Водоподготовка введение

Деаэратор называется атмосферный деаэратор смешивающего типа. Он состоит из деаэрационной колонки 1 и бака – аккумулятора 2 , служащего емкостью для деаэрированной воды. 3 – указательное стекло, 4 – манометр, 5 – гидравлический затвор, который устраняет образование в колонке большого давления или вакуума.

В верхней части колонки установлено распределительное устройство (6) под которым располагаются тарелки (7,8). В днище тарелок имеются отверстия диаметром 5 -7 мм, сквозь которые вода вытекает в виде струек, и падают с первой тарелки на вторую, со второй на третью и т.д. Греющий пар подается в нижнюю часть колонки через распределитель пара (9), пройдя который постепенно поднимается вверх, пересекая струи воды, подающие с тарелок. Выделяющие из воды газы вместе с конденсировавшимся паром удаляются из колонки через вентиль (10) в атмосферу или поступают охладитель выпара (11), в котором пар конденсируется, отдавая тепло поступающей в деаэратор воде и далее направляются в дренажный бак (12). Вода, нагретая до кипения и освобожденная от газов, падает в бак – аккумулятор, откуда она забирается питательными насосами. Деаэратор обычно снабжается автоматическими регуляторами подачи пара и воды (13).

Обескислороживание воды.

При обескислороживании воды путем ее сульфитирования происходит окисление сульфита натрия растворенным в воде кислородом по реакции:

2Na₂ SO₃ + O₂ 2Na₂ SO₄

В результате, которой образуется хорошо растворимый в воде и практически безвредный сернокислый натрий, а содержание растворенного в воде кислорода уменьшается. Недостатком сульфитирования является увеличение солесодержания питательной воды примерно на 12мг на каждый миллиграмм растворенного кислорода. Поэтому сульфитирование осуществляется после термической деаэрации. Ввод сульфата натрия должен осуществляться непрерывно и автоматически в питательную магистраль пропорционально расходу воды. Наиболее важными характеристиками процесса сульфитирования являются скорость реакции кислорода с сульфитом натрия полнота поглощения кислорода, которые возрастают с повышением температуры воды и увеличением избытка реагентов. Сульфит натрия разлагается в котле при давлениях 6,0 бар и выше с образованием сернистого ангидрита, который уносится с паром и повышает коррозионные свойства конденсатов. Поэтому в целях ликвидации проскоков кислорода в термически деаэрированную питательную воду паровых котлов сульфитирование неприемлемо и для обескислороживания применяют обработку ее гидразин – гидратом (Na₂H₄ H₂O) либо гидразин-сульфатом (N₂H₄ H₂SO₄) обладающими сильными восстановительными свойствами.

N₂H₄ H₂O + O₂ N₂ + 3 H₂O.

В результате протекания реакции между гидразин – гидратом и кислорода солесодержание обработанной воды в отличие от сульфита натрия не повышается, так как конечными ее продуктами является вода и азот.

Гидразин – гидрат в настоящее время служит единственным средством для удаления остаточного кислорода из питательной воды прямоточных котлов.

Удаление свободной углекислоты осуществляется при помощи декарбонизатора.

Контроль водно – химического режима теплосиловых установок.

Качество и надежность работы теплосиловой установки определяют два режима – тепловой (топочный) и водно – химический. Эксплуатация установки, следовательно, состоит в обеспечении и поддержании этих режимов в оптимальных пределах. Понятие водно – химического режима включает в себя все процессы, протекающие в пароводяном цикле энергоустановки и вызванные водой, паром или возникшие под воздействием содержащихся в них примесей. По ПТЭ водно – химический режим электростанций должен обеспечивать работу теплосилового оборудования без повреждения и снижения его экономичности, вызванных образованием шламовых или накипных отложений в котельных агрегатах, проточной части турбин, конденсаторах и других теплообменных аппарата, а также коррозией металла котельных агрегатов, турбин и другого оборудования. Химический контроль водного режима электростанции имеет своей задачей своевременное обнаружение отклонений основных показателей качества водного режима от заданных нормами значений. Ввиду этого он должен быть оперативен. Это значит, что данные получаемые в результате контроля, должны быть точными и своевременными. Химический контроль на ЭС организуется и осуществляется химическим цехом, в ведении которого находится водно-химическая лаборатория и ее отделения в цехах экспресс лаборатории. Основная водно – химическая лаборатория выполняет опытно – исследовательские работы, вытекающие из требований эксплуатации, производит более углубленный контроль процессов и режимов и осуществляет руководство экспресс – лабораториями. Для осуществления контроля в соответствующих местах устанавливаются пробоотборные устройства, которые должны обеспечить отбор, представительной пробы, т.е. пробы, правильно отражающей качество того потока, из которого она отобрана.

Удаление из воды грубодисперсных примесей.

Обработка поверхностных природных вод для восполнения потерь пара и конденсата на ТЭС начинается с очистки их от грубодисперсных и коллоидных примесей, которые могут явиться причиной образования вторичной накипи на поверхностях нагрева, ухудшения качества пара и загрязнения ионитовых материалов. Удаление из воды грубодисперсных примесей достигается путем отстаивания и фильтрования.

Осветлением называют процесс удаления из воды грубодисперсных и коллоидных примесей. Осветление осуществляется двумя способами: 1) Осаждение и 2) Фильтрация. При осаждении частички твердых веществ под действием силы тяжести оседают на дно резервуара, в котором вода находится в состоянии покоя. При этом удаляется только грубодисперсные примеси. Осаждение требует длительного времени, больших объемов резервуаров и не может обеспечить полного удаления грубодисперсных примесей. Поэтому, для целей приготовления добавочной воды в условиях электростанций осаждение как самостоятельный способ осветления воды не применяется.

Фильтрованием называют процесс осветления воды путем пропуска ее через пористый материал, на поверхности и в порах которого вода оставляет грубодисперсные примеси. Аппарат, в котором производится фильтрование, называется фильтром, а пористый материал, содержащийся в нем – фильтрующей средой или фильтрующим материалом.

Фильтры, служащие для целей осветления воды, называются осветлительными фильтрами; иногда их называют механическими фильтрами. По достижении предельного загрязнения фильтр выводится из работы и ставится на промывку. При промывке удержанные фильтрующим слоем загрязнения вымываются. Промытый фильтр вновь включается в работу. В качестве фильтрующих материалов применяют дробленый антрацит, кварцевый песок, керамзит.

Коагуляция воды.

Коагуляцией называется процесс укрупнения (слипания, свертывания) коллоидных частиц, завершающийся выпадением вещества в осадок, удаляемый осаждением или фильтрованием. Для осуществления коагуляции в воду вводятся реагенты. Эти реагенты называются коагулянтами. Известно, что коллоидные частицы в воде находятся хаотическом движении и несут эти частицы одноименные электрические заряды. По этой причине они не способны произвольно укрупнению. С этой целью необходимо производят взаимную коагуляцию двух коллоидов, частицы которого несут разноименные электрические заряды. И это достигается при вводе коагулянтов. На электростанциях широко применяется в качестве коагулянтов при- меси сернокислого алюминия Al₂ (SO₄)₃ .18 H₂O и сернокислого железа Fe₂ SO ₄ .7 H₂O и хлорное железо FeCl₃ . В результате гидролиза этих коагулянтов получается гидраты окиси алюминия и железа т.е. Al(OH)₃ и Fе(OH)₃ . Эти малорастворимые вещества выпадают в виде хлопья в осадок, которые имеют поверхность и адсорбируют на себя коллоидные частицы. Поэтому должна быть такая дозировка, что бы заряд этих коллоидных частиц равнялся нулю, т.е. получилось бы изоэлектрическая точка. Для каждого состава воды в зависимости от состава коллоидных частиц существует оптимальная величина дозировки реагента.

Спустя некоторое время после ввода реагента происходит помутнение воды. Стечением времени мутность усиливается, постепенно образуется крупные рыхлые хлопья, оседающие на дно сосуда и увлекающие с собой все загрязнения. Опыт показывает, что при подогреве воды укрупнение частиц ускоряется, т.к. частицы движется быстрее и соединяются, т.е. укрупняются и процесс завершается быстро. Однако при температуре воды больше 35-40⁰ С частицы еще быстро двигаясь, сталкиваются друг – другом и не соединяясь отталкиваются, т.е. не происходит процесс укрупнения. Поэтому перед коагуляцией воду подогревают и автоматически поддерживают температуру воды при 35 -40⁰ С. Ниже предела температуры, т.е. меньше 35 – 40⁰ С частицы движутся медленно и почти не сталкиваются, не происходит укрупнение коллоидных частиц.

Обезмасливание конденсата.

Производственный конденсат, возвращаемый электростанцию, часто содержит масла. Паропотребители загрязняющие конденсат маслом могут быть разделены на две группы - загрязняющие непрерывно и периодически.

К первой группе относятся паровые поршневые машины разного назначения (привод насоса прокатных станов), ко второй группе многие потребители коксохимических и нефтепереработающих заводов, использующих пар для нагрева масел, нефтепродуктов и в теплообменниках поверхностного типа. Паропотребители первой группы отличаются тем, что первоначальном маслом загрязняется пар, при конденсации которого и получается замасленный конденсат.

Количество масла в паре в порядке (150-200) мл на литр. Поступление масла в пар обуславливает образование в конденсации устойчивых эмульсий в масле. Загрязнение маслом конденсата, получаемого от конденсата второй группы, носит другой характер. Здесь масло попадает только в конденсат и при том только в случай неисправности теплообменных аппаратов. Когда через образовавшуюся не плотность масла поступает в межтрубные пространства, где находится конденсат. Для первой группы потребителей обезмасливание конденсата целесообразно начать с паровой фазы, т.е. с обезмасливания масла. Оно производится в пароочистителях. В паропроводах устанавливаются перегородки, при ударе о пара капельки масел выбрасываются и задерживаются. Пароочистители снижают концентрацию масла в паре до 10 – 15 мг/л. Более глубокую обезмасливание пара достигается в паропромывателях, где остаточная концентрация масла составляет 3 - 5 мг/л.

1 – загрязненный конденсат маслом; 2 – бак-отстойник; 3 – маслосборник; 4 – насос; 5 – осветительный фильтр; 6 – сорбционный фильтр; 7 – катионитный фильтр;

5 – 6 понижает жесткость конденсата.

Приготовление известкового молока.

Известковым молоком называется взвесь твердых не растворившихся частиц извести Ca (OH) ₂ в насыщенном известковом растворе, цвет которой напоминает цвет молока.

На установках небольшой производительности, оборудованных сатураторами, оно приготавливается в гидравлических мешалках. В схеме показано устройство для приготовление известкового молока.

1 – гасильный бак; 2 – мешалка; 3 – сетка для удержания не растворенных осадок; 4 – тележка; 5 – циркуляционный насос; 6 – в сатуратор; 7 – в дренаж.

Негашёная известь С а О заполняется в гасильный бак (1) заливается водой и оставляется на несколько часов (2-4 ч) в течении которого происходит процесс гашения извести С а О + Н₂О = С а (ОН)₂. Эта реакция идет с выделением тепла примерно (200 – 250) ккал/кг С а О. Вследствие чего при гашении извести происходит разогрев всей массы и испарение воды. Поэтому гасильные устройства стремятся изолировать от других помещений или оборудовать вытяжной вентиляцией.

Вторая схема является более совершенным. Она предусматривает подачу извести со склада тельфером (1) в специальных сетчатых корзинах (2).

1 –тельфер; 2 – сетчатая корзина; 3 – гасильный бак; 4 – подача воды; 5 – карманы; 6 – мешалка; 7 – циркуляционная линия;

Сетчатая корзина, заполненная известью устанавливается в гасильном баке и герметично ее закрывают. После в него снизу вверх по трубе подается вода под напором. Вода, поднимаясь вверх гасит и размывает известь, после чего через карманы (5) переливается в мешалку (6) , опять размывается водой при помощи циркуляционного насоса (7).

Недостатком является то, что не предусмотрено механизация загрузки известью корзины. Этот недостаток устраняется в схеме механизированной установкой, где известь подается элеватором прямо из вагонов.

Обработка воды по методу катионного обмена.

Nа – катионирование.

Сущность процесса. Катионированием называется процесс обмена растворенными в воде, и твердым нерастворимым веществом, погруженным в эту воду и называемым катионитом.

Катион, который отдает в раствор взамен поглощаемых катионов, называется обменным.

Свойства применяемых в технике катионитов таковы, что в их состав могут быть введены разные обменные катионы. Однако для практики водообработки важными являются три катиона: натрий, водород, аммоний. В зависимости от того, каким из этих катионов «заряжен» катионит, различают три процесса:

1.Натрий катионирование. (Na – катионирование)

2.Водород катионирование. (Н – катионирование)

3.Аммоний катионирование.(NН₄ – катионирование)

Nа – катионирование.

При Nа – катионировании обменным катионом является Nа. При фильтрации жесткой воды через слой Nа – катионита происходит обмен катионов Na на Са и Mg , что может быть представлено следующими реакциями:

Ca²⁺ + 2 Na⁺R^- Ca²⁺ R₂^- 2Na⁺

Mg²⁺ + 2Na⁺ R^- Mg²⁺ R₂^- 2 Na⁺

Символом Na⁺ R^- обозначен Na - катионит, а R - сложным радикал катионита, нерастворимый в воде и выполняющий роль многовалентного аниона.

В результате изменяется только катионный состав обрабатываемой воды. Присутствующие в ней анионы НСО₃^- , СО₄^2- , СЕ^- , NО₃^- и др. переходят в обрабатывающую воду.

Следовательно, щелочность обрабатываемой воды не уменьшается, что относится к недостатку Na - катионного процесса. Происходит только замена катионов Ca²⁺₄ и Mg²⁺ натрием, вследствие чего жесткость Na – катионированной воды снижается до 10 - 15 мкг – экв/кг и ниже, а сухой остаток несколько возрастает.

После замены всех обменных катионов Na катионами Са и Мg катионит истощается, т.е.

теряет способность умягчать воду. Свежий катионит обладает некоторой емкостью по отношению к поглощаемым катионам, которая называется рабочей обменной емкостью.

Для восстановления рабочей обменной емкости, необходимо удержанные катионитом катионы удалить из него и заменить обменным катионом натрия. Этот процесс называется регенерацией катионита. Он производится фильтрованием раствора NaСl через истощенного катионита.

Н – катионирование.

При Н – катионировании обменным катионом является катион водорода . Протекающие при этом процессы могут быть представлены следующими реакциями:

Na⁺ + H⁺ R ^- Na⁺ R^- + H ⁺

Ca²⁺ + 2H⁺ R^- Ca²⁺ R^- +2H⁺

Mg²⁺ + 2H ⁺R ^- Mg^{2 +}R ^- +2H ⁺

HCO₃ ^- + H ⁺ CO₂ +H ₂ O

Из этих реакций следует, что при Н – катионировании щелочность воды полностью удаляется, то есть происходит снижение ее сухого остатка. Жесткость Н – катионированной воды снижается до 10 – 15 мкг – экв/л и ниже. Соли Na, Ca и Mg переходят в свободные кислоты поскольку все катионы заменяются катионом Н . Таким образом, Н - катионированная вода является кислой и непригодной для питания ею паровых котельных агрегатов .Поэтому на водоподготовительных установках процесс Н – катионирования применяется всегда в сочетании с Na – катионированием. Достоинством Н – катионирования является то , что оно позволяет снижать щелочность исходной воды. Регенерация истощенного катионита состоит в фильтровании через него 1 -1,5% - него раствора серной кислоты. При этом катионы Н вытесняют ионы Ca²⁺ Mg^{2 +} , которые переходят в раствор и удаляются из фильтра.

NH₄ - катионирование

Nа – катионирование нашло применение при обработке воды для промышленных котельных. Oно состоит в том что все катионы , присутствующие в обрабатываемой воде , заменяются при фильтровании ее через слой катионита катионом NH₄⁺ . Это может быть представлено следующими реакциями:

Ca²⁺ + 2Na₄⁺ R^- Ca²⁺ R ^- + 2NH ₄⁺ ;

Mg ²⁺ + 2NH₄⁺ R ^- Mg^{2 +} R^- + 2NH₄⁺ ;

Na⁺ + NH ₄⁺ R ^- Na⁺ R ^- + NH₄⁺ ;

Таким образом, в умягченной воде присутствуют главным образом соли аммония, вследствие чего жесткость NH₄ –катионированной воды делается незначительной. Умягченная вода, содержащая соли аммония, не обладает кислой реакцией. Но в воде происходит распад солей с образованием аммиака и кислот. Следовательно, NH₄ – катионированная вода является не пригодным для питания паровых котельных агрегатов. Поэтому NН₄– катиониро – вание применяется в сочетании с Na – катионированием для умягчения воды и снижения ее щелочности. Регенерация NH₄ катионита производится сульфатом аммония (NH₄)₂ SO₄ .

Na – катионитные установки

Обработка воды требует применению многих технологических процессов , которые в пред –идущих главах рассматривались каждый в отдельности . Характер этих процессов и их последовательность могут изменяться в зависимости от качества исходной воды, требований к качеству обработанной воды, наличия и доступности специального оборудования и реагентов и других причин. Ввиду этого возникает необходимость в рассмотрении схем водоподготовительных установок, представляющих собой определенные сочетания технологических процессов. Наиболее распространенным в промышленных энергоустановках является Na- катионитные установки. Наиболее простой и дешевой является установка непосредственного Na –катионирования (а).

	Она состоит из катионитных фильтров. Обрабатываемая вода схема (а) (б). Не должна содержать грубодисперсных и коллоидных загрязнений. В противном случае применяется схема (б) пред включёнными механическими фильтрами, которые допускает обработку вод содержащих до 80 – 100 мг/кг взвешенных вещества также артезианских вод загрязненных железом.
		В противном случае применяется схема (б) пред включёнными механическими фильтрами, которые допускает обработку вод содержащих до 80 – 100 мг/кг взвешенных вещества также артезианских вод загрязненных железом.

Ее целесообразно применять для обработки поверхностных вод, которые периодически загрязняются грубодисперсными веществами, хорошо удаляемыми в осветительных фильтрах. Схема (в) называется коагуляция – фильтрование – натрий – катионирование. она более универсально, так как позволяет удалять взвешенные и коллоидные вещества. Обработанная вода проходит осветлительные и катионитные фильтры. Перед осветлительными фильтрами в трубопровод насосами – дозаторами подается раствор коагулянта из расходного бачка и, если необходимо раствор щелочи.

В схеме (г) перед осветлительными фильтрами включен напорный осветлитель, работающий со слоем взвешенного осадка. Преимуществом этой схемы состоит в том, что она позволяет обрабатывать воду с высокой концентрацией взвешенных веществ ( >300мг/кг) и значительно снижает грязевую нагрузку на осветлительные фильтры.

Схема (г)

1 – механический фильтр; 2 – Na – катионитный фильтр; 3 – напорный осветлитель; 4 – раствор коагулянта; 5 – раствор щелочи; 6 – насосы – дозаторы ; 7 –обрабатываемая вода; 8 – насос;