Водоподготовка в теплоэнергетике

Введение 2

1.Выбор источника  и производительности водоподготовки 3

2 Показатели  качества воды 4

3 Методы очистки  воды 6

3.1 Предочистка 7

3.2 Коагуляция  коллоидных примесей воды 8

3.3 Осаждение  методами известкования и содоизвесткования 9

3.4 Фильтрование  воды на механических фильтрах 12

3.5 Очистка  конденсатов на намывных фильтрах 15

4 Обессоливание  воды 16

4.1 Умягчение  воды методом ионного обмена 17

4.2.Na-катионирование. 18

4.3.Н-катионирование. 19

4.4.Анионирование  воды 21

5 Термический  метод очистки воды 22

5.1Метод дистилляции 22

6  Безреагентные  методы. 24

6.1  Магнитная  обработка 24

6.2 Ультразвуковая  обработка 25

6.3 Обратный  осмос. 26

6.4 Электродиализ  – 28

7 Очистка  воды от растворенных газов. 29

8  Удаление  свободной углекислоты 30

9 Деаэрация  в деаэраторах атмосферного  и  пониженного давления 31

10 Химические  методы удаления газов из воды. 33

11 Методы  обеззараживания воды. 35

11.1 Хлорирование 35

11.2 Гипохлорит  натрия. 36

11.3 Озонирование. 37

11.4 Дезодорация  воды. 38

11.5 Обработка  воды активным углем. 39

12 Заключение. 40

12 Список  литературы 41

 

Введение

 

        Вода - ценнейший природный ресурс. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Для удовлетворения разнообразных требований к качеству воды, потребляемой при выработке электрической и тепловой энергии, возникает необходимость специальной физико-химической обработки её. Качественная  водоподготовка, рациональный водно-химический режим – это:

1. Гарант надёжности, экономичности, безаварийности теплоэнергетического оборудования и тепловых сетей.

2. Обеспеченность предупреждения образования всех видов отложений и коррозионных повреждений на внутренних поверхностях теплоэнергетического оборудования, элементах трассы сетевой воды, включая отопительные приборы;

3. Экономия сжигаемого топлива, так как образующиеся отложения на поверхности нагрева обладают высоким термическим сопротивлением, что вызывает большие потери топлива.

4. Уменьшение сбрасываемых экологических загрязнителей от теплоэнергетических объектов в биосферу, отрицательно влияющих на здоровье населения (экологическая безопасность).

Одновременно с очисткой природной  воды на электростанциях необходимо решать комплексно вопросы, связанные с утилизацией различными методами образующихся при этом сточных вод. Такое решение является мерой защиты от загрязнения природных источников питьевого и промышленного водоснабжения.

    Выбор метода  обработки воды, составление общей  схемы технологического процесса  при применении различных методов,  определение требований, предъявляемых к качеству её, существенно зависят от состава исходных вод, типа электростанции, применяемого основного оборудования.

       На тепловых электростанциях применяются различные методы обработки воды, однако в основном их можно разделить на безреагентные, или физические методы и методы в которых используются различные препараты  (химические реагенты). Безреагентные (физические) методы  применяются как отдельные этапы в общем технологическом процессе обработки воды, и как самостоятельные методы, обеспечивающие получение воды требуемого качества. Применяя химическую обработку (включая также методы ионного обмена), можно получить как умягчённую, так и глубокообессоленную воду.

1.Выбор источника и производительности водоподготовки

 

     На ТЭС с производственными отборами наряду с внутренними потерями существуют потери пара и конденсата в технологических процессах у потребителей теплоты. Эти потери должны восполняться добавочной водой, подготавливаемой на ВПУ, по качеству сопоставляемой с качеством  питательной воды котлов.  ВПУ для подпитки тепловых сетей. Для приготовления добавочной и подпиточной вод на электростанциях применяют:

• Воды поверхностных источников
• Воды артезианских скважин
• Воды прямоточных и циркуляционных систем охлаждения конденсаторов турбин;

     Так, если водоисточником является артезианская вода, в которой практически отсутствуют ГДП и органические вещества, то отпадает необходимость в предварительной ее коагуляции. Однако такая вода обычно содержит большое количество ионов двухвалентного железа, что приводит к  необходимости применять методы предварительного его удаления из воды перед последующей обработкой. Преимуществом артезианской воды перед поверхностной является ее стабильный состав во все времена года, что в значительной степени облегчает эксплуатацию водоподготовительной установки. При заборе воды из поверхностного источника следует учитывать, что качество воды в нем меняется не только по сезонам, но и по годам. Так, весной и осенью в такой воде возрастают

концентрации ГДП и  органических веществ и уменьшается 

солесодержание, в летние и зимние месяцы — наоборот. Эти  обстоятельства следует учитывать при проектировании схемы обработки воды из поверхностных источников, так как водоподготовительная установка (ВПУ) рассчитывается применительно к максимальным концентрациям того или иного вещества в природной воде. В некоторых случаях при соответствующем технико-экономическом обосновании возможно использование в качестве исходной для ВПУ воды из прямоточных или оборотных систем водоснабжения, а также очищенных сточных вод ТЭС . Место забора воды следует располагать по возможности дальше от места сброса сточных вод соседних предприятий. Производительность ВПУ должна быть достаточной для покрытия потерь воды и пара в схеме ТЭС, а также для расхода воды и пара на различные технологические нужды

электростанции

2 Показатели качества воды

 

Качество воды характеризуется  прозрачностью (содержанием взвешенных веществ), сухим остатком, жесткостью, щелочностью, окисляемостью.

Сухой   остаток   содержит   общее    количество растворенных  в  воде   веществ: кальция, магния, натрия, аммония, железа, алюминия и др., которые остаются после выпаривания воды и высушивания остатка при 110°С. Сухой остаток выражают  в  миллиграммах на килограмм или в микрограммах на килограмм.

Жесткость воды характеризуется  суммарным содержанием в воде солей кальция и магния, являющихся накипеобразователями. Различают жесткость общую, временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную).

Общая жесткость представляет собой сумму величин временной  и постоянной жесткости и характеризуется суммой содержания в воде кальциевых и магниевых солей: сернокислых (СаSО₄ и МgSО₄), хлористых (СаС₁₂ и МgС₁₂), азотнокислых (Са(NО₃)₂ и Мg(NО₃)₂), кремнекислых (СаSiO₃ и МgSiO₃), фосфорнокислых (Са₃(РО₄)₂ и Мg(РО₄)₂), двууглекислых (Са(НСО₃)₂ и Мg(НСО₃)₂).

Временная жесткость характеризуется  содержанием в воде бикарбонатов кальция и магния Са(НСО₃)₂ и Мg(НСО₃)₂. Постоянная жесткость обусловливается содержанием указанных выше солей кальция и магния, за исключением двууглекислых.

Для определения величины жесткости в настоящее время  установлена единица показателя жесткости — миллиграмм-эквивалент на 1 кг раствора (мг-экв/кг) или микрограмм-эквивалент на 1 кг раствора (мкг-экв/кг); 1 мг-экв/кг жесткости соответствует содержанию 20,04 мг/кг иона кальция Са ⁺ или 12,16 мг/кг иона магния Мg^{2 +}.

Щелочность воды характеризуется  содержанием в ней щелочных соединений. Сюда относят гидраты, например NаОН — едкий натр, карбонаты Nа₂СО₃ — кальцинированная сода, бикарбонаты NаНСО₃, Na₃РО₄ и др. Величина щелочности воды равна суммарной концентрации в ней гидроксильных, карбонатных, бикарбонатных, фосфатных и других анионов слабых кислот, выраженной в эквивалентных единицах (мг-экв/кг или мкг-экв/кг). В зависимости от преобладающего наличия в воде анионов тех или иных солей различают щелочность: гидратную (концентрация в воде гидроксильных анионов ОН), карбонатную (концентрация карбонатных анионов CO3²¯) и бикарбонатную (концентрация бикарбонатных анионов НСОз³¯.).

Окисляемость воды характеризуется  наличием в воде кислорода и двуокиси углерода, выраженных в миллиграммах или микрограммах на килограмм.

В зависимости от характера использования  воды различными потребителями определяются и показатели, необходимые для  качественной и количественной характеристики воды.

Важнейшими показателями качества воды для использования ее в теплоэнергетике являются;

– концентрация грубодисперсных  веществ (ГДП);

– концентрация истинно-растворимых  примесей (ионный состав);

– концентрация коррозионно-активных газов;

– концентрация ионов водорода;

– технологические показатели, в  которые входят сухой и прокаленный  остаток, окисляемость, жесткость, щелочность, кремнесодержание, удельная электропроводность и т.д.

Рассмотрим  воду реки Шексна г.Череповец со следующими показателями

ГДП мг/дм³ 15

Содержание ионов:  Na⁺+K⁺  = 9.2мг/дм³ ,=97.62мг/дм³, =2 мг/дм³

=0 мг/дм³, SiO₂ +=6.9 мг/дм³

Сухой остаток 288 мг/дм³

Окисляемость ---0

Щёлочность 2мг-экв/дм³

Жёсткость Ж₀=3,9мг-экв/дм³, Ж_Са=2,7мг-экв/дм³

 

    Если очистка воды от тяжёлых ГДП может быть принципиально осуществлена обычным отслаиванием, время которого определяется размером и удельной массой частиц, то коллоидные примеси за счёт их особого свойства(агрегативной устойчивости) могут быть выделены из воды только методом коагуляции.

3 Методы очистки воды

 

      Разнообразие примесей, которые должны быть удалены из воды, а также методов, применяемых при ее обработке на котельных и ТЭС, усложняют поиск оптимальных решений при выборе схем и аппаратов в каждом конкретном случае.

Поэтому очевидна необходимость  классификации методов очистки  и удаляемых примесей. Наиболее известны классификации Л.А. Кульского и М.И. Лапшина. В основе классификации Л.А. Кульского лежит различие характера удаляемых примесей. Загрязненные воды представляют собой гомогенные или гетерогенные системы, которые соответственно подразделяются на ионные, молекулярные, коллоидные растворы и взвеси. К каждой из четырех групп вод (систем) подобраны соответствующие наиболее эффективные методы очистки воды, области их применения, состав очистных сооружений и т.д. Однако в этой классификации не учитывается характер отдельных примесей.

В классификации М.И. Лапшина, наоборот, основным классификационным  признаком является характер и состояние  удаляемых при очистке примесей; при этом методы очистки подразделяются на следующие группы:

• методы непосредственного выделения примесей, например отстаивание;
• методы выделения примесей с изменением фазового состояния воды или примеси, например деаэрация;
• методы превращения примесей, например образование труднорастворимых соединений (известкование);
• биохимические методы.

Обе классификации имеют достоинства  и недостатки, но дополняя друг друга, помогают выбору оптимального решения  схем ВПУ на котельных и ТЭС  с точки зрения как повышения  эффективности очистки воды, так  и возможности утилизации извлеченных  из нее при очистке примесей для  предотвращения загрязнений окружающей среды. Многообразие примесей в природной воде служит причиной того, что очистка добавочной воды для подпитки котлов организуется в несколько стадий на ВПУ.

На начальном этапе  из воды выделяются  грубодисперсные  и коллоидные вещества, а также снижается бикарбонатная щелочность этой воды. На дальнейших этапах производится очистка воды от истинно-растворимых примесей.

Начальный этап очистки воды.

3.1 Предочистка

 

 Необходима для улучшения технико-экономических показателей последующих этапов очистки воды, а также потому, что при отсутствии предочистки применение многих методов на последующих ступенях очистки встречает значительные затруднения. Так, наличие в воде органических веществ приводит к изменению технологических свойств анионитов, способствует их старению, а следовательно, к резкому (в 4–8 раз) снижению срока службы. Присутствие в воде ионов железа в концентрации свыше 50 мкг/дм³ вызывает отравление мембран при очистке воды электролизом. Неудовлетворительная очистка воды от грубодисперсных и коллоидных примесей является одной из причин образования накипей на поверхностях нагрева и ухудшению качества пара. Поэтому в настоящее время предочистке  воды в схемах подготовки добавочной и подпиточной воды придается важное значение.

Предочистка-воды может быть осуществлена в основном методами осаждения, при применении которых примеси выделяются из воды в виде осадка.  Эти методы называются также реагентными, так как для выделения примесей в воду дозируются специальные реагенты. К процессам осаждения, применяемым в настоящее время при предочистке воды, относятся;         коагуляция, известкование, магнезиальное обескремнивание. Как правило, эти процессы совмещаются и проводятся одновременно в одном аппарате – осветлителе, что целесообразно как для улучшения суммарного технологического эффекта процесса очистки воды, так и для снижения капитальных и эксплуатационных затрат.

Первичное осветление воды производится в осветлителях, а окончательно очистка от осадка осуществляется при  помощи процесса фильтрования, который  также относится к предочистке воды, но является безреагентным методом.

3.2 Коагуляция коллоидных примесей воды

 

        Коагуляция – это физико-химический процесс слипания коллоидных частиц под действием сил молекулярного притяжения с образованием грубодисперстной  макрофазы(флоккул) и с последующим выделением её из воды. В практике водоподготовки под коагуляцией понимают очистку воды от коллоидных веществ с одновременной очисткой от грубодисперстных примесей и обесцвечивание воды путём дозировки в обрабатываемую воду специального реагента – коагулянта. Который образует новую дисперстную систему со знаком заряда частиц, противоположным знаку заряда каллоидов природных вод (обычно зараженных отрицательно). При этом происходит взаимная коагуляция разноимённых заряженных коллоидов при их взаимодействии с дестабилизированными участками поверхности, называемая гетерокоагуляцией. В дальнейшем микрохлопья сцепляются, захватывая грубодисперстные примеси и воду, и образуют коагуляционную структуру в виде хлопьев (флоккул) размером 0,5-3мм. Макрофаза затем выделяется из воды в аппаратах для коагуляции- осветлителях и далее в пористой загрузке осветлительных фильтров. В качестве коагулянтов применяют ; сульфат алюминия AL₂(SO₄)₂ *18H₂O или сульфат двухвалентного железа FeSO₄*7H₂O  , причём последний используют при совмещении процессов коагуляции и известкования в осветлителях. Процесс коагуляции требует для своего завершения время (4-5минут). Хлопья, вначале невидимые, постепенно соединяются в крупные комплексы, вызывая помутнение воды. Затем образуются более крупные рыхлые хлопья, захватывающие ГДП и воду. Режим потока воды влияет на формирование хлопьев. Скорость воды в зоне формирования не должна превышать 1,5мм /сек. Температура 30-40 и перемешивание вызывает более частые и сильные столкновения коагулируемых частиц, приводящие к их слипанию. Дозировка коагулянта определяется составом коллоидных примесей и солесодержанием обрабатываемой воды. Обычно 0,3-0,8мг-экв/дм³. Значение рН среды оказывает влияние на скорость гидролиза коагулянта,а также на состояние удаляемых из воды примесей. При коагуляции сернокислым алюминием оптимальное значение рН, устанавливаемое экспериментально находится в пределах 5,5-7,5.