Введение
Вода -
ценнейший природный ресурс. Огромное
значение вода имеет в промышленном и
сельскохозяйственном производстве. Для
удовлетворения разнообразных требований
к качеству воды, потребляемой при выработке
электрической и тепловой энергии, возникает
необходимость специальной физико-химической
обработки её. Качественная водоподготовка,
рациональный водно-химический режим
– это:
1. Гарант надёжности, экономичности,
безаварийности теплоэнергетического
оборудования и тепловых сетей.
2. Обеспеченность предупреждения
образования всех видов отложений и коррозионных
повреждений на внутренних поверхностях
теплоэнергетического оборудования, элементах
трассы сетевой воды, включая отопительные
приборы;
3. Экономия сжигаемого топлива, так
как образующиеся отложения на поверхности
нагрева обладают высоким термическим
сопротивлением, что вызывает большие
потери топлива.
4. Уменьшение сбрасываемых экологических
загрязнителей от теплоэнергетических
объектов в биосферу, отрицательно влияющих
на здоровье населения (экологическая
безопасность).
Одновременно с очисткой природной воды
на электростанциях необходимо решать
комплексно вопросы, связанные с утилизацией
различными методами образующихся при
этом сточных вод. Такое решение является
мерой защиты от загрязнения природных
источников питьевого и промышленного
водоснабжения.
Выбор метода
обработки воды, составление общей
схемы технологического процесса
при применении различных методов,
определение требований, предъявляемых
к качеству её, существенно зависят от
состава исходных вод, типа электростанции,
применяемого основного оборудования.
На тепловых
электростанциях применяются различные
методы обработки воды, однако в основном
их можно разделить на безреагентные,
или физические методы и методы в которых
используются различные препараты
(химические реагенты). Безреагентные
(физические) методы применяются как
отдельные этапы в общем технологическом
процессе обработки воды, и как самостоятельные
методы, обеспечивающие получение воды
требуемого качества. Применяя химическую
обработку (включая также методы ионного
обмена), можно получить как умягчённую,
так и глубокообессоленную воду.
1.Выбор источника и производительности
водоподготовки
На ТЭС с производственными
отборами наряду с внутренними потерями
существуют потери пара и конденсата в
технологических процессах у потребителей
теплоты. Эти потери должны восполняться
добавочной водой, подготавливаемой на
ВПУ, по качеству сопоставляемой с качеством
питательной воды котлов. ВПУ для подпитки
тепловых сетей. Для приготовления добавочной
и подпиточной вод на электростанциях
применяют:
- Воды поверхностных источников
- Воды артезианских скважин
- Воды прямоточных и циркуляционных
систем охлаждения конденсаторов турбин;
Так, если водоисточником
является артезианская вода, в которой
практически отсутствуют ГДП и органические
вещества, то отпадает необходимость в
предварительной ее коагуляции. Однако
такая вода обычно содержит большое количество
ионов двухвалентного железа, что приводит
к необходимости применять методы
предварительного его удаления из воды
перед последующей обработкой. Преимуществом
артезианской воды перед поверхностной
является ее стабильный состав во все
времена года, что в значительной степени
облегчает эксплуатацию водоподготовительной
установки. При заборе воды из поверхностного
источника следует учитывать, что качество
воды в нем меняется не только по сезонам,
но и по годам. Так, весной и осенью в такой
воде возрастают
концентрации ГДП и органических
веществ и уменьшается
солесодержание, в летние и
зимние месяцы — наоборот. Эти обстоятельства
следует учитывать при проектировании
схемы обработки воды из поверхностных
источников, так как водоподготовительная
установка (ВПУ) рассчитывается применительно
к максимальным концентрациям того или
иного вещества в природной воде. В некоторых
случаях при соответствующем технико-экономическом
обосновании возможно использование в
качестве исходной для ВПУ воды из прямоточных
или оборотных систем водоснабжения, а
также очищенных сточных вод ТЭС . Место
забора воды следует располагать по возможности
дальше от места сброса сточных вод соседних
предприятий. Производительность ВПУ
должна быть достаточной для покрытия
потерь воды и пара в схеме ТЭС, а также
для расхода воды и пара на различные технологические
нужды
электростанции
2 Показатели качества воды
Качество воды характеризуется
прозрачностью (содержанием взвешенных
веществ), сухим остатком, жесткостью,
щелочностью, окисляемостью.
Сухой остаток
содержит общее количество
растворенных в воде веществ:
кальция, магния, натрия, аммония, железа,
алюминия и др., которые остаются после
выпаривания воды и высушивания остатка
при 110°С. Сухой остаток выражают в
миллиграммах на килограмм или в микрограммах
на килограмм.
Жесткость воды характеризуется
суммарным содержанием в воде солей кальция
и магния, являющихся накипеобразователями.
Различают жесткость общую, временную
(карбонатную) и постоянную (некарбонатную).
Общая жесткость представляет
собой сумму величин временной и постоянной
жесткости и характеризуется суммой содержания
в воде кальциевых и магниевых солей: сернокислых
(СаSО4 и МgSО4), хлористых
(СаС12 и МgС12), азотнокислых
(Са(NО3)2 и Мg(NО3)2), кремнекислых
(СаSiO3 и МgSiO3), фосфорнокислых
(Са3(РО4)2 и Мg(РО4)2), двууглекислых
(Са(НСО3)2 и Мg(НСО3)2).
Временная жесткость характеризуется
содержанием в воде бикарбонатов кальция
и магния Са(НСО3)2 и Мg(НСО3)2. Постоянная
жесткость обусловливается содержанием
указанных выше солей кальция и магния,
за исключением двууглекислых.
Для определения величины жесткости
в настоящее время установлена единица
показателя жесткости — миллиграмм-эквивалент
на 1 кг раствора (мг-экв/кг) или микрограмм-эквивалент
на 1 кг раствора (мкг-экв/кг); 1 мг-экв/кг
жесткости соответствует содержанию 20,04
мг/кг иона кальция Са + или 12,16 мг/кг
иона магния Мg2 +.
Щелочность воды характеризуется
содержанием в ней щелочных соединений.
Сюда относят гидраты, например NаОН —
едкий натр, карбонаты Nа2СО3 — кальцинированная
сода, бикарбонаты NаНСО3, Na3РО4 и др. Величина
щелочности воды равна суммарной концентрации
в ней гидроксильных, карбонатных, бикарбонатных,
фосфатных и других анионов слабых кислот,
выраженной в эквивалентных единицах
(мг-экв/кг или мкг-экв/кг). В зависимости
от преобладающего наличия в воде анионов
тех или иных солей различают щелочность:
гидратную (концентрация в воде гидроксильных
анионов ОН), карбонатную (концентрация
карбонатных анионов CO3²¯) и бикарбонатную
(концентрация бикарбонатных анионов
НСОз³¯.).
Окисляемость воды характеризуется
наличием в воде кислорода и двуокиси
углерода, выраженных в миллиграммах или
микрограммах на килограмм.
В зависимости от характера использования
воды различными потребителями определяются
и показатели, необходимые для качественной
и количественной характеристики воды.
Важнейшими показателями качества воды
для использования ее в теплоэнергетике
являются;
– концентрация грубодисперсных
веществ (ГДП);
– концентрация истинно-растворимых
примесей (ионный состав);
– концентрация коррозионно-активных
газов;
– концентрация ионов водорода;
– технологические показатели, в которые
входят сухой и прокаленный остаток, окисляемость,
жесткость, щелочность, кремнесодержание,
удельная электропроводность и т.д.
Рассмотрим
воду реки Шексна г.Череповец со следующими
показателями
ГДП мг/дм3 15
Содержание ионов: Na++K+ = 9.2мг/дм3 ,=97.62мг/дм3, =2 мг/дм3
=0 мг/дм3, SiO2 +=6.9 мг/дм3
Сухой остаток 288 мг/дм3
Окисляемость ---0
Щёлочность 2мг-экв/дм3
Жёсткость Ж0=3,9мг-экв/дм3, ЖСа=2,7мг-экв/дм3
Если очистка воды
от тяжёлых ГДП может быть принципиально
осуществлена обычным отслаиванием, время
которого определяется размером и удельной
массой частиц, то коллоидные примеси
за счёт их особого свойства(агрегативной
устойчивости) могут быть выделены из
воды только методом коагуляции.
3 Методы очистки воды
Разнообразие примесей,
которые должны быть удалены из воды, а
также методов, применяемых при ее обработке
на котельных и ТЭС, усложняют поиск оптимальных
решений при выборе схем и аппаратов в
каждом конкретном случае.
Поэтому очевидна необходимость
классификации методов очистки и удаляемых
примесей. Наиболее известны классификации
Л.А. Кульского и М.И. Лапшина. В основе
классификации Л.А. Кульского лежит различие
характера удаляемых примесей. Загрязненные
воды представляют собой гомогенные или
гетерогенные системы, которые соответственно
подразделяются на ионные, молекулярные,
коллоидные растворы и взвеси. К каждой
из четырех групп вод (систем) подобраны
соответствующие наиболее эффективные
методы очистки воды, области их применения,
состав очистных сооружений и т.д. Однако
в этой классификации не учитывается характер
отдельных примесей.
В классификации М.И. Лапшина,
наоборот, основным классификационным
признаком является характер и состояние
удаляемых при очистке примесей; при этом
методы очистки подразделяются на следующие
группы:
методы непосредственного выделения
примесей, например отстаивание;
методы выделения примесей
с изменением фазового состояния воды
или примеси, например деаэрация;
методы превращения примесей,
например образование труднорастворимых соединений (известкование);
Обе
классификации имеют достоинства и недостатки,
но дополняя друг друга, помогают выбору
оптимального решения схем ВПУ на котельных
и ТЭС с точки зрения как повышения эффективности
очистки воды, так и возможности утилизации
извлеченных из нее при очистке примесей
для предотвращения загрязнений окружающей
среды. Многообразие примесей в природной
воде служит причиной того, что очистка
добавочной воды для подпитки котлов организуется
в несколько стадий на ВПУ.
На начальном этапе из воды
выделяются грубодисперсные и коллоидные
вещества, а также снижается бикарбонатная
щелочность этой воды. На дальнейших этапах
производится очистка воды от истинно-растворимых
примесей.
Начальный этап очистки воды.
3.1 Предочистка
Необходима для улучшения
технико-экономических показателей последующих
этапов очистки воды, а также потому, что
при отсутствии предочистки применение
многих методов на последующих ступенях
очистки встречает значительные затруднения.
Так, наличие в воде органических веществ
приводит к изменению технологических
свойств анионитов, способствует их старению,
а следовательно, к резкому (в 4–8 раз) снижению
срока службы. Присутствие в воде ионов
железа в концентрации свыше 50 мкг/дм3 вызывает
отравление мембран при очистке воды электролизом.
Неудовлетворительная очистка воды от
грубодисперсных и коллоидных примесей
является одной из причин образования
накипей на поверхностях нагрева и ухудшению
качества пара. Поэтому в настоящее время
предочистке воды в схемах подготовки
добавочной и подпиточной воды придается
важное значение.
Предочистка-воды может
быть осуществлена в основном методами
осаждения, при применении которых примеси
выделяются из воды в виде осадка. Эти
методы называются также реагентными,
так как для выделения примесей в воду
дозируются специальные реагенты. К процессам
осаждения, применяемым в настоящее время
при предочистке воды, относятся; коагуляция, известкование,
магнезиальное обескремнивание. Как
правило, эти процессы совмещаются и проводятся
одновременно в одном аппарате – осветлителе,
что целесообразно как для улучшения суммарного
технологического эффекта процесса очистки
воды, так и для снижения капитальных и
эксплуатационных затрат.
Первичное осветление воды
производится в осветлителях, а окончательно
очистка от осадка осуществляется при
помощи процесса фильтрования, который
также относится к предочистке воды, но
является безреагентным методом.
3.2 Коагуляция коллоидных примесей
воды
Коагуляция – это физико-химический
процесс слипания коллоидных частиц под
действием сил молекулярного притяжения
с образованием грубодисперстной макрофазы(флоккул)
и с последующим выделением её из воды.
В практике водоподготовки под коагуляцией
понимают очистку воды от коллоидных веществ
с одновременной очисткой от грубодисперстных
примесей и обесцвечивание воды путём
дозировки в обрабатываемую воду специального
реагента – коагулянта. Который образует
новую дисперстную систему со знаком заряда
частиц, противоположным знаку заряда
каллоидов природных вод (обычно зараженных
отрицательно). При этом происходит взаимная
коагуляция разноимённых заряженных коллоидов
при их взаимодействии с дестабилизированными
участками поверхности, называемая гетерокоагуляцией.
В дальнейшем микрохлопья сцепляются,
захватывая грубодисперстные примеси
и воду, и образуют коагуляционную структуру
в виде хлопьев (флоккул) размером 0,5-3мм.
Макрофаза затем выделяется из воды в
аппаратах для коагуляции- осветлителях
и далее в пористой загрузке осветлительных
фильтров. В качестве коагулянтов применяют
; сульфат алюминия AL2(SO4)2 *18H2O или сульфат
двухвалентного железа FeSO4*7H2O , причём
последний используют при совмещении
процессов коагуляции и известкования
в осветлителях. Процесс коагуляции требует
для своего завершения время (4-5минут).
Хлопья, вначале невидимые, постепенно
соединяются в крупные комплексы, вызывая
помутнение воды. Затем образуются более
крупные рыхлые хлопья, захватывающие
ГДП и воду. Режим потока воды влияет на
формирование хлопьев. Скорость воды в
зоне формирования не должна превышать
1,5мм /сек. Температура 30-40 и перемешивание
вызывает более частые и сильные столкновения
коагулируемых частиц, приводящие к их
слипанию. Дозировка коагулянта определяется
составом коллоидных примесей и солесодержанием
обрабатываемой воды. Обычно 0,3-0,8мг-экв/дм3. Значение
рН среды оказывает влияние на скорость
гидролиза коагулянта,а также на состояние
удаляемых из воды примесей. При коагуляции
сернокислым алюминием оптимальное значение
рН, устанавливаемое экспериментально
находится в пределах 5,5-7,5.