Химическая обработка воды для подпитки теплосети
СОДЕРЖАНИЕ: Рассмотрение значения качественных характеристик воды для обеспечения безаварийной и экономичной работы котельных установок. Принципы выбора эффективных схем, необходимого оборудования и реагентов для грязеотделения, фильтрации и химического смягчения.Химическая обработка 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 теплоносителем является вода и образующийся из нее пар.
Содержащиеся в воде примеси, попадающие в паровой котел с питательной водой, а в водогрейный – с сетевой, образуют на поверхности теплообмена низкотеплопроводные отложения и накипь, которые теплоизолируют поверхность изнутри, а так же вызывают коррозию. Процессы коррозии в свою очередь являются дополнительным источником поступления примесей в воду.
В результате растет термическое сопротивление стенки, снижается теплопередача, а, следовательно, повышается температура уходящих газов, что ведет к уменьшению КПД котла и перерасходу топлива. При чрезмерных повышениях температуры металла труб уменьшается их прочность, вплоть до создания аварийной ситуации.
При низких и средних давлениях в барабанных котлах примеси попадают в пар только вследствие уноса капелек котловой воды, т. е. если недостаточно эффективна осушка аппарата. При высоких давлениях примеси начинают растворяться в паре и тем интенсивнее, чем выше давление, и, в первую очередь, кремниевая кислота.
Поэтому с ростом давления значительно повышаются требования к качеству питательной и добавочной воды. Требования к надежности водного режима сформулированы в виде норм водного режима в правилах технической эксплуатации электрических станций и сетей (ПТЭ) и в правилах устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов.
Наличие отложений вызывает необходимость очистки оборудования, а это трудоемкая и дорогостоящая операция. Таким образом, обработка воды является необходимым атрибутом любой котельной. Чистота воды и пара в отдельных агрегатах и частях трактов котельной, объединяемая общим понятием водного режима котельной, оказывает существенное влияние на экономичность и надежность ее работы.
1. Задачи химводоподготовки котельной
Экономичная и безупречная работа оборудования котельной обеспечивается введением рационального водно-химического режима (ВХР), который заключается:
1) в предупреждении образования отложений примесей воды на внутренних поверхностях нагрева
2) в сведении к минимуму коррозии метала энергетического оборудования
3) получении чистого пара
Для решения этих задач необходимо:
1) обеспечить нормы качества питательной воды паровых котлов путем подготовки добавочной воды и очистки конденсата
2) обеспечить нормы качества сетевой воды водогрейных котлов путем подготовки питательной воды и очистки сетевой
3) производить корректировку ВХР
4) оснастить котел устройствами для обеспечения требуемого качества котловой воды и пара и его режима.
Требования к ВХР сформулированы в Правилах технической эксплуатации (ПТЭ).
2. Примеси природных вод
Содержащиеся в воде примеси различают:
А) по степени дисперсности:
· Истинорастворимые – в виде отдельных ионов, молекул и их небольших агломератов размером d1нм.
· Колоиднодисперсные – агломераты молекул от 1 до 100 нм. Они не выделяются из воды под действием сил тяжести.
· Грубодисперсные – агломераты размером более 100 нм. С течением времени ГДП всплывают на поверхность или выпадают в осадок.
Б) по химическому составу:
1) минеральные, которые делятся в свою очередь на:
· Растворимые в воде газы (О2 , N2 , CO2 ), которые образуются в результате распада органических веществ.
· Соли, кислоты, основания, находящиеся в дисоциированном состоянии, т.е. в виде отдельных ионов.
2) органические – попадают в воду из почвы и с бытовыми стоками. Такие примеси объединяют под общим названием – гумусовые, а их кислоты и соли называют соответственно гуминовыми и гуматами. Являются главной причиной ухудшения органических свойств воды (появляются запахи, привкусы).
Природные воды в основном содержат катионы Ca2+ , Mg2+ , Na2+ и анионы SO4 2- , Cl- , HCO3 - , в меньшей степени Fe2+ и HSiO3 - , NO2 - , NO3 2- .
Для удаления примесей существует множество различных технологических процессов. Во многом 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
Показатели качества исходной воды делятся на физико-химические и технические. К физико-химическим показателям относятся:
1) Концентрация ГДП (СГДП )
Определяют фильтрованием пробы через бумажный фильтр с последующим его высушиванием до постоянной массы. Выражают в мг/кг.
На практике, для определения концентрации ГДП как правило определяют прозрачность с помощью цилиндра Снеллена. При СГДП 3мг/кг определяют мутность воды, сравнивая пробу с соответствующей пробой мутности (мутнометр).
2) Концентрация истинорастворимых примесей.
Ионный состав воды определяют, измеряя концентрацию отдельных видов ионов, методами химанализа или с помощью специальных приборов. Выражают в мг-экв/кг или мг/кг.
Суммарная концентрация всех ионов воды показывает общее солесодержание (минерализацию) воды.
3) Удельная электропроводимость растворов.
Указывает на суммарную концентрацию в них ионно-генных примесей, зависит от типа электролита и степени его диссоциации. Измеряют кондуктометром. Удельная электропроводимость незаменима, когда необходимо измерить малое солесодержание, которое трудно определить обычными способами.
4) Показатель концентрации водородных ионов pH
Определяется в природной воде характером и концентрацией примесей в воде.
Нейтральная среда при t=22о С pH=7
Щелочная среда pH7
Кислая среда pH7.
5) Концентрация коррозионно-активных газов.
Зависит от природы газа, его парциального давления, температуры воды, солесодержания воды, уровня pH.
К техническим показателям в свою очередь относятся:
1) Сухой остаток (S)
Измеряется в мг/кг. Определяют упариванием пробы профильтрованной воды с последующим высушиванием остатка при температуре 105 110 о С до постоянной массы. По сухому остатку оценивают солесодержание воды.
2) Щелочность воды (Що )
Общей щелочностью воды называется суммарная концентрация гидроксид ионов (OH- ) и анионов слабых кислот (HCO3 - , СО3 2- , HSiO3 - ) и некоторых гуматов, которые гидролизуясь дают щелочную среду. В зависимости от аниона различают гидратную, бикарбонатную и карбонатную щелочность. В природных водах преобладает бикарбонатная щелочность.
3) Жесткость воды (Жо )
Это суммарная концентрация содержащихся в воде катионов кальция и магния. Жесткость в зависимости от катиона делится на кальциевую и магниевую. Также жесткость делится на карбонатную и некарбонатную. Карбонатная жесткость обусловлена наличием в воде бикарбонатов кальция и магния, т.к. они труднорастворимы в воде. Остальные растворимые в воде соли кальция и магния обуславливают некарбонатную жесткость.
Жесткость воды наиболее важный показатель ее качества, т.к. является причиной отложений на теплопроводящих поверхностях. Удаление из воды ионов жесткости называется умягчением воды.
4) Окисляемость воды.
Косвенным путем характеризует концентрацию органических веществ в воде. Измеряется в мг О2 /кг.
5) Кремнесодержание воды (
)
Условно выражает все многообразие кремниевых кислот в воде.
4. Требования к качеству обработанной воды
Согласно главе 10 Водоподготовка и водно-химический режим СНиП II-35-76 Котельные установки водно-химический режим работы котельной должен обеспечивать работу котлов, пароводяного тракта, теплоиспользующего оборудования и тепловых сетей без коррозионных повреждений и отложений накипи и шлама на внутренних поверхностях, получение пара и воды требуемого качества.
Технологию обработки воды следует выбирать в зависимости от требований к качеству пара, питательной и котловой воды, воды для систем теплоснабжения и горячего водоснабжения, количества и качества сбрасываемых стоков, а также от качества исходной воды.
Показатели качества исходной воды для питания паровых котлов, производственных потребителей и подпитки тепловых сетей закрытых систем теплоснабжения необходимо выбирать на основании анализов, выполненных в соответствии с ГОСТ 2761—57* Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Правила выбора и оценки качества.
Вода для подпитки тепловых сетей открытых систем теплоснабжения и систем горячего водоснабжения должна отвечать ГОСТ 2874—73 Вода питьевая.
Санитарную обработку исходной воды для систем горячего водоснабжения в проектах котельных предусматривать не допускается.
Показатели качества пара и питательной воды паровых котлов должны соответствовать ГОСТ 20995—75 Котлы паровые стационарные давлением до 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 удовлетворять требованиям норм и правил по проектированию тепловых сетей, а также требованиям инструкций заводов изготовителей по эксплуатации водогрейных котлов.
Требования к качеству котловой (продувочной) воды паровых котлов по общему солесодержанию (сухому остатку) следует принимать по данным заводов — изготовителей котлов.
Допускаемую величину относительной щелочности котловой воды паровых котлов следует устанавливать в соответствии с Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов, утвержденными Госгортехнадзором СССР.
Величину щелочности котловой воды по фенолфталеину в чистом отсеке котлов со ступенчатым испарением и в котлах без ступенчатого испарения следует принимать 50 мкг-экв/л при конденсатно-дистиллятном питании и 500 мкг-экв/л—при питании котлов с добавкой умягченной воды.
Наибольшее значение щелочности котловой воды не нормируется.
Таким образом, качество воды для подпитки тепловых сетей должно удовлетворять следующим нормам:
Содержание свободной угольной кислоты 0
Значение pH для систем теплоснабжения:
- открытых 8.3 – 9.0*
- закрытых 8.3 – 9.5*
Содержание растворенного кислорода, мкг/дм3 , не более 50
Количество взвешенных веществ, мг/дм3 , не более 5
Содержание нефтепродуктов, мг/дм3 , не более 1
Общая жесткость 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 от интенсивности коррозионных явлений в оборудовании и трубопроводах систем теплоснабжения. Для закрытых систем теплоснабжения с разрешения АО – энерго верхний предел значения pH допускается не более 10.5 при одновременном уменьшении значения карбонатного индекса до 0.1 (мг- экв / дм3 )2 , нижний предел может корректироваться в зависимости от коррозионных явлений в оборудовании и трубопроводах систем теплоснабжения.
Нормирование содержания свободной углекислоты и растворенного кислорода в подписочной воде необходимо для предотвращения коррозии оборудования тепловых сетей и образования отложения продуктов коррозии на внутренней поверхности нагрева подогревателей, водогрейных котлов, в трубопроводах и отопительных приборах.
В подпиточной воде нормируется также содержание нефтепродуктов, так как присутствие в воде этих веществ приводит к интенсификации накипеобразования, особенно в сетевых подогревателях и водогрейных котлах, затрудняет борьбу со шламообразованием.
Показатели качества 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 |
Показатели качества водотрубных котлов не должны превышать:
5. Процесс обработки воды
Многообразие примесей в природной воде приводит к тому, что подготовка воды осуществляется в несколько этапов.
На первом этапе (предочистка) из воды удаляют ГДП и коллоидные примеси. При необходимости понижается бикарбонатная щелочность, карбонатная жесткость и кремнесодержание.
На последних этапах производят очистку воды от истинорастворимых примесей.
5.1 Предварительная очистка
Как уже говорилось ранее ГДП, ввиду крупных агломератов молекул, всплывают на поверхность или выпадают в осадок. Удаляются из воды отстаиванием.
Коллоидные примеси, в отличие от ГДП, не отстаиваются, поэтому для их удаления применяется коагуляция.
Коагуляция – это физико-химический процесс слипания коллоидных частиц, т.е. образование грубодисперсных макро-фаз с последующим удалением из воды.
В растворе, вокруг коллоидной частицы образуется двойной электрический слой, состоящий из потенциалообразующих ионов и противо ионов. Такой комплекс электронейтрален, но при движении частица увлекает за собой только часть противо ионов, что приводит к появлению электрокинетического потенциала между частицей и раствором. Таким образом, частицей приобретается заряд.
Для коагуляции в теплоэнергетике к коллоидному раствору добавляется раствор с противоположно заряженными частицами. Как правило, коллоидные растворы природных вод характеризуются отрицательным зарядом. Поэтому для коагуляции используются коллоидные растворы, имеющие положительный заряд. В качестве коагулянтов могут использоваться растворы, образованные труднорастворимыми гидроксидами металлов, но для удешевления процесса применяют технические продукты – коагуляторы (глинозем, купорос), из которых коагулянты образуются в процессе гидролиза.
Для интенсификации процесса может вводиться флакулянт, который укрупняет образующиеся при коагуляции хлопья, а также подогрев воды до 25-30 о С.
Предварительную очистку на водоподготовительной установке ведут при совмещении в одном аппарате, называемом осветлителем, процессов коагуляции и отстаивания воды, а при необходимости добавляют известкование и магнезиальное обескремниевание.
Процесс содоизвесткования заключается в добавлении к воде гашеной извести, в результате чего понижается бикарбонатная щелочность и карбонатная жесткость. Этот процесс объясняют следующие реакции:
При избытке извести осаждаются ионы магния:
При этом магниевая жесткость переходить в кальциевую.
Для вод с повышенной некарбонатной жесткостью проводят умягчение воды содой.
Эффект аналогичный содоизвесткованию можно достичь добавлением гидроксида натрия, но это экономически дороже.
Магнезиальное обескремниевание воды осуществляется путем добавления магнезита в порошкообразном состоянии, который в результате частичной диссоциации образует комплексный ион, который с анионами кремниевой кислоты дает менее растворимое соединение, чем исходные силикаты и позволяет выводить их.
Вода тангенциально поступает в осветлитель, поток закручивается. Вводятся коагуляторы и при необходимости известковое молоко. В процессе перемешивания в смесителе реагенты взаимодействуют с примесями воды и образуются грубодисперсные макро-фазы. Продукты коагуляции, выделяющиеся в виде хлопьев, поддерживаются восходящим потоком воды во взвешенном состоянии, образуя так называемую зону взвешенного слоя.
Основным преимуществом взвешенного слоя является то, что он работает на подобии фильтрующей загрузки, извлекая из воды, протекающей сквозь него мелкодисперсные примеси в результате адгезионных (действие межмолекулярных сил притяжения) и адсорбционных (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 непрерывно выводится из слоя по шламоотводящим трубам в шламоуплотнитель. Уплотненный шлам выводится из нижней части шламоуплотнителя путем непрерывной продувки. Крупные частицы коагуляции, попадающие с исходной водой, осаждаются в нижней части смесителя и по мере накопления выводятся путем периодической продувки.
Важно отметить, что даже при хорошо налаженной работе осветлителя концентрация ГДП после них может достигать до 10 мг/кг. Поэтому применяют доосветление воды, путем ее фильтрования через слой пористой среды. Такое фильтрование может быть поверхностным (пленочным) либо объемным (адгезионным). В первом случае диаметр пор 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 внутри него.
Для этого процесса используют осветлительные (механические) фильтры.
5.2 Обработка воды методом ионного обмена
Вода, прошедшая предочистку практически не содержит ГДП (менее 1 мг/кг) и в значительной степени свободна от коллоидных примесей. Для удаления из воды истинорастворимых примесей применяют ионный обмен, дегазацию, а также термический и мембранный методы в сочетании с ионным обменом.
Обработка воды методом ионного обмена основана на способности некоторых практически нерастворимых в воде веществ, называемых ионообменными материалами 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 специальные функциональные группы. При помещении ионита в раствор функциональные группы либо адсорбируют из раствора, либо отдают в раствор в результате диссоциации ионы одного знака заряда и, тем самым, приобретают заряд. Вследствие этого вокруг частицы образуется диффузионный слой из противоионов, которые могут выходить обмениваться ионами с раствором в эквивалентном количестве. Если таким противоионом является катион, то такой ионит называется катионитом. Если же анион – то анионитом.
В энергетике чаще используется катионит КУ-2 (сильнокислотный) и полифункциональный сульфауголь мелкий СМ и крупный СК. В качестве анионитов чаще используются высокоосновный анионит АВ-17 и низкоосновный АН-31.
В зависимости от обменного иона процессы и аппараты получили следующие навания:
1) Na-катионирование и Na-катионитный фильтр.
2) H-катионирование и H-катионитный фильтр.
3) OH-анионирование и OH-анионитный фильтр.
Na-катионирование применяется для умягчения воды фильтрованием ее через слой катионита, содержащего в качестве обменных ионов ионы натрия. В этом процессе из воды извлекаются ионы кальция и магния, т.е. ионы жесткости, в обмен на эквивалентное количество ионов натрия.
Однако важно отметить, что при таком фильтровании немного возрастает солесодержание воды, вследствие введения ионов натрия.
Ионит имеет свойство постепенно истощаться. Для восстановления ионита проводят регенерацию. Для регенерации ионита при Na-катионировании используют 5-8% раствор поваренной соли.
При H-катионировании уменьшается общая жесткость, солесодержание и бикарбонатная щелочность, но фильтрат приобретает кислотность, т.к. все катионы воды заменяются на ион водорода.
По причине возрастания кислотности H-катионирование как самостоятельный процесс не применяется, а применяется совместно с анионированием.
Анионирование воды производят для ее химического обессоливания, поэтому на анионитные фильтры всегда поступает Н-катионированая вода. Чаще всего анионами анионита используют гидроксид ионы, которые вступая в реакцию с ионами водорода образуют малодиссоциирующие молекулы воды, что повышает pH воды.
Регенерацию Н-катионитных фильтров производят 1% раствором H2 SO4 , а анионитных фильтров 4% раствором NaOH.
Иногда применяют схему Н-катионирования с голодной регенерацией. В этом случае происходит разряжение бикарбонатной щелочности без образования кислого фильтрата.
Для предотвращения образования кислого фильтрата после Н-катионитного фильтра устанавливают буферные самогенерирующие фильтры, загружаемые сульфауглем. Эти фильтры как бы увлекают нерегенерируемый слой фильтров с голодной регенерацией, предохраняя фильтрат от проскоков кислоты.
Так же могут использоваться схемы параллельного H-Na-катионирования и последовательного H-Na-катионирования.
Параллельное H-Na-катионирование применяют для обработки воды с высоким солесодержанием и преобладающей величиной карбонатной жесткости при возмещении больших потерь пара и конденсата. При этом происходит перемешивание щелочной воды после Na-катионирования и кислой после H-катионирования с частичной нейтрализацией и образованием свободной углекислоты. Колебания кислотности H-катионированой воды и изменения щелочности исходной воды приводят к необходимости перераспределения потоков между Н- и Na-фильтрами.
Последовательное H-Na-катионирование применяют для обработки воды с высоким солесодержанием и преобладающей величиной некарбонатной жесткости. Доля воды, прошедшей через Н-катионитный фильтр, смешивается с остальным количеством воды.
Происходит нейтрализация минеральных кислот Н-катионированой воды бикарбонатами кальция и магния исходной воды, т.е. оставшаяся часть карбонатной жесткости переходит в некарбонатную. По той же причине, что и в схеме параллельного H-Na-катионирования существует необходимость перераспределения потоков.
При подготовке воды для паровых котлов сверхвысоких и сверхкритических параметров используется схема трехступенчатого химического обессоливания, которая в обязательном порядке предполагает установку предочистки. Выбор схемы ионообменной части водоподготовительной установки ведется по трем основным параметрам:
Величина продувки котла, %
где Sкв – нормативный сухой остаток котловой воды, мг/кг
Sпв и Sп – сухой остаток питательной воды и пара, мг/кг
Sов – сухой остаток обработанной воды, мг/кг
– доля обработанной воды в питательной.
Для котлов с давлением до 2,4 МПа и производительностью 10 т/ч и выше размер продувки допускается не более 10 % при сухом остатке до 500 мг/кг.
Для котлов с 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
- доля разложения NaHCO3
в котле (остальное разлагается в деаэраторе)
- доля разложения Na2
CO3
в котле.
При разветвленной сети потребителей данная влеичина не должна превышать 20 мг/кг. При централизованном потреблении пара и обязательном осуществлении вентиляции паровых объемов пароиспользующей аппаратуры для надежного удаления углекислоты ее содержание в паре можно допустить не более 100 мг/кг.
2) Величина относительной щелочности котловой воды, %
В котловой воде протекают следующие реакции:
Т.е. бикарбонатная щелочность обработанной воды переходит в карбонатную, а затем в гидратную. Но относительная щелочность остается неизменной:
Где 
и 
- относительные щелочности котловой и обработанной воды, %
- эквивалентная масса NaOH, мг/мг-экв.
Согласно правилам госгортехнадзора относительная щелочность котловой воды при наличии заклепочных соединений не должна превышать 20%, при наличии вальцовочных соединений – 50%. Если все соединения сварные, то данная величина не нормируется.
Таким образом, по вышеуказанным параметрам выбирают ту схему, которая обеспечивает необходимое качество воды, и в то же время является наиболее выгодной, дешевой.
В рассмотренных схемах используют ионитные фильтры, которые по своему конструктивному оформлению близки к осветлителям. Бывают параллельно точные, противоточные фильтры, фильтры смешанного действия и др.
5.3 Дегазация воды
Заключительной стадией технологического процесса приготовления питательной воды является деаэрация. Деаэрация – это процесс удаления из воды растворенных в ней газов, а именно кислорода и диоксида углерода. Удаление газов из воды необходимо для уменьшения интенсивности коррозии внутренних поверхностей нагрева силового оборудования.
Известны несколько способов деаэрации воды: термический, химический, электромагнитный, высокочастотный и ультразвуковой. Наибольшее распространение в паровых и водогрейных котельных получил термический способ.
Растворимость идеальных газов в воде определяется законом Генри: при постоянной температуре и невысоком давлении растворимость газа в данной жидкости прямопропорциональна парциальному давлению данного газа над водой.
Превышение температуры до температуры насыщения при данном давлении снижает до нуля парциальные давления газов над водой, а следовательно и растворимость газов в воде снижается до нуля. Вследствие нарушения равновесия в системе происходит выделение газов из воды (физическая десорбция).
Кроме того увеличение температуры воды способствует росту интенсивности диффузии молекул газа, что облегчает их выход в паровую фазу. На этом и основывается процесс термической деаэрации.
Аппараты, в которых осуществляется термическая деаэрация называются термическими деаэраторами. Нагрев воды в них осуществляется паром. Необходимо, чтобы вода непрерывно контактировала с новыми порциями пара при максимальной площади соприкосновения. Этим объясняется их конструкция и принцип работы.
Существует несколько типов термических деаэраторов, но в паровых котельных применяются в основном смешивающие деаэраторы атмосферного типа низкого избыточного давления. В таком деаэраторе струйки воды движутся вниз навстречу поступающему из парораспределительной камеры пару, и, соприкасаясь с ним, нагреваются до температуры кипения, в результате чего из воды выделяется растворенный в ней воздух. В ДСА поддерживается давление 0,12 МПа, а вода нагревается до 104 0 С, т.е. до температуры кипения при этом давлении. Испарившаяся вода и воздух через штуцер направляются в теплообменник для подогрева воды, поступающей в деаэратор. Номинальная производительность таких деаэраторов 25-300 т/ч.
В котельных с водогрейными котлами, где нет пара, используются вакуумные деаэраторы, в которых поддерживается давление около 0,03 МПа при температуре кипения около 69 0 С. Такое разрежение создается при помощи водоструйного эжектора.
Деаэратор располагается после фильтров, перед питательным насосом.
Причем деаэратор должен располагаться выше питательного насоса, чтобы создать антикавитационный запас высоты. При давлении в деаэраторе до 0.12 МПа высота установки деаэратора над питательным насосом принимается равной 6 м, при 0.35 МПа – 9 м и при 0.6 МПа – 12 м и более.
При необходимости проводится удаление свободной углекислоты методом аэрации, при этом используют декарбонизатор
5.4 Мембранные методы очистки воды
К таким методам относят электродиализ и обратный осмос.
Электродиализ водя является своеобразным вариантом классического ионного обмена, разница лишь в том, что ионитный слой заменен ионообменными мембранами, а движущей силой процесса является электрическое поле.
Мембраны получают введением функциональных групп в пленкообразующие смолы. Эти смолы наносят на упрочняющие сетки из нейлона.
Осмос – это самопроизвольный переход растворителя в раствор через специальную полупроницаемую мембрану, пропускающую только молекулы растворителя.
Если какую-либо ячейку разделить полупроницаемой мембраной на 2 камеры и в камеру залить чистой обессоленной водой, а вторую соленой, то будет происходить самопроизвольный переход молекул растворителя (воды) в соленую воду. Движущей силой процесса является разность концентраций воды в правой и левой камерах. Система стремится к равновесию концентраций по обе стороны мембраны. Этот переход будет происходить до тех пор, пока гидростатическое давление растворителя на мембрану не достигнет определенной величины, называемой осмотическим давлением.
Затем во второй камере создается давление больше осмотического и осуществляется обратный осмос.
6. Общая схема водоподготовительной установки
Схема водоподготовительной 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), а затем в отстойник (5). Другой поток проходит через вытеснитель коагулянта(4) и вместе с растворенным коагулянтом - в (5). Здесь вода отстаивается, удаляется часть механических и коллоидных примесей, а затем поступает в промежуточный бак (6), откуда она насосом (7) подается в механические фильтры (8) для окончательного осветления. Далее в катионитных фильтрах (9) освобождается от солей жесткости, после чего подается в деаэраторную колонку (10), где освобождается от растворимых в ней газов, и стекает в питательный бак. Из него питательными насосами подается в котел.
7. Водоподготовка на ЭПК УРФУ
На оборудовании водоподготовки ЭПК УрФУ внедрены следующие технологии:
1. Применение гравитационно-инерционного грязевика для доочистки исходной воды от механических примесей. [приложение 18]
2. Умягчение воды для питания паровых котлов в противоточных натрий-катионитных фильтрах. [приложение 19]
3. Обработка исходной воды реагентом СК-110.
Уделим этим технологиям особое внимание.
Грязевик инерционно-гравитационный предназначен для эффективной очистки различных технологических потоков воды от механических примесей, взвешенных и всплывающих веществ без использования фильтрующих материалов, сеток и сменных элементов.
Установка грязевика на обратной линии теплосети позволяет резко увеличить продолжительность межремонтного цикла, снизить количество химических очисток котлов, уменьшить расход электроэнергии на перекачку теплоносителя через котлы и увеличить коэффициент теплопередачи. Также имеется большой положительный опыт эксплуатации грязевика на ЦТП, внутридомовых системах отопления, технологических водооборотных циклах промышленных производств, оборотного водоснабжения.
Грязевик инерционно-гравитационный представляет собой напорный вертикальный цилиндрический аппарат (см. рис. 18.1 приложение 18), состоящий из цилиндрического корпуса с эллиптическим или конусообразным верхним и нижним днищами. В корпус вварен люк-лаз для осмотра и ремонта грязевика. В верхнее днище вмонтирован трубопровод для подвода воды на очистку и воздушник для удаления воздушной подушки. В нижнее днище равномерно по периметру вварены патрубки с кранами для периодического удаления задержанных примесей. Внутри корпуса грязевика жестко смонтирован трубопровод для отвода очищенной воды. На трубопроводе имеются несколько перфорированных участков, которые закрыты коническими козырьками. Суммарная площадь прорезей каждого участка рассчитывается таким образом, чтобы получить максимальный эффект улавливания загрязнений. Аналогично рассчитывается величина зазора между коническими козырьками и цилиндрическим корпусом. Под нижним козырьком внутри цилиндрического корпуса смонтирована коническая тарелка для создания застойной зоны в нижней части корпуса, чтобы исключить взмучивание осадка потоком воды при переменной гидравлической нагрузке. Для удаления всплывающих загрязнений, таких как нефтепродукты, щепу, листву микробиологический шлам в конструкции аппарата может быть предусмотрена верхняя застойная камера и дополнительные верхние дренажи. Также, ГИГ может быть оборудован системой автоматики, которая включает в себя электромеханические задвижки на дренажные патрубки и электронное реле времени.
Принцип действия грязевика основан на сочетании двух процессов: инерции и гравитации. Обрабатываемая вода по трубопроводу подается в корпус грязевика, попадает на отбойный конус и плавно растекается по поперечному сечению. Плавно обтекая верхний конический козырек, вода теряет скорость и совершает поворот на 180 градусов и через перфорированный участок попадает в трубопровод. Остальная часть потока воды последовательно, резко меняя направление движения и теряя скорость, также попадает в трубопровод через остальные перфорированные участки, а очищенная вода отводится к потребителю. Пространство между образующими конических козырьков и центральной трубой обеспечивает плавный режим движения среды, в результате чего осуществляется высокая степень очистки воды. Осевшие в нижней части грязевика примеси периодически удаляются путем открытия кранов на патрубках. При работе грязевика отделение загрязнений происходит в результате сочетания двух процессов гравитации: естественной и за счет принудительного движения потока воды сверху вниз от I до последнего перфорированных участков, и двух процессов инерции: за счет резкого снижения скорости потока воды и за счет резкого изменения направления движения. Комбинирование процессов инерции и гравитации позволило значительно увеличить степень очистки воды от механических примесей по сравнению с существующими стандартными грязевиками и получить существенный экономический эффект от внедрения данного аппарата.
Достоинства грязевика:
1. Простота конструкции и эксплуатации.
2. Отсутствие фильтрующих материалов, сеток и сменных элементов.
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 глобальную проблему промывки любых трубопроводов от загрязнений с использованием максимальных скоростей промывки и минимальным сбросом самой загрязненной части промывочной воды.
10. Обеспечение надежной защиты насосов при попадании посторонних 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 небольшой бак с двумя люками, служащими для приготовления соляного раствора; наружных трубопроводов и арматуры. В верхнем днище фильтра укреплены отбойный лист и разбрызгивающее устройство для равномерного распределения воды, поступающей в резервуар, и главным образом для раствора поваренной соли или другого регенерирующего раствора в фильтре по всей площади его поперечного сечения.
Материалы, обладающие свойством обменивать катионы, называются катионитами. Марки катионитов: сульфоуголь 1-го сорта (крупный СК-1 и мелкий СМ--1), катиониты КУ-1, КУ-2-8, КБ-4-П2.
У любого фильтра два периода роботы: непосредственно рабочий (фильтроцикл) и период остановки на регенерацию. Когда происходит проскок ионов жесткости (для Na-катионитных фильтров) в фильтрат, фильтр отключается на регенерацию. Регенерацию истощенного Na-катионитного фильтра проводят 5 – 8 %-м раствором NaCl.
При одноступенчатом Na-катионировании в промышленных условиях требуемую по ПТЭ жесткость воды практически невозможно обеспечить даже при большом расходе соли на регенерацию. Для устранения проблемы устанавливают вторую ступень Na-катионирования, так называемый барьерный фильтр, облегчающий обслуживание схемы. Противоточный Na-катионитный фильтр заменяет двухступенчатое Na-катионирование. При этом в 1.5 – 2 раза позволяет уменьшить расход соли на регенерацию.При ограниченном расходе соли на регенерацию лучше будут отрегенерированы те участки слоя ионита, которые встречаются со свежим раствором. Качество фильтрата определяется степенью регенерации тех участков слоя ионита, с которыми вода соприкасалась в момент выхода из слоя.
После проскока ионов жесткости в фильтрат их концентрация быстро возрастает. Это вызывает необходимость тщательного контроля за проскоком ионов жесткости. Для устранения этих недостатков устанавливают вторую ступень Na-катионирования, так называемый барьерный фильтр, облегчающий обслуживание схемы ионирования. Противоточный Na-катионитный фильтр заменяет двухступенчатое Na-катионирование. При этом в 1.5 – 2 раза позволяет уменьшить расход соли на регенерацию.
Реагент-антинакипин СК-110 – это композиционный реагент, включающий органические фосфонаты, сдерживающие кристаллообразование, и диспергаторы на основе акриловых полимеров.
Реагент СК-110 производится с 1996 года и является основным составом. Главной составляющей композиции СК-110 являются натриевые соли оксиэтилидендифосфоновой кислоты.
Реагент СК-110 выпускается по ТУ 245830-33912561-97.
Выпускается в форме прозрачная жидкость без сгустков и механических включений, водный раствор.
Реагент СК-110 предназначен для стабилизационной обработки воды, используемой в системах водоснабжения, теплоснабжения и горячего водоснабжения, для предотвращения солевых отложений и разрушения уже образовавшейся накипи. Реагент СК-110 предназначен для вод с высокими показателями жесткости.
Продукт направленно воздействует на катионы, содержащиеся в воде, связывая их в устойчивые комплексы, что препятствует образованию накипи. Также данный продукт эффективен в водах с высоким содержанием растворенного железа.
Добавляется в воду перед насосом сырой воды.
Заключение
Итак, для безаварийной и экономичной работы котельных установок большое значение имеет качество воды, которой питаются котлы.
Выбор схемы водоподготовки и оборудования зависят от многих параметров. Правильно обработанная вода обеспечит эффективность и долговечность оборудования.