Технология химводоочистки для производства тепла и энергии

Контроль за процессом осветления. На стадии предварительной очистки производится химический контроль по следующим показателям: в сырой воде определяется щелочность общая, прозрачность по "шрифту", все анализы записываются в журнале анализов сырой воды. Записывается также расход сырой воды, температура до подогревателя и после. В коагулированной воде до осветлителей определяется  щелочность. Разность между щелочностью сырой воды и щелочностью коагулированной воды определяет дозу коагулянта. Коагулированная вода после осветлителей анализируется по прозрачности. Норма прозрачности  осветлителей не менее 50 см по "шрифту". В осветленной воде после механических фильтров производятся анализы щелочности и прозрачности осветленной воды. Норма прозрачности осветленной воды не менее 70 см по "шрифту".

Умягчение воды. Осветленная вода подается на катионитовые фильтры для умягчения .

Умягчение осуществляется путем фильтрования осветленной воды через слой катионита. При этом находящиеся в воде катионы Са, Мg и др. поглощаются катионитом, а вместо них в фильтрат переходят катионы Nа или Н, ранее содержавшиеся в катионите. В результате фильтрования воды через катионит вода становится мягкой. В качестве катионита на данной установке применяется сульфоуголь и ионообменная смола КУ-2-8. Сульфоуголь является продуктом обработки крепкой серной кислотой дробленных каменных углей, в результате чего органическая часть угля обогащается активными группами (SО3Н и СООН), ион водорода которых придает сульфоуглю способность к катионному обмену.

Ионообменная смола представляет собой высокочистый катионит гелиевого типа, обладающий полистиролдивинилбензольной матрицей.

Схема установки - параллельное Н - Nа- катионирование, т.е. одновременно в работе находятся две группы катионитовых фильтров (4,5). В одной из групп катионит насыщен катионами водорода (группа Н-катионитовых фильтров), в другой - катионами натрия (группа Nа-катионитовых фильтров), причем принадлежность фильтра к той или иной группе определяется тем, чем сульфоуголь находящийся в фильтре, был ранее регенерирован.

Декарбонизация. После Н, Nа-катионитовых фильтров вода подается на декарбонизаторы (6) для удаления агрессивной свободной углекислоты, которая образуется в процессе Н-катионирования и при нейтрализации.

Сущность декарбонизации основана на зависимости растворимости - свободной углекислоты от ее парциального давления и заключается в создании над поверхностью обрабатываемой воды возможно более низкого парциального давления углекислоты, для чего воду продувают воздухом. Десорбция из воды углекислоты усиливается путем разделения воды на ряд тонких струй, для чего в удалителях углекислоты (декарбонизаторах) применяют внутренние насадки.

Устройство и эксплуатация насосов декарбонизированной воды аналогичны насосам коагулированной воды.

Самотеком декарбонизированная вода поступает в баки декарбонизированной воды (7) .

Вторая ступень умягчения. Декарбонизированная вода подвергается умягчению на буферных фильтрах (8).

Буферные фильтры - это обычные Nа-катионитовые фильтры. Устройство, эксплуатация и неполадки такие же, как и у Nа-катионитовых фильтров первой ступени.

Регенерация буферных фильтров производится только солью.

Вода, выходящая после буферных фильтров, называется химически очищенной и поступает на деаэраторы турбинного цеха по трем трубопроводам диаметром 250 мм.  

 

Рисунок 1- Технологическая схема химводоотчистки  для  подпитки  паровых  котлов ТЭЦ

                       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Расчет материального баланса

Расчет химических реагентов, необходимых  для непрерывной работы  водоподготовительной установки производительностью 70000 м3/сут.

                                            ∑Gприх.= ∑ Gрасх,                                                  (1)

где  ∑Gприх  состоит из 

GН2О –количество поступившей на очистку воды, кг/ч,

                           Gприх.= GН2О +GПАА+GAL2(SO4)3     +GNaCl                      (2)

 Gприх.=4166,7+13,25+625+0,693=4805,64 кг/ч

где  ∑Gрасх  состоит из   

 

             Gрасх.= GН2О+ + GПАА+GAL2(SO4)3                                   (3)

      Gрасх.=4163,19+625+17,45+=4805,64 кг/ч

GН2О=Gобр.H2O+Gсоб.нужд H2O,    (4)

 

GН2О=4166,7+372=4539 кг/ч

  

Формула для расчета дозы ПАА:

,

(5) 

где D – доза ПАА, мг/л,

К - коэффициент активной части ПАА %;

d – доза ПАА по активной части, г/м3,

q – количествово ПАА, кг/сут;

Q – количество воды, м3/сут.

Следовательно, количество  ПАА в сутки равно

                                                                                                 (6)

q =

кг/сут

где     d – доза ПАА по активной части;

Q – м3 кол-во подаваемой с I подъема;

К - коэффициент активной части ПАА, %.

К =6,3 %

Количество ПАА в год:

Qгод ПАА= q · 365 т/год;

Qгод ПАА = 634,92 · 365 = 231745,8кг/год =  231,75т/год

QПАА = q · 24 кг/ч;

QПАА = 634,92 : 24 = 26,46 кг/ч.

Расчет дозы коагулянта . В качестве коагулянта применяем сернокислый алюминий: Al2 (SO4)3 18H2O.

При его введении в воду происходит диссоциация:

Al2 (SO4)3 ↔ 2Al3+ + 3SO42-                                        (7)

Ионы алюминия участвуют в обменной адсорбции катионов, при которой снижается устойчивость частиц загрязнения. После этого избыток ионов алюминия гидролизуется по уравнению:

Al3+ + 3H2O ↔Al (OH)3 + 3H+

  Выделяющиеся при этом ионы водорода снижают pH воды и ухудшают процесс агломерации хлопьев. Поэтому ионы водорода необходимо удалять из зоны реакции это происходит за счёт природной щёлочности воды:

H+ + HCO3 -↔ CO2↑ +H2O

Важным условием успешного протекания процесса хлопьеобразования является оптимальная доза коагулянта

Дк = 4√Ц≈ 49 мг/л,  

где     Ц – цветность воды.

Дк = 4√150 ≈ 49 мг

т/сут;

 

 

Таблица 1 – Материальный баланс

Приход	кг/ч	Расход	кг/ч
1	2	3	4
Вода очищаемая	8333,3	Вода	8324,9
техническая соль	0,693	техническая соль	0,693
ПАА	26,46	ПАА	26,46
Aℓ2(SO4)3	1240	Aℓ2(SO4)3	1240
ИТОГО:	9633,02	ИТОГО:	9633,02

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Техническая характеристика технологического оборудования

Техническая характеристика технологического оборудования предоставлена в таблице 2. 

Таблица 2 - Техническая характеристика технологического оборудования

Наименование	Техническая характеристика	Кол-во
Насос сырой воды	Тип………………………………..……..5 НДВ Производительность, м³/час………..…….215 Рабочее давление, кгс/см²…………….…...3,5 Мощность электродвигателя ,кВт…….…..40 Число оборотов, об/мин………………….1450	3
Теплообменник	Площадь нагрева, м²………………….……32 Рабочее давление, кгс/см²…………….……6,0 Производительность, м³/час………………400	1
Осветлитель ЦНИИ-2	Производительность, м³/час………..…….150	3
Насос-дозатор ПАА	Тип…………………….……..НД ПАА 160/25 Давление макс., кгс/см²……..………………10 Производительность, л/час…..……………160 Мощность двигателя, кВт………………….0,6 Число оборотов, об/мин………………….1500	6
Насос-дозатор коагулянт	Тип…………………………………..НД 630/10 Давление макс., кгс/см²……………………..10 Производительность, л/час……………….630 Мощность двигателя, кВт………………….1,1 Число оборотов, об/мин………………….1500	2
Бак коагулированной воды	Объем, м³…………………………………..160	2
Насос коагулированной воды	Тип………………………………………...6 ДВ Производительность, м³/час……………..360 Рабочее давление, кгс/см²………………….4,6 Мощность двигателя, кВт………………….75 Число оборотов, об/мин…………………1450	3
Механический фильтр	Загрузка…………………….кварцевый песок Диаметр, мм……………………………….3000 Рабочее давление, кгс/см²………………….6,0 Средняя производительность,м/час……40-50 Скорость фильтрации, м/час………………..7 Высота фильтра, мм………………………1800	10
Н-катионитовый фильтр	Средняя производительность,м³/час………40 Максимальная производительность,м³/час..60 Рабочее давление,кгс/см²…………………..6,0  Площадь фильтрации, м²………………...3,14 Диаметр,мм……………………………….2000	8
Nа-катионитовый фильтр	Средняя производительность, м³/час…..…40 Максимальная производительность,м³/час..60 Рабочее давление, кгс/см²………………….6,0 Площадь фильтрации, м²…………………3,14 Диаметр, мм……………………………….2000	6
Декарбонизатор	Производительность, м³/час…………….200 Диаметр, м…………………………………..2,1 Объем, м³…………………………………….10 Высота загрузки колец Рашига, м………….2	2

 

Продолжение таблицы 2

Бак декарбонизированной воды	Объем , м³…………………………………..150	3
Вентилятор декарбонизатора	Производительность,м³/час……………..5000 Мощность электродвигателя, кВт…………...7 Число оборотов,об/мин………………….1440	2
Насос декарбонизированной воды	Тип……………………………………….6НДВ Производительность ,м³/час………………250 Рабочее давление, кгс/см²………………….5,4 Мощность электродвигателя, кВт………….75 Число оборотов,об/мин………………….1450	3
Буферные фильтры-Nа катионитового фильтра второй ступени	Средняя производительность,м³/час…….150 Максимальная производит-сть,м³/час       200 Рабочее давление, кгс/см²………………….6,0 Площадь фильтрации,м2………………….7,06 Диаметр,мм……………………………….3000	4

 

 

 

 

2.4 Nа- катионитовый фильтр

          Катионитовый фильтр представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд с приваренными сферическими днищами. На корпусе фильтра имеются два ремонтных люка, два верхних и один нижний вводы.

Через один верхний ввод фильтра подается осветленная вода. В фильтрах этот ввод заканчивается в центре корпуса воронкой, обращенной кверху, на расстоянии 250-300 мм от верхнего днища.

Через другой верхний ввод подается раствор соли или кислоты при регенерации. Он соединен внутри фильтра с кольцевой трубой с отверстиями. Все внутренние верхние устройства предназначены для равномерного распределения (разбрызгивания) воды и раствора.

Нижний ввод фильтра соединен с дренажным устройством, служащим для равномерного распределения потока воды по сечению фильтра. Дренажное устройство представляет из себя трубу-коллектор диаметром 125 мм с системой патрубков, присоединенных к коллектору на фланцевых соединениях и расположенных в горизонтальной плоскости сечения фильтра. Патрубки с торцов заглушены. На патрубках имеются вертикальные штуцера с резьбой. На штуцерах навернуты карболитовые колпачки со щелями. Ширина щелей 0,2-0,4 мм, на каждом колпачке имеется 6-12 щелей. Один конец коллектора соединен с нижним вводом фильтра, другой заглушен.

К нижнему вводу фильтра присоединены: трубопровод промывочной воды, трубопровод умягченной воды, нижний дренаж. Днища фильтров и коллектор до уровня вертикальных штуцеров забетонированы. Все внутренние поверхности катионитовых и буферных фильтров покрыты противокислотным лаком. Каждый фильтр оборудован: расходомером (на линии осветленной воды), воздушником, двумя пробоотборниками, двумя манометрами (на линии, осветленной и на линии умягченной воды).

Фильтры загружены кварцевым песком и сульфоуглем или катионитом КУ-2-8. Нижний слой кварца из фракции 5-2,5 мм высотой 100-150 мм, второй слой катионит - высота слоя сульфоугля 2500 мм, КУ-2-8 - 1600 мм.

Рисунок 2 - Схема вертикального фильтра

а) - вид в профиль;

  б) - план; 1- подача исходной воды; 2 - сброс первого фильтрата; 3 - подвод промывной воды; 4 - сброс сточных вод; 5 - отвод фильтрата; 6 - водораспределитель; 7 - люк; 8 - трубчатый дренаж из щелеванных труб;

9 – фильтрующая загрузка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Отходы производства и охрана окружающей среды

На участке осветления воды к отходам производства можно отнести взрыхляемую воду с механических фильтров. В ней содержится большое количество взвеси, которая смывается с зерен фильтрующего материала. Эта вода собирается в бак, разбавляется другими сточными водами и сбрасывается в промышленную канализацию.

Продувка – отсечка шлама из осветлителя также осуществляется в промканализацию. Это допустимо нормами проекта, т.к. общее количество сбросных вод незначительно и содержащиеся в них взвешенные вещества не относятся к классу вредных загрязнителей.

Кроме шлама с водоочистки сбрасываются «кислые» воды и засоленные с Nа- катионитовых фильтров. «Кислые» воды подаются в бак- нейтрализатор и нейтрализируются известковым молоком до pН= 6,8-8,5. Разбавление сточных вод является одним из приемов снижения концентраций примесей до предельно – допустимых. Это относится к мероприятиям по охране окружающей среды.

 На крупных станциях  для утилизации шлама с осветлителей  устанавливают обезвоживающие установки для получения «коржей», которые могут быть использованы повторно. Необходимость установки такого оборудования определяется технологическим проектом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Библиографический список

1 Гурвич С.М., Кострикин  Ю.М., Оператор водоподготовки/ Энергия, М., 1974.

   2 Стерман, Л.С.Тепловые и атомные электростанции: учеб./ Л.С. Стерман, С.А. Тевлин, А.Т.Шарков.-М.:Энергоиздат,1982.-457с.

   3 Инструкция по эксплуатации  химводоочистки для подпитки  котлов ТЭЦ   цеха 16. - ОАО «Чепецкий  Механический Завод»,2001.

   4 Лифшиц О.В., Справочник  по водоподготовке котельных  установок / Энергия, М.,1976. 

   5 Справочник по водоподготовке  и водному режиму энергообъектов  низкого и среднего давления/ Под общ. Ред. Ю. М. Кострикина, М., Энергоатомиздат, 1990.