Дипломная работа. Реконструкция КТЦ ТЭЦ с модернизацией ПТ 65-75-130-13. 2008 г. / 5. ХВО

5. Химводоочистка

5.1 Основные положения водно-химического режима

Безаварийная и экономичная эксплуатация оборудования ТЭЦ в значительной степени обуславливается комплексом технологических мероприятий, определяемых термином «водно-химический режим».

Водно-химическим режимом называется совокупность мероприятий, обеспечивающих работу основного и вспомогательного оборудования электростанции без повреждений и снижения экономичности, вызываемых коррозией внутренних поверхностей нагрева, образованием отложений на теплопередающих поверхностях и в проточной части турбин, шлама в оборудовании, насосах, трубопроводах.

Водно-химический режим ТЭЦ обеспечивается:

- подготовкой химобессоленной и химочищенной воды;

- коррекционной обработкой питательной и котловой воды;

- антикоррозионной защитой оборудования и трубопроводов;

- удалением коррозионно-активных газов термическим и химическими способами;

- выведением солей с помощью продувок котлов;

- консервацией оборудования на время простоев оборудования;

- постоянным контролем качества воды, пара и конденсата;

- контролем за внутренним состоянием поверхностей нагрева;

- своевременным выполнением химических очисток оборудования.

Водно-химический режим поддерживается качеством воды, которое должно соответствовать требованиям действующих нормативных документов и обеспечивать работу оборудования без повреждений и снижения экономичности. Ухудшение качества воды приводит к образованию отложений солей и продуктов коррозии в тракте ТЭЦ, что ухудшает теплопередачу, увеличивает гидравлическое сопротивление и приводит к перерасходу топлива.[6]

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Разраб.

З Залеский И.С.

5. Химводоочистка

Лит.

Лист

Листов

Руковод.

Шаповалов А.В.

Д

81

Консульт.

Овсянник Н.В.

ГГТУ им. П. О. Сухого,

ПТЭ и Э

Н. контр.

Смирнов Н.А.

Зав. Каф.

Овсянник А.В.

5.2Показатели качества воды и пара

Нормируемые показатели качества питательной воды при гидразинно-аммиачном и фосфатном режимах . Таблица 5.2.1

Ограничение жесткости питательной воды вызвано необходимостью снижения образования шлама в котле и предотвращения его прикипания к поверхностям нагрева.

Нормирование содержания кремнекислоты необходимо для обеспечения чистоты насыщенного пара, которое зависит от кремнесодержания как котловой, так и питательной воды.

Нормирование кислорода и углекислоты обусловлено их коррозионной агрессивностью. Для связывания остаточного после деаэрации кислорода используют гидразин, углекислоты – аммиак. Вводимый аммиак должен обеспечивать также связывание углекислоты, образующейся в котле за счет разложения бикарбонатов.

Ограничение количества аммиака, практически полностью переходящего в котле в пар, вызвано необходимостью защиты от протекающей в присутствии кислорода аммиачной коррозии медьсодержащего оборудования и предотвращения загрязнения конденсата соединениями меди.

Содержание соединений меди нормируется из условий предотвращения образования медных отложений в экранных трубах котлов при работе их с максимальными тепловыми нагрузками. Повышение содержания меди свидетельствует об интенсификации коррозии медьсодержащего оборудования.

Повышение содержания железа в питательной воде является косвенным показателем протекания коррозии в пароводяном тракте. При значительном содержании железа на поверхности нагрева будет происходить образование железо-окисных отложений.

Нитриты и нитраты могут образовывать в котле азотистую и азотную кислоты, стимулирующие протекание коррозии. Содержание нефтепродуктов (масел) в питательной воде ограничивается в связи с резким увеличением термического сопротивления экранных труб при образовании маслянистой пленки на поверхности металла. Кроме того, присутствие даже незначительных количеств масла и других

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

82

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

нефтепродуктов в воде может вызвать повышенное вспенивание котловой воды и ее капельный унос.

Нормирование качества насыщенного и перегретого пара необходимо для предотвращения заноса солями пароперегревателей и проточной части турбин.

Таблица 5.2.2

Нормируемые показатели качества насыщенного и перегретого пара.

Наименование показателя	Значение показателя
	очередь 100 кгс/см2 (9,8 МПа)	очередь 140 кгс/см2 (13,8 МПа)
кремниевая кислота, мкг/дм3	не более 25,0	не более 25,0
натрий, мкг/дм3	не более 25,0	не более 5,0
рН, усл. ед.	не менее 7,5	не менее 7,5

Ухудшение показателей пара свидетельствуют либо о плохой работе сепарационных устройств при стабильном режиме работы котла, либо об ухудшении качества питательной или котловой воды.

Для обеспечения надежной и экономичной работы котлов и обеспечения качества пара согласно нормам качество котловой воды при работе на гидразинно-аммиачном и фосфатном режиме должно быть следующим:

Таблица 5.2.3

5.3 Краткие сведения об исходной воде и ее качестве

Для получения обессоленной и химочищенной воды в качестве исходной используется вода р. Березина. Полный анализ исходной речной воды р. Березина характеризует наличие следующих показателей: сухой остаток, прокаленный остаток, общее солесодержание (сумма катионов и анионов), значение рН, жесткость общая, щелочность: (карбонатная, бикарбонатная, гидратная), окисляемость, катионы (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, NH₃⁺, Fe³⁺ и др.), анионы (SO₄^2–, Cl^–, HCO₃^–, NO₃^–, NO₂^–), силикаты (SiO₃^2–, HSiO₃^–), растворенный кислород (О₂), свободная углекислота (СО₂), содержание взвешенных веществ, прозрачность, цветность. Состав речной воды может

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

83

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Состав речной воды может меняться и иногда очень сильно по временам года или вследствие других причин, например, в результате периодических сбросов в реку сточных вод.

По степени дисперсности примеси природных поверхностных вод разделяются на грубодисперсные, коллоидно-дисперсные и истинно-растворенные вещества.

Грубодисперсные примеси состоят из органических веществ, песка и глины, которые смываются с поверхности земли дождями и талыми водами и являются механическими примесями. Грубодисперсные примеси представляют собой частицы с размером более 100 нм.Грубодисперсные частицы распределяются в массе воды гравиметрически, осаждаются под действием силы тяжести и задерживаются фильтрующими материалами.

Коллоидно-дисперсные примеси имеют размеры от 1 до 100 нм. Коллоидные частицы не осаждаются из воды под действием силы тяжести, не задерживаются обычными фильтрующими материалами (песок, фильтровальная бумага) и различимы только в отраженном свете (опалесценция). В природных водах в коллоидно-дисперсном состоянии находятся различные соединения кремния, алюминия, железа и органические вещества, которые являются продуктами распада растительных и животных организмов.

Истинно-растворенные примеси находятся в воде в виде отдельных ионов, молекул или комплексов, состоящих из нескольких молекул. По химическому характеру примеси разделяются на газовые, минеральные и органические.

Газовыми примесями в природной воде являются газы, растворенные в воде вследствие контакта воды с воздухом (О₂, СО₂, N₂), и газы, образующиеся в результате биохимических процессов (H₂S, SO₂, NH₃). Ионный состав примесей воды характеризуется присутствием в ней соответствующих катионов и анионов. В основном, в поверхностных водах содержатся соли, состоящие из следующих ионов: Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, Кa⁺, NH₄⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Cl^–, SO₄^2–, HCO₃^–, HSiO₃^–, NO₃^–, NO₂^–.

Ионы натрия и калия с анионами природных вод не образуют трудно растворимых солей, практически не подвергаются гидролизу, поэтому они относятся к группе устойчивых примесей. Концентрация Na⁺ и К⁺ изменяется только в результате испарения или разбавления природной воды. При анализах воды их часто выражают суммарно как ион натрия.

Ионы кальция и магния относятся к числу основных примесей природной воды и во многом определяют возможность ее использования, так как эти ионы образуют трудно растворимые соединения с некоторыми анионами воды при нагреве или испарении воды.

Са(НСО₃)₂ → СаСО₃↓ + СО₂↑ + Н₂О (5.3.1)

Mg(НСО₃)₂ → MgСО₃↓ + СО₂↑ + Н₂О (5.3.2)

MgСО₃ + Н₂О → Mg(ОH)₂↓+ СО₂↑ (5.3.3)

В технологических процессах подготовки воды для снижения концентрации кальция и магния часто используют образование их трудно растворимых соединений, выводимых из воды до поступления ее в пароводяной тракт.

Во всех природных водах с высоким рН ионы Fe³⁺ практически не могут содержаться и все соединения Fe³⁺ находятся в коллоидной или грубодисперсной форме. В подземных водах железо обычно находится в ионной форме в виде соединения двухвалентного железа, стехиометрически отвечающего формуле соединения Fe(HCO₃)₂, которое при условии удаления углекислоты легко гидролизуется,

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

84

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

а при наличии в воде растворенного кислорода окисляется с образованием красно-коричневой твердой фазы гидроксида железа Fe(OН)₃:

4Fe(HCO₃)₂ + О₂ + 2Н₂О → 4Fe(OН)₃↓ + 8СО₂↑ (5.3.4)

В водах поверхностных источников железо может входить также в состав органических соединений. Присутствие в воде соединений железа в повышенных концентрациях создает условия для развития железобактерий, образующих бугристые колонии на стенках трубопроводов.

Концентрация железа в исходной воде может увеличиваться в процессе транспортирования ее по стальным и чугунным трубам вследствие загрязнения продуктами коррозии.

Гидрокарбонатные ионы (HCO₃^–) – важнейшая составная часть солевых компонентов воды. В природных водах кроме «полусвязанной» углекислоты (ионы HCO₃^–, их называют также бикарбонатами), а в некоторых случаях и «связанной» углекислоты (ионы CO₃^2–) содержится также так называемая свободная углекислота, находящаяся в виде растворенного в воде газа СО₂ и его гидрата – молекул Н₂СО₃. Между различными формами угольной кислоты существует кинетическое равновесие, связанное с величиной рН и содержанием ионов кальция в растворе.

Хлорид-ионы (Cl^–) не образуют трудно растворимых солей с катионами, обычно находящимися в природных водах.

Сульфат-ионы (SO₄^2–) в поверхностных водах, не загрязненных органическими веществами, достаточно устойчивы. Как анионы сильной кислоты, они не подвергаются гидролизу и образуют относительно трудно растворимую соль только с одним из катионов природных вод – Ca²⁺. Однако растворимость сульфата кальция при обычной температуре достаточно высока (около 2г/л) и в природных водах, как правило, не происходит выделения твердой фазы Ca SO₄.

Различные соединения кремниевой кислоты весьма распространены в природных водах. Общая формула кремниевой кислоты SiO₂ · nH₂O. Кремниевая кислота при нейтральных и слабощелочных значениях рН малорастворима и способна образовывать в воде коллоидные растворы. В результате анализов обычно получают суммарную концентрацию кремнесодержащих соединений, условно выраженную в виде SiO₂ – так называемое кремнесодержание воды.

Органические примеси, попадающие в открытые водоемы в результате вымывания из почв и торфяников, обычно объединяют под общим названием окисляемость. Кроме того, поверхностные воды обогащаются органическими веществами в результате отмирания водной флоры и фауны с последующими процессами их химического и биологического распада, а также поступления в них недостаточно очищенных бытовых, производственных и сельскохозяйственных стоков.

Важнейшими показателями качества воды, определяющими ее пригодность для использования на ТЭЦ, являются: содержание взвешенных веществ, рН, сухой остаток, жесткость, щелочность, окисляемость, содержание коррозионно-агрессивных газов O₂ и СO₂. Содержание взвешенных веществ (мг/л) характеризует загрязненность воды грбодисперсными примесями.

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

85

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

5.4 Установки химводоочистки

1. Химобессоливающая установка. Предварительная очистка воды осуществляется

путем ее известкования и коагуляции. При этом, наряду с удалением коллоидных веществ, происходит снижение карбонатной (временной) жесткости, щелочности, содержания железа, кремнекислоты, окисляемости и величины сухого остатка.

Эти процессы осуществляются в осветлителях. При обработке воды данным методом происходят следующие процессы:

- декарбонизация воды за счет связывания известью свободной углекислоты с образованием трудно растворимого, выпадающего в осадок карбоната кальция - СаСО₃.

Са(ОН)₂ + СО₂ → СаСО₃ ↓ + Н₂О (5.4.1)

- снижение щелочности и, соответственно, временной жесткости воды при введении извести в большем количестве, чем это необходимо для связывания свободной углекислоты.

Са(НСО₃)₂ + Са(ОН)₂ → 2СаСО₃↓ + 2Н₂О (5.4.2)

Mg(НСО₃)₂ + 2Са(ОН)₂ → Mg(ОН)₂↓ + 2СаСО₃↓ + 2Н₂О (5.4.3)

Как видно из приведенных уравнений, из воды удаляются ионы магния и кальция, содержащиеся в исходной воде, эквивалентные содержанию в них бикарбонат-иона. Образующиеся в процессе известкования воды карбонат кальция (СаСО₃) и гидроксид магния Mg(ОН)₂ выпадают в виде осадка (шлама).

Для углубления эффекта декарбонизации и удаления других примесей в обрабатываемую воду наряду с известью дозируют коагулянт – сернокислое железо FeSO₄.

При вводе в умягченную в осветлителе воду сернокислого железа в результате гидролиза образуются положительно заряженные коллоидные частицы гидрата окиси железа. Содержащиеся в воде коллоидные частицы с отрицательными зарядами и вновь образовавшиеся коллоидные частицы коагулятора с положительными зарядами притягиваются, взаимно разряжаются, укрупняются и в виде хлопьев отделяются от воды.

Реакция образования гидрата окиси железа может быть изображена следующим образом:

4FeSO₄ + 4Са(ОН)₂ + О₂ + 2Н₂О → 4Fe(ОН)₃↓ + 4СаSO₄ (5.4.4)

или 4Fe²⁺ + 8OH^– + О₂ + 2Н₂О → 4Fe(ОН)₃↓ (5.4.5)

Образовавшиеся хлопья гидроокиси железа захватывают механические примеси из воды и мелкие частицы осадка, образовавшегося при известковании воды. Таким образом, в воде снижается содержание коллоидных и органических веществ.

Совместное известкование и коагуляция обеспечивают наилучший эффект протекания процессов, т.к. Са(ОН)₂ является поставщиком гидроксил-ионов, необходимых для гидролиза FeSO₄. В свою очередь, при удалении коллоидных веществ в процессе коагуляции создаются благоприятные условия для роста кристаллов СаСО₃ и Mg(ОН)₂.

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

86

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

При коагуляции воды сернокислым железом, совмещаемой с известкованием происходит увеличение кальциевой некарбонатной (постоянной) жесткости воды и содержания сульфатов. Поэтому при эксплуатации предочистки следует поддерживать те минимальные дозы извести и коагулянта, при которых достигается необходимое качество известкованно-коагулированной воды и необходимые свойства шлама. Обычно достаточна доза коагулянта в пределах 0,2 ÷ 0,5 мг-экв/л.

Качество обработанной в осветлителе воды определяется по следующим показателям:

- жесткость;

- щелочность общая и гидратная;

- рН;

- содержание взвеси (прозрачность).

Для контроля работы осветлителя в исходной и известкованно-коагулированной воде дополнительно определяются:

- содержание железа;

- содержание кремнекислоты;

- окисляемость.

Основные факторы, влияющие на процесс обработки воды известью и коагулянтом.

На протекание процесса обработки исходной воды известкованием и коагуляцией влияют следующие факторы: качество исходной воды, ее температура, использование ранее выпавшего шлама в качестве контактной среды, применение флокулянта, стабильность дозирования реагентов, стабильность расхода воды, подаваемой в осветлитель, степень удаления воздуха в воздухоотделителе.

Высокое солесодержание исходной воды благоприятно для коагуляции коллоидных примесей. Плохая коагулируемость воды может объясняться особыми свойствами содержащихся в воде коллоидных примесей и загрязнением воды промышленными или бытовыми стоками. Для вод с высокой окисляемостью в отдельных случаях для коагуляции требуется повышенная доза коагулянта.

В воде многих поверхностных источников в период паводка резко снижается щелочность и одновременно увеличиваются содержание взвесей и кремнекислоты (в т.ч. нереакционноспособной), окисляемость и цветность. Чтобы при этом сохранить требуемый эффект очистки воды, бывает необходимым изменение дозы реагентов. В результате состав и свойства образующегося осадка существенно изменяются.

При подогреве обрабатываемой воды ускоряются процессы химического взаимодействия и кристаллизации образующихся веществ, улучшаются условия выделения осадка из-за уменьшения вязкости воды. Вследствие этого интенсифицируются процессы обработки воды, что позволяет уменьшить расчетную длительность пребывания воды в осветлителе и увеличить допустимую скорость движения воды через него.

Оптимальная температура воды находится в пределах от 30 до 40ºС и уточняется в процессе наладки. Увеличение температуры способствует более эффективному умягчению воды.

Температура обрабатываемой воды должна быть стабильной – колебания ее проводят к возникновению температурных потоков в осветлителе и ухудшению результатов осветления воды.

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

87

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Обязательным приемом интенсификации процесса является использование ранее выпавшего шлама (осадка) в качестве контактной среды. Движущаяся снизу вверх вода поддерживает частицы шлама во взвешенном состоянии и контактирует с их поверхностью. Образующиеся при обработке воды трудно-растворимые вещества выделяются, в основном, не в объеме воды, а откладываются на поверхности частиц шлама.

Для того чтобы улучшить технологические свойства шлама, рекомендуется в дополнение к извести и коагулянту вводить в обрабатываемую воду флокулянт. В качестве флокулянтов может быть использованы полиакриламид (ПАА) или импортные флокулянты. Механизм действия флокулянта заключается в том, что молекулы этого полимера адсорбируют различные микрочастицы, содержащиеся в воде и образующиеся в процессе известкования и коагуляции. Применение флокулянта обычно позволяет улучшить осветление воды, но не углубляет эффекта удаления других примесей. Обычная доза флокулянта в пересчете на 100%-ный продукт составляет 0,2-1,0 мг/л. Флокулянт обычно вводят по ходу воды позже извести и коагулянта или осуществляют совместный ввод раствора коагулянта и флокулянта.

Одним из важнейших факторов протекания процессов предварительной очистки воды в осветлителе является стабильность дозирования реагентов.

Попеременная подача извести то с избытком, то с недостатком недопустима: известкованная вода оказывается при этом нестабильной, так как в ней продолжается процесс снижения жесткости и возникает опасность образования карбонатных отложений на фильтрующем материале механических фильтров.

Недопустимо нарушение в работе воздухоотделителя, т.к. оставшиеся в воде пузырьки воздуха налипают на частички шлама, делают их более легкими, что приводит к выносу шлама из осветлителя.

Обработанная в осветлителе вода даже при нормальной его работе содержит определенное количество механических примесей, находящихся в форме взвешенных различной степени дисперсности частиц. В моменты нарушения режимов работы осветлителя количество примесей резко возрастает за счет выносимого шлама.

Для удаления взвесей шлама, попадающих в известкованно-коагулированную воду, производится фильтрация ее через механические фильтры, загруженные дробленым антрацитом.

Содержащиеся в осветленной воде взвешенные вещества при движении через фильтрующий материал задерживаются им, и вода осветляется. Извлечение механических примесей из воды вследствие их прилипания к зернам фильтрующего материала происходит под действием сил адгезии. Осадок, накапливающийся в фильтрующем слое, имеет непрочную структуру и под влиянием гидродинамических сил потока разрушается, некоторая часть ранее прилипших частиц отрывается от зерен в виде мелких частиц и переносится в последующие слои загрузки. С течением времени, по мере накопления осадка в фильтрующем слое роль его верхних слоев уменьшается, и после предельного насыщения они перестают осветлять воду. При этом усиливается загрязнение последующего слоя и т.д. Когда вся толщина загрузки окажется недостаточной для обеспечения требуемой полноты осветления воды, концентрация взвеси в фильтрате будет быстро возрастать.

Вода при движении через фильтрующий материал преодолевает сопротивление, возникающее в результате трения ее о поверхность зерен фильтрующего материала, что характеризуется так называемой величиной потери напора.

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

88

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Поэтому поступающая на фильтр вода должна иметь давление, превышающее потерю напора в фильтре.

Потеря напора в фильтре является основным показателем его работы и зависит от следующих факторов:

- крупности фильтрующего материала;

- высоты слоя фильтрующего материала;

- скорости фильтрования;

- степени загрязнения фильтрующего материала.

Величина потери напора, вызываемая первыми тремя факторами, для фильтра практически постоянна. Что же касается степени загрязнения фильтрующего материала, то она непрерывно возрастает по мере работы фильтра и соответственно вызывает рост потери напора воды в фильтре.

Когда величина потери напора воды в механическом фильтре достигает максимально допустимого (резко снижается производительность фильтра) в данных условиях значения, фильтрование воды прекращают и приступают к удалению задержанных фильтрующим материалом взвешенных веществ. Это осуществляется путем промывки фильтра обратным потоком воды или смесью воздуха и воды. При этом фильтрующий материал приходит во взвешенное состояние, загрузка расширяется и ее поверхность, которую она занимала в процессе фильтрования, приближается к кромке верхнего распределительного устройства. Находясь во взвешенном состоянии, отдельные зерна загрузки непрерывно соударяются друг с другом, в результате чего загрязнения, налипшие на них, оттираются и потоком промывочной воды выводятся из фильтра. Фильтр промывается до тех пор, пока промывочная вода не станет прозрачной.

Промывка фильтров является вспомогательным процессом, однако, она может оказать решающее значение на нормальный режим работы фильтров. Спуск водяной подушки перед промывкой служит дополнительной мерой интенсификации процесса промывки.

После окончания промывки перед включением механического фильтра в работу следует провести операцию доотмывки в дренаж, необходимую для уплотнения фильтрующего материала с целью получения требуемой прозрачности выходящей из фильтра воды.

Отключение механических фильтров на взрыхляющую промывку производится после пропуска через них определенного количества воды либо при достижении перепада давления на фильтре определенной величины. Это связано с тем, что предельные потери напора на фильтре после пропуска значительного количества известкованно-коагулированной воды возникают за счет снижения пропускной способности фильтра в результате загрязнения и уплотнения фильтрующего материала.

При одновременной работе нескольких механических фильтров давление на входе и выходе из них уравнивается, поэтому отключение фильтров на взрыхление необходимо производить по снижению расхода по сравнению с расходом на других работающих фильтрах.

Продолжительность рабочего цикла фильтра будет тем больше, чем больше при прочих равных условиях он способен задерживать взвешенных веществ. Эту способность называют грязеемкостью фильтра и выражают количеством задержанных

в течение рабочего цикла фильтра взвешенных веществ в килограммах, отнесенных

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

89

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

к одному кубическому метру загруженного фильтрующего материала (кг/м³) или к одному квадратному метру площади фильтрования.

Фильтрующий материал является основным рабочим элементом фильтра, поэтому правильный выбор его параметров имеет первостепенное значение для нормальной работы фильтра. Основными технологическими требованиями к фильтрующему материалу механических фильтров являются: необходимый фракционный состав, определенная степень однородности зерен, механическая прочность, химическая стойкость по отношению к фильтруемой воде.

Степень однородности размеров зерен фильтрующей загрузки и ее фракционный состав существенно влияют на работу фильтра. Использование более крупного фильтрующего материала, чем это предусмотрено, влечет за собой снижение качества фильтрата, использование более мелкого вызывает уменьшение фильтроцикла и перерасход промывочной воды. Использование фильтрующего материала с большей степенью неоднородности по величине зерен ухудшает условия их промывки, так как вынос мелких фракций начнется раньше, чем придет в движение основная масса зерен загрузки.

Снижение интенсивности промывки с целью прекращения выноса мелких фракций приведет к ухудшению степени промывки более крупного фильтрующего материала. Кроме ухудшения условий промывки загрузки, применение неоднородного фильтрующего материала вызывает ухудшение условий фильтрования из-за образования поверхностной фильтрующей пленки.

Важным показателем качества фильтрующего материала является его механическая прочность. При истирании и измельчении материала происходит повышение гидравлического сопротивления верхнего слоя фильтрующей загрузки из-за забивания мелочью в результате выноса измельченных зерен нижних слоев в верхние с промывочной водой. Механическую прочность фильтрующего материала оценивают двумя показателями: истираемостью (т.е. процентом износа материала вследствие взаимного трения зерен во время промывок) и измельчаемостью (процентом износа вследствие растрескивания зерен).

Важным требованием, предъявляемым к качеству фильтрующего материала, является его химическая стойкость по отношению к фильтруемой воде, т.е. способностью не выделять в очищаемую воду вещества, ухудшающие условия работы ионитовых фильтров. Фильтрующий материал считается химически стойким, если он дает прирост сухого остатка не более 10 мг/м³, окисляемости – не более 8 мг/м³ и кремнекислоты – не более 2мг/м³.

Наиболее распространенным фильтрующим материалом для механических фильтров электростанций является дробленый антрацит или гидроантрацит. Размер зерен антрацита, загружаемого в механические фильтры, должен быть 0,8÷1,6 мм. При загрузке более крупных фракций (более 1,6 мм) процесс осветления воды на механических фильтрах ухудшается за счет проскока частичек шлама через слой антрацита.

Удаление катионов и анионов производится с помощью ионообменных материалов. Удаление растворенных газов (СО₂) производится путем декарбонизации воды.

Удаление из воды истинно-растворенных примесей (катионов и анионов) осуществляется путем фильтрования воды через материал, способный обменивать часть своих ионов на ионы, растворенные в воде. Такие зернистые материалы называют ионитами или ионообменными материалами.

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

90

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Большинство применяемых в настоящее время ионитов являются синтетическими смолами, отличающимися размерами и структурой их молекул. В отличие от молекул неорганических и многих органических соединений, состоящих из небольшого числа атомов, молекулы синтетических соединений состоят обычно из тысяч, а иногда десятков тысяч прочно связанных между собой атомов.

Ионообменные материалы обладают способностью к реакциям ионного обмена благодаря структуре их молекул, состоящих из твердой нерастворимой молекулярной сетки (матрицы), к отдельным местам которой присоединены активные группы атомов (функциональные группы), способные к диссоциации в воде на ионы.

В зависимости от характера активных групп ионита его подвижные, способные к обмену ионы могут иметь или положительный заряд, и тогда ионит называют катионитом, или отрицательный заряд, и тогда ионит называют анионитом.

В качестве катионитов в схемах обессоливания и Na-катионирования используют: сильнокислотный катионит КУ-2-8 российского производства, сильнокислотные катиониты фирмы «Пьюролайт» С-100, С-100С или другие импортные катиониты. Катиониты этих марок обладают сильнокислотными свойствами, т.к. в своем составе содержат активную группу SO₃H, катион водорода которой способен замещаться катионами кальция, магния и натрия.

В качестве анионитов используют как слабоосновные, так и сильноосновные аниониты. Аниониты содержат: первичные (−NH₂), вторичные (=NH), третичные (≡N) и четверичные аммониевые группы (–NR₃). Аниониты, содержащие первичные, вторичные и третичные аммониевые группы обладают слабоосновными свойствами, а четверичные аммониевые группы – сильноосновными.

Для поглощения анионов сильных кислот (Cl⁻, SO₄²⁻, NO₃⁻) в анионитовых фильтрах I ступени используется слабоосновной анионит фирмы Пьюролайт А-100 и аниониты А-845, А-847, способные помимо вышеуказанных анионов поглощать также анионы угольной кислоты (HCO₃⁻) и являющиеся, таким образом, анионитами средней основности.

Аниониты А-400 фирмы «Пьюролайт» и АВ-17-8 российского производства загружены в фильтры II ступени для поглощения анионов слабых кислот (HCO₃⁻, HSiO₃⁻).

Обработка воды путем водород-катионирования состоит в фильтровании ее через слой катионита, содержащего в качестве обменных ионов катионы водорода.

При Н-катионировании обрабатываемой воды протекают следующие реакции:

Ca²⁺ + 2HR → CaR₂ + 2H⁺ (5.4.6)

Mg²⁺ + 2HR → MgR₂ + 2H⁺ (5.4.7)

Na⁺ + HR → NaR + H⁺ (5.4.8)

HCO₃⁻ + H⁺ → H₂O + CO₂ (5.4.9)

где: R – фиксированные ионы катионита, которые принято считать одновалентными

Поглощение катионов зависит от их активности. В ряду Na⁺<K⁺<Mg²⁺<Ca²⁺ каждый последующий катион поглощается катионитом более интенсивно, чем предыдущий.

В результате приведенных реакций общая жесткость Н-катионированной воды снижается до 10 мкг-экв/л и ниже, а карбонатная жесткость (щелочность) полностью удаляется, вследствие чего происходит снижение солесодержания и устранение щелочности воды.

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

91

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Так как в процессе Н-катионирования все катионы в воде заменяются катионами водорода, то присутствующие в воде сульфаты, хлориды и нитраты, бикарбонаты и силикаты кальция, натрия и других катионов преобразуются в свободные минеральные кислоты (серную, соляную, азотную, угольную (CO₂), кремниевую).

Общая кислотность Н-катионированной воды при этом равна сумме содержащихся в воде анионов минеральных кислот (Cl⁻, SO₄²⁻, NO₃⁻ и др).

Наряду с вышеприведенными реакциями протекает процесс вытеснения из катионита ранее поглощенных катионов Na⁺ катионами Ca²⁺ и Mg²⁺, вследствие чего катионит по Na⁺ истощается быстрее, чем по ионам Ca²⁺ и Mg²⁺, которые являясь двухвалентными, сорбируются (поглощаются) катионитом лучше. Из-за неодинаковой сорбируемости ионов различной природы и «проскок» в фильтрат происходит не одновременно.

Понятие «проскок» ионов означает появление в воде ионов, которые уже не поглощаются фильтрующим материалом, а проходят через фильтр в обработанную воду.

При Н-катионировании до «проскока» натрия в Н-катионированной воде содержатся только минеральные кислоты, при этом кислотность фильтрата получается равной суммарной концентрации хлоридов, сульфатов и нитратов, т.е. анионов сильных кислот в обработанной воде.

Регенерация истощенного Н-катионита осуществляется пропуском через его слой раствора серной кислоты.

При регенерации катионита кислотой протекают реакции, которые могут быть выражены следующими уравнениями:

CaR₂ + H₂SO₄ → 2HR + CaSO₄ (5.4.10)

MgR₂ + H₂SO₄ → 2HR + MgSO₄ (5.4.11)

2NaR + H₂SO₄ → 2HR + Na₂SO₄ (5.4.12)

Для более полного вытеснения поглощенных катионитом ионов производят ступенчатую регенерацию Н-катионита: сначала 1-1,5%-ным раствором серной кислоты, а затем, когда основная масса катионов кальция и магния уже вытеснена и опасности «гипсования» уже нет, более крепким (4-5-6%) раствором кислоты.

Ввиду того, что катионированная вода является кислой, непригодной для питания паровых котлов, Н-катионирование сочетается с анионированием, при котором поглощаются анионы, содержащиеся в Н-катионированной воде.

Процесс пропуска воды через фильтры, загруженные анионитом, называют анионированием. В практике обработки воды для питания паровых котлов на электростанциях обменным анионом является ион ОН⁻.

Слабоосновные аниониты при анионировании способны обменивать свои активные обменные анионы ОН⁻ только на анионы сильных кислот (SO₄²⁻, Cl⁻, NO₃⁻). При этом протекают следующие реакции:

SO₄²⁻ + 2ROH → R₂SO₄ + 2ОН⁻ (5.4.13)

Cl⁻ + ROH → RCl + ОН⁻ (5.4.14)

NO₃⁻ + ROH → RNO₃ + ОН⁻ (5.4.15)

где: R – фиксированные ионы катионита, которые принято считать одновалентными.

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

92

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Содержащиеся в Н-катионированной воде катионы Н⁺ и полученные при анионировании воды анионы ОН⁻ взаимно нейтрализуются:

Н⁺ + OH^- → Н₂О (5.4.16)

Слабоосновные аниониты характеризуются неодинаковой способностью к поглощению различных анионов; поглощение анионов происходит по ряду: SO₄²⁻ > NO₃⁻ > Cl⁻, в котором каждый предыдущий анион поглощается более активно и в большем количестве, чем последующий. Это значит, что анион Cl⁻ «проскакивает» в фильтрат раньше, чем анион SO₄²⁻. Поэтому в схеме полного химического обессоливания анионитовые фильтры первой ступени, закруженные слабоосновным анионитом, отключают на регенерацию по «проскоку» в фильтрат аниона Cl⁻.

Анионы слабых кислот (HCO₃⁻, HSiO₃⁻ и др.) не вступают в обменные реакции со слабоосновными анионитами. Сильноосновные аниониты способны извлекать из воды все содержащиеся в ней анионы как сильных, так и слабых кислот.

Однако сильноосновные аниониты значительно дороже слабоосновных, поэтому они применяются главным образом для поглощения анионов кремниевой кислоты (HSiO₃⁻) и бикарбонатных ионов (HСO₃⁻) в установке полного химического обессоливания.

HSiO₃⁻ + ROH → RHSiO₃ + ОН⁻ (5.4.17)

HСO₃⁻ + ROH → RHСO₃ + ОН⁻ (5.4.18)

Кремнесодержание воды, пропущенной через сильноосновной анионитовый фильтр, снижается до остаточной концентрации кремнекислоты – 20÷50 мкг/л SiO₂ в зависимости от режима работы фильтра.

Однако присутствие углекислоты в воде, поступающей на анионитовые фильтры, отрицательно сказывается на глубине обескремнивания. Это связано с тем, что анион HCO₃⁻ поглощается расположенными ниже слоями анионита, вытесняя из них более слабую кремнекислоту.

После замены обменных анионов, содержащимися в воде анионами анионит истощается и теряет способность обменивать ионы. Регенерация анионита достигается пропуском через слой истощенного анионита раствора едкого натра.

R₂SO₄ + 2NaOH → 2ROH + Na₂SO₄ (5.4.19)

RCl + NaOH → ROH + NaCl (5.4.20)

RNO₃ + NaOH → ROH + NaNO₃ (5.4.21)

RHCO₃ + NaOH → ROH + NaHCO₃ (5.4.22)

RHSiO₃ + NaOH → ROH + H₂SiO₃ (5.4.23)

Анионит регенерируется 4%-ым раствором едкого натра. Аниониты с течением времени «стареют» вследствие окисления их растворенным в воде кислородом и загрязнения органическими веществами. В стареющих анионитах ухудшаются их технологические показатели.

Особенно нежелательным является поглощение анионитами органических соединений, т.к. при этом происходит ухудшение качества очищенной воды, снижение обменной способности анионита.

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

93

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

На восстановление обменной емкости анионитов требуются повышенные расходы щелочи, значительно возрастает расход воды на собственные нужды из-за повышенных расходов ее на отмывку анионита после регенераций и увеличения количества регенераций.

В случае высокоосновных анионитов при загрязнении их органическими соединениями имеет место повышенное содержание кремнекислоты в обработанной воде.

В зависимости от типа используемые для обработки воды аниониты могут поглощать различное количество органических соединений. Так анионит А-100 может поглощать до 8г органических соединений на литр смолы, аниониты А-845 и А-847 – до 15г на литр. Высокоосновные аниониты А-400 и АВ-17-8 также поглощают значительное количество органики.

Для снижения вышеуказанных отрицательных эффектов в работе анионитов следует применять следующие технологические приемы:

- при появлении признаков загрязнения анионита органикой необходимо увеличить удельные расходы щелочи на регенерацию и уменьшить скорость пропуска регенерационного раствора, т.е. увеличить время контакта раствора щелочи и анионита;

- периодически производить обработку анионита щелочно-солевым раствором, либо поочередную обработку его растворами щелочи и соли по специальной технологии.

Декарбонизацией называется процесс удаления из воды свободной угольной кислоты, которая образуется в значительном количестве при Н-катионировании воды.

Удаление угольной кислоты необходимо во избежание преждевременного срабатывания анионитовых фильтров II-ой ступени и производится путем продувки воздуха через воду.

При этом углекислота, находящаяся в воде, приходит в равновесие с углекислотой, содержащейся в воздухе. Так как парциональное давление углекислоты в воздухе мало, содержание ее в воде может быть снижено до 2-3 мг/л.

Остаточное содержание углекислоты зависит от температуры воды, величины поверхности контакта с воздухом, расхода воздуха на продувку.

Для предотвращения углекислотной коррозии оборудования паро-конденсатного тракта и тракта питательной воды на электростанциях применяется аммиачная обработка обессоленной воды.

Основной задачей такой обработки является связывание свободной углекислоты, содержащейся в обессоленной воде, и повышение рН воды и конденсата на всех участках пароводяного тракта, что обеспечивает защиту оборудования от коррозии.

Величина дозировки аммиака определяется его количеством, необходимым для связывания углекислоты в бикарбонат аммония:

NH₃ + H₂O + CO₂ → NH₄HCO₃ (5.4.24)

Небольшой избыток аммиака сверх этого количества образует карбонат аммония и повышает рН воды до требуемого значения.

NH₄HCO₃ + NH₃ → (NH₄)₂CO₃ (5.4.25)

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

94

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Обычно концентрация аммиака в питательной воде на ТЭЦ поддерживается

в пределах 0,5-1,0 мг/л.

Дозировка аммиака в обессоленную воду корректируется по содержанию его в

питательной воде и конденсате турбин.[7]

2. Установка получения умягченной химочищенной воды для подпитки теплосети производительностью 110 м³/час. Умягчение воды достигается последовательным проведением следующих технологических операций:

- очистка исходной речной воды известкованием и коагуляцией в осветлителях, являющихся общими со схемой обессоливания;

- фильтрационное осветление воды на механических фильтрах, являющихся общими со схемой обессоливания;

- обработка воды методом ионного обмена на Na-катионитовых фильтрах.

При натрий-катионировании воды происходит замена содержащихся в воде катионов жесткости на катионы натрия. Процесс обмена катионов может быть представлен следующими реакциями:

2NaR + Ca²⁺ → CaR₂ + 2Na⁺ (5.4.26)

2NaR + Mg²⁺ → MgR₂ + 2Na⁺ (5.4.27)

где: R – фиксированные ионы катионита, которые принято считать одновалентными.

Ионный обмен представляет собой стехиометрический процесс, поэтому на каждый эквивалент одного иона, поглощенного из раствора, ионит отдает в раствор один эквивалент другого иона того же знака. При натрий-катионировании жесткой воды на каждый эквивалент поглощенных ионов кальция и магния (Са²⁺ и Mg²⁺) в воду поступает один эквивалент Nа⁺. Общая концентрация катионов в воде, выраженная в мг-экв/л, при этом не изменяется. Если иметь в виду массовую концентрацию катионов (мг/л или мкг/л), то при катионировании она всегда увеличивается, т. к. эквивалентная масса иона натрия (23) больше эквивалентных масс кальция (20) и магния (12).

Концентрация каждого из присутствующих в растворе анионов, также как и суммарная их концентрация, в процессе Nа-катионирования остается постоянной, поскольку анионы не участвуют в ионном обмене на катионите. Отсюда следует, что общая щелочность воды и отдельные ее формы в процессе Nа-катионирования не изменяются. Общее солесодержание,

выраженное в мг-экв/л, сохраняется постоянным.

Возможность регенерации катионита, т.е. перевода его в исходную ионную форму, обуславливается обратимостью реакций ионного обмена. Регенерация катионита производится раствором соли NaCl.

При регенерации катионита происходят следующие реакции:

CaR₂ + 2Na⁺ + 2Cl^- ↔ 2NaR + Ca²⁺ + Cl^- (5.4.28)

MgR₂ + 2Na⁺ + 2Cl^- ↔ 2NaR + Mg²⁺ + Cl^- (5.4.29)

При регенерации катионита концентрация соли в регенерационном растворе составляет 8-10%.[7]

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

95

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

3. Установка очистки производственного и внутристанционного конденсата (конденсатоочистка) производительностью до 300 м³/час. Конденсатоочистка Светлогорской ТЭЦ предназначена для очистки горячего производственного конденсата (температура 60 ⁰С), поступающего с завода искусственного волока (СЗИВ) и целлюлозно-бумажного комбината (ЦКК), конденсата дренажного бака и бака низких точек из главного корпуса. Очищенный производственный конденсат используется в качестве добавки в питательную воду котлов. Производственный конденсат на конденсатоочистку поступает по двум трубопроводам: один – с СЗИВ, второй от ЦКК. В трубопровод загрязненного конденсата с ЦКК врезан трубопровод загрязненного конденсата из дренажного бака и бака низких точек главного корпуса.

Очистка конденсата производится на угольных и Na-катионитовых фильтрах.[7]

4. Установка нейтрализации регенерационных вод, предназначенная для взаимной нейтрализации кислых и щелочных вод схемы обессоливания. Воды от химических промывок имеют кислую реакцию за счет неполного срабатывания кислоты во время промывки. В этих водах присутствуют продукты растворения окислов металла, а также реагенты, применяемые для пассивации поверхности, проводимой после кислотной стадии промывки.

Сбросные воды от химпромывок насосами подаются из котельного отделения на установку, где собираются в баках-нейтрализаторах, представляющие собой

цилиндрические резервуары с коническими днищами и имеющие внутреннее антикоррозионное покрытие. Подача воды производится одновременно в оба бака-нейтрализатора для обеспечения одинаковых в них концентраций.

Процесс нейтрализации производится после полного сбора в баках-нейтрализаторах всех кислых вод, отработанных консервирующих и моющих растворов. После сбора и тщательного перемешивания вод в баках-нейтрализаторах с помощью насоса рециркуляции и сжатого воздуха определяют остаточную кислотность раствора и его рН. При остаточной величине рН воды в баке-нейтрализаторе после перемешивания меньше 6 производится нейтрализация до значения рН, равного 7-8,5.

Нейтрализация производится раствором известкового молока при постоянном перемешивании содержимого бака-нейтрализатора при помощи насоса рециркуляции и сжатого воздуха.[7]

5. Реагентное хозяйство предназначено для хранения жидких и сухих реагентов (серной кислоты, едкого натра, извести, коагулянта, флокулянта, фосфатов, гидразина, аммиака, фильтрующих материалов и др.) и приготовления рабочих растворов реагентов, используемых для ведения технологических процессов на всех установках химводоочистки, а также для коррекционной обработки питательной, обессоленной и котловой воды ТЭЦ и консервации теплосилового оборудования.

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

96

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Загрязненный конденсат

Рис.5.4.1

1. Осветлитель – 3 шт;

2. Бак известкованно-коагулированной воды – 3 шт;

3. Насос известкованно-коагулированной воды – 6 шт;

4. Механический фильтр Ø 2600 мм – 4 шт;

5. Механический фильтр Ø 3400 мм – 4 шт;

6. Н-катионитовый фильтр I-ой ст. – 9 шт;

7. Анионитовый фильтр I-ой ст. – 9 шт;

8. Декарбонизатор – 3 шт;

9. Бак декарбонизированной воды – 3 шт;

10. Вентилятор к декарбонизатору – 4 шт;

11. Насос декарбонизированной воды – 5 шт;

12. Н-катионитовый фильтр II-ой ст. – 5 шт;

13. Анионитовый фильтр II-ой ст. – 6 шт;

14. Бак обессоленной воды – 3 шт;

15. Насос обессоленной воды – 4 шт;

16. Na-катионитовый фильтр подпитки теплосети – 5 шт;

17. Бак химочищенной воды – 1 шт;

18. Насос химочищенной воды – 5 шт;

19. Бак загрязненного конденсата – 2 шт;

20. Насос загрязненного конденсата – 3 шт;

21. Угольный фильтр конденсатоочистки – 3 шт;

22. Na-катионитовый фильтр конденсатоочистки – 3 шт;

23. Насос очищенного конденсата – 2 шт;

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

97

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата