Химическая обработка воды для подпитки теплосети (стр. 3 из 4)

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 H₂SO₄, 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 S_кв – нормативный сухой остаток котловой воды, мг/кг

S_пв и S_п – сухой остаток питательной воды и пара, мг/кг

S_ов – сухой остаток обработанной воды, мг/кг

β – 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 CO_2, мг/ мг-экв

– щелочность обработанной воды, мг–экв/кг

- доля разложения NaHCO₃ в котле (остальное разлагается в деаэраторе)

- доля разложения Na₂CO₃ 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 ⁰С, 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 ⁰С. 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.