9.3. Снижение карбонатной жесткости (щелочности) добавочной воды методом подкисления
Широкое распространение открытой схемы теплоснабжения с большими расходами горячей воды для непосредственного водоразбора, начавшееся в 60-х годах и вызванное увеличением жилищного строительства, создало условия для применения упрощенных способов снижения щелочности добавочной воды. К таким способам относится метод подкисления воды серной (или соляной) кислотой, отличающийся меньшей металлоемкостью используемого оборудования и меньшей себестоимостью очищенной воды.
Значительным практическим преимуществом метода подкисления является отсутствие сбросных вод, что повышает его конкурентоспособность со всеми применяемыми в настоящее время способами снижения карбонатной жесткости (щелочности) природных вод.
Сущность метода подкисления состоит в
уменьшении концентрации в воде ионов
в результате связывания их ионом
водорода, вводимым с кислотой, в молекулы
углекислоты. Нормы ПТЭ (§4.8.40) требуют
полного удаления из воды свободной
углекислоты (для уменьшения коррозии)
и снижения щелочности до значений не
более 0,7 ммоль/дм3. Выполнение
требований ПТЭ позволяет в течение
двух-трех сезонов эксплуатировать котлы
без ухудшения интенсивности теплопередачи.
Для подкисления чаще всего применяется серная кислота, при этом в воде повышается концентрация сульфат-ионов. Когда используются природные воды с высокой концентрацией кальция, создается опасность выделения на поверхностях нагрева твердой фазы карбоната кальция CaSO4. Чтобы избежать указанной опасности и оценить возможность применения для подкисления серной кислоты, требуется подсчитать, не станет ли подкисленная вода пересыщенным раствором поCaSО4при заданной температуре.
При определении возможности применения метода подкисления для обработки конкретной исходной воды в случае, если в схему подогрева включены водогрейные котлы типа ПТВМ, важно рассчитать температуру. В условиях нормального режима котла, характеризующегося отсутствием поверхностного кипения, искомая расчетная температура будет соответствовать максимальной температуре нагрева воды, увеличенной на 5–10 °С. «Запас» по температуре необходим для компенсации допустимой тепловой «развертки» в разных элементах и трубах котла.
Рис. 9.7. Принципиальная схема подкисления добавочной воды:
1 – бак концентрированной кислоты; 2 – дозатор; 3 – эжектор; 4 – декарбонизатор; 5 – вентилятор; 6 – бак запаса воды; 7 – буферный фильтр; 8 – подпиточный насос; 9 – подогреватель; 10 – деэратор; 11 – бак деаэрированной воды; 12 – сетевой насос; I – подвод исходной воды на очистку; II – подвод исходной воды; III – подвод раствора щёлочи; IV – подпиточная вода
В схеме подкисления добавочной воды (рис. 9.7) для удаления образующейся свободной углекислоты предусмотрен декарбонизатор.
Необходимая доза кислоты в кубических дециметрах на кубический метр, вычисляется по формуле:
,
где 49 – эквивалентная масса серной кислоты, г/моль; – плотность кислоты, кг/дм3; С – концентрация серной кислоты, %.
Для подкисления нужно использовать техническую кислоту, соответствующую по составу примесей ГОСТ 2184-77 (содержание мышьяка – 0,0001 %, свинца – 0,01 %). Чтобы исключить опасность попадания кислой воды в теплосеть и обеспечить постоянство качества подкисленной воды, необходимо применять автоматическую систему дозирования кислоты, подавая ее пропорционально расходу воды, и весьма желательно – с корректирующим импульсом по качеству (остаточной щелочности или рН воды). Той же цели – обеспечение надежности метода – служит включенный в схему подкисления буферный катионитный фильтр, работающий при скорости фильтрования 50 м/ч. Периодически этот фильтр истощают, пропуская исходную воду и срабатывая катионит до выравнивания жесткости на входе в фильтр и на выходе из него. Как часто эта операция должна проводиться, определяют в период первичного пуска и наладки установки.
Из имеющихся дозаторов кислоты наиболее надежным в настоящее время следует считать дозатор системы Тулэнерго с автоматической дозировкой по разнице в значениях электрической проводимости между подкисленной и исходной водой.
Рис. 9.8. Дозатор кислоты производительностью 2–40 дм3/ч:
1 – грундбудкса; 2 – гайка; 3 – фланец; 4 – сальниковая набивка; 5 – корпус; 6 – дроссель; 7, 10 – прокладки; 8 – входной штуцер; 9 – выходной штуцер; 11 – щиток дросселя; 12 – болт
Дифференциальная схема измерения электрической проводимости, использованная в датчике кондуктометра Тулэнерго, обеспечивает достаточно высокую точность дозировки, так как исключает влияние колебаний температуры и солесодержания воды. Дозатор обеспечивает непрерывную подачу кислоты с плавным регулированием ее расхода от 2 до 40 дм3/ч.
Дозатор (рис. 9.8) представляет собой дроссельное устройство с переменным гидравлическим сопротивлением. Детали дозатора изготовляются из нержавеющей стали 1Х18Н9Т. Расход кислоты через дозатор определяется размерами щели между наружным диаметром дросселя и внутренним диаметром корпуса. Значительное влияние на точность дозировки оказывает вязкость раствора кислоты, зависящая от температуры. Для стабилизации последней используется водяной теплообменник типа «труба в трубе». По внутренней трубе теплообменника проходит кислота, а в межтрубном пространстве – вода с постоянной температурой.
Отдозированная кислота вводится в обрабатываемую воду с помощью кислотоупорного эжектора (рис. 9.9) из винипласта или фторопласта. Если бак с кислотой расположен выше декарбонизатора, кислота в воду может подаваться самотеком.
Выпускавшиеся ранее насосы-дозаторы не обеспечивали достаточно тонкую и точную дозировку кислоты. Насос-дозатор серной кислоты НД 05Э 100/10 завода «Ригахиммаш» имеет точность дозировки 0,5 % подачи. Его применение предусматривается во вновь монтируемых схемах подкисления добавочной воды тепловых сетей.
Если состав исходной воды указывает на опасность выпадения сульфата кальция при ее подкислении серной кислотой, следует прибегать к частичному умягчению воды или использовать для подкисления соляную кислоту. Комбинированная схема подкисления и Na-катионирования воды изображена на рис. 9.10.
Рис. 9.9. Эжектор для водоприготовительной установки производительностью до 200 м3/ч:
1 – входное сопло из винипласта; 2 – установочное кольцо; 3 – камера смешения; 4 – диффузор из винипласта или фторопласта; 5–7 – трубы из нержавеющей стали размерами соответственно 38х3,5 и 83х4,5мм; 8 – свинцовая футеровка
Рис. 9.10. Схема подкисления с частичным умягчением добавочной воды методом Nа-катионирования:
1 – Nа-катионитный фильтр; 2 – дозатор кислоты; 3 – декарбонизатор; 4 – вентилятор; 5 – бак запаса воды; 6 – подпиточный насос; 7 – буферный фильтр; 8 – подогреватель; 9 – деаэратор; 10 – бак деаэрированной воды; 11 – сетевой насос; I – исходная вода; II – раствор хлористого натрия; III – подпиточная вода
Когда в качестве источника водоснабжения используется поверхностный водоем и требуется не только снизить карбонатную жесткость, но и улучшить органолептические показатели (цветность, мутность) воды, целесообразно применять комбинированную схему, представленную на рис. 9.11. В ней предусматривается коагуляция воды в осветлителе и последующее подкисление всего ее потока.
Наиболее рациональная схема для применения в каждом конкретном случае выбирается по результатам технико-экономического сравнения конкурирующих схем.
|
|
Рис. 9.11. Схема подготовки добавочной воды методом подкисления с предварительной коагуляцией в осветлителе: 1 – осветлитель; 2 – бак коагуляционной воды; 3 – насос; 4 – механический фильтр; 5 – декарбонизатор; 6 – бак подпиточной воды; 7 – бак серной кислоты; 8 – эжектор-дозатор; I – исходная речная вода; II – подпиточная вода |
Способ снижения карбонатной жесткости (щелочности) воды подкислением ее серной или соляной кислотой привлекает своей высокой экономичностью и отсутствием сбросных вод, что позволяет использовать его для создания бессточных схем подготовки добавочной воды теплосетей.