1. Опишите усовершенствованные термические схемы обессоливания. Их преимущества и недостатки.

Первый вариант усовершенствованной схемы термического обессоливания (рис. 3.1) отличается от традиционной схемы (рис.В.2) заменой двух ступеней Na-катионитных прямоточных фильтров на одну ступень фильтров работающих по противоточной технологии. Тем самым значительно снижается расход NaCl на регенерации, что и ведёт к улучшению экологических показателей.

Рис. 3.1. Принципиальная технологическая схема термического обессоливания воды на базе противоточного Na-катионитного фильтра

Согласно второму варианту (рис. 3.2) исходная вода поступает в осветлители (О), где обрабатывается коагулянтом – оксихлоридом алюминия (Al2(OH)5Cl). В осветлители предусматривается ввод флокулянта. Коагулированная вода собирается в баках осветленной воды (БОВ) и фильтруется через механические фильтры (МФ), загруженные антрацитом. После очистки на механических фильтрах осветлённая вода подаётся на Н-Na-катионитные фильтры, работающие по технологии противоточногоионирования. Фильтры загружены смесью слабокислотного и сильнокислотного катионита.

Рис. 3.2. Принципиальные технологические схемы установок термического обессоливания воды:

H-Na – Н-Na-катионитный противоточный фильтр; 1 – концентрированные солевые стоки; 2 – разбавленные солевые стоки на отмывку

Умягченная катионированная вода подвергается декарбонизации (Д) и термической деаэрации (Др), после чего используется для питания ИУ. Дистиллят ИУ используется в цикле ТЭС для восполнения потерь пара и конденсата энергетических котлов.

Для восстановления обменной способности слабокислотной части катионита в Н-Na-катионитных противоточных фильтрах используется кислый регенерационный раствор, приготовленный на осветленной воде установки. Регенерация сильнокислотной части катионита производится солевым регенерационным раствором.

По сравнению с традиционной схемой термического обессоливания (рис. В.2) такая технология позволяет значительно уменьшить расход NaCl на регенерацию и тем самым улучшаются экологически характеристики.

В чем суть термохимических схем обессоливания? Их классификация.

Дальнейшее развитие термического обессоливания привело к созданию различных малоотходных схем, основанных на использовании продувки испарительной установки для регенерации Na-катионитных фильтров, обработку и утилизацию сточных вод процесса регенерации.

В настоящее время разработано большое количество вариантов таких схем. Обязательным условием их реализации является первоначальное введение в цикл водоподготовки определённого количества солей натрия и их многократное использование, выведение из цикла кальция и магния в виде твердой фазы и удаление соединений натрия, поступающих с исходной водой и корректирующими реагентами.

Все эти схемы могут быть разделены на группы по определенным признакам. Одним из таких отличительных признаков является способ утилизации сточных вод регенерации Na-катионитных фильтров. Наиболее характерные схемы термохимического обессоливания приведены на рис. 3.3. В ряде схем сточные воды непосредственно либо после частичного умягчения смешиваются с исходной водой. При этом солесодержание последней заметно возрастает, что ухудшает условия работы Na-катионитных фильтров.

Отличительными особенностями схемы рис. 3.3,а является максимальный расход щелочных реагентов и значительное увеличение минерализации исходной воды. По этой схеме предусматривается смешение исходной воды со сточными водами Na-катионитных фильтров, их обработка известью и содой в осветлителе исходной воды, умягчение и термическая дистилляция, использование подкисленной продувочной воды испарителей для регенерации Na-катионитных фильтров. При этом весь кальций и магний выводится за счёт щелочных реагентов. Повышенный расход соды, применение кислоты для нейтрализации продувочной воды испарительной установки, а также смешение сточных вод с исходной водой значительно увеличивает минерализацию осветлённой и умягчённой воды.

К преимуществу данной схемы следует отнести минимальную потребность в дополнительном оборудовании необходимом только для обработки продувочной воды испарительной установки и её стабилизации.

По схеме рис. 3.3,б сточные воды процесса регенерации Na-катионитных фильтров поступают в узел выделения солей жёсткости (УВСЖ). Часть жёстких стоков смешивается с продувочной водой ИУ и после выделения осадка используется для регенерации Na-катионитных фильтров. Избыток регенерационного раствора, обработанного в узле обработки жёстких стоков, поступает в осветлитель. По этой схеме значительная часть кальция выделяется в УВСЖ в виде его сульфата.

а)

б)

в)

Рис. 3.3. Принципиальные схемы термохимического обессоливания при смешении всех стоков водоподготовки с исходной водой (а), при смешении части стоков с исходной водой (б) и без смешения стоков с исходной водой (в):

УПРР – узел приготовления регенерационного раствора; ИС – испаритель стоков; УВСЖ – узел выделения жестких стоков регенерации; ИЗ – избыток натриевых солей; Кд – корректирующая добавка

Потребность в дополнительных реагентах для осаждения кальция и магния при работе по такой схеме возникает только при обработке исходной воды, в которой жёсткость близка или превышает суммарное содержание щелочных ионов и сульфатов. В этом случае в качестве корректирующей добавки (Кд) могут быть использованы не только сода и едкий натр, но и сульфат натрия.

Преимуществом схемы на рис. 3.3,б является сравнительно небольшое увеличение жёсткости и солесодержания осветлённой воды. Однако при этом требуется специальное оборудование для обработки сточных вод процесса регенерации Na-катионитных фильтров для приготовления регенерационного раствора.

На рис 3.3,в приведена схема многократного использования сточных вод без смешения их с исходной водой. Применение такой схемы, из-за замкнутости циркулирования регенерационного раствора, целесообразно при наличии определенных требований к солесодержанию в продувочной воде ИУ кремнекислых, органических соединений или других специфических примесей, затрудняющих её использование для регенерации Na-катионитных фильтров.

По этой схеме сточные воды регенерации Na-катионитных фильтров обрабатываются в УВСЖ, либо только щелочными реагентами, либо в сочетании с сульфатом натрия, отделяются от выпавшего осадка, упариваются в испарителе стоков до первоначального объёма регенерационного раствора и обрабатываются углекислым газом. Основным недостатком такой схемы является необходимость установки дополнительного испарителя. Анализ термохимических схем показывает, что наиболее предпочтительной является технология по рис. 3.3,б, содержащая возможность маневра потоками стоков. В качестве совершенствования экологических и технологических показателей возможно применение в этих схемах противоточной технологии умягчения вместо прямоточной.

В качестве дополнительной схемы термохимического обессоливания воды, можно рассматривать схему термохимического обессоливания воды со сбросом части не использованных жёстких стоков (рис. 3.4). Эта схема представляет собой несколько измененную схему на рис. 3.3,б – неиспользуемый в УПРР жёсткий сток сбрасывается, что позволяет уменьшить солевую нагрузки на осветлитель, но это приводит к ухудшению экологических показателей.

Рис. 3.4. Схема термохимического обессоливания со сбросом части жёстких стоков. Несмотря на своюмалоотходность для схем термохимического обессоливания существует проблема утилизации солей натрия, которые могут быть получены как в жидком, так и в твердом виде. Кроме того, и термическая переработка стоков, и выплавка металла, из которого изготовляется испарительная установка, связаны со сжиганием топлива, что влечет за собой загрязнение атмосферы. Основным недостатком тормозящим внедрение этих малосточных термохимических схем ВПУ являются высокие капитальные затраты при реконструкции уже имеющихся химводоочисток.

4. Опишите термохимическую схему обессоливания при смешении части стоков с исходной водой. Укажите её преимущества и недостатки.

П о схеме рис. 3.3,б сточные воды процесса регенерации Na-катионитных фильтров поступают в узел выделения солей жёсткости (УВСЖ). Часть жёстких стоков смешивается с продувочной водой ИУ и после выделения осадка используется для регенерации Na-катионитных фильтров. Избыток регенерационного раствора, обработанного в узле обработки жёстких стоков, поступает в осветлитель. По этой схеме значительная часть кальция выделяется в УВСЖ в виде его сульфата.

Преимуществом схемы на рис. 3.3,б является сравнительно небольшое увеличение жёсткости и солесодержания осветлённой воды. Однако при этом требуется специальное оборудование для обработки сточных вод процесса регенерации Na-катионитных фильтров для приготовления регенерационного раствора.

Анализ термохимических схем показывает, что наиболее предпочтительной является технология по рис. 3.3,б, содержащая возможность маневра потоками стоков. В качестве совершенствования экологических и технологических показателей возможно применение в этих схемах противоточной технологии умягчения вместо прямоточной.

7.Питательной водой испарителей поверхностного типа является вода прошедшая обработку в осветлителе, механическую очистку и умягчение вNa-катионитотных установках. При этом возникает необходимость в использовании реагентов для регенерации катионитотных установок и в последующей очистки сточных вод системы регенерации и отмывки фильтров. Все это существенно повышает стоимость получаемого дистиллята и ухудшает экологическое состояние ТЭС. В то же время, как показывают работы, проводимые под руководством проф. А.С.Седлова, система подготовки питательной воды испарителей может быть существенно изменена за счет использования продувочной воды испарителей для регенерации Na-катионитных фильтров. Схема установки с использованием продувочных вод показана на рис. 9.17. Исходная вода проходит последовательно обработку в осветлителе 1, механическую очистку в фильтрах 2 и поступает в двухступенчатую Na-катионитотную установку 4. После очистки от солей жесткости вода израсходного бака 5 поступает в деаэратор, где смешивается с продувочной водой котлов. Из деаэратора умягченная вода поступает в испарительную установку 7. (В первойопытно-промышленной установке применена пяти ступенчатая испарительная установка). Дистиллят испарительной установки используется для восполнения потерь пара и конденсата в цикле электростанции, а продувочная вода испарителей, пройдя декарбонизатор 8, поступает в бак сбора продувочной воды 9 и затем в реактор 10. В реакторе продувочная вода смешивается с частью отработанного регенерационного раствора катионитных фильтров и после отделения осадка поступает в бак раствора 11. Полученная в баке 11 смесь используется для регенерации Na-катионитовых фильтров.

 

Рис. 9.17. Принципиальная схема использования продувочной воды испарителей для регенерации катионитных фильтров: 1 - осветлитель; 2 - бак осветленной воды; 3 - механический фильтр; 4 - Na-катионитные фильтры; 5 - бак химочищенной воды; 6 - деаэратор; 7 - испаритель; 8 - декарбонизатор;10 - бак-реактор; 11 - бак регенерационного раствора; 12 - бак сточных вод регенерационных вод

 

Реализация приведенной на рис. 9.17 схемы стала возможной только после разработки технологии приготовления регенерационного раствора. Это обусловлено необходимостью снижения концентрации карбонат- и гидрат-ионов, а также кремнекислых и органических соединений в продувочной воде испарителей до уровня, при котором она может использоваться для регенерации Na-катионитовых фильтров.

Принципиальная схема переработки продувочных вод испарителей в регенерационный раствор приведена на рис. 9.18.

 

Рис. 9.18. Схема переработки продувочных вод испарителей в регенерационный раствор: 1 - бак-реактор; 2 - насос для перемешивания раствора; 3 - бак-мерник раствора серной кислоты; 4 - насос-дозатор; 5 - осветлительный фильтр; 6 - бак концентрированного раствора;7 - бак регенерационного раствора; 8 - бак сточных вод; 9, 10, 12 - насосы; 11 - шламосборник

 

Продувочная вода испарителей с концентрацией примесей 60 - 100 г/л поступает в реактор 1. Туда же в расчетном количестве подаются сточные воды после регенерацииNa-катионитовых фильтров с содержанием солей жесткости более 30 мг-экв/кг. В реакторе с помощью насоса 2 проводится интенсивное перемешивание растворов и выделение шлама. Полученный в реакторе раствор проходит осветление в фильтре 5 и поступает в бак сбора концентрированного раствора 6. При необходимости корректировки раствора в этот же бак может подаваться серная кислота. Расчетное количество раствора из бака 6 разбавляется технической водой до заданной концентрации в баке 7 и насосом 12 подается на регенерациюNa-катионитовых фильтров.

Технология использования продувочных вод позволяет утилизировать до 40% сточных регенерационных вод системы водоподготовки и существенно снизить стоимость получаемого дистиллята.