Технологические показатели качества воды и ее очистка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основные технологические показатели качества воды

а) Щелочность

Щелочностью воды называется общее содержание в ней веществ, обуславливающих при диссоциации или в результате гидролиза повышенную концентрацию ионов .

Общей щелочностью воды называется выраженная в суммарная концентрация содержащихся в воде анионов и некоторых солей слабых органических кислот (гуматов). Так как все перечисленные вещества реагируют с кислотой, то общая щёлочность воды определяется количеством кислоты, затраченной на титрование с индикатором метилоранжем. В природных водах щёлочность обуславливается обычно присутствием бикарбонатов, гидратов и гуматов. В зависимости от анионов, обуславливающих щёлочность, различают: а) гидратную щелочность , обусловленную концентрацией в воде гидроксильных ионов ; б) карбонатную щелочность , обусловленную концентрацией в воде карбонатных ионов ; в) бикарбонатную щелочность , обусловленную концентрацией бикарбонатных ионов . В простейшем случае при отсутствии в воде фосфатного и других анионов слабых кислот, кроме карбонатного, гидроксильного или бикарбонатного, общая щёлочность воды может состоять только из гидратной щёлочности; из суммы гидратной и карбонатной щелочностей; только из карбонатной щелочности; из суммы карбонатной и бикарбонатной щелочностей; только из бикарбонатной щёлочности.

б) Жёсткость

Общая жёсткость воды равна сумме концентраций в ней катионов кальция (кальциевая жёсткость ) и магния (магниевая жёсткость ) и выражается в миллиграмм-эквивалентах на килограмм или грамм-эквивалентах на тонну при измерении больших жёсткостей и в микрограмм-эквивалентах на килограмм при измерении малых жёсткостей. Общая жёсткость воды подразделяется на карбонатную и некарбонатную.

Карбонатная жёсткость воды в основном обуславливается присутствием в воде бикарбонатов кальция и магния и , так как и малорастворимы в воде.

Некарбонатная жёсткость воды обуславливается наличием в воде хлоридов, сульфатов и других некарбонатных солей кальция и магния: и другие. Таким образом, общая жёсткость воды равна сумме кальциевой и магниевой жесткостей, с одной стороны, и сумме карбонатной и некарбонатной жесткостей с другой.

По величине общей жёсткости природных вод установлена следующая классификация:

- малая жёсткость;

- средняя;

- повышенная;

- высокая;

- очень высокая.

в) Сухой остаток

Сухим остатком воды называется суммарное количество растворенных в ней нелетучих молекулярно-дисперсных и коллоидных веществ минерального и органического происхождения, выраженное в миллиграммах на килограмм. Сухой остаток определяется путем выпаривания предварительно профильтрованной пробы воды и последующего высушивания остатка при температуре до постоянного веса. В сухой остаток не входят взвешенные вещества, растворенные в воде газы и летучие вещества (например и другие). Если сухой остаток прокаливать при температуре , вес его уменьшится и получится прокалённый остаток. Уменьшение веса получится вследствие сгорания органических веществ, разложения карбонатов и удаления остатков влаги. Величина, полученная путём суммирования найденных в воде анализом катионов, анионов и в том числе , а также называется минеральным остатком. По минеральному остатку, , речные воды можно разделить на следующие группы:

Малая минерализация - до 200

Средняя минерализация - 200ч500

Повышенная минерализация - 500ч1000

Высокая минерализация - более 1000

г) Окисляемость

Окисляемость в некоторой мере характеризует загрязнённость воды органическими веществами. Непосредственное определение концентрации органических веществ в воде практически невозможно, поэтому содержание их принято характеризовать косвенным путем, определяя окисляемость воды с применением в качестве окислителя марганцовокислого калия (перманганата калия) в кислой среде. Перманганатом калия окисляются не только содержащиеся в воде органические вещества, но и некоторые легкоокисляющиеся минеральные вещества. В то же время некоторые органические вещества перманганатом калия не окисляются. Поэтому окисляемость характеризует содержание органических веществ лишь приближенно; в действительности она является некоторым условным показателем, характеризующим наличие в воде легкоокисляющихся перманганатом калия примесей.

Величина окисляемости выражается количеством миллиграммов , затраченных на окисление примесей воды, содержащихся в одном кг её. Так как содержащиеся в воде различные органические вещества требуют для своего окисления различных количеств перманганата калия, нельзя вычислить содержание органических веществ в воде по величине её окисляемости путем применения пересчетных коэффициентов. Содержание органических веществ приближенно определяется как разность между сухим и минеральным остатками.

д) Прозрачность

Прозрачность выражается в сантиметрах высоты столба воды, налитой в специальный стеклянный цилиндр, сквозь который (столб) ещё возможно чтение печатного шрифта (прозрачность по шрифту) или наблюдение крестообразно расположенных чёрных полосок толщиной 1мм на белом матовом кружке, на дне цилиндра (прозрачность по кресту). Прозрачность лишь приблизительно характеризует концентрацию взвешенных веществ, которая при точных анализах должна определятся массовым методом.

е) Кремнесодержание

Под кремнесодержанием понимается концентрация кремниевой кислоты в пересчете на двуокись кремния , находящуюся в исходной воде. Присутствие в питательной воде КА, особенно с давлением 4МПа и выше, при некоторых условиях приводит к ряду затруднений в эксплуатации: образуются силикатные накипи, обладающие низкой теплопроводностью; возникает занос проточной части турбин аналогичными соединениями. Поэтому технология обработки исходной воды не редко включает и процесс её частичного или полного обескремнивания. Концентрация в природных водах изменяется в широких пределах (от 5-10 до 90). Она уменьшается с увеличением солесодержания (минерализации) воды. В исходных природных водах кремнекислота находится как в ионном , так и в коллоидном состоянии. Это обстоятельство усложняет задачу обескремнивания и химического контроля водного режима КА, так как при ионообменных процессах и химическом контроле в реакцию вступает только ионодисперсная форма кремнекислоты.

Принцип работы осветлителя

Исходная вода, подогретая до t =30-35 oC, подается через трубопровод 1 в воздухоотделитель 2. Далее по спускной трубе 3 через тангенциальный ввод 4 с регулятором 5 в нижнюю часть аппарата, где осуществляется ее смешение с реагентами. Тангенциальный ввод обеспечивает вращательное движение воды и, как следствие, более эффективное смешение. Известковое молоко, раствор коагулянта и флокулянта (ПАА), поступает по трубопроводам (радиально направленным 6, 7 и 8 соответственно), расположенным выше ввода исходной воды в смеситель. Предусматривается также подвод коагулянта 7. Химическое взаимодействие завершается в нижней части осветителя 9. Процесс образования в воде хлопьев, их агрегация и задерживание протекают в восходящем потоке воды. Приданное тангенциальным вводом вращательное движение воды гасится вертикальной 10 и горизонтальной 11 перегородками с отверстиями d = 100 - 150 мм.

Верхняя граница взвешенного шлама, образующего в осветлителе контактную зону 12 находится на уровне кромки шлакоприемных окон 13, шламоуплотнителя 14, из-за снижения скорости восходящего потока воды и за счет отбора через окна 13 части воды (отсечки) в шламоуплотнитель. В осветителях производительностью 60 - 250 м3/час шламоприемные окна могут быть прорезаны непосредственно в корпусе шламоуплотнителя 14. Из контактной зоны 12 вода подается в зону осветления 15, распределительную решетку 16, в кольцевой желоб 17 с отверстиями 18. Затем вода поступает в приемное устройство 19, где смешивается с осветленной в шламоуплотнителе 14 водой, поступающей через сборный коллектор 20 и трубопровод 21, с вентилем 22, вынесенным за обечайку. Из распределительного устройства 19 осветленная вода через трубопровод 23 отводится в емкость или на дальнейшую очистку. Шлам оседает в нижней части уплотнителя 14 и отводится через трубопровод 23 при периодической “продувке”, осуществляемой по трубопроводу 27.

Для сбора песка и крупного шлама предусмотрен грязевик 25 и трубопровод 26. Осветители и баки для известкованной воды устанавливаются, как правило, вне основного здания в специальных шатрах - отапливаемых помещениях с освещением и естественной вентиляцией (помещение должно отапливаться при производительности осветлителя до 60 м3/час).

Магнезиальный метод обескремнивания воды

Магнезиальный метод обескремнивания воды, основан на способности соединений магния (оксида магния, обожженного доломита, каустического магнезита и др.) сорбировать из водных растворов коллоидную и молекулярно-дисперсную кремниевую кислоту; причем остаточное содержание Si02 в очищенной воде не превышает 1 ... 1,5 мг/л. Для снижения расхода магнезитовых реагентов (в 3 ... 4 раза) применяют высокий подогрев и рециркуляцию шлама из отстойников в камеру реакции. Так, при подогреве воды до температуры 35 ... 45°С остаточное содержание кремниевой кислоты при обработке оксидом магния не превышает 2 мг/л, до 86... 105 °С -- 0,5 мг/л. Расход MgO в этом случае составляет 5 ... 7 мг/мг Si02. Ввиду дефицитности и высокой стоимости оксида магния в качестве магнезитовых реагентов часто применяют обожженный декарбонизованный доломит CaC03*MgC03, полуобожженный каустический доломит Mg0*CaC03 и каустический магнезит MgC03. Обожженный доломит заливается водой и через 1,5 ... 2 ч дозируется в обрабатываемую воду в виде 5%-ного раствора (по сумме СаО и MgO). В осветлителе образуется осадок из карбоната кальция и оксида магния, который сорбирует кремниевую кислоту. Каустический магнезит представляет собой пыль, улавливаемую из отходящих газов при обжиге природного магнезита MgC03. Поскольку обожженный доломит промышленностью не выпускается и его необходимо получать на месте потребления, при обескремнивании воды чаще всего применяют каустический магнезит. Его дозируют в виде суспензии или порошка. В воде он образует тяжелую быстрооседающую взвесь, эффект обескремнивания которой зависит от дозы реагента, времени контакта его с водой и температуры последней. Декремнизация воды происходит достаточно полно при рН 10,1--10,3, поэтому в нее добавляют известь, так как при больших количествах углекислоты и гидрокарбонатов гидроксид магния растворяется и процесс извлечения кремниевой кислоты ухудшается.

Водород-натрий-катионирование

Водород-натрий-катионирование (совместное, параллельное или последовательное с нормальной или «голодной» регенерацией водород-катионитных фильтров) - для уменьшения общей жесткости, общей щелочности и минерализации воды, а также увеличения критерия потенциальной щелочной агрессивности котловой воды, уменьшения содержания углекислоты в паре и уменьшения продувки котлов.

Сущность метода:

При водород-катионировании обменные ионы - катионы водорода Н+. По лиотропному ряду (ряду сродства ионов к ионитам) водород стоит перед кальцием, магнием, железом, натрием, калием и др. Поэтому при фильтровании воды через слой катионита, «заряженный» ионами Н+, катионит сорбирует из воды все содержащиеся в ней катионы, и в воду переходит эквивалентное количество ионов водорода. Кроме того, происходит разрушение бикарбонатов, определяющих карбонатную жесткость (щелочность) воды с образованием диоксида углерода. При Н-катионировании воды значительно снижается ее рН из-за кислот, образующихся в фильтрате. Если удалить образовавшийся диоксид углерода дегазацией, то в растворе останутся минеральные кислоты в количествах, эквивалентных содержанию хлоридов, сульфатов, нитратов в исходной воде.Наряду с умягчением воды - уменьшением жесткости воды - уменьшается минерализация: часть ее в виде CO2 уходит, часть - превращается в воду. Согласно лиотропному ряду сначала по ходу движения воды ионы H+ из катионита вытесняют ионы Na+, затем ранее сорбированные ионы Na+ вытесняются более «сильными» ионами кальция и магния. Таким образом, истощение ионита происходит послойно: сверху (по ходу движения воды в прямоточных фильтрах) образуется зона поглощения Ca2+ и Mg2+, под нею - зона поглощения Na+. И обе зоны одна за другой передвигаются по направлению к нижней границе слоя катионита.

В работе фильтра можно отметить два основных периода. Первый период. Полное поглощение всех катионов (при достаточной высоте слоя катионита), фильтрат мягкий (ионы Ca2+ и Mg2+ задержаны), кислотность равна сумме всех катионов минус значение разрушенного аниона НСО3- или, что то же самое по численному значению, сумме всех анионов минус значение НСО3-. Второй период. Когда зона поглощения натрия достигает нижней границы слоя катионита, начинается и все более увеличивается проскок ионов Na+ в фильтрат, и концентрация его в фильтрате возрастает до значения, равного его количеству в исходной воде. В этот момент катионит прекращает поглощение ионов Na+ и задерживает только ионы Ca2+ и Mg2+ (если есть достаточное количество, то и Fe2+, Mn2+ и др.). После этого количество ионов Na+ в фильтрате возрастает по сравнению с его количеством в исходной воде, так как ионы Ca2+ и Mg2+ вытесняют из катионита задержанные ранее ионы Na+. Одновременно продолжается и вытеснение ионов Н+.

Таким образом, протекают одновременно процессы водород- и натрий-катионирования.Когда почти все ранее задержанные ионы Na+ будут вытеснены из катионита в фильтрат, содержание этих ионов в фильтрате опять уменьшится и будет равно их содержанию в исходной воде. Тогда возникнет проскок в фильтрат ионов Ca2+ и Mg2+, причем, опять-таки, по условиям лиотропного ряда - сначала ионы Mg2+. Кислотность фильтрата также изменяется во время фильтрования воды: сначала кислотность понижается вплоть до нуля, затем фильтрат приобретает все более увеличивающуюся щелочность, которая становится равной щелочности исходной воды и более не изменяется вплоть до момента проскока ионов жесткости. В зависимости от схемы водород-катионитные фильтры работают до проскока натрия и магния (при «голодной» регенерации).

Условия применения метода:

Условия применения параллельного, последовательного и совместного водород-натрий-катионирования с нормальной регенерацией водород-катионитных фильтров следующие: для схемы параллельного водород-натрий-катионирования необходимость получения умягченной воды с остаточной щелочностью не более 0,4 ммоль/л; карбонатная жесткость исходной воды составляет больше 50% общей ее жесткости; суммарное содержание сульфатов и хлоридов в исходной воде должно быть не больше 4 ммоль/л; содержание натрия не более 2 ммоль/л; для схемы последовательного водород-натрий-катионирования допустимость получения умягченной воды с щелочностью 0,7-1 ммоль/л; карбонатная жесткость исходной воды должна быть не больше50% общей ее жесткости; возможность применения метода при суммарном содержании сульфатов и хлоридов в исходной воде больше 4 ммоль/л; возможность применения метода при общей минерализации исходной воды больше 1000 мг/л; для схемы совместного водород-натрий-катионирования допустимость колебаний остаточной щелочности обработанной воды в период фильтроцикла (0,5-2 ммоль/л); суммарное содержание сульфатов и хлоридов в исходной воде должно быть не больше 3,5-5 ммоль/л. Схема параллельного водород-натрий-катионирования по экономичности уступает схеме последовательного водород-катионирования при обработке исходной воды с суммарным содержанием сульфатов и хлоридов больше 2 ммоль/л.

вода жесткость осветлитель обескремнивание

Ионитные фильтры

Ионитные фильтры - основной узел установок ионообменной обработки воды. Ионитные фильтры для удобства эксплуатации выполняются напорными. Корпус их изготавливается сварным из листовой стали, с эллиптическими штампованными верхним и нижним днищами. Ионитные фильтры по обмениваемому иону подразделяются на катионитные, анионитные и смешанного действия. По способу проведения регенерации различают параллельноточные и противоточные. В противоточных фильтрах регенерирующий раствор и обрабатываемая вода пропускаются в противоположных направлениях, а в параллельноточных - в одном направлении, обычно сверху вниз. Фильтр ионитный представляет собой вертикальный однокамерный цилиндрический аппарат, состоящий из корпуса, нижнего и верхнего распределительных устройств, трубопроводов, запорной арматуры, пробоотборников и фильтрующей загрузки. Фронтом наружных трубопроводов, запорно-регулирующей арматурой, контрольно-измерительными приборами фильтры комплектуются на заводах. Нижнее распределительное устройство (дренаж) фильтра представляет собой трубчатую систему с дренажными колпачками из сополимера стирола или нержавеющей стали. Штуцера на отводах направлены к днищу и за счет разной длины «копируют» форму днища.

Верхнее распределительное устройство, выполненное в виде перфорированного стакана, предназначено для подвода исходной воды, регенерационного раствора и отвода взрыхляющей воды. В корпусе фильтра имеются люки для загрузки и выгрузки ионообменного материала, для осмотра и ремонта дренажа. Конструктивно катионитовый и анианитовый фильтры не различаются, но в анианитовых фильтрах обычно предусматривается внутренний антикоррозионный защитный слой. Фильтр смешанного действия предназначен для осуществления катионного и анионного обмена в одном сооружении, поэтому фильтр разделен на две части промежуточной распределительной системой. Работа катионитных фильтров циклична, в них происходит чередование рабочих режимов и регенерации. Сама регенерация протекает в три этапа: взрыхление загрузки, пропуск регенерационного раствора, отмывка катионита. В фильтре, движение умягчаемой воды и регенерационного раствора происходит в одном направлении - сверху вниз, поэтому такие типы фильтра называются параллельно-точными. Взрыхление предназначено для устранения уплотнения катионита, препятствующего свободному доступу регенерационного раствора к его зернам. Интенсивность w подачи воды для взрыхления катионита принимается равной 4 л/с.м2 при крупности катионита 0,5-1,1 мм и 5 л/с.м2 при крупности 0,8-1,2 мм. Продолжительность взрыхления должна быть не менее 20-30 мин. Отмывка катионита после регенерации от остатков хлорида натрия производится, как правило, исходной водой до тех пор, пока содержание хлоридов в фильтрате не станет примерно равным содержанию их в отмывочной воде. Отмывку катионита в фильтрах второй ступени надлежит предусматривать фильтратом первой ступени. Удельный расход отмывочной воды принимают равным 5-6 м3 на 1 м3 катионита. Для снижения расхода воды на собственные нужды установки умягчения воды отмывочную воду собирают и используют для взрыхления. Катионитные фильтры используют для умягчения воды, а также для удаления катионов в технологиях обессоливания. Анионитные фильтры предназначены для извлечения из воды анионов при ее обессоливании.

Обработка воды методом трехступенчатого обессоливания

Рис. 1-1. Схема обработки воды методом трехступенчатого обессоливания: 1 - осветлитель; 2 - бак коагулированной воды; 3 - насос коагулированной воды; 4 - механический фильтр; 5 - Н - катионитовый фильтр I ступени; 6 - анионитовый фильтр I ступени; 7 - декарбонизатор; 8 - бак частично обессоленной воды; 9 - насос частично обессоленной воды; 10 - Н - катионитовый фильтр II ступени; 11 - анионитовый фильтр II ступени; 12 - фильтр смешанного действия

Химическое обессоливание применяется в схемах подготовки воды для подпитки котлов высокого и сверхвысокого давления. По степени удаления солей из обрабатываемой воды различают частичное, глубокое и полное химическое обессоливание. Глубокое химическое обессоливание воды применяют для практически полного удаления из нее всех катионов и анионов, исключая кремниевую кислоту, содержание которой снижается до 0,1-0,5 мг/кг, а в некоторых случаях и ниже. Схема глубокого химического обессоливания (рис. 5-1) предусматривает последовательную обработку воды на Н - катионитовых и анионитовых фильтрах I ступени, декарбонизаторе, Н - катионитовых и анионитовых фильтрах II ступени. В этой схеме анионитовые фильтры I ступени загружаются низкоосновным, фильтры II ступени - сильноосновным анионитом. Как правило, Н - катионитовые фильтры загружаются сульфоуглем, лишь изредка фильтры II ступени - сильнокислотным катионитом КУ-2 и, что совсем редко, обе ступени загружаются сильнокислотным катионитом КУ-2. Полное химическое обессоливание воды применяется для получения воды, близкой и даже превосходящей по качеству хороший конденсат пара.

Схема полного химического обессоливания предусматривает три ступени очистки воды, т.е. вода проходит последовательную обработку на Н - катионитовых и анионитовых фильтрах I ступени, декарбонизаторе, Н - катионитовых и анионитовых фильтрах II ступени и фильтрах смешанного действия (ФСД) или последовательно установленных Н - катионитовых и анионитовых фильтрах III ступени.

Катионитовые фильтры I ступени загружаются сильнокислотным катионитом, анионитовые - сильноосновным анионитом. В зависимости от состава обрабатываемой воды I ступень Н - катионирования может быть выполнена в схемах глубокого и полного обессоливания воды прямоточной, противоточной или ступенчато-противоточной по направлению потоков регенерационных растворов и фильтруемой воды. При содержании анионов сильных кислот в обрабатываемой воде свыше 4,0 мг-экв/кг I ступень анионирования может быть также выполнена ступенчато-противоточной. Для уменьшения расхода реагентов на обработку воды в схемах глубокого и полного химического обессоливания предусматривается повторное использование реагентов при регенерации II и III ступеней обессоливания, для чего устанавливаются баки отмывочных кислых и щелочных вод, используемых для взрыхления фильтров и приготовления регенерационных растворов реагентов, и баки щелочных регенерационных вод, используемых для регенерации низкоосновного анионита. Как правило, в схемах обработки воды, кроме баков повторного использования регенерационных вод, предусматривается возможность последовательного пропуска регенерационных растворов через III, II и I ступени ионирования. Обрабатываемая вода, поступающая на ионитовые фильтры, должна содержать минимальное количество взвешенных веществ, органических и железо-окисных примесей, так как эти фильтры не предназначены для удаления из воды таких веществ.

Как правило, обессоливание воды производится после ее предварительной очистки, включающей осветление на механических фильтрах после коагуляции воды или коагуляции с известкованием. Без предварительной очистки обессоливаются только артезианские воды или воды, ранее прошедшие соответствующую обработку, например водопроводная. В схемах обессоливания, как правило, предусматривается декарбонизация воды, предназначенная для удаления из нее растворенной угольной кислоты, с тем, чтобы сократить затраты едкого натра на стадии сильноосновного анионирования. Декарбонизация относится к десорбционному способу удаления из воды растворенных газов, основанному на законах Генри и Дальтона применительно к системе: угольная кислота - вода.

Растворенная угольная кислота удаляется из воды в специальных аппаратах - декарбонизаторах. Наиболее распространены на электростанциях декарбонизаторы пленочного типа с насадкой из колец Рашига . В верхней части аппарата находится подводящий патрубок обрабатываемой воды, снабженный внизу специальным переливным коробом 2 со сливом вниз через водоотводящие патрубки верхней царги. На верхней царге установлены воздухоотводчики с отражателями , закрепленными на верхней крышке. Как правило, декарбонизаторы снабжаются, кроме того, специальными брызгоотделителями, представляющими собой простейший циклон.

Насадка из колец Рашига располагается на нижней распределительной решетке. Нижние ряды колец выставляются вручную для организации рационального массообмена на границе смешения воздуха и воды, а верхние кольца загружаются навалом.

Мембранные методы очистки воды

У трековых мембран все поры являются "калиброванными". Ни один другой материал для микрофильтрации не обладает таким свойством. По существу для трековых мембран характерен ситовый механизм задержки микрочастиц. Именно поэтому трековые мембраны используют в качестве эталонного теста при определении селективности других типов фильтров. Трековые мембраны характеризуются исключительно малой дисперсией пор по размерам (5-10%),высокой селективностью и производительностью, имеют низкую адсорбционную способность по отношению к вирусам, клеткам, биополимерам. Они практически не содержат компоненты, способные мигрировать в фильтрат. Главные отличительные свойства структуры трековых мембран - малая толщина и высокая однородность пор по размерам. Подобная структура определяет основные преимущества трековых мембран - низкое сопротивление течению фильтруемой среды, высокую селективность фильтрации, низкую адсорбцию растворенных веществ, удержание отдельных частиц на поверхности мембраны и легкость регенерации, прозрачность и малый собственный вес, высокую прочность и эластичность. Использование трековых мембран для очистки воды является одним из наиболее перспективных направлений обеспечения экологической безопасности населения. Если, например, использовать трековую мембрану с диаметром 0,2 - 0,4 микрона, то можно быть абсолютно уверенными, что ни одна бактерия или микрочастица, превышающая этот размер, не проскочит через фильтр.

Испарители мгновенного вскипания

Испарители мгновенного вскипания работают обычно на сырой воде с затравкой или на воде, обработанной методом подкисления. При этом отложения накипи не образуются на тештообмонных поверхностях лишь при низких температурах воды ( до 120 Ci. Поэтому на таких установках давление в первой ступени не превышает 0 2 МПа, а в последней равно 0 008 МПа. На одной и той же производительности при большем числе ступеней расходуется меньше греющего пара, однако стоимость установки при этом возрастает. Включение испарителя мгновенного вскипания в тепловую схему турбоустановки показано на рис. 9.7. Часть отборного пара, направляемого в регенеративный подогреватель, поступает в основной подогреватель испарительной установки, где нагревает исходную воду. Подогретая исходная вода подается в испаритель-расширитель, давление в котором ниже давления насыщения подогретой воды. Разница температур приводит к вскипанию части воды. Образовавшийся пар отводится в конденсатор испарителя, где конденсируется потоком основного конденсата турбоустановки. В испарителях мгновенного вскипания количество образующегося вторичного пара ( и соответственно количество дистиллята) не зависит от числа ступеней и определяется в основном расходом циркулирующей воды DB и температурным перепадом А. В испарителях мгновенного вскипания пар образуется не при кипении, а при вскипании воды, предварительно подогретой до температуры, превышающей на несколько градусов температуру насыщения воды в камере, в которой происходит парообразование. В испарителях мгновенного вскипания пар образуется не при кипении, а при вскипании воды, предварительно подогретой до температуры, превышающей на несколько градусов температуру насыщения в камере, где происходит парообразование. Вследствие этого часть Да воды испаряется. Образующийся пар конденсируется на поверхности змеевиков, а вода перепускается в следующую ступень. Давление во второй ступени р2 ниже, чем в первой, и некоторое количество воды вновь испаряется. Такой процесс повторяется в каждой ступени.

Условия эффективной деаэрации воды

Деаэратор -- техническое устройство, реализующее процесс деаэрации[1] некоторой жидкости (обычно воды или жидкого топлива), то есть её очистки от присутствующих в ней нежелательных газовых примесей. На многих электрических станциях также играет роль ступень регенерации и бака запаса питательной воды. Атмосферные деаэраторы (см. рис.) требуют наименьшей толщины стенок; выпар удаляется из них самотёком под действием небольшого избытка давления над атмосферным. Вакуумные деаэраторы могут работать в условиях, когда на котельной нет пара; однако им требуется специальное устройство для отсоса выпара (вакуумный эжектор) и бмольшая толщина стенок, к тому же бикарбонаты при низких температурах разлагаются не полностью и есть опасность повторного подсоса воздуха по тракту до насосов. Деаэраторы ДП имеют большмую толщину стенок, зато их применение в схеме ТЭС позволяет сократить количество металлоёмких ПВД и использовать выпар как дешёвую рабочую среду для пароструйных эжекторов конденсатора; деаэрационная приставка конденсатора, в свою очередь, является вакуумным деаэратором. Как теплообменные аппараты термические деаэраторы могут быть смесительными (обычно, греющие пар и/или вода подаются в объём деаэратора) или поверхностными (греющая среда отделена от нагреваемой поверхностью теплообмена); последнее часто встречается у вакуумных подпиточных деаэраторов теплосетей. По способу создания поверхности контакта фаз смесительные деаэраторы подразделяются на струйные, плёночные и барботажные (встречаются смешанные конструкции).

В струйных и плёночных деаэраторах основным элементом является колонка деаэратора -- устройство, в котором вода стекает сверху вниз в бак, а греющий пар поднимается снизу вверх на выпар, попутно конденсируясь на воде. В небольших деаэраторах колонка может быть интегрирована в один корпус с баком; обычно же она выглядит как вертикальный цилиндр, пристыкованный сверху к горизонтальному баку (цилиндрической ёмкости с эллиптическими либо коническими днищами). Сверху находится водораспределитель, снизу -- парораспределитель (например, кольцевая перфорированная труба), между ними -- активная зона. Толщина колонки данной производительности определяется допустимой плотностью орошения активной зоны (расходом воды через единицу площади).

В деаэраторах струйного типа вода проходит активную зону в виде струй, на которые она может быть разбита 5--10 дырчатыми тарелками (кольцевые с центральным проходом пара чередуются с круговыми меньшего диаметра, обтекаемыми по краю). Струйные деаэрационные устройства имеют простую конструкцию и малое паровое сопротивление, но интенсивность деаэрации воды сравнительно низка. Колонки струйного типа имеют большую высоту (3,5--4 м и более), что требует высокого расхода металла и неудобно при ремонтных работах. Такие колонки применяются как первая ступень обработки воды в двухступенчатых деаэраторах струйно-барботажного типа.

Также существуют форсуночные (капельные) деаэраторы, где вода разбрызгивается из форсунок в капельном виде; эффективность за счёт измельчения фазы велика, однако работа форсунок ухудшается при засорении и при сниженных расходах, а на преодоление сопротивления сопел уходит очень много электроэнергии.

В деаэраторах с колонками плёночного типа поток воды расчленяется на пленки, обволакивающие насадку-заполнитель, по поверхности которой вода стекает вниз. Применяется насадка двух типов: упорядоченная и неупорядоченная. Упорядоченную насадку выполняют из вертикальных, наклонных или зигзагообразных листов, а также из укладываемых правильными рядами колец, концентрических цилиндров или других элементов. Преимущества упорядоченной насадки -- возможность работы с высокими плотностями орошения при значительном подогреве воды (20--30 °C) и возможность деаэрации неумягчённой воды. Недостаток -- неравномерность распределения потока воды по насадке. Неупорядоченная насадка выполняется из небольших элементов определенной формы, засыпаемых произвольно в выделенную часть колонки (кольца, шары, сёдла, омегаобразные элементы). Она обеспечивает более высокий коэффициент массоотдачи, чем упорядоченная насадка. Пленочные деаэраторы малочувствительны к загрязнению накипью, шламом и окислами железа, но более чувствительны к перегрузке.

В деаэраторах барботажного типа поток пара, который вводится в слой воды, дробится на пузыри. Преимуществом этих деаэраторов является их компактность при высоком качестве деаэрации. В них происходит некоторый перегрев воды относительно температуры насыщения, соответствующей давлению в паровом пространстве над поверхностью. Величина перегрева определяется высотой столба жидкости над барботажным устройством. При движении увлекаемой пузырьками пара воды вверх происходит ее вскипание, способствующее лучшему выделению из раствора не только кислорода, но и углекислоты, которая в деаэраторах других типов удаляется из воды не полностью; в том числе разлагаются и бикарбонаты NaHCO3, NH4HCO3. В барботажном устройстве наряду со значительным развитием суммарной поверхности контакта фаз обеспечивается интенсивная турбулизация жидкости. Эффективность барботажных устройств снижается при значительном уменьшении удельного расхода пара. Для обеспечения глубокой деаэрации вода в деаэраторе должна подогреваться не менее чем на 10 °C, если нет возможности для увеличения расхода выпара. Барботажные устройства могут быть затопленными в баке в виде перфорированных листов (при этом трудно обеспечить беспровальный режим) или устанавливаться в колонке в виде тарелок.

Выбор источника водоснабжения ТЭС

До последнего времени основным источником водоснабжения ТЭС служили реки. Однако расход воды реки, т.е. её дебет в течение года меняется: равнинные реки максимум расхода имеют весной и осенью, горные в период таяния снегов. Помимо рек источниками водоснабжения могут быть озёра, моря, артезианские скважины. Системы циркуляционного водоснабжения подразделяют на прямоточные, смешанные и оборотные. Выбор источника и системы водоснабжения зависит от количества воды, потребляемой в различное время года, минимального расхода воды в реке в тот же период времени и её температуры. Прямоточная система водоснабжения применяется только в том случае, если минимальный расход воды в реке не меньше потребности в воде ТЭС. Речная вода проходит через конденсатор один раз и после этого сбрасывается в реку. Сброс производится ниже по течению, чтобы исключить подмешивание сбросной воды к свежей. Расстояние между забором и сбросом определяется уклоном русла, скоростью течения реки, силой и направлением ветров в районе сброса и забора воды. В ряде случаев прямоточная схема требует создания искусственного подпора (плотины). При прямоточной системе нужно учитывать санитарные требования, требования рыбоохраны, наличие площадок для строительства ТЭС и возможность их использования. Для прямоточной системы водоснабжения источником может служить озеро или море. В озере должно быть достаточное количество воды, и она должна быть проточной. При использовании морской воды должны предусматриваться мероприятия по защите оборудования от коррозии, в первую очередь конденсатора (электрохимическая защита, крепление трубок и т.д.). Преимуществами прямоточной системы водоснабжения являются низкая температура воды, обеспечивающая глубокий вакуум, недорогие гидротехнические сооружения. Оборотная система циркуляционного водоснабжения применяется, если по техническим или экономическим причинам нельзя использовать прямоточную. Она выполняется с прудами-охладителями, градирнями и брызгальными бассейнами.

Водохранилища (пруды) - охладители широко применяются в нашей энергетике. Они создаются на базе небольшой реки, с переменными расходами воды от максимума до нуля. При такой схеме для задержки воды устанавливается плотина и ложе пруда-охладителя за 2ч3 года заполняется водой. Из водохранилища вода подаётся на конденсатор, после конденсатора вода сбрасывается на расстояние, обеспечивающее ее охлаждение на 8ч12 °С. При большой глубине пруда забор воды может производиться из придонного слоя (глубиной 6ч8 м и более), а подогретую воду можно сливать и вблизи места забора. В этом случае перемешивание тёплой и холодной воды обеспечивается за счёт стратификации. Условия создания прудов-охладителей: рациональная форма, достаточные площадь и средняя глубина водохранилища (3ч4 м); благоприятное геологическое строение долины реки и створа плотины; минимальная фильтрация плотины; возможность обеспечения рекой горизонта воды в водохранилище и её стока, а также восполнения потери воды (за счет фильтрации, испарения и др.); выполнение санитарных условий.

ТЭЦ сооружают максимально приближённо к тепловым потребителям. Так, промышленные ТЭЦ располагают на территории предприятия, отопительные ТЭЦ максимально приближают к жилым районам, но в определённых случаях, например, по санитарным условиям, возможно сооружение ТЭЦ на значительном расстоянии от места потребления тепловой энергии - до 20 км и более. В этих случаях использование водохранилищ для оборотного водоснабжения ограничено.

На современном уровне развития энергетики в ряде районов водные ресурсы исчерпаны. В этом случае на КЭС и ТЭЦ применяются системы оборотного водоснабжения с градирнями. Это более сложные и дорогостоящие сооружения, по сравнению с рассмотренными. Работают они на принципе испарительного охлаждения.

Размещено на Allbest.ru