Индивидуальное задание по «Водоподготовке»

    - двухступенчатое Na-катионирование с предварительным известкованием и коагуляцией;

    - Н-Na-катионирование;

    - Cl-Na-ионирование.

    Естественно, подготовка воды для испарителей  указанными методами требует сравнительно больших затрат. Кроме того, при  восстановлении ионитов и нейтрализации промывочных вод ионообменных фильтров расходуются реагенты, которые затем попадают в сбросные воды, засоряя прилегающие к электростанции водоемы. А обеспечение экологических требований приводит к еще большим затратам.

    Схема парообразования с кипением воды в выносной зоне как раз и позволяет  проводить термическое обессоливание  воды без предварительного ионирования.

    В греющей секции таких испарителей  проводится лишь подогрев воды до температуры, близкой к температуре насыщения, а испарение осуществляется в  слоях, расположенных над ней. Таким  образом, при определенных условиях процесс образования отложений на поверхностях нагрева исключается или резко замедляется, а подготовка обрабатываемой воды сводится к предварительному известкованию или подкислению с последующей нейтрализацией. Осаждение солей жесткости в процессе парообразования происходит на мелкодисперсных частичках, образовавшихся при известковании, вследствие чего накипь на греющие поверхности не выпадает. 

    Вопрос  №55.

    Какие факторы влияют на качество пара испарителей  кипящего типа? Приведите его конструкцию.

    Ответ.

    При термическом обессоливании из воды, содержащей различные растворенные в ней вещества, получают пар, который  затем конденсируют. В тепловых режимах, при которых работают испарители, с паром уносится лишь очень небольшое  количество капель, содержащих эти  вещества. Значит, качество пара зависит от эффективности работы устройства по очистке пара, которое позволяет и этот унос многократно уменьшить.

    Промывочное устройство выполняется в виде промывочного дырчатого листа, на который по трубе  подается питательная вода, а проходящий снизу через отверстия пар, образовавшийся в греющей секции, препятствует протеканию жидкости. В результате питательная  вода удерживается над листом, а  барботирующий через нее пар  очищается от захваченных им капель упариваемой в греющей секции жидкости (концентрата).

    Скорость  в отверстиях паропромывочного дырчатого  листа, обеспечивающая так называемый беспровальный режим, а, следовательно, и качество пара, зависит от рабочей нагрузки испарителя. Неправильно выбранная нагрузка при заданном значении сечения отверстий промывочного листа приводит либо к протеканию воды через часть отверстий, либо к повышению уноса влаги с листа. В обоих случаях качество полученного дистиллята понизится.

    Кроме того, для обеспечения надлежащей чистоты вторичного пара и соответственно высокого качества приготовляемого  дистиллята необходимо поддерживать с помощью регуляторов питания  требуемую высоту парового пространства, а также с помощью непрерывной продувки обеспечивать эксплуатационные нормы солесодержания и щелочности концентрата. 

 
 
 

Рис. 2. Вертикальный испаритель с двухступенчатой промывкой пара:

1- корпус испарителя; 2 – греющая секция; 3 – паропромывочный  дырчатый лист; 4 – опускная труба; 5 – перелив; 6 – жалюзийный сепаратор; 7 – отвод вторичного пара; 8 –  подвод питательной воды; 9 – подвод  конденсата; 10 – подвод греющего  пара; 11 – отвод конденсата; 12 –  отвод неконденсирующихся газов.

2 часть.

    1. Рассчитать водоподготовительную установку, предназначенную для подготовки на 450 м³/ч добавочной воды для питания котлов высокого давления (10 МПа и выше) со ступенчатым испарением и промывкой пара, и приготовления 680 м³/ч подпиточной воды для теплосетей с открытой системой теплоснабжения.

    В качестве исходной используется вода из артезианской скважины. 

    2. Состав исходной  воды представлен  в табл. №1 

    Таблица №1

    Показатели  качества исходной воды

 

    Значения  показателей качества воды, данные в мг/л, приведем к эквивалентным  величинам, выраженным в мг-экв/л: 

    Э_Na = – эквивалент натрия, 

    где М – молярная масса натрия; В  – валентность натрия.

    Тогда: 

    Na⁺ = мг-экв/л 

    Аналогично  для сульфат-ионов: 

    Эso₄^2- =

    SO₄^2- = мг-экв/л 

    - хлорид-ионов: 

    Э_Cl^- =  

    Cl^- = мг-экв/л 

    - и  кремниевой кислоты: 

    Эsio₃^2- =  

    SiO₃^2- = мг-экв/л 

    Полученные  результаты занесем в табл. №1 

    3. Расчет

    3.1 Выбор схемы ВПУ

    Так как в качестве исходной используется вода из артезианской скважины, она  может сразу подвергаться химической очистке по методу ионного обмена без предварительной обработки  коагуляцией – известкованием –  фильтрованием через механические фильтры.

    Исходная  вода по классификации относится  к водам с повышенной щелочностью, следовательно, для ее обработки  на первом этапе может быть выбран метод водород-катионирования с «голодной» регенерацией фильтров, применяемый также для снижения карбонатной жесткости (разрушения НСО₃^2-). Выделение большого количества углекислоты при водород-катионировании с «голодной» регенерацией фильтров требует промежуточного удаления углекислого газа в декарбонизаторах.

    Добавочная  питательная вода для котлов высоких  давлений, независимо от принятого  водно-химического режима, должна обессоливаться, а не умягчаться.

    Малое общее солесодержание насыщенного  и перегретого пара, определяемое выносимыми солями натрия, и малое  содержание в паре кремниевой кислоты  требует не только обессоливания, но и обескремнивания добавочной питательной  воды.

    Требуемое количество воды может быть обеспечено обработкой по схеме двукратного Н-катионирования и двукратного анионирования воды через слабо- и сильноосновной анионит с промежуточной декарбонизацией для котлов и обработкой по схеме Н-катионирования с «голодной» регенерацией фильтров с декарбонизацией – для тепловых сетей, рис. 3. 

    

    Рис. 3. Схема полного обессоливания  и обескремнивания воды:

    Н_г – водород-катионитовые фильтры с «голодной» регенерацией;

    Д_к – декарбонизаторы;

    Н₁ – водород-катионитовые фильтры первой ступени;

    А₁ – слабоосновные анионитовые фильтры первой ступени;

    А₂ – высокоосновные анионитовые фильтры второй ступени;

    1 – исходная вода; 2 – вода в деаэратор и теплосеть; 3 – вода в деаэратор и котел. 

    Требуемые показатели качества обработанной воды представлены в табл. №2. 

    Таблица №2

Качество  обработанной воды

 

    Столь высокое содержание кремнекислоты  в добавочной воде, как следует из табл. №2, допускается только в данном конкретном случае из-за возврата на электростанцию большого количества доброкачественного конденсата, являющегося основной составляющей питательной воды, и применения устройств, для очистки пара. Таким образом, схема рис. 3, может применяться для подготовки добавочной воды для питания котлов давлением 100 атм даже при восполнении больших безвозвратных потерь пара и конденсата. 

    3.2 Показатели качества воды после отдельных стадий ее обработки

    3.2.1 На головные Н-катионитовые фильтры с «голодной» регенерацией  и декарбонизацией поступает вода со следующими показателями:

    Ж_о = 12,4 мг-экв/л;

    Щ_о = 5,8 мг-экв/л;

    SO₄^2- = 6,7 мг-экв/л;

    Na⁺ = 0,4 мг-экв/л;

    Cl^- = 0,3 мг-экв/л; 

    SКат = Ca²⁺ + Mg²⁺ + Na⁺ = 11,7 + 0,7 + 0,4 = 12,8 мг-экв/л

    SAн = SO₄^2- + Cl^- + HCO₃^- = 6,7 + 0,3 + 5,8 = 12,8 мг-экв/л 

    Условие SКат = SAн выполняется. 

    3.2.2 После обработки этой воды на Н-катионитовых фильтрах с «голодной» регенерацией и пропуска ее через головные декарбонизаторы вода имеет состав:

    Щ_{о гол.} = Ж_{к гол.} = 0,7 мг-экв/л; 

    Ж_нк = 6,6 мг-экв/л;

    Ж_{о гол.} = Ж_{к гол.} + Ж_нк = 0,7 + 6,6 = 7,3 мг-экв/л;

    Na⁺ = 0,4 мг-экв/л 

    SКат = Ж_{о гол.} + Na⁺ = 7,3 + 0,4 = 7,7 мг-экв/л

    SAн  = Щ_{о гол.} + SO₄^2- + Cl^- = 0,7 + 6,7 + 0,3 = 7,7 мг-экв/л 

    3.2.3 Эта вода поступает на Н-катионитовые фильтры первой ступени (Н₁). Водород-катионитовые фильтры (Н₁) разрушают всю карбонатную жесткость (0,7 мг-экв/л) с образованием эквивалентного количества угольной кислоты (H₂CO₃): 

    H₂CO₃ = 0,7 мг-экв/л – концентрация угольной кислоты 

и удаляют некарбонатную жесткость (6,6 мг-экв/л) с образованием сильных минеральных кислот (HCl + H₂SO₄). Кислотность фильтра в результате замены катионов жесткости на катионы водорода после Н₁ равна:

  

    К₁ = Ж_нк = HCl + H₂SO₄ = 6,6 мг-экв/л 

    Н-катионитовые фильтры Н₁, кроме жесткости, задерживают катионы натрия Na⁺. За счет замены катионов натрия на катионы водорода в эквивалентном количестве увеличивается и кислотность на величину:

     

    К₂ = Na⁺ = 0,4 мг-экв/л

    Суммарная кислотность фильтрата после  водород-катионитовых фильтров Н₁ составляет: 

    К₃ = К₁ + К₂ = 6,6 + 0,4 = 7,0 мг-экв/л

     

    3.2.4 На анионитовые фильтры первой ступени А₁ поступает вода, содержащая слабые кислоты в количестве: