Расчет расхода химически очищенной воды

Химводоочистка является одним из важнейших факторов срока службы котла. Чем выше качество воды, тем дольше вам прослужит система водоснабжения в целом.

Основными задачами водоподготовки и рациональной организации водно-химического режима котлов, парогенераторов, тракта питательной воды и тепловых сетей являются:

· Предотвращение образования на поверхностях нагрева котлов, теплообменников и др. частей теплофикационных систем отложений накипи, окислов железа и т.п.,

· Защита от коррозии конструкционных металлов основного и вспомогательного оборудования теплофикационных систем в условиях их контакта с водой и паром, а также при нахождении в резерве, длительном простое или на консервации.

Требования по качеству подпиточной и сетевой воды устанавливаются в зависимости от типа теплосети:

Для теплосети с открытым водоразбором обработанная вода должна отвечать:
требованиям для воды хозяйственно-питьевого назначения, качество которой регламентируется СанПИН 2.1.4.559-96., в частности ГОСТ «Вода питьевая». Величина общей жесткости не должна превышать 7 мг-экв/л, железа - 0,3 мг/л, значение рН-9,0.

Качество воды для закрытой сети определяется видом применяемого теплофикационного оборудования (котла, бойлера и т.п.). К качеству воды для закрытой сети в связи с отсутствием непосредственного водоразбора на нужды населения предъявляются менее строгие требования, основной задачей является обеспечение безнакипного режима работы применяемого теплофикационного оборудования (котлы, бойлера) и нормативно допустимого уровня коррозионной активности. Так, может быть допустимым повышение значения рН до 10,5 при одновременном глубоком умягчении, определяющим показателем является значение карбонатного индекса, который в свою очередь определяет допустимый уровень накипеобразования - не выше 0,1.

Основным показателем безнакипного режима является величина карбонатного индекса - произведения общей щелочности на кальциевую жесткость, который имеет различные значения для данного температурного режима.

Основные современные способы подготовки воды:

· Умягчение Na-катионированием с применением современных методов ионного обмена, с использование фильтрующих материалов и соответствующих им конструкций фильтров;

· Декарбонизация воды с применением современных новых типов фильтрующих материалов(слабокислотных катионитов) и соответствующих им конструкций фильтров взамен Н - катионированием с «голодной» регенерацией;

· Очистка воды с применением мембранных технологий подготовки воды;

· Применение программ химической обработки подпиточной воды с помощью дозирования современных более эффективных реагентов (ингибиторов коррозии, дисперсантов и ингибиторов солеотложения)

· Также комбинирование всех вышеупомянутых методов;

· Альтернативные способы - в основном различные «преобразователи солей жёсткости» основанные на физических методах обработки воды;

Рассмотрим применение первых двух ионообменных способов - умягчением Na-катионированием и декарбонизацией воды с применением современных новых типов фильтрующих материалов (слабокислотных катионитов).

Умягчение

Метод одноступенчатого параллельно-точного Na-катионирования применяется наиболее широко. Данный процесс реализуется в фильтрах (различной конструкции и размеров в зависимости от производительности, требований к проведению самого процесса и т.п.). Сам ионообменный процесс происходит при фильтровании воды через слой ионообменной смолы (представляющей собой сильнокислотный катионит в Na-форме), загруженный в фильтр и периодически, по истощению, регенерируемый раствором поваренной соли. При этом происходит замена солей кальция (Ca2+), магния (Mg2+) на натрий (Na+) по следующей схеме:

Таким образом, вместо кальция (Ca2+), магния (Mg2+), вводится эквивалентное количество натрия (Na+). В результате получается умягченная вода, но при этом щелочность исходной воды практически не меняется в ходе обработки, а в случае ее повышенного значения вода будет обладать усиленными коррозионными свойствами вследствие разложения щелочности при нагреве. В качестве фильтрующих загрузок обычно служат сильнокислотные катиониты типа КУ2-8 или сульфоуголь, регенерируемые поваренной солью.

Недостатками данного метода является:

· Повышенный (обычно трехкратный) расход реагента (соли NaCl) по отношению к стехиометрии;

· Повышенный расход воды на собственные нужды;

· Повышенное содержание в сбросных водах хлоридов и натрия зачастую превышающих нормы;

· Для получения глубоко умягчённой воды требуется вторая ступень;

Современные способы ионирования и использование новых типов катионитов позволяют существенно оптимизировать процесс Na - катиониования – снизить расход реагентов на регенерацию, уменьшить расход воды на собственные нужды, сократить количество задействованного оборудования (фильтров). К таким методам относится противоточное катионирование, при котором поток фильтрата и регенерационного потока имеют противоположные направления. В частности, используется практически весь объем фильтра под загрузку катионита. Процент собственных нужд снижается до 3-4 %, расход соли уменьшается на 15-20 %. Появляется возможность получать фильтрат после первой ступени с качеством воды по жесткости не выше 10 –15 мкг-экв/л, то есть вторая ступень катионирования устраняется. Но данная технология требует высокой степени организации эксплуатации и желательна автоматизация технологических процессов.

Особо следует отметить, что перевод катионита из одной формы в другую непосредственно у потребителя приводит не только к повышенным трудозатратам и дополнительному расходу воды и реагентов, но и зачастую приводит к снижению эксплуатационных показателей, в первую очередь, динамической обменной ёмкости. Объяснением этому служит сама процедура перевода из Н-формы в Na-форму, при которой вначале необходимо «истощить» катионит, слив кислую воду в канализацию (что приводит не только к загрязнению сточных вод, но и к коррозии трубопроводов), а только затем дважды отрегенерировать раствором поваренной соли перевести в Na-форму. Следует отметить также, что сильнокислотный катионит в Н-форме при пропускании через него исходной воды до «истощения» кроме солей жёсткости захватывает из неё и другие ионы, в том числе ионы металлов (железа, алюминия и т.д.), которые при последующей регенерации раствором поваренной соли не удаляются. Следовательно, часть функциональных групп заблокирована, в результате чего обменная емкость катионита после таких процедур снижается. Этих негативных процессов не происходит в случае применения для процессов умягчения воды специально, в заводских условиях, изготовленных катионитов в Na-форме.

Дальнейшим усовершенствованием противоточных процессов послужила разработка ионитов в виде моносфер, т.е. смол имеющих узкий фракционный эффективный состав гранул (количество частиц эффективного размера -около 0,5-0,6 мм достигает 95 %, тогда как у обычных ионитов оно составляет примерно 40 - 45 %).

Однако, неплохих результатов можно достигнуть, если применить катиониты и с обычным грансоставом (0,3-1,2 мм), но изготавливаемыми и поставляемыми потребителям в Na-форме. Например, сильнокислотный катионит Тульсион Т-42 в Na-форме, с фракционным составом 0,3-1,2 мм.

Декарбонизация

При подготовке подпиточной воды для систем ГВС, применяется также технология подготовки воды Н - катионированием с «голодной» регенерацией.

Технология Н-катионирования с «голодной» регенерацией позволяет существенно снизить карбонатную жесткость воды с частичным уменьшением некарбонатной. Все ионы водорода, вводимые в катионит с регенерационным раствором, полностью задерживаются, и вследствие этого в отработанных сточных водах кислота практически отсутствует. Расход регенерирующего реагента - серной кислоты является стехиометрическим, т.е. расчетным.

Недостатками данного метода при использовании сульфоугля в Н-форме является пониженные эксплутационные характеристики, в частности:

· Низкая скорость фильтрования (до 10 м³/ч);

· Низкая обменная емкость (200-250 г-экв /м³), как следствие
- большие затраты реагентов и воды на собственные нужды
-увеличенное количество фильтров
- трудность в управлении процессом и, как следствие, нестабильное качество воды

Существуют слабокислотные катиониты, зачастую называемые карбоксильными катионитами, которые специально созданы для удаления карбонатной жёсткости т.е. декарбонизации. К ним в частности относится слабокислотный катионит Тульсион СХО-12.

При ионообменном способе декарбонизации воды на слабокислотном карбоксильном катионите к водородной форме (как наиболее экономичном) происходит замена солей кальция (Ca2+), магния (Mg2+) на водород (Н+) по следующей схеме:

Таким образом, вместо кальция (Ca2+), магния (Mg2+), вводится эквивалентное количество водорода (Н+). Далее анионы HCO3- взаимодействуют с образующимися катионами Н+.

В результате происходит снижение концентрации бикарбонатов путём их «разрушения» и образование в результате углекислого газа. При этом, происходит снижение рН воды. Далее, для стабилизации рН воды требуется её отдувка на дегазаторе.

Например, рассмотрим технологическую схему, предусматривающую применение процесса декарбонизации на слабокислотном катионите взамен Н-катионирования с «голодной регенерацией» и умягчение на сильнокислотном катионите, поставляемом сразу в Na – форме. Учитывая, что источником исходной воды служит питьевая хлорированная вода из городского водопровода, для повышения срока службы катионитов предусмотрена предварительная очистка в виде фильтра заполненного активированным углём. После этого вода поступает на три фильтра декарбонизации, заполненные слабокислотным катионитом, один/два в работе, один в резерве. Образовавшийся углекислый газ после ионообменника отдувается в дегазаторе (декарбонизаторе) и поступает через деаэратор на нагрев. Часть декарбонизированной воды поступает на установку двухстадийного умягчения - для получения подпиточной воды паровых котлов. Принципиальная схема представлена на рисунке 10, в виде прямоточных фильтров с организацией верхней распредсистемы и инертным слоем для повышения эффективности фильтрования и отмывки катионита.

Рисунок 10 - Принципиальная технологическая схема ХВО котельной

Рисунок 11 - Фотографияцеха ХВО

Общее количество воды, добавляемое из химводоочистки, состоит из следующих потерь:

1) Потери конденсата от технологических потребителей:

= = 2,012

В случае отсутствия конденсата от технологических потребителей кг/с.

2) Потери продувочной воды кг/с.

3) Потери пара внутри котельной заданы в процентах от :

,

кг/с.

4) Потери воды в теплосети кг/с.

5) Потери пара с выпаром из деаэратора могут быть определены только при расчете деаэратора. Предварительно примем кг/с.

Общее количество химически очищенной воды равно:

,

кг/с.

Для определения расхода сырой воды на химводоочистку, необходимо учесть количество воды, идущей на взрыхление катионита, его регенерацию, отмывку и прочие нужды водоподготовки. Их обычно учитывают величиной коэффициента . В данном курсовом проекте следует принимать .

Имеем:

,

кг/с.

где - потери конденсата от технологических потребителей, кг/с;

, - возврат конденсата от потребителя в процентах от ;

- потери продувочной воды, кг/с;

- потери пара внутри котельной, кг/с;

- потери воды в теплосети, кг/с;

- количество выпара из деаэратора, кг/с;

- расход воды через химводоочистку, кг/с;

- расход сырой воды на химводоочистку, кг/с.