Водоподготовка в теплоэнергетике

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 21 Декабря 2013 в 13:08, реферат

Краткое описание

Вода - ценнейший природный ресурс. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Для удовлетворения разнообразных требований к качеству воды, потребляемой при выработке электрической и тепловой энергии, возникает необходимость специальной физико-химической обработки её. Качественная водоподготовка, рациональный водно-химический режим – это:
1. Гарант надёжности, экономичности, безаварийности теплоэнергетического оборудования и тепловых сетей.
2. Обеспеченность предупреждения образования всех видов отложений и коррозионных повреждений на внутренних поверхностях теплоэнергетического оборудования, элементах трассы сетевой воды, включая отопительные приборы;

Содержание

Введение 2
1.Выбор источника и производительности водоподготовки 3
2 Показатели качества воды 4
3 Методы очистки воды 6
3.1 Предочистка 7
3.2 Коагуляция коллоидных примесей воды 8
3.3 Осаждение методами известкования и содоизвесткования 9
3.4 Фильтрование воды на механических фильтрах 12
3.5 Очистка конденсатов на намывных фильтрах 15
4 Обессоливание воды 16
4.1 Умягчение воды методом ионного обмена 17
4.2.Na-катионирование. 18
4.3.Н-катионирование. 19
4.4.Анионирование воды 21
5 Термический метод очистки воды 22
5.1Метод дистилляции 22
6 Безреагентные методы. 24
6.1 Магнитная обработка 24
6.2 Ультразвуковая обработка 25
6.3 Обратный осмос. 26
6.4 Электродиализ – 28
7 Очистка воды от растворенных газов. 29
8 Удаление свободной углекислоты 30
9 Деаэрация в деаэраторах атмосферного и пониженного давления 31
10 Химические методы удаления газов из воды. 33
11 Методы обеззараживания воды. 35
11.1 Хлорирование 35
11.2 Гипохлорит натрия. 36
11.3 Озонирование. 37
11.4 Дезодорация воды. 38
11.5 Обработка воды активным углем. 39
12 Заключение. 40
12 Список литературы 41

Вложенные файлы: 1 файл

Моя водоподготовка.docx

— 362.87 Кб (Скачать файл)

Обратимость процесса обмена ионов является одной из важнейших закономерностей, позволяющих экономично использовать ионообменный материал в технологических схемах. Преимущественное направление реакции ионного обмена определяется согласно закону действующих веществ. При истощении ионита можно, повысив в растворе концентрацию первоначальных обменных ионов, сдвинуть реакцию ионного обмена в направлении восстановления ионита в исходное состояние, т. е. произвести регенерацию ионита.

Способность ионита к преимущественной сорбции одних видов ионов  по сравнению с другими называется селективностью.

Селективность играет очень большую роль в технологии ионного обмена. Физико-химическая сущность селективности при ионном обмене вытекает из закона Кулона.

     Наиболее распространенными катионитами являются: сульфоуголь и ионообменные смолы КУ 1, КУ 2. Наиболее распространенные аниониты: АН-31, АВ-17, АВ-18. В зависимости от качества исходной воды и требований к качеству обработанной воды в практике применяют следующие методы ионного обмена: натрий-катионирование, водород-катионирование, хлор-ионирование, аммоний-катионирование.

Процесс ионного обмена имеет  циклический характер. По истощении ионита требуется восстановление его обменной способности – регенерация, при которой используется обратимость процесса обмена ионов. В зависимости от обменного иона процессы и аппараты получают названия: Н-катионирование, Н-катионный фильтр; ОН-анионирование, ОН-анионный фильтр и т.п. Соответственно называется и фильтрат, полученный в этих процесах: Н-катионированная вода; ОН-анионированная вода и т.п. Процессы катионирования воды могут иметь вполне самостоятельное значение (для умягчения воды), в то время как процессы анионирования применяются лишь в комплексе с катионированием (в схемах обессоливания воды). Процессы ионирования осуществляют в различных аппаратах, но наибольшее распространение получили насыпные ионитные фильтры.

4.2.Na-катионирование. Этот процесс применяется для умягчения воды и имеет самостоятельное значение при подготовке воды малой щелочности для котлов низкого давления и подпитки воды теплосетей. При Na-катионировании воду пропускают через слой катионита, находящегося в исходном состоянии в Na-форме. При этом процессе происходит удаление из воды ионов Са2+ и Mg2+ в обмен на эквивалентное количество ионов Na+, согласно следующим реакциям:

2R/Na+ + Ca2+ R2/Ca2+ + 2Na+;     

2R/Na+ + Mg2+ R2/Mg2+ + 2Na+,     

где R обозначает комплекс матрицы и функциональной группы без обменного иона (его принято считать одновалентным). Из приведенных реакций видно, что анионный состав воды при Na-катионировании остается постоянным, поэтому и суммарная концентрация катионов, участвующих в этом процессе, также остается постоянной. Однако массовая концентрация катионов в растворе несколько возрастает, поскольку эквивалентная масса иона натрия выше эквивалентных масс ионов кальция и магния. Так, при обмене ионов Са2+ на ионы Na+ солесодержание воды возрастает в 46/40 раз, поскольку вместо одного сорбированного иона Са2+ в раствор поступают два иона Na+. Тот же пересчет при сорбции ионов магния даст увеличение солесодержания в 46/24 раза.

Таким образом, солесодержание Na-катионированной воды несколько выше солесодержания исходной. Поскольку при Na-катионировании не происходит изменения анионного состава примесей воды, щелочность ее не изменяется. Остаточная жесткость фильтрата определяется условиями регенерации катионита и в лучшем случае составляет не более 5 мкмоль/дм3.

Регенерация истощенного  катионита производится пропуском  через него раствора поваренной соли. Реакцию регенерации катионита раствором NaCl можно записать в следующей форме:

R2/Ca2+ +nNa+ 2R/Na+ + Ca2+ + (n-2)Na+;    

R2/Mg2+ + nNa+ 2R/Na+ + Mg2+ + (n-2)Na+

где n – избыток NaCl против его стехиометрического количества.

 

4.3.Н-катионирование. Назначением Н-катионирования является удаление всех катионов из воды с заменой их на ионы водорода. Оно применяется в схемах совместно с другими процессами ионирования.  Принцип работы Н-катионитного фильтра аналогичен работе Na-катионитного фильтра. Регенерация фильтра производится раствором серной кислоты.

Обмен катионов при Н-катиониро-вании протекает согласно реакциям:

2R/Н+ + Ca2+ R2/Ca2+ + 2Н+;    

2R/Н+ + Mg2+ R2/Mg2+ + 2Н+;      

R/H+ + Na+ R/Na+ + H+.       

Все катионы, поступающие  вместе с водой на фильтрующий  слой, сорбируются в начале процесса в верхних участках этого слоя. Однако по мере срабатывания части слоя катионы, обладающие большей селективностью, вытесняют сорбированные на этом участке катионы, обладающие меньшей сорбционной способностью, и последние сорбируются на последующих по ходу воды участках фильтрующего слоя. Таким образом, образуются зоны поглощения катионов. Ближе к нижней границе слоя располагается зона поглощения ионов Na+, над ней – смешанная зона поглощения Mg2+ и Na+, а еще выше – зона поглощения Са2+, Mg2+ и Na+.

При работе Н-катионитного фильтра наблюдаются два периода. В первом периоде происходит полное поглощение всех катионов до момента достижения зоной поглощения ионов Na+ нижней границы слоя катионита (до проскока Na+). До этого момента на каждый эквивалент поглощенных из раствора ионов Са2+, Mg2+ и Nа+ в раствор поступает один эквивалент ионов H+. Выделяющиеся в воду ионы водорода реагируют с бикарбонат-ионом:

Таким образом, при Н-катионировании одновременно с основным процессом происходит разрушение бикарбонатной щелочности воды. Фильтрат приобретает кислотность, равную остаточной концентрации ионов Н+.

        Различают следующие схемы Н-Na-катионирования:

  • Н-Na-катионирование с «голодной» регенерацией фильтров;
  • параллельное Н-Na-катионирование;
  • последовательное Н-Na-катионирование;
  • совместное Н-Na-катионирование.

4.4.Анионирование воды производится с целью удаления из нее анионов; при сочетании анионирования с катионированием происходит удаление из воды как анионов, так и катионов, т. е. химическое обессоливание воды.

При фильтровании через слой анионита происходит сорбция анионов  согласно следующим реакциям:

;      

+ .     

Переход в воду ионов ОН- приводит к повышению ее рН, что в свою очередь сопровождается диссоциацией слабых кислот Н2СО3 и Н2Si3 и переводу их в ионное состояние. Следовательно, они также могут участвовать в реакциях обмена, но лишь при использовании высокоосновных анионитов:

;     

.     

Если высокоосновный анионит  находится в Cl-форме, то из воды сорбируются  ионы и бикарбонат-ионы:

;      

;      

       .  

Регенерация анионитных фильтров производится обычно 4-процентным раствором NaOH, при этом происходят следующие реакции:

;    

;   

;   

;   

;      

Основной задачей при  использовании ОН-анионитных фильтров с высокоосновным анионитом в схемах обессоливания является удаление кремниевой кислоты из воды, поэтому чрезвычайно важно для повышения емкости анионита по кремниевой кислоте уменьшать содержание более селективного бикарбонат-иона в воде, поступающей на ионирование. В схемах ВПУ это осуществляется путем десорбции СО2 из кислой Н-катионированной воды в деаэраторах или декарбонизаторах.

5 Термический метод очистки воды

5.1Метод дистилляции

Обработка высокоминерализованных вод  и растворов может осуществляться, во-первых, удалением из воды растворенных примесей, что реализуется, как правило, без фазовых переходов растворителя (воды) в парообразное или твердое состояние; во-вторых, методом извлечения из раствора молекул Н2О, основанным на изменении их агрегатного состояния (методом дистилляции).

Организовав процесс кипения водных растворов, можно разделить растворитель (воду) и содержащиеся в ней примеси. Дистилляция (термическое обессоливание) реализуется в испарительных установках в которых вода за счет получения теплоты от подводимого в нагревательную систему первичного пара превращается во вторичный пар, который затем конденсируется. Первичный пар обычно отбирается от паровой турбины. Вещества, загрязняющие воду, остаются в объеме испаряемой воды и удаляются из испарителя с отводимой (продувочной) водой. Дистиллят – конденсат вторичного пара – содержит лишь незначительное количество нелетучих примесей, поступающих в него за счет капельного уноса испаряемой воды (концентрата).

Многоступенчатые испарительные  установки обычно используются на ТЭЦ  с большими общими и внешними потерями пара и конденсата. Одноступенчатые  испарительные установки применяются  на КЭС при небольших потерях (1–3 %) и включаются в схемы переработки  сточных вод ВПУ при запрещенных  сбросах.

Первичный пар обычно отбирается от паровой турбины. Вещества, загрязняющие воду, остаются в объеме испаряемой воды и удаляются из испарителя с  отводимой (продувочной) водой. Дистиллят – конденсат вторичного пара – содержит лишь незначительное количество нелетучих примесей, поступающих в него за счет капельного уноса испаряемой воды (концентрата).

Принципиальная  схема испарительной    установки:

1 – линия подвода  первичного пара;

2 – греющая секция;

3 – корпус испарителя;

4 – линия отводаобразующегося (вторичного) пара;

5 – конденсатор;

6 – линия отвода  конденсата первичного пара;

7 – линия подвода  питательной воды;

8 – линия продувки;

9 – линия опорожнения;

10 – линия отвода  дистиллята

 

    

 

Опыт эксплуатации испарителей  при питании солоноватыми или  солеными водами показывает на серьезные  затруднения, возникающие из-за быстрого образования накипи на теплопередающих поверхностях, снижения коэффициента теплопередачи и уменьшения эффективности работы испарителей.

Предотвращение накипеобразования в испарительных установках осуществляется

    • физическими методами
    • химическими,
    • конструктивными
    • технологическими методами

6 Безреагентные методы. 

Они основаны на том, что энергия образования кристаллов на нерастворенных частицах примеси меньше, чем энергия самопроизвольного возникновения центров кристаллизации. Кристаллизация на веществе-стабилизаторе протекает при меньшем пересыщении раствора. За счет множества центров кристаллизации происходит осаждение избыточного сверх растворимости количества накипеобразователей. В качестве стабилизатора применяют дробленые материалы: известняк, мрамор, естественную накипь и песок, через фильтрующий слой которых циркулирует испаряемая вода. Высота фильтра должна составлять 1,8–2 м, скорость подъема рассола во избежание уноса стабилизирующего материала не должна превышать 35 м/ч. Применение контактной стабилизации позволяет уменьшить количество накипи в испарителе на 80–90 %, но конструкционное воплощение этого процесса достаточно сложно. Метод кристаллизационной затравки является частным случаем контактной стабилизации и основан на добавлении в испаряемую воду тонкодисперсных порошков.

Недостаток метода – неизбежное прикипание затравки и накипи к теплопередающей поверхности, работающей в режиме кипения, поэтому этот метод можно применять главным образом в некипящих испарителях.

6.1 Магнитная обработка морской воды заключается в прокачивании ее через аппарат, в котором создается магнитное поле. Сущность метода состоит в том, что при пересечении водой магнитных силовых линий накипеобразователи выделяются не на поверхности нагрева, а в массе воды. Образующиеся рыхлые осадки (шлам) удаляют при продувке. Известно, что магнитными аппаратами оснащены некоторые установки, которые в тех случаях, когда солесодержащая вода нестабильна, т. е. пересыщена по СаСО3, работают эффективно. Содержащиеся в природных водах, которые транспортируются по стальным трубам, ферромагнитные продукты коррозии и коллоидные частицы, обладающие электрическим зарядом и магнитным моментом, накапливаются в магнитном поле, создаваемом магнитным аппаратом. Увеличение концентрации твердой микрофазы в зазоре магнитного аппарата способствует кристаллизации карбоната кальция из нестабильной воды в ее объеме, в результате чего уменьшается скорость образования накипи, но увеличивается концентрация шлама при дальнейшем нагреве и испарении воды, подвергнутой магнитной обработке. Так как химический и дисперсный составы примесей природной воды меняются по сезонам и районам, а степень пересыщения воды по СаСО3 зависит также от температуры, то эффективность магнитной обработки может изменяться в широких пределах вплоть до нулевых значений, в зависимости oт совпадения факторов, влияющих на процесс. Это подтверждается противоречивыми результатами, полученными при эксплуатации магнитных аппаратов в схемах тепловых сетей и котельных. В сравнении с умягчением воды основными преимуществами ее магнитной обработки являются простота, дешевизна, безопасность и почти полное отсутствие эксплуатационных расходов.

       Магнитный аппарат монтируется к трубопроводам в вертикальном или горизонтальном положении с помощью переходных муфт. Скорость движения воды в зазоре не должна превышать 1 м/с. Процесс работы аппаратов может сопровождаться загрязнением проходного зазора механическими главным образом ферромагнитными примесями. Поэтому аппараты с постоянными магнитами необходимо периодически разбирать и чистить. Оксиды железа из аппаратов с электромагнитными удаляют, отключив их от сети.

6.2 Ультразвуковая обработка при испарении воды может создавать за счет упругих механических колебаний среды условия значительных энергий, приводящие к нарушению кинетики кристаллизации в пристенном слое. Действие ультразвуковых волн на поверхность нагрева может возбуждать на границе кристаллических связей с поверхностью знакопеременные изгибные усилия, вызывающие в конечном счете отслаивание накипи. Механизм воздействия ультразвука на накипеобразование окончательно не установлен.

Информация о работе Водоподготовка в теплоэнергетике