Химическаяобработка воды для подпитки теплосети
Содержание
Введение
1. Задачи химводоподготовки котельной
2. Примеси природных вод
3. Показатели качества воды
4. Требования к качеству обработанной воды
5. Процесс обработки воды
5.1 Предварительная очистка
5.2 Обработка воды методом ионного обмена
5.3 Дегазация воды
5.4 Мембранные методы очистки воды
6. Общая схема водоподготовительной установки
7. Водоподготовка на ЭПК УРФУ
Заключение
вода котельная реагент фильтрация
Введение
В теплоэнергетике основным теплоносителемявляется вода и образующийся из нее пар.
Содержащиеся в воде примеси, попадающие впаровой котел с питательной водой, а в водогрейный – с сетевой, образуют наповерхности теплообмена низкотеплопроводные отложения и накипь, которые теплоизолируютповерхность изнутри, а так же вызывают коррозию. Процессы коррозии в своюочередь являются дополнительным источником поступления примесей в воду.
В результате растет термическое сопротивлениестенки, снижается теплопередача, а, следовательно, повышается температурауходящих газов, что ведет к уменьшению КПД котла и перерасходу топлива. Причрезмерных повышениях температуры металла труб уменьшается их прочность, вплотьдо создания аварийной ситуации.
Принизких и средних давлениях в барабанных котлах примеси попадают в пар тольковследствие уноса капелек котловой воды, т. е. если недостаточно эффективнаосушка аппарата. При высоких давлениях примеси начинают растворяться в паре итем интенсивнее, чем выше давление, и, в первую очередь, кремниевая кислота.
Поэтомус ростом давления значительно повышаются требования к качеству питательной идобавочной воды. Требования к надежности водного режима сформулированы в виденорм водного режима в правилах технической эксплуатации электрических станций исетей (ПТЭ) и в правилах устройства и безопасной эксплуатации паровых иводогрейных котлов.
Наличие отложений вызывает необходимостьочистки оборудования, а это трудоемкая и дорогостоящая операция. Таким образом,обработка воды является необходимым атрибутом любой котельной. Чистота воды ипара в отдельных агрегатах и частях трактов котельной, объединяемая общимпонятием водного режима котельной, оказывает существенное влияние наэкономичность и надежность ее работы.
1. Задачи химводоподготовки котельной
Экономичнаяи безупречная работа оборудования котельной обеспечивается введениемрационального водно-химического режима (ВХР), который заключается:
1) впредупреждении образования отложений примесей воды на внутренних поверхностяхнагрева
2) всведении к минимуму коррозии метала энергетического оборудования
3) получениичистого пара
Длярешения этих задач необходимо:
1) обеспечитьнормы качества питательной воды паровых котлов путем подготовки добавочной водыи очистки конденсата
2) обеспечитьнормы качества сетевой воды водогрейных котлов путем подготовки питательнойводы и очистки сетевой
3) производитькорректировку ВХР
4) оснаститькотел устройствами для обеспечения требуемого качества котловой воды и пара иего режима.
Требованияк ВХР сформулированы в Правилах технической эксплуатации (ПТЭ).
2. Примеси природных вод
Содержащиесяв воде примеси различают:
А)по степени дисперсности:
· Истинорастворимые– в виде отдельных ионов, молекул и их небольших агломератов размером d
· Колоиднодисперсные– агломераты молекул от 1 до 100 нм. Они не выделяются из воды под действиемсил тяжести.
· Грубодисперсные– агломераты размером более 100 нм. С течением времени ГДП всплывают наповерхность или выпадают в осадок.
Б)по химическому составу:
1)минеральные, которые делятся в свою очередь на:
· Растворимыев воде газы (О2, N2, CO2), которые образуются в результате распадаорганических веществ.
· Соли,кислоты, основания, находящиеся в дисоциированном состоянии, т.е. в видеотдельных ионов.
2)органические – попадают в воду из почвы и с бытовыми стоками. Такие примесиобъединяют под общим названием – гумусовые, а их кислоты и соли называютсоответственно гуминовыми и гуматами. Являются главной причиной ухудшенияорганических свойств воды (появляются запахи, привкусы).
Природныеводы в основном содержат катионы Ca2+, Mg2+, Na2+ и анионы SO42-, Cl-, HCO3-, в меньшей степени Fe2+ и HSiO3-, NO2-, NO32-.
Дляудаления примесей существует множество различных технологических процессов. Вомногом выбор той или иной схемы водоподготовки зависит от:
1. качества исходной воды,
2. требований к качеству обработанной воды,
3. наличия и доступности оборудования и реагентов.
3. Показатели качества воды
Показателикачества исходной воды делятся на физико-химические и технические. Кфизико-химическим показателям относятся:
1) КонцентрацияГДП (СГДП)
Определяютфильтрованием пробы через бумажный фильтр с последующим его высушиванием допостоянной массы. Выражают в мг/кг.
Напрактике, для определения концентрации ГДП как правило определяют прозрачностьс помощью цилиндра Снеллена. При СГДП
2) Концентрацияистинорастворимых примесей.
Ионныйсостав воды определяют, измеряя концентрацию отдельных видов ионов, методамихиманализа или с помощью специальных приборов. Выражают в мг-экв/кг или мг/кг.
Суммарнаяконцентрация всех ионов воды показывает общее солесодержание (минерализацию)воды.
3) Удельнаяэлектропроводимость растворов.
Указываетна суммарную концентрацию в них ионно-генных примесей, зависит от типаэлектролита и степени его диссоциации. Измеряют кондуктометром. Удельнаяэлектропроводимость незаменима, когда необходимо измерить малое солесодержание,которое трудно определить обычными способами.
4) Показательконцентрации водородных ионов pH
Определяетсяв природной воде характером и концентрацией примесей в воде.
/>
Нейтральнаясреда при t=22оСpH=7
Щелочнаясреда pH>7
Кислаясреда pH
5) Концентрациякоррозионно-активных газов.
Зависитот природы газа, его парциального давления, температуры воды, солесодержанияводы, уровня pH.
Ктехническим показателям в свою очередь относятся:
1) Сухойостаток (S)
Измеряетсяв мг/кг. Определяют упариванием пробы профильтрованной воды с последующимвысушиванием остатка при температуре 105 ÷ 110 оС допостоянной массы. По сухому остатку оценивают солесодержание воды.
2) Щелочностьводы (Що)
Общейщелочностью воды называется суммарная концентрация гидроксид ионов (OH-) и анионов слабых кислот(HCO3-, СО32-,HSiO3-) и некоторых гуматов,которые гидролизуясь дают щелочную среду. В зависимости от аниона различаютгидратную, бикарбонатную и карбонатную щелочность. В природных водахпреобладает бикарбонатная щелочность.
3) Жесткостьводы (Жо)
Этосуммарная концентрация содержащихся в воде катионов кальция и магния. Жесткостьв зависимости от катиона делится на кальциевую и магниевую. Также жесткостьделится на карбонатную и некарбонатную. Карбонатная жесткость обусловленаналичием в воде бикарбонатов кальция и магния, т.к. они труднорастворимы вводе. Остальные растворимые в воде соли кальция и магния обуславливаютнекарбонатную жесткость.
Жесткостьводы наиболее важный показатель ее качества, т.к. является причиной отложенийна теплопроводящих поверхностях. Удаление из воды ионов жесткости называетсяумягчением воды.
4) Окисляемостьводы.
Косвеннымпутем характеризует концентрацию органических веществ в воде. Измеряется в мг О2/кг.
5) Кремнесодержаниеводы (/>)
Условновыражает все многообразие кремниевых кислот в воде.
4. Требования к качествуобработанной воды
Согласноглаве 10 «Водоподготовка и водно-химический режим» СНиП II-35-76 «Котельныеустановки» водно-химический режим работы котельной должен обеспечиватьработу котлов, пароводяного тракта, теплоиспользующего оборудования и тепловыхсетей без коррозионных повреждений и отложений накипи и шлама на внутреннихповерхностях, получение пара и воды требуемого качества.
Технологию обработки воды следует выбирать в зависимости от требованийк качеству пара, питательной и котловой воды, воды для систем теплоснабжения игорячего водоснабжения, количества и качества сбрасываемых стоков, а также откачества исходной воды.
Показатели качества исходной воды для питания паровых котлов,производственных потребителей и подпитки тепловых сетей закрытых системтеплоснабжения необходимо выбирать на основании анализов, выполненных всоответствии с ГОСТ 2761—57* «Источники централизованногохозяйственно-питьевого водоснабжения. Правила выбора и оценки качества».
Вода для подпитки тепловых сетей открытых системтеплоснабжения и систем горячего водоснабжения должна отвечать ГОСТ 2874—73 «Водапитьевая».
Санитарную обработку исходной воды для систем горячеговодоснабжения в проектах котельных предусматривать не допускается.
Показатели качества пара и питательной воды паровых котловдолжны соответствовать ГОСТ 20995—75 «Котлы паровые стационарные давлениемдо 4 МПа. Показателя качества питательной воды и пара».
Нормы качества воды для заполнения и подпитки тепловых сетей,систем отопления и контуров циркуляции водогрейных котлов должны удовлетворятьтребованиям норм и правил по проектированию тепловых сетей, а также требованияминструкций заводов изготовителей по эксплуатации водогрейных котлов.
Требования к качеству котловой (продувочной) воды паровыхкотлов по общему солесодержанию (сухому остатку) следует принимать по даннымзаводов — изготовителей котлов.
Допускаемую величину относительной щелочности котловой водыпаровых котлов следует устанавливать в соответствии с Правилами устройства ибезопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов, утвержденнымиГосгортехнадзором СССР.
Величину щелочности котловой воды по фенолфталеину в чистомотсеке котлов со ступенчатым испарением и в котлах без ступенчатого испаренияследует принимать ³50 мкг-экв/л при конденсатно-дистиллятном питании и ³500мкг-экв/л—при питании котлов с добавкой умягченной воды.
Наибольшее значение щелочности котловой воды не нормируется.
Такимобразом, качество воды для подпитки тепловых сетей должно удовлетворятьследующим нормам:
Содержаниесвободной угольной кислоты 0
ЗначениеpH для системтеплоснабжения:
— открытых 8.3 – 9.0*
— закрытых 8.3 – 9.5*
Содержаниерастворенного кислорода, мкг/дм3, не более 50
Количествовзвешенных веществ, мг/дм3, не более 5
Содержаниенефтепродуктов, мг/дм3, не более 1
Общаяжесткость не более 0.05 мг – экв / дм3
*Верхний предел значения pH допускается только при глубоком умягчении воды,нижний – с разрешения АО – энерго может корректироваться в зависимости отинтенсивности коррозионных явлений в оборудовании и трубопроводах системтеплоснабжения. Для закрытых систем теплоснабжения с разрешения АО – энерговерхний предел значения pH допускается не более 10.5 при одновременномуменьшении значения карбонатного индекса до 0.1 (мг- экв / дм3)2,нижний предел может корректироваться в зависимости от коррозионных явлений воборудовании и трубопроводах систем теплоснабжения.
Нормированиесодержания свободной углекислоты и растворенного кислорода в подписочной воденеобходимо для предотвращения коррозии оборудования тепловых сетей иобразования отложения продуктов коррозии на внутренней поверхности нагреваподогревателей, водогрейных котлов, в трубопроводах и отопительных приборах.
Вподпиточной воде нормируется также содержание нефтепродуктов, так какприсутствие в воде этих веществ приводит к интенсификации накипеобразования,особенно в сетевых подогревателях и водогрейных котлах, затрудняет борьбу сошламообразованием.
Показателикачества газотрубных котлов не должны превышать:Показатель Котлы на жидком топливе Котлы на другом топливе Прозрачность по шрифту, см Не менее 40 Не менее 20
Общая жесткость, мкмоль/дм3(мкг-экв/ дм3) 30(30) 100(100)
Содержание растворенного кислорода, мкг/ дм3 50 100
Показателикачества водотрубных котлов не должны превышать:
/>
5. Процесс обработки воды
Многообразиепримесей в природной воде приводит к тому, что подготовка воды осуществляется внесколько этапов.
Напервом этапе (предочистка) из воды удаляют ГДП и коллоидные примеси. При необходимостипонижается бикарбонатная щелочность, карбонатная жесткость и кремнесодержание.
Напоследних этапах производят очистку воды от истинорастворимых примесей.
5.1 Предварительная очистка
Какуже говорилось ранее ГДП, ввиду крупных агломератов молекул, всплывают наповерхность или выпадают в осадок. Удаляются из воды отстаиванием.
Коллоидныепримеси, в отличие от ГДП, не отстаиваются, поэтому для их удаления применяетсякоагуляция.
Коагуляция– это физико-химический процесс слипания коллоидных частиц, т.е. образованиегрубодисперсных макро-фаз с последующим удалением из воды.
Врастворе, вокруг коллоидной частицы образуется двойной электрический слой,состоящий из потенциалообразующих ионов и противо ионов. Такой комплексэлектронейтрален, но при движении частица увлекает за собой только частьпротиво ионов, что приводит к появлению электрокинетического потенциала междучастицей и раствором. Таким образом, частицей приобретается заряд.
Длякоагуляции в теплоэнергетике к коллоидному раствору добавляется раствор спротивоположно заряженными частицами. Как правило, коллоидные растворыприродных вод характеризуются отрицательным зарядом. Поэтому для коагуляциииспользуются коллоидные растворы, имеющие положительный заряд. В качествекоагулянтов могут использоваться растворы, образованные труднорастворимымигидроксидами металлов, но для удешевления процесса применяют техническиепродукты – коагуляторы (глинозем, купорос), из которых коагулянты образуются впроцессе гидролиза.
Дляинтенсификации процесса может вводиться флакулянт, который укрупняет образующиесяпри коагуляции хлопья, а также подогрев воды до 25-30 оС.
Предварительнуюочистку на водоподготовительной установке ведут при совмещении в одномаппарате, называемом осветлителем, процессов коагуляции и отстаивания воды, апри необходимости добавляют известкование и магнезиальное обескремниевание.
Процесссодоизвесткования заключается в добавлении к воде гашеной извести, в результатечего понижается бикарбонатная щелочность и карбонатная жесткость. Этот процессобъясняют следующие реакции:
/>
/>
/>
При избыткеизвести осаждаются ионы магния:
/>
При этоммагниевая жесткость переходить в кальциевую.
Для вод сповышенной некарбонатной жесткостью проводят умягчение воды содой.
Эффектаналогичный содоизвесткованию можно достичь добавлением гидроксида натрия, ноэто экономически дороже.
Магнезиальноеобескремниевание воды осуществляется путем добавления магнезита впорошкообразном состоянии, который в результате частичной диссоциации образуеткомплексный ион, который с анионами кремниевой кислоты дает менее растворимоесоединение, чем исходные силикаты и позволяет выводить их.
Водатангенциально поступает в осветлитель, поток закручивается. Вводятсякоагуляторы и при необходимости известковое молоко. В процессе перемешивания всмесителе реагенты взаимодействуют с примесями воды и образуютсягрубодисперсные макро-фазы. Продукты коагуляции, выделяющиеся в виде хлопьев,поддерживаются восходящим потоком воды во взвешенном состоянии, образуя такназываемую зону взвешенного слоя.
Основнымпреимуществом взвешенного слоя является то, что он работает на подобиифильтрующей загрузки, извлекая из воды, протекающей сквозь него мелкодисперсныепримеси в результате адгезионных (действие межмолекулярных сил притяжения) иадсорбционных (поглощение вещества жидкой среды поверхностью частицы)процессов. У верхней границы этой зоны осветленная вода выводится из аппарата.Избыток частиц во взвешенном слое с некоторым количеством воды непрерывновыводится из слоя по шламоотводящим трубам в шламоуплотнитель. Уплотненный шламвыводится из нижней части шламоуплотнителя путем непрерывной продувки. Крупныечастицы коагуляции, попадающие с исходной водой, осаждаются в нижней частисмесителя и по мере накопления выводятся путем периодической продувки.
Важноотметить, что даже при хорошо налаженной работе осветлителя концентрация ГДПпосле них может достигать до 10 мг/кг. Поэтому применяют доосветление воды,путем ее фильтрования через слой пористой среды. Такое фильтрование может бытьповерхностным (пленочным) либо объемным (адгезионным). В первом случае диаметрпор слоя меньше диаметра частиц, и частицы задерживаются на поверхности слоя,образуя пленку. Во втором случае наоборот, диаметр пор больше диаметра частиц,поэтому последние вовлекаются потоком воды вглубь слоя и удерживаются внутринего.
Для этогопроцесса используют осветлительные (механические) фильтры.
5.2 Обработка водыметодом ионного обмена
Вода, прошедшая предочистку практически не содержит ГДП (менее 1мг/кг) и в значительной степени свободна от коллоидных примесей. Для удаленияиз воды истинорастворимых примесей применяют ионный обмен, дегазацию, а такжетермический и мембранный методы в сочетании с ионным обменом.
Обработка воды методом ионного обмена основана на способностинекоторых практически нерастворимых в воде веществ, называемых ионообменнымиматериалами или ионитами, изменять в нужном направлении ионный состав воды.
Способность ионитов к ионному обмену объясняется их строением.Любой ионит состоит из твердой основы матрицы, на которую помещены специальныефункциональные группы. При помещении ионита в раствор функциональные группылибо адсорбируют из раствора, либо отдают в раствор в результате диссоциацииионы одного знака заряда и, тем самым, приобретают заряд. Вследствие этоговокруг частицы образуется диффузионный слой из противоионов, которые могутвыходить обмениваться ионами с раствором в эквивалентном количестве. Если такимпротивоионом является катион, то такой ионит называется катионитом. Если жеанион – то анионитом.
В энергетике чаще используется катионит КУ-2 (сильнокислотный) иполифункциональный сульфауголь мелкий СМ и крупный СК. В качестве анионитовчаще используются высокоосновный анионит АВ-17 и низкоосновный АН-31.
В зависимости от обменного иона процессы и аппараты получилиследующие навания:
1) Na-катионирование и Na-катионитный фильтр.
2) H-катионирование и H-катионитный фильтр.
3) OH-анионирование и OH-анионитный фильтр.
Na-катионирование применяетсядля умягчения воды фильтрованием ее через слой катионита, содержащего вкачестве обменных ионов ионы натрия. В этом процессе из воды извлекаются ионыкальция и магния, т.е. ионы жесткости, в обмен на эквивалентное количествоионов натрия.
Однако важноотметить, что при таком фильтровании немного возрастает солесодержание воды,вследствие введения ионов натрия.
Ионит имеетсвойство постепенно истощаться. Для восстановления ионита проводят регенерацию.Для регенерации ионита при Na-катионировании используют 5-8% раствор поваренной соли.
При H-катионировании уменьшается общаяжесткость, солесодержание и бикарбонатная щелочность, но фильтрат приобретает кислотность,т.к. все катионы воды заменяются на ион водорода.
По причиневозрастания кислотности H-катионирование как самостоятельный процесс не применяется, априменяется совместно с анионированием.
Анионированиеводы производят для ее химического обессоливания, поэтому на анионитные фильтрывсегда поступает Н-катионированая вода. Чаще всего анионами анионита используютгидроксид ионы, которые вступая в реакцию с ионами водорода образуютмалодиссоциирующие молекулы воды, что повышает pH воды.
РегенерациюН-катионитных фильтров производят 1% раствором H2SO4, а анионитных фильтров 4% раствором NaOH.
Иногдаприменяют схему Н-катионирования с «голодной» регенерацией. В этомслучае происходит разряжение бикарбонатной щелочности без образования кислогофильтрата.
Для предотвращенияобразования кислого фильтрата после Н-катионитного фильтра устанавливаютбуферные самогенерирующие фильтры, загружаемые сульфауглем. Эти фильтры как быувлекают нерегенерируемый слой фильтров с голодной регенерацией, предохраняяфильтрат от проскоков кислоты.
Так жемогут использоваться схемы параллельного H-Na-катионирования ипоследовательного H-Na-катионирования.
ПараллельноеH-Na-катионирование применяютдля обработки воды с высоким солесодержанием и преобладающей величинойкарбонатной жесткости при возмещении больших потерь пара и конденсата. При этомпроисходит перемешивание щелочной воды после Na-катионирования и кислойпосле H-катионирования с частичной нейтрализацией и образованиемсвободной углекислоты. Колебания кислотности H-катионированой воды и изменениящелочности исходной воды приводят к необходимости перераспределения потоковмежду Н- и Na-фильтрами.
ПоследовательноеH-Na-катионирование применяютдля обработки воды с высоким солесодержанием и преобладающей величинойнекарбонатной жесткости. Доля воды, прошедшей через Н-катионитный фильтр,смешивается с остальным количеством воды.
Происходитнейтрализация минеральных кислот Н-катионированой воды бикарбонатами кальция имагния исходной воды, т.е. оставшаяся часть карбонатной жесткости переходит внекарбонатную. По той же причине, что и в схеме параллельного H-Na-катионирования существуетнеобходимость перераспределения потоков.
Приподготовке воды для паровых котлов сверхвысоких и сверхкритических параметровиспользуется схема трехступенчатого химического обессоливания, которая вобязательном порядке предполагает установку предочистки. Выбор схемыионообменной части водоподготовительной установки ведется по трем основнымпараметрам:
Величина продувки котла, %
/>
где Sкв – нормативный сухой остаток котловой воды, мг/кг
Sпв и Sп – сухой остаток питательнойводы и пара, мг/кг
Sов – сухой остаток обработанной воды, мг/кг
β –доля обработанной воды в питательной.
Для котловс давлением до 2,4 МПа и производительностью 10 т/ч и выше размер продувкидопускается не более 10 % при сухом остатке до 500 мг/кг.
Для котловс давлением 4 МПа продувка допускается не более 5% при сухом остатке 250 мг/кг.
1) Содержание углекислоты в паре, мг/кг
/>
где />-эквивалентная масса CO2, мг/ мг-экв
/> –щелочность обработанной воды, мг–экв/кг
/> - доляразложения NaHCO3 в котле (остальноеразлагается в деаэраторе)
/> -доля разложения Na2CO3 в котле.
Приразветвленной сети потребителей данная влеичина не должна превышать 20 мг/кг.При централизованном потреблении пара и обязательном осуществлении вентиляциипаровых объемов пароиспользующей аппаратуры для надежного удаления углекислотыее содержание в паре можно допустить не более 100 мг/кг.
2) Величина относительной щелочности котловой воды, %
В котловойводе протекают следующие реакции:
/>
Т.е.бикарбонатная щелочность обработанной воды переходит в карбонатную, а затем вгидратную. Но относительная щелочность остается неизменной:
/>
Где /> и /> -относительные щелочности котловой и обработанной воды, %
/> -эквивалентная масса NaOH, мг/мг-экв.
Согласноправилам госгортехнадзора относительная щелочность котловой воды при наличиизаклепочных соединений не должна превышать 20%, при наличии вальцовочныхсоединений – 50%. Если все соединения сварные, то данная величина ненормируется.
Такимобразом, по вышеуказанным параметрам выбирают ту схему, которая обеспечиваетнеобходимое качество воды, и в то же время является наиболее выгодной, дешевой.
Врассмотренных схемах используют ионитные фильтры, которые по своемуконструктивному оформлению близки к осветлителям. Бывают параллельно точные,противоточные фильтры, фильтры смешанного действия и др.
5.3 Дегазация воды
Заключительнойстадией технологического процесса приготовления питательной воды являетсядеаэрация. Деаэрация – это процесс удаления из воды растворенных в ней газов, аименно кислорода и диоксида углерода. Удаление газов из воды необходимо дляуменьшения интенсивности коррозии внутренних поверхностей нагрева силовогооборудования.
Известнынесколько способов деаэрации воды: термический, химический, электромагнитный,высокочастотный и ультразвуковой. Наибольшее распространение в паровых иводогрейных котельных получил термический способ.
Растворимостьидеальных газов в воде определяется законом Генри: при постоянной температуре иневысоком давлении растворимость газа в данной жидкости прямопропорциональнапарциальному давлению данного газа над водой.
Превышениетемпературы до температуры насыщения при данном давлении снижает до нуляпарциальные давления газов над водой, а следовательно и растворимость газов вводе снижается до нуля. Вследствие нарушения равновесия в системе происходитвыделение газов из воды (физическая десорбция).
Кроме тогоувеличение температуры воды способствует росту интенсивности диффузии молекулгаза, что облегчает их выход в паровую фазу. На этом и основывается процесстермической деаэрации.
Аппараты, вкоторых осуществляется термическая деаэрация называются термическимидеаэраторами. Нагрев воды в них осуществляется паром. Необходимо, чтобы воданепрерывно контактировала с новыми порциями пара при максимальной площадисоприкосновения. Этим объясняется их конструкция и принцип работы.
Существуетнесколько типов термических деаэраторов, но в паровых котельных применяются восновном смешивающие деаэраторы атмосферного типа низкого избыточного давления.В таком деаэраторе струйки воды движутся вниз навстречу поступающему изпарораспределительной камеры пару, и, соприкасаясь с ним, нагреваются дотемпературы кипения, в результате чего из воды выделяется растворенный в нейвоздух. В ДСА поддерживается давление 0,12 МПа, а вода нагревается до 104 0С,т.е. до температуры кипения при этом давлении. Испарившаяся вода и воздух черезштуцер направляются в теплообменник для подогрева воды, поступающей вдеаэратор. Номинальная производительность таких деаэраторов 25-300 т/ч.
В котельных сводогрейными котлами, где нет пара, используются вакуумные деаэраторы, вкоторых поддерживается давление около 0,03 МПа при температуре кипения около 690С. Такое разрежение создается при помощи водоструйного эжектора.
Деаэраторрасполагается после фильтров, перед питательным насосом.
Причемдеаэратор должен располагаться выше питательного насоса, чтобы создатьантикавитационный запас высоты. При давлении в деаэраторе до 0.12 МПа высотаустановки деаэратора над питательным насосом принимается равной 6 м, при 0.35 МПа – 9 м и при 0.6 МПа – 12 м и более.
Принеобходимости проводится удаление свободной углекислоты методом аэрации, приэтом используют декарбонизатор
5.4 Мембранные методыочистки воды
Ктаким методам относят электродиализ и обратный осмос.
Электродиализводя является своеобразным вариантом классического ионного обмена, разница лишьв том, что ионитный слой заменен ионообменными мембранами, а движущей силой процессаявляется электрическое поле.
Мембраныполучают введением функциональных групп в пленкообразующие смолы. Эти смолынаносят на упрочняющие сетки из нейлона.
Осмос– это самопроизвольный переход растворителя в раствор через специальнуюполупроницаемую мембрану, пропускающую только молекулы растворителя.
Есликакую-либо ячейку разделить полупроницаемой мембраной на 2 камеры и в камерузалить чистой обессоленной водой, а вторую соленой, то будет происходитьсамопроизвольный переход молекул растворителя (воды) в соленую воду. Движущейсилой процесса является разность концентраций воды в правой и левой камерах.Система стремится к равновесию концентраций по обе стороны мембраны. Этотпереход будет происходить до тех пор, пока гидростатическое давление растворителяна мембрану не достигнет определенной величины, называемой осмотическимдавлением.
Затемво второй камере создается давление больше осмотического и осуществляетсяобратный осмос.
6. Общая схема водоподготовительнойустановки
Схемаводоподготовительной установки изображена на рисунке 17.1 в приложении 17.
Сырая вода по трубе (1) поступает в распределитель(2), где она разделяется на 2 потока. Один поступает в подогреватель воды(3), азатем в отстойник (5). Другой поток проходит через вытеснитель коагулянта(4) ивместе с растворенным коагулянтом — в (5). Здесь вода отстаивается, удаляетсячасть механических и коллоидных примесей, а затем поступает в промежуточный бак(6), откуда она насосом (7) подается в механические фильтры (8) дляокончательного осветления. Далее в катионитных фильтрах (9) освобождается отсолей жесткости, после чего подается в деаэраторную колонку (10), гдеосвобождается от растворимых в ней газов, и стекает в питательный бак. Из негопитательными насосами подается в котел.
7. Водоподготовка на ЭПК УРФУ
На оборудовании водоподготовки ЭПК УрФУвнедрены следующие технологии:
1. Применение гравитационно-инерционногогрязевика для доочистки исходной воды от механических примесей. [приложение 18]
2. Умягчение воды для питания паровыхкотлов в противоточных натрий-катионитных фильтрах. [приложение 19]
3. Обработка исходной воды реагентомСК-110.
Уделим этим технологиям особое внимание.
Грязевик инерционно-гравитационный предназначен дляэффективной очистки различных технологических потоков воды от механическихпримесей, взвешенных и всплывающих веществ без использования фильтрующихматериалов, сеток и сменных элементов.
Установка грязевика на обратной линии теплосети позволяетрезко увеличить продолжительность межремонтного цикла, снизить количествохимических очисток котлов, уменьшить расход электроэнергии на перекачкутеплоносителя через котлы и увеличить коэффициент теплопередачи. Также имеетсябольшой положительный опыт эксплуатации грязевика на ЦТП, внутридомовыхсистемах отопления, технологических водооборотных циклах промышленныхпроизводств, оборотного водоснабжения.
Грязевик инерционно-гравитационный представляет собойнапорный вертикальный цилиндрический аппарат (см. рис. 18.1 приложение 18),состоящий из цилиндрического корпуса с эллиптическим или конусообразным верхними нижним днищами. В корпус вварен люк-лаз для осмотра и ремонта грязевика. Вверхнее днище вмонтирован трубопровод для подвода воды на очистку и воздушникдля удаления воздушной подушки. В нижнее днище равномерно по периметру ввареныпатрубки с кранами для периодического удаления задержанных примесей. Внутрикорпуса грязевика жестко смонтирован трубопровод для отвода очищенной воды. Натрубопроводе имеются несколько перфорированных участков, которые закрыты коническимикозырьками. Суммарная площадь прорезей каждого участка рассчитывается такимобразом, чтобы получить максимальный эффект улавливания загрязнений. Аналогичнорассчитывается величина зазора между коническими козырьками и цилиндрическимкорпусом. Под нижним козырьком внутри цилиндрического корпуса смонтированаконическая тарелка для создания застойной зоны в нижней части корпуса, чтобыисключить взмучивание осадка потоком воды при переменной гидравлическойнагрузке. Для удаления всплывающих загрязнений, таких как нефтепродукты, щепу,листву микробиологический шлам в конструкции аппарата может быть предусмотренаверхняя застойная камера и дополнительные верхние дренажи. Также, ГИГ можетбыть оборудован системой автоматики, которая включает в себя электромеханическиезадвижки на дренажные патрубки и электронное реле времени.
Принцип действия грязевика основан на сочетании двухпроцессов: инерции и гравитации. Обрабатываемая вода по трубопроводу подается вкорпус грязевика, попадает на отбойный конус и плавно растекается попоперечному сечению. Плавно обтекая верхний конический козырек, вода теряетскорость и совершает поворот на 180 градусов и через перфорированный участокпопадает в трубопровод. Остальная часть потока воды последовательно, резкоменяя направление движения и теряя скорость, также попадает в трубопровод черезостальные перфорированные участки, а очищенная вода отводится к потребителю.Пространство между образующими конических козырьков и центральной трубойобеспечивает плавный режим движения среды, в результате чего осуществляетсявысокая степень очистки воды. Осевшие в нижней части грязевика примесипериодически удаляются путем открытия кранов на патрубках. При работе грязевикаотделение загрязнений происходит в результате сочетания двух процессовгравитации: естественной и за счет принудительного движения потока воды сверхувниз от I до последнего перфорированных участков, и двух процессов инерции: засчет резкого снижения скорости потока воды и за счет резкого изменениянаправления движения. Комбинирование процессов инерции и гравитации позволилозначительно увеличить степень очистки воды от механических примесей посравнению с существующими стандартными грязевиками и получить существенныйэкономический эффект от внедрения данного аппарата.
Достоинства грязевика:
1. Простота конструкции и эксплуатации.
2. Отсутствие фильтрующих материалов, сеток и сменныхэлементов.
3. Высокая степень очистки от механических примесей,взвешенных и всплывающих веществ.
4. Широкая область применения.
5. Отсутствие загрязнения окружающей среды.
6. Малое гидравлическое сопротивление.
7. Невысокая стоимость.
8. Простота в обслуживании.
9. Конструкция грязевика позволяет решить глобальнуюпроблему промывки любых трубопроводов от загрязнений с использованием максимальныхскоростей промывки и минимальным сбросом самой загрязненной части промывочнойводы.
10. Обеспечение надежной защиты насосов при попаданиипосторонних предметов в потоки воды.
Na-катионитовая установка состоит из бака диаметром 700 – 3400 мм, в котором размещают катионит; бака для сбора отмывных вод предыдущей регенерации,используемых при взрыхлении; солерастворителя, представляющего собой небольшойбак с двумя люками, служащими для приготовления соляного раствора; наружныхтрубопроводов и арматуры. В верхнем днище фильтра укреплены отбойный лист иразбрызгивающее устройство для равномерного распределения воды, поступающей врезервуар, и главным образом для раствора поваренной соли или другогорегенерирующего раствора в фильтре по всей площади его поперечного сечения.
Материалы,обладающие свойством обменивать катионы, называются катионитами. Маркикатионитов: сульфоуголь 1-го сорта (крупный СК-1 и мелкий СМ--1), катионитыКУ-1, КУ-2-8, КБ-4-П2.
Улюбого фильтра два периода роботы: непосредственно рабочий (фильтроцикл) ипериод остановки на регенерацию. Когда происходит проскок ионов жесткости (для Na-катионитных фильтров) вфильтрат, фильтр отключается на регенерацию. Регенерацию истощенного Na-катионитного фильтрапроводят 5 – 8 %-м раствором NaCl.
Приодноступенчатом Na-катионировании в промышленных условиях требуемую по ПТЭ жесткостьводы практически невозможно обеспечить даже при большом расходе соли нарегенерацию. Для устранения проблемы устанавливают вторую ступень Na-катионирования, такназываемый барьерный фильтр, облегчающий обслуживание схемы. Противоточный Na-катионитный фильтрзаменяет двухступенчатое Na-катионирование. При этом в 1.5 – 2 разапозволяет уменьшить расход соли на регенерацию. При ограниченном расходе соли на регенерациюлучше будут отрегенерированы те участки слоя ионита, которые встречаются сосвежим раствором. Качество фильтрата определяется степенью регенерации техучастков слоя ионита, с которыми вода соприкасалась в момент выхода из слоя.
Послепроскока ионов жесткости в фильтрат их концентрация быстро возрастает. Этовызывает необходимость тщательного контроля за проскоком ионов жесткости. Дляустранения этих недостатков устанавливают вторую ступень Na-катионирования, такназываемый барьерный фильтр, облегчающий обслуживание схемы ионирования.Противоточный Na-катионитный фильтр заменяет двухступенчатое Na-катионирование. При этомв 1.5 – 2 раза позволяет уменьшить расход соли на регенерацию.
Реагент-антинакипин СК-110 – это композиционный реагент,включающий органические фосфонаты, сдерживающие кристаллообразование, идиспергаторы на основе акриловых полимеров.
Реагент СК-110 производится с 1996 года иявляется основным составом. Главной составляющей композиции СК-110 являютсянатриевые соли оксиэтилидендифосфоновой кислоты.
Реагент СК-110 выпускается по ТУ245830-33912561-97.
Выпускается в форме прозрачная жидкостьбез сгустков и механических включений, водный раствор.
Реагент СК-110 предназначен длястабилизационной обработки воды, используемой в системах водоснабжения,теплоснабжения и горячего водоснабжения, для предотвращения солевых отложений иразрушения уже образовавшейся накипи. Реагент СК-110 предназначен для вод свысокими показателями жесткости.
Продукт направленно воздействует на катионы,содержащиеся в воде, связывая их в устойчивые комплексы, что препятствуетобразованию накипи. Также данный продукт эффективен в водах с высокимсодержанием растворенного железа.
Добавляется в воду перед насосом сыройводы.
Заключение
Итак, для безаварийной и экономичнойработы котельных установок большое значение имеет качество воды, которойпитаются котлы.
Выбор схемы водоподготовки и оборудованиязависят от многих параметров. Правильно обработанная вода обеспечитэффективность и долговечность оборудования.