Докотловая подготовка воды

В соответствии с действующими правилами Госгортехнадзора России докотловаяобработка воды должна предусматриваться:

1) для всех котлов паропроизводительностью более 0,7 т/ч;

2) для котлов, имеющих экранные поверхности нагрева, независимоот паропроизводительности и давления;

3) для неэкранированных котлов, сжигающих высококало­рийное топливо (газ, мазут);

4) для всех водогрейных котлов.

Для неэкранированных котлов паропроизводительностью менее0,7 т/ч и давлением пара до 1,4 МПа, работающих на твердомтопливе, допускается внутрикотловая обработка воды. В этихслучаях жесткость питательной воды не должна превышать 3мг-экв/л.

Внутрикотловая магнитная обработка воды допускается для паровых чугунных секционных котлов при питании их исход­ной водой с преимущественно карбонатной жесткостью и при надежном удалении шлама [14].

Основными способами докотловой обработки воды являются: коагуляция и осветление, осаждение, магнитный метод, использование комплексонов, обработка путем ионного обмена.

Поверхностные воды требуют удаления грубой (частицы раз­мером до 10^{-3 мм), тонкой (10-3}-10^-11мм) взвеси коллоидно-дисперсных веществ (10^-6-10^-11мм) и цветности. Песок, глина, животные и растительные остатки образуют грубую и тонкую взвеси. Органические вещества, оксиды металлов, кремнекис­лые соединения могут находиться в коллоидном состоянии.

Процесс удаления из воды тонкой взвеси путем ввода специ­альных реагентов называется коагуляцией. Методы и оборудова­ние для коагуляции и осветления воды выбирают в зависимос­ти от характера и величины загрязнения (табл.3.18).

Таблица 3.18

Методы обработки поверхностных вод

Показатель исходной воды	Вид обработки	Основное оборудование
Содержание взве- шенных веществ, мг/л:
до 50	Фильтрование	Механические однослойные (вертикаль- ные и горизонтальные) фильтры с загрузкой антрацита крупностью 0,6-1,4 мм, высота слоя загрузки 1000 мм
до 100	Фильтрование для удаления тонкой взвеси, фильтрование с коагуляцией	Механические фильтры с двухслойной загрузкой (антрацит и кварцевый песок); загрузка крупностью соответственно 0,7-1,7 и 0,5-1,2 мм. Высота загрузки каждого слоя 600-500 мм
более 100	Осветление с последующим фильтрованием	Осветлители для коагуляции с последующим фильтрованием через однослойные механические фильтры

Для осуществления процесса коагуляции применяют следующие реагенты: сернокислый алюминий Al(SO₄)₃ x l2H₂O, серно­кислое железо FeSO₄ x 7H₂O, хлорное железо FeCl₂ x 6H₂O.

Наибольшее распространение при коагуляции получил серно­кислый алюминий, однако его применение ограничивается величиной рН обрабатываемой воды (6,5-7,5). В более щелочной средe образуется легкорастворимый алюминат натрия, поэтому при известковании в качестве коагулянта применяют сернокислое или хлорное железо, допускающие колебания рН в пределах 4-10.

К методам обработки воды путем осажденияотносятся известкование, известково-содовый метод.

Известкованиеосновано на связывании ионов, подлежащих удалению, в малорастворимые соединения, осаждаемые в виде шлама. Основное назначение известкования - удаление из воды связанной и свободной углекислоты, снижение щелочности и сухого остатка исходной воды с одновременным ее умягчением. Известкование, совмещенное с коагуляцией, позволяет обезжелезить поверхностные воды, удалить органические вещества. Процесс известкования осуществляется в осветлителях, перед этим воду необходимо подогреть до 30-40 °С.

Применение известково-содового методапозволяет осаждать соли жесткости с помощью извести и соды.

Этот метод применяют для вод, в которых общая жесткость больше щелочности исходной воды.

Обработка воды магнитным способомзаключается в воздействии магнитных полей на поток воды. При этом вода после воздействия магнитного поля при нагреве ее в котле не дает никаких отложений накипи, и соли жесткости выпадают в виде шлама.

Данный способ применяется только для обработки подпиточнойводы водогрейных котлов малой теплопроизводительности.

Магнитная обработка воды для водогрейных чугунных секционных котлов при закрытой системе теплоснабжения допускается при соблюдении следующих условий:

а) подогрев воды в котле не выше 95 °С;

б) карбонатная жесткость исходной воды не более 9 мг-экв/л;

в) содержание железа Fe ²⁺ не более 0,3 мг/л.

Магнитную обработку воды для систем горячего водоснабжения сле­дует предусматривать при соблюдении следующих условий:

жесткость общая исходной воды не более 10 мг-экв/л;

содержание железа в пересчете на Feне более 0,3 мг/л;

содержание кислорода ≥ 3 мг/л;

сумма значений содержания хлоридов и сульфатов ≥ 50 мг/л.

Обработку воды для систем горячего водоснабжения производить не обязательно, если исходная вода в автономной котельной отвечает сле­дующим показателям качества:

содержание железа в пересчете на Fe, мг/л, ≤0,3;

индекс насыщения карбонатом кальция положительный;

карбонатная жесткость, мг-экв/л, ≤ 4,0.

При обработке воды магнитным полем концентрация раство­ренных газов (О₂ и СО₂) и оксидов железа в ней снижается, т.е. уменьшение концентрации кислорода под влиянием магнитно­го поля является одним из способов торможения электрических процессов, а следовательно, и коррозии металлов.

К качеству воды, подлежащей магнитной обработке, предъявляются определенные требования. Вода не должна содержать механических примесей соединений железа больше установлен­ных норм и агрессивного диоксида углерода. Концентрация ди­оксида углерода в природной воде определяется в значительной степени значением карбонатной жесткости. При карбонатной жесткости до 2,0-2,5 мг-экв/л почти весь растворенный в воде диоксид углерода по содержанию превышает равновесный и яв­ляется агрессивным. С повышением карбонатной жесткости концентрация равновесного диоксида углерода возрастает, а аг­рессивного - падает.

Солесодержание исходной воды не имеет большого значения, но для вод с солесодержанием 100 мг/кг и ниже и Ж_к ≤ 1,5 мг-экв/кг при­менение магнитной обработки малоэффективно и нецелесообразно.

Содержание оксидов железа не должно превышать 0,4-0,5 мг/кг во избежание значительных отложений в межполюс­ном пространстве.

Принцип действия аппарата для магнитной обработки воды основан на воздействии магнитного поля, создаваемого в рабочем зазоре аппарата определенной напря­женности, на растворенные в воде карбонатные соли жесткости. Под воздействием магнитного поля в обрабатываемой воде образуется большое количество зародышей твердой фазы, выполняющих роль центров кристаллизации при нагревании обработанной воды. Кри­сталлизация в присутствии большого количества зародышей приво­дит к тому, что карбонат кальция или совсем не выделяется из жидкости, поскольку рост кристаллов останавливается, или выделя­ется в виде тонкодисперсной взвеси, не оседающей в условиях дви­жущейся жидкости в виде накипи [1].

Основным элементом каждого магнитного аппарата является магнит или электромагнит, в межполюсном пространстве кото­рого протекает вода с определенной скоростью. Вода, подлежа­щая обработке, поступает в аппарат через патрубок, потом по кольцевому межполюсному пространству пересекает магнитные силовые линии, возникающие между внешним магнитопроводом и сердечником. Электромагнит подключается к сети пере­менного тока через селеновый выпрямитель. Более просты в эк­сплуатации аппараты на переменном токе.

Для обработки воды магнитным полем наиболее широко применяют аппараты ПМУ с постоянными магнитами (рис.3.35) и аппараты с электромагнитами АМО-УХЛ4.

 

Рис.3.35. Устройство аппаратов типа ПМУ:

1 - чугунные сферические крышки; 2 – специальный полюсной наконечник; 3 -гайка; 4 -полюсной наконечник; 5 - постоянный магнит; 6 – чугунный стакан; 7 - прокладка из паронита; 8 - отверстие в дне стакана; 9 - болт; 10 - наружный шестигранный венец для сборки под ключ

Аппарат состоит из пяти однотипных секций-элементов, соединенных последовательно. Каждая секция состоит из чугунного стакана (магнитопровода) и постоянного магнита 5 с полюсным наконечником 4, укрепленных соосно на дне стакана 6. Между магнитом и стаканом образуется кольцевой воздушный за­зор. Последовательное пересечение обрабатываемой водой магнит­ных полей пяти секций обеспечивает обработку воды. Первая по хо­ду движения воды секция (крышка ее имеет маркировку «С») снабжена специальными полюсными наконечниками 2, образующими увеличенный рабочий зазор, позволяющий отделить от воды посто­ронние ферромагнитные частицы: окалину, металлическую пыль.

В табл. 3.19приведены технические характери­стики аппаратов ПМУ.

Таблица 3.19

Технические характеристики аппаратов ПМУ

Показатель	Тип аппарата
ПМУ	ПМУ – 2
Производительность,м3/ч
Число секций, шт.
Величина рабочего зазора, мм	—
То же, для первой секции		—
То же, для остальных	2,5	—
Напряженность магнитного поля в зазоре, Э	—
То же, для первой секции	1400 – 1600	—
То же, для остальных	2200 – 2400	—
Общий магнитный поток, МКС	27000 – 30000
Габаритные размеры, мм	Dу = 80; L = 566	170×142×179
Рабочее давление, МПа	0,8	0,8
Масса, кг

Электромагнитные аппараты

Корпус аппарата изготавливается из стальной трубы (рис.3.36). Вход воды снизу, выход воды сбоку. Внутри корпуса в кожухе из немагнитного материала размещена электромагнитная система. Между внутренней поверхностью корпу­са и наружной поверхностью защитного кожуха образуется рабочий зазор для прохождения обрабатываемой воды.

Катушки электромагнитной системы заливают сухим и чистым трансформаторным маслом. Регулировку напряженности магнитного поля производят изменением силы тока, проходящего через намагничивающие катушки, путем введения в электрическую цепь соот­ветствующего дополнительного сопротивления. В табл.3.20 приведена тех­ническая характеристика аппаратов производитель-

ностью 15 и 20 м³/ч.

Таблица 3.20

Техническая характеристика электромагнитных аппаратов

Тип	Произво-дитель-ность, м3/ч	Жесткость воды, мкг экв ∙кг/л	Напряженность магнитного поля	Напряже-ние ис-точника питания, В	Номин-альный ток, А
общая	временная	А/см	Э
	2,5						0,72
							1,44
							0,9
							1,8

 

Рис.3.36. Внешний вид электромагнит-

ного аппа­рата:

1 - труба для подключения водопроводной во-

ды; 2 - электромагнит­ная система; 3 - труба для выхода обработанной воды; 4 - корпус; 5 - селеновый выпрямитель

 

При необходимости пропуска через установку по магнитной обработке воды расхода, который не может быть обеспечен одним аппаратом, устанавливают параллельно несколько аппаратов.

 

Технические характеристики электромагнитных аппаратов типа АМО приведены в табл. 3.21.

 

Таблица 3.21

Техническая характеристика электромагнитных аппаратов типа АМО

Показатели	Аппараты
АМО-25 УХЛ	АМО-100 УХЛ	АМО-200 УХЛ	АМО-600 УХЛ
Производительность по обрабатываемой воде, м3/ч:
Напряженность магнитного поля на рабочем участке зазора электромагнита, А/м	1,6×105
Температура обрабатываемой воды, °С
Рабочее давление, МПа	1,6×105
Напряжение питания, В
Частота сети, Гц
Употребляемая электромагнитом мощность, кВт	0,35	0,50	0,50	1,80
Габаритные размеры электромагнита, мм	260×410	440×835	520×950	755×1100
Габаритные размеры блока питания, мм	250×350×250
Масса электромагнита, кг
Масса блока питания, кг	8,0
Выпрямитель	1 шт.			1 шт.

 

В настоящее время в НИТИ им. Александрова (г. Сосновый Бор Ленинградской области) для умягчения воды созданы высокоградиентные магнитные фильтры (ВГМФ) нового поколения.

Их можно охарактеризовать как фильтры с наведенной индукцией, так как высокий градиент поля возникает на ферромагнитной структуре - сетке, проволоке, стальной пластине или железной вате, размещенных в постоянном магнитном поле.

В магнитном фильтре, наряду с магнитными силами, на частицы также действуют и другие, конкурирующие, силы: гравитации, гидродинамической вязкости, трения и инерции.

Простейшая схема ВГМФ представляет собой фильтрующую матрицу, размещенную между полюсами магнитов. Локальное увеличение градиента напряженности магнитного поля достигается при использовании конструкций с внутренней магнитной системой в виде «магнитных стержней» (рис.3.37). К достоинствам такой конструкции можно отнести возможность наращивания площади сечения фильтра за счет параллельного включения в состав фильтра дополнительных фильтрующих элементов с внутренними «магнитными стержнями» и удобство замены фильтрующей матрицы при исчерпании ресурса фильтра.

 

Рис.3.37. Высокоградиентный магнитный фильтр стержневого типа:

1 – магнитный стержень; 2 – матрица; 3 – магнитопровод; 4 – магнит

 

Для достижения необходимо-

го эффекта при магнитной обработке воды нужно удалять образующийся шлам. Шлам обыч­но удаляется продувкой. При магнитной обработке наиболее экономичной и эффективной является нижняя продувка.

Эффективным способом водоподготовки является радиочастотная обработка воды. Принцип работы аппаратов для радиочастотной обработки воды в целом похож на принцип работы рассмотренных выше приборов для магнитной обработки воды. Разница состоит в том, что излучатель (именно так в этих приборах принято называть намотанные на трубопровод провода, а не электромагнит) генерируют переменный радиочастотный сигнал в диапазоне от 1 до 10 кГц. И габариты излучателя значительно меньше габаритов электромагнита.

Противонакипный эффект при радиочастотной обработке будет увеличиваться (это нужно учитывать при установке устройства) в следующих случаях:

1) с повышением температуры обрабатываемой воды вплоть до температуры кипения;

2) при более высоком содержании ионов кальция (Ca2+) и магния (Mg2+);

3) с понижением содержания в воде углекислоты;

4) с повышением щелочности воды;

5) при уменьшении общей минерализации;

6) при увеличении степени турбулентности потока воды.

Отслоившиеся чешуйки накипи, скапливающиеся в нижней части котла, удаляют периодической продувкой.

Схема подключения прибора Рапресол для радиочастотной обработки воды приведена на рис.3.38.

Применение комплексонов, содержащих фосфоновые группировки РО(ОН)₂ для расслоения и отмывки отложений, основа­но на их способности в определенных концентрациях вступать во взаимодействие с ионами металлов (Са, Mg, Fe и др.) в широком диапазоне рН и образовывать устойчивые водорастворимыекомплексы.

 

Рис.3.38. Схема подключения прибора для радиочастотной обработки воды

 

Действие комплексонов препятствует росту кристаллов накипи, тормозит зарождение центров кристаллизации, меняет форму кристаллов. В перенасыщенных карбонатами кальция растворах комплексоны образуют прочный комплекс с ионами Са²⁺. Этот комплекс сорбируется поверхностью ранее образовавшихся кристаллов и образующихся зародышей кристаллов карбоната кальция и препятствует их направленному росту. Отсутствие центров кристаллизации за счет блокирования их на поверхности кристаллов обеспечивает поддержание раствора в перенасыщенном состоянии без выделения накипи. Этот эффект способствует размыванию ранее образовавшихся отложений. Эффективность применения комплексонов зависит от их концентрации и химического состава воды.

В системах, использующих комплексоны, необходимо применять самые интенсивные методы шламоудаления, правильно размещая шламоотделители и обеспечивая низкую скорость движения воды (при их включении по схеме байпаса).

Обработка комплексонами воды не предотвращает образования биологических и наносных отложений, поэтому используемая из поверхностных источников вода должна пройти предварительную механическую очистку.

Применение комплексонов не исключает необходимости деаэрации подпиточной воды.

Эффективность обработки воды оценивается сравнением значений карбонатной жесткости в прямой и обратной сетевой воде. После завершения процесса обработки воды в системе и отсутствия в ней накипи эти значения должны быть одинаковыми. При наличии накипи необходимо корректировать режим обработки воды.

Принципиальная схема установки для дозирования комплексонов в питательную воду приведена на рис.3.39. Установка состоит из емкости с 5 %-м раствором комплексона. Емкость изготавливают из нержавеющих материалов или покрывают из­нутри кислотостойкой эпоксидной шпатлевкой. Это связано с тем, что концентрированные растворы комплексона приводят к коррозии металлов.

Раствор комплексона миниатюрным насосом-дозатором по­дают в магистраль линии подпитки водяной системы водогрейного котла или системы горячего водоснабжения. Подводящая трубка для подачи комплексона изготавливается из нержавеющей стали, она вмонтирована в водомер, подающий сигнал о ве­личине расхода воды в блок автоматики, управляющий насосом-дозатором.

Рис.3.39. Принципиальная схема установки для дозирования комплексонов:

1 - водомер с узлом подмешивания комплексона; 2 - бак с 5 %-м раствором комплексона; 3 - насос-дозатор; 4 - указатель уровня; А - блок автоматики

 

В установке смонтирован датчик указания минимального уровня комплексона, который выключает установку при выработке находившегося в ней раствора комплексона. Это защищаетнасос-дозатор от завоздушивания всасывающего патрубка.

Для умягчения и снижения щелочности воды широко применяют метод ионного обменас использованием катионитов и анионитов.

Для этого исходную воду пропускают через специальные фильтры, заполненные материалами, которые вступают в обменные реакции с солями жесткости. При этом катионы кальция и магния в воде замещаются на катионы натрия или другие, соли которых не образуют накипи. Из катионирующих материалов наибольшее распространение получили глауконит (природный минерал) и сульфоуголь (каменный уголь, обработанный концентрированной серной кислотой).

Наиболее широко используются следующие методы умягчения воды: Na-катионирование, Н-катионирование, Н-катионирование с «голодной» регенерацией и Na-аммоний-катионирование [14].

1) Na-катионирование

Этот метод обработки воды основан на пропуске обрабатыва­емой воды через Na-форму катионита, для чего предварительно катионит регенерируется поваренной солью NaCl.

Одноступенчатым Na-катионированием можно получить воду с остаточной жесткостью до 0,02 мг-экв/л. В схеме двух­ступенчатого Na-катионирования можно получить воду с оста­точной жесткостью менее 0,02 мг-экв/л.

Образовавшийся после Na-катионирования карбонат натрия NaHCO₃ распадается при высокой температуре (выше 150 °С) на едкий натр NaOH и диоксид углерода СО₂, являющиеся корро­зийными агентами. Поэтому Na-катионитную обработку воды применяют обычно при отсутствии в системе теплоснабжения пиковых котлов и подогреве сетевой воды в пароводяных подогревателях до температуры не выше 150 °С.

При подготовке добавочной воды для паровых котлов низкого и среднего давления применяют схему двухступенчатого Na-катионирования. Для удаления из обрабатываемой воды углекислоты между 1 и 2-й ступенями устанавливают декарбонизаторы.

2) Н-катионирование

Метод Н-катионирования основан на пропуске обрабатыва­емой воды через катионит, отрегенерированный раствором кислоты (НС1 или H₂SO₄). В процессе фильтрования катионы, содержащиеся в обрабатываемой воде, обмениваются на ионы водорода Н⁺, содержащиеся в катионите.

При Н-катионировании в обрабатываемой воде содержатся только кислоты и сильно возрастает концентрация диоксида углерода СО₂. Для снижения концентрации СО₂ обрабатываемая вода после Н-катионитовых фильтров пропускается через декарбонизатор.

3) Н-катионирование с «голодной» регенерацией

При обычном Н-катионировании регенерация проводится с цельным расходом кислоты, превышающим в 2-2,5 раза теоретически необходимый расход, который отвечает процессу эквивалентного обмена между раствором и катионитом. Избыток кислоты, не участвующий в реакциях обмена ионов, сбрасывается из фильтра в сток вместе с продуктами регенерации. При «голодной» регенерации удельный расход кислоты равен его теоретическому удельному расходу, т. е. 1 г·экв на 1 г·экв, или в пересчете на граммы для H₂SO₄ - 49 г/г·экв. Все ионы водорода регенерационного раствора при этом полностью задерживаются катионитом, вследствие чего сбрасываемый регенерационный раствор и отмывочные воды не содержат кислоты. В от­личие от обычных Н-катионитовых фильтров, в которых весь слой катионита при регенерации переводится в Н-форму, при «голодном» режиме регенерируются только верхние слои кати­онита, а нижние слои остаются в солевых формах и содержат катионы Са⁺², Mg⁺², Na ⁺².

В результате в процессе Н-катионирования с «голодной» регенерацией про­исходит частичное умягчение воды и существенное снижение ее щелочности, а также снижение общего солесодержания за счет удаления карбонатной жесткости. Для удаления из воды свобод­ной углекислоты устанавливают декарбонизаторы, а для получе­ния требуемой жесткости производят дополнительное доумягчение на натрий-катионитовых фильтрах.

4) Натрий-аммоний-катионирование применяют тогда, когда одновременно с умягчением необходимо снизить как щелоч­ность котловой воды, так и содержание углекислоты в паре, но с допущением некоторого количества аммиака.

Различают совместное натрий-аммоний-катионирование (в установленных фильтрах часть сульфоугля обогащена поварен­ной солью, а часть - сульфатом аммония (NH₄)₂SO₄), рекомен­дуемое для вод с щелочностью 1,25-3 мг-экв/л, и параллельное (устанавливают раздельные фильтры с соответствующим обога­щением сульфоугля поваренной солью и сульфатом аммония). Этот способ рекомендуется при щелочности исходной воды 4-6 мг-экв/л. Схема раздельного натрий-аммоний-катионирования показана на рис.3.40. По этой схеме исходная вода вначале проходит через Na-катионитовый фильтр 2, а затем умягченная вода полностью или частично проходит через NH₄-катионитовый фильтр 4, заполненный сульфоуглем, насыщенным солями аммония. Аммоний-катионитовый фильтр регенерируется 2-3 %-м раствором сульфата аммония, содержащимся в резервуаре 3.Натрий-катионитовый фильтр регенерируется раствором поваренной соли, поступающим из солерастворителя 1.

Рис.3.40. Схема натрий-аммоний-катионитовой установки:

1 - солерастворитель; 2 - Na-катионитовый фильтр; 3 - резервуар сульфата аммония; 4 - NH₄-катионитовый фильтр

 

Катионитовые фильтры (рис.3.41) имеют диаметры 700-3000 мм и высоту 3-6 м. Фильтр заполняют катионитом приблизительно на 2/3 его высоты. В нижней части фильтра располагается дренажное устройство, предназначенное для равномерного распределения воды по сечению фильтра. Это устройство состоит из коллектора и системы труб. Фильтр имеет ряд входных отверстий, на которых установлены задвижки, с помощью которых его включают в работу, производят взрыхление, регенерацию и промывку после регенерации. Регенерация производится не чаще 2-3 раз в сутки.

Рис.3.41. Катионитовый фильтр

 

Качество пара и воды контролируют в специа­лизированных лабораториях промышленных предприятий или районных служб эксплуатации систем теплоснабжения.

При невозможности использования для этих целей указан­ных лабораторий необходимый контроль осуществляется непос­редственно в котельных [14].

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: