3 Эскиз выбранной схемы впу и пересчет показателей качества исходной воды по отдельным стадиям обработки воды

Схема трехступенчатого обессоливания (рис. 3.1) включает в себя первую ступень Н – катионирования, слабоосновное анионирование, декарбонизацию, вторую ступень Н – катионирования, сильноосновное анионирование, третью ступень Н – катионирования и сильноосновное анионирование, которая заменяется фильтром смешанного действия.

Рис 3.1 Эскиз схемы трехступенчатого обессоливания.

3.1 Коагуляция FeSo4 c известкованием

1. Жесткость остаточная:

К_Fe=0,4 мг-экв/кг – доза FeSO₄

=1,6+0,4=2 мг-экв/кг

=2,7 мг-экв/кг

3.1.2. =1,05 мг-экв/кг

_изв=0,35 мг-экв/кг – избыток извести при известковании исходной воды;

3.1.3. Концентрация сульфат ионов :

=1+ 0,4=1,4 мг-экв/кг;

3.1.4. Концентрация CL^‑ не изменяется.

5. Концентрация :

=0,6 *0=0 мг-экв/кг.

3.2 Ионитная часть схемы впу

1. Первая ступень Н – катионирования (Н₁):

В этом фильтре удаляются катионы , в количестве, мг-экв/кг, гдеобщая остаточная жесткость после предочистки :

2,7+2,150,467=3,7 мг-экв/кг

Жесткость воды после Н₁ составляет 0,2÷0,3 мг-экв/кг

Кислотность воды равна:

2,47 мг-экв/кг

3.2.2. Первая ступень анионирования А₁(слабоосновное анионирование).

В этом фильтре удаляются анионы сильных кислот в количестве:

=2,47 мг-экв/кг

Щелочность воды после фильтра А₁= 0,2 мг-экв/кг.

3.2.3. Декарбонизатор.

Остаточная концентрация СО₂ после декарбонизатора принимается в пределах 3 – 10 мг/кг. Принимаем 8 мг/кг (0,182 мг-экв/кг).

3.2.4. Вторая ступень Н-катионирования (Н₂).

В фильтре Н₂ удаляются катионы в количестве:

0,3 мг-экв/кг.

Кислотность воды после фильтра Н₂ не выше 0,05 мг-экв/кг.

3.2.5. Вторая ступень анионирования А₂ (сильноосновное анионирование):

При 2-х ступенчатом обессоливании на фильтре А₂ в основном удаляются после декарбонизатора в количестве:

=0+0,182=0,182 мг-экв/кг

Качество обессоленной воды после А₂:

• солесодержание – не более 0,20 мг/кг,

• кремнесодержание – не более 0,04 мг/кг.

3.2.6. Фильтр смешанного действия в схеме трехступенчатого обессоливания глубоко удаляет из воды катионы и анионы.

Качество воды после ФСД:

• солесодержание – не более 0,1 мг/кг

• кремнесодержание – не более 0,03 мг/кг.1

4 Полное описание процессов, происходящих на впу.

В настоящее время в теплоэнергетике в качестве исходной воды используется вода поверхностных источников, которая содержит значительное количество примесей в разнообразных формах. Требования к ВПУ – обеспечить высокоэффективную очистку воды при соблюдении экономичности схемы.

Предварительная стадия очистки позволяет избавиться от основных видов примесей при полном отсутствии сточных вод. На стадии предочистки вода освобождается от грубых, коллоидных, частично молекулярных примесей. Кроме того, снижается её щёлочность, происходит частичная дегазация. Качественная предочистка позволяет существенно улучшить технико-экономические показатели ВПУ в целом.

На стадии предочистки используются в основном методы осаждения, при применении которых примеси выделяются из воды в виде осадка. Данные методы обработки относятся к реагентным, так как в воду дозируют специальные химические реагенты. Обычно эти процессы совмещены и проводятся в осветлителе. В данной схеме предочистка на ВПУ проводится коагуляцией FeSO₄ с известкованием Ca(OH)₂.

Коагуляция – физико-химический процесс укрупнения коллоидных частиц за счет их слипания под действием молекулярных сил притяжения в результате введения в воду коагулянта. Коллоидные частицы имеют весьма маленькие размеры, поэтому участвуют в броуновском движении, обладаю высокой скоростью диффузии, а это способствует их выравниванию по объему воды. Мелкие коллоидные частицы не способны к укрупнению, так как имеют одноименный заряд, и такая частица окружена двойным слоем ионов, включая потенциалообразующие ионы и противоионы. В результате броуновского движения частица приобретает чаще всего отрицательный заряд. Чтобы укрупнить коллоидные частицы, в обрабатываемую воду необходимо ввести реагент, имеющий положительный потенциал. Такие вещества называют коагулянтами. В данной схеме ВПУ используется коагулянт FeSO₄. Введение флокулянта (полиакриламид – ПАА), вещества, ускоряющего процессы образования хлопьев, но не замедляющего коагулянта, способствует более качественной предочистке.

В данной схеме применяется известкование, так как Ж_к>2мк-экв/кг, для удаления из воды СО₂, снижения щелочности (или карбонатной жесткости); происходит удаление взвешенных и коллоидных примесей, а так же соединений Fe, Al, Si. При известковании воды происходит следующие процессы: прежде всего из воды удаляется свободная углекислота, и образуется трудно растворимое, выпадающее в осадок, соединение – углекислый кальций СаСО ₃.

СО₂+Са(ОН)₂=СаСО₃+Н₂О

Образуется осадок карбоната кальция:

Ca(HCO₃)₂+Ca(OH)₂=2CaCO₃+H₂O Са²⁺+СО^2–₃=СаСО₃.

Ионы магния, взаимодействуя с гидроксильными ионами, выпадают в осадок:

MgCl₂+Ca(OH)₂=Mg(OH)₂+CaCl₂ Мg²⁺+2OH=Мg(OH)₂

При введении извести в большом количестве чем это необходимо для связывания свободной СО₂, бикарбонаты НСО₃, переходят в карбонаты СО^2–₃.

ОН^–+НСО₃=СО^2–₃+Н₂О.

Остаточная жесткость, достигаемая в процессе известкования . КоагуляцияFeSO₄ совместно с известкованием производится в осветлителе при t=30-40 C и оптимальной дозе коагулянта . Первоначально организуется активное перемешивание коагулянта с исходной водой в течении 10 мин., а затем процесс должен протекать в спокойной гидродинамической обстановке, для него в осветлителе предусматривается специальные успокоительные короба. Процесс коагуляции имеет две стадии (скрытую и явную). На первой стадии происходит формирование микрохлопьевFe(OH)₃. На второй стадии образуются флокулы – крупные хлопья 1-3 мм., которые сорбируют на своей поверхности мельчайшие коллоидные частицы, т.е. происходит окончательная очистка воды. Реакция гидролиза сернокислого железа будет происходить в два этапа:

FeSO₄+Н₂О=Fe(OH)₂+Н₂О, рН=8-10,5

4Fe(OH)₂+О₂+2Н₂О=4Fе(ОН)₃.

После осветлителей вода направляется в осветлительные фильтры, где окончательно осветляется. ОФ загружаются пористым дробленым материалом. Фильтрование воды через слой сернистой загрузки происходит под действием разности давлений на входе в зернистый слой и на выходе из него. Данный перепад давлений зависит от скорости фильтрования, вязкости, диаметра фильтра, высоты загрузки. В процессе фильтрования на загрузке взвешенные вещества, что приводит к увеличению разности давлений. По достижению некоторой предельной величины перепада начинается проскок взвеси через фильтрующий слой или скорость фильтрования падает ниже допустимого предела. В этом случае фильтр необходимо отключить и произвести его промывку путем подачи воды в направлении обратном фильтрованию. Фильтр на промывку может отключатся по одному из следующих показателей:

1. мутности фильтра;

2. количеству пропущенной воды за фильтроцикл;

3. времени работы;

4. возрастанию перепада давления на слой.

Остаточное содержание взвеси после фильтра 1-1,5 мг/кг. После предочистки вода направляется на ионообменные фильтры. Сущность метода ионного обмена заключается в способности некоторых практически нерастворимых в воде материалов (ионитов) изменять в желаемом направлении ионный состав воды. Способность ионитов к такому обмену объясняется их строением. Он состоит из твердой основы – матрицы, на которую нанесены функциональные группы, способные в растворе к образованию на поверхности потенциалообразующих ионов. Вседствии этого вокруг твердой фазы образуется диффузионный слой из противоположно заряженных ионов. Они обладают высокой кинетической энергией, способны выходить из слоя, а их место занимает эквивалентное количество других ионов того же знака.

В работе ионитных фильтров различают следующие стадии:

1. Ионирование воды (удаление примесей).

2. Регенерация после истощения ионитной емкости.

3. Взрыхления слоя ионита (вода подается в обратном направлении, объем ионита увеличивается на 30-40%)

4. Непосредственно регенерация (пропуск раствора определенной концентрации)

5. Отмывка от продуктов регенерации и избытка реагентов.

После осветлительных фильтров вода поступает на Н–катионитные фильтры первой ступени. В процессе Н-катионирования вода умягчается за счет удаления из нее всех катионов в том числе катионов жесткости и происходит изменение анионного состава за счет разложения в кислой среде бикарбонатов с выделением СО₂. Н – катионирование самостоятельно применения не имеет. Его используют в комбинированных схемах умягчения с Nа – катионитными фильтрами, а также в схемах обессоливания. Фильтр загружен сильнокислотным катионом марки КУ-2. Фильтрат представляет собой смесь сильных и слабых кислот.

Реакции, протекающие при работе фильтра:

CaCl₂ + 2HR  CaR₂ + 2HCl

MgSO₄ + 2HR  MgR₂ + H₂SO₄

Ca(HCO₃)₂ + 2HR  CaR₂ + 2H₂O + 2CO₂

Mg(HCO₃)₂ + 2HR  MgR₂ + 2H₂O +2CO₂

Регенерацию таких фильтров проводят 1-1,5% раствором Н₂SО₄, при этом протекают следующие реакции:

CaR₂ + H₂SO₄  CaSO₄ + 2HR

MgR₂ + H₂SO₄  MgSO₄ + 2HR

Продуктами регенерации являются сульфаты кальция и магния – жесткие стоки.

При использовании Н – катионирования в схемах обессоливания воды на Н – фильтре будут протекать реакции с натриевыми солями имеющимися в воде.

NaCl + HR  NaR + HCl

Na₂SO₄ + 2HR  2NaR + H₂SO₄.

При использовании Н – фильтров в схемах умягчения фильтр на регенерацию отключают по пропуску катионов жесткости Са и Мg, а в схемах обессоливания процесс ведут до пропуска катиона Na.

Н-катионированная вода является мягкой, так как не содержит катионов жесткости, но использоваться в котлах на может, так как имеет кислую среду и кислотность ее тем выше, чем выше суммарное содержание в исходной воде анионов сильных кислот.

В данной схеме ВПУ фильтр Н₁ берет на себя основную нагрузку по удалению катионов, фильтр Н₂ улавливает проскоки катионов. После фильтров Н₁ вода попадает в группу фильтров А₁, загруженных низкоосновным анионитом АН-31. В этом фильтре происходит удаление анионов сильных кислот.

Реакции протекающие при работе фильтра:

HCl+OH RCl+2H₂O

H₂NO₃+ROHRNO₃+H₂O

H₂SO₄+2ROHR₂SO₄+2H₂O

Регенерация слабо и сильноосновных анионитов осуществляется 4% раствором NaOH:

RCl + NaOH  ROH + NaCl

R₂SO₄ + 2NaOH  2ROH + Na₂SO₄

R₂SiO₃ + 2NaOH  2ROH + Na₂SiO₃.

Группа Фильтров А₂ служит для удаления анионов слабых кислот и проскоков сольных. Она загружена сильноосновными анионитом марки АВ-17-8. В этой группе фильтров протекают следующие реакции:

H₂SiO₃ + ROH  R₂SiO₃ + 2H₂O

H₂CO₃ + 2ROH  R₂CO₃ + 2H₂O

В данной схеме ВПУ используются фильтры смешанного действия, т.к. на ТЭС установлены прямоточные котлы. ФСД предназначены для глубокого обессоливания и обескремнивания добавочной воды в схеме ВПУ. В такой фильтр загружается одновременно сильнокислотный катионит и высокоосновной анионит. Переходящие в процессе ионитного обмена в воду ионы Н⁺ и ОН^- образуют воду, способствуя этим углублению степени очистки воды.

На данной ВПУ установлены ФСД с внутренней регенерацией, Фильтры оборудованы средней дренажной системой, ограничивает скорость воды до 50 м/ч. Разделение ионитов производится в самом фильтре восходящем потоком взрыхляющей воды, вследствие чего анионит располагается в верхнем слое, а катионит - в нижнем. Качество воды после ФСД Na⁺<5мкг/кг, SiO₂<10мкг/кг.

Na – катионитовый фильтр имеет самостоятельное применение для умягчения воды для подпитки теплосетей и подготовки добавочной воды котлов низкого давления.

Обработка воды путем Nа – катионирования заключается в фильтровании ее через слой ионита, содержащего обменный катион Nа, который обменивается на содержащиеся в воде катионы Са и Мg.

Са(НСО₃)₂+2NаR  СаR₂ + 2NаНСО₃

MgCl₂+2NaR  MgR₂ + NaCl

CuSO₄ + 2NaR  CuR₂ + Na₂SO₄

MgSiO₃ + 2NaR  MgR₂ + Na₂SiO₃.

Суммарная концентрация катионов постоянна, но массовая концентрация их возрастает. За счет этого несколько увеличено солесодержание воды. Na – катионированная вода является мягкой, т.к.все катионы жесткости остаются на ионите. Недостатком фильтра является неизменность анионитного состава воды, т.е. Щ_ост=Щ_исх.

Регенерация истощенного катионита осуществляется 8 – 10% раствором повареной соли:

CaR₂ + 2NaCl  2NaR + CaCl₂

MgR₂ + 2NaCl  2NaR + MgCl₂.

Для удаления из обрабатываемой воды СО₂,а в ряде случаевН₂S, NH₃устанавливают декарбонизатор. Декарбонизатор представляет собой цилиндрический аппарат, имеющий штуцера подвода обрабатываемой воды, вывода обработанной воды, выделившегося газа и слива в дренаж. На эффективность декарбонизации влияют:

• температура обрабатываемой воды;

• рН среды;

• расход подаваемого воздуха;

• площадь поверхности контакта фаз.