Розрахунок витрати хімічно очищеної води
Хімводоочищення є одним з найважливіших факторів терміну служби котла. Чим вище якість води, тим довше вам прослужить система водопостачання в цілому.
Основними завданнями водопідготовки і раціональної організації водно-хімічного режиму котлів, парогенераторів, тракту живильної води і теплових мереж є:
· Попередження утворення на поверхнях нагріву котлів, теплообмінників та ін. Частин теплофікаційних систем відкладень накипу, оксидів заліза і т.п.,
· Захист від корозії конструкційних металів основного і допоміжного обладнання теплофікаційних систем в умовах їх контакту з водою і парою, а також при знаходженні в резерві, тривалому простої або на консервації.
Вимоги по якості підживлювальної і мережної води встановлюються в залежності від типу тепломережі:
Для тепломережі з відкритим водорозбором оброблена вода повинна відповідати:
вимогам для води господарсько-питного призначення, якість якої регламентується СанПИН 2.1.4.559-96. зокрема ГОСТ «Вода питна». Величина загальної жорсткості не повинна перевищувати 7 мг-екв / л, заліза - 0,3 мг / л, значення рН-9,0.
Якість води для закритої мережі визначається видом застосовуваного теплофикационного обладнання (котла, бойлера і т.п.). До якості води для закритої мережі в зв'язку з відсутністю безпосереднього водорозбору на потреби населення пред'являються менш суворі вимоги, основним завданням є забезпечення безнакіпний режиму роботи застосовуваного теплофикационного обладнання (котли, бойлери) і нормативно допустимого рівня корозійної активності. Так, може бути допустимим підвищення значення рН до 10,5 при одночасному глибокому пом'якшенні, визначальним показником є значення карбонатного індексу, який в свою чергу визначає допустимий рівень накипформування - не вище 0,1.
Основним показником безнакіпний режиму є величина карбонатного індексу - твори загальної лужності на кальцієву жорсткість. який має різні значення для даного температурного режиму.
Основні сучасні способи підготовки води:
· Пом'якшення Na-катіонуванням із застосуванням сучасних методів іонного обміну, з використання фільтруючих матеріалів і відповідних їм конструкцій фільтрів;
· Декарбонізація води із застосуванням сучасних нових типів фільтруючих матеріалів (слабокислотних катионитов) і відповідних їм конструкцій фільтрів замість Н - катіонуванням з «голодної» регенерацією;
· Очищення води із застосуванням мембранних технологій підготовки води;
· Застосування програм хімічної обробки підживлювальної води за допомогою дозування сучасних більш ефективних реагентів (інгібіторів корозії, дисперсантів і інгібіторів солеотложенія)
· Також комбінування всіх вищезазначених методів;
· Альтернативні способи - в основному різні «перетворювачі солей жорсткості» засновані на фізичних методах обробки води;
Розглянемо застосування перших двох іонообмінних способів - пом'якшення Na-катіонуванням і декарбонізацією води із застосуванням сучасних нових типів фільтруючих матеріалів (слабокислотних катионитов).
Метод одноступінчастого паралельно-точного Na-катионирования застосовується найбільш широко. Даний процес реалізується в фільтрах (різної конструкції і розмірів в залежності від продуктивності, вимог до проведення самого процесу і т.п.). Сам іонообмінний процес відбувається при фільтруванні води через шар іонообмінної смоли (що представляє собою сильнокислотную катионит в Na-формі), завантажений в фільтр і періодично, по виснаження, регенеріруемий розчином кухонної солі. При цьому відбувається заміна солей кальцію (Ca2 +), магнію (Mg2 +) на натрій (Na +) за наступною схемою:
Таким чином, замість кальцію (Ca2 +), магнію (Mg2 +), вводиться еквівалентну кількість натрію (Na +). В результаті виходить пом'якшена вода, але при цьому лужність вихідної води практично не змінюється в ході обробки, а в разі її підвищеного значення вода буде володіти посиленими корозійні властивості внаслідок розкладання лужності при нагріванні. В якості фільтруючих завантажень зазвичай служать сильнокислотную катіоніти типу КУ2-8 або сульфоуголь, регенеровані кухонною сіллю.
Недоліками даного методу є:
· Підвищений (зазвичай триразовий) витрата реагенту (солі NaCl) по відношенню до стехіометрії;
· Підвищений витрата води на власні потреби;
· Для отримання глибоко пом'якшеної води потрібно другий ступінь;
Сучасні способи іонірованія і використання нових типів катионитов дозволяють істотно оптимізувати процес Na - катіоніованія - знизити витрати реагентів на регенерацію, зменшити витрату води на власні потреби, скоротити кількість задіяного обладнання (фільтрів). До таких методів відноситься протитечійне катіонірованіе, при якому потік фільтрату і регенераційної потоку мають протилежні напрямки. Зокрема, використовується практично весь обсяг фільтра під завантаження катіоніту. Відсоток власних потреб знижується до 3-4%, витрата солі зменшується на 15-20%. З'являється можливість отримувати фільтрат після першого ступеня з якістю води по жорсткості не вище 10 -15 мкг-екв / л, тобто другий ступінь катионирования усувається. Але дана технологія вимагає високого ступеня організації експлуатації та бажана автоматизація технологічних процесів.
Особливо слід відзначити, що переклад катионита з однієї форми в іншу безпосередньо у споживача призводить не тільки до підвищених трудовитрат і додаткової витрати води і реагентів, а й часто призводить до зниження експлуатаційних показників, в першу чергу, динамічної обмінної ємності. Поясненням цьому служить сама процедура переведення з Н-форми в Na-форму, при якій спочатку необхідно «виснажити» катионит, слив кислу воду в каналізацію (що призводить не тільки до забруднення стічних вод, а й до корозії трубопроводів), а тільки потім двічі отрегенеріровать розчином кухонної солі перевести в Na-форму. Слід зазначити також, що сильнокислотную катионит в Н-формі при пропущенні через нього вихідної води до «виснаження» крім солей жорсткості захоплює з неї і інші іони, в тому числі іони металів (заліза, алюмінію і т.д.), які при подальшій регенерації розчином кухонної солі будуть збережені. Отже, частина функціональних груп заблокована, в результаті чого обмінна ємність катіоніту після таких процедур знижується. Цих негативних процесів не відбувається в разі застосування для процесів пом'якшення води спеціально, в заводських умовах, виготовлених катионитов в Na-формі.
Подальшим удосконаленням протиточних процесів послужила розробка іонітів у вигляді моносфери, тобто смол мають вузький фракційний ефективний склад гранул (кількість частинок ефективного розміру -близько 0,5-0,6 мм досягає 95%, тоді як у звичайних іонітів воно становить приблизно 40 - 45%).
Однак, непоганих результатів можна досягти, якщо застосувати катіоніти і зі звичайним гранскладу (0,3-1,2 мм), але виготовляються і поставляються споживачам в Na-формі. Наприклад, сильнокислотную катионит Тульсіон Т-42 в Na-формі, з фракційним складом 0,3-1,2 мм.
При підготовці підживлювальної води для систем ГВП, застосовується також технологія підготовки води Н - катіонуванням з «голодної» регенерацією.
Технологія Н-катионирования з «голодної» регенерацією дозволяє істотно знизити карбонатні жорсткість води з частковим зменшенням некарбонатних. Всі іони водню, що вводяться в катионит з регенераційних розчинів, повністю затримуються, і внаслідок цього в відпрацьованих стічних водах кислота практично відсутня. Витрата регенеруючого реагенту - сірчаної кислоти є стехиометрическим, тобто розрахунковим.
Недоліками даного методу при використанні сульфоугля в Н-формі є знижені експлуатаційні характеристики, зокрема:
· Низька швидкість фільтрування (до 10 м 3 / год);
· Низька обмінна ємність (200-250 г-екв / м 3), як наслідок
- великі витрати реагентів і води на власні потреби
-збільшена кількість фільтрів
- труднощі в управлінні процесом і, як наслідок, нестабільна якість води
Існують слабокислотні катіоніти, часто звані карбоксильними катионитами, які спеціально створені для видалення карбонатної жорсткості тобто декарбонізації. До них зокрема відноситься слабокислотні катионит Тульсіон схо-12.
При іонообмінному способі декарбонізації води на слабокислотні Карбоксильні катионите до водневої формі (як найбільш економічному) відбувається заміна солей кальцію (Ca2 +), магнію (Mg2 +) на водень (Н +) за наступною схемою:
Таким чином, замість кальцію (Ca2 +), магнію (Mg2 +), вводиться еквівалентну кількість водню (Н +). Далі аніони HCO3- взаємодіють з утворюються катіонами Н +.
В результаті відбувається зниження концентрації бікарбонатів шляхом їх «руйнування» і освіту в результаті вуглекислого газу. При цьому, відбувається зниження рН води. Далі, для стабілізації рН води потрібно її отдувка на дегазатор.
Наприклад, розглянемо технологічну схему, що передбачає застосування процесу декарбонізації на слабокислотні катионите замість Н-катионирования з «голодної регенерацією» і пом'якшення на сильнокислотную катионите, що поставляється відразу в Na - формі. З огляду на, що джерелом вихідної води служить питна хлорована вода з міського водопроводу, для підвищення терміну служби катионитов передбачена попередня очистка в вигляді фільтра заповненого активованим вугіллям. Після цього вода надходить на три фільтра декарбонізації, заповнені слабокислотних катионитом, один / два в роботі, один в резерві. Утворився вуглекислий газ після іонообмінника віддувається в дегазатор (декарбонізатора) і надходить через деаератор на нагрів. Частина декарбонізірованной води надходить на установку двухстадийного пом'якшення - для отримання підживлювальної води парових котлів. Принципова схема представлена на малюнку 10, у вигляді прямоточних фільтрів з організацією верхньої распредсістеми і інертним шаром для підвищення ефективності фільтрування та відмивання катіоніту.
Малюнок 10 - Принципова технологічна схема ХВО котельні
Малюнок 11 - Фотографія цеху ХВО
Загальна кількість води, що додається з хімводоочищення, складається з наступних втрат:
1) Втрати конденсату від технологічних споживачів: