книги из ГПНТБ / Говерт А.А. Водоподготовка для локомобилей

водится периодически в количестве, достаточном для реге­ нерации одного фильтра; в целях удобства эксплуатации рекомендуется производить ,в сутки не более 2—3 регене­ раций.

После того как солерастворитель загрузят солью, через него начинают пропускать воду сверху вниз и таким путем вымывают всю соль; соляной раствор желательно готовить на подогретой воде, что улучшит использование соли при регенерации и сократит время ее проведения. Для улучше­ ния процесса регенерации необходимо промывать солерас­ творитель от механических примесей обратным током воды в течение 8—12 мин после каждой операции регенерации;

с условным диаметром 450 мм и высотой 1593 мм на рабо­ чее давление 6 ати, которые можно использовать и для локомобилей.

Проточные солераетворители имеют ряд недостатков: ненадежность работы при наличии загрязнений в приме­ няемой соли, невозможность поддержания постоянной и оптимальной концентрации соляного раствора в течение всего периода регенерации, периодичность загрузки солью.

Во избежание некоторых из этих недостатков можно предварительно, готовить соляной раствор в специальном баке и подавать его на натрий-катионитовый фильтр после перемешивания и пропускания через фильтр механической очистки; неплохо организовать мокрое хранение соли.

За последние годы разработан ряд усовершенствований по улучшению регенерации катионитовых фильтров: для равномерного распределения соляного раствора стали при­ менять колпачковые дренажи; применяется двухступенча­ тая регенерация (сначала 4—6%-ным, затем 6—8%-ным раствором соли), что вместе с подогревом раствора сни­ жает расход соли на регенерацию до 12П—150 г!г-экв.

После окончания регенерации необходимо отмыть ка­ тионит, освободив его от продуктов регенерации (СаСЬ; MgCb) и от избытка раствора соли; отмывка производится прозрачной водой путем пропускания ее через катионитовый фильтр сверху вниз; грязная вода сбрасывается в дре­ наж. Скорость фильтрования при отмывке составляет 4—15 м/ч, а продолжительность отмывки — 25—30 мин. Отмывка прекращается после осветления стока водьп при

101

жесткости ее 0,5—0,1 мг-экв/л и содержании хлоридов в отмывочной воде на 80—120 мг/л больше, чем в исходной воде. Удельный расход воды на отмывку катионитового фильтра составляет 3,5—5 м3 на 1 м3 катионита; затраты времени, потребного на проведение взрыхления, регенера­ ции и отмывки натрий-катионитового фильтра, составляют около 1,5 ч.

По сравнению с другими методами водоподготовки умягчение воды натрий-катионированием имеет ряд преиму­ ществ: глубокое умягчение воды, компактность и неболь­ шие габариты оборудования, отсутствие дозировки реаген­ тов, возможность умягчения воды с переменной же­ сткостью, применение для регенерации фильтров дешевого общедоступного реагента-—поваренной соли. Однако на- трий-катионитовое умягчение воды имеет и недостатки: по­ сле него необходимо производить обескислороживание воды; солееодержание обработанной воды выше, чем при других методах водоподготовки; значителен расход воды на собственные нужды, который может иногда составлять 25% и более от полной производительности катионитовой установки. Метод натрий-катионирования применим для воды с содержанием взвешенных веществ не более 50 мг/л, так как они обволакивают зерна катиона и снижают эф­ фективность его действия. При содержании в исходной воде взвешенных веществ 50—200 мг/л перед натрий-катиони- товыми фильтрами необходимо устанавливать механиче­ ские осветлительные фильтры. Если содержание взвешен­ ных веществ превышает 200 мг/л, то в схеме водоподготов­ ки необходимо предусматривать также и коагулирование. Как указывалось выше, с повышением минерализации во­ ды эффективность натрий-катионирования снижается, так как сокращается период работы слоя катионита; поэтому для умягчения высокоминерализованньих вод рекомендует­ ся применять двуступенчатое катионирование.

Бикарбонатная щелочность умягченной натрий-катио- нированием воды равна по величине карбонатной жестко­ сти исходной воды. Попадая в котел, бикарбонат натрия умягченной воды разлагается с образованием соды, кото­ рая, гидролизуясь, образует едкий натр и углекислоту:

102

При высокой карбонатной жесткости исходной воды щелочность котловой воды повышается сверх нормы и при­ менение чистого натрий-катионирования становится невоз­ можным при допустимом размере безвозвратной продувки. При отсутствии возврата конденсата максимально допу­ стимая величина карбонатной жесткости исходной воды при чистом натрий-катионировании без учета уноса щело­ чей с паром может быть определена по формуле

- р Щ к в [ м г - ж в ! л ] .

Диапазон применимости чистого натрий-катионирования при периодической продувке некоторых локомобильных котлов приведен в приложении 2. Как видно из приложе­ ния 2, применение натрий-катионирования для локомоби­ лей, работающих без возврата конденсата, ограничивается величиной карбонатной жесткости исходной воды 0,55— 0,91 мг-экв/л по величине периодической продувки. Для локомобилей, работающих с возвратом конденсата и не­ прерывной продувкой, диапазон применимости чистого на- трий-катионирования превышает указанные значения про­ порционально доле возвращаемого конденсата и размеру продувки. По величине некарбонатной жесткости исходной воды применение натрий-катионирования не ограничи­ вается.

Пример расчета натрий-катионитовой установки приве­ ден в приложении 3.

17. Т Е Р М О Х И М И Ч Е С К О Е В О Д О У М Я Г Ч Е Н И Е

Сущность метода термохимического водоумягчения за­ ключается в том, что подлежащая обработке вода до по­ падания ее в котел проходит через водоумягчитель, в ко­ тором происходит термическое разложение бикарбонатов кальция и магния и осаждение солей некарбонатной и ча­ стично карбонатной жесткости под действием реагентов; наряду с умягчением вода подвергается дегазации и освет­ лению.

Один из термохимических водоумягчителей показан на рис. 37. В нем подлежащая обработке вода поступает в каскадный водоподогреватель; стекая с перегородки на перегородку, она нагревается до температуры 95—98° С идущим снизу вверх греющим паром и одновременно де­ аэрируется со снижением содержания кислорода до 0,5 мг/л.

103

Нагревание воды вызывает разложение бикарбонатов, ко­ торое происходит по следующим схемам:

С повышением температурьи обрабатываемой воды эф­ фективность умягчения ее повышается. По центральной трубе вода поступает в нижнюю часть умягчителя, куда вводятся также химические реагенты. Основная масса ре­ агентов расходуется на осаждение солей .некарбонатной жесткости, и реакции осаждения солей имеют следующий вид:

CaS04 + Na2C 03-v CaCOs+ Na2S04;

CaCl2-(-Na2C03 CaC03-|-2NaCl;

MgCla- f 2NaOH-»Mg(OH)s + 2NaCl;

MgS04 + 2Na0H -v Mg(OH)2+ Na2S04.

He успевшие термически разложиться соли карбонат­ ной жесткости осаждаются едким натром:

Са (HC03)2- f 2NaOH -* Na3C03 -f- СаС03 + 2Н20; 1 ,

Mg (HC03)24-2Na0H+ Na2C03 - f Mg (0Н)3+ Н 20 + С 0 2. )

Получившаяся в результате реакции сода гидролизует­ ся с образованием едкого натра, который вновь исполь­ зуется в умягчителе для осаждения солей некарбонатной жесткости. Осуществление регенеративной продувки в тер­ мохимический водоумягчитель ускоряет процесс умягчения, так как щелочная продувочная вода также принимает уча­ стие в осаждении накипеобразователей. Поднимаясь далее в верхнюю часть осветлителя, вода проходит, как и в су­ спензионном сепараторе, через слой выпавшего шлама, оказывающего каталитическое воздействие на процесс умягчения. Наряду с этим шлам играет роль своего рода механического фильтра и осветляет проходящую через него воду. В верхней части осветлителя вода собирается коль­ цевым желобом и далее по трубопроводу отводится в пи­ тательный бак. В целях создания наиболее благоприятных условий для выпадения шлама .нижняя часть осветлителя устраивается в виде конуса с углом конусности 40°. Уро­ вень шлама в осветлителе регулируется специальным

104

устройством, из которого шлам по трубам перепускается в шламоуплотнитель и затем периодическим» продувками

105

Р бу — размер безвозвратной продувки умягчителя

впроцентах парэпроизводительности;

ф— эквивалентный вес;

s —''содержание чистого реагента в долях единицы.

Хорошие результаты дает применение частичного на- трий-катионирования совместно с термохимическим водоумягчителем. В этом случае в качестве щелочи использует­ ся натрий-катионированяая вода и отпадает необходи-

Рис. 38. Схема включения термохимического водоумягчителя в питательную и продувочную линию локомобиля.

/ — подвод исходной воды; 2— каскадный иодоподогреватель; 3 — корпус водоумягчнтеля; 4— бак раствора соды; 5— дозатор раствора соды; в —бак раствора едкого натра; 7—дозатор раствора едкого натра; 8 —подвод пара; У — подвод продувочной поды; } 0 ~ шламоотделитель; // —от­ вод умягченной воды; 12— питательный бак; 13— пита­ тельный насос; /-/—питательный приямок; 15—локомо­

бильный котел; 16— дроссельное устройство.

мость в расходовании химических реагентов. Ввод реаген­ тов и антинакипинов в термохимический водоумягчитель может осуществляться капельным способом из дозировоч­ ного бачка, при помощи плунжерного насоса-дозатора ма­ лой производительности или какого-либо другого дозатора. В связи с вводом в умягчитель реагентов солесодержание обрабатываемой воды несколько увеличивается.

Жесткость обработанной термоумягчителем воды сни­ жается с 7—10 до 0,15—0.2 мг-эке/л при щелочности

106

3—4 мг-экв/л. При обработке поверхностных вод с боль­ шим содержанием грубодисперсных примесей эффектив­ ность умягчения увеличивается, если до термохимумягчителя подвергать воду (предварительному осветлению. Время пребывания воды в умягчителе принимается равным 45— 50 мин. Расчетная вертикальная скорость движения воды принимается не более 1 —1,25 мм/сек во избежание выноса шлама вместе с умягченной водой.

Размер регенеративной продувки котла в термохими­ ческий умягчитель в процентах паропроизводительности котла можно определить по формуле

per «/цу.в(1 + рб) - щ п- У Ц к .н ' ЮО [°/0], (45)

где а — доля умягченной добавочной воды от паропроиз­

паропроизводительности котла; определяется солесодержанием котловой воды.

Зная размер регенеративной продувки в процентах, количество продувочной воды, которое необходимо на­ править из котла в умягчитель, можно вычислить по формуле

бильных котлов, одновременно обслуживаемых умягчителем, т/ч.

Для локомобилей размер продувки в умягчитель обычно составляет 10—25%. Регенеративная продувочная вода по­ дается по трубе диаметром 13—16 мм, ввариваемой в ли­ нию основной продувки котла.

Для возможности отключений на указанной трубе ре­ комендуется ставить два запорных вентиля. Регулирование

107

количества продувочной воды осуществляется игольчатым вентилем или при помощи набора дроссельных шайб диа­ метром 2—4 мм. Шайбы: устанавливаются на вертикаль­ ном участке трубопровода с подводом воды сверху.

Расход греющего пара определяется из теплового ба­ ланса умягчителя:

мических реагентов и теплом водьи шламовой продувки термоумягчителя.

108

Расход греющего пара в термохимумягчитель состав­ ляет для локомобильных установок примерно до 135—■ 160 кг/ч; регулирование подачи пара лучше всего осуще­ ствлять автоматическим терморегулятором. Желательно осуществлять подогрев воды с таким расчетом, чтобы в тер­ мохимический умягчитель направлялось больше проду­ вочной воды и меньше пара.

При отсутствии возврата конденсата расчетную же­ сткость исходной воды для термохимического умягчения можно определить по формуле

лов в процентах паропроизводительности; Щкв — норма щелочности котловой воды, мг-экв/л; Щп— щелочность выдаваемого локомобильным кот­

лом пара, мг-экв/л.

В целях экономного расходования химических реаген­ тов расчетную жёсткость рекомендуется принимать в раз­ мере не более 3 — 4 мг-экв/л. Пользуясь формулой (47),

можно определить верхний предел применимости термо­ химического водоумягчения по величине некарбонатной жесткости исходной воды:

При безвозвратной непрерывной продувке в размере, например, 10°/0 и норме щелочности котловой воды 20 мг-экв/л максимальная некарбонатная жесткость ис­ ходной воды составит:

Диапазон применимости термохимического -водоумягче­ ния (по величине некарбо1натной жесткости исходной во­ ды) для отдельных типов стационарных локомобилей, ра­ ботающих без использования конденсата, с безвозвратной периодической продувкой приведен в приложении 2. При

109

работе с возвратом конденсата и сочетании термохимиче­ ского умягчения с частичным иатрий-катионированисм, а также ,в тех случаях, когда стоимость химических реаген­ тов не имеет существенного значения, область применения термохимического водоумягчения по величине некарбонат­ ной жесткости исходной воды может быть значительно рас­ ширена. По величине карбонатной жесткости исходной, водьи применение термохимического водоумягчения не огра­ ничивается. Докотловое термохимическое водоумягчение нашло широкое применение для промышленных котлов, в том числе и локомобильных; оно имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами водоподготовки. При этом методе не увеличивается щелочность котловой воды, что наблюдается при яатрий-кат,копирования; одновремен­ но с умягчением осуществляется дегазация воды. Реагенты расходуются в основном только на осаждение солей не­ карбонатной жесткости добавочной воды; горячая вода шламово-щелочной р'егенеративной продувки и содержа­ щиеся в ней химические реагентьи используются в водоумягчителе для улучшения эффекта умягчения. Контроль за работой умягчителей сводится к измерению температурьи и щелочности воды. Обслуживание термохимических уста­ новок относительно несложно и может осуществляться ра­ ботниками локомобильной станции. Бесперебойная работа обеспечивается без резервного умягчителя.

Наряду с преимуществами этот метод имеет следую­ щие недостатки: применение его ограничивается величиной некарбонатной жесткости исходной воды; относительно вы­ сока стоимость 1 тобработанной воды; затруднено регули­ рование температуры воды и неизбежны тепловые потери; при работе локомобиля с переменным режимом трудно обеспечить стабильную работу умягчителя, поэтому при­ ходится иметь дополнительный резервный бак умягченной воды; применяемое оборудование довольно громоздко. Одним из существенных недостатков метода термохимиче­ ского водоумягчения с точки зрения применения его для локомобилей является подогрев питательной водьи до тем­ пературы 95—98° С. Как указывалось выше, работа ин­ жектора локомобиля нарушается при температуре воды выше 35° и питательного насоса при температуре водьи вы­ ше 50—60° С; поэтому при термохимическом водоумягчении необходимо обеспечивать поступление воды к питательно­ му насосу не из питательного приямка, а с подпором из специального питательного бака, расположенного над пи-

110