеству пара. В
барабанных котлах
с
естественной
циркуляцией 7 допускается
использование вода со значительной концентрацией легкорастворимых
солей натрия, однако при этом вода должна обязательно освобождаться
от солей жесткости (чем вшоө^давлөние^ в котле, тем глубже должно
быть проведено умягчмьтв вода)* ііри давлении в котле более 10 МПа
пршШШт с я * как правило, схемы обессоливания воды.
Допустимое содержание солей натрия в добаиочной воде может
увеличиваться при снижении давлещ/ш # в котлах,
при
улучшении
организации сепарации пара в барабанах котла, при уменьшении потирь
пара и конденсата, при увеличении допускаемых проду^ж котла.
Следует учитывать, что барабанные паровые котлы безразличны только к
двум солям натрия - сернокислому натрию и хлористому натрии и только
при давлении до 14 МПа. При сверх высоких давлениях хлористый натрий
заметно растворяется в паре, а гидраты окиси натрия нормируются в
воде у*е при длклании 4 МПа [7], т.е. процентное содержание A/q QH не
16
ш
Я
ш
я
должно быть болөө 20 % от общего солесодержания, что предотвращает
эзию и щелочнохрупкие разрушения котельных металлов.
.Снижение щелочности добавочной воды необходимо еще и для того, чтобы
не допустить излишнего выделения свободной углекислоты в пар при
внутрикотловом гидролизе бикарбонатных и карбонатных щелочных
соединений добавочной воды. Это позволит предотвратить углекислотную
коррозию металла. Для котлов высокого давления противопоказаны
присутствие нитрата и нитрита натрия, которые удаляются в схемах
обөссоливания воды или в испарителях.
Восполнение потерь конденсата в цикле электростанции может
производиться химически очищенной водой, химически обессоленной
водой^или конденсатом испарителей.
I
Барабанные паровые котлы о естественной и многократной
принудительной циркуляцией паропроизводительностью 0,7 т/ч и более,'
все паровые прямоточные котлы независимо от паропроизводителъности,
а также водогрейные котлы должны быть оборудованы установками
химводоочисткиу Допускается применение других аффективных способов
I, гарантирующих выполнение требований безнакипного и
безкоррозионного режима, т.в. режима не образующего шлам на поверхностях нагрева котла 17].
Установка химводоочистки в большинстве случаев выполняется по
комбинированной
схеме,
включающей
две
фазы
обработки:
предварительную очистку { первая фаза) и полную очистку (вторая
•“ ■ Ь Й, т°м сдмав. если источником водоснабжения служит вода из
повврхңостнагс) И&таңникв. то применение предварительной очистка,
обязательной если же водоснабжение осуществляется из артезианских
скважин, то предварительная очистке воды не производится,
за
I необходимо дополнительно удалять
кремниевые соединения, соединения железа, а также иногда
для
снижения щелочности воды.
2.2. Рекомендуемые схемы водообработки
Водоподготовительные уотановкж,используемые на влөктростанциях,
имеют следующие цели:
-
приготовление добавочной воды для восполнения потерь;
приготовление химочищенной воды для питания испарителей и
паропреобразователей, для подпитки тепловых сетей, а также для
технологических нужд внешних потребителей;
отовленне
химочищенной
вода,
идущей на
очистку
I?
оборудования;
і
- очистка турбинного и внутристанционного конденсата,а также
конденсата, возвращаемого от внешних потребителей пара.
Существуют достаточно подробные рекомендации по выбору схем для
подготовки воды и конденсата, используемых на станции [3,6]. Так
например":
. ;*••
>.^ ^
- для паровых котлов, с давлением до 10 МПа рекомендуется
частичное понятие обессоливания и обескремнивания (с предварительной
•очисткой) пли дистилляция с упрощенной схемой обработки
воды
(предочистка и натрий-катионирование), последняя схема применяется
при содержании анионов С£ + SQ*~ не более 4 мг-экв/л;
- для паровых котлов с давлением 10 МПа и более рекомендуется
ионитово ө обессоливание с обескремниванием и предочисткой, а при
высокой минерализации (С£ +
более 4 мг-экв/л) рекомендуется
дистилляция с упрощенной схемой обработки воды;
- для питания испарителей рекомендуется применение схемы о
двухступенчатым натрнй-ка шокированием
и
предочисткой,а
такте
рекомендуется
использовать мягкие
сбросные
воды
установок
водоподготовки и ТЭС, т.е. воды без солей жесткости
и
со
сравнительно невысоким солесодвржанием;
- для подпитки закрытой и открытой тепловой сети рекомендуется
схема: предочистка, "голодное" водород-катионирование, декарбони­
зация, барьерные нөрөгенөрируөмыө катионитовые фильтры (кальцийкатионирование), которые также называются буферными фильтрами•
На рис. 2.1-2.19 приведены схемы водоподготовител^ных установок
(8]. В этих схемах приняты следующие обозначения: Д - деаэратор; ДК
- декарбонизатор; 0 - осветлитель; Н - перекачивающий насос; ҢД насос-дозатор; КН - конденсатный насос; ПН - подпиточный насос; К -?
конденсатор турбины; П - подогреватель вода; В - промежуточный бак;
БЗК - бак загрязненного конденсата; УФ - механический фильтр; ФСД фильтр смешанного действия; Ц - фильтр загруженный целлюлозой; 01 фильтр, загруженный катионитом, работающим в режиме обезжелезиьяния
конденсата; УФ - фильтр, загруженный активированным углем; ЭМ электромагнитный фильтр; А1,А2 - соответственно анионитовые фильтры
первой и второй ступеней;
соответственно водород-катионитовые
фильтры первой и второй ступеней; Л а, ,
- соответственно
ңатрлй-катионитовые фильтры первой и
в т орой ступеней; Hf водород-катионирование при "голодном" режиме регенерации, Н^- фильтр
буерного катионирования.
ІӨ
Схема I. Известкование и коагуляция в осветлителе,
механическая фильтрация
Исходная бода
Сульфат
же/та
молоко
ЗШшРІ ’
Рис.2.1
применяется в качестве предочистки, преиму
в
сочетании
второй фазой:
для удаления карбонатной
солей магния, коллоидной
кремнекислоты
іенных веществ органического и
минерального
происхождения, а также для снижения содержания реакционно-способной
кремнекислоты
уія
«ности использования шлама осветлителей на нейтрали
зацию
: кислых вод.
—
Коагуляция в осветлителе, механическая фильтрация
Исходно* бода
Сумратммм
тюко
/Жги/ натр ил/
полиолрилонид
Рже.2.2
19
Прідояищіннао
бода
2 применяется в качестве предочистки, преимущественно в
со
второй
фазой,
для
удаления
из
поверхностных
вод
сочетании
кремнекислоты, а также взвешенных веществ органического и
минерального происхождения
Частичное
содирование, известкование, коагуляция
фильтрация
в
Исходная вода
Сулырат мета
Предощущенная
*стково§
молоко
Л'альцинироЬанная
сода
Рис.2.3.
применяется в качестве предочистки,
преимуществе»
сочетании со второй фазой:
магния
удаления карбонатной и постоянной жесткости
[энных
веществ
органического
и
коллоидной кремнекислоты
а
также
для
снижения
реакционноминерального происхохдөн
обрабатываемой
на
осветлителей
шама
для
возможности
использования
нейтрализацию сбросных кислых вод.
механических фильтрах
Исходная бода
и
<*>
Едкий натр
Сшіырат алюминия
Предошемоя бода
Рис. 2.4
20
Схема 4 применяется в качестве предочистки, преимущественно в
сочетании со второй фазой для удаления из поверхностных вод
коллоидной кремнекислоты f а также взвешенных веществ органического и
минерального происхождения.
Схема б. Известкование, коагуляция и магнезиальное обескремвжвание в осветлителе, механическая фильтрация
Исходная Soda
C(/4tqx2/n
*еш а
Каустичесп
ЖінФіит
Месткобое
молоко
Рис.2.5
Схема Б применяется в качестве предочистки, преимущественно в
сочетании со второй фазой:
для удаления реакционно-способной и коллоидной кремниевой
кислоты, карбонатной жесткости, солей магния, взвешенных веществ
органического и минерального происхождения, а также для снижения
содержания сухого остатка обрабатываемой воды;
для
возможности использования шлама
осветлителей
на
нейтрализацию сбросных кислых вод.
На рис. 2.6 - 2ЛІ приведены схемы 6-II, которые предназначены
для полной очистки воды. Они применяются в зависимости от качества
обрабатываемой и получаемой очищенной воды. Схемы 6-9 предназначены
для химического обессоливания, а ехөмы 10-11 для химической очистки,
они комбинируются с предочжсткой или используются без предочистки.
21
Схема 6. Двухступенчатое Н-катионирование
одноступенчатое анионированиө
декарбонизация
Предояищениая или
артезианская Ьода
Обессоленная йода
Рис.2.6
Схеме 6 предназначена для получения химически обессоленной
воды, пригодной для питания барабанных котлов с давлением 10 МПа.
Применяется в комбинации о предочисткой (для исходной воды с малым
содержанием органических веществ) или без предварительной очистки
(для воды ив артезианских скважин). В сочетании с фильтрами
смешанного действия эта схема может применяться для приготовления
добавочной воды для прямоточных котлов.
^карбонизация
катионирование
Схема- 7. Двухступенчатое
ступенчато-противоточное анионирование
,d
AjjL
Яредочищенная или
артезианская вода
Обессоленная
!йода7
"
Рио.ЗЛ
Схема 7 предназначена для получения химически обессоленной
воды» пригодной для питания барабанных котлов с давлением 10 МПа.
22
Применяется в комбинации с предочисткой (для исходной воды о
малым содержанием органических веществ) или без предварительной
очистки (для воды из артезианских скважин), позволяет сократить
расход едкого натра на регенерацию анионитовых фильтров без снижения
обменной емкости анионита. В сочетании с фильтрами смешанного
действия эта схема может применяться для приготовления добавочной
воды для прямоточных котлов.
Схема 8. Двухступенчатое обессоливание с чередующимися Н-ОНанионированием
Лредояищеиная или
артезианская dodo
|Х
Рис.2.8
В зависимости от места установки декарбонизатора схема может
выполняться в трех вариантах:
1) двухступенчатое обессоливание с чередующимися Н-ОН-ионировашем5 декарбонизация после К-катионитовых фильтров первой ступени;
2) двухступенчатое обессоливание с чередующимися Н-ОН-ионироваяием, декарбонизация после анионитовых фильтров первой ступени;
3) двухступечатое обессоливание с чередующимися Н-ОН-ионировакием, декарбонизация после Н-катионитовых фильтров второй ступени<,
Все три варианта схемы применяются для получения химически
обессоленной воды, пригодной
для питания барабанных котлов с
давлением более 10 МПа. Выбор места декарбонизатора определяется
качеством обрабатываемой
воды,
гидравлическим
сопротивлением
последовательно включенных фильтров Я всей цепи в целом, а также
возможностью установки кислотостойкого наоса. На рис. 2.8 изображен
первый вариант схемы 8.
23
Схема 9. Трехступөнчатоө обессоливание
катионированиөм
о чередующимся Н-ОН-
Преаочищтая
бода
Обессоленная
бода
■
Рио.2.9
В завиоимости от места установки декарбониаатора схема может,
выполняться в трех вариантах:
1) трехступенчатое обессоливанив с чередующимся Н-ОН-ионироаанием, декарбонизация после Н-катионитовых фильтров первой ступени;
2) трехступенчйтое обессоливание о чередующимся Н-ОН-ионирова®®м, декарбонизация после анионитовых фильтров первой ступени;
3) трехступенчатое обессоливаниб о чередующимся Н-ОН-ионированиөм, декарбонизация после Н-катиоиитовых фильтров второй ступени.
Все три варианта схемы применяются для получения обессоленной
вода, пригодной для питания прямоточных котлов всех давлений. Выбор
места декарбонизатора определяется качеством обрабатываемой воды,
гидравличесярим сопротивлением последовательно включенных фильтров и
всей цепи в целом, а также возможностью установки кислотостойкого
насоса. На рис. 2.9 изображен первый вариант схемы 9.
24
Схеме 10. Двухступенчатое натрий-катионирование
Преощщенная
вода
Чмяыеннао вода
Рис.2.10
Схема 10 применяется для получения умягченной воды высокого
качества, используемой для питания паровых котлов (с учетом типа я
давления.процента добавки воды, относительной гидратной щелочности),
ь •ікжө для испарителей, парообразователей и технологических целей*
Она применяется в комбинации с любой из рассмотренных
схем
предочистоң^с&өма I-5) при использовании поверхностных вод или без
предочистки при использовании артезианской или водопроводной воды.
Схема II. Н-катионирование при "голодном" режиме регенерации,
буферное катионирование, декарбонизация, двухступен­
чатое натрий-катионирование
Яредочищенная
вода
Умягчянная
вода
Рис.2.11
25
Схеме II применяется для получения умягченной воды высокого
качества, используемой &ля питания паровых котлов (с учетом типа и
давления, процента добавки вода), а также для испарителей, паропреобразователей и технических целей. Она применяется в комбинации со
схемами предочистки (схемы 2; 3; 4) при использовании поверхностных
вод или без предочистки при использовании поверхностных вод или без
предочистки при использовании артезианской или водопроводной вода.
Для очистки загрязненного конденсата используются схемы 12-15,
выбор схемы осущэствляется в зависимости от характера загрязненного
конденсата и бго назначения после очистки.
Охема 12. Обезжелезивание и обессоливание конденсата турбины
о одновременной очисткой 100* конденсата всех потоков
Обработавший пор
Рио.2.12
Схема 12 применяется для обезжелезивания и
обессоливания
турбинного конденсата, а также всех потоков конденсата.
Способ обезжелезивания, независимо от типа устанавливаемых
котлов, может выполняться в трех вариантах в зависимости от типа
применяемого фильтра:
1) обезжелезивание в двух- или трехкамерных механических фильт­
рах, загруженных сульфоуглем;
2) обезжелезивание в целлюлозных фильтрах намывного.типа;
3) обезжелезивание в Н-катионитовых фильтрах второй ступени,
загруженных сульфоуглем.
Способ обессоливания при всех трех вариантах обезжелезивания
однотипен.
рв
Ж
■
26
Схема 13. Сбор, обезжөлезивание конденсата
Потони
загрязненного конденсата
Ооишеннм]
конденсат
Рис.2.13
Схема 13 применяется для обезхелезивания всех потоков станционR го конденсата» собираемых в баках загрязненного конденсата; Способ
обезхелезивания конденсата» независимо от типа устанавливаемых
котлов, может выполняться в трех вариантах в зависимости от жтипа
щ
применяемого фильтра (см. схему 12).
Схема 14. Сбор» механическая фильтрация» адсорбция масла на
фильтрах активированноно угля» обезжелезивание яа
целлюлозных фильтрах» катионирование
Йроизбодстбенньш
конденсат
Потоки
загрязненного конденсата
Очищенный конденсат
Рис.2.14
27
Схема 14 применяется для обөзмасливания, обеажелезивания и
умягчения производственного конденсата, а также обөзжелезивания и
умягчения всех станционных потоков конденсата, собираемых в баках,
вагрязненного конденсата.Очистка всех потоков конденсата
может
производиться, как совместно с производственным конденсатом (только
в целлюлозных и натрий-катионитовых фильтрах), так и раздельно от
него ( в таких же, но отдельных аппаратах).
Схема 15. Сбор, обезжелезивание, натрий«-катионирование
.
**
Производственный
конденсат
Потоки
загрязненного конденсата
1
j
I
li
I
j
Очищенный
конденсат
- ?
Рис.2«.1б
Схема 15 применяется для обезжелезивания и умягчения произ­
водственного конденсата, а также для обозжелеливания ж умягчения
всех отанционных потоков конденсата, отбираемых а баках заі-рязнен- .
ного конденсата. Очистка всех потоков конденсата может пройзводйться, как совместно с производственным конденсатом (в одних и тех же
аппаратах), так и раздельно от него (в отдельных аппаратах).
Схемы 15-19 применяются для очистки воды, идущий на подпитку
тепловой сети. Схемы выбираются в зависимости от типа тепловой сети
(открытая или закрытая).
28
Схема 16. Подкиоление, буферное катионированиө,
декарбонизация, барботажная деаэрация
Исходно* вода
Серна0
кислом
Подгн/точнаи
бой?
Рио.2.16
Схема 16 применяется для получения подпиточной воды тепловой ‘
сети (открытого типа) при использовании прозрачной воды питьевого
качества без применения предочистки. Непосредственная
присадка
гидразина и токсичных аминов запрещена. При применении серной
кислоты дли подкисления требуется разрешение санинспекции на кислоту
определенной квалификации. Несмотря на свою простоту эта схема не
может рекомендоваться для широкого применения вследствие того, что
при обработке воды не происходит снижение ее жесткости и поэтому
такая обработка не дает
возможности уменьшить расход мыла
потребителями горячей воды.
Схема 17. Н-катионированне при "голодном" режиме регенерации,
буферное катионирование, декарбонизация, барботажная
деаэрация
*
у Щщ
Исходной бода .
Подпиточная
бода
Рис.Z. 17
29
Схема 17 применяется для получения подпиточной вода тепловой
сети открытого типа в том случае, если в качестве
исходной
используется прозрачная вода питьевого качества (без применения
предочистки). А также для получения умягченной вода дли подпитки
закрытой тепловой сети и питания водогрейных котлов, при атом она
может использоваться в комбинации со схемами предочистки (схемы 2 и
4) или без предочистки (для артезианской или водопроводной вода).
Охема 18. Магнитная обработка вода, барботажная деаэрация
Г*
Исходная Soda
Обработанное
боба
Рис.2.18
Схеме 18 применяется для получения обработанной электромагнит­
ным способом вода о целью предотвращения образования карбонатных
отложений в тепловых оетях, при аТом в качестве исходной воды
иепольауетоя позрачная вода питьевого качества (для тепловых сетей
открытого типа). Хотя директивные материалы допускают применение
магнитной обработки подпиточной вода для тепловых сетей, одаако втот
способ (вследствие его недостаточно* изученности) следует применять
о осторожность», проводя предварительно длительные промышленные
испытания.
30
Охема 19. Одноступенчатое натрий-катионированиеf
деаэрация
барботажная
ІМ очиирт а*
бода
Щ
..
Рис.2.19
Охема
19 применяется для
получения
умягченной воды»
Ны
используемой для подпитки закрытой тепловой сети и питания
водогрейных котлов. Используется в комбинации со схемами предочистки
(схема I;
3; 4) при использовании вода поверхностных источников
или без предочистки при использовании артезианской или водопроводной
воды. Применение схемы должно быть ограничено из-за: повышения
коррозионной агрессивности нагретой умягченной воды; повышенного
удельного расхода реагентов на регенерацию фильтров; повышенного
размера солевых сбросов.
8 схеме с целью снижения коррозионной активности натрийкатионировакной
вода,
перед
подогревателем
устанавливается
электромагнитный аппарат.
В табл. 2Л-2.5 приведены сводные данные по качеству воды
(конденсата) после обработки с
помощью соответствующих
схем
водоподготовки {31.
І
Таблица 2.1
Показатели качества вода после предварительной очистки
Номер схемы
>%
Наименование показателя
I
2
3 I
Исход.
Расч.
Расч.
Жесткость общая, мг-екв/л
Расч.
0,76
0,76
Щелочность общая (не более),
мг-екв/л
Нет
0,25
Щелочность гидратная
0,26
(не более),мг-вкв/л
Окисляемость перманганатная
4
4
4
(не более), мг/л
Кремнекиолыё соединения
0,76
0,76
(не более), мг/л
I
Соединения железа
0,3
0,3
(не более )*мг/л
0,3
Соединения алюминия
(не более),мг/л
0,16
0,076
0,76
Содержание взвешенных
веществ (не более), мг/л
2
2
6
4
Расч.
Иох
Расч. 0.9
Нет
0,4
4
4
л
(В
jp
*
ш
щ
I
I
0,3
0,3
0,16
0,076
2
2
■'.Я*.
Таблица 2.2
Показатели качества вода после химического обессоливают
схемы
Наименование показателя
Э
Остаточная жесткость» мкг-өкв/л
Содержание натрия
(солесодержа%
кие),мг/л
Кремниевая кислота, мг/л
5
6*10
5
3-6
2-6
0,2-3
0,2-0,5
0,01-0,06
0,06-0,15 0,06-0,16 0,06-0,16
32
0,02
Таблица 2.3
Показатели качестве вода после умягчения на натрийкатионитовых фильтрах
Номер схемы
Наименование показателя
10
Остаточная жесткость (не более),
мкг-экв/л
Остаточная щелочность, мг-экв/л
Кремниевая кислота, мг/л
Сухой остаток
II
6
5
0,2-0,7
От 0,75 до исход
Исход.
Исход.
Определяется по формуле
Л
Таблица 2.4
Показатели качества конденсата после очистки
Номер схемы
Наименование показателя
Жесткость общая, мкг-экв/л
Соединения натрия, мкг/л
Кремнекислота (не более),мкг/л
Соединения железа,мкг/л
соединения меди (не более),
мкг/л
Содержание масла, мг/л
0,2-0,5
10-15
20
10-20
3
3
0,15 0,15
20-30 20-30
20-30
5
5
0,3
0,3
Таблица 2.5
очищенной вода для подпитки
Номер схемы
Наименование показателя
Растворенный кислород (не более),
мкг/л г
. -:
Свободная углекислота
Взвешенные вещества (не более),
мг/л
Жесткость карбонатная
(не более), мкг-экв/л
50
5
700
33
50
50
Отсутствует
5
700
50
5
Не норм.
5
700
2.3.Определение производительности установок водоподготовки
^
Для определения производительности схемы
подготовки
вода
необходимо учитывать потери пара и конденсата на станции. Для ТЭС с
блочной установкой оборудования потери пара и конденсата принимаются
равными 2 % от производительности котлов, для ТЭЦ эти потери
составляют 3-5 %. Дополнительно к этим величинам производительность
установки химводоочистки должна увеличиваться на 25-75 т/ч
в
іависимости от типа установленных котлов. Кроме этого необходимо
учитывать величину
продувки
барабанных
котлов,
которая
(в
зависимости от параметров ко*ла) может колебаться от 0,5 до 10$ от
паропроизводительности
котлов.
Если на
ТЭС
или
котельной
осуществляется отбор паре на производство, то имеются дополнительные
потери конденсата. Эти потери необходимо заложить в дополнительную
выработку воды на химводоочистке, а возвращаемый с производства
конденсат должен проходить очистку по специальной схеме у поставщика
пара или у его потребителя (по одной из рекомендуемых схем).
При проектировании схемы подготовки воды для подпитки тепловых
сетей следует учитывать, что потери в закрытых сетях нормируются на
уровне IX от количества воды, находящейся в контуре циркуляции
системы, при открытом водоразборе дополнительно к потерям в 1%
следует добавить величину прямого водоразборе у абонентов. Для
котельных, обслуживающих поселки по закрытой схеме, как правило.
имеет место водорэзбор воды, величина которого может определиться
только при вксплуатации.
3.ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОЧИСТКА ВОДЫ
Ш
И
*1
3.1 Общие сведения
Природные вода, кроме растворенных веществ, содержат примеси в
виде более или менее размельченных частиц различны* минералов и
органических Остатков. Из минералов в воде содержатся частички
глины, песчинки, листочки слюда и т.д. Органические
вещества
природных вод представлены обычно гуматами-сложными соединениями,
образовавшимися из растительных остатков в результате их окисления.
Кроме гуматов в природных водах * нервстворенном состоянии могут
присутствовать мельчайшие кусочки растений и почвенных частиц.
Как
крупные, так и мелкие частицы, находящиеся в воде, приобретают
электрический заряд. Обусловлено это различными причинами. Например,
34
Шіу
§.
■’! ш |н |ш и н н н |^ ж и ш л ; щ ; и
- ж"
поверхность вещества могут избирательно адсорбировать различные
ноны, присутствующие в воде ,и в результате
частицы
веществе
приобретают заряд, или данное вещество отдает ионы в раствор. Для
грубой взвеси поведение частиц в воде определяется их массой, в для
тонких суспензий и коллоидных частиц - определяется поверхностными
силами.Коллоидные частицы, получив одноименный заряд, не могут
слипаться и оседать, так как заряд препятствует их сближению.
Частицы суспензий и коллоиды загрязняют иониты в фильтрах, снижая их
способность к обмену ионов. Попадая в котлы, эти примеси участвуют в
процессах накипеобразования, ухудшают качество Ътара. Вследствие
этого, удаление грубодисперсных и коллоидных примесей из воды
является первоначальной необходимой
стадией почти для всех
водоподготовительных
установок,
работающих
на
природных
поверхностных водах.
Естественными процессами при очистке природной воды от
в:*мешенных вешеств являются отстаивание и фильтрование. Скорость
отстаивания зависит прежде всего от размера частиц взвеси и йх
удельного веса. В табл.3.1 приведена классификация
взвешенных
веществ, встречающихся в природных водах, по размерам частиц х
скорости Их осаждения {г].
Таблица 3.1
Показатели осаждения взвешенных веществ природных водах
1,0
0,1
0,01
2 мин
108 мин
7 суток
150 суток
200 лет
И4
О1 О 1
* и
Крупный песок
Мелкий песок
Ил
Глина
Тонкая глина
Коллоидные частицы
Размер частиц,
км
И
Наименование
Длительность
осаждения на
дно о высотой ІМ
10
Скорость
осаждения,
мм/с
100
8
0,15
I,64.10"®
1,54. КГ*
1,54. К Г 7
Из табл. 3.1 видно, что коллоидные частицы
практически
невозможно удалить методом осаждения. Если бы потребовалось осадить
в отстойнике частицы глины размером 0,001 ш , осаждающиеся со
скоростью 0,00154 мм/с, то восходящий поток должен был бы двигаться
35
оо скоростью 0,001 мі/о. В этом случае при производительности
водоподготовителыюй установки 100 м^/ч потребовалось
бы
310
вертикальных фильтров с диаметром 3,4 м каждый. Таким образом, для
того чтобы осветление воды (как отстаиванием,
так
и
путем
фильтрования) осуществить в промышленных
условиях,
необходимо
выполнить мероприятия по укрупнению присутствующих в природное
воде тонкодисперсных и коллоидных^ частиц. Одним из таких мероприятие
является коагуляция.
3.2.Коагуляция вода
Под коагуляцией понимается фюико-химичеакнй процесс слипания
коллоидных чаотиц и образование
грубодиспероной мвкрофввы
о
последующим выделением ее ив вода. При коагуляции укрупняется
тонкодисперсные, мелкораздробленные и коллоидные частицы, при атом
увеличивается скорость их осаждения и способность задерживаться на
пористых материалах.
Коллоидные частицы имеют, как правило, отрицательный заряд и
поэтому взаимно отталкиваются, что препятствует их укрупнению. Для
устранения втою препятствия В воду вводят другие
коллоидные
частицы, имеющие положительный заряд. Взаимодействие тех и других
коллоидных частиц приводит к нейтрализации заряда и укрупнению
чаотиц. К положительно заряженным коллоидам относятоя гидраты
окислов металлов, из которых наибольшее применение в внергетика
получили гидраты окислов алюминия U f tQ rtfa железа f t (О Н ), . для
получения этих коллоидов в обрабатываемую воду вводят
хорошо
растворимые сернокислые соли втих металлов (коагулянты).
В качестве коагулянтов в внергетика в основном используется
сернокислый алюминий (глинозем) J t f ( SO.\ ) • /9 Нв 0
. а такт
сернокислое железо (железный купороо) FeSO, 7 Н ,0 и хлордаа железо
re C tj ' В Ht 0 , которые дозируютоя в обрабатываемую воду в вида
ревбааленшх растворов с концентрацией 6-1OS.
В укрупненном виде процесс образования коллоидов гидроокисей
алтиния и железа можно представить в виде двух последовательных
стадий:
.
1) растворение и мектролитичеокая диссоциация солей алюминия и
железа
.
v
wi
Гб SO , *
Щ Ш Щ І;
as
3) образование гидратов окислов
j e s t * з нв о *=■ ъіеС он ^
fe '* + sH ,{? ^r
зи *
+g H *
При взаимодействии с растворенным в воде кислородом гидрат
закиси железа переходит в гидрат окиси железа, выпадающий в виде
хлопьев
♦ Ft ( Ort)£ + Ол -* 4
О *"'•* 4 Fe ( ОМJj .
Из фоіиулы видно,что образование гидроокиси алюминия и железа
связано с появлением в воде ионов водорода, которые связываются
присутствущими
в природной
воде
бикарбонатными ионами
о
образованием воды и углекислоты
Н *'+ н с о ~ —
.
Следовательно, при коагуляции щелочность
воды
снижается.
Поэтому в тех случаях, когда щелочность вода недостаточна, для
связывания всех образующихся при
гидролизе коагулянта ионов
водорода, ее необходимо подщелачивать. Подщелачивание коагулируемой
воды производится гашеной известью Са (
которая подается в воду
в виде суспензии (известкового молока) в схемах о известкованием или
едким натром, в последнем случае увеличивается солесодержанке за
счет образования Л'д,
.
Гидролиз является обратимым процессом, поэтому большое влияние
на процесс коагуляции оказывает концентрация ионов водорода и
гидроксила, т.е. величина pH воды. Величина pH при коагулировании
воды имеет очень важное значение по следующим причинам: концентрация
водородных ионов влияет на скорость и полноту гидролива коагулянта;
значение pH выбирают от того,какие вещества преобладают в воде.
Образующаяся при гидролизе гидроокись алюминия - соединение
амфотерное. При низких величинах pH гидроокись алюминия ведет себя
кок щелочь, т.е. диссоциирует с образованием»/^ Щ * :
* ле (О н), ** « te J у J О н I
Он * н 4~
H t0
В тош «гремя с повышением величины pH более 7,6 гидроокись алюминия
растворяется с образованием ионов, т.е. ведет себя как кислота, при
37
этом в коагулированной вода возрастает содержание алюминия
а е (о н I Щ н л е о л +
/ / м о , да н * + * л е о ~ .
Оптимальная величина pH при коагуляции находится в пределах от
6,6 до 7V5, поэтому при большой щелочности воды в нее перед вводом
коагулянта дозируется серная кислота, а при низкой- щелочности
(например, в период паводка) в воду рекомендуется вводить щелочь.
Следует иметь в виду, что чрезмерное подщелачивание воды до величины
pH более 7,5 может вызвать растворение выпавшего гидрата окиси
алюминия в результате образования при этих условиях алюминатов,
растворимых в воде. Наоборот,
гидролиз
и
выпадение
гидрата
окиси
жей
леаа ускоряется при величинах pH более 7,5-8,0. Поэтому при проведе­
нии коагуляции совместно о известкованием, при котором pH среда под­
держивается около 10, следует применять только сернокислое железо.
Ниже
приводится
объяснение
физшо-химнчөских
процессов,
протекающих при коагуляции. Любая коллоидная система стремится к
онмопроизвольной коагуляции, однако атому препятствуют присутствую­
щие в воде стабилизаторы, Агрегвтивную устойчивость (отвбильнооть)
коллоидные частицы приобретают вследствие адсорбции на их поверх­
ности различных веществ о противоположным знаком заряда (91. В воде
может происходить процесс коагуляции без ввода коагулянтов, такая
система будет называться агрегативно неустойчивой.
Избыточная поверхноатнвя энергия Коллоидных частиц расходуется
на работу удержания молекул из окружапцей среда, причем чем больше
поверхность чаотицы, тем больше поверхностная энергия и, следовате­
льно, интенсивнее адсорбция. В результате адсорбции происходит
уменьшение свободной энергии коллоидной частицы, а поверхностный
олой частиц приобретает
электрический
заряд,
знак
которого
соответствует знаку адсорбированных ионов.При этом окружавдая среда
приобретает заряд противоположного знака за счет потери ионов, '
адсорбированных коллоидной частицей. Таким
образом.
возникает
двойной электрический слой вокруг ядра, который
обуславливает
разнооть потенциалов между зарядами коллоидной частицы и 'зарядом
прилегающей среда. На рио. 3.1 показано отроение такой коллоидной
частицы, которая называется мицеллой. Мицелла состоит из ядре в двух
слоев - адсорбированного (слой А) и диффузионного (слой Д ).
Содержащиеся в природных водах частицы глины, близкие по размерам к
38
коллоидным» а также частицы гуминовых веществ вмфотерны. При одних
значениях pH они диссоциируют как щелочь, при других (более высоких)
как кислота. Значение pH, при которых амфотерные вещества не
диссоциируют, называется изоэлектрическим,
-\ —
Ионы двойного электрического слоя удержи­
вают молекулы воды, в результате чего
вокруг мицеллы образуется гидратационный
слой,препятствующий слипанию частиц.Двой­
ной электрический слой и гидратационный
слой являются стабилизирующими факторами
устойчивости коллоидных частиц. Чтобы вы­
вести из устойчивости такую систему,в нее
следует добавить электролит,напримеркоа­
гулянт. При добавлении электролита увелиіая сила раствора, что привотеории сильных электролитов)
т
юй атмосферы, образованной
сжатию
вокруг коллоидных частиц.Размеры диффузи­
Размер
онных слоев (препятствующих сближению)
уменьшаются, что позволяет частицам сблиРИи.3.1
момент когда энергия взаимного притяжения частиц
становится болыю энергии броуновского IIя*сжения и энергии электроотатжчесжого отталкивания частиц с одинаковым знаком заряда. При этом
мицелла будет обладать только адсорбционным слоем (А) вокруг ядра.
-- — —
.На рис.3.2 показано строение мицеллы при
изовлектрическом состоянии. Как отмеча­
лось выше, коагуляция выполняется гидро­
окисью алюминия или железа, образующиеся
при атом ионы водорода связываются с при­
сутствующими в природной воде бикарбонат­
ными анионами. Через несколько минут пос­
ле введения в исходную воду коагулянта,
начинают образовываться хлопья. Коллоид­
ные частицу коагулируют, соединяются в
более крупные макрохлопья. При этом и
волы. Мякпроисходит собственно очистка воды,
Ат ер
рохлопья слипаются, захватывая грубодис
пареную взвесь, и образуют аморфные хло
мм. Ка поверхности
размерами
Рис.3.2
Ж
хлоітъөв происходит также
Образующиеся хлопья пол лө;
[сорбция загрязняющих воду ггримесөі.
иөм восходящего потока воды остаются
состоянии, что наблюдается в осветлителях.
Оптимальные дозы коагулянта устанавливаются опытным путем для
каждого источника водоснабжения
‘ода. Ориентикоагулянта
в зависимости
основных
таблице
Таблица 3.2.
Ориентировочная потребность в коагулянте
Окисляемость
Содержание
%
Прозрачность| Доза безводного коагулянта
перманганат- взвешенных
по шрифту
пая, мг/л 0- веществ, мг/л Снеллена, ом| мг-экв/л
мг/л
6-8
Б 6
8-12
8-12
12-16
1216
16-20
20-26
26 30
Волее 30
ДО 50
50-100
ю а 200
200-400
400-600
600-800
800-I00Q
1000-1400
1400-1800
1800-2200
30
20
13
10
7
в
б
4
а
г .
0,3-0,5
0,4 0,6
0,6-0,8
0,7-1,0
0,8-1,25
0,95-1,4
1,06-1,6
1,15-1,85
1,3 -2,0
1,4 -2.2
■в
шш
20-30
25-35
30-45
40-60
45-70
65-80
60-90
65-106
75-115
80-125
Примечание: Меньшие дозы коагулянта применяются для грубодиспероно*
взвеси, При одновременном проведении коагуляции
о
или фяокуляцией
коагулянте должны снижаться
Технология коя уляции рекомендуется
-А — -— -зованжя
1
#
— -w
для
ilfeal
кратковременного
wu vjr i u n 9 uuh НИЗКОЙ
m T 't T Z “ ВЫС0К0* 0КИ0ЛЯӨ“°0ТИ и «В0™ости вода .Температура вода
должна
22-40 C, для быстрого протекания
процесса ионного гидролиыа сернокислого алюминия.
При проведении в осветлителях только процесса коагуляции реко­
мендуется добавление флокулянтов, действие которых ооновано
на
Адсорбции флокулянта образовавшимися хпопьями коагулянта,
что
укрупмеиию
осаддекия коллоидных и
вавевюнши частиц, в качестве
флокулянта
обычно
применяет
40
полиакриламид ПАА с содержанием активного вещества 4-9 % (или 80 95).
Доза ПАА составляет 0,5-1,5 мг на 100 мг содержащихся в воде
взвешенных веществ (из расчета 100 %-ый продукт) [2]. Полиакриламид
дозируют в обрабатываемую воду в виде сильно разбавленных растворов
с концентрацией 0,1 - 0,2 %*
При коагуляции в фильтрах скорость пропуска воды ограничивается
величиной 5 м/ч, вместо 10 м/ч • в условиях обычной эксплуатации
механических фильтров.
3.3 Известкование воды
Известкование основано
на
связывании ионов,
подлежащих
удалению, в малорастворимые соединения, осаждаемые в виде шлама,
который затем удаляется из обрабатываемой воды путем фильтрования.
Основное назначение известкования- снижение бикарбонатной щелочности,
исходной воды с одновременным удалением из воды связанной и
свободной углекислоты, уменьшением жесткости и сухого остатка. Кроме
того, известкование, совмещенное с коагуляцией, позволяет удалить из
воды органические загрязнения, соединения
железа
и
частично
соединения №кремниевой кислоты (на 30-40 %).
Природную щелочность воды обуславливает в основном присутствие
бикарбонат-ионов
М
, находящихся в состоянии химического
равновесия с карбонат-ионами и недиссоциированной угольной кислотой.
Декарбонизация воды т.е. снижение ее бикарбонатной щелочности
достигается путем повышения pH от 9 до 10,3 о одновременным
выводом из сферы реакции (осаждением) образующихся карбонат-ионов
в составе труднорастворимых соединений |5з
. Для этого в
обрабатываемую воду в виде суспензии (известкового молока) вводится
гашеная известь
При этом известь диссоциирует, в результате
чего в растворе повышается концентрация ионов 6а** и Ш ;
С а ( 0 «)< -
С о"* 2 ОМ '
Это приводит к связыванию части ионов ң
в молекулы воды
И Щ
Таким образом, величина pH возрастает, то вызывает смещение
углекислотного равновесия в сторону образования карбонат-ионов
Содержащаяся в воде свободная углекислота связывается гидратионами
s'
шЗж;.
Ш ІНг?.
41
Одновременно вдет диссоциация присутствующих в вода бикарбонат-ионов
Повышение концентрации карбонат-ионов
вызывает реакцию образо­
вания труднорастворимого карбоната кальция,который выпадает в осадок
С а*+ e o * - — & e o t t
При этом выпадение ионов €3^
из раствора в осадок іфиводит к
дальнейшей диссоциации ионов
*
Наряду с известь» в воду вводится коагулянт-сернокислое железо,
при этом процессы идут оо следующим рп лисит—
F eM * — fe " + SO, *;
& **?
>
fe (О Н )г ,
* Ғ е ( О Н ) л + г И »0 + 0г —
<t Ь ( О Н ) ,
или в молекулярной форма
4f e № > ± 4 С л ( Щ
Гидроокись железа первоначально образует коллоидную систему о
положительно заряженными частицами и
коагулирует
отрицательно
заряженные коллоидные примеси исходной воды* а
затем
хлопья
механически захватывают естественную взвесь и мелкие частицы осадка .*
Как и в случае коагуляции с помощью сернокислого алюминия, дозу
коагулянта определяют экспериментальным путем
в
лабораторных
условиях. На практике обычно доза коагулянта принимается в пределах
0,25 -0,5 мг-экв/л.
Применение коагуляции сернокислым железом с известкованием при­
водит к увеличению солесодержания обработанной воды,, кроме этого
увеличивается кальциевая некарбонвтная жесткость.
К
основным
факторам, влияющим на процесс коагуляции сернокислым железом о
известкованием, следует отнести значение pH бреда, которое должно
быть более 9. Для проведения коагуляции в качестве реагента возможно
применение хлорного железа ҒеСРЛ
, но этот реагент весьма
коррозионно опасен и по этому применяется редко.
При определении дозы извести следует иметь в виду, что часть
ионов D H ~ затрачивается на связывание свободной углекислоты
COj * 2 О Н ’ ~ С О ?'+ н * о
■
«г
а часть ионов О Н * затрачивается на гидролиз коагулянта
Ч FefO,
* 8 ОН~+ Р ^ О *0Л — 4 f e (О Н )3 + 4 S O * '
реакция разложения
СО, +Н.О.
t/CO,
для определения минимальной дозы
Откуда можно получить
экв/л, по известным концентрациям
ГПіП _ и с х .
П ел
осп
Л
9
- С
А.
ІО
ML
нсоА и
воде,
концентрация
где СРО
номограмме на рис.3.8)
опре
мг-экв/л
ест
исх
- - соответственно исходная и остаточная концентрации
СНСО О
У»
бикарбонат-ионов в обрабатываемой воде, мг-экв/л;
- доза коагулянта, мг-экв/л.
Л*
практике доза извести принимается в пределах от 0,1 до 0,2
мг-экв/л, при этом величина pH известкованной вода составляет
10-10,3.
Удаление магниевой некарбонатной жесткости путем і юсткования
при использовании в последующем катионирования произво, ъ НӨЦӨЛӨсообразно, так как пря этом образуется эквивалентное количес
из
Вели же возникает необходимость
[я, то для полного осаждения его
необходимо взять дополнителышй избыток извести, который принимается
пре
гидратной
Контроль за известкованием может осуществлять^ I по
щелочности, величина которой находится в пределах от 0,2 до 0,5
при
котором
мг-экв/л. Это так называемый
гидратный режим
При бикарбонатном
осаждаются катионы магния
>лочности. величина
режиме контроль
на уровне 0-0,2 мг-экв/л. Недостатком
которой должна
большое
остаточное
содержание
бикарбонвтного режима является
связанной угольной кислоты и кремниевых соединений,• выделение
которых зависит от величины выделения
f&wJ. Бикарбонатный режим
применяется: если для коагуляции вынуждено используется серно­
кислый алюминий; при необходимости исключить выделение магниевых
соединений с целью получения крупнокристаллического осадка; при
необходимости уменьшения расхода извести.
Одним из основных факторов, способствующих повышению эффектов-
л
43
ности процессов осаждения, является подогрев воды, при этом уско­
ряется кристаллизация твердой фвзы, улучшается отделение осадка
вследствие уменьшения вязкости воды и возрастает скорость химических
реакций. Таким образом, повышение температуры
воды
позволяет
увеличить производительность осветлителя. В табл. 3.3 показано
влияние температуры на процесс известкования в осветлителе.
Таблица 3.3
Влияние температуры на процесс известкования
Общая длительность
обработки воды,* (ч)
Скорость движения .
восходящего потока,*
(мм/с)
Остаточная щелочность,*
(мг-экв/л)
ШЩ< 1,6)
100(1,0-1,5)
6,5(0,7-1,0)
| :
€0(0.9)
до 250
100(1,6)
100(0,5-0,75)
.125(2)
60(0,3-0,5)
Обычно на станциях при коагуляции температура вода поддержиживается в даапозоне 30-32°С, а при известковании 40-42°0 с отклоне­
нием от принятой не более, чем на 1°С во избежание возникновения
конвективных потоков в аппаратах, приводящих к нарушению процесса
осветления. Подогрев вода до температуры 100-120°С нецелесообразен
из экономических соображений, так как требуется специальная запорная
арматура и термостойкий катионит [5]. Осадок -шлама в осветлителе
должэн быть хлопьевидным,
который
характеризуется
следующими
свойствами: губчатым строением частиц; ж е ц к Л плотностью частиц;
большим содержанием воды, вес которой в частице превышает в десятки
раз вес сухого вещества; относительно малой скоростью освқдешія
частиц; высоким адгезионными сорбционными свойствами. Содержание су­
хого вещества в осадке осветлителя находится на уровне 1-2 *.
Ка­
чество шлама из осветлителя считается хорошим, если в колбе через
30 минут отстоя осадок уплотняется до 20-25 * от общего объема. Вре­
мя контакта обрабатываемой воды со шламовым слоем осветлителя около
1,3-1,5 часа и очень редко меньше часа.
44
Для снижения расхода продувочной воды в осветлителе устанав­
ливается шламоуплотнитөль. Содержание сухого вещества в шламе
дламоуплотнителя колеблется от 7 до 20 % и зависит от химического
состава шлама. Если осветление воды в осветлителе производится без
ввода коагулянта, т.е. только путем известкования, то получается
зернистый осадок, как правило, при этом поддерживают
большие
скорости воды в осветлителе. Зернистый осадок характеризуется:
незначительной способностью к адгезии и сорбции; большой плотностью
и объемным весом, что позволяет
увеличить
производительность
осветлителя (скорость потока до 20 м/час против 3,5-7,5 м/час при
известковании с коагуляцией); увеличенным содержанием сухого осадка
в продувочной воде на уровне 30 % (при хлопьевидном осадке 7-20 96),
что снижает продувку осветлителя.
Применение зернистого осадка, т.е. осветление воды изчестковаванием без коагуляции, возможно: если окисляемость и содержание
взвеси в исходной воде незначительны, и поэтому не требуется
соблюдается режим
коагуляции; если в процессе эксплуатации строг
дозирования реагентов и постоянный расход воды; если не требуется
снижение анионов кремнекислоты в исходной воде.
Исходная вода при использовании в осветлителе зернистого осадка
должна обладать определенным качеством, а именно:
при гидратном режиме
-
« 4*1
_
л
OfЖ
Сщ « 0.2 •
Л
,
.1
‘
при ОикБрбонатном рөкимө
с.
UCX
исл
*
с"СО,
V
ост
с,Са
UCJt
- исходное содержание магния в обрабатываемой воде,
мг-экв/л;
соответственно
исходное
и
остаточное
содержание
Со
кальция в обрабатываемой воде, мг-экв/л.
, Результаты обработки воды при коагуляции воды с известкованием
в условиях эксплуатации оценивается по следующим основным показате­
лям: остаточная щелочность, стабильность, содержание взвешенных
веществ, окисляемость, жесткость, сухой остаток, содержание соедине­
ний железа и содержание кремниевой кислоты в обработанной воде.
Стабильность воды оценивается по разности щелочности за осветли-
где
СЛ
У
45
телөм и мөхэническим фильтром. Стабильность воды считается удовлет­
ворительной , если разность щелочностей находится на уровне 0,05-0,1
мг-экв/л и меньше. Предельно допустимая наибольшая разность равна
0,15 мг-экв/л.
нестабильной воде наблюдается отложение карбонатов кальция в
трубопроводах, а также на фильтрующем материале механических и
побитовых
фильтров.
Предельно допустимая величина взвешенных веществ в обработанной
*В°Д® составляет 30 мг/л, содержание этих веществ при налаженом
режиме работы осветлителя - около 10 мг/л. На практике контроль за
режимом осветлителя
осуществляется
по
величине
прозрачности
обработанной воды (таб.3.4).
Таблица 3.4
Показатели режима работы осветлителя по прозрачности
Нестабильность ! Прозрачность
мг-экв/л
по кресту
см
Содержание взвөшейных веществ.
Оценка
МГ/Л
.....
0,05
300
б
0,10
200
<0,15
>0,15
<150
>150
10
• <20
>20
Отлично
Хорошо
Удовлетворительно
Неудовлетворительно
Если вода не содержит- сточных вод, особенно моющих,
то
независимо от качества исходной воды
остаточная I окисляемость
обработанной воды не должна превышать 2-4 мг/л.
Жесткость обработанной воды
зависит
от
ее
остаточной
щелочности,
дозы коагулянта и некарбонатной
жесткости.
Она
определяется по формуле, мг-экв/л.
Ж
.. * * 0
" 1О*СО7
опт. -
' л ’ ■
где
Ж исх. - некарбонатная жесткость исходной воды, мг-экв/л;
Щисх t Щост “ соответственно общая щелочность исходной и
обработанной воды, мг-экв/л;
J l*
- доза коагулянта, мг-экв/л.
Для практических целей (например, для расчета размеров продувки
котлов) представляет интерес величина сухого остатка известкованной
W
вода Псолө өө натрий-катионирования. Примерное значение
сухого остатка, мг/л, может быть вычислено по формуле [6]
величины
где С*д , @се ~ соответственно концентрации сульфатного и хлоридного
иойов в исходной воде, мг-экв/л;
Л х / , Л а/ - доза коагулянтов, в первом случае - сернокислого
железа, во втором - хлорного железа (при дозировании
его вместо сернокислого железа), мг-экв/л;
V r.V .M t
- соответственно величины гидратной, карбонатной и
бикарбонатной щелочности известкованной воды (при
гидратном режиме известкования Ж е = О, при бикарбонатном Щг «О), мг-экв/л.
Остаточное содержание железа обычно невелико (до 300 мкг/л) при
гидратном режиме, в то время как при бикарбонатном режиме известко­
вания содержание железа может быть достаточно большим. Содержание
железа значительно снижается (в 2-3 раза) при хлорировании воды.
Доза хлора поддерживается на уровне 3 мг/л. Если в исходной воде
содержится значительное количество
, то расчетная доза извести,
необходимая для известкования, должна быть увеличена на величину
исходной концентрации железа (в мг-экв/л).
Снижение кремниевых соединений при известковании воды зависит
от количества выделяемого и осадок магния и резко возрастает при
пропуске воды через ранее выпавший взвешенный осадок. Удаление
кремниевых соединений при 40°С обычно составляет 65-70 % от исходной
концентрации и, как правило,
остаточное
кремнесодержание
в
обработанной воде находится на уровне 3-5 мг/л.
Коагуляция
воды
с известкованием
целесообразна
при
использовании поверхностных вод,особенно, если щелочность исходной
воды превышает 1,5 мг-экв/л. При малой щелочности известкование воды
экономически неоправдано.
Известкование
является
обязательным
мероприятием при проведении магнезиального обескремнивания воды. В
зарубежной практике известкование находит широкое применение перед
химическим обессоливанием воды.
Одной из разновидностей метода осаждения является известково­
содовый метод,который применяется для осаждения солей жесткости
совместным добавлением в воду извести и соды. При этом протекают те
же реакции, что и при известковании, но магний удаляется полностью
■
47
(магниевая жесткость переводится в кальциевую), а кальциевые
некарбонатной жесткости удаляются содой
Сһ£#л *. //а л Щ
С аЩ
—
соли
ea V04 / * J л/а № '
+ //о г СОл — & С 03 /.
Этот метод применяется в том случае,
исходной воды больше щелочности этой вода.
если общая
жесткость
3.4. Обескремнивание вода каустическим магнезитом
В процессе известкования снижается концентрация кремниевой
кислоты в воде. Эффективность удаления кремнекислоты в основном
зависит от солесодержания в воде ионов магния, поэтому в воду
специально дозируют соединения магния - каустический магнезит.
Каустический магнезит - это отход металлургического производства,
представляет собой порошок в состав которого входят:окись магния J& b
-70-80 %, окись меди Си О -2,5-24 X, окись кремния
-2,5-4 Ж.
Механизм снижения концентрации кремнекислоты состоит в том, что
коллоидная
кремнекислота
сорбируется
на
поверхности
частиц
содержащих гидроокись магния
fO ^ с образованием труднорастворимых
силйкатов магния. Одновременно кремнекислые соединения участвуют а
процессах с образованием силиката кальция
йг Л
. гидроокись
магния образуется при гидролизе каустического магнезита.
с другой стороны, гидроокись магния диссоциирует
Л у ( 0Н )е ■=■ J fy ( О //) *+О / / '
Степень диссоциации гидроокиси магния
/& # )л и прочность
связи гидроксильных ионов О // " с положительно заряженными мицеллами
зависит от величины pH среда. В условиях-известкования при pH равном
10-10,3
значительная
часть
кремнекислоты
находится
в
диссоциированном состоянии (степень диссоциации Иt S t Oj по перьой
ступени составляет около 90 *). Ионы гидроксила в этих условиях
уступают место ионам Щ 1 ' ,
которые соединяются с гидроокисью
магния.
Наиболее
оптимальные
значения
pH
для
процесса
обескремнивания вода полностью совпадают с оптимальным значением pH
принятым
для
известкования,
что
существенно
увеличивает
эффективность совместного процесса. При величине pH более 10 5
4в
диссоциация гидроокиси магния частично подавляется, а о дальнейшим
повышением величины pH диссоциация может быть подавлена полностью и
произойдет десорбция ранее сорбированных биоиликвтных и силикатных
ионов и переход их в раствор.
При величине pH равном 10 -10,4 вое кремнекислые соединения
находятся в виде бисиликат-ионов
~
, образующие затем о
магнием химическое соединение, прочность которого возрастает с
повышением температуры. При величине pH Z 10
удаление кремниевых
соединений затруднено из-за недостаточной диссоциации молекул. Кроме
того, при низком значении гидроксил-иона О //
обескремнивакщий
реагент (гидроокись магния) будет реагировать с бикарбонат-ионом
исходной воды, со свободной углекислотой и с введенным в воду
коагулянтом. На поверхности обескремниваоцего реагента в этом случае
кристаллизуется карбонат кальция, который изолирует частицы
окиси
магния и из сферы обескремнивания удаляется часть
магнезита,
снижается его содержание в растворе и, следовательно, уменьшается
аффект обескремнивания. На рис.- 3.3 показана зависимость степени
ссоциации
кремниевой
ПО
кислоты от величины pH
при
температуре
воды.
*5 во
равной 25°С (61.
Как
видно, при повышении pH
60
примерно до 10 подавляю­
щая часть содержащихся в
воде кремншшслых соеди­
нений подвергается диссо­
циации по первой отупели.
20
Коагуляция при магне­
*
зиальном обеокремнивании
О
способствует
выделению
в
Ю
5
16
в
Pt
(укрупнению) кремнекислых
соединений, находящихся в
Водородный показатель pH
Рио.3.3
коллоидном состоянии.
, Доза коагулянта (сернокислого железа) обычно колеблется в
пределах от 0,4 до 0,7 мг-екв/л.
Повышение температуры исходной вода
ускоряет
процесс
и
углубляет аффект обескремнивания по следующим причинам:
увеличивается скорость гидротации окиси магния
0
и доля
гидратируемой окиси магния;
1
I
■*
49
ш
процессы сорбции кремнекислых соединений успевают завершиться
осветлителе в те сроки, которые отведены для пребывания во,
в
аппаратах;
уменьшается остаточное содержание бикарбонат-ионов
“
карбонат-ионов СО* , конкурирующих с бисиликат-ионами в процессах
обескремнивания.
На рис. 3.4
зависимость результатов обескремнивания
вода каустическим магнезитом
от температуры вода [6], от­
куда видно, что значительное
снижение кремниевых соедине­
ний (остаточное содержание да
k
I мг/л и менее) происходит
при повышении
температуры
J
исходной воды до
40-4б°0
далее (до 100°С) оно остается
практически неизменным.
tk
<3
Лоза магнезита принимается
5
кремне
/
соединений
возрастанием
кремнекислых
о
соединений
в
исходной
вода.
20
60
ЮО
КО
При
обескремнивании
воды
Температура боды, 9С
каустическим магнезитом боль­
шое значение имеет качество
Рио.3.4
исходной воды, благоприятна
_______________
__________ Р обычно сопровождается большим
ианием ионов Са
, в этом случае катионы Л * ' связывают анионы
fO j
I конкурирующие в процессах оорОции с бисиликат-ионами
'.
Благоприятна такие большая щелочность исходное води, что позволяет
снизить расход извести на обработку воды. Начальное кремнесодериание
&Ол
в исходной воде о т б до 40 м г/л мало влияет на конечное
содержание кремнекислоты в обработанной воде.
При осуществлении
хим ического
эксплуатационного
контроля
дозирование извести следует регул ировать, определяя величины общей и
гидратной щ елочности, а такие
концентрации
ионов
магнии
обработанной
вода,
добиваясь
наилучш его
обескремнивании
и
максимальной стабильности обработанной воды.Расчетная доза и зв е сти .
м г-т с я /л , монет быть определена по формуле
I
I
60
\
у
W
л
Ц&ЯГ.
и Сщ
-
'
с
UCJT
I
е
ik Y J l
иО Ж
Л ОСЯ*.
.
//
+о*# - £>*s %А*-~М«
n UCjr
'■^ ч :^
где
~ концентрация свободной углекислоты в исходной воде,
мг-экв/л:
и сл
Л Г/аг
нщ J
> mc
j
~ соответственно концентрации бикарбонат-ионов в иоЛO
исл
ост
*рда°й и обработанной воде, мг-екв/л;
- соответственно концентрации ионов магния в лсходной
и обработанной воде, мг-экв/л;
М*
- доза коагулянта, мг-экв/л;
Uи
- избыток извести, мг-екв/л. Избыток извести принима­
ют такой,который обеспечивает желаемое значение pH.
Обескремнивание воды каустическим магнезитом применяется: при
схеме двухступенчатого натрий-катионирования, если на ТЭС установ­
лены котлы с давлением до 10 МПа; при подготовке воды для испарите-,
испарителей, что оправдано только при очень большом содержании
кремнекислоты в исходной воде, для воды поверхностных источников при
общей щелочности равной или более 1,5 мг-экв/л и содержании исходной
кремнекислоты равной или более б мг/л в сре
Магнезиальное обескремнивание в осветлителях сохранилось лишь
нескольких ТЭС страны. В новых проектах
необходимое
дозировки в сухом
виде,
гигроскопичность, слеживаемость
м
цецементация. Недостатком также, следует
считать
недостаточно
глубокое обескремнивание воды по сравнению с ионитной обработкой.
3.6. Принцип работы осветлителей
Очистка природной воды от содержащихся в ней взвешенных и
коллоидных частиц методом осаждения осуществляется путем проведения
процесса коагуляции воды в так называемых осветлителях, в которых
смешанная о реагентами исходная вода движется восходящим потоком
сквозь слой взвешенного осадка, именуемого контактной
средой.
Образующиеся в процессе коагуляции хлопья коагулянта, попадая в
осветлитель и опускаясь
вниз навстречу
поднимающейся
воде,
захватывают находящиеся
в ней
частички
взвеси.
Происходит
своеобразный процесс фильтрования, при котором обрабатываемая вода и
фильтрующие хлопья коагулянта движутся навстречу друг другу. При
использовании в качестве коагулянта различных реагентов осветлители
имеют незначительные конструктивные различия, принципиальных
различий в работе осветлителей нет.
51
/
іпространөниө в теплоэнергетике получили осветлитипа ЦНИИ МПС. На рис. 3,5« показана с ема осветлителя, Исддцода, предварительно нагретая до 25-30°' подается
трубопра**
воду I в воздухоотделитель 2, откуда через несколько радиально рас­
положенных распределительных труб 3, снабженных на концах соплами 4,
поступает в нижнюю часть осветлителя, туда же по трубопроводу 5 на/
д 9 ----- ---Л
сос-дозатор подает раст­
вор коагулянта. Благодаря
тангенциальному
подводу
исходной вода через сопла
создается
вра
движение ее, обеспечиваю­
щее
удовлетворительное
смешение вода с реагентом
Далее это вращательное
вижение
воды гасится
установленными выше вер­
тикальными перфорирован­
ными перегородками
6.
Восходящий поток обраба­
тываемой воды (при ско­
рости 1-1,1 мм/с) поддер­
живает образующийся оса­
док во взвешенном состоя­
Рис.З.б
нии, создавая таким обпаконтактную среду, выполняющую роль взвешенного фильтра высотой
при магнезиальном обескремниваюш
Эта контактная
среда имеет громадную
большого числа составляющих ее
мелких частиц шлама, что создает весьма благоприятные условия для
протекания физико-химических процессов (коагулжда, сорбции, крис­
таллизации и др.) обеспечивающих эффект
обработку
рая часть воды (около 8-20 %} иа верхней части контактной среды
вместе с наиболее крупными частицами осадоа поступает
шгамоуплот
ыитель II черва|окна 12. Основной поток обрабатываемой во;
после
среды и так называемой защитной заем (около 1,6
заканчивается освобождение вода от взвеси, поступает через
распределительную реветку 7 (предназначенную для равномерного расп­
ределения вода по площади поперечного сечения осветлителя в перфорнровангшй сборный короб 8, откуда через распределитель 9 и трубо-
52
провод 10 направляется в промежуточный сборный бак обработанной во­
ды. В шламоуплотнителө вода вследствие отсутствия действия восходя­
щего движения освобождается от шлама и в незначительной части возв­
ращается в сборный кәлоб 8 и вместе с основным потоком осветленной
воды поступает в сборный бак. Расход возвращаемой из шламоуплотнителя вода (так называемая "отсечка") регулируется задвижкой 15. Скап­
ливающийся в шламеуплотнителе осадок удаляется путем непрерывной и
периодической продувки в дренаж 14, через который осуществляется
также полное опорожнение осветлителя.
Основные характеристики осветлителей, разработанные в СКВ ВТИ
приведены в табл. 3*5. и 3.6 СИ).
Таблица 3.6
Размеры осветлителей, применяемые для коагуляции
Производительность, кг /ч
Диаметр, м
Высота, м
1 4
7
100
Г
7.3
1
6
9,90
- 6,965
0
230
7,65
9
360
12
11,60
460
• 12,5
8,65
|ь
Таблица 3.6
и
Основные размеры ооветлителей для известкования
( конструкции ВТИ )
Марка
осветлителя
ВТИ-бЗи
ВТИ-100и
ВТИ-ІбОи
ВТИ-260И
ВТИ-40ОИ
ВТИ-630Я
ВТИ-ІОООи
Производитель­ Геометрический
Диаметр,
объем, м3
I
ность, м /ч
м
63
100
160
260
400
630
1000
76
133
236
413
650
240
2127
4,25
5,60
7,00
9,00
11,00
14,00
16,00
Высота,
•м
10,200
10,690
12,247
13,524
14,889
17,492
19,740
ыборе осветлителей необходимо учитывать, что обычно их
производительность принимается с запасом равным 25 % по
потребностью
ограничивает
восходящего потока обрабатываемой воды, что приводит к необходимости
предусматривать большие габариты сооружаемых аппаратов и располагать
их вне зданий. Вместе о тем, для поверхностных ре
с сезонными резкими увеличениями концентрации взвешенных
такой метод осветления
является пока единственно
Применениа
необходимым при концентрации взвешенных вевыше в зависимости от характера и
степени дисперсности частиц взвеси ,присутстствущих
При эксплуатации осветлителей обслуживающий персонал должен
поддерживать режим подачи воды и реагентов* заданный уро
ілама.
величины отсечки. непрерывной и периодической продувки
также
осветлителя
швода его в
ежегодный ремонт или
ех выпадающих в осад
глин
только Са Щ хорошо и быстро кристаллизуется, образуя крупный
оседапций и тяжелый осадо
Остальные примеси образуют легкий
>хо оседащий шлам и нопро ные хлопья, поэтому содержание этих
примесей в шламе не должно превышать 15-26 % содержания CafiO» . В
связи с образованием шлама при работе осветлителей, необходимо
следить за их шламовым режимом в
соответствии
о данными,
приведенными в табл. 3.7.
Таблица 3.7
Образование шлама в осветлителе
------------------------------------------------------------------------------
Место отбора пробы
Объем шлама после отстоя, % Содержание сухо
вещества в шла
через
через
через
ме в момент от
2 мин
20 мин
6 мин
отбора, г/л
Реакционная зона
60
25-30
15-25
6-10
Иламоуплопнитель
95-98
90-95
80-85
10-50
Отстойная зона до дрос
сальной решетки
Грязерик
не более 15-20 мг/л
40-60
20-25
10-20
іа-б
Удаление шлама из
шламоуплотнителя и
грязевика
должно *
осуществляться по возможности непрерывно и в автоматическом режиме.
Производительность осветлителя рекомендуется повышвть плавно, не
более 5 -Ж за одну минуту.
3.6.Фильтрование воды
Освобождение
воды
от грубодисперсных примесей
обычно
заканчивается фильтрованием ее через механические фильтры, так как
даже при хорошо налаженном режиме работы осветлителей не удается
получить воду с концентрацией твердой фазы ниже 10 мг/л ЛЗ].
Фильтрование представляет собой сложный процесс очистки воды от
грубодисперсных примесей, происходящее при течении воды через
пористую среду. В зависимости от соотношения размеров фильтруемых
частиц и эффективного диаметра пор фильтрующего материала удержание,
частиц может происходить как в обьеме слоя (адгезионное фильтрова­
ние), так и на его поверхности (пленочное фильтрование). Если 'диа­
метр пор слоя превышает диаметр частиц, последние входят с потоком
воды в слой и удерживаются внутри его. Если же диаметр пор меньше
диаметра частиц, то последние задерживаются на поверхности слоя,
образуя пленку. В схемах водоподготовки на ТЗС чаще применяется
адгезионное фильтрование, в схемах очистки конденсата - пленочное.
Удержание частиц поверхностью фильтрующего материала происходит
в результате как адгезии, так и механического задержания частиц в
щелях между зернами фильтрующего слоя. Адгезии частиц обусловлена в
основном
действием
молекулярных
сил
притяжения
(силы
Ван-дер-Ваальса). Прилипающие частицы заполняют поры между зернами
слоя, при этом уменьшается сечение для прохода воды и повышается
гидравлическое сопротивление слоя. При постоянном расходе воды вто
приводит к росту перепада давления и увеличению скорости води в
порах, что способствует увеличению срыва уловленных частиц. Так как
процессы захвата и срыва частиц присходят одновременно, то в
какой-то момент времени устанавливается динамическое равновесие
между этими процессами сначала на первых участках слоя по ходу воды.
Эти участки слоя перестают поглощать примеси (насыщаются). Постепен­
но граница насыщения распространяется вглубь слоя. Время работы фи~
льтра от начала пропуска воды до момента проскока примеси чфрез фи­
льтр называется временем защитного действия фильтра.
Количество
удерживаемых примесей за это время, отнесенное к объему фильтрующего
слоя, составляет его рабочую емкость. Фильтр отключается иа промывку
55
либо по качеству осветленной воды, т.е по времени действия защитного
слоя загрузки, либо по времени достижения предельной потери напоре.
Механические фильтры можно классифицировать
по
следующим
признакам: по фракционному составу фильтрующего материала - насыпные
и намывные; по давлению - открытые и напорные; по количеству
фильтрующих слоев - однослойные и многослойные; по числу параллельно
работающих камер - однокамерные и многокамерные; по
способу
фильтрования - однопоточные и двухпоточные.
В теплоэнергетике наибольшее распостранение получили в основном
насыпные напорные однопоточные однокамерные фильтры
с
числом
фильтрующих слоев от одного до двух [2,5}. Принципиальная схема
вертикального однопоточного напорного механического фильтра показана
на рис. 3.6. Наиболее ответственным элементом этого фильтра является
нижнее дренажно - распределительное устройство I, расположенное на
слое кислотоупорного бетона 2. Внутри фильтра расположен слой
фильтрующего материала 3, над которым расположена распределительно
- сборная воронка 4f соединенная с трубопроводом 5, по которому
осуществляется подвод исходной воды и отвод промывочной воды.
Нижнее дренажно-распределительное устройство о трубопроводом 6,
по которому осуществляется отвод осветлен­
ной воды л подвод промывочной воды. В
верхней части имеется воздушник 7.
Кроме изображенной на рис.3.6 схемы, ш
теплоэнергетике применяются также двух - и
5
трехкамерные механические фильтры, предс­
тавляющие собой по существу два или три
расположенных один над другим и параллельно
работающих вертикальных однослойных механи­
ческих фильтра,
объединенных
в одном
6
корпусе. Такие схемы позволят более рациоРис.3.6
— — г-Ч--- — — — M * V ft ftWft «
Фильтры
осветлителыше
вертикальные
выпускаются Ввкйскям
котельным заводом и ПО "Красный котельщик*. Оки работает при
давлении 0,6 МПа и температуре воды 40°С. Основные характеристики
фильтров приведены в табл.3.в [II].
56
Таблица 3*8
Фильтры осветлительные вертикальные (ОСТ 108.030.10-78)
Марка
фильтра
Производи­
тельность ,
м^/час
Диаметр,
мм
Высота,
мм
Л
Однокамерные
Ф0В-1,0-0,6
Ф0В-1,5.0,6
Ф0В-2,0-0,6
Ф0В-2,6-0,6
ФОВ-З,0-0,6
ФОВ-З,4-0,6
Двухкамерные
Ф0В-2К-3,4-0,6
ФОВ-ЗК-3,4-0,6
Объем филь­
трующей за­
груз: :, м 3
10
23
30
50
70
90
1000
1500
2000
2600
3000
3400
3055
3298
3430
3730
4075
4230
0,8
1,75
4,34
7,86
11,0
14,7
200
300
3400
3400
5500
7065
23,8
33,8
В качестве фильтрующего материала на ТЭС
в основном
используется кварцевый песок, дробленный антрацит, сульфоуголь,
целлюлоза, перлит и др.
Основными показателями, характеризующими фильтрующие материалы,
является гранулометрический состав, механическая и химическая проч­
ность. Гранулометрический состав определяется путем просеивания ма­
териала через ряд колиброванных сит и показывает содержание в фильт­
рующем материале зерен различного размере. При неудовлетворительном
подборе гранулометрической характеристики загружаемого материала
возможно получение в верхнем слое чрезмерно мелких фракций материа­
ла, что приводит к образованию плотной грязевой пленки и быстрому
нарастанию сопротивления слоя, кроме этого при взрыхлении в период
подачи воды снизу вверх возможен вынос фильтрующего материала. В то
же время наличие чрезмерного количества крупных зерен в нижних слоях
приводит к ухудшению улавливания мелкого шлама и взвеси, и также к
прёждеврем&нному проскоку через слой фильтрующего материала частиц
взвеси.
р,*• 1 *
Опыт эксплуатации механических фильтров показывает, что при
применении кварцевого песка следует испольөовать зерна о диаметром
от 0 ,5 до 1 ,2 мм, гфи применении антрацита - от 0 ,6 до 2 ,0 мм.
' %
I
57
Под механической прочностью следует понимать сопротивление
фильтрующего материала износу, происходящему вследствие трения з^рөы
друг о друга при промывке, а также растрескивание зерен при
колебаниях температуры воды, что приводит к измельчению материала. О
прочности материала судят по снижению слоя загрузки фильтра за
определенный промежуток времени. 'Для применяемых на электростанциях
фильтрунцих материалов годовые потери от истирания не
должны
превышать 2-5 % при условиях нормальной эксплуатации.
Под химической прочностью фильтрующего материала понимается его
стойкость против химического воздействия на него воды. Так механи­
ческая прочность кварца выше, чем антрацита, однако по химической
прочности, особенно при высокой температуре и щелочной среде, кварц
уступает антрациту, повышая содержание в воде кремниевой кислоты.
Потеря напора воды в механическом фильтре является основным
показателем его работы. Эта величина определяется и изменяется в за­
висимости от следующих факторов: гранулометрической характеристики
фильтрующего материала;высоты слоя материала; скорости фильтрования;
степени засорения фильтрующего материала. В процессе эксплуатации
увеличение потери напора определяется в основном последним фактором.
Промывку фильтров производят: по достижении предельной потери
напора (для открытых фильтров 5 м.вод.ст., для закрытых 10 м.вод.ст.
Г101); по качеству профильтрованной воды; по продолжительности пери­
од3 фильтрования. Удаление задержанных взвешенных веществ осуществ­
ляется путем промывки обратным потоком воды снизу вверх. Ка основе
опыта эксплуатации промышленных фильтров рекомендуется осуществлять
промывку со следующей интенсивностью: при загрузке фильтров кварце­
вым песком со скоростью воды около 36 м/ч; при загрузке дробленным
антрацитом - 22 м/ч {2]. Взрыхление материала механических фильтров
выполняется из отдельного бака водой после осветлителя, или отмывоч­
ными водами ионитовых фильтров. Для повышения интенсивности отмывки
материала в нижнюю часть фильтра можно подавать воздух.
Не реже двух раз в год вскрывается верхний лшк фильтра и
проверяется состояние
материала.
При
необходимости
материал
(антрацит, кварцевый песок или сульфоуголь) досыпается до высоты
проектной загрузки. Если материал закарбонизировался (по цвету стал
белим из-за отложения солей жесткости), его
следует
промыть
раствором углекислоты (что малоэффективно, но возможно) или слабым
раствором ингибированной соляной кислоты, с подачей раствора кислоты
снизу ваерх и последующей отмывкой материала.
6
8
Разгрузку фильтров для ревизии или ремонта осуществляют в
основном гидравлическим путем, т.е. фильтрующий материал выносится
из фильтра мощным потоком вода. При загрузке фильтрующего материала
предварительно заполняют фильтр наполовину водой, затем загружают
материал слоями по 300-400 мм, каждый слой отмывается путем подзчи
воды снизу вверх с периодическим включением воздуха. Промывка
выполняется до получения прозрачной воды на сбросе.
В настоящее время разработан способ высококачественной очистки
фильтрующего материала ультразвуком
в момент
гидропорегрузки
механического фильтра. Фильтрующий материал пересекает ультразвуко­
вое поле определенной частоты и интенсивности. Возиикащая вибрация
частиц фильтрующего материала в этом поле приводит к освобождению их
от налипших осадков.
3.7. Основы магнитной обработки воды
Механизм влияния магнитного поля на воду и ее примеси до нас­
тоящего времени не ясен. Гипотезы различных авторов базируются на
поляризующем действии магнитного поля на ионы и молекулу воды, при
этом происходят изменения, обуславливающие и дальнейшем выделение
твердой фазы рыхлых осадков (шлама) вместо накипи. Время сохранения
свойств, приобретенных водой, находящейся в состоянии равновесии при
прохождении через магнитное поле, не превышает ТО”9 с.
Опыт
эксплуатации таких установок показывает, что в определенных условиях
снижается количество образующейся накипи на поверхности нагрева, в
других случаях имепцаяся н чипь даже отслаивается. Но в то же время
имеются случаи, когда количество и скорость накипеобразования резко
возрастает. 41'І Ш И Я Й И Щ З К ж І й М Ш
ВТИ им. Ф.Э.Дзержинского рекомендует вести магнитную обработку
природной воды до общей жесткости 10 мг-экв/л и карбонатной не выше
7 мг-экв/л. Рекомендуется применять установки для котлов до 4 МПа.
Одним из решающих условий возможности применения магнитной об­
работки воды следует считать отношение концентрации свободной угле­
кислоты и равновесной. Магнитная обработка воды лучше осуществляется
в летнее время, когда вода пересыщена по карбонату кальция, т.к.
вода потребляет углекислоту из воздуха, зимой вода агрессивна из-за
снижении потребления углекислоты растительными организмами [12].
Образовавшийся при магнитной обработке шлам следует своевремен­
но выводить из замкнутой системы. При магнитной обработке воды
отмечается снижение размера кристаллов карбоната кальция на 21-30 X,
а скорость осаждения снижается с 0,22-0,54 до 0,23-0,41 мм/с. Шлам
99
%
іется при прохождении чөрөз специальный шламоот,
Необходимо отметить, что имеется положительный
применения
магнитной обработки воды (г.Саратов, Саратовская ГРЭС, подготовка
подпитки тепловых сетей) и отрицательный ОПЫТ В Г . jHOBOCM-зимний сезон 1969-70 г . г к о г д а бойлера и водогрейный
котлы в течени нескольких месяцев эксплуатации вышли из строя из-за
массовых разрывов труб, происшедших из-за больших отложений в виде
накипи (отложения солей жесткости ).
Контроль качества обработанной магнитным полем воды
осуществприбора
в МЭИ или
современным
проб воды объмом 200 мл (первая пробе - до магнитной
обработки
проба - после обработки). В пробах
кипя
чении находятся стекла, которые вынимают из кипяченой во
30
минут, сушат при 105°С, затем выделившиеся кристаллы рассматривают
при 600-кратном увеличении. По уменьшение размеров кристаллов судят
____________________________ р разница, тем эффективней обработка.
Согласно данным (31 при магнитной обработке воды подогрев воды
должен быть не более 95°С, при этом вода остается прозрачной,
некарбонатний шлам и отложения на поверхностях нагрева отсутствуют.
В этом случае 70 % всех частиц имеют размер не менее 0,5 мкм
суток. Явление
потери
’НИТНЫХ
обработки
воды при
сумме хлоридов
улъфатов до 50 мг/л. Если содержание этих компонентов превышает
коррозионных процессов
для устранения которых устанавливается вакуумный деаэратор, что
рвязано с необходимостью поддерживать температуру деаэрированной
омагниченной воды не выше 70°С. Содержание железа в артезианской
1ЛЯ
шіовых сетей
должна соответствовать ГОСТ 2874-Ә2 "Вода питьевая",. Применение
метода согласовано с Госинспекцией Минздрава СССР.
Необходимо отметить, что применение магнитной, обработки на
предпт.
предварительных длительных экспериментальных
опытных работ для каждого сезона (зима - лето).
Конструкции устройств для магнитной обработки воды и инструкции
Пи их эксплуатации разработаны Чебоксарским электромеханическим
заводом "Энергозапчасть
Основные
тики устройств для
магнитной обработки вода приведены в табл. 3.9 [III
50
Таблица 3.9
Аппарат для магнитной обработки воды (ТУ 34-38-10733-84 )
Производительнос­ Темпера­
Марка
ть по обрабаты=
тура во­
аппарата ваемой воде, м /ч ды. °о
АМ0-І00УХЛ4
АМ0-600УХ4
АМ0-25УХЛ4
АІЮ-200УХЛ4
100
600
25
200
40
40
50
40
Рабочее давле- Потребляе­
ние воды, МПа мая мощное
(не более)
ть, кВ.А
0,6
0,6
0,6
0,6
0,5
2,0
0.35
0,5
3.8. Декарбонизация воды
Удаление углекислого газа из воды* применяемое после водородкатионирования воды, проводится без повышения ее температуры. Путем
создания над поверхностью обрабатываемой воды возможно более низкого
парциального давления углекислоты, для этого воду продувают воздухом
роль которого аналогична роли пара в деаэраторе. При этом удаляются
газы: сероводород, водород и др. Удаление углекислоты при декарбони­
зации составляет обычно от 3 до 10 мг/л 00,(остаточное). Основными
факторами, влияющими на процесс декарбонизации, являются расход воз­
духа, температура воды, удельная поверхность контакта вода с газовой
фазой и величина pH воды. Декарбонизацию осуществляют в аппаратах
пленочного типа (дөкарбонизаторах) с насадкой из колец Рашита
которая по сравнению с насадкой
из деревянных щитов, позволяет
уменьшить площадь и высоту де­
карбонизатора, уменьшить расход
воздуха, углубить процесс де­
карбонизации , увеличить долго­
вечность установки. На рис.3.7
показана принципиальная схема
декарбонизатора, состоящего из
корпуса I с перфорированной ре­
шеткой 2, расположенной в ниж­
ней части корпуса. Корпус за­
полнен насадкой из колец Рашита
и установлен на бак 4, продназначэнный для хранения декарбоРис.3.7
визированной воды. Вода для
61
очистки
верхнюю
зть корпуса через вход Б и стекает
вниз черва насадку. Снизу, через вход 6, подается воздух, движущийся
вверх навстречу потоку воды. Воздух и углекислый газ удаляются из
декарбонизатора через выход 7, а очищенная вода через выход 8.
В установке имеются дренажные трубопроводы 9. Эффект удаления
углекислоты в декарбонизаторах зависит от расхода воздуха. При
расходе воздуха от 20 до 40 м3 на один кубометр обрабатываемой воды
--------------- ----- -свобо юй углекистоты колеблется в пределах
от 3 до е М Г/Л 12].
данные для
типа декарбонизатора
зависимости- от произво,
Таблица 3.10
«
Л
Характеристики декарбонизаторов
Производитель­
ность, м3/ч
диаметр,
мы
|
15
26
50
75
565
730
1030
1260
1460
1630
1790
2060
2315
2520
100
125
160
200
250
300
Площадь попереч­
ного сечения, мг
‘
Расход во
мэ/ч
0,26
0,417
0,833
1,25
1,67
2,08
2,5
§ 3,33
4,17
6,0
375
625
1250
I860
2500
3100
3750
6000
6250
7500
для каждого значения производительности декарбонизаторы подраз
двляотся на группы в зависимости от карбонатной жөсткооти обрабаты
ваемой вода (табл.З.И)
Таблица
Классификация декарбонизаторов
Группа
Показатели
Карбонатная жесткость
обрабатываемой воды,
мг-вкв/л
Высота насадки колец
Рашкга, м
4-6
2,9-3,О
9-12
3,1-3,3
3,4-3,6
12-14
3,7-3,9
Пример расчета декарбонизатора
Ниже приведен расчет декарбонизатора о насадкой из керамических
колец Рашита 13]. Исходные данные для расчета: производительность по
воде 100 ш^/ч; температура исходной воды 20 С? карбонатная жесткость
6 мг-экв/л; сухой остаток 500 мг/л; величина pH 7,1; содержание
углекислоты после декарбонизатора б мг/л; в процессе обработки воды
разрушается (с образованием углекислоты) 5 мг-акв/л карбонатной
австкости *
Массовая концентрация растворенной углекислоты, кг/м3, в воде.
декарбонизат >, может быть определена по формуле
■ К
С,
*г г
1000
■сходной
вода,
разрушаемая
в
карбонатная
где
процессе водрподготовки# мг-экв/л;
(равконцентрация растворенной свобо
новесной) в исходной воде, мг/л.
Концентрацию
лоты в исходной вода можно оп­
ределить по щелочности (карбо­
Ю
натной жесткости) и величине pH
исходной воды с помощью HOMOграмиы на рис. 3.8. Номограмма
юна для вода с сухим осV? 6
200 мг/л при температуре
I
}°С. Для заданных значе$ ний ючности и величины pH
концентрация свобо,
$к
лоты по номограіме
2
А Т - *5мг/л
*■
Ирм других значени
О
концентраисходной в
углекислоты
свободной
пт
Ц]
определяют по формуле
Ржс.3.8
ж .
VM
Ссо.
V
І,
.
где
поправочный коэф&щивнт на величину сухого остатка
исходной води. Определяется по табл.3.12. Для сухого
* 0,92
остатка равного 600 мг/л
63
Таблица 3.12
Значение поправочного коэффициента на сухой
остаток исходной воды
Сухой оста­
ток , мг/л
Поправочный
коэф&шиент
200
1,05
1000
1.0
0.96
0,94
овая концентрация раствореи
щөй на декарбониаатор
~ ш —
8
*°'
0,92
0,87
0,83
углекислоты в
вода
ш
Необходимая поверхность насадки (поверхность десорбции)
м2
ffltlUQQinncia ПП
.ж
г
« I
заданный аффект удаления углекислоты, определяется
формуле
G
где
*
к№
с.cf
v
- количество углекислоты,
заторе, кг/ч;
удалению
декарбо-
коэфйщиент десорбции углекислоты, м/ч;
вя сила десорбции, кг/м3.
На рис.3,9 приве
график зависи­
мости коэффициента десорбции
от
температуры исходной воды для
бонизаторов, загруженных
кольцами
Рашита 25x26x3 мм, ПрИ ПЛОТНОСТИ
І8КИЯ
>*;*а 60 м3/ (ме •ч). Для
значения
вода
коэфіициент десорбции будет равен
0,4 м/ч.
1приведен график опрелеДИЩущей силы Десорбции
Л Сла в зависимости
концентрации
углекислоты до декарбонизатора. Кри­
вая I соответствует концентрации уг­
лекислоты посла декарбонизатора <?.**
iot 3 мг/л, кривая 2 - для кон
йЩ хрщ лт десорбции, м/ч
Рис.3.9
64
5 мг/л, кривая Э - для концентрации 10 мг/л. В данном при
/%&&п
•
_
**
•юре Ссо •261 мг/ л ,с ^ - 5 мг/л. Для этих значенийлс^ « 0,06 кг/м
Тогда количество углекислоты, подлежащее удалению в декярбо
низаторе
Ост
С - а (е .щ - ЛUГ У
г
а
с
л
г
г
7
а площадь повөрі
г ,Н А
1067 м *
О, * О.*
Необходимый объем насадки яри беспорядочной загрузке колец
Рашите определяется по известной площади насадки
/06/
_ ... і
Щ
• тах— • f .M * *
декарбонизатора, ■г, определяется
формуле
I
У
производительноотъ декарбониза
оптимальная плотность орошения
я декарбонизатора
где /?
60
т
* /,6 7 м *
60
Диаметр декарбонизатора
.3
,
т
X
1,46
определяется по формуле
М.
Высота слоя насадки дяя колец
Рашита 26x25x3 мм определяется
по формуле
fi *
. S ./* м
у
'
*
«3
подававэд воздуха, м
мого в декарбонизатор опреде
формуле
Ощр. Q S
- удельный расход возгда 6
вода при насадке
духа на
из колец Рашитв, м3^ * 3 . При
умягчения рекомендуется прини­
мать равным ЕВ м^/м3 , при обес­
солив ании - 40 м3/ * 3 Тогда
сход воздуха будет равен
< 5 W ’ /ОО <15 ' М 09 » У<
ДЬимищал сим двсороции,
Рио.
зло
бб
Сопротивление движению воздуха черва декарбоюшатор определяется
формуле
a? f
где
по
ш *5 А * Щ
40 - сопротивление проходу воздуха конструктивных элементов
декарбонизатора, мм.вод.от.;
26 ~ сопротивление проходу воздуха I м высоты слоя насадки из
колец Рашига 26x26x3 мм, мм.вод.ст.
Тогда сопротивление проходу воздуха через декарбонизатор
^ j * 4S -J, /1> + *о ж //в, 5 мм. 4од. cm
Вентилятор к данному декарбонизатору должен обеспечивать расход
воздуха не менее 2500 м3/чао и развивать напор не менеө 119
мм. вод.от.
.•
По известной производительности установки
и карбонатной
жесткости воды можно выбрать тип декарбонизатора, высоту и объем
насадки колец Рашига (см. табл. З Л О и 3.II)
3.9.
Особенности применения схем предочистки
.реагентов
и
хранение
Методы и оборудование для предварительное обработки исходной
воды выбирают в зависимости от характера и величины загрязнений: при
содержании взвешенных веществ до 60 мг/л используется механическое
фильтрование; при содержании взвешенных веществ до
100 мг/л
используется механическое фильтрование о коагуляцией; при содержании
взвешенных веществ
более
100 мг/л
используется
осветление
с последущим
механическим фильтрованием;
при использовании
поверхностных вод требующих коагуляции, снижения цветности вода и
удаления коллоидного железа используются коагуляция с осветлением ■
последующим механическим фильтрованием.
Б рассмотренных выше схемах предварительной очистки в качестве
основного метода используется осветление (схемы 1,2,3,| ), | также
коагуляция на фильтрах (4). Независимо от
применяемой
схемы
предварительной очистки, при условии соблюдения теологических
режимов, взвешенные и коллоидные вещества удаляхгтся из
вода
практически полностью (остаточное содержание 1 - 3 *), органические
вещества удаляются на 40-70 *, свободная углекислота удаляется
практически полностью.
При использовании схемы 3
(содоизвесткование)
появляется
возможность отказаться от фазы умягчения не катионитоных фильтрах
т.к. при атой технологии предварительной очистки вода значительно
66
аншяәтпя содержание катионов в воде,
В оостав основного оборудования ітрөдочисток входят осветлители
конструкции ЦНИИ МПС или ВТИ, напорные осветлительные <|ильтрн
(одно-, двух- или трөхкамерныө), реагентиое хозяйство со складами
для приемки и хранения реагентов, оборудование для приготовления и
дозирования рабочих растворов, а также оборудование для удаления
отходов•
Оборудовании предочистки должно быть с химический защитой
металла от коррозионного воздействия среды. Материалы для химической
защиты
оборудования
выбираются
согласно
рекомендаций
специализированных организаций.
Характеристики реагентов, применяемых при предварительной
очистке, приведет в твбл.3.13.
Размеры оклада реагентов расчитываются на хранение запаса
реагентов не менее, чем на месяц работы и при условии возможности
разгрузки одного железнодорожного вагона (60 т), когда на складе еще
имеется 15-ти суточный запас реагентов. Если реагенты доставляются
автотранспортом или по трубопроводу, то запас на складе планируется
на 15 суток. Температура в складе не должна быть ниже 10°С,
На складе должна быть предусмотрена механизация для разгрузки
реагентов.
Для хранения кислот и щелочей устанавливается не менее двух ем­
костей для каждого реагента. Хранение извести может быть в сухом ви­
де и в вида известкового молока. Чаще всего хранение осуществляется
в сухом виде ,а для текущих потребностей часть извести гасят в
емкостях, откуда насосами подают в емкости приготовления рабочего
раствора извести.
Коагулянт хранят как в сухом, так и в виде концентрированного
раствора. Лучший вариант хранения в виде раствора.
Поваренная соль для регенерации натрий-катионитовых фильтров
хранится как в жидком, так и в сухом виде. Сухое хранение должно
быть организовано в помещении с тем, чтобы не было обводнения соли
и "схватывания" ее в глыбу.
Флокулянт полиакриламида ПАА поставляется в бочках или в
мешках, хранится в поставляемой таре и готовится в специальных ме­
шалках в виде 0,1-0,5*-ного раствора для постоянного использования.
Катиониты и аниониты поставляются в мешках или бочках и в этой
таре хранятся на складах при плюсовых температурах (для предотвраще­
ния растрескивания зерен при замерзании водм ,в порах ионита).
67
Твблица ЗЛЗ
Реагенты применяемые не химводоочистке
Хими­ Содержа­ Концент­ Гаство- Концентра­
ческая ние в
рация
римость ция раст­
формуле хямичес- реаген­
вора, % и
ом про­ та и
ж , % плотность,
дукте, X
кг/л
1-------------------------
Реагенты
Қцкий натр (каусти
чеокая сода
ГООТ 2263-79,
марка А "Ртутный*
Соль поваренная
(сорт первый)
ГООТ 13830-84
J
42
_40_
+ 13
108,7
~4„
1,043
L
-21,2
35,9
-JL..
1,056
■
97,7
f
V
V
V
| Г
Глинозем сернокис­
лый (неочищенный)
J5 1 & .
12
-
.
,
_2_
36,2
1,019
Иввесть негашенная
ГООТ 9179-77
60-66
0,16
Известь гидратная
(пушенка)
ГОСТ 9179-77
2_
1,017
50-87
0,16
_2_
1,017
Сода кальциниро­
ванная (синтети­
ческая)
ГООТ 6100-86 В
На менее
96,8
Флокулянт П М
(полиакриламид)
0-9
Кислота серная
ГООТ 2184-77
92,6-94
_______
•
_2_
1,019
21,8
Jp" &
Э2- Смеши- ф __
-40,3 -25,6 вается 1,005 {.027
Примечание: I. в графе 4 над чертой даны сначения концентраций
реагента, под чертой - температура
ания
реагента.
л
2. В графе 6 над чертой даны
концентраций
раствора, под чертой - плотность раствора.
МЕТОДОМ ИОННОГО ОБМЕНА
химические
w
прошедшая предочистку, практически не содержит в себе
пшмесей и в значительной степени освобождена от
ісперсных при
в
Однако
основная
часть
примесей
коллоидных частиц
и должна бить
истинно-растворенном состоянии
для этого применяют ионный обмен,
удалена из нее. В настоящее вр
вида методов
также мембранные и термические метода- Последние
для получения 5ІМЙ необходю го качества чаще всего используют в
совокупности
на способности
ионного
некоторых практически нор істворимых в воде веществ, называемых
ионитами, вступать в ионный обмен с растворенными в воде солями,
при ионном обмене один вид ионов заменяется другим.
------------------ ----- —
способность ионитов к
ионному обмену объяс­
няется их строением.
На рис .4.1 схематично
структура
изображена
нита. Любой
ионит состоит из твер
многоатомного
дого
ЕӨЛЫШМ
местам которого при­
вижные
соединены
т 2, придающие кар­
касу соответствущий
Ғ ИС.4.І
ктрический заряд, а другие ионы 3 (о противоположным знаком)
вблизи
этого
твердого
каркаса
и
вижность
имеют ограниченную
_________ обмену. Вследствие’втого вокруг твердой фазы
диффузионный слой ив противоположно заряженных ионов (противоионов)
от характера
к
образованию
заряда.
В
зависимости
что приводит
иметь положительный
подвижные
ионы
могут
активных г
тогда
ионит
называвтоя
катионитом
(рио.4.1,в),
нлш
заряд, и
ионит
навивается
анионитом
отрицательный
__ диффузионного
__
олоя Обладают повышенным запасом кинетической
энергии и поэтому могут выходить из диффузионного СЛОЯ в раствор, но
при этом из раствора в диффузионный слой должнн переходит* нош о
г
w
■—
—- '•■ ■ •V •
99
тем Ж8 знаком заряда. Следовательно, реакция
ионного
обмена
подчиняются правилам, характерным для реакций обычных электролитов,
ь частнооти: правилам эквивалентности обмена ионов и обратимости
процесса ионного обмена. Если происходит обмен катионами - процесс
называется катионированием, если ко происходит обмен анионами, то
процесс называется анионировашем.
Все известные ионообменные материалы по химическому составу
можно разделить на две группы;
минеральные
и органические.
Минеральные иониты обладают малой емкостью поглощения я способность*,
к разложению в кислой среде о выделением кремниевой кислота, I
по
атому в настоящее время на ТЭС в основном находят применение
ионообменные материалы, относящиеся к разряду синтетических смол
органического происхождения. Молекулы
синтетических
соединений
состоят обычно из тысяч. а иногда и десятков тысяч прочно связанных
меаду
собой
атомов,
такие . соединения
получили
иазывше
высокомолекулярных веществ.
Функциональные группы,
которые
придам
материалу
смолы
ионообменные свойства, присоединяется к бензольным адрам, замещая в
них атомы водорода. К функциональным группам, придащим
ионитам
Н
Ж
' 0ТИ0СЯТСЯ: с^ ‘*>Ч>У™в - Д>л « . карбоксильная
rpymia - m tt и гидроксильная группа - Щ
. Катиониты, содержащие
j У ьфогруппы, являются сильноосновными (например, КУ-2-а в дл ) они
“
Т
ИЗВ*?К,ГЬ “ елочной, нейтральной а слабокислой‘ среда
кроме ионов Л
а
еще и ионы Л4 ' и Л/#м *
. Катиониты
содержащие в своем составе только обменные группы fftf и C0OV
называется слабокислотнымы катионитами (например, типа КБ)
онм
способны работать только в качестве Ж. - катионитов и извлекать из
нейтральной или щелочной среда только /Ь * ’ и
. Имеются так*»
полифуннциональные катиониты, например, сульф^голь,
оодері IЙ Ш
g g g g p j g груша Щ У . g g ffjf . ош
„
а
а
КаТНОНИТаМИ И СППпгіЛілі и та n avb «. ,.n ________
групп
♦
■
'
-•
существенно влияет на
обменную
зависимости от величины pH. Сильнокислотный
в
М
1
И
|
w
,
4
f
j
n
^ aw4 . А а р а
емкость
катионита
катиониты осуществляет
в ^слоГобласГР°К£,Й ОЯЛа° ™ аНбЧвНИЙ РН* ТОГДа ка* сл^,кислотные
в <сислой области резко уменьшают способность ионов к обмену
т к
уменьшается степень диссоциации функциональных групп Ғ ю
К функциональным группам, придающим ионитам свойства анионитов
О Т Н П Л Я Т Г Я » г.ао
___* ___ _ . . I .
«іпипитии,
аминог
J
'
------ Г#— — \ п * 4 - первичная. л/Н - нтопичнаи
N - третичная к гаушш
-------„ J.
*
-гг*
70
Ш
присоединении первых трех групп образуются слабоосновные аниониты,
они успешно осуществляют ионный обмен лищь в кислых средах и
способны извлекать лишь ионы сильных кислот ( SO і ? щ
//Oj ~» Р0Ч и др ). Группа четырехзамещенного аммония придает
аниониту сильноосновной характер, который осуществляет обмен ионов
N S i 04 ~ и HCOj в широкой области значений pH, т.е.в кислой,
нейтральной и щелочной среде ( однако при отсутствии ионов сильных
кислот) [6 ,1 0 ].
Техническая характеристика ионообменных материалов, применяемых
в схемах водоподготовительныт установок, приведена в табл.4Л [14].
Не все катионы извлекаются из растворов катионитами о
одинаковой интенсивностью. Существует ряд, где каждый предыдущий
катион извлекается из воды, в результате обменной реакции,более
интенсивно, чем последующий
* * *
***■
.
Следовательно,
каждый последующий катион приведенного ряда
вытесняется из катионита предыдущим катионом, если они находятся в
растворах в сопоставимых концентрациях.
Качество ионитов определяется рядом физико-химических
и
технологических свойств, важнейшими из которых является: фракционный
состав, насыпная плотность, химическая стойкость,
механическая
прочность, обменная емкость, кислотность или основность.
В технологии ионного обмена применяются иониты с диаметром
верен от 0,3 до 2,0 мм. Чем меньше диаметр зерен ионите, тем больше
его обменная способность и скорость обмена, но и тем больше его
сопротивление фильтрованию и возможность неравномерного прохода воды
ж растворов по сечению • фильтра. Коэффициент
неоднородности
засыпаемой в фільтр фракции ионита не должен превышать величины 2.
Воздушно-сухой ионит в воде или растворе обычно набухает и
увеличивается в обьеме не 10-60 l t а иногда ж более, ато необходимо
учитывать при заполнении фильтров. При этом ионит иногда теряет свою
прочность (размягчается). Высоте слоя малонабухаищих и крупнозернис­
тых ионитов (например ,сульфоуго л ь ) помет достигать 3 -4 м , для силь­
ной ябудапцих и мелкозернистых лишь О ,8 -Т ,2 м . Чем выше слой ионите,
тем больше е го обменная способность, выше допустимая скорость фильт­
рования, глубже уделение ионов, меиыю удельный расход регенерирую­
щих реагентов, но тем больше потеря капоре при фильтрования»
♦
71
При эксплуатации иониты подвергаются механическим нагрузкам
(сдавливанию, трению), поэтому они частично истираются, что приводит
к повышению концентрации мелких частиц. В результате возрастает
гидравлическое сопротивление фильтрующего слоя и унос
частиц
фильтрующего материала.
Механическая прочность ионита оценивается потерей массы в
течении года, рекомендуется использование ионитов с потерей массы не
более б -Ю % в год.
Химическая .стойкость ионитов выражается в их способности про­
тивостоять растворяющему действию вода и ее примесей. Под дөствиөм
среда может также происходить пептизация ионитов, т.е. переход их в
коллоидный раствор. Химическая стойкость ионитов зависит от величины
pH среда, природа и концентрации растворенных в ней ионов, а также
от температуры. Например, сульфоуголь в первое время эксплуатации и
щелочной и горячей воде, особенно в начале периода умягчения,
склонен разлагаться с выделением в воду коллоидных продуктов своего
распада, которые окрашивают воду в цвета от желтого до черно-бурого.
О повышением температуры еоды все процессы ионного обмена ускоряются
А протекают более полно, однако при этом усложняется устройство и
обслуживание фильтров, а также усиливается распад (пептизаЦия)
ионитов. Эти обстоятельства препятствуют повышению температуры на
ионообменных фильтрах выше 30-45°С в зависимости от сорта ионита
СЮ). Для горячего конденсата
(80-100°С)
должны
применяться
термостойкие иониты, например, ЮГ-2. Пептизация сильнее у катионитов
в Уа - форме, чем у катионитов в Щ |Ц форме или //
- форме.
Обменная емкость является важнейшей технологической характерис­
тикой ионитов, которая определяет продолжительность рабочего цикла,
т.е. способность к участи® в обмене. Обменная емкость выражается
количеством ионов, поглощенных единицей массы
(г-акв/кг)
ели
единицей объема (г-экв/ы3) ионита. В теплоэнергетике общепринятой
является обменная емкость. Различают полную обменную емкость и
рабочую. Обменная емкость, определяется в момент
выравнивания
концентрации поглощаемого иона в исходной и умягченной
воде,
называется полной, т.е. фильтрование заканчивается в момент проскоке
поглощаемого из води иона. Полная обменная
емкость
отражает
способность ионита поглощать ионы из вода при полной замене воех
обменных ионов. Определение полной обменной емкооти основано на
полвой нейтрализации кислотного катионита раствором едкого натра, а
щелочного анионита - рествором соляной кислоты.
72
Одйако, в эксплуатации фильтрование часто прекращается
в
момент, когда концентрация поглощаемого иона в фильтрате составляет
некоторое (весьма малое) значение. В этом случае обменная емкость
ионита определяется как рабочая. Обменная емкость зависит от многих
факторов, в том числе от условий регенерации, природы поглощаемых
ионов. значения jjH воды, скорости потока вода, геометрических
характеристик слоя- Общая емкость ионитов зависит от числа активных
групп на поверхности зерен ионита. Поверхностью ионита является
поверхность углублений, пор, каналов и пр., поэтому предпочтительнее
иметь иониты с пористой структурой.
Для восстановления обменной емкости истощенного ионита
необходимо извлечь задержанные катионы, заменив их обменными
катионами, этот процесс называется регенерацией. Другими словами
восстановление истощенного ионита является процессом ионного обмена,
проводимого в обратном порядке» Общепризнано, что ионный обмен
протекает в строго эквивалентных (стехиометрических) количествах
между реагирующими веществами, является обратимым процессом и
подчиняется закону действия масс.
На рис.4.2 показано протекание рабочего цикла ионообменного
фильтра в самом общем виде. При фильтровании воды через слой ионита
ионный обмен осуществляется послойно. Слой I ионита (рисв4.2,а)„ в
котором происходит ионный обмен, называется работающим слоем ионного
обмена. По мере истощения верхние слои ионита перестают вступать в
^
mill
процессы ионного
ионного обмена»
Вместо их вступают в работу
Вода но очистку
свежие слои ионита, распоположенные под работающим
слоем, и зона умягчения
постепенно перемещается по
ходу обрабатываемой вода«.
Через некоторое время после
начала работы фильтра в
слое ионита образуются три
зоны: истощенного ионита 2,
работающего ионита I и све­
жего ионита 3 (рис.4.2,6).
Умягченная бода
В начале работы фильтра
остаточное содержание улав­
ливаемых ионов в обрабатыРис.4.2
'в ■
73
таблице 4*1
щи
Техническая характеристика ионообменных материалов
Марка
ионита
Товарный п р о д у к т [ Динами­ Допус­
ческая
тимая
Структура Ионная
Размер
Насып- ] обмен­
темпе­
• форма
зерен,
ная
ная ем­ рату­
мм
масса
кость,
ра, °С
г-экв/м**
I* Аниониты сильноосновные
АВ-І7-І8 Гелевая
АВ-І7П
Макро­
пористая
АВ-29-І2П Макро­
пористая
Варион
АТ-660
Гелевая
Дауекс
Гелевая
Дауэкс
Макро­
пористая
Даулит
ИзопоА-І0ІД
ристая
Зеролит
Изопористая
Кастел
ИзопоА-500Р
ристая
®
Ш
Хлоридная
0,36-1,26
0,72
694
40—45
•Хлоридная
0,315-1,25
0,72
550
40-45
Хлоридная
0,315-1,25
щ
0,72
600
40-45
0,31-1,0
0,3-1,2
0,72
0,7
350-400
350-380
45-50
45
0,68
270-300
45-50
ЖД
Хлоридная
Ж
Хлоридная
0,3-0,84
А
Хлоридная
0,31-1,0
0,72
300-350
40-45
Хлоридная
0,35-1,2
0,7
350-400
40-45
Хлоридная
0,3-1,1
0,71
300-330
40
2. Аниошггы слабоосвовные
Хлоридная
0,315-1,25
0,7
0
АН-18-8
АН-І8П
Гелевая
Макро­
пористая
Гелевая
Макропористая
Гелевая
Хлоридная
АН-21
Хлоридная
АН-221
Основная
и солевая
АН-22-8
Основная
и солевая
АН-31
Гелевая * Основная
и солевая
Вариант АД Гелевая
650
щ
%
40-45
ш
вЛ
0,315-1,25
0,315-1,25
0,7
0,7
800
40-45
40-45
0,315-1,25
0,7
800
100
0,315-1,25
0,78
1000
40-45
ем
0,4-2,0
0,31-1,0
0,75-0,78 1200
40-45
0,7-0,74 700-800 40-60
Продолжение тайл. 4.1
Динами­
ческая
обмен­
ная ем­
кость,
Товарный продукт
Марка
ионита
Структура
Ионная
форма
Допус­
тимая
темпе-
Г-ЭКВЛГ
Ивопористая
Зеролит Изопористая
Кастел ИзопоА-300Р ристая
Дуалит
Гидрокси­
льная
Гидрокси­
льная
Гидрокси­
льная
0.3-1,2
0,35-1,2
0,3-1,2
0,75
650-700
40-45
0,7-0,72 850-900
40-45
0,71
50-60
3. Катиогагпй сильнокислотные
КУ-І
КУ-2-а
Гелевая
Гелевая
Водородная 0,4-2,0 0,6-0,75
750
Водородно0,8 510-800
солевая
0,315-1,25
Макро­
0,315-1,25 0,6-0,73
пористая Солевая
Водородно­
Сульфо0,25-0,7
0,74
натриевая
уголь СМ-1
Водородно­
Сульфо0,69
натриевая
0,5-1,2
уголь СК-І
0,8-0,85
Натриевая 0,4-1,2
Айовак С-240 0,8-0,85
Вофатвт КР Гелевая Натриевая 0,3-1,2
Дуалит
0,3-1,2 0,8-0,85
Гелевая Натриевая
С-20
0,85
0,3-1,2
Дауэкс
Гелевая Натриевая
Зеролит 226 Гелевая Натриевая 0,35-1,2 0,8-0,84
Леватнт
0,85-0,9
Гелевая Натриевая 0,3-1,2.
- 100
Кастел
0,65-0,7
Натриевая 0,3-1,2
С-300 Гелевая
Натриевая 0,315-1,25 0,8-0,85
Остион Гелевая
4. Катиониты слабокислотние
120-130
КУ-23
КБ-4П-2 Гелевая
КВ 4ПГелевая
10-П
Натриевая 0,315-1,6
0,68-0,82
Натриевая 0,315-1,6
0,68
400
45
200-350
60
200-350
430-460
440-460
60
140
115
460
440
450
120
150
120
440
120
450-470
420-440
120
120
120
—
120
ваөмой воде будет весьма малым и постоянным. По мере работы фильт­
рующего материала остаточное содержание ионов в обрабатываемой воде
будет увеличиваться.
Рассмотренная схема работы фильтра возможна только при идеально
равномерном прохождении воды через ионит, однако на практике граница
работающей зоны ионита принимает обычно различные
очертания,
отклоняясь от горизонтальной плоскости.
В технологии водоподготовки для удаления ионов
из
воды
применяются два .процесса: катионирование - удаление катионов и
анионирование - удаление анионов. В зависимости от вида обменного
иона процессы и аппараты получают названия: //а - .катионирование,
соответственно А/а - катионитовый фильтр; // - катионировоние,
соответственно У
- катионитовый фильтр; О//
- анионирование,
соответственно ОН-анионитовый фильтр и т.п. Процессы катионирования
воды могут применяться самостоятельно (для умягчения вода), в то
время как процессы анионирования применяются лишь в комплексе с
катионированием (в схемах обессоливания воды).
4.2 Технология ионного обмена
4.2.1.
Натрий-катионирование воды. Этот процесс применяется для
умягчения воды и имеет самостоятельное значение для подготовки воды
с малой щелочностью для котлов низкого давления и подпитки воды
теплосетей. Натрий - катионитный метод умягчения воды основан на
способности некоторых практически нерастворимых в воде веществ
(сульфоуголь, синтетические смолы) обменивать подвижно расположенные
катионы А/а * на эквивалентное количество ионов
А ь*.ф
и
согласно следующим реакциям
Со{** * лб
А * * / + * *;
4
**«»*
* .с#' I
с
■'ыр^ч
А-
С
- нерастворимый в воде сложный радикал катионита (его
принято считать одновалентным)
Из приведенных реакций видно, что анионный состав воды при
натрий-катионировании остается постоянным, поэтому и
су»*арная
концентрация катионов, участвуицих в этом процессе, такие остается
постоянной.В результате щелочность
обрабатываемой воды
не
изменяется. Однако массовая концентрация катионов
в растворе
несколько возрастает, поскольку эквивалентная масса иона натрия
где
R
75
эквивалентных масс ионов кальция и магния, т.е. 23 весовых части
натрий заменяют при ионообмене 20 весовых частей кальция или 23
весовых части натрия заменяют 12 весовых частей магния. Таким
образом, солесодержание натрий-катионированной воды несколько выве
солесодержания исходной воды.
Процесс умягчения при натрий-катионировании заканчивается при
максимально допустимом значении жесткости фильтрата или при
Характер изменения качества
наступлении проскока жесткости
умягченной воды показан на рис.4.3 [51. Кривая АВД показывает
зависимость остаточной жесткости от количества пропущенной воды. В
--начале работы фильтра оста­
точная жесткость умягченной
воды Ж q™ будет весьма малой
и постоянной (линия АВ),
затем начинается проскок ка­
тионов кальция и магнияр что
приводит к увеличению оста­
точной жесткости умягченной
воды (кривая ВД)о Площадь
АВСД характеризует полную
обменную емкость
емкост катионитак
Площадь р ограниченная кривой
АВР линией исхо.____ _
РИС.4.3
лех
о реи. » обработанной за рабочий цикл,
К0ЛИЧ6ством
Й
катионита
v
всего
объёма
емкость
обменную
выражает рабочую
Рабочую обменную емкость, r-BKB/M3 р
находящегося а фильтре
определить (при Ж * Т - О) по формуле
w
2
Ш
Ш
Р
й
ж
QbO.1
Р где V
* объем катионита, загруженного : ионообменный фильтра м
льтра рабочая обменная
На практике из-за несовершенной гидравлики
ченияо вычисленного по
емкость, как правило, ниже теоретического
формуле.
окончании рабочего цикла для
емкости выполняется регенерация пропуском ■через слой катионита
Обычно в качестве
раствора электролита, содержащего ионы натрия
регенерационного раствора используется раствор поваренной соли
(хлористого натрия)
0 Большая концентрация катионитов натрия
таЦ
Е
■
_
>.
ггл»а п п п а а Ф ППУГПАПТВИТЬ 3BM£*RV ИМИ К
77
кальция и магния, ранее поглощенных из обрабатываемой вода. Реаки
регенерации катионита раствором поваренной соли можно записать в
следующей форме
С а * * + 4 л/а Сб
л Vo
;
Ж
Ма
А/с
Поваренная соль получила широкое применение для регенерации по
причине её относительной дешевизны и допустимости #
тем, что, соли
и
легко растворяются в воде и поэтому
удаляются из фильтра о регенерационным раствором.
Качество регенерации существенно завист от. появления так
называемого противоионного эффекта. Регенерационный раствор движется
сверху вниз через слой катионита и насыщается противоионами , (в
данном случае это
) при одновременном снижении
у
концентраций катионов натрий, которые переходят в отрегенерированные
слои катионита. Это явление резко снижает эффект регенерации нижних
слоев фильтрующего материала и носит название
противоионного
эффекта. .
,
ж :■ !Щ Щ й Щ / Ы Щ
При ограниченном расходе соли на регенерацию лучше будут
отрегенерированы участки слоя катионита, встрече
i со свежим
раствором. Для улучшения обработки нижних слоев
ода о кратном
пропуске соли), увеличивают в 2-3 раза содержание соли в растворе по
сравнению со стехиометричеоким соотношением. Однако следует иметь в
виду, что по мере увеличения расхода соли эффект прироста обменной
емкости катионита снижается. Значительное увеличение количества соли
экономически
оправдывается 0 поскольку
стоимость реагента
является
одной Н из
В Н Йосновных
Н И Н Н Ш статей
эксплуатационных расходов при ионообменном фильтровании воды*
Оптимальная концентрация раствора
соли при регенерации
сульфоугля составляет 6-8 % 161. Для лучшего использования соли
----рекомендуется двухступенчатая регенерация: сначала
разбавленным
раствором соли (2-3 %), а затем более концентрированным (10-12 51).
пропускается Через фильтр
Умягчение по схеме натрий-катионирования применяется для воды о
относительно малой карбонатной местностью, обычно это артезианская
или осветленная вода с содержанием взвешенных
более 5-8
мг/л.
Дли
получения
глубокоумягченной
воды
применяется
двухступенчатое натрий-катионированиеI
первая
ступень
снижает
*ес*кость до 60-100 мкг-екв/л, вторая ступень - до 10 мкг-экв/л.
7В
Натрий-катиояитовые фильтры второй ступени часто называют барьерными
фильтрами, так как проскок солей жесткости через натрий-катионитовые
фильтры первой ступени улавливается фильтрующим материалом фильтра
второй ступени. Двухступенчатая схема позволяет уменьшить расход
соли на регенерацию.
4.2.2.
Водород-катионирование воды. Сущность метода водород-катионировзния заключается в фильтровании обрабатываемой воды через
катионит, отрегенерированный раствором какой-либо кислоты. Обычно
для этой цели применяют серную кислоту //# SO¥
, которая в водном
растворе диссоциирует на дв:. катиона водорода // *
и сульфатный
анион S O * ' „ При регенерации катионита таким раствором катионы
кальция и магния заменяются на катион водорода. Таким образом при Н
- катионировашш воды обменными ионами служат катионы водорода.
В процессе фильтрования обрабатываемой воды через слой водородкатионита все катионы этой воды (
* р
Д ДР°) заме­
няются на эквивалентное количество катионов У
, что можно представить следующими уравнениями
4Щ
1н V * й > " *
гИ
V-
"*■ ' ' м '■
*;
=
яХ* * 6 ^ * - * г >*.*;
Кроме того, часть катионов водорода
взаимодействует
с
присутствующими в исходной воде бикарбонат-ионами, образуя при этом
углекислоту и воду
# * + Н С О І—
М л + н *0
В результате при У
- катионировании, так же как при известковании
вода, происходит удаление карбонатной жесткости вода обусловленной
наличием анионов ИСОл ' , а также снижение общей щелочности и
солесодержания умягченной вода. Остальная часть поступающих в воду
нонов водорода уравновешивает оставшиеся в ней анионы С£ и
образуя соответственно диссоциированные в воде соляную и серную
кислоты, т.е. И
- катиоетрованная вода имеет кислую реакцию,
что заставляет сочетать И
- катионирование с другими видами
ионитной обработки вода, например,
нвтрий-катионированием или
*
анионированием.
При фильтровании
через
r
j
V •
•-
♦S' •
водород-катионит
79
___
природных
вод,
содержащих прөиму:
катионы кальция» магния
и натрия
необходимо иметь в виду различное поведение этих катионов в птюцессе
ионного обмена. На рис.4.4 изображен прцесс
►д-катионирования
воды. Линия
I
представляет со­
бой концентрацию
катионов натрия
в исходной воде;
4
*I
*
*
1
!
рация
катионов
натрия
умягченной воде; ли­
Объем умягченной боды,л
ния 4-концентра­
ция катионов ка­
льция и магния в
Рис.4.4
умягченной воде.
Точка А соответствует исходному
состоянию отрөгенерированного
включения фильтра
В начальный период
работы
фильтра при соприкосновении исходной воды
зернами
происходить
катионов
(линия А-Б). В течение этого периода работы
фильтра
в верхних слоях его
загрузки будет происходить
преимущественное поглощение катионов кальция и магния. 8 в миуя
расположенных участках - преимущественно поглощ
фильтра ионообменные реакции
перемещаться
в нижерасположенные слои катионита, пока не достигнут
нижней
граница, что соответствует точке Б на графике. В этой точке
начинается так называемый проскок ионов, причем в первую очередь
проскакивает в обрабатываемую воду катион натрия, т.е. начиная с
точки Б, заканчивается процесс обмена кат
продолжается обмен катионов кальция и магния (обладаниях повышенно!
подвижностью) на катион натрия. Этот период работы «ильтра
представлен линией Б-В.
'4|
80
Поскольку, помимо
вытеснения
катиона
натрия из
оерои
фильтрующего материала, одновременно происходит поступление его ■:
исходной водой на фильтр, то концентрация катионов натрия продолжайг
нарастать (линия С Г) и о точке Г достигает максимального зкаченкя.
В течение этого периода
//
- катионит постепенно прйкршшт
поглощение катионов натрия и начинается процесс вытеснения катионами
кальция и магния йэ только катионов водорода, но и катионов натрия,
т.о. одновременно протекают процессы
водород-кзтионироватшл
и
натрий-катиоштрования в обработанной воде уменьшается (линия ГК) и
в точке Е вновь становится равной концентрации этих ионов в исходной
воде. В точке Е заканчивается вытеснение катиона натрии и начинаете*
постепенное нарастание концентрации катионов кальция и магния ь
обработанной воде (точка X), т.е. жесткость выходящей из фильтра
воды увеличивается и в точке И становится равной жесткости исходной
воды.
На участке А-Б обработанная вода приобретает кислотность»
равную остаточной концентрации ионов водорода. Затем, начиная с
точки Б, благодаря росту концентрации ионов натрия в обработанной
воде, происходит понижение ее кислотности до нуля. Поело чего
происходит увеличение щелочности обработанной вода
вплоть, до
щелочности исходной воды (точка Е). Таким образом, при
//
4
катионировании наблюдаются два проскока ионов, сопровождалциесд
резким измененном щелочности и кислотности обработанной воды.
Для регенерации истощенного Н
- катеонита его обрабатывают
разбавленным раствором кислоты. Обычно используют серную кислоту,
так как она дешевле и удобнее при перевозке, хранении и применении.
Однако в отдельных случаях (например, при высоком содержании ионов
натрия ь исходной воде) может использоваться и соляная кислота. При
использовании серной кислоты один из продуктов регенерации (сульфат
кальция CoSVi ) обладает ограниченной растворимостью в воде, что
может привести к загапсованию катионите.
Это обстоятельство
заставляет ограничивать концентрацию регенерационного раствора AjSO,
(примерно 1,5 %) или осуществлять двухступенчатую регенерацию:
сначала I %-ным раствором серной кислоты, а затем, когда основная
масса ионов кальция и магния будет вытеснена и исчезает
опасность
гипсования катионита, более крепким раствором кислоты (до 5-6 1).
В зависимости от требований к качеству обработанной воды и от
состава
исходной воды метод
водород-катионирования
может
осуществляться в различных схемах. Широкое
распространение
в
котельных установках, когда требуется разрушение бикарбонатного иона
Ш Ш Ш Ш ш Ш к - - :'
11
el
со снижением только карбонатной жесткости (щелочности) до значений
О,7-1,5 мг-экв/л, получила схема последовательного водород-натрий катаонирования при так называемом "голодном" режиме регенерации [31.
В отличие от обычного процесса водород-катионирования ( при котором
для регенерации% берется значительный избыток кислоты) в
этом
процессе расход кислоты соответствует стехиомөтричөскому соотношению
или даже
несколько
меньше
его.
При
этом верхние
слон
отрөгөнөрированного фильтрующего материала находятся в JV - форме,
т.е. содержат обменный катион водорода, средние слои - в натрий форме, а нижние - в кальций и магний-формө. В верхних слоях
катионита происходят все обычные реакции ионного обмена. Проходя
нөотрөгенерированные слои катионита, ионы водорода обмениваются на
ионы кальция, магния и натрия, в результате на выходе из фильтра
вода не обладает кислой реакцией. Образовавшаяся в верхних слоях
свободная углекислота транзитом проходит через нижние слои, поэтому
вода после Н -катионитового фильтра направляется в декарбонизатор,
а затем для окончательного умягчения в натрий-катионитовый фильтр.
Такая схема обработки воды имеет еледующие преимущества: уменьшается
расход кислоты на регенерацию фильтрущэго Материала; отсутствуют
образованные при регенерации кислые стоки, что избавляет
от
необходимости их нейтрализации перед сбросом в канализационную сеть;
уменьшается коррозия внутренних элементов
И
- катионитовых
фильтров. Для устранения колебания щелочности и предотвращения
появления кислой реакции в обработанной воде схема выполняется в две
ступени.
.
Л Щ
При использовании схемы с параллельным включением водородкатионитовых и натрий-катионитовых фильтров
обработанная
вода
разделяется на два потока, каждый из которых пропускается через
водород- или натрий-катионитные фильтры. В каждом из потоков вода
умягчается до остаточной жесткости около 0,1 мг-екв/л, после чего
кислая водород-катионированная вода омевивается со щелочной чатрий;<атонированной
водой.
Образовавшаяся
свободная
углекислота
удаляется из обрабатываемой воды путем
продувки воздухом в
декарбонизатора.
Такая
схема
позволяет получать
остаточную
щелочность
обрабатываемой
воды
около
0,36
мг-экв/л.
Докарбинизованная вода используется, например, для подпитки тепловых
сетей (не требует глубокого
умягчения),
либо
подвергается
натрий-катионироввнию на второй ступени. Схему параллельного водород
-натрий кэтиолирования следует применять только в тех случаях, когда
т
аг
невозможно
применять
водород-катионирование
с
"голодной"
регенерацией, так как при ее осуществлении будут иметь место сброс
кислых стоков при регенерации и значительно больший расход кислоты,
4.2.3.
Аммоний-катионирование воды.
Процесс ионообменного
умягчения воды с помощью аммоний-катионитового фильтра заключается в
замене всех катионов исходной вода на катион аммония
л//\ *
содержащийся в катионите, что можно представить в виде следующих
уравнений 12)
+Саг* ~ щ Й|р
г
і
t/ н / я '
'
л у* Щ
* A /a *z z
*-г
лу
M i */L
I
*л
* Ё Щ
Таким образом выходящая из аммоний-катионитового фильтра умягченная
вода содержит только диссоциированные соли аммония (бикарбонат
аммония, хлористый аммоний) и имеет нейтральную реакцию. Однако, в
котле эти соли при высокой температуре разлагаются с образованием
свободных кислот, остающихся в котловой воде и газообразного
аммиака, уходящего с паром
У//¥ f *
* °°* +н * 0 ;
а////
* се ' —
a/H j
* ш
:
2
*+ S o * ' — i it НЛ * V. so , .
В связи с этим аммоний-катионирование сочетают с натрий-катионирова нием для нейтрализации образующейся кислоты с помощью щелочной
натрий-катионировонной водой (так же как и водород-катионирование).
Регенерация истощенного катионита выполняется какой-либо солью
аммония, например, хлористым аммонием s///¥№ или сульфатом аммония
(Ы гін) £Оч
• При регенерации раствором сульфата аммотшя, из-за
ограниченной растворимости в воде образующегося Ca&V* и опасности
гипсования катионита, концентрация регенеративного раствора
на
должна превышать 3 %, а скорость пропускания его через слой
катионита не должна быть ниже 10 м/ч (61«
Ал а ю н и й -катионирование приводит
к
повышенному
содержанию
аммиака в паре, что при одновременном присутствии в конденсате
ва
растворенного
кислорода
приводит
к
аммиачной
коррозии
латуни
НЕ
других сплавов меди. Поэтому метод
аммоний-катионирования
используется на ТЭС, он нашел преимущественное
применение
промышленных котельных при отсутствии теплообменной аппаратуры
латунными трубками.
.»
— * .Л»
V*
"■fa*®
1**.'
/" fc; Г **"*
и
не
в
о
a
4.2.4.
Анионирование воды. Как указывалось выше, растворенные в
воде соли диссоциированы на катионы (
* * и др.)
и эноны ( //ООд ” , CP , S O S ' t //Si 0 j ~ , и др.). Следовательно,
ионообменное обессоливание воды должно предусматривать освобождение
ее и от анионов. Для этого подлежащую обессоливанию воду пропускают
сначала через ьодород-катионитовые фильтры, в результате чего все
растворенные в воде катионы заменяются на катион водорода
// *
Затем эту кислую воду пропускают через
анионитовые
фильтры,
заряженные обменным анионом гидроксила О//
Р для чего анионит
предварительно регенерируют раствором щелочи. Анионирование воды,
т.е. обмен содержащихся в ней анионов на обменные ионы анионита0
может осуществляться при различных значениях pH обрабатываемой воды
(с кислой, нейтральной или щелочной реакцией среды).
Аниониты подразделяются на олабоосновные и сильноосновные•
Обменные ионы слабоосновного анионита при фильтрации воды способны
замещаться только анионами сильных кислот (к сильным кислотам
относятся: серная, соляная, азотная)» Такие реакции замещения имеют
вид
2 а ~ о н 2 Н *+ s o * '^
+ г / / ,0 :
. *■
щ
~
А
где
и
* ч -'-
**е г ^ А *се~ * //4 о %
4
- твердая нерастворимая часть молекулы анионита, имеющая
положительный заряд и являющаяся в данных условиях
катионом, который условно принят одновалентным.
Способность к поглощению анионов снижается в следующем порядке
//о ~ — ее
//S* о / — о //
іфячом рабочая обменная емкость по аниону
на 40-50 % больше»
чем по аниону
~
Для регенерации анионита используются щелочи, обычно едкий
натр. Реакцию регенерации слабоосновных анионитов можно представить
в следующем виде
4 *S o *' * г *а ОН ■=■ 4 О Н * //a,SO*
84
Аналогичные реакции можно представить при выполнении регенерации
содой Л/ад С03 , бикарбонатом натрия # Vo
или аммиаком Л У#*
.
Возможно применение соответствующих калиевых соөдинрний, однако их
используют редко из-за высокой стоимости.
Концентрация регенерационного раствора обычно
принимается
равной 2-4 % А/а О// . Количество щелочи принимается увеличенным в
1,5-2 раза по сравнению со стехиометрическим соотношением. При
повторном использовании щелочных вод расход щелочи на регенерацию
снижается на 15-30 %.
Слабоосновные Аниониты способны к ионному обмену только в
кислой среде. Анионы Слабых кислот (угольной, кремниевой и др.)
практически не вступают в обменные реакции как с сильными, так и со
слабыми кислотами.
Сильноосновные аниониты имеют высокую стоимость, поэтому на*
практике используются для извлечения из воды только слабых ионов
Обескремнивание воды протекает более эффективно, если на фильтр
поступает анион И SiO s не в виде солей, а в виде кислот. При этом
gt SiOt + л *О
А
*Mi
4О
Если на анионит поступает кремниевая кислота в вқрә солей, то
рабочая обменная емкость с лжается примерно в 2,5 раза по сравнению
о тем процессом, когда на анионит поступает анион в виде кремниевой
кислоты. .
'V £
; .
'■' '
•'
Регенерация оилыюосновного анионита выполняется
раствором
едкого натра с концентрацией 4 %. Остаточное содержание ионов
кремниевой кислоты зависит от условий регенерации фильтре. При
прямоточной регенерации для получения воды с крөмнөсодержанием 0,10,15 мг/кг S i 0/~ удельный расход щелочи должен более, чем в пять
раз превышать стеіиомөтрический (51. В настоящее время для анионитов
применяют
противоточную
и
стутшнчато-противоточную
схемы
регенерации, позволяющие.существенно (на 30-40 %) уменьшить расход
реагента. Повторное использование сбросных щелочных вод позволяет
снизить удельные расходы щелочи на регенерацию. Регенерация о
помощью раствора бикарбоната натрия
Va//£Oj или содовым раствором
А/а г СО} не допускается из-за увеличения концентрации противоионов
( НСО/ и 00^
) и недостаточной глубины регенерации.
65
При эксплуатации аниониты (кроме макропоритых, см.табл.4.1)
стареют вследствии окисления их растворенным в воде кислородом и
органическими веществами, при этом снижается их рабочая обменная
емкость поглощения. Макропористые аниониты для
восстановления
обменной рабочей емкости периодически промывают горячим раствором
поваренной соли,
4.3.Устройство ионообменных фильтров
Ионообменные фильтры можно подразделить: по принципу действия на катионитные, анионитные и фильтры смешанногодействия (с внешней
или внутренней регенерацией) ;~Тю"способу выполнения технологических
операций - на прямоточные и противоточные| по конструктивному
исполнению - на одноэтажные и двухэтажные.
В прямоточных фильтрах обрабатываемая вода, регенерационный
раствор и отмывочная вода проходят через фильтр в одном и том же
направлении, обычно сверху вниз. При этом в
слоях ионита
происходит торможение процессов^умягчения воды из-за противоионного
эффекта, который становится
особенно ощутимым для
минерализованных вод. Прямоточные катионитные и анионитные фильтры
по своей конструкции аналогичны рассмотренным выше механическим
фильтрам и имеют те же конструктивные элементы: верхнее и
дренажные устройства, пробоотборники, воздуяник и пр. В ионитных
фильтрах предусмотрена противокоррозионная ващита металлических
поверхностей.
Противоточный ионный обмен, как явствует ив его названия,
предусматривает движение в ионитном фильтре обрабатываемой япдр щ
регенерационного раствора в противоположных няпрммюттоят, например,
вода сверху вниз, а регенерационный равствор снизу вверх. Таким
образом обрабатываемая вода
встречается
сначала
с наименее
отрегенерированными слоями ионита, затем по мере приближения и
выходу из фильтра обрабатываемая вода взаимодействует со вое более
полно отрегенерированными слоями ионита, что в конечном итоге
обеспечивает глубокое умягчение вода.
Противоточное ионирование позволяет заметно снизить удельный
расход реагентов на регенерацию ионитов,
приближая
его
к
стехиометрическим соотношениям, а также устраняет необходимость
нейтрализации кислых сбросных вод от водород - катионитных фильтров.
Благодаря »тим преимуществам противоточное
умягчение
получило
распространение для вод средней минерализованнисти, а также при
вб
анионном обмене.
В настоящее время изготовляются два
типа фильтров
для
осуществления противоточного ионного обмена: противоточные фильтры с
гидравлически зажатой загрузкой и, так называемые, ступенчато противоточные фильтры.
На рис.4.5 показана схема противоточного катионитного фильтра,
разработанного в МО ЦКТИ [2,51. В нижней части фильтра выполнено
бетонное днище I, на котором расположено нижнее распределительное
устройство 2, фильтр заполнен ионитом 3. На расстоянии О,2-0,5 м от
верхней границы фильтрующего материала расположено распределительное
устройство 4, с помощью которого выполняется регенерация и отмывка.
В верхней части фильтра
выполнено
верхнее распределительное
устройство 5.
і
'
Рис.4.5
Рис. 4.6
На рис.4.6 показана
технологическая схема противоточной
регенерации t/ - катионитного фильтра. Для осуществления регенера­
ции через фильтр пропускается поток раствора серной кислоты с кон­
центрацией 0,75 - 1,0* (позиция а) в направлении противоположном
движению обрабатываемой воды, и отводится через дренажную систему,
расположенную в верхнем слое фильтрующего материала. Отмывка (пози­
ция б) проводится в том же направлении, что и пропуск кислоты. Затем
выполняется взрыхление верхней чаоти фильтрующего материала (пози­
ция в), которая не подвергается регенерации ж не участвует а процес­
сах ионного обмена. Ее роль сводится к удержанию той части грубодис­
персных веществ, которые могут попасть на катионитовый фильтр о
87
освөтлоынсй водой поступающей на умягчение (позиция г).
На рис 4.7 показана схема ступенчато-прот и е о т о ч н о г о монообмыгного фильтра, разработанного в ВТИ. Фильтр такой конструкции имеет
две ступени, одна из которых (вторая ступень с меньшим диаметром)
крепится на другой. Во второй ступени объем ионита составляет 25 -30
X от суммарной загрузки в обоих фильтрах, оставшаяся часть ионита
загружена в первую ступень. На рис.4.8 показана технологическая
схема ступенчато-противоточной регенерации анионитного фильтра: а •взрыхление фильтрующего материала; б - пропуск регенерационного
раствора; в - отмывка фильтрующего материала водой; г - рабочий цикл
фильтра. Для анионировакия пригодны лишь ступенчато - противоточные
фильтры конструкции ВТИ поскольку склонность анионитов к набуханию
препятствует применению зажатой загрузки.
1ВЬ|
Регенерационный Отмыбочнае
раствор
вода
Исходное
вода
Рис.4.7.
Рис.4.8
Для обессоливания вода методам ионного обмена применяются также
фильтры смешанного действия, которые загружены одновременно слоем
катионита и слоем анионита или смесью этих фильтрующих материалов.
Фильтры смешанного действия выпускаются двух типов: с внутренней и
выносной регенерацией ионитов. На рос.4.9 показана схема ионитового
Фильтра смешанного действия о внутренней регенерацией [?J. Фильтр
ямют три распределительных устройства. Верхнее распределительное
устройство I предназначается для подвода исходной вода, подачи
р*генерационного раствора щелочи и вода на отмывку анионита, а тякше
для отвода и дренаж вода при загрузке ионитов и их взрыхлении
88
Срөдаөө
распределительное
устройство
2 служит для
вывода
регеаэрационных растворов кислоты и щелочи 9 а также при отмывке
ионита, Нижнее распределительное устройство 3 предназначается для
вывода обессоленной воды, подачи в фильтр регенерационного рэстЕора
кислоты и воды для отмывки катионита,
а также подачи в фильтр воды для
гидравлического разделения ионитов и
воздуха для их перемешивания перед
включением фильтра в рабочий цикл.
Фильтры смешанного действия с вынос­
ной регенерацией по своей конструкции
аналогичны однопоточным механическим
фильтрам (см. выше),поскольку
они
предназначаются только для фильтрова­
ния обрабатываемой воды сверху вниз
через смесь катионита и анионита, а
все операции по их регенерации осу­
ществляются в так называемых регене­
раторах, куда иониты транспортируют­
ся гидравлическим способом.
Рис.4.9
При этом конструкция регенераторов
аналогична фильтрам смешанного действия о внутренней регенерацией.
4.4. Пуск и эксплуатация ионитовых установок
Первоначальная загрузка ионообменного материала в фильтры
является важным моментом в эксплуатации ионитовых установок.
Загрузка может осуществляться как вручную из мешков, так и с помощью
гидроперегрузчиков. Синтетические иониты во избежание растрескивания
зерен загружаются в сухом виде непосредственно в фильтры, которые
должны быть на. 30-35 % высоты предварительно заполнены раствором
хлористого натрия ( для катионитовых фильтров) или раствором едкого
натра (для анионитовых фильтров), концентрация обоих растворов
составляет 10-15
Сульфоуголь может загружаться как в сухие
фильтры, так и в заполнение водой.
4.4.1. Пуск натрий - катионитовых фильтров. При загрузке натрий
- катионитовых установок [10] нельзя смешивать мелкий и крупный
сульфоуголь в одном фильтре. Крупным сульфоуглем с зернами 0,5-1 Д
мм необходимо ^загружать в первую очередь барьерные фильтры,
применение мелкого сульфоугля (с зернами 0,25
- 0,7 мм)
: vk
89
нежелательно. После загрузки сульфоугля в фильтр, его заливают водой
или раствором хлористого натрия и выдерживают в течение суток (для
набухания). Затем сульфоуголь промывают снизу для удаления мелочи и
грязи, и снимают верхний слой. Так как свежий сульфоуголь содержит
свободную серную кислоту, то его промывают сверху вниз (или снизу
вверх) прозрачной щелочной жесткой водой до тех пор, пока щелочность
сбрасываемого в канализацию фильтрата не станет равной О,1-0,3
мг-экв/л. После промывки от кислоты катионит регенерируют двойным (в
•два приема) количеством поваренной соли (80 -100 кг/м3).
В течение первых 5-7 фильтроциклов обменная
способность
сульфоугля значительно выше норм, а щелочность катионированной воды
ниже исходной. В течение этого периода не проводят никаких испытаний
или наладочных работ. Вторую, третью и дальнейшие регенерации
проводят нормальным количеством соли (40-60 кг/м3 сульфоугля). Когда
обменная способность катионита
станет
более
постоянной
(50
г-экв/м3), проверяют хвостовую обменную способность катионита в пяти
фшхьтроциклах. Для этого регенерацию и умягчение воды ведут обычным
порядком с расходом соли 40-60 кг/м3. Замеряют количество
обработанной воды до величины жесткости на сбросе равной 0,03-0,05
мг-экв/л. Срабатывают фильтрующий материал до тех пор,
пока
жесткость отработанной воды не достигнет жесткости исходной воды,
после чего проводят регенерацию. Если хвостовая обменная способность
будет более 20 % от основной, то это свидетельствует о нарушении
гидравлического режима фильтра, неравномерной регенерации и пр.
После определения хвостовой обменной способности ^устанавливают
оптимальную загрузку соли для регенерации, при этом испытывают
загрузки соли по 30-40 кг/м катионита. Оптимальным расходом соли на
регенерацию считается такой,
при котором основная
обменная
способность катионита не ниже 220 г-экв/м3 при наименьшем удельном
расходе соли. Регенерация фильтров второй ступени выполняетя с
двойным расходом соли, однако использованный регенерационный раствор
направляется на регенерацию фильтров первой' ступени, что обычно
вполне достаточно для восстановления ионообменных свойств материала.
Во избежание усиленной пептизации сульфоугля фильтры необходимо
ставить в резерв в конце отмывки при жесткости отмывочной воды 2 - 4
мг-экв/л. Заканчивать промывку следует перед включением фильтра в
работу.
*
ЙЦр: ‘
;•‘|•VВо время эксплуатации фильтров периодически проверяют состояние
фильтрувдюго материала,проводят
ревизию запорной
арматуры
и
ввн...
■
90
приборов. Необходимо вести систематический контроль за содержанием
иона хлора в катионировзнной воде (в конце отмывки и начале
умягчения) и ее жесткостью. Щелочность обработанной'вода проверяют в
начале отмывки и умягчения, а также в конце умягчения.
4.4.2.
Пуск водород-катионитных. фильтров. Катионит в водородкатионитных фильтрах загружают в воду или раствор хлористого натрия
и выдерживают в течение суток (для набухания). Затем его промывают
снизу вверх, снимают слой мелочи и грязи и доводят высоту до
отметки. После чего фильтр закрывают, заполняют водой снизу и
регенерируют серной кислотой при расходе 100 % -ной кислоты от 17 до
25 кг на I м3 катионита. Сначала в фильтр сверху подают осветленную
воду со скоростью 8-12 м/ч, а затем начинают подавать кислоту,
постепенно увеличивая подачу, пока крепость разбавленной кислоты при
входе в фильтр не достигнет T-If5 X. После подачи в фильтр
необходимого количества кислоты начинают отмывку материала. Процесс
отмывки заканчивают при снижении жесткости отмывочной воды до
О,2-0,3 мг-экв/л. Если фильтр необходимо поставить после регенерации
в резерв, то отмывку прерывают при жесткости 2-4 мг-экв/л и
заканчивают перед включением фильтра в работу (т.е. в резерве лучше
держать катионит не полностью отмытым).
После включения фильтра в работу воду умягчают до тех пор, пока
выходящая из фильтра вода не достигнет щелочности 0,1-0,3 мг-экв/л
(при одном постоянно работающем фильтре), а при наличии других
водород-катионитовых фильтров, выдающих кислую воду - жесткости 0,5
т 2 мг-экв/л.
В начальный период работы фильтра ведут контроль за его работой
по количеству пропущенной воды, жесткости, щелочности, кислотностие
сухому остатку, содержанию ионов натрия в исходной и обработанной
воде, по обменной способности водород-катионита, удельному расходу
кислоты и расходу воды на собственные нужды. Когда установится
постоянный режим и перечисленные показатели станут сравнительно
устойчивыми, снимают характеристики работы фильтра. По количеству и
качеству исходной и обработанной вода определяют основную и
хвостовую обменную способности катионита. После этого устанавливает­
ся оптимальное значение расхода кислота и режим регенерации,которые
обеспечивают наилучшие в условиях работы данной станции показатели:
наименьший удельный расход кислоты (50-60 г/г-экв), наибольшую
обменную способность (не ниже 200 г-экв/м3 ), наибольшую глубину
умягчения, наименьший расход вода не собственные нужды (103.
91
4.4.3.
Пуск и эксплуатация обессоливающих установок. Во внов
смонтированных или выходящих из ремонта ионитных фильтрах можно не
изготавливать [21] или может быть
изготовлена
кислотостойкая
бетонная подушка, но в любом случае загружается подстилочный слой
термоантрацита-кварца (нижние фракции с размером 5-10 мм, верхние
2-5 мм, общая толщина слоя 50-100 мм). Подстилочный слой промывают
сначала соляной кислотой для удаления золы, а затем снизу водой до
нейтральной реакции. После промывки с поверхности подстилочного слоя
•удаляют загрязнения и мелочь, и фильтр до половины высоты заполняют
раствором хлористого натрий (или едкого натра) с концентрацией
X П — Т
Q O T i T M f nti»tF
— -— * - -
______ — _____ ____
1. 1
ЬҒ
*4
V -~f-;
V
набухания) и затом промывают осветленной водой, подаваемой снизу
вверх. После промывки с поверхности ионита удаляют грязь и мелочь, и
выполняют окончательную отмывку ионита от остатков хлористого натрия
(или едкого натра), на отмывку затрачивают 20-30 объемов воды в
расчете на I объем ионита и затем проводят обычную регенерацию
расчетным расходом щелочи.
Пуск декарбонизатора заключается в загрузке кольцами Рашига,
которые загружаются на решетку в беспорядке, но ровным слоем
необходимой высоты. Битые кольца загружать нельзя. После загрузки
колец определяют
производительность
вентилятора,
создаваемый
напор, потерю напора в аппарате.
Проверяют
и
устанавливают
равномерность распределения воды через сливные патрубки. Во время
подачи через декарбонизатор обрабатываемой воды определяют глубину
удаления углекислоты при гидравлических нагрузках равных 60; 80;
100; и 120 * от проектной, при температурах воды 15; 30; 35; и 40°С.
По результатам испытаний устанавливают наибольшую допустимую
нагрузку и сопротивление аппарата,
а
также
режим работы
декарбонизатора.
'В процессе эксплуатации обессоливапцих установок необходимо
следить за старением анионита. Старение выбокоосновных анионитов
вызывается в основном их окислением, а также поглощением ими
органических веществ и окислов железа из воды. Стареют также и
низкоосновные аниониты. Для предотвращения
старения
анионитов
необходимо более
глубокое
удаление
из
обрабатываемой ялдң
органических веществ, кремнекислоты, окислов железа. Кроме этого в
процессе эксплуатации прибегают к периодическому
удалению из
анионита поглощенных им органических вөщөств. Для этого через каждаө
3-6 месяцев сильноосновные аниониты по специальной технологии
обрабьтывают 8-15 Х-ным раствором хлористого натрия (иногда с
примесью 3-4 % -ного раствора едкого натра) [10,22,23].
Для
предотвращения
слеживания
анионитов
и
удаления
образовавшейся в фкльтре мелочи не реже одного раза в месяц
производят взрыхление с интенсивностью 1,5-2,2 л/(С'М*) в течение
1,5-3 часов. (В дополнение к взрыхлениям, которые выполняются перед
каждой регенерацией).
Во
время
эксплуатации
необходимо
систематически проверять исправность дренажных систем и следить за
выносом фильтрующего материала. Не реже одного раза в 3-4 месяца
необходимо осматривать состояние фильтрующего материала, проверять
его высоту, наличие трещин у стенок. Во избежание пристеночного эф­
фекта (проход воды через щели у стенок помимо фильтрующего материа­
ла), фильтрация осуществляется со скоростью не менее 5-7 м/ч [10].
Необходимо вести постоянное наблюдение за качеством воды
(кислотностью, щелочностью), сбрасываемой в канализацию, не допуская
сбрасывания кислой воды. Как кислые, так и сильнощелочные воды
(6,5>рН>8,5) следует направлять в нейтрализаторы. С целью снижения
количества сбросных вод,
также для снижения расхода реагентов при
проведении регенерации фильтрующего материала рекомендуется повторно
использовать регенерационные раствсры, а также
сбросные
воды
установок водоподготовки.
\
1.
1
4.4.4. Рекомендации по улучшению^ работы ионитных установок.
Равномерный проход воды через всю площадь
сечения . фильтра,
сокращение "хвостового" периода умягчения-оГ>ессоливания, глубина
удаления ионов достигается: загрузкой в фильтры достаточно крупного
(0,5-1 мм) материала; удалением мелочи и грязи с поверхности
материала; своевременным взрыхлением материала
о необходимой
интенсивностью для устранения слеживания и ям; отсутствием взвеси в
обрабатываемой воде; обеспечением равномерного распределения воды и
растворов при подводе в фильтр; своевременной промывкой фильтрующего
материала; применением более совершенных дренажных систем.
*
Для улучшения эксплуатации водоподготовительных установок
целесообразны также: автоматизация процессов регенерации ионитных
фильтров (при числе регенераций более трех в смену); использование
гидроперегрузки ионитов; использование специализированных указателей
концентрации регенерационных и
других
растворов;
применение
электрометрических сигнализаторов проскока регенерационных растворов
■-
93
в обработанную воду со сватовым и звуковым сигналами; подогрев
регенерационных растворов до оптимальной температуры (30~40°С);
применение для растворения соли продувочной вода котлов, испарителей
или отмывочных вод анионитовых фильтров; вторичное использование
части регенерационных растворов.
При наличии на установке химвсдоочистхи резервных фильтров
целесообразна
организация
регенерации
ионита
подзчей
регенерационного раствора снизу вверх (противотоком), однако при
.этом необходимо снизить скорость подачи раствора с 4-5 до 3-3,5 м/ч.
Это позволит (при противоточной регенерации) избежать применения
подповерхностного дренажа и организовать прогрессивные противоточные
регенорации в обычных фильтрах, т.е. практически на любой установке
химводоочистки.
В процессе эксплуатации аниониты, загруженные
в фильтры
установок по очистке конденсата, часто загрязняются нефтепродуктами,
при этом уменьшается продолжительность фильтроцккла, повышается
удельный расход щелочи на регенерацию фильтрующего
материала г
увеличивается сопротивление слоя при фильтрации конденсата. Авторами
предлагается отмывка фильтрующего материала омылителем по следующей
технологии: фильтр заполняется водой на высоту превышающую на 100 мм
верхний уровень загрузки материала; через верхний лих загружается
расчетное количество омылителя (типа ОП-7 или 0П-І0); проводится
"кипячение" фильтрующего материала воздухом с последующей отмывкой
его от растворителя (омылителя)
потоком воды
снизу
вверх;
выполняется обычная регенерация анионита [24].
При загрязнении анионитов органическими веществами (которые
задерживаются в порах зерен и при обычной регенерации с немощью
щелочных растворов не удаляются) рекомендуется проводить обработку
фильтрующего материала по следующей технологии: анионит промывают
холодным 2 % -ным раствором солк, расходуя 2 м3 раствора на 2 м3
шихты, при этом скорость пропуска раствора поддерживается на уровне
4 м/ч; проводится регенерация анионита теллчй (40-50°С) раствором
2 % -ной щелочи или холодным раствором щелочи по обычной технологии.
Повышение требований к охране окружающей среди, необходимость
совершенствования
водоподготовительных установок
привели
к
разработке обессоливающих установок
с
сокращенными расходами
реагентов и
сокращенными
стоками
[15].
Существующие
схемы
обеосоливания характеризуются значительными избытками реагентов, а
также сложной и дорогостоящей системой обработки сбросных "жестких"
*
. **
и 4 ^
.Ж*
^
94 *
-
V
i
V «
*. р
сточйых вод. К существенным преимуществам предлагаемых
схом
относится: снижение расхода реагентов до величин,
близіжс
к
стөхиоштрическим; повышение используемых обменных емкостей ионитов;
отпадает необходимость в использовании "хвостовых" схем обработки,
поскольку отработанные регенерационные растворы представляют собой
нейтральные умягченные воды, которые могут быть использованы в
тепловых сетях, в серийных выпарных установках для получения сухих
солей натрия или других целей.
Расчеты показывают, что для полной регенерации катионита»
находящегося в кальций или магний-форме, необходимый расход кислоты
прим&рно в десять раз выше, чем для полной регенерации катионита на­
ходящегося в натрий-форме, причем фактический расход кислоты в пос­
леднем случае превышает стехиометричөский только в 1,2 раза. В соот­
ветствии с этим, для уменьшения расхода кислоты, на обессоливамцую
установку подается вода, которая прошла обработку по следуицэй схе­
ме: предварительная очистка по схеме 3 (см. раздел 2.2), при этом
остаточная жесткость содоизвесткованной воды не должна превышать I
мг/л; предварительная обработка по схеме 3, однако вместо вода по­
дается едкий натр; предварительная обработка воды по схеме I с при­
менением таких доз реагентов, которые позволяют выполнить глубокое
умягчение воды. Такой способ обработки воды применяется в ton*, слу­
чае, если имеется возможность сбросные воды установки химводоочистки
направлять на очистные сооружения города или промпрьднриятия.
При водород-катиониров'чии води, содержащей только соли натрия,
обменная емкость катионитов получается достаточно высокой. Для
получения в процессе обессоливания достаточно тлзкого содержания в
воде катионов натрия, степень регенерации последних слоев катионита
должна быть более 99 X, т.е. необходима практически полная регенера­
ция всех слоев катионита. Применяя при этом стехиометрический расход
кислоты на регенерацию следует использовать противотсчшй принцип
ионного обмена по схеме двухпоточно - противоточной технологии
обработки воды (двухступенчатая схема с противоточной регенерацией в
каждой ступени).
й
Для
снижения
расхода*
щелочи
на
регенерацию
анионитовых
фильтров
•ЕЦ
рекомендуется использовать двухпоточно-противоточную схему анионирования. Низкоосновный анионит типа АН-31 загружается в фильтр первой
ступени (этот анионит хорошо регенерируется), е сильноосновной анио­
нит типа AB-I7 (обладающий крутой выходной кривой, но плохой регене­
рируемоетью) загружается в фильтр второй ступени, при этом в случае
96
проскока анионов хлора через низкоосновный анионит они задерживаются
Другим
снижения щелочи является
«о известный, но редко используемый) так называемый метод разви
регенерации. Суть метода сводится к регенерации в две стадии
сначала
пре
регенерации.
іехим
стехиометрическим соотнорежиме прямотока или противотока
Конкретные схемы и режимы эксплуатации установок с сокращенными
сокращен
и стоками приведены в [15].
5. ОБЕССОЛИВА Ш Е ВОДЫ
5.1. Ионообменные обессоливающие установки
Обработка
воды
на
обессоливающих
водоподготовительных
установках заключается в последовательном пропускавт*, ее через
различные по назначению
фильтры. Сущность протекающих в
этих фильтрах процессов ионногб обмена 9 а также основные
их
осмотрев
обессолива ап
установки
зависимости от характеристики исходной воды и требований, предъяв­
ляемых потребителями к качеству обессоленной воды. Ионообменное
обессоливание природных
целесообразным при суммарной
концентрации в исходной воде сульфатных, хлоридных и нитратных ионов
не более 3-4 мг-экв/л [2]. На рис. 5.1 приведена одна ив наиболее
сложных схем полного химического обессоливания методом ионного
Исходная бода
Обессоленная
йода
Рис.5.1
96
природных
прө
требования
Исходная вода, поступающая на ионообменную обессоливающую
установку, не должна содержать взве
взвешенные вещества во избежание
засорения ими ионитных материалов, поэтому при обессоливакии
поверхностных вод они должны подвергаться предварительной обработке
(см.гл.З).'.Первой группой фильтров а рассматриваемой обессоливающей
установке являются водород-катионитные фильтры первой ступени (Н ),
которые предназначены для удаления из обрабатываемой воды всех
растворенных в ней катионов путем обмена их на содержащийся в
катионите ион водорода. Причем эти фильтры останавливаются на
регенерацию при проскоке в*обработанную воду катиона натрия, в то
время как в обычных умягчительных установках, имеющих целью удаление
из обрабатываемой вода только накипеобразующих катионов, отключение1
такого фильтра не регенерацию осуществляется при проскоке
в
обработанную воду катионов кальция и магния, поскольку катион натрия
в этих условиях не является опасным. Таким образом, в обессоливающих
установках рабочая обменная емкость водород-катионитных фильтрсЕ
ниже, чем в умягчительных установках (при натрий-катионированииЬ
Второй группой фильтров данной установки являются анионитные
фильтры первой ступени (А1), загружаемые слабоосновным анионитом,
при помощи которого осуществляется обмен на гидроксильный ион ОН”
(присутствующих в воде после водород-катионитных фильтров первой
ступени) анионов сильных кислот: серной, соляной, азотной„ Анионы
слабых минеральных кислот (угольной и кремниевой) поглощаются на
следующей агаюнитной ступени.
Третьей группой фильтров являются водород-катионитные фильтры
второй ступени (Hg), предназначенные для улавливания катионов
(преимущественно натрия), присутствие которого в воде, прошедшей
первые две группы фильтров, возможно по
следующим причинам:
несвоевременное отключение на регенерацию водород-катионитных.
фильтров; неудовлетворительное выполнение регенерации анионитных
фильтров; амфотерность слабоосновного анионита, заключающаяся в
способности материала настолько на анионный обмен, но и частично на
катионный обмен.
Четвертой ступенью установки является декарбонизатор (Д), в
котором происходит значительное снижение концентрации растворенной в
в&дв углекислоты, после чего вода поступает в промежуточный бак,
откуда с помощью насоса подается на пятую ступень установки, которая
в
97
представляет собой анионитные
фильтры
второй
ступени
(Ап),
загруженные сильноосновным анионитом. При помощи этого анионита
осуществляется обмен гидроксильных ионов 0Н“ на анионы слабых
кислот, оставшихся в обработанной воде после анионитных фильтров
первой ступени (At). Для снижения расхода едкого натра в отмывочной
воде регенерацию анионитных фильтров А1 и А2 и
их
отмывку
осуществляют обычно последовательно путем пропуска регенерационного
раствора в воды для отмывки ионита сначала через сильноосновной
•анионит (фильтр А2 ),а затем через слабоосновной А.«
Последней ступенью такой установки служат ионитовые фильтры
смешанного действия, являющиеся надежным * барьером для задержания
всех растворенных в воде катионов и анионов, не поглощенных по
каким-либо причинам фильтрами предыдущих ступеней. В
качестве
водород-катионитных фильтров первой ступени и анионитных фильтров
целесообразно применять противоточные или ступенчато-противоточные
фильтры, обладающие рассмотренными выше (см.гл.4) технико-экономическими преимуществами.
В зависимости от качества
исходной воды и
требований
потребителей обработанной воды рассмотренная схема ионнобменного
обессоливания может упрощаться. Так, например, без применения
фильтров смешанного действия^
5.2.Термическое обессоливание воды
*
Этот способ заключается в нагревании воды до кипения
и
последующей конденсации получаемого при этом пара, осуществляют его
в аппаратах, называемых испарителями. Получили распространение
преимущественно
паровые
испарители
поверхностного
типа,
представляющие собой по существу парогенераторы, в которых в отличие
от обычных парогенераторов нагревание воды
осуществляется не
горячими дымовыми газами, а с помощью пара. Давление в паровых
испарителях колеблется в пределах 0,5-1 МПа [21.
Термическое обессоливание основывается на том,что при испарении
жидкости с паром уносится очень небольшое количество жидких капель,
содержащих растворенные в воде вещества, вследствии чего в паре (а,
следовательно, и в дистилляте) этих веществ оказывается во много раз
меньше, чем в воде, из которой он образуется. При этом соли,
поступающие в испаритель с питательной водой, выводятся из аппарата
путем постоянной продувки. В настоящее время» в основном дистиллят
производят из воды, которая прошла предварительное умягчение на
.jpL
Л
у
*£-
'•-V -
>
*
98
*
4
ж
*'
V -*""
иояитных фильтрах. Однако, применяются и испарительные установки,
для питания которых используется вода,
прошедшая упрощенную
обработку, а также испарители работающие на сырой воде (и даже
высокоминерализованной). При•этом количество сбросных вод получается
гораздо меньше, чем при использовании для обработки воды ионитных
обессоливающих установок. Получаемый дистиллят пригоден для питания
паровых котлов любого давления. Современные испарительные установки
позволяют: получить солесодержание продувочной воды до 30000-50000
мг/л и более при солесодержании исходной воды 200-300 мг/л;
сокращать размеры продувки котлов; резко сократить количество
сбросных вод; получить соли в твердом виде, для повторного их
использования в производстве.
На рис.5.2 приведена схема одноступенчатой испарительной
установки. При работе испарителя в его корпус I непрерывно подводит-*
ся химически обработанная питательная вода по трубопроводу 2,
количество которой регулируется с помощью регулятора уровня 3. В
испарителя вмонтирована нагревательная
нижней части корпуса
трубчатая система 4, в которую подается греющий пар называемый
первичного пара.
как правило
первичным паром 6 качестве
из
используется пар из регулируемых отборов
турбин ил
регенеративного подогревателя. Отдав свое тепло нагреваемой воде,
конденсат первичного пара через конденсатоотводчик 5 отводится в
сборник дистиллята 6. Полученный в результате кипячения вода в
тщО *
щ
Охлаждающая
* бода
Дистиллят
Рис.5.2
99
испарителе. так
называемый,
вторичный пар
направляется
в
поверхностный охлйдатадь 7, где отдает свсө тепло охлаждаемой вода и
в результате конденсируется. Полученный таким образом дистаилят
вторичного пара через конденсатоотводчик 5 также поступает
в
сборник дистиллята 6 . Чтобы поддерживать солееодержанае в испаритеj®
в определенных пределах, часть его вода через дренаж 8 непрерывно
удаляется с продувкой.
Помимо
одноступенчатых, применяются
двухступенчатые
и
.многоступенчатые испарительные установки. С
увеличением числа
ступеней испарительной установки повышается количество .дистиллята,
получаемого от одного и того же количества грещеію (первичного)
пара. Эднахо, следует иметь в е и д у , что с увеличением числа студеней
повышается суммарный температурный перепад между
первичным и
зторичііым паром с неизбежными тепловыми потерями и возрастанием
расхода металла. На рис.5.3 показана
схема
трөхступөнчатой
испарительной установки, которая включает испарители первой, второй
и третьей ступеней (соответственно 1,2,3), конденсатор вторичного
пара последней ступени 4, конденсатосборники 5, а также трубопровода
и зэдторную арматуру.
Охлаждокщое
бода Ш
Греющий
пар
Аистимт
Исходно*
бода
4смам
Диаиллял)
•
ш
Рис.5.3
Одноступенчатые
испарительные
установки применяются
на
конденсационных электростанциях, где потери пара и конденсата не
превышают 3 % от общего расхода пара,поступающего на турбины.
Температурный перепад
одноступенчатой испарительной установки
составляет І0--І5 С. Если потери на ТЭС выше 3 * то применяются
100
ЁВг
'ш
многоступенчатые испарительные установка, причем число ступеней
обычно ДӨ превышает шести.
Минимальная стоимость дистиллята
получается на испарительной установке при температуре 8~12°С на
одной ступени. Обычно на турбине смежные (соседние) регулируемые
отборы пара имеет температурный перепад 8-12°С, т.е» экономически
* оправдано включение между соседними отборами пара одной или двух
•Гступеней
испарителя.
Последние
ступени
многоступенчатой
испарительной установки иногда работают под вакуумом, первые ступени
при давлении 0,5-1 ШІа.
Не ТЭЦ с большими потерями пэра, а также в случае невозврата от
внешних потребителей, с целью сохранения станционного конденсата для
питания котлов целесообразно устанавливать испарители, вторичный пар
которых подается непосредственно внешним потребителям
(а не
конденсируется на станции). Такие испарители называются паропреобразоватөлями, при этом давление вторичного пара колеблется в пределах
от 1,1 до 1,6 МПа. Потери пара и конденсата у потребителей при этом
не влияют на качество питательней воды котлов ТЭС, т.к. потери
конденсата у потребителя не восполняются на станции химически
очищенной водой. При использовании паропреобразователей имеет место
недозырабо 8 электрической энергии из-за использования части
высокопотенциального пара не в турбинах, а для нагрева воды в
паропреобраедвателях.
Давление
пара
в
паропреобразователе
определяется требуемыми параметрами пара у потребителей.
Обогреваемые прром испарители и паропреобразователи различаются
не по конструкции, а по назначению, поэтому описанные ниже
конструкции паровых испарителей в равной степени могут применяться
как в качестве испарителей, так и в качестве паропреобразователей. В
настоящее время на
элэктростанциях используются в основном
вертикальные испарители и паропреобразователи, преимущество которых
заключается в том,
что они хорошо компонуются с другим
вспомогательным оборудованием турбинного отделения,
генерируют
вторичный пар лучшего качества,
так как размеры парового
пространства, необходимые для получения пара высокой чистоты, в
испарителях вертикальной конструкции всегда удается выдержать.
На рис.5.4,а приведена схеме, паропреобравователя в испарителях
с кипением в греющей секции. Б нишей части корпусе I, заполненого
испаряемой зодой, смонтирована нагревательная трубчатая секция 2 , в
которую подается греющий пар 3, называемый в атом случае вторичным
паром. Отдав свое тепло нагреваемой воде, поступающей по трубопровод
101
ду 4, конденсат первичного пара отводится по трубопроводу 5 в
сборник дистиллята. Полученный в испарителе,
так называемый, |
вторичный пар направляется в охладитель поверхностного типа, где
конденсируется, а конденсат поступает в тот же сборник дистиллята.
Продувка испарителя осуществляется по трубопроводу 6 . Через дренаж 7
осуществляется опорожнение испарителя.
ООО
I
Рис.5.4
Унос паром частиц жидкости - единственная причина загрязнения
его в испарителях. Для отделения крупных капель влаги применяются
сепарационные устройства (часто, пластинчатые), которые уменьшают
проходное сечение на 10-15 % при этом скорости движения капель через
сепаратор увеличиваются на 10-20 X. За сепараторам влажность пара
снижается на 80-85 % по сравнению с влажностью до сепаратора, при
том условии, что высота парового объема от зеркала испарения до
сепаратора не менее 800 мм. Чем выше температурный перепад, тем тилпа
паросъем, т.е. производительность испарителя, но при этом резко
повышается скорость парового потока и ухудшается качество пара из-за
выноса капель влаги.
Если в греющей секции испарителя проводить лишь подогрев вода
до температуры, близкой к температуре насыщения, а испарение
осуществлять в слоях, расположенных под секцией, то при определенных
условиях можно исключить .или резко снизить процесс образования
102
отложеньгй на поверхностях нагрөва. Так, когда температура не
превышает 383-393 К, в таких испарителях накипь практически не
образуется^ при питании их сырой водой с затравкой или водой,
обработанной лишь известкованием или содоизвестковым методой, т.е.
водой ухудшенного качества.
На рис.5.4,б приведена схема
парообразования в испарителях с выносной зоной кипения 8 . При работе
с затравкой в истгвритель вводят мелкокристаллически*) взвесь
природного мела и строительного гипса, в результате осаждения солей
жесткости в процессе парообразования происходит на частичках взвеси
и поэтому накипь на греющря поверхности не выпадает. Когда в
испаритель подается известкованная вода, роль затравки выполняют
мелкодисперсные частицы, образующиеся в процессе известкования.
Обработка подаваемой в испаритель воды в таких условиях может
ограничиться также лишь ее подкислением [51.
При использовании испарителей мгновенного вскипания вода
предварительно подогревается до заданной температуры, которая на
несколько градусов превышает температуру насыщения воды в камере
испарителя. Подогрев воды происходит за пределами камеры, в которой
происходит парообразование. На рис. 5.5 приведена схема простейшей
испарительной установки мгновенного вскипания [51.
Рио.5.5
Необработанная (сырая) вода предварительно
змеевиках I, обогреваемых конденсирупцимся вторичным
в теплообменнике греющего (первичного) пара 2 , после
в первую ступень установки. Здесь поддерживается
103
нагревается в
паром, а также
чего поступает
давление, при
котором температура насыщения на несколько градусов ниже, чем
температура поступающей в ступень вода. Вследствие этого часть
поступающей вода испаряется. Образовавшийся пар конденсируется на
поверхности змеевиков I, а вода пропускается в следующую ступень.
Давление во второй ступени ниже, чем в первой, и
некоторое
количество вода вновь испаряется. Такой процесс повторяется в хс&вдой
ступени. Из4 последней ступени одна часть веда направляется на
продувку 4, другая на рециркуляцию 5. Дистиллят собирается на
тарелках 3, перепускается из одной ступени в другую и отводится из
установки по трубопрводу 6 . Питательная вода поступает по линии 7.
В многоступенчатых испарительных установках
мгновенного
вскипания число ступеней доходит до 30-40. Однако, в тех случаях,
когда в установка' мгновенного вскипания включается в
систему
регенеративного подогрева питательной воды котлов, она может быть
однотупенчатой или иметь несколько ступеней (до трах, четырех
ступеней).
1
В испарителях мгновенного вскипания количество образующегося
вторичного пара (и соответственно количество дистиллята) не зависит
от числа ступеней, а определяется в основном расходом циркулирующей
вода и температурнт перепадом между температурой вода на входе в
установку и температурой насыщения в последней камере.Если взять
одинаковые
расход
воды
и
температурный
перепад,
то
производительности многоступенчатых установок будут одинаковыми.
Однако расхода теплоты при этом резко различаются, при увеличении
числа ступеней расход теплоты будет йиже.
Испарители мгновенного вскипания работают обычно на сырой воде,
умягченной воде или воде, обработанной подкиелвнием. В случае
применения упрощенного метода обработки питательной вода, отложения
на поверхностях нагрева не образуются при температурах вода около
390 К, т.е. когда давление в первой ступени не превышает 0,2 МПа.
!Ш
%
5.3.Схему включения испарительных и
установок
паролреобразовательных
щ
При применении термического метода подготовки добавочной воды
на конденсационных
электростанциях
чаще
всего используются,
одноступенчатые испарительные установки, которые всегда, включаются в
систему регенеративного подогрева питательной вода котлов, при этом
греющий пар подводится к нагревательной установке от регенеративных
или регулирующих отборов турбин. На ТЭЦ, наряду о первой схемой,
104
применяется такая, при которой установка включается в систему
подогрева сетевой воды, пар подводится к ней от одного из
теплофикационных отборов. В обоих случаях могут применяться как
испарители кипящего типа, так и испарители мгновенного вскипания,
однако в настоящее время применяется в основном испарители,
работающие на умягченной воде, в которой преобразование протекает в
греющей секции. При испарителях такого типа конденсация вторичного
пара может производиться в отдельных конденсаторах, либо в тех же
регенеративных подогревателях,в которых осуществляется подогрев
основного потока конденсата, направляемого в деаэратор.
На
рис.5 .6
приведены схемы включения испарителей
с
преобразованием в греющей секции в систему регенерации турбины при
установке с отдельным конденсатором (а) или без него (б).
При использовании
схемы
с
отдельным
конденсатором
(см.рис.5.6 ,а) греющий пар из отборов турбины I и 2 подается в
регенеративные подогреватели 3 и 4, а также в испаритель 5. Когда
испаритель не включен в работу, подогрев питательной воды происходит
только в регенеративных подогревателях;
в
Нғ
1 т
; -Рис.5.6
когда испаритель работает, подогрев питательной вода осуществляется
сначала в конденсаторе испарителя 6 вторичным паром испарительной
установки, а затем в регенеративном подогревателе. Общий расход теп­
лоты на подогрев питательной вода в обоих случаях будет одним и тем
же и,следовательно.расход пара в отборе не изменится.Поэтому при та­
кой схеме включения испарителя тепловая экономичность электростанции
при работающих или выключенных испарителях остается одной и той же.
105
При использовании схемы без отдельного конденсатора
Сем.
рио.5.6,6) вторичный греющий пар направляется в регенеративный
подогреватель 4. Эта схема п р о ц однако
д , ш Нтепловая
Н Н В экономичность
ниже. Действительно, как пли включен
и
при выключенном испарителе общие расходы пара в регенеративных
подогревателях остаются одними и теми же.- Между тем, при включенном
испарителе расход пара из отбора I возрастает на
величину
соответствующую расходу гре III
испаритель
расход пара
из отбора 2 уменьшается на ту же величину. Так как давление в отборе
отборе 2 , то при этом мощность турбины умены
на
величину
а
А/ * Л
а
-г
где
соответственно в I и 2 отборах турбины
производительность .испарите,
пеский к.п.д. турбины
% г.
- к.п.д. генератора,
б обоих схемах питательная вода
испаритель подается по линии
продувка испарителя выполняется
линии 8 . Производительность
атих схем обычно не превышает 2-4 % от производительности котла. ’
В многоступенчатых схемах испарительных установок питание
химически очищен
водой ступеней испарителя
может
быть
параллельным или
ювательным
Соответственно
и продувке
•о концентрате осуществляется ив каждой ступени испарителя или
[ей ступени. Количество концентрата, удаляемого из испарителя
продувки, может быть определено из уравнения солевого баланса
том требуемого количества дистиллята), которое имеет вид
Яг
А Ок - J -
(Л - л
ІОО
где
х
/00
паропроизво,
продувка ис
9
Р
||} С* , ? * * .
" соотвөтствөнно солесодержание пара, конденсахимически
[чиной солөсодөржания в паре мо:
тогда можно
выражение для определения величIVIU продувки
с
Ж
.
Л
р
/о о
жв
с* - с
т
Из последнего уравнения видно, что чем выше допустимое значение
солөсодержания в конденсате, тем меньше величина продувки
испарителя. Так в испарителях» работающих на умягченной воде,
величина продувки обычно не превыі
Для повышения чистоты вторичного пара в современных испарителях
широко используется промывка пара. Для промывки пара используется
тя в питательной воде содержится значительное
промывка вторичного пара питательной водой
количество
заметно улучшает его качество по содержанию растворенных нелетучих
гаки пара можно расчетным путем,
примесей. Оценить эффективно
для двух испарителей р которые
тво вторичн
•ревнивая
ЯП
одинакового
упаривания концентрата. Допустим, что концентрация натрия в
питательной воде испарителей составляет 50 мг/л, а в продуваемом
2000 мг/л. Пусть влажность пара испарителя без
концентрате
влажность вторичного пара
[швочного устройства
испарителя с паропромывочным устройством равна 0,05 X. Качество вто­
ричного пара будет характеризоваться концентрацией нелетучих приме­
сей. Концентрацию примесей во вторичном паре, зависящую от капельно­
го уноса жидкой фасы, с которой пар контактирует перед поступлением
улой
пароотводящую трубу, можно оценить, пользуясь
С.
где
/}
.
W
too
С*
- концентрация н
- влажность пара
w
В соответствии с последней формулой для испарителя без промывки
концентрация натрия в паре будет равна
• 0 ,4 м г / л г
р ' * го о о
ь п
с
промывкой
пара
о
помощью
Для
концентрация натрия
испарителя
м
/0 0
питательней
вода
ш О.ОІ5 * г /я г
Правила технической эксплуатации электростанций и оетей <ПТЭ)
устанавливают нормы водно-химического режима при акоплуатации
Так,
питательна^ вода испарителей.
испарительных установок.
107
предназначенных
потерь пара и конденсата (после
термического деаэратора) должна соответствовать по качеству еле;
щим требованиям [101 : иесткость общая не должна превышать 10 мкг/л;
содержание кислорода перед деаэратором не более 20 мкг/л; со держание
юго сульфита (при оульфитировании) не более 2 мг/л;
одержанив свободного гидразина от 20 до 60 мг/л; показатель pH (при 25°С)
должен поддерживаться в пределах 9,1±0 ,1 ; содержание амиака и его
ІинөниС
1000
содержание
нитратов (в пересчете на /УОа ) не дол
превышать 20 мкг/л;
содержание соединений ж
/2?
) не должно
превышать 200 мкг/л; содержание соединений медй (в пересчете
на Си
) не более 20 мкг/л; содержание масел и тяжелых
нефтепродуктов не более I мг/л; свободная углекислота
А олхна
отсутствовать.
питании испарителей химически очищөь
водой с общим
солесодержанием более 2000 мг/л разрешается фосфэтирование. В
отдельных случаях на основе опыта эксплуатации нормы качества
питательной воды испарителей могут быть скорректированы, Нормы
качества концентрата испарителей должны устанавливаться на основе
химических испытаний
Качество дистиллята испарителей, предназначенного для в<
ния потерь пара и конденсата, должно удовлетворять следующим
соединения натрия (в пересчете на
Уд
) не более 100 мкг/л
свободная углекислота - не более 2 мг/л. Дистиллят испарителей,
применяемый для питан
прямоточных котлов, должен дополнительно
очищаться в установке для обессоливания конденсата.
Оледует отметить недопустимость образования накипи
испарите
лях. Накипь толщиной
коэффициент теплопередачи в
-s-4 раза, снижая производительность аппарата. При наличии накипи
повышается температура конденсата первичного пара и возрастают
потери теплоты.
** *
ГЪ
4
Испарители поверхностного
типа согласно ГООТ
10732-71
выпускаются ПО Kpaci
котельщик
Имеется пять базовых
типов
испарителей.
В пределах каждого
типа имеются
испарители,
отличающиеся друг от друга по величине
первичного пара и
производительности по вторичному пару. В
параметры испарителей поверхностного типа
І0Ө
Таблица 5.1
Испарители поверхностного типа
Параметры
Площадь поверхности тепло­
обмена, м2
120
250
350
600
1000
Давление, МПа
- минимальное вторич­
ного пара
0,12
0,12
0,12
0,12
* 0,12
- максимальное первич­
ного пара
0 , 6- 1,6 0 , 6- 1,6 0 , 6- 1,6 0 , 6- 1,6 0 , 6- 1,6
Номинальна/! производитель
ность по вторичному пару,
6-18
11-27
18
18-48
43-84
Высота корпуса,мм
9926
10645
10900
12600
12795
Внутренний диаметр
корпуса, мм
2000
2804
2812
2804 .
3404
Примечание: Для восполнения ннутристанционных потерь пара и
конденсата в циклах теплоэнергетических установок
выпускаются испарители всех пяти типов;
для
выработки пара, отпускаемого внешним потребителям
выпускаются все типы, кроме И-350.
5.4. Мембранные метода очистки воды
возросло внимание к
5.4.1. Общие сведения. В после
безреагентным методам для обессолива* ія воды. особенно к так
Известно несколько видов мембранных
называемым
процессов: обратный осмос, ультрофильтрация, электродиализр диализ.
В основе всех мембранных методов лежит способность примесей или
растворителей избирательно проникать через мембраны. Природа сил,
вызывающих этот перенос через мембраны, может быть различной.
Соответственно различаются и мембраны, применяемые в этих процессах.
Например, при использовании сил давления (обратный осмоо и ультра­
фильтрация) мембраны пропускают растворитель (т.е.вод , задерживая
при этом ионы и молекулы примеси. При использовании электрических
сил мембраны проницаемы для ионов и не пропускают вод
По сравнению с другими методами мембранные методы имеют
109
следующие преимущества: отсутствуют фазовые перехода при отделении
примесей, что позволяет сводить к минимуму расход энергии на
проведение процессов; разделение можно
проводить
при гакзких
температурах вода; их можно осуществлять без добавок химических
конструкции аппаратов для осу дествления этих процессов
ю просты и не имеют движущихся
Обратный осмос. В основу процесса
ие осмоса - самопроизвольного пер
ную полупроницаемую перегоро
зана принципиальная схема пр
осмоса но­
сителя че-
Начало осмотического
Р
переноса
схематично
показано
на
рис.5.7,а.
JL
j
U
Е сли какую-либо ячейку
ш
разделить
мембраной
и
Ши
•
%•
wr.
залить левую часть во­
JLS
дой, а правую раство­
v-.flv
1 / Q. ;
>; О гү'
ром, то будет наблюда­
Tv.
iso.;. ЧІ. ться самопроизвольный
1 /
U
i
%
переход
молекул
вода
д
из левой части в пра­
вую. Движущей
силой
процесса при этом яв­
Рис.6 .7
ляется разность концөнтраций
ячейки. Этот переход будет
происходить до тех пор, пока гидростатическое давление раствора на
мембрану не достигнет определенной величины, называемой осмотическим
давлением,
при
этом устанавливается равновесное
состояние
(см.рис.6.7.6).
Если со
стороны раствора
приложить
внешнее
веление
превышающее осмотическое, то будет происходить обратный переход
(см.рис. 6.7.B). Следовательно, можно определить
Еижущую силу
процесса
•
•
J
JL
L /> * Р - '%Щ/ - & * I
где
Р
- избыточное давление над исходным раствором, в реальных
условиях поддерживается в интервале от 5 до 8 МПа;
- осмотическое давление соответственно для исходного
раствора, проае lf.ll
по
Осмотическое
давление
зявисит от
химической
природа
растворенного вещества и его концентрации. Величина осмотического
давления в общем случае может быть определена по уравнению
j t * i А Т • JL
ьА
где
І
- коэффициент, характеризующий степень диссоциации
растворенного вещества;
£
- универсальная газовая постоянная;
Т
- абсолютная температура раствора;
С
- концентрация растворенного вещества;
&
- молекулярная масса растворенного вещества;
Так, например, осмотическое давление раствора, содержащего
хлористый натрий с концентрацией 35 г/л при температуре 293 К,
составляет 2,5 МПа.
Мембраны обычно пропускают некоторое количество ионов с водой,
следовательно фильтрат представляет собой раствор, но значительно
мөнөө концентрированный, чем исходный.
В
растворах,
содержащих высокомолекулярные вещества с
максимальным диаметром частиц 0,5 мкм,
осмотическое давление
пренебрежимо мало.
Для их разделения
применяют
процесс
ультрафільтрации на специальных мембранах, пропуская воду, ионы и
молекулы низкомолекулярных соединений. В этом случав рабочее
давление в аппаратах не превышает 0,5 МПа. Процессы обратного осмоса
и ультрафильтрации принципиально
отличаются' от
обычного
фильтрования, так как при их осуществлении образуется не осадок (как
при фильтровании), а лишь два раствора с разными концентрациями
примесей. Образование осадка на мембранах недопустимо во избежании
их засорения и снижения эффективности работы. Несмотря на кажущуюся
простоту обратного осмоса и ультрафильтрации до настоящего времени
нет единого взгляда на механизм перехода воды через мембраны.
Существует несколько гипотез:
гиперфильтрационная
(ситовая),
сорбционная, диффузионная, электростатическая и др. Большинство
советских
исследователей
поддерживаются
гиперфильтрационной
гипотезы, согласно которой в голунепроницаемой мембране имеются поры
с диаметром, достаточным для пропускания молекул вода (о диаметром
2,76 А), но недостаточным для прохождения гидратированных ионов (о
диаметром более 4 А) и молекул растворенных веществ. Хотя в реальных
мембранах имеются и Долее крупные поры, чем можно обьяснить
прохождение через них части гидратированных ионов.
%
X II
Эффективность процессов обратного осмоса
ультрафильтрации в
значительной мере опре
свойствами применяемых мембран,
которые должны отвечать следующим требованиям: высокой разделяадей
способностью (селективностью), высокой удельной проницаемостью,
устойчивостью к действию среды, неизменностью характеристик
в
процессе эксплуатации, достаточной механической прочностью,низкой
стоимостью [5 1.
,
За
Селективность
процессе разделения может быть
определена
У
с, -сг
. /0 0 ,
С,
где
С, и
концентрация растворенного
в исходной и обработанной воде.
Селективность разделения зависит как от свойств мембраны, так и
[ӨЛЯӨМЫХ веществ, в частности от диаметров ионов в
гидратированном состоянии. Она увеличивается с возрастанием этих
диаметров. Установлено также, что селективность
улучшается
с увеличением ззряда ионов.
Обычно
селективность мембраны
определяется по раствору хлористого натрия
величина входи* в
марку мембраны (например, МГА-80 - мембрана гщхерфильтрационная
ацетатная
селективностью по хлористому
не менее 80 %)т
► некоторых типов мембран дос
Проницаемость
выражается количеством фильтрата
V
который может быть получен с'единицы
мембраны
единицу
Ғ
Проницаемость имеет размерность
определить по формуле
& *
V
Ғ
Проницаемость
состава раствора, внешнего
типа. При эксплуатации
давление
и засорения мембраны их проницаемость снижается. Свежие мембраны
имеют проницаемость
давлении
настоящее
типы мембран успешно эксплуатируются сроком до 2 -3
[я очистки воды методом обратного осмоса используются
1КИ так и для очистки сточных вод. При
использованк этих
для подготовки воды, исходная вода
должна предварительно тщательно очищаться
от
грубодисперсных
Н2
приме&эй,
В многоступенчатых
установках возможно получение
обработанной вода близкой по содержанию солей к воде, прошедшей
Н-ОН~ионутовые фильтры. Метод обратного осмоса исіюльзуется без
ионитовых фильтров при подготовке добавочной вода для 'котлов с
давлением до 4 МПа, а также для очистки бытовых стоков и продувочных
вод градирен с использованием фильтрата в цикле ТЭС.
Әлөктродиализный
Электродиализ
является своеобразным вариантом классического метода ионного
обмена с той разницей, что ионитный слой заменен
специальными
ионообменными мембранами, а .вижущей силой процесса является внешнее
электрическое поле. Этот метод применяется пройму эственно для
опреснения, т.е.
частичного обессоливания природных сильно­
минерализованных и морских вод путем удаления из них растворенных
солей под действием электрического тока через специальные
мембраны обладающие способностью пропуско катионы или
юны, они изготавливаются из ионитовых
способностью. Схема электродиализного
высокой обмею
смол
обессоливающего аппарате приведена на рис.6 .8 , при этом условно
-.. —. ---- — ---------------- показано обессоливанив
раствора
поваренной
СОЛИ [2].
Аппарат состоит
из ряда камер 1-7,
разделенных чередующи­
мися катионопроницае­
мыми I й анионопрони­
цаемыми П мембранами.
Под действием электри­
ческого поля ионы
и С?~ устремляются к
Рис.5.8
соответствующим электродам: катоду К и аниону А. Ионные мембраны е
присутствии воды ионизированы и приобретают соответствующие заряда:
отрицательные в катяонртовых пластинах и положительные в аиионитовыі
пластиках. Исходная вода поступает в нечетные камеры, Во
ьо всех
нечетных камерах положительно заряженные катионы проходят через
катионопроницаемые отрицательно варяжвнные мембраны, в соседние
четные камеры аппарата. Аналогичным образом в эти же камеры
проникаю т анионы растворенны х солей через положительно заряженные
камерах
Попавшие
в
четные
камеры
ионы
остается
а
этих
мембраны
Таким образом, во всех нечетных камерах вода обессоливается, а в
смежных четных
вследствие накопления
ионов солей. В крайних камерах, где помещены электроды, протекает
процесс электролиза да, содержащей растворенные соли, при
газообразный водород, а на аноде кислород и хлор.
Электродиализные аппараты конструируют
основном по фильтр1
прессовому типу. Основной частью аппарата является элвктродиализный
пакет, который. может содержать
до
тысячи мембранных пар.
Электродаализные установки для обессоливания природных вод и очистки
>чных вод выпускаются
электромеханическим заводом,
характеристики привө
г!
Таблица
Электродаализные установки для обессоливания
природных вод и очистки сточных вод
Наименование
показателей
Максимальная производите­
льность, д/ч
' j .■
5000
10000
15000-30000
Пределы обеоооливаиия общие:
- начальное солесодержание, г/л
3
3
3
- начальная жесткость мг-экв/л
45
45
45
- конечное солесодержание, г/л
I
I
I
- конечная жесткость, мг-экв/л
7
7
7•
Тип влөктродиализных аппара­
тов
Лабиринтные Многокамерные Однопакетные
Количество аппара
новке, пп\ .
2
4
6
Относительно высокое содержание диэлюата, получаемого с помощью
электродиализаторов, не позволяет использовать этот метод на ТЭС без
дополнительной очистки вода,
поэтому в
настоящее
время
разрабатываются схемы подготовки вода
на основе
сочетания
электродиали
ионного обмена
К
качеству
вода
перед
электродиализаторами предъявляются определенные
требования
в
необходимо
глубокое удаление из вода железа.
ж
I
марганиа и органических соединений. Включение
элөктродиализной
установки в схему ВПУ позволяет примерно в два раза сократить расход
реагентов на ионообменную часть, а следовательно, резко уменьшить
количество сбросов с ВПУ.
6 . ОБРАБОТКА ВОДЫ И КОНДЕНСАТА НА ПРОШШШННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ
* *
’
■
6.1. Общие сведения
~Jr J a
!j|#*
•.
На промышленных предприятиях для технологических нужд требуется
вода довольно высокого качества. Так на ряде производств установлены
котлы-утилизаторы, паровые котлы, а также водогрейные котлы, которые
требуют воду для подпитки. Кроме этого вода используется в качестве
охлаждающего теплоносителя, при этом она должна обладать свойствами,
предотвращающими коррозию и . накипеобразование в охлаждаемом
оборудовании. На производственных предприятиях широко используются
оборотные схемы водоснабжения, из которых очищенные воды и конденсат
возвращаются для повторного использования.
Часто бывает вполне достаточным использование на производстве
предварительной очистки воды по схемам 1;2;3;4;5 (см раздел 2.2),
такая очищенная вода вполне пригодна для охлаждения технологических
аппаратов, для подпитки тепловых сетей и для собственных нужд
производства. Промышленное предприятие, использующее пар ТЭЦ или
котельной, обязано возвращать конденсат, который должен быть строго
нормирован по химическому анализу. Для очистки конденсата на
производстве используют схемы, которые включают такие фазы очистки,
как обезмасливание ж очистка от тяжелых металлов (например, хрома,
железа, никеля). Ряд производств, особенно в пищевой промышленности,
используют воду питьевого качества и высокой чистоты по ряду
показателей, таких как запах, отсутствие *органических веществ,
отсутствие железа и др. В этом случае широко используются схемы
І0;І2;І4;Іб;Іб;І7;І9. Могут использоваться схемы очистки воды,
включающие отдельные фазы из перечисленных выше схем,
однако
технологические требования к эксплуатации оборудования этих схем
остаются неизменными.
Все многообразие методов обработки воды можно подразделить да
следующие основные группы: улучшение органолептических свойств воды
(осветление и др.), обеспечение эпидемилогической безопасности
(хлорирование, озонирование, ультрафиолетовая радиация и др.) - для
питьеной
воды;
кондиционирование
минерального
состава.
115
(обессоливание, умягчение, обезжелезивание и дц>). Конкретные метода
обработки вода выбираются в зависимости от необходимого качества
обработанной и исходной вода.
Кроме рассмотренных в предыдущих главах сх^м обработки воды на
промышленных предприятиях широко
используются
осветлители,
отстойники и др. Широко используется метод флотации для удаления
нефтепродуктов и взвешенных веществ.
Обработка воды активированным углем осуществляется по двум
технологическим. схемам.
Первая
технология
предусматривает
использование фильтров , загруженных активированным углем (описана
выше). Возможно углевацде воды - дозирование в воду активированного
угля в виде порошка, но это сложно выполнимо. Угольные фильтры
исиользуются для удаления из воды органических веществ, удаления
веществ,
придающих
воде
привкусы
и
запахи,
удаление
поверхностноактиьных веществ, нефтепродуктов и др. Этот этап очистки
воды широко используется для питьевого водоснабжения, а также в
пищевой промышленности.
|
Сероводород хорошо удаляется при аэрации, т.е. при. обработке
воды в декарбонизаторе.
^
Обесфторивание воды осуществляется методом осаждения или
фильтрации. При осаждении применяются
гидроксиды магния или
алюминия. Этот метод применяется для поверхностных вод, когда
требуется еще и осветление воды. Доза сернокислого алюминия 20-30
мг/л на I мг фтора. Вода перед осветлителем подкисляется до величины
pH 3-4, аа осветлителем - подщелачивается. Можно использовать
трикальцийЬосфат, который переводит фтор ъ малорастворимый осадок.
При фильтрации воды используются
сильноосновные
катиониты
и
аниониты. При исходной концентрации фтора 7 мг/л удаляется до 90 %
фтора из вода. Регенерация выполняется по обычной схеме: катионит кислотой: анионит - щелочью.
в
Щ 1*
ш
Д ц ? •- г
•
Т
ч у-
*
‘‘‘"У
' ’ .
..,*
.К 1
^
W
.
М и р
Щ
6.2. Очидтка производственных конденсатов
в а м
Загрязнение
конденсата
на
конденсационных
блочных
алектростанциях происходит аа очет присосов охлаждающей воды в
конденсаторах и продуктов коррозии. Загрязнения питательной вода
на ТЭЦ более разнообразны, так как здесь, кроме конденсата турбин,
имеется конденсат бойлеров, а также конденсаты, возвращаемые от
внешних потребителей пара.
Следует
иметь
в
виду,
что
производственный конденсат загрязняется примесями, характерными для
Ш
данного производства, а кроме этого продуктами коррозии тепловых
сетей и оборудования. Очистка конденсата на ТЭЦ осуществляется в том
случае, *сли затраты на ее выполнение будут меньше , чем затраты на
подготовку добавочной воды из исходной сырой воды.
Одной из основных стадий очистки конденсата, возвращаемого о
производства на ТЭЦ, считается его обезмасливание. Конденсат,
поступающий на ТЭЦ от производства, может быть загрязнен нефтепро­
дуктами, содержание которых достигает 100-160 мг/л и более. Первич­
ная очистка конденсата от масла организуется, как правило, на
производстве, где применяются механические маслоотделители различных
конструкций, использующие способы сепарации капель масла из потока
(например, изменение направления потока или использование центробеж­
ной силы). В механических маслоотделителях содержание масла в воде
снижается до 30-50 мг/л, иногда до 10 мг/л.
Дополнительная очистка воды от масла производится на ТЭЦ. При
содержании в воде более 10 мг/л образуется неустойчивая эмульсия.
Первой стадией очистки от масла на ТЭЦ является отстаивание te
течение 1,5-2 часов в специальных баках-отстойниках. Из верхней
части бака-отстойника масло сливается для повторного использования
или сжиганья в топке, а конденсат подается с помощью насосов на
механические фильтры, загруженные коксом или антрацитом с размером
зерен 1-3 мм. Скорость пропуска конденсата через механические
фильтры составляет 5-7 м/ч. В зависимости от гидравлического
сопротивления фильтрующего слоя, фильтры периодически промывают
обратным ходом. Из механических фильтров конденсат с содержанием
масла 4 -€ мг/л поступает на угольные фильтры, загруженные
активированным углем марки БАУ или ДАК (см. табл.7.1). Диаметр зерен
активированного угля в пределах от I до 3,5 мм, высота загрузки
2,2-2,8 м, скорость фильтрования не более 6 м/ч. В качестве угольных
используются катионитовые фильтры.
При фильтровании
маоло
сорбируется на активированном угле. Так как экономически выгодного
способа восстановления активированного угля нет, то его используют
однократно.
По данным ВТИ при высоте загрузки в 2,5 м и остаточном содержа­
нии масла в фильтрате около 0.25 мг/л в среднем задерживается маоло
в количестве 25 X от веса сухого активированного угля т.е. при
высот* слоя 1,5 м и содержании масла на входе в вильтр 5 мг/л на
одном квадратном метре сечения можно очистить 1500 м конденсате, в
при фильтре диаметром 3,4 м - 13500 м •
117
Эксплуатация фильтров сводится к периодическому взрыхлению
фильтрующего слоя. Взрыхление выполняется в течение 5-10 минут при
интенсивности 3-4 л/(сек*м2) с периодичностью один раз в 10*15
суток. Для частичной отмывки угля от масла иногда во взрыхляющую
воду добавляется щелочь при высокой температуре. Если в возвращаемом
конденсате есть соли -жесткости, то за фильтрами обезмасливания
устанавливают натрий-катионитовые фильтры.
Очистка производственных конденсатов от продуктов коррозии
производится на.натрий-катионитовых или кальций-катионитовых фильт­
рах. Эффект обезжелезивания конденсата оценивается как удовлетвори­
тельный р если остаточное содержание железа в фильтрате не превышает
30 мкг/л. При превышении норм по содержанию в возвращаемом конденса­
те в схеме конденсатоочистки устанавливаются анионитовые фильтры,
загруженные как правило, высокоосновным анионитом, при наличии повы­
шенной щелочности устанавливают водород-катионитовый фильтр. .
Очистка
турбинного
конденсата
блочных
электростанций
осуществляется на блочных обессоливающих установках (БОУ).
Как
правило, БОУ включает ступень очистки конденсата от продуктов
коррозии: Iнамывные
или
набивные
целлюлозкие
фильтры,
электромагнитные или оульфоугольные фильтры.
Вторая ступень БОУ предназначается для обеоооливания конденсата
и может работать по схемам: Н-ОН-ионирования,
-ОН - ионирования
или по схеме о включением фвдьтра смешанного действия о выносной
регенерацией.
.
ч *
S.3.Обработка охлаждающей воды
®
i.* f
,
Ч
I І -I 1
.-.
■
ш технической эксплуатации электрических станций и сетей
(ПТЭ) качественные показатели охлаждающей воды не нормируют. Вместе
с тем, оговариваются концентрации некоторых реагентов, применяемых
для обработки охлаадаицөй пода (стабилизация воды). Так, избыток
свободного хлора не должен превышать 0,5 мг/л, а содержание РОщ*"при
фоофотировании 1-2 мг/л. В практике водоподготовки принято называть
стабильной воду, которая при данной температуре не способна к
выделению нерастворимых отложений карбоната кальция и не является
агрессивной. Системы водяного охлаждения обычно работают
при
температурах 40-50°С. *
Решение о необходимости специальной обработки охлаждающей воды
принимается по результатам обследования состояния теплопереданцих
поверхностей. Вопросы предотвращения коррозии обычно решают путем
118
выбора марки материала по его стойкости к химической коррозии в
охлаждающей воде.
Почти все известные методы стабилизации обработки воды основаны
на трех принципах:
. «
- изменение концентрации растворенных в воде примесей, участвующих в
процессах коррозии или накипеобразования;
- добавлением к воде ингибиторов коррозии или ингибиторов,
тормозящих выпадение
твердой фазы и накипеобразование на
теплопередающих поверхностях;
- замедлением процессов рчкипеобразования и коррозии * путем
физической и физико-химической обработки * не изменяющей состава
примесей воды. Эта обработка воды магнитным полем „ ультрафиолетовыми
лучами, слабым электрическим током9 стабилизация воды путем ее
нагреванияр например, термическая деаэрация воды.
Рассмотрим технические режимы методов обработки охлаждающей
сбрасывать часть воды
воды. Для оборотных систем охлаждения
галнять так называемую продуі
т.е
градирни)
(например
воды: соли
охлаждения. С продувкой удаляются все примеси
жесткости - для снижения накипеобразования, хлориды и сульфаты - для
снижения коррозии металла. Отсутствие накипеобразования в системе
при данной продувке определяется путем сравнения отношения величин
Ш
где
в
ііі
Ж .
ж *4 *
-
соответственно содержание хлоридов в циркуляци
ной я добавочной воде, мг/л;
ал - соответственно жесткость карбонатная в циркуляли
- X
Если № **
Ж **
Т0 Б системө Щ жотодп распад бикарбоната
удаление свободной углекислоты и отложение катиона кальция.
[чина продувки при этом будет ]
9
р
л
ж
"
г -- - .. ■
Л
. Га
Ж
где
- соответственно потери воды на испарение, о унооом
рбрызг ветром, о продувкой, %.
Применение продувки целесообразно, если по затратам это
химическая обработка охлаждающей воды»
Подкисление и водород-катионирование води применяется жак для
119 *
систем водяного охлаждения, так и при подготовке вода для тепловых
сетей. При этом основной целью обработки является
снижение
карбонатной жесткости воды путем нейтрализации бикарбонат-ионов с
помощью катионов водорода
|
//СО/* rt *яг
=** Н*0 +сог
При водород-катиоиировании дополнительно удаляются из вода соли
жесткости, а образующаяся при подкислении углекислота повышает
устойчивость оставшегося в воде бикарбоната кальция /*# (Н С О .)4
Для подкиеления обычно используется серная кислота.
Фосфотирование охлаждающей воды предназначено дли удаления из
нее фосфатов, которые тормозят кристаллизацию карбоната кальция и
стабилизируют пересыщенные растворы Со ( НСОл) л , повышая величину
предельно допу стнмой карбонатной жесткости циркупяционн^й воды.
Фосфаты адсорбируются на поверхности зародышевых. кристаллов Са
,
что препятствует их росту, при этом образуется фосфатный шлам.
Растворенные в воде коллоидные
органические
вещества
и
углекислота
((Ш# )
служит питательной средой для бактерий,
водорослей и других более крупных живых организмов, которые попадая
в охлаждаемые аппараты (например, в конденсаторы турбин) интенсивно
размножаются, покрывая поверхность охлаждения слизистой, пленкой, к
которой прилипают взвешенные вещества минерального происхождения.
Из-за малой теплогтроводности биологических пленок ухудшаются условия
теплообмена, снижается вакуум в конденсаторе и, как следствие,
понижается экономичность работы
паротурбинной
устаноьки.
Для
предотвращения биологических обрастаний применяет окислители или яды
- токсические вещества, ультрафиолетовые лучи или радиоактивные
излучения (
- лучи). В качестве окислителей применяется жидкий
хлор или хлорная известь, а иногда гипохлорид натрия.
Хлорирование охлаждамңэй вода выполняется периодически, подача
хлора включается через I чао на 10 минут. Стерилизующий ьОДнкт
хлорирования не зависит от применяемого реагента, а
мшшется
Суммарным результатом как непосредственно окисления (разрушении)
органических веществ, так и отравления организмов хлором. Избыток
свободного хлора в воде находится в пределах от 0 ,2 до 0 ,3 мг/кг,
иногда достигает 0,6 мг/кг. При хлорировании часть хлора расходуется
бесполезно на разложение органических остатков и примесей. Расход
хлора (хлоропоглощаемость вода) в условиях эксплуатации обычно
определяется опытным путем.
л •_
•
‘Л
#•
Я
И
1'
V "
j
120
«Л.1
у -
:
. ■ -Ь, я--'
; ' ■ -.Чг.- -
Для приготовления хлорной воды и дозировании хлора применяются
специальные аппараты, так называемые хлораторы. Основным узлом
хжратора является эжектор, на который подается газообразный хлор.
Растворяясь в воде, газообразный хлор взаимодействует с водой„
образjя соляную и хлорноватистую кислоты согласно уравнению
Сёл +
О^
н осе + ЖЛР
Для живых организмов сильнодействующим ядом явлиі гея гипохлорит
- ион О СІ , который проникает в протоплазму клеток, нарушает
обмен, вызывает отравление и гибель живого организма.
Следует иметь в виду, что применение хлора экономически не
оправдано. Чаще в эксплуатации применяются другие
токсические
вещества, например, медный купорос CccS0<,
с дозировкой до 2 мг/л.
Токсические вещества дозируются в течение не скольких часов о
периодичностью в несколько недель. При этом полностью отмирает
водная растительность.
7.ОБРАБОТКА СТОЧНЫХ ВОД
7.1. Общие
сведения
При эксплуатации тепловых электростанций образуются отходы про­
изводства - газообразные, твердые и жидкие. Газообразные - это отхо­
дящие топочные газы, которые включают окислы серы, окислы азота, уг­
лекислоту , водяные пары, у тучие фториды (например, А
) и т.д.
Твердые - это отходы в виде золы и шлама. Жидкие отходы весьма раз­
нообразны. К ним относятся охлаждающая вода по ле конденсаторов тур­
бин, воздухе- и маслоохладителей; отработанный растворы после уста­
новки химводоочистки; растворы после химических промывок оборудова­
ния и его консервации; избыточные воды, сбрасываемые из системы гядрозолоуделения; стоки после уборки помещений; ливневые вода с промплощадок электростанций; продувочные воды от паровых
котлов,
испарителей и т.п.
Для примера рассмотрим количество отходов, возникающих при
работе ТЭС мощностью 4000 МВт о использованием углей вкибастузских
месторождений. При сжигании в течение часа примерно 2600 т. угля
образуется: около 3000 т углекислого газа, несколько сот тонн оксида
углерода, несколько сот тонн водяных паров; десятки тонн окислов
азота, до 3-4 т фтористых соединений (преимущественно в виде ІҮ/'* ),
небольшое количество мышьяка и ванадия. Кроме этого при сжигании
121
углей о уменьшенным избытком воздуха в дымовых газах присутствует
также концерогөнные углеводороды.
,
7.2. Теплые вода ставдий
Для конденсации I кг отработанного в турбине пара расходуется в
зависимости от времени года 50-60 л воды. На ТЭС мощностью 4000 МВт,
с учетом отбора пара аа обогрев подогревателей низкого и высокого
давления и на роботу деаэраторов, для конденсации отработанного пара
в конденсаторы турбин необходимо подавать до 500000 т/ч охлащццшмэй
воды. Температура этов воды повышается на 8-Ю°С, что сказывается
отрицательно на экологической обстановке естественных водоемов.
Вследствии повышения температур в водоемах происходит разрастание
сине-зеленых водорослей, значительно обедняется вода растворенным
кислородом v погибают обитатели
вода,
нетерпящие
повышенных
температур и т.д.
Я
Теплые вода стакдай ври сбросе в водоемы охлаждается их разб­
рызгиванием в градирнях и л в специальных смесительных устройствах,
при этом тепло распределяется на большую массу вода, что снижает
тепловое воздействие. На рис.7.1 показана схема оборотного охлаздения тепловых вод ТЭС о примене­
нием градирни I. Нагретая ох*
лаждающая вода от конденсатора
2
направляе
іее устройство 3 градирни, ко­
торая оборудована специальными
насадками 4. Потоки горячей во­
да, опускаясь вниз, соприкаса­
ются с потоками холодного воз­
духа, подаваемыми в градирню
снизу. Охлажденная вода собира­
ется в резервуаре 5 и о помощью
(циркуляционного насоса 6 вновь
направляется в конденсатор. По
Рис.7.1
трубопроводу 7 выполняется про­
дувка, т.е.сброс части загрязненной воды я з системы охлаждения.
Потери в системах замкнутого охлаждения с градирнями для ТЭС
мощностью 4000 МВт составляют примерно 9500-13000 т/ч.Эти потери
укладываются из потерь с продувкой системы* что «составляет 2500-5000
т/ч (0,5-1 % от оощого расхода на охляндоавю}* «отерь с уносом
%
»• Л я
1 .*^Г- 3 ■••
1
^ 1 Щ, '«’*•%
* I
■.^ г
_
t^ ш г к f
^
*
V*
«
ш
i (»
ь (£>1
г»
—.
^
Л|
ветром - примерно 260 т/ч (около 0,05*), а также потери о испарением
- IX зависимости от времени годя 6500-8000 т/ч. Потери вода прихо­
дится возмещать дополнительной подачей вода в систему.
На многих ТЭС продувочные вода системы охлаждения частично ис­
пользуется . Их подают на химводоочистку, хотя при этом насколько
возрастает расход реагентов„ но зато используется тепло сбрасываемой
воды, которая в этом случае отбирается непосредственно после конден­
саторов . Кроме втого сокращается сброс этих вод в природные водоемы.
7.3. Вода гидрозолоудаления
Системе гидрозолоудаления (ГЗУ) предназначена для удаления волы
и плаАр от котлов ТЭС, сжигающих твердое топливо. На ТЭС мощностью
4000 МВт, работающих на углях эиибастузского месторождения ь течение
часа удаляется около 1100 т золы и шлама, которые транспортируются о
помощью вода на золоотвалы, где оседают. Освободившаяся от золы и
шлама водв, так называемая осветленная вода, возвращается на 130 для
повторного использования в системе ГЗУ или сбрасывается в природные
водоемы.JB настоящее время менее половины эксплуатационных систем
ГЗУ 'оВСрудованы оборотным водоиопользованием. Количество
вода,
необходимой для смыва и гидротранспортировки золы и шлама, примерно
в 10 раз превышает массовое количество последних.
В оборотных системах ГЗУ растворяют те компоненты золы, которые
обладают заметной растворимостью.
Зола
углей
екибаотузского
месторождения практически не содержит легко раотворимых веществ и
повтому вода ГЗУ маломинерализованы. Но эта вола содержит фторида
{до 50-70 мг/кг), ванадий и мышьяк
(до 0,5-1,О
мг/кг),
ртуть, бериллий, германий и другие химические ьлемвнты.
Для предотвращения отложений малорастворимых солей на стенках
газоочистителей (скрубберов) и соплах орошающей системы осуществляе­
тся продувка системы ГЗУ. Поскольку эта вода содержит ряд токсичных
вещеегь, ее приходится подвергать обезвреживанию и лишь после
очистки либо сбрасывать в водоемы, либо использовать в системе ТЭС.
В
настоящее
время
разрабатываются
способы
и
технология
обезвреживания сбросных вод ГЗУ,
К сожалению, кроме организованного сброса, существуют утечки
вода ч*р*»з дамбу, ограждающую яолоотвал, и в грунт через его ложе.
Решение этой проблемы очень сложно я дорого. Наиболее рациональное
решение - использовать золу из
аолоотвалов
в строительной,
дорожно-строительной и других отрослях промышленности. Так например,
129
зола углей экибастузского месторождения содержит до 30 % алюминия.
7.4* Обмывочные воды электростанций
Обмывочные воды получаются на ТЭС, сжигающих мазут. Так» ТЭС
мощностью 4000 МВт за час сжигает около 900 т
мазута. При атом
освобождается около 90 кг ванадия, до 15-20 кг никеля и около | кг
других металлов. Большая часть этих веществ в виде различных окислов
< fit О ,
О ,
и т.д.) 'выбрасывается в
атмосферу о отходящими газами, а другая часть (от 3 до 15 %} оседает
в котле на различных поверхностях и может быть смыта водой.
Технология обработки отмывочных вод, о удалением наиболее ядовитого
вещества ванадия, разработана ВТИ. Воду частично нейтрализуют до
величины pH равной 4. При этом практически весь ванадий и часть
железа оседает. За рубежом устанавливаются электрофильтры,которые
улавливают до 60-70 % этих веществ. Применение таких электрофильтров
даже только на крупных ТЭС позволило бы получить около 5000 т
ванадия в год.Это значение соизмеримо с мировой добычей ванадия.
щ
7.5. НефтеЗагрязненные вода электростанций
Нвфтезагрязненные воды образуются на всех ТЭС независимо от
применяемого топлива. Количество этих вод из года в год уменьшается
вслөдствии проведения целого комплекса мероприятий и
более
внимательного отношения персонала ТЭС к этим загрязнениям.
ВТИ было проведено обследование многих ТЭС с целью выявления
качества воды (по содержанию нефтепродуктов), которой фактически по­
льзуются электростанции. Анализ показал, что для охлаждения и химводоочисток используется вода с содержанием нефтепродуктов до 3-5 мг/л
Такое качество воды можно получить при фильтровании ев через механи­
ческий фильтр. При работе обследуемых ТЭС не отмечены какие бы то ни
были дефекты, которые можно отнести за счет влияния нефтепродуктов.
7.6. Сточные воды от установок химводоочистки
Подготовка воды для питания котлов на современных ТЭС осуществ­
ляется методами глубокого химического обессоливания о примененнием
ионитов. Объем сточных вод достигает при этом 20-30 * от количества
поступающей на химводоочистку воды. Эти стоки высокоминерализованны
и содержат кроме поглощенных ионитами солей еще и реагенты, использо^анные для регенерации ионитов, т.е. серную кислоту и щелочь. Ко­
личество сбрасываемых солей превышает количество извлеченных из воды
в 2-2,5 раза.
124
Например,
мощная установка химводоочистки на одной ТОО
произво
около 2000
тХч воды. Солөсодержание речной воды в створе этой ТЭС составляет
один час химво
1 *0 -4 ,2 т солей, а сбрасывается 2-3 т. За год это составляет около
15-2$ тыс. тонн солей.
Одним из предлагаемых путей снижения количества сбросных вод
является отказ от ионитового способа водоподготовки и переход на
испарители. Однако возникают трудности в создании испарителей
производительности, работающих
воде или н
прошедшей только умягчение известковым или содово-известковым
для
солевых
Интересным направлением
является
разработка
технологии
переработки стоков, при которой продукты
могли бы
использоваться на установке химводоочистки. На рис.7.2 приведено
схема использования регенерационных
вод установки полного химического
обессоливания. Щелочные потоки I
направляются в
катиоаитовнй
фильтр 2 , а ки
фильтр
чего эти потоки направляются
в
в отстойник-смеситель 5, в который
при необходимости добавляется оода.
В отстойнике вода освобождается от
солей щелочноземельных элемонтов,
кремнекислоты, окислов
азота и
алюминия, а также большей части
органических загрязнений.
Осадки
удаляются из отстойника в дренаж 6 .
Вода (являющаяся раствором натрие­
вых солей соляной и серной кислот)
Рис.7.2
из отстойника-смесителя через меха­
нический фильтр 7 направляется в электродиализную установку 8 , где и
происходит отделение кислот (соляной и серной) от щелочей редкого
натра). Растворы этих реагентов используются затем для регенерации
ионитовых фильтров.
результате химических промывок
консервации теплосилового
оборудования получаются отработавшие, растворы разнообразного соста- №
ва. Эти раствори содержат: минеральные (обычно соляную или серную)
кислоты; органические кислоты, такие как лимонная, фталиевая, ЭДГА
или ее двунатриевую соль; смесь низкомолекулярных кислот; а также
аммиак, гидразин9 нитрат натрия ( Мa
), каптако, кеталии,
уротропин и др. Все эти воды необходимо нейтрализовать, однако можно
вести сбросы без нейтрализации при наличии на ТЭС системы гидрозоло­
удаления. Многие ТЭС имеют биологическую очистку сбросных вод. Одна­
ко этому препятствуют некоторые вещества (железо, медь), являющиеся
ядами для биологических агентов» поэтому перед сбросами воду обраба­
тывают, осаждают эти вредные вещества щелочами или известью при
величине pH ниже 8 .
Наиболее перспективным путем устранения влияния жидких стоков
ТЭС на природные водоемы является создание бессточных ТЭС. При от­
сутствии на тдс ГЗУ можно стоки максимально концентрировать, исполь­
зуя мембранные методы или применяя испарители. Для устранения
влияния стоков ТЭС на природные водоемы предстоит еце очень большая
работа.
126
8- ПРИМЕР РАСЧЕТА ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
\
8 .1 . Рекомендации по подготовке исходных данных
Необходимо выполнить расчет' водоподготовительной установки для
ТЭЦ мощностью 270 МВт. На ТЭЦ установлены четыре котла типа
Е-420 140 ГМ. Отпуск пара внешним потребителям - 640 т/ч.
Согласно норм ПТЭ [10,16] качество питательной вода для
барабанных котлов с естественной циркуляцией и давлением 14 МПа и
более должно удовлетворять следующим показателям: кнсткость общая не
более I мкг-экв/Jt, содержание кремниевой кислоты в пересчете чв Л <2
до 120 мкг/л; содержание свободной углекислоты СОл
- отсутствие*
величина водородного показателя pH в пределах 9,1*0,I; содержанье
кислорода после деаэратора 10 мкг/л; содержание соединений цельза ые
более 20 мкг/л. Нормируются также некоторые другие показатели
качества питательной воды. Величина непрерывной продувки котлов в
режиме нормальной эксплуатации составляет 0,6 до I %, при растопке
котла в течение первых суток - з t.
Источник водоснабжения - река Ока в районе города Горького.
Следовательно, основные показатели качества исходной води [3 ):
содержание взвешенных веществ - 62,4 мг/л; сухой остаток -439 мг/л;
окисляемость по 02 - 13,6 мг/л; жесткость общая - 5,97 мг-экв/л;
жесткость карбонатная - 4,0 мг-экв/л; содержание катионов - кальция
91.8 мг/л; содержание катионов магния - 16,8 мг/л; содержание
катионов натрия - 1 ,8 мг/л; содержание бикарбонатных ионов - 244
мг/л; содержание анионов $ 0 * - 81 мг/л; содержание анионов С І ~ 22 мг/л; содержание кремниевой кислоты в пөрөгштө на
О
17.8 мг/л; содержание окислов алюминия и железа
-0 ,4
мг/л;
содержание нитритов и нитратов - отсутствуют.
Отличительными особенностями исходной воды является высокое
содержание взвешенных веществ, средняя минерализованность и средняя
величина общей жесткости. Так как жесткость карбонатная больше 2
мг-экв/л, то принимается схема I для предочистки исходной воды. Для
получения обессоленной воды, пригодной для питания барабанных котлов
с давлением 10 МПА и выше, применяется третий вариант схемы 8 . Выбор
MBgTa декарбонизатора определяется гидравлическим сопротивлением
последовательно включенных фильтров, а также возможностью установки
кислотостойкого насоса после декарбонизатора. Следует иметь в виду,
что эффективность декарбонизации после водород-катионитовых фильтров
достаточно высока.
12 7
Качество обработанной воды после принятой схемы предочистки [в]
характеризуется следующими показателями: прозрачность по шрифту бо­
лее 300 см; щелочность общая-0,7 мг-екв/л; окисляемость по кислороду
принимается равной 2 мг/л;величина pH в пределах 10,1 до 10,2; жест­
кость карбонатная - 0,7 мг-экв/л; жесткость некарбонатная - 2,67
мг-экв/л,
. :
Общая жесткость воды после предочистки, мг-экв/л,определяется
по следующей формуле
ж :
л
где
- жесткость карбонатная воды после предочистки;
~ жесткость некарбонатная исходной воды, представляет
собой разность общей и карбонатной жесткостей;
Аъ* - доза коагулянта (сернокислого железа)
( Л =0,7 мг-экв/л).
Тогда можно вычислить
Ж " * 0,1 + (5J7
-
OJ +0. *
мг- »**/*
Содержание сульфатов в воде после
предочиски,
вычисляют по формуле
^
"Ж/-;
-V-:'--;
г Д‘-- -у■
"
£ so? ~ * 4 8 ,0 3 Л *6
so-> '
46.0J
Г-Г
мг-екв/л,
'
где
- содержание сульфатов в исходной воде , мг/л;
ао з - эквивалентный вес аниона сульфата,мг/мг-экв.
Тогда
1
. S t+ * S ,O J O t *
ft
------———-------------- • 8 ,4 мг- Ш*/л
4 8 ,0 3
Ь
'
г '
•'
Аналогично определяется содержание анионов хлора в воде после
предочистки
V,
л -*
' ’. , 4
■
Г
-£.^
•
g ‘
ft
- -----
'■ *•
:-V .гV1
'■
г 0 .6
- э* * / а
^
" -:■ ‘'V
V ; v;;*\
Щ5
ШШ 1
\
Таким образом содержание анионов сильных кислот
соляной и азотной) в предочищенной воде будет равно
(серной,
Л ,9 *ЩШ + 4 * 3 , 0 м г - 9л в /л •
Аналогично определяется содержание внионов слабых
продобработанной воде:
1 * УЩ
осдержание бикарбонат-ионов будет равно
^
Сне*ё 9 Щ * л 4 м г - * * * / * •
126
кислот в
к ШЁЙІІ
кремнесодержание будет равно
лп
/7 8 'A S
ч .о г * ~ ^ в ---- 2 ' ы г - * * * /* .
где
^j^innrjivifiwiuTbi, иитавшөися в воде после предочистки.
Содержание
свободной углекислоты
после
декарбонизатора
рекомендуется принимать равным 7 мг/л или 0,16 мг-экв/л [а].
Солесодержание добавочной воды - 2 мг/л, расчет солесодержания может
быть выполнен по методике, изложенной, в [6 ].
Количество пара, потребляемое внешними потребителями - 640 т/ч,
доля возвращаемою конденсата составляет - 0,75. Тогда количество
возвращаемого от внешних потребителей конденсата
Ш
* 4 /0 r /v .
Доля пара, возращаемого из расширителя непрерывной продувки в
деаэратор, будет равна
І * 6, '4 *
соответственно доли отсепарированного пара в расширителе
непрерывной продувки первой и второй ступеней.
Кақцую
j
6 '.*
І "'Щ& ~ * *9*
7£—л Г сГ 7---ор
у
'
где L/5#
- энтальпия продувочной воды при давлении на входе в
расширитель,
кДж/кг;
?
.
1
I
LП
Р
- энтальпия продувочной воды в расширителе непрерывной
продувки, кДж/кг;
энтальпия пара при давлении в расширителе, кДж/кг
ур
- коэффициент тепловых потерь в расширителе непрерывной
продувки. '
■
'
Давление пар в барабане котла Е-420-І40 равно 15,5 МПа.
Давление в первой ступени расширителя непрерывной продувки равно 0,7
МПа, во второй ступени - 0,12 МПа. Тогда для первой ступени [I]
i-np - 1632 кДЖ/кг, ^ v » 697,1 кДЖ/кг, * п
=» 2763 қ Ц Ж / к г Для
второй ступени: t пр • 697,1 кД1/кг, //51» « 439,4 кДЖ/кг; £ *
/кг. Коэффициент тепловых потерь в расширителе принимается
0,9-0,95 [20]. Тогда доля пара, отсепарированного в первой ступени
расширителя непрерывной продувки, будет равна
/Ш -67 9, f
л л
л
/
*
------------— • О, Р * О, ♦ /
І Ш І **S97. /
ц <
во второй ступени
9 9 /, / - 439, 4
8
■ 0 .9 * 0 , 0 9
г м
*
общая доля пара, возвращаемого из расширителя непрерывной продувки в
деаэратор
І * 0 .4 1 + 0 ,0 9 * 0 , 5
величине непрерывной продувки равной 3 %, возврат внутристввциов
четырех
V2Q-4 -3 ■0 ,3
3 5 .* т/ч.
/00
Поскольку доля возврата конденсата из расширителя нөпрөрыві
равна 0,5, следовательно, доля потерь конденсата
о
проду
продувочной водой также будет равна 0,5, т.е. 25,2 т/ч. Внутри
станцию;IS1 потери пара и конденсата составляют
В табл.7Л приведены технические характеристики установок
пш
Данные
из
этой
химводоочистки [2,3,6,6,10 и др
и отмывки
используются для расчета режимов регенерации, взрыхлея
фильтров водоподготовительной установки.
I реагентов для регенерации фильтров:
для водород-катионитовых фильтров первой ступени находится в
выбирается в зависимости от
80 до 270 г/г-экв
пределах
у из ГОД;
отношения бикарбонат-ионов к общей сумме анионов по з
для второй ступени находится в пределах от 100 до 400 г/г-экв
# *}
выбирается в зависимости от отношения катионов Мх * / Г Ж
[19]: для этих фильтров при "голодной" регенерации,- 49 г/г-экв; |*|
из [191 для фильтров смешанного
фильтров
действия равен 3,5 г кислоты и 5 г щелочи на I м3 фильтрата; для
катионитовых
материала: в механи
загрузки фильтруі М*
чепких фильтрах от 1,5 до 2,5 м; для сульфоугля нв менее I м; в
фильтрах смешанного действия по 0 ,6 м анионита и катионите; во всех
остальных не менее 0,8 м. На практике высота загрузки ионита в
фильтрах I-ой ступени от 2 до 2,5 м, в фильтрах 2-ой ступени от I до
1,5 м.
X 2ыв Q Q I v
J
Расчет производительности установки
»—
I
Производительность установки химводоочистки
определена по формуле
•ЧИСТКИ
может быть
/7
Q+
доля внутристанционных
конденсата;
- доля внешних потерь конденсата (у внешних потребителей);
- доля пара, возвращаемого из расширителя непрерывной
/
продувки в деаэратор;
Р
- величина продувки котлов, %;
- паропроизводительность котла, т/ч; Л
щ количество котлов на ТЭЦ.
Доля потерь конденсата у внешних потребителей определяется по
формуле
где
■
X
(/-а » )
п
Ж
где Q $в
о,
Тогда
- количество пара, потребляемое внешними потребителями,
«г3/*»;
- доля возвращаемого конденсата от внешних потребителей
6*0 Г/-О, 7S)
а, »
* О. f
*20*
Для заданных параметров ТЭЦ в при принятых выше параметрах
Q «а
[ 0 '1 6 * O .t * ( / - 0 ,5 ) /до
+J
8.3. Расчет анионитовых фильтров второй ступени
Расчет схемы химводоочистки начинается с "хвоста" цепочки, т.е.
с анионитовых фильтров второй ступөі
№ справочной литературы (3,11] принимается стандартный фильтр
диаметром 2 м. Площадь сечения такого фильтре 3,14 м2 при высоте
загрузки фильтрующего материала равной 2 ,0 м объем загрузки будет
6,28 м3. .
' ./
•
Ч- • •
‘V
Необходимая площадь фильтрования, м2, во второй ступени
установки определяется по формуле
вж.й
w
их
W
где
- скорость фильтрования вода, м/ч. Допустимое значение
скорости до 30 м/ч (см. таб. 7.1.), рекомендуется
принимать оптимальное значение - 20 м/ч.
Тогда
220я /
//
М
Следовательно, необходимое
второй ступени
п
//
777V
количество
анионитовых
фильтров
г 3.6
Принимается для постоянной эксплуатации три (Іильтра, один
резервный, т.е. всего четыре фильтра.
В результате расчетная скорость фильтрования при постоянной
эксплуатации трех фильтров будет равна
220 , /
J ■J, /4
В качестве фильтрующего материала принимается анионит типа
АВ-І7-8. Объем загруженного материала во всех четырех фильтрах во
влажном состоянии будет равен
Т a“d . $ М ' 4
фильтра
работающего
Продолжительность филътроцикла для одного
ч, и его
представляет собой сумму времени на работу фильтра Т
й
н Ш
I -,ч, определяется по формуле
регенерацию
Vs.
T*t
где
V s.
Уpact*
У /xuv
Q Xd
( с Siо, '4*-/
- объем загрузки фильтрующего материала
фильтре, м3;
- обменная расчетная емкость
равной 220 г-экв/м3 [8 ];
анионита,
в одном
принимается
Ш
Q .o
д.-
_
содержание
кремнекислоты и свободной угольной
кислоты в воде после декарбонизатора (перед второй
ступенью), мг-экв/л.
Тогда для одного фильтра
6 ,2 8 2 2 0
- 2 0 ,9 ч
Т~і 230. / ■(О, Н * О, /І І
При
работе
дву*
фильтров
132
одновременно
продолжительность
(ХИльтроцикла увеличивается в два раза-41,8 часа. Суточное количество
регенераций для о
\
*
+
» 0 ,9 ■ *
* е *'
т * •* *
ілочи (хио *~ой концентрации) на проведение регенерации
определяется по формуле
л
с
Щ***-
m ao
^рег - удельный расход щелочи для регенерации, принимается
равным 480 г/г-экв [19].
Тогда для анионитовых фильтров второй ступени расход щелочи на
регенерацию
где
(гper
/ООО
*
xf
Расход воды, м3, для приготовления регенерационного раствора
определяется по формуле
О per */ 0 0
с
где
j> т о
С
- концентрация щелочи в регенерационном растворе, прини­
мается равной 4 * (см. табл. 7.1);
f
- плотность 4
го раствора щелочи, принимается равной
1,043 т/м3 [2,3,6].
Тогда расход воды для регенерации анионитовых фильтров второй
ступени будет равен
т уоо
Л
Optr * > . /, ш ■/ ООО " ** 9а* '
Расход воды на выполнение взрыхления фильтрующего материала
взрыхление), и3. определяется по формуле
/V
-«» 4 • У ' 60 - Т
\
г\
U**F - т о
'
\ V щ Щ Я Ш
^
где
/
- интенсивность взрыхления материала (
*3 л/(с-м2)
по таблице 7.1);
У
- площадь поперечного сечения одного фильтра, м2;
2* - время затрачиваемое для взрыхления фильтра, мин.
(Г
- 30 мин) [8,14].
Для взрыхления одного анионитового фильтра второй ступени
п
ф ШШ SO SO
,
* М
й ш г ~ ш -------- ‘ /3‘ * м
133
Расход воды на отмы вку ф ильтрувдего
регенерации вычисляется по формуле
QotM *
материала
от
продуктов
>
удельный расход воды на отмы вку I м3 м атериала,
мается равным 15 mVm 3 (см . та б . 7 .1 ).
отмывки одного внионитового ф ильтра второй с туп е ғ
9отм
Оот*
прини­
/5 6,26 * 9V.2
>
йоды ва собственны е нужды определяется по формуле
( Им- * Он* *■Gotм. ) • я л • я в
Ос , *
для анионитовых фильтров второй ступени будет равен
6
СИ
</5.9 * /6 ,9 * 9 9 , 2 ) 4
0 .2 9
.
24
Общий расход воды на анионитовые фильтры
складываются и з
производительности
уста н о вки
собственные нужды
s
О»
м „/у
второй
отупев
н
расхода
на
220. / * 6, У* • 226Һ2 9 М * /«
При завершении расчета вы полняется проверка действительной
юти фильтрации ва
при работе всех фильтров
226.24
/6
м/ч
Wo
Х7ҒТ?
при одном отключением ф ильтре т .е . при тр а х работающих
«
W
г i t s . 24
24, О м/ч
VYf
1 /4 '4
Полученные значения ско р о сте й ф ш ьтрации не превышают допустимые
согл асно норм проектирования (с м . т а б .7 .1 ).
'
П роизводительность декарбонизатора приним ается с запасом в
25 * , то гд а
I
Qj * .
226,24 > /,2 5 * 262, в * * /?
Д акарбонизатор может
быть
выбран по
производительности
ив
вы пускаем а промышленностью [ I I ] ки и может быть выполнен е го расчет
по м етод ике, изложенной в разделе 3 .8 .
134
Таблица 7.1
» Технические характеристики фильтров установки ХВО
Наименование
фильтра
Рекомен­
Взрыхление
Фильтрующий дуемая
материал
скорость интен­
длите­ скорость
фильтра­ сивность льность , воды,
ции, м/ч Л/(СМ )
мин
м/ч
1. Механический
(о предочисткой)
Антрацит
2 . Водород-катио
нитовый 1-ой
ступени
Сульфоуголь
3. Водород-катио
нитовый 1-ой
ступени
КУ-2
4. Водород-катио
нитовый с "го
лодной реге­
нерацией
Сульфоуголь
6 Анионитовый
I-ой ступени
АН-31
6 . Анионитовый
II-ой ступени
АВ-І7-8
7. Фильтр смешан
него действия
(с внутренней
КУ-2,
АВ-І7-Ө
регенерацией)
8 Фильтр сметан
ного действия
(с внешней
АВ-І7-8,
регенерацией)
КУ-2
9. Натрий-катионитовый 1 -ой
ступени
Сульфоуголь
10. Натрий-катионитовый 1 -ой
ступени
КУ-2
II. Натрий-катиоиитовый 2 -ой
ступени
Сульфоуголь
12. Натрий-катаонитовый 2 -ой
КУ-2
ступени
18. Натрий-катионитовый для
конденсатоочистки
Сульфоуголь
14. Угольный
ВАУ, ДАК
16. Буферный (саморегенерирующийся ) Сульфоуголь
.
.
ДО 10
4-12
10
16-43
ДО 30
3-4
16
16
до 50
3-4
14-16
10-15
ДО 30
3-4
12-15
10-16
15-20
3-3,5
ДО 30
2,5-3
ДО 30
12-14
(ДО 30)
10-16
II
50
3
12-16
10-16
100
2,5-3
12-16
10-15
до 30
3-4
12-16
16
д о 30
3-4
12-16
16
ДО 30
3-4
12-15
16
ДО 30
3-4
12-15
16
25-30
6-7
3-4
ф
3
10-15
30
■
15
II
4
15
15
ДО 30
136
ЯЩ
.
Продолжение табл. 7.1
Отмывка
Регенерация
Наименование
фильтра
концентрация расход-вода
скорость
вода, м/ч раствора, % на I м ма-_
териала, кг
1. Механический
Отсутствует
( с предочисткой)
2. Водород-катиоВначале 1,5-2,
нитовый 1 -ой
затем 4
10
ступени
3. Водород-катиоВначале 1,5-2,
нитовый 2 -сй
затем 4
10
ступени
4. Водород-катионитовый с "го­
лодной" регене
1-1,5
10
рацией
б Анионитовый
4
3-4
1-ой ступени
6 Анионитовый
4
3-4
2 -ой ступени
7 Фильтр смешан­
ного действия
(с внутренней
3
3-4
регенерацией
8 Фильтр смешан­
ного действия
(с внешней
4
3-4
регенерацией)
9. Иатрий-катионитовый 1 -ой
3-4*
ступени
10 . Натрий-катионитовый 1 -ой
3-4
ступени
II Натрий-катионитовый 2 -ой
8-12
3-4
ступени
I2 Натрий-катионитовый 2 -ой
8-12
3-4
ступени
13. Натрий-катионитовый для
конденсато3-4
;
о^истки
Улавливает 250-300 кг
14. Угольный
на I т материала
15. Буферный
регенерируется
(саморэгенерирупчийся
136
длитель­
ность. мин
8
5-10
8
Более 10
5
5-10
10
4-10
15
4-10
15
До 4 часов
15
До 4 часов
4
7
4
7
8
60
8,4. Расчет катионитовых фильтров второй ступени
Методика расчета изложена в разделе 8.3* ниже приводятся
расчеты без подробных пояснений.
Гй«Mil'llмается стандартный фильтр с диаметром 1,5 м [3,11 )f
площадь фильтрования равна 1,78 м2. При высоте загрузки 1,5 м, объем
фильтрующего материала в одном фильтре будет равен 2,67 м3.
Необходимая площадь фильтрования катионитовых фильтров второй
ступени определяется по формуле
•ш
г ; где
£I
w
~ скорость фильтрации воды через водород-катионитовый
фильтр второй ступени, рекомендуется принимать 40-50
м/ч (см. таб. 7.1). Для расчета принимается W * 40 м/ч.
Тогда
r i - *26- ** г S,66 М 1
ж
W
■•,
Необходимое количество катионитовых фильтров второй ступени
будет равно
л
SJ4
tj*
Принимается четыре рабочих фильтра, а также им резервный
фильтрования при работе всех фильтров
W.
u s. м
4 5 .* *
гт У в
при одной остановленном
трех работающих
W.
Продолжительность фнльтроцикла при всех работащих фильтрах
_
Ve*
•Як
Т** ‘
О* Я
где Jeat* - обменная расчетная емкость катионита, принимается равной
400 г-акв/м3 [в];
обработанной воды перед г~клвченивм фильтра
К
что
BHJ
иметь
регенерацию
натрия кислотность фильтрата
проскока
останавливают на регенерацию,если кислотІӨНИЮ к первичному значению [14].
137
Тогда
Г* t •
Л
$ 6 ,6 V
0,2
Суточное количество регенераций одного фильтра
*4
т
0
,2
3
96,8
д м всех фильтров
/
т - /?* ш 0 ,2 5 4 4
п
( 100*-о й
концентрации)
на
регенерацию
одного
фильтра
Оper
/0 Q f,6 7 . W
fOO
я
/06.
гд е
удельный расход кислоты на регенерацию ,
- 8KB. П римается по таблицам в зависим ости от
ооотновення
А/а У(Мх **// V [I4 .I9 1 .
для приготовления регенерационного раствора
»
f06‘
s
'
/0°
,0£8
■w
0 per
92 1,829 /ООО
/ООО
где
соответственно концентрации кислоты в регенера­
ционном растворе и технической серной кислоты
(см . т а б .7 .1 ). Я ;
соответственно плотности ре генерационного р а с т техничеокой серной кисл оты , г /и 3 Г2 .з .в 1.
Расход вода на вврю ленве
ф вдьтрувдего
материала
(одно
взрыхле*
4 /, Гб 6 0 3 0
„
.
Qш
-------- 77Ш ------------------- /2 ,8 At*.
где
4 - интенсивность взрыхления (ом . та б . 7 .1 ), л /(о •« $ )..
ка ти о ни та о т прод уктов регенерации
Qm* • й
'* /,3 6 м 4
где
8 - удельный расход воды на отмЫ вку I м3 материала (см
7 .1 ), m v m 3.
Рвсхо;
собствен Hi
ступени будет равен
а
ы
•
/
катионитовы х ф ы ьтров
»
•
/
.
\
ж
Общий расход вода на катнонитовы е фильтры второй отупени
138
та б л .
второй
Действительные скорости фильтрации вода можно не проверять,
расход вода через фильтры изменится незначительно.
8.Б. Расчет анионитовых фильтров первой ступени
Принимается стандартный фильтр о диаметром 2,6 м 13,11],
площадь фильтрования
фильтрующего
материала в 2,5 м объем загруженного материала в одном фильтре
равен 13,25 м3.
Необходимая площадь фильтровав
f^ js L
где
IV
Т
- допустимая скорость фильтрации вода, для анионитовых фи­
7
V
льтров первой ступени рекомендуется от 15 до 20 м/ч ар®
загрузке АН-31. Дня расчета принимается равное 15 м/ч.
Тогда необходимая площадь фильтрования анионитовых фильтров первой
ступени
Необходимое количество анионитовых фильтров первой отупеш
? равно
Принимается три рабочих фильтра, а также один фильтр резервный
Расчетная скорость фильтрования при работе всех фильтров
и
« ЧҺ*
• H . J **/*
при одном отключенном фильтре, т.е. при двух работающих фильтрах
IS 7 J
ц
>
ш
Полученные скорости фильтрования незначительно превышают
допустимые
величавы с корос те й . '
■:
Продолжительность фильтроцикла при всех работающих фильтрах
определяется по формуле
-и*
''ш ' •
5
V :
j^ L
• .v 9 v:
Q i • Лх
'
* -/' I v.If? ,V,;'•••
где HfO€4 - расчетная обменная емкость ашкшта» принимается равной
915 г-ажв/м3 материала [8)|
4
- количество а и ш ш в , .в м я д а о р к на фильтрм, принимается
равным Э мг-вкв/л
,
.
'I*
Тогда
т л j. . H J S 3 9/S
'* *
-3227,6
3 -7 -J ,.>J<— —
= f* .*
Суточное количество регенераций одного фильтра
m * ~Іт ГҒ~~ *
для всех фильтров
я с • /п ,
* 0, ** •s • / # за
Расход щелочи (100 %-ой концентрации)
фильтра
А
r SS * /$,*$ •MS
vper
/ООО
~ * ^6# л г
^
на регенерацию одного
if
бб - удельный расход 100 Х-ой щелочи на регенерацию, г/г-экв.
Величина улельного пяпгола мпкйт аытк принята [3] или
вычислена
При использовании 46 £-ой
использования
ча
фильтрах первой ступени (после ОН-фильтра второй ступени) расход
іако следует учитывать, что регенерации
фильтров второй ступени проводятся значительно реже, поэтому общая
экономия щелочи будет несколько меньше.
ШЯ приготовления регенерационного раствора
п
*
*Ш
'Ш І 0
ж*3*3м
где
где
4 - концентрация щелочи в регенерационном растворе
таб.7.І), * ;
1,043 - плотность раствора щелочи, т/м3 [8 ].
Расход воды на одну вврыхляющую отмывку одного фильтра
(см.
•
0 АЛА -- З ' Ь З 60 * 3
ш
----- 7М ) -------\ на отмывку анионита от* продуктов регенерации
/5 ■ /3. *5 • /9в.
Н *
Расход вода на собственные нувды всех анионитовых фильтров
первой ступени
Тогда общий чаоовой расход на анионитовыө фильтры первой ступени
а / * * 2 7 ,8 * /4.4 - f
г M */v
0
140
фильтрования при отключенном фильтре
будет равна
Wo. *
*
* • 9 Л3 \
* * * '* * !!&
.
Действительная скорость фильтрования на II % больше допустимого
проектного значения, поэтому необходимо увеличить диаметры фильтров
или установить еще один дополнительный фильтр.
8 .6 .Расчет катионитовых фильтров первой ступени
Принимаются фильтры с диаметром 2,6 м
[3,11],
площадь
фильтрования равна 5,3 и2 . При высоте загрузки материала в 2,5 м
__ТО
ПГ
.
.
з
фильтру!
Необходимая площадь фильтрования определяется по формуле
HI
т
т
W
W
где
- допустимая скорость фильтрования, м/ч. Рекомендуется
принимать до 30 м/ч (см. таб.7.1), принимается в данслучае
Тогда
20
Необходимое количество катионитовых фильтров первой ступени
п 1 ж
*j м
п*
5, J
Принимается три рабочих фильтра, а также один фильтр резервный.
Тогда скорость фильтрования воды при всех работающих фильтрах будет
равна
3 S .3
а при одном отключенном, т.ев при двух работающих фильтрах
.
U
ж 42' / S м / Ч
м Р
ff.J
Полученные значения скоростей фильтрования ниже допустимых значений.
Продолжительность филътроцикла при всех работающих фильтрах
определяется по формуле
V
'
t
A
1 Г
Л
г
'
У
( К а+
м
*
*
____________________________
*-f s
г$
141
*
Л рае*
где
Ж.
расчетная обменная емкость катионита
равно! 380 г-вкв/м3 Гв1:
общая жесткость вода, поступающей
предочистки
подраздел 8.1), мг-экв/л;
концентрация катионов натрия в в
о,
воде,
поступащей на
катионитовые фильтры первой ступени от установки
предочистки (равна концентрации катионов в мдтпдяп»
воде), мг/л.
Тогда
T+t
* * / . *
■
*
/ $
)
Суточное количество регенераций для одного фильтра
Расход ки
одного
фильтра
/3 ,* 5 380
*
4
4
.
3
гг
&per
/ООО
где
V-oft кислоты на регенерацию г/г-акв.
Определяется ив графика
При использовании технической кислоты с 921-ой концентрацией
ее на регенерацию одного фильтра будет равен
р*г
где
* /8 ,3 ‘ /ОО
У. 8*9 92
1,829
Раоход
Qfier
концентрацией 921, т/м (или кг/л)
13,6,10).
іля приготовления регенерационного раствора
4 /8 .3 /00
* • /, 0*5 /ООО
• //.Г м *
где
концентрация
1,025 - плотность регенерационного раствора, т/м3 [3,6,10].
фильтра
Q*ір
где
4 -S .3 8 0 30
/ООО
* 38. /8 м *
интенсивность взрыхления фильтрующего материала (см.таб.
7.1), д/(с*мг)
I на отмывку катионита от продуктов регенерации
0 * м * 8 ■/8. *S * /0 8 м *
142
где
8 - удельный расход воды на
отмывку загруженного катионита
(см.таб.7Л), иР/нР материала.
Расход воды на собственные нужды всех катионитовых фильтров
первой ступени
( / / .? +ЗЬ. '6 *■/0 6 J . 4 ?
Ое* ' --------^
:--- - 30. S m V *
Тогда общий расход воды» поступающей
фильтры первой ступени
на
водород-катиояитовые
й%*
2*
r
* * V*
Действительная скорость фильтрования при одном отключенном
фильтре, т.е. при двух работающих фильтрах, будет равна
у * г *.з
что ниже допустимого значения (см. табл.7.1).
. 8 ,7.Расчет механических фильтров
Принимаются фильтры с диаметром 3,0 м, площадь фильтрования
одного фильтра 7,1 м2 [3,11]. При высоте загрузки фильтрующего матөриала (антрацит) равной I м объем загруженного материала будет ра­
вен 7 Д м3 в кақдом фильтре.
Необходимая площадь фильтрования
*
t « ~° J
• 4ТТ1 *
*.
ШI
[:
*.«if
•,^v А •„ *
. .Т-
:
'I ,,
♦*Д В С ¥ д И Г
V•
щ
Л "*4р?Щ
■
тфгда необходимое количество механических фильтров
іЯІШШІІіІІ
•*Л
2г*/"5г *
Принимается весть рабочих фильтров, а также один фильтр резервный.
Расчетная скорость фильтрации воды при всех работающих фильтрах
Ц
,
.
а такав при одном отключенном фильтре
г
*—
. * * м и
что ниже допустимого значения (10 м/ч) для механических фильтров
установленных после предочистки (см.таб.7.1).
Расход воды на взрыхление одного фильтра
п
t *60' /О
- /в
О ш • — т т ------* * ' ш
*
у
143
12 - интенсивность взрыхления фильтрующего материала в механи­
где
ческом фильтре (см.таб.7. I.), лЛс-м2 );
10 - длительность взрыхления (см. таб.7.1.), мин.
Расход воды на собственные нужды всех механических фильтров (на
взрыхление всех фильтров) можно вычислить по формуле
**
/7? •/?
а С«
т
\
- количество взрыхлений кақдого фильтра в течение
(/77
0,5) [8 ].
-
где
/ 7?
суток
Тогда
Q,С*
0.5 S
_
24
•>
Общий
О
м
фильтры
Т
+4, JS * 2*4. 0 9 М
фильтрации воды при отключенном фильтре
будет равна
S 7S. 0 9
что превышает допустимого значения для механических фильтров.
При выборе механических фильтров, следует иметь в виду кроме
рабочих и резервных фильтров, принимается еще один фильтр для
гидроперегрузки фильтрующего материала. Кроме этого, если количество
ионитовых фильтров не менее 30 штук, та рекомендуется принимать еще
один фильтр для гидроперегрузки ионитовых фильтров.
8 .8 .Расчет предочистки
-ф
По выбранной технологии обработки воды и производительноцти
промышленностью
воды на
твенные нужды осветлителя принимается
поступа гп на механические фильтры
а
См
* 276, 0 9 - 0 , 0 + * //, / * V v ,
Рекомендуемый запас по производительности осветлителей составляет
26 %. Тогда общий часовой расход через осветлители будет равен
О
ОСА
/>#5. 2 74, 0 9 +//,
JSA / * J
соответствии с этим
Производительность каждого из них
производительность будет равна 50
144
т/ч, тогда
общая
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Ривкин С.Л., Александров А.А.. Төрмодинамические свойства
вода и водяного пара: Справочник. -М.:ЭнергоиздатЛ984.
2. Гурвйч С.М. , Кострикин D.M.. Оператор водоподготовки.
-М.:ЭнергияЛ984.-304 с.
3. Лифпиц О.В .Справочник по водоподготовкө котельных установок.
-У.:Энергия,1976.-188 с.
4. Кострикин Ю.М. Инструкция по эксплуатационному анализу 'воды
и пара на тепловых электростанциях.-М. :СП0 СоюзтехэнергоД979.-120с.
б. Стерман Л.С.,Покровский В.Н. Химические и термические методы
обработки вода на ТЭС.-М.: ЭнергияЛ981.-232 с.
6 . Обработка вода на тепловых электростанциях /Под -редакцией
В.А.Голубцова.-М. -Л.:Энергия Л 966.- 448 с.
7. Правила устройства и безопасносной эксплуатации паровых и
водогрейных котлов. -Ки:ЭнергоатомиздатЛ98Э. -176 с.
8 . Руководящие указания по проектированию водоподготовительных
установок ТЭС.Т.І.-М.:ХоТЭПЛ982. -215 с.
9. Аколъзин П.А. Коррозия и защита металла теплоэнергетического
оборудования* -М.: Энергоиздат, 1982. -304 с.
10. Мещерский Н.А. .Эксплуатация водоподготовительных установок
электростанций высокого давления. -М.: Энергоиздат Л 984. - 408 с.
11. Родцатис К.Ф., Полторацкий А.Н.Справочник по котельным
установкам малой производителъности«-М.:ЭнергоатомиздатЛ989.-485 с.
72. Тебенихин Е.Ф.. Бөзрөагөнтныө методы обработки вода на энергоустанновкахо -М.: Энергия, 1978. -183 с.
13. Правила технической эксплуатации электрических станций и
сетей. -М.: Энергоатомиздат, 1989. -288 с.
14«. Белоконева А.Ф.. Водно-химические режимы тепловых электростанций.-М.: Энергоатомиздат, 1985. -248 с.
15. Технические указания по проектированию обессоливающих уста­
новок с сокращенными расходами реагентов и сокращенными стоками.-М.:
Изд.ВИИПИэнергопромЛ985г. -70 с.
16. Тепловые и атомные электрические станции; Справочник /Под
общей ред.В.А.Григорьева и В.М.Зорина. -М.:Энергоиздат,198?..-624 с.
17. Нормы технологического проектирования тепловых алектричөоких станций и тепловых сетей .-М.: Энергоиздат, 1982. -190 с.
18. Николадзе Г.И., Минц Д.М., Кастальский А.А..
Подготовка
волы для питьевого и промышленного водоснабжения. -М.: Высшая школа,
■сІИИгд
145
1904. -368 О.
:}
19. Справочник химика-енаргвтика.Т.I.-М.:Энергия,1972. -400 с.
2 0 . Вихрев В.®.„Шкроб 11.0. Водоподготовка.- М.: Энергия,1973. 420 О.
21. Глаэырин А.И. и др.. Реконструкция нижнего дренажного расп­
ределительного устройства. -Энергия,I985, иг, -30 с.
22. Глазырин А.А.,Оаламатин Н.Н..Врикунов В.А.. Пути оовшекия
обменной емкости сильноосновных анионитов.— Инфпрм. листок нб — 65.
-Павлодар: ЦКГИ.І9Ө5. - 4 с.
23. Глазырин
раствором трилона
24. Глааырин
ионитов от маоел.
А.М. и др.-Восстановление обменной емкости ионитов
Б. - Теплоэнергетика,!963, М7 , - 25-27 о.
А.II.,Истомин В.К..Врикунов В.д. Технология отмывки
-кыформ. листок N17-65 -Павлодар:ЦҢТИ, 1985.-3 с.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ............. ..................... .
3
1 . Качество природных вод . . . . . . . . . ...................... ....
1 .1 . С войства воды я ее растворы . „ .................................... 4
1 .2 . Основные показатели качества природных во д . . . . 7
1 .3 . Контроль основны х показателей качества природных
ВОД. ........................... ................. I I
2 . Выбор схеыы водоподготовки
2 .1 . Общие с в е д е н и я ............................................................
16
2 . 2 . Рекомендуемые схемы водообработкк . . . . . . . . 17
2 .3 . Определение производительности уста новки водопод­
го то в ки ...................................................................................
34
3 . Предварительная о чи стка воды
v 3# I о Общие Сввл^нмя
3 .2 . Коагуляция воды .................................................................. .
3 .3 . И звесткования воды.................. ...............................................
3 .4 . ОСеСкремнивание воды ка у с тш е о кш м агнезитом . »„
3 .5 . Принцип работы осветлителей . . . . . . . . . . .
3 .6 . Ф ильтрование воды . . . . . . . . . .............................
3 .7 . Основы м агнитной обработки в о д ы ............................. .
3 .8 . Д екарбонизация в о д ы .................................................
....
'4
3 .9 . О собенности применения схем предрсчистки и хра­
нения реагентов . . . . . . . . . . . . ..................
34
36
41
48
51
55
57
61
66
4 . О бработка воды методом ионного обмена
4 .1 . Ф изико-хим ические основы ионного обмена . • . . . 69
75
4 .2 . Технология ионного о б м е н а ............................... ....
4 .3 . У стройство ионообменных ф и л ьтр о в............................. . 86
4 .4 . П уск я эксплуатация ионитовы х установок . . . . . 89
5 . Обесооливание воды
5 . 1 . И онообм енте обессоливающие у с т а н о в ки .......................
5 .2 . Термическое обеосоливани* воды . . . . . . . . . .
5 .3 . Схемы вклю чения испарительны х и паропреобразова­
тельны х установок
5 . 4. Мембранные методы о чи стки воды . . . .......................
І47
96
98
104
109
6 . О бработка волы и конденсата на промышленных предприявиях
6 Д , Общие сведения . ...................................... . . . . . . Л 15
6 *2 . О чистка производственны х к о н д е н с а го ч ,..........................116
6 .3 . О бработка охлаждающей воды...............................................Л 18
7 . О бработка сточны х во д .
7 .1 . Общие сведения....................... ....................................................... 121
7 .2 . Теплые воды с т а н ц и й ......................................... ........................122
7 .3 . Воды ги д р о зо л о уд а л е н и я ........................... .... ........................ 123
7 .4 . Отмывочные воды электростанций •
124
7 ,6 . Неф тезагрязненны е воды электростанций . . . . . . 124
7 *6 . Сточные воды о т уста н о во к хим вод оочистки. . . . . 124
■щ Щ
8 . Пример расчета подоподготовительной установки
8 .1 .
8 .2 .
8 .3 .
8 .4 .
8 .5 .
8. 6 .
8 .7 .
8. 8.
Рекомендации по под готовке исходны х данных . . . .1 2 7
Р асчет производительности уста н о вки хим водоочи с т к и і31
Р асчет анионитовы х ф ильтров второй ступ е н и .................131
Р асчет катионитовы х ф ильтров второй с т у гкн и . . . 137
Р асчет анионитовы х Айльтров первый ступ е н и . . . . 138
Р асчет катионитовы х ф ильтров первой ступ е н и . . . . 141
Р асчет м еханических ф и л ьтр о в ..........................................143
Р асчет предочистки ........................................................... . 144
щ
Список использованны х источников .........................................
146
fe;
Ир.
л
■ ■
«
I
і Ш Ш Ш Щ Ш Щ . , - : --;
щ
Ш
■Я
Р
•- -:-' - - 1 Щ р
"■
^.'
А-Глазырин, Л.Музыка, М.Кабдуалиева
Подготовка воды для тепловых электростанций и промышленных
предприятий /учебное пособие/.
Ответственный за выпуск
У.Умирзакова
Художественный редактор Ж. Касымханов
Технический редактор
Н.Н.Передереева
.«РщЯГ*.
Подписано в печать 5: 0Ь„1997 г.
Формат 60 х 84 1/84
Учет.издл. Q 0
Уел. пл. 3,6
Тираж 500 экз.
Заказ Nn
w '& s
;
_
у.
-.?
Республикамикий издательский кабинет по учебной м
методической литературе Министерства образования и культуры
Республики Казахстан
_ , v ‘
480057» г.Алматы, ул.Жарокова, 21е
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
10 322 Кб
Теги
vodi, predpriyatiy, muzik, elektrostanciy, 3242, podgotovki, dlya, promishlennih, kabdualieva, teplovih, glazirin
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа