4.Качество подпиточной воды для теплосетей с открытой системой теплоснабжения должно отвечать показателям, содержащимся в табл.

1.18(Приложение 1).

5.Качество турбинного конденсата для котлов с естественной циркуляцией представлено в табл. 1.7 (Приложение 1).

Показатели качества исходной воды			Таблица 2.27
Показатели	Обозначение	Количество
		мг/дм3	мг-экв/дм3
Сухой остаток	So	398	–
Окисляемость; мгО2/дм3	Ок	2	–
Общая жесткость	Жо	–	6,0
Карбонатная жесткость	Жк	–	5,5
(она же щелочность)
Некарбонатная жесткость	Жнк	–	0,5
Бикарбонат – ионы	НСО3¯	335	5,5
Сульфат – ионы	SO42¯	48	1,0
Хлорид – ионы	CI¯	18	0,5
Бисиликат – ионы	HSiO3¯	38,5	0,5
Натрий – ионы	Na+	23	1,0
Свободная углекислота	CO2	22	0,5 *
*В пересчете на бикарбонат – ионы

Так как в качестве исходной используется осветленная вода из артезианской скважины, она может сразу подвергаться химической очистке по методу ионного обмена без предварительной обработки коагуляций – 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 для обработки вод гидрокарбонатного класса,

т. е. таких вод, у которых из числа главных анионов (Cl− , SO42−, HCO3− ) наибольшую концентрацию, выраженную в мг-экв/дм3, имеет бикарбонат-ион HCO3− . 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.

75

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 качество воды может быть обеспечено обработкой по схеме трехкратного Н-катионирования и однократного анионирования воды через сильноосновный анионит с промежуточной декарбонизацией для котлов и обработкой по схеме Н-катионирования с «голодной» регенерацией фильтров с декарбонизацией – для тепловых сетей,

рис. 2.3.

Требуемые показатели качества обработанной воды должны соответствовать данным табл. 2.28.

Рис. 2.3. Схема полного обессоливания и обескремнивания воды:

НГ – водород-катионитовые фильтры с «голодной» регенерацией; Дк – декарбонизаторы; НI – водород-катионитовые фильтры первой ступени; НII – водород-катионитовые фильтры второй ступени;

АII – высокоосновные анионитные фильтры второй ступени;1 – исходная вода; 2 – вода в деаэратор и теплосеть; 3 – вода в деаэратор и в котел

Столь высокое содержание кремнекислоты в добавочной воде, как следует из табл. 2.28, 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. 2.3, может применяться для подготовки добавочной воды для питания котлов давлением 100 атм даже при восполнении больших безвозвратных потерь пара и конденсата.

76

Качество обработанной воды		Таблица 2.28
Наименование	Добавочная	Подпиточная
	для котлов	для теплосети
Жесткость, мг-экв/дм3	0,001	1,2
Щелочность абсолютная, мг-экв/дм3	0,02	0,7
Концентрация кремникислоты,	0,4	38
мг/дм3; SiO3¯
Общее солесодержание, мг/дм3	2,5… 3	165

2.10.1. Показатели качества воды после отдельных стадий ее обработки

1. На головные Н-катионитовые фильтры с «голодной» регенераци-

ей и декарбонизацией поступает вода со следующими показателями:

Жо = 6 мг-экв/дм3; Що = 5,5 мг-экв/дм3; SO42¯ = 1 мг-экв/дм3; CI¯ = 0,5 мг-экв/дм3; Na+= 1 мг-экв/дм3;

ΣКат = Ca2+ + Mq2+ + Na+ = 6 + 1 = 7 мг-экв/дм3;

ΣАн = HCO3¯ + SO42¯ + CI¯ = 5,5 + 1 + 0,5 = 7 мг-экв/дм3.

2. После обработки этой воды на Н-катионитовых фильтрах с «голодной» регенерацией и пропуска ее через головные декарбонизаторы

вода имеет состав:

Щост = Жк = 0,7 мг-экв/дм3; Жн.к = 0,5 мг-экв/дм3;

Жо = Жк + Жн.к = 0,7 + 0,5 = 1,2 мг-экв/дм3; Na+ = 1 мг-экв/дм3;

Σ Кат = Жо +Na+ = 1,2 + 1 = 2,2 мг-экв/дм3;

Σ Ан = Щост + SO42¯ + CI¯ = 0,7 + 1 + 0,5 = 2,2 мг-экв/дм3.

3. Эта вода поступает на Н-катионитовые фильтры первой ступени. Н-катионитовые фильтры первой ступени (НI) разрушают всю карбонатную жесткость (0,7 мг-экв/дм3) с образованием эквивалентного количества угольной кислоты H2CO3 и удаляют некарбонатную жесткость (0,5 мг-экв/дм3) с образованием сильных минеральных кислот (HCI + H2SO4). Часть кислотности фильтрата в результате замены катионов жесткости на катионы водорода после НI равна:

К1 = HCI + H2SO4 = 0,5 мг-экв/л.

Н-катионитовые фильтры НI, кроме жесткости, задерживают часть катионов натрия в количестве 0,75 мг-экв/дм3 (75 %). За счет замены

77

катионов натрия на катионы водорода в эквивалентном количестве увеличивается и кислотность на величину:

К2 = 0,75 мг-экв/дм3.

Суммарная кислотность фильтрата после водород-катионитовых

фильтров НI составляет:

К3 = К1 + К2 = 0,5 + 0,75 = 1,25 мг-экв/дм3.

Все кислоты после НI поступают на водород-катионитовые фильтры второй ступени (НII) и проходят их транзитом. Остаточная концентрация натрия после водород-катионитовых фильтров НI составляет:

Na = 0,25 мг-экв/дм3.

4. На водород-катионитовые фильтры второй ступени поступает вода с кислотностью К3 = 1,25 мг-экв/дм3, остаточной концентрацией катионов натрия в количестве Na = 0,25 мг-экв/дм3 и концентрацией угольной кислоты, равной H2CO3 = 0,7мг-экв/дм3. Предполагается, что катионы кальция и магния уже отсутствуют. На водород-катионитовых фильтрах НII удаляются все остаточные катионы натрия, давая эквивалентное количество сильных минеральных кислот:

К4 = 0,25 мг-экв/дм3.

Угольная кислота в присутствии сильных минеральных кислот не диссоциирует и удаляется в декарбонизаторах, установленных перед сильноосновными анионитными фильтрами АII, до остаточной концентрации, равной:

HCO3ост¯ = 0,1 мг-экв/дм3 [4].

5. На анионитные фильтры поступает вода, содержащая слабые кислоты в количестве:

HCO3¯ = 0,1 мг-экв/дм3, HSiO3¯ = 0,5 мг-экв/дм3

исильные кислоты в количестве:

К= К3 + К4 = 1,25 + 0,25 = 1,5 мг-экв/дм3.

Следовательно, анионитные фильтры должны задерживать анионы слабых и сильных кислот в общей концентрации:

Σ Ан = К + HCO3¯ + HSiO3¯ = 1,5 + 0,1 + 0,5 = 2,1 мг-экв/дм3.

Допустимые показатели качества воды после сильноосновного анионирования водород-катионированной воды представлены в табл. 2.28.

78

2.10.2. Расчет высокоосновных анионитных фильтров

Расчет схемы водоподготовки начинают с оборудования, установленного в хвостовой части схемы, т. е. в данном случае с фильтра АII с тем, чтобы учесть дополнительную нагрузку на предшествующие фильтры по обработке воды собственных нужд.

1. Суммарное количество анионов, подлежащих удалению из Н-катио- нированной воды в анионитных фильтрах, равно (раздел 2.9.1, пункт 5):

ΣАн = SO4 2¯ + CI¯ + HCO3¯ + HSiO3¯ = 1,0 + 0,5 + 0,1 + 0,5 =

=2,1 мг-экв/дм3.

Вданном расчете бикарбонат-ионы приняты в количестве, соответствующем остаточной углекислоте в Н-катионированной воде после пропуска ее через декарбонизаторы, установленные перед сильноосновными фильтрами АII.

2.Фильтры АII загружаются зернами сильноосновного анионита

АВ-17. Принимаем экономически приемлемый расход едкого натра на регенерацию в количестве q = 81 кг/м3.

3.Определяем величину соотношения:

(Si/ΣАн) = 0,5 / 2,1 = 0,24,

в котором Si – содержание кремнекислоты, мг-экв/дм3,

ΣАн – сумма всех анионов, присутствующих в фильтруемой воде, поступающей на АII.

4. По рис. 2.4, а находим удельный расход NaOH на регенерацию,

равный qNaOH = 100 г/г-экв, при соотношении Si/ΣАн = 0,24.

5. По рис. 2.4, б при соотношении Si/ΣАн = 0,24 и при принятом значении q = 81 кг/м3 определяется кремнеемкость анионита, которая

составляет Eар = 200 г-экв/м3 [3, 8, 14, 15].

6. Необходимое количество анионита оценивается по формуле [3]: Va = ( ΣАн · Qа · 24) / Eар = 2,1 · 200 · 24 /200 = 50,4 м3.

7. Обычно в качестве анионитных фильтров используют конструкции стандартных катионитовых фильтров [1].

Учитывая максимально допустимую высоту слоя загрузки анионита в фильтрах второй ступени Нсл = 1,5 м, находим необходимую суммарную площадь фильтрования работающих анионитных фильтров:

F = Va / Нсл = 50,4 / 1,5 = ≈ 33,6 м2.

79

qNaOH, г/г-экв
450							1
400
350
300							2
250							3
200
							4
150
							5
100							6
							7
50
0
	0	0,1	0,2	0,3		0,4	0,5
							Si/ΣАн
				а
Еаa	3						Si/	Σ	Ан
Epр , г-экв/м
450
400							0,5
350							0,4
300							0,3
250
200							0,2
150							0,1
100							0,05
50
0
0	50	100	150	200	250	300		350
							qNaOH, кг/м3
				б
Рис. 2.4. К определению обменной емкости анионита АВ-17 [12]:
а – зависимость удельного расхода едкого натра от соотношения (Si/ΣАн) при рас-
ходах 1…7 NaOH, кг/м3 анионита, соответственно равных 324; 243; 162; 130; 97;
81; 64, 5; б – кремнеемкость анионита в зависимости от соотношения (Si/ΣАн) при
		разном расходе едкого натра на регенерацию

80

8.Принимаем к установке шесть стандартных фильтров, табл. 2.10,

схарактеристиками:

диаметр – D = 3000 мм;

площадь фильтрования – fа = 7,1 м2,

из которых пять будут в работе, а шестой фильтр будет служить для гидроперегрузки анионита и подключения в работу в конце выхода одного из первых пяти фильтров на ремонт или ревизию.

9. После предварительного выбора количества и диаметра анионитных фильтров рассчитываются нормальная wн и максимальная wмакс скорости фильтрования [3]:

wн = Qa / (fa a) = 200 / (7,1 5) = 5,63 м/ч – нормальная скорость фильтрования, а – количество постоянно работающих фильтров;

wмакс = Qa / [fa (a–1)] = 200/ (7,1 4) = 7 м/ч – максимальная ско-

рость фильтрования, (а–1) – количество фильтров при регенерации одного из них, т. к. каждый из пяти работающих анионитных фильтров ежесуточно будет выключаться на регенерацию, во время чего оставшиеся в работе 4 фильтра должны будут обеспечить выдачу 200 м3/ч обессоленной воды для котлов.

10. Количество анионов сильных и слабых кислот, удаляемых на анионитных фильтрах, г-экв/сут, составляет [3]:

Aн = 24 Qa ΣAн = 24 200 2,1 = 10080 г-экв/сут.

11.Число регенераций анионитных фильтров в сутки [1]:

Aн

10080

n =

=

= 0,946 р/сут.

fa Hсл Еар а

7,1 1,5 200 5

12. Расход 100%-го NaOH на одну регенерацию анионитного

фильтра, кг, [3]:

QNaOH =

qNaOH fa Hсл Еар

=

100 7,1 1,5 200

= 213 кг.

1000

1000

13.

Расход технического 42%-го едкого натра, м3, в сутки опреде-

ляется по формуле:

сут

QNaOH n a 100

213 0,946

5 100

3

QNaOH =

=

= 1,75 м .

1000 42 ρ42

1000 42

1,45

Здесь «42» – содержание NaOH в техническом продукте, %;

ρ42 – плотность технического 42%-го раствора едкого натра, используемого в энергетике, т/м3 (Приложение 3).

14. Расход технического NaOH в месяц:

81

QсутNaOH 30 = 1,75 м3 30 = 52,5 м3; в сутки: 1,75м3 1,45 т/м3 = 2,54 т;

вмесяц: 52,5 м3 1,45 т/м3 = 76 т.

15.Расход частично обессоленной воды на регенерацию анионитного фильтра слагается из следующих составляющих:

а) расхода воды на взрыхление анионита, м3:

Qвзр = iвзр fa tвзр 60 / 1000 = ( 3 7,1 30 60) / 1000 = 38,34 м3,

где iвзр, tвзр –интенсивность и продолжительность взрыхления анионита, соответственно.

Скорость подачи взрыхляющей воды должна быть такой, чтобы фильтрующий слой приводился во взвешенное состояние и осуществлялся вынос из фильтра измельченных частиц ионита. Расход взрыхляющей воды определяется интенсивностью и продолжительностью взрыхления анионита, которые принимаются равными [9]:

интенсивность взрыхления, iвзр, л/(с м2) – 3; продолжительность взрыхления, tвзр, мин – 30;

б) расхода воды на приготовление регенерационного раствора едкого натра NaOH, м3:

Qр.р = 100 QNaOH/(1000 b ρ) = 100 213/(1000 4 1,043) = 5,1 м3,

где b – концентрация регенерационного раствора, которая для ОНанионитных фильтров первой и второй ступени принимается равной 4 %; ρ – плотность 4%-го регенерационного раствора равна 1,043 т/м3 (Приложение 3);

в) расхода воды на отмывку анионита от продуктов регенерации, Qотм, м3. Для определения объема воды, затрачиваемого на эту операцию, используют показатель qотм – удельный расход воды на отмывку анионита, м3/м3. Удельный расход воды и скорость отмывки принимают равными:

удельный расход воды, qотм, м3/м3 – 20;

скорость пропуска отмывочной воды, м/ч – 8…10.

Тогда расход воды на отмывку анионита составит: Qотм = qотм fа Нсл = 20 7,1 1,5 = 213 м3.

82

16. Расход воды на одну регенерацию анионитного фильтра (на собственные нужды) определится:

Qс.н = Qвзр + Qр.р + Qотм = 38,34 + 5,1 + 213 = 257 м3.

17. Среднечасовой расход воды на собственные нужды анионитных фильтров, м3/ч, определяется выражением:

Qс.н(час) = (Qс.н n а) / 24 = (257 0,946 5) / 24 = 50,65 м3/ч.

Принимаем округленно расход воды на собственные нужды анионитных фильтров Qс.н (час) = 51 м3/ч.

18. Время регенерации анионитного фильтра (час) складывается из следующих составляющих:

t рег = tвзр + tр.р + t отм,

где tвзр – время взрыхляющей промывки анионитного фильтра, составляет 30 мин;

tр.р – время пропуска регенерационного раствора через анионитный фильтр, мин, которое можно определить из выражения:

tр.р = (Qр.р 60) / (w р.р fа) = 5,1 60 / (4 7,1) = 0,18 ч (11 мин),

где w р.р – скорость пропуска регенерационного раствора. Регенерация анионита проводится в режимах:

удельный расход NaOH, qNaOH, г/г-экв – 100; концентрация раствора, % – 4;

скорость пропуска регенерационного раствора, wр.р, м/ч – 4; tотм – время отмывки анионита от продуктов регенерации, мин, равно:

tотм = (Qотм 60) / (wотм fа) = (213 60) / (10 7,1) = 3 ч,

где wотм – скорость отмывки анионита от продуктов регенерации; составляет 8…10 м/ч. Принимаем wотм. = 10 м/ч.

		Тогда время регенерации составляет:
		tрег = tвзр		+ tр.р + t отм = 0,5 + 0,18 + 3 = 3,68 ч.
		19.	Межрегенерационный период работы каждого фильтра, ч, оп-
	ределится из уравнения:
		Tа = (24 / n) – tрег = (24 / 0,946) – 3,68 = 22 ч.
		20. Количество одновременно регенерируемых анионитных фильт-
	ров составит:
	no.p	n a tрег		=	0,946 5 3,68	= 0,73 (принимается один регенерируемый
		24			24
	фильтр).
		21.	В заключение, для лучшего использования обменной емкости

поглощения анионита, проверяется допустимая для данных условий расчетная скорость фильтрования, м/ч, которая должна быть больше или равняться рассчитанной скорости wн, равной 5,63 м/ч:

83

wрасч =		Eap Hсл	=
	Та ΣAn +0,03 Eap d2 (ln ΣAn −ln Cост )
=		200 1,5		=5,7 м/ч,
		22 2,1+0,03 200 0,52 (ln 2,1−ln 0,0305)

где в этом выражении: d – средний диаметр зерен анионита, мм, равный для анионита АВ-17 0,355 … 1,25 мм и принятый d = 0,5 мм;

Сост – остаточное содержание анионов в анионированной воде, г-экв/м3, равное, по условиям работы, сумме остаточных концентраций анионов слабых кислот HCO3¯ + SiO32¯ = 0,02 + 0,0105 = 0,0305 мг-экв/дм3. В тех случаях,

когда скорость фильтрования wн превысит wрасч, следует увеличить диаметр анионитных фильтров или количество работающих фильтров.

2.10.3.Расчет водород-катионитовых фильтров второй ступени

Водород-катионитовые фильтры второй ступени работают в режиме «до проскока» натрия и полностью удаляют из воды катионы натрия, поступившие после Н-катионитовых фильтров первой ступени.

Показатели качества воды, обрабатываемой на Н-катионитовых фильтрах второй ступени, приведены в разделе 2.9.1, пункт 4.

1. Производительность водород-катионитовых фильтров второй ступени должна обеспечить заданную производительность обессоливающей установки 200 м3/ч и собственные нужды анионитных фильтров

в количестве 51 м3/ч и составляет: QнII = 200 + 51 = 251 м3/ч.

2. При данной производительности второй ступени ионирования на стадии проектирования оценивается требуемая площадь фильтрования

[9]:

F = Qн /w = 251 / 50 = 5,02 м2,

где w – скорость фильтрования Н-катионитовых фильтров второй ступени в схеме обессоливания.

3. Скорость фильтрования является одним из важнейших показателей процесса фильтрования. Увеличение скорости приводит к увеличению производительности фильтра, но уменьшает межрегенерационный период, увеличивая время на регенерацию, взрыхление, отмывку. Чрезмерное увеличение скорости приводит к увеличению сопротивления и потере напора фильтра.

Исходя из опыта эксплуатации, скорости фильтрования принимаются следующими [9]:

84