Водно-химический комплекс промышленно-отопительной ТЭЦ мощностью 800 МВт

В данной схеме применяется  известкование, так как Ж_к>2мк-экв/кг, для удаления из воды СО₂, снижения щелочности (или карбонатной жесткости); происходит удаление взвешенных и коллоидных примесей, а так же соединений Fe,Al,Si. При известковании воды происходит следующие процессы: прежде всего из воды удаляется свободная углекислота, и образуется трудно растворимое, выпадающее в осадок, соединение – углекислый кальций СаСО ₃.

 

                            СО₂+Са(ОН)₂=СаСО₃+Н₂О

 

                         Образуется осадок карбоната кальция:

 

Ca(HCO₃)₂+Ca(OH)₂=2CaCO₃¯+H₂O Са²⁺+СО^2–₃=СаСО₃.

Ионы магния, взаимодействуя с гидроксильными ионами, выпадают в осадок:

MgCl₂+Ca(OH)₂=Mg(OH)₂¯+CaCl₂       Мg²⁺+2OH=Мg(OH)₂

 

При введении извести  в большом количестве чем это  необходимо для связывания свободной СО₂, бикарбонаты НСО₃, переходят в карбонаты СО^2–₃

 

ОН^–+НСО₃=СО^2–₃+Н₂О.

 

Остаточная жесткость, достигаемая в процессе известкования . Коагуляция FeSO₄ совместно с известкованием производится в осветлителе при t=30°C и дозе коагулянта . Первоначально организуется активное перемешивание коагулянта с исходной водой в течении 10 мин., а затем процесс должен протекать в спокойной гидродинамической обстановке, для него в осветлителе предусматривается специальные успокоительные короба. Процесс коагуляции имеет две стадии (скрытую и явную). На первой стадии происходит формирование микрохлопьев Fe(OH)₃¯. На второй стадии образуются флокулы – крупные хлопья 1-3 мм., которые сорбируют на своей поверхности мельчайшие коллоидные частицы, т.е. происходит окончательная очистка воды. Реакция гидролиза сернокислого железа будет происходить в два этапа:

 

FeSO₄+Н₂О=Fe(OH)₂+Н₂О, рН=8-10,5

4Fe(OH)₂+О₂+2Н₂О=4Fе(ОН)₃¯.

 

После осветлителей вода направляется в осветлительные фильтры, где окончательно освеляется. ОФ загружаются пористым дробленым материалом. Фильтрование воды через слой сернистой загрузки происходит под действием разности давлений на входе в зернистый слой и на выходе из него. Данный перепад давлений зависит от скорости фильтрования, вязкости, диаметра фильтра, высоты загрузки. В процессе фильтрования на загрузке взвешенные вещества, что приводит к увеличению разности давлений. По достижению некоторой предельной величины перепада начинается проскок взвеси через фильтрующий слой или скорость фильтрования падает ниже допустимого предела. В этом случае фильтр необходимо отключить и произвести его промывку путем подачи воды в направлении обратном фильтрованию. Фильтр на промывку может отключатся по одному из следующих показателей:

1. мутности фильтра;
2. количеству пропущенной воды за фильтроцикл;
3. времени работы;
4. возрастанию перепада давления на слой.

 

Остаточное содержание взвеси после фильтра 1-1,5 мг/кг. После предочистки вода направляется на ионообменные фильтры. Сущность метода ионного обмена заключается в способности некоторых практически нерастворимых в воде материалов (ионитов) изменять в желаемом направлении ионный состав воды. Способность ионитов к такому обмену объясняется их строением. Он состоит из твердой основы – матрицы, на которую нанесены функциональные группы, способные в растворе к образованию на поверхности потенциалообразующих ионов. Вседствии этого вокруг твердой фазы образуется диффузионный слой из противоположно заряженных ионов. Они обладают высокой кинетической энергией, способны выходить из слоя, а их место занимает эквивалентное количество других ионов того же знака.

 

В работе ионитных фильтров различают следующие стадии:

 

1.  Ионирование воды (удаление примесей).

2.  Регенерация после истощения ионитной емкости.

3.  Взрыхления слоя ионита (вода подается в обратном направлении, объем ионита увеличивается на 30-40%)

4.  Непосредственно регенерация (пропуск раствора определенной концентрации).

5.  Отмывка от продуктов регенерации и избытка реагентов

 

После осветлительных фильтров вода поступает на Н–катионитные  фильтры первой ступени. В процессе Н-катионирования вода умягчается за счет удаления из нее всех катионов в том числе катионов жесткости и происходит изменение анионного состава за счет разложения в кислой среде бикарбонатов с выделением СО₂. Н – катионирование самостоятельно применения не имеет. Его используют в комбинированных схемах умягчения с Nа – катионитными фильтрами, а также в схемах обессоливания. Фильтр загружен сильнокислотным катионом марки КУ-2. Фильтрат представляет собой смесь сильных и слабых кислот.

 

Реакции, протекающие  при работе фильтра:

 

           CaCl₂ + 2HR ® CaR₂ + 2HCl

        MgSO₄ + 2HR ® MgR₂ + H₂SO₄

Ca(HCO₃)₂ + 2HR ® CaR₂ + 2H₂O + 2CO₂­

Mg(HCO₃)₂ + 2HR ® MgR₂ + 2H₂O +2CO₂­

 

Регенерацию таких фильтров проводят 1-1,5% раствором Н₂SО₄, при этом протекают следующие ракции:

 

                       CaR₂ + H₂SO₄ ® CaSO₄ + 2HR

                       MgR₂ + H₂SO₄ ® MgSO₄ + 2HR

 

Продуктами регенерации  являются сульфаты кальция и магния – жесткие стоки.

 

При использовании Н – катионирования в схемах обессоливания воды на Н  – фильтре будут протекать  реакции с натриевыми солями имеющимися в воде.

 

NaCl + HR ® NaR + HCl

Na₂SO₄ + 2HR ® 2NaR + H₂SO₄.

 

При использовании Н  – фильтров в схемах умягчения  фильтр на регенерацию отключают по пропуску катионов жесткости Са и Мg, а в схемах обессоливания процесс ведут до пропуска катиона Na.

Н-катионированная вода является мягкой, так как не содержит катионов жесткости, но использоваться в котлах на может, так как имеет кислую среду и кислотность ее тем выше, чем выше суммарное содержание в исходной воде анионов сильных кислот.

В данной схеме ВПУ фильтр Н₁ берет на себя основную нагрузку по удалению катионов, фильтр Н₂ улавливает проскоки катионов. После фильтров Н₁ вода попадает в группу фильтров А₁, загруженных низкоосновным анионитом АН-31. В этом фильтре происходит удаление анионов сильных кислот.

 

                   Реакции протекающие при работе фильтра:

 

HCl+OH® RCl+2H₂O

H₂NO₃+ROH®RNO₃+H₂O

H₂SO₄+2ROH®R₂SO₄+2H₂O

 

Регенерация слабо и  сильноосновных анионитов осуществляется  4% раствором NaOH:

 

RCl + NaOH ® ROH + NaCl

R₂SO₄ + 2NaOH ® 2ROH + Na₂SO₄

R₂SiO₃ + 2NaOH ® 2ROH + Na₂SiO₃.

 

Группа Фильтров А₂ служит для удаления анионов слабых кислот и проскоков сольных. Она загружена сильноосновными анионитом марки АВ-17-8. В этой группе фильтров протекают следующие реакции:

 

H₂SiO₃ + ROH ® R₂SiO₃ + 2H₂O

H₂CO₃ + 2ROH ® R₂CO₃ + 2H₂O

 

В данной схеме ВПУ  используются фильтры смешанного действия, т.к. на ТЭЦ установлены прямоточные котлы. ФСД предназначены для глубокого обессоливания и обескремнивания добавочной воды в схеме ВПУ. В такой фильтр загружается одновременно сильнокислотный катионит и высокоосновной анионит. Переходящие в процессе ионитного обмена в воду ионы Н⁺ и ОН^- образуют воду, способствуя этим углублению степени очистки воды.

На данной ВПУ установлены ФСД с внутренней регенерацией. Фильтры оборудованы средней дренажной системой, ограничивает скорость воды до 50 м/ч. Разделение ионитов производится в самом фильтре восходящем потоком взрыхляющей воды, вследствие чего анионит располагается в верхнем слое, а катионит - в нижнем. Качество воды после ФСД Na⁺<5мкг/кг, SiO₂<10мкг/кг.

Na – катионитовый фильтр имеет самостоятельное применение для умягчения воды для подпитки теплосетей и подготовки добавочной воды котлов низкого давления.

Обработка воды путем Nа – катионирования заключается в фильтровании ее через слой ионита, содержащего обменный катион Nа, который обменивается на содержащиеся в воде катионы Са и Мg.

 

Са(НСО₃)₂+2NаR ® СаR₂ + 2NаНСО₃

MgCl₂+2NaR ® MgR₂ + NaCl

CuSO₄ + 2NaR ® CuR₂ + Na₂SO₄

MgSiO₃ + 2NaR ® MgR₂ + Na₂SiO₃.

 

Суммарная концентрация катионов постоянна, но массовая концентрация их возрастает. За счет этого несколько увеличено солесодержание воды. Na – катионированная вода является мягкой, т.к. все катионы жесткости остаются на ионите. Недостатком фильтра является неизменность анионитного состава воды, т.е.  Щ_ост=Щ_исх.

Регенерация истощенного катионита  осуществляется 8 – 10% раствором повареной соли:

                                       CaR₂ + 2NaCl ® 2NaR + CaCl₂

                                      MgR₂ + 2NaCl ® 2NaR + MgCl₂.

 

Для удаления из обрабатываемой воды СО₂,а в ряде случаев Н₂S, NH₃ устанавливают декарбонизатор. Он представляет собой цилиндрический аппарат, имеющий штуцера подвода обрабатываемой воды, вывода обработанной воды, выделившегося газа и слива в дренаж. На эффективность декарбонизации влияют:

–температура обрабатываемой воды

–рН среды

–расход подаваемого  воздуха

–площадь поверхности  контакта фаз.

 

5. Пересчет изменений  показателей качества воды по  отдельным стадиям обработки

 

Фильтр Н1(первая ступень) загружен катионитом КУ-2 и предназначен для удаления из воды всех катионов, включая Na⁺ в количестве:

Фильтр А1 загружен низкоосновным  анионитом АН-31 и предназначен для  удаления из воды анионов сильных кислот:

Декарбонизатор в схеме обессоливания предназначен для удаления из обрабатываемой воды свободной углекислоты СО₂ , которая появилась там в результате распада бикарбонатов в кислом фильтрате Н-катионитовых фильтров.

 

Принимаю  .

Фильтр Н2 также загружен катионитом КУ-2 и предназначен для удаления из воды проскоков катионитов после  фильтра Н1. На основании опыта  установлено:

Принимаю 

Фильтр А2 загружен высокоосновным анионитом АВ-17-8 и предназначен для удаления проскоков первой ступени А1, а главное, для удаления анионов слабых кислот:

 

Качество обессоленной воды после  А2:

- солесодержание – не более   ;

- кремниевая кислота – не  более 

 

 

Фильтр смешанного действия (ФСД) предназначен для глубокого обессоливания воды, т.е. удаления из нее всех катионов и анионов, проскочивших через две ступени обессоливания. Данный фильтр загружен катионитом КУ-2 и анионитом АВ-17-8.

Качество воды после фильтра  ФСД должно соответствовать следующим показателям:

- солесодержание –  не более   ;

- кремниевая кислота  – не более 

Вода для подпитки тепловых сетей проходит обработку  на Na-катионитном фильтре, загруженном катионитом КУ-2.На этом фильтре удаляются катионы жесткости в количестве:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.    Расчет проектируемой схемы ВПУ ТЭЦ

 

При проектировании ВПУ необходимо исходить из условия выбора наименьшего количества оборудования максимальной производительности. Расчет схем начинают с последнего фильтра для возможности учета расхода воды на собственные нужды фильтров (приготовление регенерационных растворов, отмывка ионита). Расчет производится для следующих энергоблоков:

- два энергоблока с  котлами Е-500 и турбинами ПТ-80/100-130/15

- два энергоблока с  котлами Пп-1000 и турбинами Т-250/300-240

 

1. Расчет ионообменной части ВПУ

 

                                        Расчет фильтра ФСД

 
     Необходимая площадь фильтрования:

;

где -для ФСД с внутренней регенерацией.

Число установленных  фильтров m одинакового диаметра принимается не менее 3.

 

Необходимая площадь  фильтрования каждого фильтра:

;

Диаметр каждого фильтра:

;

Из таблицы П1[1] выбираю ближайший больший стандартный фильтр смешанного действия с внутренней регенерацией типа ФИСДР-2,0-0,6 (рабочее давление – 0,6 МПа, диаметр фильтра – 2000 мм, высота фильтрующей загрузки – 1950 мм, расход воды при расчетной скорости фильтрования – 160 м³/ч).

Площадь фильтра с  учетом изменения диаметра:

;

Продолжительность каждого фильтроцикла для (m-1) фильтров:

Т_ФСД – полезная продолжительность фильтроцикла, ч;                      
       h – высота слоя ионита,м; 
       f_ст – сечение фильтра, м²; 
       Q – производительность рассчитываемых фильтров, м³/ч;

                                    Количество регенераций в сутки:

,      где

 t – продолжительность операций связанных с регенерацией фильтров, ч; 
T- полезная продолжительность фильтроцикла;

       Условно принимаем загрузку КУ-2 и АВ-17-8 в соотношении 1:1.

 Объем ионитного материала, загруженного в фильтры во влажном состоянии:

                                         
Расход воды на собственные нужды рассчитываемой группы фильтров: