Водоподготовка в теплоэнергетике

3.3 Осаждение методами известкования и содоизвесткования

 

Известкование воды, т. е. обработка  воды Са(ОН)₂, применяется для снижения щелочности (декарбонизации) исходной воды, при этом одновременно уменьшаются жесткость и сухой остаток, удаляются грубодисперсные примеси, соединения железа. В подогретую до температуры около 30 °С обрабатываемую воду дозируют в виде суспензии (молока) гашеную известь Са(ОН)₂. Растворяясь, ее компоненты обогащают воду ионами Ca²⁺ и одновременно ионами ОН^-, сдвигая углекислотное равновесие в сторону образования ионов . В результате повышения их концентрации достигается произведение растворимости СаСО₃. В составе этого соединения в осадок выпадает ион Ca²⁺, как содержащийся в исходной воде, так и введенный с известью. Эффективность процесса известкования воды зависит от целого ряда факторов, к основным из которых относится правильное дозирование извести удовлетворительного качества, использование в необходимых случаях коагуляции, подогрев воды до строго заданной температуры, использование образовавшегося шлама для углубления процесса обработки, выбор оптимальных режимов движения обрабатываемой воды в осветлителях.

В общем упрощённом виде процесс процесс известкования состоит из нескольких стадий.

1)Диссоциация гидрооксида кальция

Са(ОН)→Са²⁺ +2  Приводящий к повышению рН

2)Гидратация свободной  углекислоты с последующей диссоциацией  по схеме

СО₂ +Н₂О+2→+2Н₂О

3)Диссоциация гидрокарбонатных  ионов(бикарбонатов),присутствующих в воде и определяющих её щёлочность

+→Н₂О причём в эквивалентных единицах концентрация образовавшихся ионов будет в 2 раза больше концентрации разрушаемых ионов

4)Выделения в твёрдую  фазу ионов Са²⁺ (содержащихся в исходной воде и введенных с известью) и

Са²⁺+→СаСО₃↓  при достижении произведения растворимости

5)При превышении дозы  извести над её количеством,  необходимым для образования карбонатов в воде, появляется избыток ионов ОН^- и может быть превышено произведение растворимости

Мg²⁺+ 2→Mg(OH)₂↓

Процесс содоизвесткования как метод умягчения применим к водам практически любого состава в отличие от известкования, при котором жесткость воды, как указывалось ранее, снижается лишь на значение ее карбонатной составляющей. Для более глубокого умягчения воды необходимо ввести извне ионы , а для выделения Mg(OH)₂ требуется увеличить дозу извести. Это достигается известково-содовой обработкой воды, при которой наряду с известью дозируют также кальцинированную соду Nа₂СО₃, которая за счет диссоциации создает в воде избыток ионов , способствующих переводу в твердую фазу ионов Са²⁺.

Доза извести  для практического применения Д_и ,мг-экв/дм³ для большинства типов вод, для которых

Ж_о+Д_к Щ^исх – Щ^обр

Д_и =+Щ^исх +Ж_мg +Д_к +И_и

  В настоящее время содоизвесткование нашло широкое применение в проектах ВПУ с запрещенным сбросом сточных вод для умягчения регенерационных

стоков и их повторного использования.

Оборудование  предочистки с осветлителями  - это аппарат в котором одновременно протекают химические реакции, связанные с вводом реагентов, а также физические процессы формирования образовавшихся осадков(шлама) в обьёме воды осветлителя и фильтрования обрабатываемой воды через их слой. Контактная среда в осветлителе, называется шламовым фильтром, формируется из ранее образовавшихся и образующихся частиц шлама, находящихся во взвешенном состоянии за счёт действия восходящего потока воды.

3.4 Фильтрование воды на механических фильтрах

 

Даже при хорошо налаженном режиме работы осветлителей не удается  получить воду с концентрацией твердой фазы ниже 10 мг/дм³. Такая вода не может быть направлена на дальнейшую очистку и требует дополнительного осветления. В схемах ВПУ это осветление производится при помощи механических фильтров. Фильтрование представляет собой сложный процесс очистки воды от грубодисперсных примесей при течении воды через пористую среду.

В зависимости от соотношения  размеров фильтруемых частиц и эффективного диаметра пор удержание частиц может  происходить как в объеме слоя (адгезионное фильтрование, адгезия – прилипание), так и на его поверхности (пленочное фильтрование).

Если диаметр пор слоя превышает диаметр частиц, последние  входят с потоком воды в слой и удерживаются внутри его. Если же диаметр пор меньше диаметра частиц, то они задерживаются на поверхности слоя, образуя пленку. В схемах ВПУ на котельных и ТЭС чаще применяют адгезионное фильтрование, а в схемах очистки конденсата – пленочное.

Для очистки воды от механических примесей в промышленных условиях используются главным образом зернистые «сыпучие» материалы.

       В качестве  фильтрующих материалов на котельных  и ТЭС в основном используется кварцевый песок, дробленый антрацит, сульфоуголь, катионит КУ-2, целлюлоза, перлит и т.д. В настоящее время предложены и испытаны новые фильтрующие материалы, обладающие повышенной емкостью поглощения и эффективностью очистки воды: керамзит, вулканические шлаки, горелые породы, шунгизит и др. Для очистки воды от ГДП успешно применяют плавающие загрузки из гранул вспененного полистирола, газонаполненных гранул керамзита и др.

Однако из всех упомянутых фильтрующих материалов наибольшее распространение в производстве добавочной воды на ТЭС и АЭС получил антрацит. Он достаточно дешев, а главное химически стоек. В технологических схемах очистки конденсата используют чаще всего сульфоуголь или катионит КУ-2.

Осветлительные фильтры можно классифицировать по следующим признакам: фракционному составу фильтрующего материала – насыпные и намывные; давлению – открытые и напорные; количеству фильтрующих слоев – однослойные и многослойные; числу параллельно работающих камер – однокамерные и многокамерные; способу фильтрования – однопоточные и двухпоточные. В схемах ВПУ котельных и ТЭС применяются в основном насыпные напорные однопоточные однокамерные фильтры с числом фильтрующих слоев от одного до двух, а также весьма перспективные напорные двухкамерные фильтры. Применение последних позволяет существенно сократить расход металла и площадь, необходимую для установки.

Напорный однопоточный фильтр (рис.5.1) состоит из цилиндрического  корпуса с приваренными к нему сферическими днищами. Внутри фильтра расположены слой фильтрующего материала и дренажно-распределительные устройства, необходимые для равномерного распределения и сбора воды по всей площади поперечного сечения фильтра. Верхнее дренажное устройство чаще всего оформляется в виде отбойного щита, гасящего энергию потока воды, а нижнее расположено на слое кислотоупорного бетона, заливаемого на нижнее днище фильтра, и выполнено в виде трубной системы, состоящей из коллектора с боковыми ответвлениями, снабженными для отвода воды специальными колпачками или щелевыми устройствами. Высота фильтрующего материала, загруженного в фильтр, составляет около одного метра. Часть полости фильтра остается свободной. Это необходимо для выравнивания скорости воды, поступающей на фильтрующий слой, и для возможности расширения слоя при его взрыхлении.                            

 

      Рис. 5.1. Принципиальная схема

 вертикального  однопоточного

 механического  фильтра:

1 – распределительное  устройство;

2 – бетон;

3 – фильтрующий  материал;

4 – водяная подушка;

5 – распределительное  устройство;

6 – воздушник;

7 – подвод исходной  воды и отвод

     промывной  воды;

8 – выход осветлённой  и подвод  промывной воды;

9 – сжатый воздух

 

Режим эксплуатации механических адгезионных фильтров заключается в обеспечении постоянства расхода воды, своевременном отключении на промывку и промывке. В эксплуатационных условиях фильтр часто отключают по достижении определенного перепада давления (примерно 0,2 МПа). Промывку фильтра от удержанной примеси ведут в течение 20 мин в направлении противоположном направлению воды. При промывке слой расширяется на 30–50 % и вследствие трения зерен между собой освобождается от удержанной примеси, которая с потоком воды выбрасывается из фильтра. В настоящее время промывочную воду направляют в осветлители.

Для интенсификации процесса промывки под слой подают сжатый воздух, что одновременно позволяет ускорять процесс промывки и сокращать  расход промывочной воды.

Промывку механических фильтров проводят осветленной водой, поэтому  емкость баков осветленной воды должна учитывать кроме часового запаса также и объем воды, необходимой для промывки одного фильтра.

Режим эксплуатации механических адгезионных фильтров заключается в обеспечении постоянства расхода воды, своевременном отключении на промывку и промывке. В эксплуатационных условиях фильтр часто отключают по достижении определенного перепада давления (примерно 0,2 МПа). Промывку фильтра от удержанной примеси ведут в течение 20 мин в направлении противоположном направлению воды. При промывке слой расширяется на 30–50 % и вследствие трения зерен между собой освобождается от удержанной примеси, которая с потоком воды выбрасывается из фильтра. В настоящее время промывочную воду направляют в осветлители.

При расчете фильтрованной  части предочистки следует иметь в виду, что на ВПУ с осветлителями количество устанавливаемых механических фильтров выбирается из расчета скорости фильтрования 10 м/ч, а при прямоточной коагуляции – 5 м/ч. При этом необходимо предусматривать установку не менее трех фильтров (два в работе, один в регенерации), а также еще одного фильтра для перезагрузки фильтрующего материала при ремонте или осмотрах основных фильтров.

3.5 Очистка конденсатов на намывных фильтрах

 

       Как турбинный, так и производственный конденсаты обычно бывают загрезнены оксидами железа и меди, образующихся в результате коррозии трубопроводов, баков, конденсаторов и теплообменников. Оксиды и гидрооксиды железа как правило находятся в конденсате преимущественно в коллоидной и грубодисперсной формах. Попадая в воду котлов, реакторов , парогенераторов продукты коррозии участвуют  в  образовании отложений  на теплопередающих поверхностях, а переходя в пар, -на лопаточном аппарате турбины. Для очистки таких вод наряду с насыпными применяют намывные фильтры в конструкции которых предусмотрена реализация принципа плёночного фильтрования в слоях 3-5мм создаваемых тонкодисперсным материалом с размером частиц 10-60мкм. Таким материалом является  фильтрперлит. Работа установки с фильтром намывного типа складывается из трёх последовательно проводимых операций:

• Намыв фильтрующего слоя;
• Фильтрование;
• Смыв отработавшего фильтрующего слоя вместе с задержанными примесями. Пред намывом в мешалке готовят пульпу порошкообразного фильтрующего  материала(кроме фильтрперлита используют также диатомит, дроблённую целлюлозу,смесь порошкообразныхионитов с концентрацией 3г/дм².

4 Обессоливание воды

 

Основными причинами постепенного повышения солесодержания рек является сброс в них высокоминерализованных шахтных и промышленных вод, а также сброс дренажных вод орошаемых земель. Вследствие этого задача обессоливания воды, в частности применяемой для целей тепловой и атомной энергетики, приобретает исключительно важное значение.

     В настоящее  время разработаны и используются  способы частичного или полного обессоливания:  ионитный; термический (дистилляция); мембранный (электродиализ, обратный осмос)

На электростанциях  наибольшее применение нашли ионитное обессоливание и дистилляция. Мембранные способы используются лишь для частичного уменьшения минерального состава воды, так как получение этими способами глубокообессоленной воды, пригодной для питания современных котлов, до последнего времени считалось неэкономичным.

Итак, необходимо рассмотреть  три метода обессоливания воды:

• ионитный;
• термический (дистилляция);
• мембранный (электродиализ, обратный осмос).

4.1 Умягчение воды методом ионного обмена

 

      Наиболее  распространенным способом очистки  воды для ее последующего использования  в качестве теплоносителя являются  методы ионного обмена. Сущность этих методов заключается в том, что вода фильтруется через специальный материал, называемый ионитом. Этот материал имеет способность изменять ионный состав воды в нужном направлении. С электрохимической точки зрения молекулы ионита представляют собой твердый электролит. В зависимости от того какой заряд несет диффузионный слой,  иониты разделяются на катиониты и аниониты.

 Способность ионитов  к ионному обмену объясняется  их строением. Любой ионит состоит  из твердой основы (матрицы), на  которую тем или иным способом  нанесены специальные функциональные группы, способные при помещении ионита в раствор к образованию на поверхности ионита потенциалообразующих ионов, т.е. к возникновению заряда. Вследствие этого вокруг твердой фазы создается диффузный слой из противоположно заряженных ионов (противоионов). Появление потенциалообразующих ионов может происходить либо за счет адсорбции функциональными группами ионита из раствора ионов какого-либо знака заряда (например, → ), либо диссоциации функциональных групп под действием молекул воды (например, → ). В последнем случае противоионами, образующими диффузный слой, являются ионы, переходящие в раствор в процессе диссоциации.