ДОКОТЛОВА ПІДГОТОВКА ВОДИ
Докотлова обробка води полягає в тому, що перед пом'якшенням вода повинна бути очищена від механічних та колоїдних домішок. Процес видалення грубодисперсних колоїдних домішок називають освітленням; його здійснюють шляхом фільтрування та відстоювання води. Найбільш дрібні частинки укрупнюються - коагулюються при обробці води реагентами. Коагулянтами служать А1г (5>04) з - 18Н20 - сірчанокислий алюміній, РеБСХ • 7Н20 - залізний купорос (сірчанокисле закисне залізо) і хлорне залізо - РеС1з. Їхня доза визначається дослідами і становить десятки мг/кг.
Вода перед коагуляцією для прискорення процесу нагрівається до 25-30 ° С, або до неї додається поліакриламід в малих дозах - 0,5-2 мг / кг. Коагулянти викликають корозію, тому обладнання потребує захисних покриттів.
Для освітлення води, що містить 100 мг/кг і більше зважених частинок, застосовується двоступінчасте освітлення з використанням в першому ступені пристрою типу ЦНДІ МПС.
При окислюваності води (див. стор. 371) менше 50 мг/кг до неї додають коагулянт, а при необхідності зниження лужності, солі - вмісту та видалення заліза у вихідну воду додають коагулянт і вапняне молоко.
Спрощений розрахунок коагуляційної установки виконується наступним шляхом; приймають (для центральної смуги СРСР) дозу сірчанокислого алюмінію 1,0 мг-еів/кг, сірчанокислого заліза 0,7 мг-емв/кг (для Півночі трохи менше, Півдня - більше на 15-25%) - Далі визначають необхідність підлужування води , мг-емв/кг:
АЩ = 1г-Щ0б + (О. З-^г-О. б). (9-12)
А - доза коагулянту, мг-екв /; кг;
Щоб - загальна лужність води, мг-емв/кг.
Потрібна годинна витрата коагулянту, кг/год:
Осв - витрата сирої (початкової) води, кг/год;
Ек - еквівалентна маса безводного коагулянту, г/(г-еюв)1;
Ск - міцність розчину коагулянту,% (зазвичай від 5 до 10%);
Рк-щільність розчину коагулянту, іг/кг.
Для лугу годинна витрата, кг/год, складе:
Де прийняті ті ж позначення, що і в рівнянні (9-13), але ще
Лочі введено індекс "щ".
Для кожного реагенту встановлюється по два баки ємністю на 12 год роботи кожен, що дозволяє робити перезарядки їх не частіше ніж 1 раз на добу. Для дозування зазвичай застосовують поршневі насоси-дозатори, що випускаються на продуктивність від 0,0028 до 0,7 л/с (10 до 2500 л/год) з регульованим ходом поршня, що створює тиск 1-1,6 МПа (10-16 кгс) /см2) та вище.
При вапнуванні встановлюються вапняні мішалки та відцентрові насоси.
Обсяг, або продуктивність, освітлювача першого ступеня визначають з виразу
Т-час перебування води в освітлювачі, рівне зазвичай від 2 до 2,5 год;
П - кількість освітлювачів, прийняте зазвичай рівним двом.
На рис. 9-2 показана прямоточна схема освітлення води з механічним фільтром; за наявності освітлювача першого ступеня механічні фільтри однакові.
Серійно виготовлений механічний фільтр (рис. 9-3) являє собою циліндричний посудину 5 з двома люками 6 і двома сферичними днищами 3 трубчастою дренажною системою / шаром засипки 2
Пристроями для підведення води 4 з лійкою або кількома трубами для роздачі, зовнішніми трубопроводами та вимірювальними приладами. Фільтри бувають. вертикальні та горизонтальні, одно-, дво- та трикамерні [Л. 33]. Фільтр заповнюється одним або декількома шарами фільтруючого матеріалу - піску, мармурової крихти та подрібненого антрациту. Пройшовши зі швидкістю від 14 до 28 мм/с (від 5 до
Мал. 9-2. Прямоточна схема освітлення води вмеханічний фільтр.
1 - вихідна вода; 2 - бак з розчином коагулянту; 3 насос-дозатор; 4 - повітряний ковпак; 5 - механічний фільтр; 6 - освітлена вода.
Зважені речовини осідають і поступово збільшують опір фільтра від сотих часток до 0,1 МПа (1,0 кгс/см2). Кількість уловлених з води зважених частинок — брудоємність становить від 0,75 до 1,75 кг/м3 фільтруючого матеріалу, що знаходиться в посудині. Тривалість роботи механічного фільтра становить від 2 до 22 год., після чого фільтр промивають водою. Продування повітрям проводиться перед промиванням для розпушування матеріалу протягом 9-10 хв. Освітлювальні фільтри виготовляються заводами на продуктивність від 0,0018 до 0,5 м3/с (від 5 до 180 м3/год) на тиск
0,6 МПа (6 кг/см2) з діаметром від 1000 до 3400 мм та робочою висотою
Длоя завантажених матеріалів 900-1000 мм.
Конденсат, що повертається від споживача технологічної пари,
У деяких випадках буває забруднений маслами, нафтопродуктами та іншими домішками. У тому випадку, коли потрібна складна обробка вихідної води, виявляється економічно доцільним такий конденсат очистити від забруднень та опалення. повертати для використання.
Принципова схема установки для очищення конденсату від олій показано на рис. 9-4. Установка складається з бака-відстійника 1, освітлювального вугільного фільтра 2, збірного бака для очищеного конденсату 3 і насоса 4. У баку-відстійнику плаває кришка, що віджимає масло до стінок, в яких є отвори для зливу. Для прискорення відділення оліїконденсат повинен мати температуру 90-95°С. Розміри бака-відстійника визначаються виходячи зі швидкості руху конденсату 0,83-1,1 мм/с (3-4 м/год) та часу перебування конденсату в баку близько 1 год для зниження вмісту олії до 6-10 мг/кг.
З бака-відстійника конденсат направляється у фільтр 2 заповнений коксом (нафтовим або вугільним) або антрацитом з розмірами частинок 1-2 мм шаром товщиною 1,2-1,5 м. Після фільтрації в конденсаті залишається 2-3 мг/кг масла.
1,4 мм/с (3-5 м/ч) вдається очистити після першого фільтра 6 до вмісту в конденсаті олії в 1-2 мг/кг і після другого 7 -до-
Швидкість фільтрування хю залежить від жорсткості вихідної води і знаходиться в межах від 1,4 до 14 мм/с (від 5 до 50 м/год). /год) для другої, знижуючись зі збільшенням жорсткості води. Число фільтрів для можливості регенерації має бути не менше двох. Знайдений переріз фільтрів - при обраному їх числі п повинно бути менше сумарного перерізу фільтрів, що випускаються промисловістю, тобто ^фП^флрП.
Необхідні дані про конструктивні розміри натрій-катіонітових фільтрів, що випускаються, можна знайти в довідниках [Л. 13, 31, 33], де, крім діаметра, вказані висота та обсяг катіоніту.
При відомому солевмісті або жорсткості вихідної води Жо визначають кількість солей жорсткості, які необхідно видалити протягом доби, г-екв/добу:
Якщо з аналізу води відома сума катіонів у ній
2кетіонів = Са2 + + Ме2 + + Ре^-Ь Ыа + + ЫН ++. (9-20>
То за сумою катіонів та обраної жорсткості води за фільтром Жф, мг-екв/кг, за графіком (рис. 9-6) можна знайти питому витрату солі в г/(г-екв). Зазвичай ЖФ приймають для установок низького тиску рівною -0,1 мг-екв/кг і питома витрата солі Цс близько 150г/г-екв. Робоча обмінна здатність катіоніту приблизно становить Ер = 250-350 г-екв/м3. Більш точний розрахунок обмінної спроможності див. [Л. 31].
Після натрій-катіоннування вода містить збільшене в порівнянні з вихідною водою кількість солей натрію і в тому числі бікарбонату, що піддається гідролізу ПІД впливом температури; живлення парових котлів такою водою викличе в них наростання лужності. Зниження лужності додається води лри схемі на - трій-катіонування можна досягти, якщо після першого ступеня катіонування воду подавати у фільтри, завантажені слабоосновним аніонітом, наприклад марки АН-2Ф, а потім воду направляти у другий ступінь.
Мал. 9-6. Витрата солі на регенерацію №- катіонітового фільтра в залежності від вмісту катіонів та жорсткості фільтрату.
О04 - аніони - хлоридним аніоном С1
. У «тозі реакцій у воді отримують легкорозчинні солі, жорсткість води знижується до 0,01 мг-екв/кг, а лужність - до 0,2-0,6 мг-екв/кг. Доцільність використання такої схеми визначають техніко-економічними розрахунками; оскільки аніоніт марки АН2Ф щодо доріг.
Іншим способом зниження лужності пом'якшеної води є застосування часткового натрій-катіон і рівняння, що полягає в тому, що через фільтри пропускається частина вихідної води, а решта направляється прямо в бак для поживної або пом'якшеної води. Кількість води, що йде в катіонітові фільтри, можнавизначити виходячи з жорсткості та необхідної лужності. Якщо X - частка води, що йде на фільтри, Жн. к-некарбонатна жорсткість вихідної води, мг-екв/кг, Жоб - загальна жорсткість вихідної води, мг-екв/кг, і Щтб-надлишкова лужність після фільтрів, мг-екв/кг, то
Х = Жн^+бя/іаб • 100. (9-21)
Далі процес відбувається всередині котлоагрегату під дією температури і тиску - розпад бікарбонатів кальцію та магнію, тобто відбуваються утворення та осадження в шлам катіонів кальцію та магнію.
Мал. 9-7. Схема часткового натрій-катнонування води.
При обмеженнях у лужності котлової води, у вмісті вуглекислоти в парі та обмежених розмірах продування застосовують метод амоній-нат-
Рій-катіонування. Цей метод заснований на здатності катіону амонію N1^4+ вступати в обмін з катіонами кальцію та магнію, реакції яких протікають аналогічно до реакцій обміну при Іа-катіонуванні. Усі катіони солей і лугів, що у воді, у разі замінюються катіонами амонію.
Після такого обміну вода містить у розчиненому стані хлористі, сульфатні та бікарбонатні солі амонію, які під впливом температури в котлі піддаються розпаду з утворенням аміаку, двоокису вуглецю, соляної та сірчаної кислот. Аміак і двоокис вуглецю частково зв'язуються і виносяться з таром, .кислоти НС1 і НАБОд залишаються і нейтралізуються і СИаа===0,623ар№а.
При регенерації хлористим амонієм його витрата на кожен 1 м обсягу катіоніту становить 56-72 кг/м3. За такої схеми підготовки води для парових котлоагрегатів у парі може бути від 5-10 до 100-150 мг аміаку 1 кгводи, внаслідок чого обов'язкові є хороша деаерація поживної води та герметичність всіх сполук та судин.
При необхідності глибокого зниження сухого залишку і лужності використовуються методи вод-х а т і о н і р ов а н я. Якщо
Мал. 9-8. Залежність відносної концентрацій (МН^^О« у регенераційному розчині від ступеня обміну на ИН*.
З ряду подібних схем найбільшого поширення набула схема послідовного водень-натрій-катіоні рівняння з «голодною» регенерацією —1 недостатньою для завершення процесу кількістю кислоти. Внаслідок цього вода з фільтрів виходить частково пом'якшена, з деякою
О 20 цо ео 8П----- * Лужністю> з якої в спеціальних устроях-
Відносна концентрація. ствах видаляється двоокис вуглецю, а потім ція (ин^Оц в розчині вода пом'якшується в натрій-катіонітових фільтрах.
Схема послідовного Н-Іа-катіонування зображена на рис. 9-9. Вихідна вода надходить в Н-катіонітовий фільтр /, де катіони Са і заміщуються катіонами водню. утворюючи двоокис вуглецю та розчин мінеральних кислот. Потім вода надходить у де - карбонізатор 3-судина, всередині якої розташована насадка з дерев'яних дощок або керамічних кілець Рашига. На насадку зверху надходить вода, що містить вільний двоокис вуглецю, азнизу повітря, з яким і відноситься частина С02. Обмін повітря проводиться за допомогою вентилятора 4, повітря, що подає під насадку. Вода після видалення частини СОг надходить у проміжний бак 5, що є буферною ємністю, і потім насосом 6 подається в натрій-катіонітові фільтри 2, де і здійснюється зм'якшення. Для регенерації водень-катіонітового фільтра 1 служить розчин сірчаної кисдоти, що надходить з бака 7, а для регенерації натрій-катіонітового фільтра-/розчин солі з бака 8. У баках 9 і 10 міститься вода, необхідна для розпушування катіоніту у фільтрах 1 і 2.
Схему водень-катіонування можна виконати - і таким чином, щоб після фільтра 1 частина пом'якшеної води змішалася з якоюсь часткою вихідної води. При цьому відбудеться нейтралізація кислої пом'якшеної води бікарбонатами кальцію і магнію, що знаходяться у вихідній воді. Якщо далі за допомогою декарбонізатора 3 буде видалена СОг, а регенерація фільтрів 1 буде «голодною», то можна отримати пом'якшену воду з невеликою залишковою лужністю та карбонатною жорсткістю 0,7-1,5 мг-екв/кг, придатну для підживлення теплових мереж.
Мал. -9-9. Схема включення обладнання Н-Иа-катіонування.