ВОДОПІДГОТОВКА В ПРОМИСЛОВИХ …¢М_16.pdfУДК 621.182.1 Бойко Володимир Олександрович Поржезінський Юрій Георгійович

Серія навчально -методичних матеріалів

Модуль …

ВОДОПІДГОТОВКА В ПРОМИСЛОВИХ КОТЕЛЬНЯХ

Автори: к.т.н. Бойко В.О., к.т.н. Поржезінський Ю. Г.Редактор серії к.б.н. Щербак С.Д.

Публікацію підготовлено та видано в рамках виконання проекту «Підвищення енергоефективності та

стимулювання використання відновлюваної енергії в агро-харчових та інших малих та середніх підприємствах

(МСП) України», що виконується Агенством ООН з питань промислового розвитку (ЮНІДО) за підтримки

Глобального Екологічного Фонду (ГЕФ).

Зміст публікації не є відображенням офіційної позиції ЮНІДО або ГЕФ.

Не для комерційного використання.

Київ 2015© ЮНІДО 2015

УДК 621.182.1

Бойко Володимир Олександрович

Поржезінський Юрій Георгійович


В модулі розглянуто фізико-хімічні основи процесів обробки води, сучасні схеми водопідготовки, рекомендації щодо вибору раціональних схем обробки води для парових котлів низького та середнього тиску підприємств харчової промисловості.

Рецензенти: к.т.н. Баранов Володимир Іванович,

к.т.н. Масліков Михайло Олександрович

Рекомендовано до друку Вченою Радою факультету енергетики та енергоменеджменту Національного університету харчових технологій Протокол № … від…..

3

ЗМІСТ

1. Мета модуля .......…………………………...…………………………....… 41.1 Огляд модуля ………………………….…………......……………....…. 41.2 Цілі модуля ………………………………………..........…………....…. 41.3 Очікувані навчальні результати ..….......…………………………....…. 4

2. Вступ .......………………………………..………………..………………… 53. Водопідготовка, водно-хімічний режим, очистка та консервація

котлів .......………………………………………...………………………… 73.1 Домішки води …………………………..…………………………....…. 73.2 Показники якості води …………………...……………………….....…. 73.3 Аналіз води та його перевірка …………………………………...…….. 93.4 Схеми та методи обробки води ...…………………………….…...…… 9

3.4.1. Коагуляція води .…………………………………….…........…. 93.4.2. Прояснення води на фільтрах-прояснювачах ………..………. 123.4.3. Іоніти та їх властивості …………………………...…………… 133.4.4. Натрій-катіонування води ...…………………………………… 153.4.5. Водень-катіонування води ...…………………………………... 173.4.6. Послідовне H-Nа-катіонування з “голодною” регенерацією Н-катіонітних фільтрів .………………………...….……………....…. 183.4.7. Амоній-натрій-катіонування води ……………………………. 203.4.8. Знезалізнення артезіанських вод ……………………………… 223.4.9. Очистка конденсату від продуктів корозії .…………………... 243.4.10. Зворотній осмос ..……………………………..…………....…. 253.4.11. Хімічна деаерація води ………………………………..……... 313.4.12. Термічна деаерація води ………………………...………….... 32

3.5 Вибір раціональної схеми обробки води ……………………………… 373.6 Компонування обладнання установок водопідготовки ..…………….. 403.7 Експлуатація іонітних фільтрів ...……………………………………… 41Запитання для самоперевірки ..………………………………………..... 45Навчальні ресурси ……………………..……………………………....…. 46

4


1. МЕТА МОДУЛЯ

1.1 ОГЛЯД МОДУЛЯ

В модулі розглянуті наступні теми:− Домішки природних вод та показники їх якості;− Схеми та методи обробки води;− Компонування обладнання водопідготовчих установок.

1.2 ЦІЛІ МОДУЛЯ

Цілями даного модуля є ознайомлення з сучасними схемами та методами підготовки води для парових та водогрійних котлів, а також теплових мереж.

1.3 ОЧІКУВАНІ НАВЧАЛЬНІ РЕЗУЛЬТАТИ

Після проходження цього модуля слухачі :

− матимуть загальне уявлення про домішки природних вод, показники якості води, сучасні схеми обробки води харчових підприємств, їх недоліки і переваги;

− на базі викладеного матеріалу можуть вибрати необхідну схему підготовки води для свого підприємства.

5

2. ВСТУП

Для більшості підприємств харчової промисловості — пивзаводів, хлібозаводів, винзаводів, кондитерських фабрик, м’ясокомбінатів, молочноконсервних заводів, на яких встановлюються парові котли низького тиску і не вимагається значна кількість пари для потреб технології, основною схемою обробки води є Na-катіонування з попереднім проясненням води на механічних фільтрах-прояснювачах . Ця схема використовується для обробки води для підживлення теплових мереж. Для котелень малої потужності використовують блочні установки водопідготовки Монастирищенського машинобудівного заводу (м. Монастирище, Черкаської області).Для екранованих котлів потрібне глибоке зм’якшення води до 5–10 мкг-екв/кг і застосовується, як правило, двоступеневе Na-катіонування води. Одно- або двоступеневе Na-катіонування є найбільш простою і дешевою схемою, але збільшує величину продувки парогенератора і широко застосовується при значному поверненні конденсату.За відносної лужності оброблюваної води від 20 до 50 % рекомендується дозувати нітрати в оброблену Na-катіоновану воду.При заборі води із господарського (питного) водопроводу в схемі водопідготовки відсутні прояснення і коагуляція води, і схема спрощується. Якщо окисність вхідної води перевищує 15 мг/кг O2, застосовують коагуляцію води сірчанокислим алюмінієм за прямотечійною схемою.ТЕЦ цукрового заводу в період виробництва цукру отримує конденсат ретурної пари та вторинної пари першого корпусу випарної станції в кількості, достатній для роботи котлів на конденсатному режимі.Конденсат вторинних парів випарної станції може мати в своєму складі речовини, що містяться в буряковому соку — цукор і нецукристі речовини. У разі потрапляння в котел у малій кількості (відсутня реакція на α-нафтол) цукор розкладається при високій температурі на речовини з комплексоутворювальними властивостями (органічні кислоти) відносно до солей, що визначають жорсткість, та сполук заліза. Це призводить до утворення добре розчинних комплексних сполук кальцію і магнію і накопиченню їх в котловій воді.При чисто конденсатному режимі живлення парових котлів незважаючи на низьку лужність і незначний сухий залишок конденсату продувка в розмірі 1 % від паропродуктивності котлів має функціонувати. Необхідність безперервної продувки пов’язана з тим, що комплексні сполуки, до складу яких входить залізо, мають обмежену термічну стійкість і при закритій продувці сполуки заліза відкладаються на поверхнях нагріву котла.Як показали дослідження виконані у Всесоюзному науково-дослідному інституті цукрової промисловості (ВНДІЦП), у котлах без ступінчастого випаровування, працюючих у конденсатному режимі, за умов, що вміст цукру в конденсаті не перевищує межі чутливості по α-нафтолу, рН котлової води перебуває в межах (8 < рН < 9,3), допустимих правилами технічної експлуатації (ПТЕ). У котлах зі ступінчастим випаровуванням у сольових відсіках відбувається додаткове випаровування аміаку і повніше розкладання цукру, в результаті чого значення рН котлової води в них значно нижче 7,5. У цьому разі ВНДІЦП рекомендував збільшити продувку до 1,5 % і підвищити лужність котлової води до рН=9,3 за

ВСТУП

6


рахунок додавання до конденсату хімічно очищеної води, яка зм’якшується за схемою двоступеневого Na-катіонування. При наявності солених відсіків в барабані котла перегородки між відсіками бажано вирізати.При чисто конденсаційному режимі фосфатування котлової води не виконується, тому що воно призводить тільки до утворення фосфатних відкладень. З добавками хімічно очищеної води в кількостях, при яких рН>9,3, котлова вода втрачає свої комплексоутворювальні властивості, і рекомендується добавка тринатрій-фосфату [2].Незважаючи на те, що конденсатний режим роботи котлів є оптимальним, іноді необхідно живити котли зм’якшеною водою або зі значною її добавкою (пуск заводу і його налагодження, виварка випарної станції, попадання цукру в конденсати сокових парів, завершальний період роботи заводу, робота ТЕЦ після закінчення виробництва цукру з буряку).Враховуючи те, що джерелами водопостачання котелень цукрових заводів є поверхневі води і цукровий буряк має значний вміст аміаку, основною схемою обробки води для цукрових заводів є зм’якшення води за способом сумісного NH4-Na-катіонування з попередньою прямотечійною коагуляцією і проясненням на механічних фільтрах.Схема паралельного NH4-Na-катіонування застосовується рідко.Зм’якшення води за схемою двоступеневого Na-катіонування застосовується на невеликих цукрових заводах продуктивністю 1000 – 1500 т буряку за добу з котлами типу ДКВр.При переробці на цукровому заводі цукру-сирцю для збільшення конденсатів у схему включають перший корпус випарної станції, який живиться хімічно очищеною водою. Він працює як випарник, і на нього поступає ретурна пара. В цьому разі вся теплообмінна апаратура заводу обігрівається вторинною парою першого корпусу випарної станції, а ТЕЦ отримує конденсат ретурної пари та вторинної пари першого корпусу, що дозволяє перейти котлам на конденсатний режим роботи. Солевміст вторинної пари регулюється продувкою камери нагрівної пари випарного апарату.На рафінадному заводі випарна станція відсутня, тому для збільшення величини конденсатів у теплову схему включають випарник.На таких підприємствах харчової промисловості, як спиртові заводи, великі м’ясокомбінати та інші, де не забезпечується значне повернення конденсату, а схему NH4-Na-катіонування внаслідок наявності в парі аміаку використати неможливо, для зменшення солевмісту і лужності живильної води котлів середнього тиску використовуються схеми Н-Na-катіонування. Найбільш поширена схема Н-Na-катіонування з “голодною” регенерацією Н-катіонітного фільтра, при якій вихідна вода після Н-катіонітного фільтра і стоки не кислі.Найпростіша схема, що зменшує лужність і жорсткість води, — це Na-Cl-іонування води. Вона застосовується для невеликих котелень харчових виробництв з котлами низького тиску, якщо величина продувки котлів не перевищує норму.На підприємствах, які виробляють продукцію для дитячого харчування, застосовують підготовку води для технологічного процесу за схемою: знезалізнення артезіанської води і часткове її знесолення на водень-катіонітних і аніонітних фільтрах.

7

3. ВОДОПІДГОТОВКА, ВОДНО-ХІМІЧНИЙ РЕЖИМ, ОЧИСТКА ТА КОНСЕРВАЦІЯ КОТЛІВ

3.1 ДОМІШКИ ВОДИ

Для водопостачання енергооб’єктів використовуються в основному природні води, як поверхневі (з річок, озер, водоймищ), так і ґрунтові (з артезіанських свердловин).

Усі домішки, що забруднюють воду, поділяються на три види залежно від розміру їхніх частинок.

Грубо-дисперсні домішки мають розмір частинок більше 10–4 мм. Це частинки піску, глини, рослинні залишки та ін. Наявність грубо-дисперсних домішок у природних водах залежить від пори року. Так, у рівнинних річках максимальна наявність цих домішок буде в період паводка, а в гірських річках — у паводок і при сильних зливах у горах.

Потрапляння грубо-дисперсних домішок у котел призводить до вспінення води в барабані, на екранних трубах утворюються прикипілі відкладення, забиваються нижні колектори контурів циркуляції котла. Тому грубо-дисперсні домішки обов’язково вилучаються з води на ХВО методом фільтрації та відстою.

Колоїднодисперсні домішки мають розмір частинок порядку 10–6 — 10–4 мм. Це домішки органічного походження — продукти розкладання органічних речовин, гумінові речовини; або мінерального походження — кремнієві кислоти, з’єднання заліза.

У разі потрапляння їх у котел вода в барабані сильно піниться і можливий її закид у пароперегрівник, а також утворюється прикипілий накип на поверхнях нагріву. Колоїднодисперсні домішки вилучаються з води на ХВО методом коагуляції.

Молекулярно-дисперсні домішки мають розмір частинок менш ніж 10–6 мм. Це розчинні у воді гази (O2, CO2, N2, H2S), а також катіони та аніони солей, кислот, лугів (Ca2+, Mg2+, K+, Na+, Cl–, SO42− , HCO3

− , OH– та ін.). Ці домішки вилучаються методом деаерації, осадження, катіонування та аніонування.

3.2 ПОКАЗНИКИ ЯКОСТІ ВОДИ

Для оцінювання якості природних вод і вод на різних стадіях їх очистки використовують такі показники: сухий залишок, прозорість, окисність, жорсткість, лужність та pH води.

Сухий залишок (мг/л) визначають випаровуванням певного об’єму профільтрованої проби води з подальшим просушуванням залишку при температурі 110 — 120 °С і зважуванням. Сухий залишок — це колоїднодисперсні та молекулярно-дисперсні домішки води, нелеткі при зазначеній температурі. Сухий залишок котлової води називається солевмістом. Високий солевміст води зумовлює спінення води в барабані котла.

Прозорість води визначається за “хрестом” або за “шрифтом” відповідно до ДСТУ

8


3351-46. Вона залежить від кількості грубо-дисперсних домішок, а також від їх розмірів, кольору та форми.

Окисність (О2, мг/л) характеризує наявність у воді органічних речовин. Під окисністю води розуміють кількість окиснювача (перманганату калію KMnO4, мг/л), який витрачається на окиснення органічних речовин, розчинених у 1 л води за нормальних умов. Визначення виконується в кислому середовищі, де KMnO4 є найсильнішим окисником.

Загальна жорсткість води Жз дорівнює сумі концентрацій у воді катіонів кальцію (кальцієва жорсткість ЖCa) і магнію (магнієва жорсткість ЖMg), які зумовлюють утворення накипу на поверхнях нагріву теплообмінного обладнання. Жорсткість виражається в міліграм-еквівалентах на кілограм (мг-екв/кг) при високих значеннях жорсткості та в мікрограм-еквівалентах на кілограм (мкг-екв/кг) при вимірюванні низьких значеннях жорсткості води(1 г-екв в одиницях (СІ) дорівнює 1 моль).

Еквівалентною масою називають таку кількість речовини, яка в конкретній реакції відповідає 1 атому водню.

Для перерахунку концентрацій кальцію та магнію представлених у вигляді міліграмів на кілограм у міліграм-еквівалентах на кілограм, треба значення ваги елемента поділити на еквівалентну вагу Ca2+ або Mg2+, відповідно — на 20,04 та 12,16.

Загальна жорсткість Жз складається із жорсткості карбонатної Жк, що зумовлена, в основному, присутністю у воді бікарбонатів кальцію та магнію (Ca(HCO3)2 і Mg(HCO3)2), і некарбонатної жорсткості Жнк, зумовленої наявністю у воді хлоридів, сульфідів та інших некарбонатних солей кальцію та магнію (CaCl2, MgSO4) та ін.:

Жз = ЖСа + ЖMg = Жк + Жнк (3.1)

Залежно від загальної жорсткості для природних вод введена така класифікація: Жз < 1,5 мг-екв/кг — мала жорсткість; Жз = 1,5-3 мг-екв/кг — середня; Жз = 3-6 мг-екв/кг — підвищена; Жз = 6-12 мг-екв/кг — висока; Жз > 12 мг-екв/кг — дуже висока жорсткість.

Загальною лужністю води Лз називається виражена в міліграмеквівалентах на кілограм сумарна концентрація аніонів води, які реагують з кислотою: OH−, HCO3

−, CO23−, PO4

3−, та деяких солей слабких органічних кислот (гуматів). Аніони гідратної форми (OH–) утворюють гідратну лужність Лг; карбонатної форми (CO2

3−) — карбонатну лужність Лк, бікарбонатної форми (HCO3−) − бікарбонатну лужність Лбк, фосфатної форми (PO4

3−) − фосфатну лужність.

Природні води здебільшого характеризуються бікарбонатною лужністю (Лз = Лбк). У котловій води при розкладанні бікарбонатів утворюється гідратна лужність. Висока лужність котлової води зумовлює спінення води в барабані котла.

У результаті дисоціації води H2O↔H++OH−, кислот (наприклад: HCl↔H++C−), лу-гів (наприклад: NaOH↔Na++OH−) у воді з’являються водні іони Н+ і гідроксильні іони ОН–.

У хімічно чистій воді при температурі 23 °С концентрації CH+ і COH− дорівнюють 10–7 г-іон/кг і характеризують нейтральну реакцію рідини. Для зручності замість

9

концентрації CH+ користуються її від’ємним логарифмом − водним показником рН. Для нейтрального середовища рН = 7, кислого − рН < 7, а лужного − рН > 7. Сума рН і рОН дорівнює 14.

3.3 АНАЛІЗ ВОДИ ТА ЙОГО ПЕРЕВІРКА

При проектуванні водопідготовчих установок розрахункову якість вхідної води беруть на основі повних аналізів води, проведених у всіх періодах року і за кілька років, а джерело водопостачання вибирають на основі техніко-економічної оцінки за його продуктивністю та якістю води.

Повний аналіз вхідної води виконується для зимового періоду (максимальний солевміст) і включає такі дані: вид джерела водопостачання (артезіанська свердловина, водопровід, річка, озеро та ін.); місце відбору проби і дата проведення аналізу; завислі речовини, мг/л; окисність, мг/л О2; водневий показник, рН; лужність, мг-екв/л; сухий залишок, мг/л; жорсткість загальна і карбонатна, мг-екв/л; катіони Fe2+, Ca2+, Mg2+, Na+, NH4+, мг/л; аніони Cl–, HCO3

−, SO4−2, NO3

−, NO2−,

мг/л; полуторні оксиди Fe2O3+Al2O3, мг/л; кремнієва кислота в перерахунку на SiO2.

Кількість завислих і органічних речовин у воді визначається для умов їх максимальної наявності (паводковий період та ін.).

Водопровідна вода, що використовується для підживлення відкритих систем теплофікації та гарячого водопостачання, має відповідати вимогам ГОСТ 2874−82 “Вода питна”.

Артезіанська вода не має грубо-дисперсних і колоїднодисперсних домішок, тому для її характеристики досить взяти два-три аналізи в різні пори року, які б стверджували постійний склад води. Для отримання більш надійної інформації аналізи поверхневих вод беруть кожний місяць за останні два-три роки.

Правильність аналізу води встановлюється, якщо сума концентрацій всіх катіонів дорівнює сумі концентрацій всіх аніонів за умови, що концентрації виражені в мг-екв/л, ΣК = ΣА і Жз = ЖСa + ЖMg.

Якщо в аналізі води концентрація катіонів і аніонів наведена в мг/л, її треба перевести в мг-екв/л:

...62NO

48,33Cl

03,48SO

02,61HCO...

04,18NH

23Na

16,12Mg

04,20Ca 3

2434

22

++++=++++−−−−++++ (3.2)

3.4.СХЕМИ ТА МЕТОДИ ОБРОБКИ ВОДИ

3.4.1 Коагуляція води

Для повного прояснення води з колоїднодисперсними домішками при окисності води більше 15 мг/кг О2 застосовується метод коагуляції. При коагуляції води підвищуються продуктивність фільтрів-прояснювачів, якість проясненої води та вилучаються колоїднодисперсні домішки органічного та неорганічного

ВОДОПІДГОТОВКА, ВОДНО-ХІМІЧНИЙ РЕЖИМ, ОЧИСТКА ТА КОНСЕРВАЦІЯ КОТЛІВ

10


походження (сполуки кремнію і заліза), що призводять до спінення котлової води.

Колоїднодисперсні домішки не фільтруються через малі розміри і не випадають в осад, бо мають однаковий заряд і відштовхуються при зближенні. Для їх осадження в воду додають коагулянти – сірчанокислий алюміній Al2(SO4)3•18H2O (глинозем), сірчанокисле залізо FeSO4•7H2O (залізний купорос) і хлорне залізо FeCl3•6H2O. При додаванні у воду коагулянтів відбувається їх гідратація з утворенням важкорозчинних гідроксидів алюмінію та заліза – нові колоїднодисперсні сполуки та кислоти: FeSO4+2H2O→Fe(OH)2+H2SO4, (3.3)

Al2(SO4)3+6H2O→2Al(OH)3+3H2SO4, (3.4)

4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3, (3.5)

FeCl3+3H2O→ Fe(OH)3+3HCl. (3.6)

Кислота, що утворилась, нейтралізується присутніми у воді бікарбонатами: H2SO4+Ca(HCO3)2→CaSO4+2H2O+2CO2. (3.7)

Залишкову кількість бікарбонатів у коагульованій воді бажано мати близько 0,3 мг-екв/л.

Якщо у вихідній воді бікарбонатів недостатньо, то потрібне підлужнювання води їдким натром NaOH або вапном Ca(OH)2 із розрахунку 1 мг-екв/л лугу на 1мг-екв/л коагулянту.

Гідроксид алюмінію має амфотерні властивості, тобто в залежності від pН води дисоціює як кислота при pН > 7,5, або як луг при pН < 6,5.

Залізний купорос і хлорне залізо використовують для коагуляції води при pH>8, коли коагуляція збігається з вапнуванням води у відстійниках-прояснювачах типу ВТІ, ЦНДІ-2 або ЦНДІ-3 при температурі 25-30 °С.

Колоїднодисперсні природні домішки здебільшого мають від’ємний заряд. Для утворення пластівців гідроксид алюмінію повинен мати позитивний заряд або не мати ніякого заряду. Тому сірчанокислий алюміній застосовується для коагуляції природних вод у діапазоні pН = 5,5-7,5 при підігріванні води до 25-30 °C.

При коагуляції води загальна жорсткість води не змінюється, але на величину, еквівалентну дозуванню розчину коагулянту, зменшується карбонатна жорсткість Жк і, відповідно, збільшується некарбонатна жорсткість Жн.к При коагуляції зменшуються лужність води, приблизно на величину дози коагулянту, pН та окисність води – на 60-70 %:

Жк.зал = Жк – Дк, (3.8)

Жн.к.зал = Жн.к + Дк, (3.9)

де Дк – доза коагулянту, мг-екв/л. Процес коагуляції води залежить від цілого ряду факторів, тому для кожної води потрібно дозу коагулянту визначати на основі пробної коагуляції в лабораторних умовах.

Орієнтовно, в схемах прямотечійної коагуляції дозу сірчанокислого алюмінію беруть у період паводка – 1,0; влітку – 0,5; взимку – 0,25 мг-екв/л; дозу залізного

11

купоросу в схемах з вапнуванням в прояснювачах у період паводка – 0,7; влітку – 0,35; взимку – 0,18 мг-екв/л.

Коагуляція в промислових котельнях відбувається зазвичай за прямотечійною схемою з механічними фільтрами (рис. 1).

У схемі коагулянт подається насосами дозаторами безпосередньо в трубопровід оброблюваної води перед розгалуженням на механічні фільтри на відстані не менше 50 діаметрів трубопроводу. При концентрації завислих речовин від 50 мг/л до 100 мг/л прямотечійну коагуляцію проводять на механічних фільтрах з двошаровим завантаженням. Доза коагулянту залежить від витрати оброблюваної води.

Рис. 1. Прямотечійна схема коагуляції води:

1 – 5-10 %-й розчин коагулянту; 2 – бак розчину коагулянту; 3 – насос-дозатор; 4 – електроконтактний манометр; 5 – повітряний ковпак; 6 – лінія подачі імпульсу на насоси-дозатори; 7 – підігрівач води; 8 – витратомір оброблюваної води; 9 – лінія дозування коагулянту; 10 – механічний фільтр; 11– прояснена вода на катіоніонітні фільтри.

Насоси-дозатори типу НД забезпечують автоматичне пропорційне дозування розчину залежно від імпульсу, який надходить від витратоміра 8 (рис. 1). Перед коагуляцією вода обігрівається парою. При змішуванні води з коагулянтом у трубопроводі утворюються мікропластівці, які вилучаються з води всім шаром фільтрувального матеріалу механічних фільтрів.

3.4.2 Прояснення води на фільтрах-прояснювачах

Фільтри-прояснювачі використовуються для вилучення грубо-дисперсних домішок (табл.1). На станціях підготовки води широко застосовуються однопоточні напорні


12


механічні фільтри-прояснювачі з фільтрувальним шаром із кварцового піску чи колотого антрациту або двошарові фільтри з шаром антрациту і кварцового піску. В основному кварцовий пісок застосовується для підготовки додаткової живильної води для парових котлів низького і середнього тисків при температурі води не вище 60 °С і рН ≤ 9. Для котлів високого тиску Р ≥ 10 МПа як фільтрувальний матеріал використовується малозольний термостійкий подрібнений антрацит при температурі води до 100 °С і рН в межах від 4 до 10 для запобігання забруднення фільтрату кремнієвою кислотою.

Для прояснення некоагульованої води, а також води після відстійників-прояснювачів використовується кварцовий пісок з висотою фільтрувального шару до 1 м з зернами діаметром 0,5-1 мм. При прямотечійній коагуляції застосовуються фільтри-прояснювачі з висотою шару фільтрувального матеріалу в межах 1,2-2 м і з розміром зерен 1-2,5 мм.

Фірма “Аква-Люкс”, яка працює на Україні, пропонує обладнання для водопідготовки фірми “Culligan” США. Для прояснення води фірма використовує дво- або тришарові фільтри. Під час обробки води крупні механічні частинки затримуються верхнім шаром фільтрувального матеріалу, який має меншу густину, а дрібні частинки – нижнім шаром з більшою густиною. Завдяки різній густині шарів фільтрувального матеріалу при відмивці фільтра спочатку відмивається верхній шар при меншому потоці води, а потім нижній. Така конструкція фільтра забезпечує високий ступінь фільтрації води при мінімальній її витраті на власні потреби. Робота фільтра повністю автоматизована. Продуктивність фільтрів – від 2 до 600 м3/год.

Фірма “ГідроТехІнжинірінг” для очистки води від грубодисперсних домішок використовує автоматичні самопромивні системи “TEKLEEN”. Для прояснення води у фільтрі “TEKLEEN” використовуються сітки грубої і тонкої очистки із нержавіючої сталі за розміром чарунок 100-50 мкм. Втрата тиску при використанні чистої сітки розміром 100 мкм не перевищує 0,1 бар.

Фільтр працює на воді з температурою до 120 °С і тиском від 2,5 до 5 бар. Підчас промивки сіток зворотним потоком води основний потік води не зупиняється. Фільтри компактні, не потребують зовнішнього джерела енергії, працюють за рахунок тиску води, легко монтуються, повністю автоматизовані, випускаються з продуктивністю від 25-4500 м3/год.

Фірма “СuІІіgan” також випускає автоматичні картриджні фільтри з розміром фільтрувальних сіток 100, 200, 300 мкм та продуктивністю 6-60 м3/год.

Таблиця 1

Технологічні дані розрахунку фільтрів-прояснювачів

13

N п/п Показник

Тип фільтра

Завантаження кварцовим піском

Завантаження антрацитом

Двошарове завантаження

кварцовим піском і антрацитом

1

Діаметр завантаженого матеріалу, мм: антрацит кварцовий пісок

0,5-1 0,6-1,4 0,7-1,70,5-1,2

2

Висота фільтрувального шару, м: антрацит кварцовий пісок

1 1 0,5-0,60,5-0,6

3

Насипна маса фільтрувального матеріалу, т/м2: антрацит кварцовий пісок

1,6 0,8 0,81,6

4

Швидкість фільтрування, м/год: нормальний режим форсований режим

57

57,5

1012

5Інтенсивність розпушувального промивання водою, л/м2Ч 15 10-12 13-15

6Тривалість розпушувального промивання водою, хв

~ ~ ~

7

Розпушувальне промивання з повітрям – сумісне водоповітряне промивання: тривалість,хв. інтенсивність води, л/м2Ч

36

20

2-36

20

8 Тиск повітря, МПа 0,3 0,3-0,4

При установці фільтрів після відстійника – пролонгована нормальна швидкість фільтрації для одношарових фільтрів – 10 м/год, форсована – 12 м/год.

3.4.3 Іоніти та їх властивості

Обробка води методом іонного обміну основана на здатності деяких практично нерозчинних у воді речовин, які називаються іонітами, змінювати в бажаному напрямі іонний склад води.

Іонітами називаються органічні і неорганічні речовини практично нерозчинні у воді, які мають функціональні групи з рухомими іонами. Ці групи можуть обмінювати свої іони на іони лугів, кислот, основ, солей розчинних у воді (табл.2). Кожний іоніт складається з каркаса (матриці), зв’язаного валентними силами, і


14


функціональних груп. Якщо рухомі, здатні до обміну іони функціональних груп мають позитивний заряд, то такий іоніт називають катіонітом, а якщо негативний заряд – аніонітом.

Іонний обмін – це стехіометричне заміщення. На кожний відданий в розчин еквівалент-іон матриця поглинає з розчину ідентичний еквівалент-іон такого ж заряду.

Залежно від хімічного складу катіоніти поділяються на сильнокислотні, які мають активні сульфогрупи, і слабокислотні, які мають в основному карбоксильні групи. Перші здатні до обміну катіонів у кислому, лужному та нейтральному середовищах, а другі – тільки в лужному середовищі

Іоніти мають такі специфічні властивості: нерозчинність у воді, здатність до реакцій іонообміну, термічну стійкість, здатність до набухання, селективність.

При контакті з водою суха маса іоніту більшою або меншою мірою набухає, тобто її об’єм збільшується. Ця властивість іоніту характеризується коефіцієнтом набухання.

Коефіцієнт набухання – це відношення густин іоніту в набухлому і повітряно-сухому станах:

К= ρс/ρн, (3.10)

де ρс і ρн – відповідно насипні густини іоніту в повітряно-сухому стані і набухлому, або відношення, маси 1 м3 повітряно-сухого до набухлого іоніту, кг/м3.

Селективність – це вибіркове поглинання катіонів або аніонів. Селективність призводить до переважного поглинання протиіонів з більшою величиною заряду і малим розміром. Малий розмір зумовлює менше розширення матриці.

Для катіонітів справедливими є такі ряди катіонів:

Ca2+>Mg2+>K+>NH4+>Na+, (3.11)

де кожний попередній поглинається більш інтенсивно, ніж наступний.

Основною характеристикою іоніту є його обмінна ємність.

Повна обмінна ємність показує, яку кількість еквівалент-іонів катіонів солей або аніонів кислот води може поглинути 1 м3 іоніту до повного насичення. Робоча обмінна ємність визначає кількість іонів, поглинутих іонітом при проходженні крізь нього рідини до початку “проскоку” у фільтрат поглинутих протиіонів.

Робоча обмінна ємність іоніту виражається в грам-еквівалентах іонів, поглинутих 1 м3 набухлого іоніту (г-екв/м3), і залежить від рН води, висоти шару іоніту, швидкості фільтрування, питомої витрати регенеруючого реагенту, відношення солевих компонентів в оброблюваній воді, режиму експлуатації.

Якщо в результаті обробки води методом іонного обміну відбувається обмін катіонів, то такий процес називається катіонуванням, а при обміні аніонів процес називається аніонуванням. Катіоніти зберігаються в сухому стані в мішках або у виснаженому стані в фільтрах при плюсовій температурі.

Таблиця 2

15

Основні технологічні властивості вітчизняних катіонітів

N п/п Показник

СульфовугілляКУ-2-8 КБ-4 КБ-2крупне,

СК-1дрібне,

СМ-1

1 Розмір зерен, мм 0,5-1,1 0,25-0,7 0,315-1,25 0,315-1,6 0,31-1,6

2 Насипна маса, т/м3: товарного продукту набухлого у воді продукту

0,67-0,70,82

0,67-0,780,82

0,76-0,80,8

0,55-0,6-

0,6-0,7-

3 Вологість товарного повітряно-сухого продукту,% 20-40 20-40 50-60 55-65 70-80

4 Максимальна температура застосування, ° 45 45 120 150 130

5 Обмінна ємність, г-екв/м3 в Na формі в Н формі не менше ~ ~ ~

---

---

6 Коефіцієнт набухання,К сухий безводний товарний продукт

1,81,25

2,11

--

--

3.4.4 Натрій-катіонування води

Зм’якшення води шляхом Na-катіонування базується на здатності катіонітів (сульфовугілля, синтетичних смол — КУ-2-8, КБ-4-П2) змінювати в бажаному напрямі іонний склад води. При пропусканні води через шар Na-катіоніту, завантаженого у фільтрі, відбувається заміна накипоутворюючих катіонів Ca2+, Mg2+ на катіон Na+, який утворює добре розчинні у воді з’єднання:

2NaR+Ca(HCO3)2→CaR2+2NaHCO3; (3.12)

2NaR+MgSO4→MgR2+Na2SO4, (3.13)

NaR-катіоніт у Na-й формі; R — високомолекулярна частина (радикал), у порах якої містяться функціональні групи з рухомими катіонами натрію.

Рушійною силою обмінного процесу є різниця концентрацій катіонів Na+ в катіоніті та Ca2+ та Mg2+ у воді, що проходить через катіоніт. Тобто діє закон дифузії — вирівнювання концентрацій. При катіонуванні відбувається стехіометричне заміщення одного катіона Ca2+, або Mg2+ на два катіони Na+; при цьому солевміст Na-катіонітної води частково підвищується.

Регенерація Na-катіонітного фільтра (відновлення обмінної ємності), виконується 6-10 %-м розчином кухонної солі:

CaR2+2NaCl→ CaCl2+2NaR; (3.14)

MgR2+2NaCl→ MgCl2+2NaR. (3.15)


16


Рис. 2. Схема двоступеневого натрій-катіонування води

При одноступеневому Na-катіонуванні можна отримати воду з залишковою жорсткістю до 0,1 мг-екв/кг, а для отримання глибокозм’якшеної води з залишковою жорсткістю до 3-10 мкг-екв/кг застосовують двоступеневе Na-катіонування (рис. 2).

Na-катіонування — найбільш проста й поширена схема обробки води в котельнях підприємств харчової промисловості і в котельнях теплових мереж. Схема забезпечує глибоке зм’якшення води без зниження лужності і вмісту вуглекислоти в парі. Як регенераційний розчин використовується відносно дешева кухонна сіль.

Для економії реагента і води на власні потреби при регенерації фільтра перші порції відмивочної води скидаютсья в дренаж, а потім відмивочна вода збирається в бак розпушення, звідки використовується для розпушування фільтра при регенерації.

Для подальшої економії реагента і води на власні потреби рекомендується в ХВО впровадити протитечійні катіонітові фільтри. На ХВО заводів харчової промисловості стоять прямотечійні катіонітові фільтри, де регенераційний розчин при регенерації рухається з верху до низу, і нижні шари катіоніту регенеруються реагентом збагаченим катіонами кальція і магнія. При протитечійній регенерації необхідні дві дренажні системи. Регенераційний розчин поступає до нижньої дренажної системи і відводиться через верхнюю. Тоді на нижні шари катіоніту поступає свіжий розчин і вони регенеруються краще. Це збільшує міжрегенераційний період роботи фільтра і економить до 20-35% реагента і витрату води на власні потреби до 20%. Якість води після протитечійних фільтрів першого ступеня можна отримати таку, як і після другої ступені катіонування. Верхню дренажну систему рекомендується занурювати в катіоніт на 12-20 сантиметрів для безпечної роботи на випадок попадання грубодисперсних домішок у фільтр.

Таблиця 3

Технологічні дані для розрахунку Na-катіонітних фільтрів

N п/п Показник Фільтр

І ступеняФільтр

ІІ ступеня

1 Висота шару катіоніту (за заводськими даними), мм 2-2,5 1,5

2 Фракція зерен катіоніту 0,5-1,1 0,5-11

17


3 Швидкість фільтрування, м/год, нормальна (максимальна) при жорсткості води, мг-екв/л:до 55-1010-15

25(33)15(25)10(20) 40(50)

4 Розпушувальна промивка катіоніту, інтенсивність, л/м2/с, при фракції фракції зерен катіоніту, мм:0,5-1,10,8-1,2

45

45

5 Питома витрата солі на регенерацію орієнтовно при дво-ступеневому катіонуванні і жорсткості обробленої води 5101520

100-120120-150170-250275-300

300-400

6 Концентрація регенеративного розчину,% 5-8 8-12

7 Швидкість проходження регенераційного розчину, м/год 3-4 3-5

8

Відмивання катіоніту від продуктів регенерації швидкість проходження відмивальної води через катіоніт, м/годпитома витрата відмивальної води, м3/м2 при завантажен-ні фільтра:сульфовугіллямкатіонітом КУ-2

6-8

56

6-8

68

9 Робоча обмінна ємність катіоніту (сульфовугілля), г-екв/м3 За формулою 250-300

3.4.5 Водень-катіонування води

При пропусканні води через водень-катіонітний фільтр відбувається водень-катіонування, тобто заміна катіонів жорсткості Ca2+ та Mg2+ на катіони водню H+:

Са(HСО3)2+2HR→СaR2+2H2O+2CO2, (3.16)

MgSO4+2HR→MgR2+H2SO4. (3.17)

Для регенерації Н-катіонітних фільтрів застосовується 1,5 %-й розчин сірчаної кислоти:

СaR2+ H2SO4→СaSO4+2HR (3.18)

Водень-катіонування застосовується у водопідготовці промислових котелень і ТЕЦ з метою зниження лужності оброблюваної води і вмісту CO2 в парі, одночасно відбувається часткове знесолення води.

Лужність і вміст CO2 зменшуються за рахунок розкладання іона HCO3 на H2O і CO2 з подальшим вилученням вуглецевого газу в декарбонізаторі. Одночасно утворюється кисле середовище після фільтра, тому Н-катіонування застосовується у сполученні з Na-катіонуванням.

У промисловості поширені схеми обробки води при паралельному Н-Na-катіонуванні, послідовному H-Na-катіонуванні та Н-Na-катіонуванні з “голодною” регенерацією Н-катіонітного фільтра.

18


3.4.6 Послідовне H-Nа-катіонування з “голодною ” регенерацією Н-катіонітних фільтрів

У котельнях харчових виробництв з успіхом застосовується схема H-Na-катіонування з “голодною” регенерацією Н-катіонітних фільтрів (рис.3). Можливість застосування схеми перевіряється за якістю вхідної води за табл. 4, де коефіцієнти K і А характеризують катіонний і аніонний склад води і визначаються за рівняннями:

З22 Ж

NaMgCa

NaK+

++

+

=+

= (3.19)

−−

−

+= 2

4

3

SOClHCOA

(3.20)

При звичайному Н-катіонуванні регенерація фільтра виконується з питомою витратою кислоти в 2,5-3 рази більшою від теоретично потрібно кількості. При “голодній” регенерації Н-катіонітного фільтра питома витрата кислоти H2SO4 дорівнює теоретично потрібній кількості 49 г/г-екв, тому всі іони кислоти реагують у фільтрі, відновлюючи шар катіоніту, і регенераційний розчин на виході із фільтра некислий.

При фільтрації води через шар катіоніту, що відрегенерований “голодною” кількістю кислоти, в верхній частині шару відбуваються звичайні реакції Н-катіонування з утворенням кислот:

Са(HСО3)2+2HR→СaR2+2H2O+2CO2; (3.21)

СaSO4+2HR→СaR2+ H2SO4; (3.22)

MgCl2+2HR→MgR2+2HCl (3.23)

Рис. 3. Схема водень-натрій-катіонування з “голодною” регенерацією водень-катіонітних фільтрів:

1 – Н-катіонітний фільтр з “голодною” регенерацією; 2 – буферний нерегенерувальний фільтр; 3 – декарбонізатор; 4 – бак декарбонізованої води; 5 – вентилятор; 6 – Na-катіонітний фільтр I ступеня; 7 – Na-катіонітний фільтр II ступеня

19

Ці кислоти надходять у нижню невідрегенеровану частину шару катіоніту, де використовуються для його регенерації, при цьому знову відновлюється некарбонатна жорсткість фільтрату:

СaR2+ H2SO4→ СaSO4+2HR (3.24)

MgR2+2HCl → MgCl2+2HR (3.25)

На виході з фільтра отримується некисла вода із зниженою залишковою карбонатною жорсткістю (лужністю) 0,7-1,5 мг-екв/кг і значною кількістю вуглекислоти, яка вилучається в декарбонізаторі.

Як видно із реакцій, некарбонатна жорсткість води Жнк не змінюється, а карбонатна Жк (лужність) зменшується, одночасно зменшується і солевміст води Sоб.в, мг/л:

í ã í ã ç çàëî á.â â.â Ca Mg

61,02(Ë Ë )S S 20,04Æ 12,16Æ

2

−= − − − , (3.26)

)ЛЛ(Ж)ЖЖ(ЖЖ залзззал.ккзнг −−=−−= , (3.27)

де , – кількість солей Ca2+, Mg2+ вилучених на фільтрі, мг-екв/л; Жнг – жорсткість води після Н-катіонітного фільтра з “голодною” регенерацією, мг-екв/л.

Для запобігання “проскоку” кислоти після Н-катіонітового фільтра з “голодною” регенерацією в воду, що надходить на декарбонізатор, після фільтра передбачається встановлення буферних фільтрів із шаром катіоніту до 2 м при швидкості фільтрації до 40 м/год. Буферні фільтри не регенеруються, тільки періодично провадиться їх розпушувальна промивка проясненою водою.

Після декарбонізатора вода проходить двоступеневе Na-катіонування.

Переваги H-Na-катіонування з “голодною” регенерацією фільтра перед іншими схемами з Н-катіонуванням – це зменшення витрати регенераційного розчину до стехіометричної величини і отримання некислих стоків та некислої води після фільтра.

У схемі досягається зменшення карбонатної жорсткості, лужності, солевмісту води і вмісту СО2 в парі.

Основний недолік – коливання лужності вихідної води від 0,7 до 1,5 мг-екв/кг при роботі фільтра.


20


Таблиця 4

Умови застосування Н-катіонування з «голодною» регенерацією

N п/п

Характеристика вхідної води

Робоча обмінна ємність

катіоніту, сульфовугілля,

г-екв/м3

Питома витрата H2SO4 на

регенерацію, г/г-екв

Лужність обробленої

води,мг-екв/л

Примітка

1

Слабомінералізо-вана вода: 0Ј 300 35-40 0,5

При даній характе-ристиці води Нгол за-стосовувати незалеж-но від іонного складу води

2Слабомінералізо-вана вода: 0Ј

до 300 35-45 0,5-0,7Для води даного скла-ду застосування Нгол особливо ефективно

3Вода середньої мінералізації: 0Ј

до 200 45-50 0,7Застосування Нголмож-ливо при збільшенні дози кислоти

4

Вода високої мінералізації: Кі менше 200 50-60 0,7-1,5

Застосування Нгол мож-ливо при застосуванні дози кислоти більшої ніж теоретична

3.4.7 Амоній-натрій-катіонування води

При амоній-катіонуванні відбувається заміна катіонів Ca2+ і Mg2+ на катіон амонію NH4

+:

Сa(НСО3)2+2NH4R→СaR2+2NH4НСО3, (3.28)

MgCl2+2NH4R→MgR2+2 NH4Cl. (3.29)

Амоній-катіонована вода є потенціально кислою, тому що в котлі під впливом високих температур з’єднання амонію розкладаються з утворенням кислоти. Для запобігання кислої реакції котлової води амоній-катіонування сполучається з натрій-катіонуванням.

Бікарбонат натрію після Na-катіонування розкладається в котлі на соду та їдкий натр:

3NaНСО3→Na2CО3+Н2О+2СО2+NaOH. (3.30)

Бікарбонатні солі амонію розкладаються на аміак і вуглекислоту, яка виноситься з парою; а некарбонатні солі – на аміак і мінеральні кислоти:

(NH4)2SO4→2NH3+H2SO4; (3.31)

NH4Cl→NH3+HCl; (3.32)

NH4НСО3→NH3+Н2О+СО2. (3.33)

Зниження лужності в котлі відбувається в результаті нейтралізації мінеральних

21

кислот содою Na2CО3 та їдким натром NaOH:

Na2CО3+ H2SO4→Na2SO4+Н2О+СО2; (3.34)

NaOH+HCl→NaCl+ Н2О. (3.35)

NH4-Na-катіонування виконується за паралельною або сумісною схемами (рис. 4). Більшість водопідготовок цукрових заводів працює за сумісною схемлою.

Рис. 4. Схеми паралельного (а) та сумісного (б) амоній-натрій-катіонування води:

1 – NН4-катіонітний фільтр I ступeня; 2 – NН4-катіонітний фільтр II ступеня;3 – Na-катіонітний фільтр I ступeня; 4 – Na-катіонітний фільтр II ступеня; 5 – змішувач; 6 – сумісний NН4-Na-катіонітний фільтр I ступеня; 7 – сумісний NН4-Na-катіонітний фільтр II ступеня

Частина води X, що надходить на амоній-аніонітні фільтри при паралельному NH4-Na-катіонуванні, або ступінь обміну катіонів жорсткості на амоній при сумісному NH4-Na-катіокатіонів жорсткості на амоній при сумісному NH4-Na-катіонуванні визначаються аналогічно, як і при H-Na-катіонуванні, за рівнянням

(1-X) HCO3- -X Cl-+SO42-+NO3- =Лзал; (3.36)

4

ê çàëNH 2

ê 4 3

(Ë Ë ) 100à XË (Cl SO NO )− − −

− ⋅= =

+ + + (3.37)

де Лк, Лзал — карбонатна і залишкова лужності води, мг-екв/кг.

При практично відсутніх у воді іонах натрію формула спрощується:

4

ê çàëNH 2

ê 4 3

(Ë Ë ) 100à XË (Cl SO NO )− − −

− ⋅= =

+ + +, (3.38)

Жз –загальна жорсткість вхідної води, мг-екв/кг.

Схема сумісного NH4-Na-катіонування застосовується, як правило, при вмісті катіонів натрію у воді

ZNa<(30-35)Жз% і при 40%>Х>90%, (3.39)

де ZNa — вміст натрію у вхідній воді, % до загальної жорсткості:

з

Na ЖNa100Z

+

= . (3.40)


22


Ступінь обміну катіонів Na+ на катіони жорсткості при сумісному NH4-Na-катіонуванні, %, визначається за формулою

4

100 NHNa aa −= (3.41)

де 4NHa , aNa — ступінь обміну катіонів жорсткості на амоній і натрій при сумісному

NH4-Na-катіонуванні або кількість води, що проходить через Na-катіонітні та NH4-катіонітні фільтри, при паралельному NH4-Na-катіонуванні, %.

Регенерація NH4-катіонітних фільтрів виконується 2-3 %-м розчином сульфату амонію:

СaR2+(NH4)2SO4→2NH4R+СaSO4 (3.42)

MgR2+(NH4)2SO4→2NH4R+MgSO4 (3.43)

При сумісному NH4-Na-катіонуванні фільтр регенерується змішаним розчином сульфату амонію та кухонної солі. Концентрація сульфату амонію у воді становить 2-3 %. Кухонну сіль розчиняють у цьому розчині.

Сухий залишок при NH4-Na-катіонуванні, мг/кг, визначається за формулою

[ ]СаMgNa

загзMgСа

NHв.в

NaNH

Ж96,2Ж84,10100а

2ЛЛ02,61Ж16,12Ж04,20

100а

SS 44

++

+

−

−−−=− (3.44)

Застосування схеми NH4-Na-катіонування має такі переваги: не потрібна кислотостійка арматура; відпадає необхідність протикорозійного покриття обладнання і трубопроводів в організації кислотного господарства і нейтралізації стоків; схема знижує лужність до Лзаг=0,3-0,7 мг-екв/л, жорсткість і солевміст води; важливо, що застосування схеми NH4-Na-катіонування частково, а іноді повністю, виключає корозію конденсатопроводів завдяки присутності аміаку в парі.

Недоліки використання схеми NH4-Na-катіонування: можливість аміачної вибіркової корозії для апаратів, деталей із міді та її сплавів; схему не можна застосовувати, якщо пар використовується для системи гарячого водопостачання, відкритих систем теплофікації та технологічних процесів, в яких не допускається наявність аміаку в парі.

3.4.8 Знезалізнення артезіанських вод

В артезіанських водах залізо міститься у вигляді бікарбонату закисного заліза Fe(HCO3)2, і при подачі такої води на Na-катіонітні фільтри іони заліза Fe2+ будуть заміщувати іони натрію.

Концентрація заліза у воді буде зменшуватись, але цей процес не використовується для знезалізнення води, бо кисень повітря, що потрапляє у фільтри, окислює Fe2+ до Fe3+ з утворенням важкорозчинних з’єднань Fe(OH)3, які обгортають зерна катіоніту і зменшують його обмінну ємність.

23

Для знезалізнення артезіанських вод проводиться аерація води – окиснення двовалентного заліза в тривалентне киснем повітря:

232223 CO8)OH(Fe4OH2O)HCO(Fe4 +↓→++ . (3.45)

При окисненні на 1 мг Fe2+ витрачається 0,143 мг О2, одночасно на 1,6 мг/л збільшується кількість СО2 у воді.

При вмісті заліза у воді до 10 мг/л і рН > 6,8 аерація виконується за спрощеною схемою. Повітря подається у трубопровід вхідної води, де і відбувається окиснювання заліза з утворенням нерозчинних сполук Fe(OH)3. Ці сполуки фільтруються при пропусканні води через напірні фільтри, завантажені сульфовугіллям. Стисле повітря подається із розрахунку: на 1г Fe2+ - 2 л повітря.

Для підготовки напірних фільтрів до знезалізнення аерована вода пропускається через фільтри 170-190 год. При цьому на зернах сульфовугілля утворюється плівка гідроокису заліза Fe(OH)3, яка сприяє процесу фільтрації і окисненню Fe2+ до Fe3+. Швидкість фільтрації оброблюваної води становить 5—15 м/год. Промивка фільтра починається при досягненні перепаду тиску на фільтрі до 10 м водяного стовпчика і відбувається з інтенсивністю 4 л/см3 протягом 20-25 хв.

Як напірні фільтри використовуються фільтри другого ступеня Na-катіонування.

При концентрації заліза у воді понад 10 мг/л аерацію виконують в апаратах, подібних декарбонізаторам, з подальшою фільтрацією на напірних фільтрах.

Для вилучення заліза з води іноземні компанії використовують фільтри, завантажені різними фільтрувальними матеріалами, одні з яких виступають як каталізатори процесу окиснення, інші, наприклад цеоліти марганцю, переводять сполуки двовалентного розчиненого у воді заліза у тривалентне, яке осідає на зернах фільтрувального матеріалу і вилучається розпушувальною промивкою.

Компанія “ГідроТехІнжинірінг” використовує для вилучення заліза і марганцю з води марганцевий цеоліт “П’юролайт МZ 10”.

Цеоліт отримується в результаті спеціальної обробки глауконіту – природного матеріалу. Розчинні іони заліза та солі марганцю окиснюються вищими оксидами марганцю на гранулах фільтрувального матеріалу і затримуються у фільтрі.

Безперервний процес роботи фільтра передбачає безперервне дозування розрахункової кількості перманганату калію (KMnO4) або іншого окиснювача у воду перед фільтром для оновлення окислювальної здатності цеоліту.

Робоча швидкість води при концентрації заліза і марганцю у вхідній воді 0,5-5,0 мг-екв/л становить 5-12 м/год. Робоча температура до 40 °С. Якщо використовується тільки KMnO4, то його кількість розраховується за співвідношенням

Mnл

мг2Fe

л

мг1KMnO

л

мг1 4 += . (3.46)

При відсутності дозування окислювальних реагентів після виснаження ємності фільтрувального матеріалу щодо заліза проводиться регенерація 0,3 %-м розчином KMnO4 з дозою 3 г на 1 л цеоліту. Перед регенерацією бажано робити розпушення водою з повітрям. Час проведення операцій розпушування, регенерації, відмивки – близько 1 год.


24


Міжнародну англійську компанію “Jurbi Water Tech international” представляє в Україні фірма “Aqua Hard”, яка пропонує фільтри для очищення води від заліза, завантажені фільтрувальними матеріалами Greensand і Magnofilt. Greensand являє собою природний матеріал на основі цеоліту. Magnofilt – природний матеріал, використовують, як каталізатор окиснення іонів заліза.

Для розпушувальної промивки фільтра використовується повітряно-водяна суміш, що одночасно насичує завантажений матеріал киснем. Продуктивність фільтрів з фільтрувальним матеріалом Magnofilt 1,5-10 м3/год, а з Greensand 2-7 м3/год.

Представником компанії “Culligan” США в Україні виступає фірма “Аква-Люкс”, яка пропонує фільтри типу “Super Іron” для очистки води від заліза і марганцю. Фільтрувальне завантаження Cullsorb14 працює як каталізатор процесу окиснення заліза і не потребує застосування реагентів для регенерації. Регенерація здійснюється стисненим повітрям.

Фірма “Екософт” поставляє фільтри очистки води від заліза, де фільтрувальний матеріал – сорбент Clack Birn, що прискорює процес окиснення заліза і затримує продукти окиснення. Регенерація проводиться протитоком повітряно-водяної суміші. Фільтри пропонуються з продуктивністю 4,5-13,5 м3/год.

3.4.9 Очистка конденсату від продуктів корозії

Конденсат, який повертається від споживачів пари, має становити основу живильної води котельних установок. Це вторинні енергоресурси, використання яких значно зменшує витрату палива. Але часто конденсат забруднюється домішками і потребує очистки.

Вміст продуктів корозії в конденсаті може мати різні значення, але найбільший їх вміст спостерігається в пусковий період після монтажу або зупинки заводу. Очистка конденсату від продуктів корозії необхідна для боротьби з утворенням залізоокисних відкладень на поверхнях нагріву котельної установки. За нормами технологічного проектування для ТЕЦ конденсат, який повертається з виробництва, повинен мати такий склад: загальна жорсткість – не більше 10 мкг/л; продукти корозії в перерахунку на іони металів (Fe, Cu і інші) – не більше 10 мкг/л.

Сполуки заліза в конденсаті можуть бути в різних формах: це завись, колоїдні речовини, молекулярно-дисперсні речовини.

Для очистки конденсату від оксидів заліза можуть використовуватись целюлозні намивні фільтри, що виготовляються Таганрозьким котельним заводом, електромагнітні фільтри, заповнені сталевими кульками, та водень-катіонітні фільтри.

Як катіонітні фільтри використовуються Н-катіонітні фільтри II ступеня з висотою фільтрувального шару 0,8 м. При температурі конденсату до 60 °С у фільтрах можна використовувати сульфовугілля, а при температурі до 100 °С – катіоніт КУ-2-8.

Регенерація катіонітних фільтрів проводиться сірчаною кислотою, її періодичність визначається в процесі експлуатації за наявністю заліза в обробленому конденсаті.

Найбільш проста і поширена схема очистки конденсату від продуктів корозії – це

25

пропуск його через механічні фільтри, завантажені колотим коксом, а потім через катіонітні фільтри (рис. 5).

Рис. 5. Схема знезалізнення конденсату на Н-катіонітних фільтрах: 1 – конденсат з окисами заліза; 2 –дренаж; 3 – Н-катіонітний фільтр; 4 – кислота після насоса; 5 – стиснене повітря; 6 – знезалізнений конденсат; 7 – повітряний ковпак; 8 – насос–дозатор; 9 – мірник кислоти; 10 – подача кислоти.

3.4.10. Зворотній осмос

До барометричних процесів належить зворотний осмос. Основу установки зворотного осмосу становлять напівпроникні мембрани, що пропускають під тиском розчинник (воду) і повністю або частково затримують молекули або іони розчинних речовин. Цей спосіб базується на явищі осмосу – спонтанного проникнення води через напівпроникну мембрану в бік розчину.

Так, якщо посудину розділити напівпроникною мембраною і налити в праву і ліву частину однакову кількість води при рівних тиску і температурі, то рух молекул води через мембрану не відбувається через наявність рівного хімічного потенціалу на обох сторонах мембрани. Якщо в праву частину посудини додати розчинну сіль, то хімічний потенціал води зменшиться, і для його відновлення відбудеться рух молекул води з лівої частини в праву. Цей перехід буде йти до того часу, поки гідростатичний тиск розчину завдяки збільшенню об’єму не досягне певної величини і наступить стан рівноваги. Гідростатичний тиск після встановлення рівноваги еквівалентний осмотичному тиску (рис 6.а).

Якщо в частину посудини з розчином прикласти зовнішній тиск, що перевищує осмотичний, то буде відбуватись зворотний перехід молекул води (рис. 6, б). Цей процес називається зворотним осмосом.

Розчинні у воді солі, важкі метали, органічні речовини та мікроорганізми не здатні проникати через мембрану і вилучаються у вигляді концентрату.


26


a б

Рис. 6. Принципова схема прямого і зворотного осмосу

Для розрахунку осмотичного тиску Вант-Гофф запропонував рівняння

M

CRTiK = (3.47)

де і=1+а – коефіцієнт Вант-Гоффа; а – ступінь дисоціації розчинної речовини; В –універсальна газова стала; Т – абсолютна температура розчину, К; С– концентрація розчиненої речовини; М – маса одного моля розчиненої речовини.

З рівняння Вант-Гоффа випливає, що осмотичний тиск залежить від хімічної природи розчиненої речовини та її концентрації.

Проникність мембрани G, кг/м2-год – це кількість фільтрату V, кг, що отримується з одиниці поверхні Р, м2, за одиницю часу х:

τ=F

VG . (3.48)

Проникність мембрани залежить від складу розчину, зовнішнього тиску та типу мембрани.

Завдяки селективності мембрани в першу чергу проходять через мембрану іони Na+, Cl–, а двовалентні Ca2+, Mg2+, −− 2

324 CO,SO та інші затримуються, що дає змогу

не тільки зменшити солевміст води, але й різко поліпшити її якісний склад, вилучивши іони жорсткості та лугу.

Метод зворотного осмосу використовується для виробництва алкогольних напоїв, пива, напоїв, очистки стічних вод, підготовки води для фармацевтичної промисловості, електронної промисловості, живильної води для котлів. Зворотний осмос – це сучасний технологічний процес очищення води, завдяки якому отримують 6,5 млн м3 води на добу. Для запобігання високих тисків зворотний осмос доцільно застосовувати для розчинів з концентрацією розчинних речовин до 1 г/кг. Застосування технології зворотного осмосу економічно при мінералізації вхідної води вище 300 мг/л. При рівній і меншій мінералізації води конкурентною технологією виступає технологія іонообмінного знесолення.

Зворотноосмотичні мембрани виготовляють із різних матеріалів. Найпоширеніші

27

поліамідні мембрани. Зворотноосмотичний шар товщиною 5-7 мкм наноситься на основу – ультрафільтраційну мембрану товщиною від 100 до 200 мкм, що забезпечує здатність мембрани працювати при високому тиску води.

Мембрани можуть бути плоскі, трубчасті, спіралеподібні (рулонні). Напівпроникні мембрани з внутрішнім сітчастим розділювачом, згорнуті навкруг центрального збірного колектора знесоленої води, утворюють мембранний рулонний елемент. Вода рухається від одного кінця елемента до іншого і, проходячи через зворотноосмотичний шар і ультрафільтраційні пори, виводиться знесоленою через збірний колектор. Концентрат відводиться з протилежної від входу сторони елемента. Мембранні елементи встановлюються в мембранні корпуси. В корпусі може бути один або декілька підключених послідовно мембранних елементів. Корпуси виготовляють із епоксидної смоли і скловолокна, завдяки чому вони мають високу механічну міцність. Внутрішній діаметр виготовляють із поліетилену харчового класу. Це найбільш поширена конструкція рулонних зворотноосмотичних елементів для знесолення води.

Мембранні корпуси об’єднуються в групи, які називаються стадіями концентрування. На кожній стадії концентрування мембранні корпуси включаються паралельно відносно оброблюваного потоку. Число мембранних корпусів на кожній стадії концентрування зменшується у напрямку оброблюваного потоку, частіше у співвідношенні 2:1.

Для кожної зворотноосмотичної установки кількість стадій концентрування залежить від виходу обробленої води, її якості та кількості мембранних елементів в корпусі. Вихід води на кожному мембранному елементі менше за 10-12 % від кількості води, що надходить.

На роботу мембранних елементів впливають такі фактори: склад розчинних речовин у воді, що надходить; температура води; тиск; вихід обробленої води (перміату); рН середовища.

Осмотичний тиск залежить від концентрації солей і органічних речовин у воді, що обробляється. Тому при збільшенні солевмісту у воді продуктивність мембрани та її селективність зменшуються.

Мембрани дуже чутливі до зміни температури. З підвищенням температури прискорюються процеси дифузії, і проникність мембрани лінійно збільшується. Тому селективність падає, а продуктивність зростає.

Зворотноосмотичні мембрани не є непроникним бар’єром для солей. З підвищенням тиску лінійно збільшується поток води через мембрану, а кількість солей в перміаті збільшується до певної межі.

При збільшенні виходу перміату, за постійного вхідного тиску, концентрація солей у концентраті збільшується, що призводить до збільшення осмотичного тиску. Сила зворотного осмосу зменшується, і кількість обробленої води в результаті зменшується.

Вибір рН оброблюваної води головним чином пов’язаний із запобіганням утворення відкладень мінеральних солей на мембрані. Тонкошарові мембрани можуть експлуатуватись у межах рН від 2-11.


28


Наявність активного хлору у вхідній воді призводить до руйнування мембранних елементів.

Установка зворотного осмосу розміщується в опалювальному приміщенні з температурою повітря не нижче +5 °С й бажано не вище +25 °С і працює в трьох основних режимах:

• режим знесолення води;• режим промивки мембранних модулів скидом тиску (швидка промивка);• режим регенерації мембранних модулей.

При зупинці установки від 1 до 12 год необхідне заповнення корпусів зворотного осмосу перміатом, а при зупинці понад 12 год і до 3 діб – 2%-м розчином метабісульфату натрію. При довгострокових перервах у роботі установку ставлять на консервацію.

Налагодження роботи системи включає встановлення потрібного тиску води перед мембранними корпусами для забезпечення необхідного співвідношення між знесоленою водою і кількістю засоленої води (концентрату).

Режим промивки мембранних модулів зі скидом тиску (швидка промивка) призначений для видалення з поверхні мембран колоїдних осадів. Збільшується швидкість потоку води вздовж мембранних елементів, і за рахунок турбулентних потоків відбувається змив осаду. Частота промивки 3-5 разів за годину.Під час роботи установки накопичується осад на поверхні мембран, що призводить до зниження їх продуктивності. Зменшення виходу перміату при р=const і t=const на 10-15 % зумовлює необхідність промивки мембран за допомогою реагентів. Розроблені ефективні реагенти для хімічної промивки мембран, для відновлення їхньої пропускної спроможності. Антискаланти, що запобігають утворенню твердих відкладень, пропонуються фірмами разом з установками зворотного осмосу. Для хімічної промивки можна використовувати звичайні широкодоступні реагенти. Так, відкладення карбонату кальцію та гідроксидів інших металів видаляються розчином лимонної кислоти (2 %) або соляної (0,2 %), неорганічні колоїди — розчином NаОН (0,1 %) з добавкою миючих речовин — алкисульфонатів. Біоплівка, ор¬ганічні відкладення та силікати вилучаються 0,1 %-м розчином NaOH з добавкою трилону Б. Дезинфекцію мембран можливо виконувати 0,5—2 %-м розчином формаліну. Допускається дезінфекція та консервація 1—2 %-м розчином метабісульфіту натрію (Na2S2O3). Всі промиваючі розчини готуються на пермілаті з температурою не більше 30 °С. Хімічна промивка проводиться в середньому 1 раз на місяць.Зворотний осмос має ряд переваг над іншими методами знесолення води: відсутні фазові переходи при виділенні домішок, що дозволяє при мінімальній витраті електроенергії здійснювати процес знесолення води; процес можна проводити при низькій температурі; процес має безперервний характер і проходить без або з незначною добавкою реагентів; апарати не мають рухомих частин; установка повністю автоматизована; високий безреагентний ступінь очистки води.Під час процесів зворотного осмосу з води вилучається 80-99 % солей і 99% бактерій залежно від складу води та типу мембрани.Порівняно зі способом дистиляції витрата електроенергії в зворотному процесі в 10-15 разів нижча.

29

До недоліків зворотного осмосу треба віднести: значний робочий тиск перед мембраною; якісне очищення води від завислих речовин, колоїдних частинок, мікроорганізмів та малорозчинних сполук; строк роботи мембрани 3-4 роки; явище концентраційної поляризації, що полягає у значному збільшенні концентрації розчинної величини у примембранному шарі порівняно з концентрацією цих речовин у об’ємі.

На рис. 7 подано запропоновану ТОВ “Аква-Люкс” схему підготовки води для компанії “Неміров”. Все обладнання виробництва «Culligan» США. Вхідна вода перед подачею в ємність 1 проходить стадію попереднього хлорування за допомогою насоса-дозатора Ваsіс, який подає розчин гіпохлориту натрію (NаСlO) з ємності 2 безпосередньо в трубопровід. Із ємності 1 вода групою насосів 3 подається в систему фільтрації 4 типу Ні-Flo9UF72, де вилучаються завислі речовини розміром до 10 мкн. Тиск на насосах 0,3 МПа. Фільтри-прояснювачі використовують два фільтруючі мінерали (особливий вид антрациту та кварцовий пісок). Після фільтрації вода проходить систему зм’якшення, яка вилучає солі кальцію та магнію і заміщує їх на солі натрію. Фільтри 5 завантажені смолою “Сullех” високої обмінної здатності (18 гр Са+2 на 1 л смоли).

Рис. 7. Принципова схема підготовки води для компанії “Неміров”:

1 – ємність збирання води; 2 – попереднє хлорування; 3 – насоси підвищеного тиску; 4 – фільтри-прояснювачі; 5 – Nа-катіонітні фільтри; 6 – фільтри з активованим вугіллям; 7 – фільтри мікрофільтрації; 8 – установки зворотного осмосу; 9 – блок регенерації мембран; 10 – бак знесоленої води, 11– установка ультрафіолету; 12 – установка мікрофільтрації

Система складається з чотирьох фільтрів типу ULTRA LINE і повністю автома-тизована. Два фільтри перебувають у робочому стані, а два – в резерві або на ре-генерації. Після зм’якшення вода надходить на фільтри 6 типу Ні-Flo9UR72, які завантажені активованим вугіллям для вилучення хлору та адсорбції органічних домішок. Після фільтрів вода проходить установку фільтрації 7 (ступінь очистки – 5 мкн) і подається в систему зворотного осмосу 8.


30


Система зворотного осмосу 8 складається із двох зворотноосмотичних установок IW26. Система включає насоси високого тиску, осмотичні модулі, обладнання для регенерації мембран 9, систему промивки і очистки, фільтрувальний картридж і блок регулювання. Фільтруючий картридж вилучає дрібні частинки (5 мкн) із води, захищаючи електронасос і мембрани від забруднення. Матеріал мембран – тонкоплівковий композит рулонного типу, максимальний робочий тиск 2 МПа, робоча температура води 0-45 °С. Два потоки змішуються в ємності 10, звідки після проходження через ультрафіолетовий пристрій 11, де вода знезаражується, і систему мікрофільтрації 12 (ступінь очистки–2мкн) після якої вода використовується на технологічні потреби.

На ринку України працює ряд компаній, які пропонують установки зворотного осмосу.

Компанія «Ecosoft» поставляє системи ECOSOFT MO MIDI і MAXІ – це серія промислових модульних зворотноосмотичних установок продуктивністю від 1 до 24 м3/год. Ці системи застосовуються при підготовці живильної води для парових котлів, виробництва напоїв, для фармацевтичного виробництва та ін. Системи впроваджені на заводах “Росинка” (м. Київ), “Союз-Віктан” (м. Сімферополь), пивзаводах “Рогань” (м. Ніжин), “Оболонь” (м. Київ) та ін. Установки базуються на мембранах Filmtek виробництва компанії DOW CHEMICAL (США). Ці мембрани мають високу селективність і стійкість до хімічних промивок. Серія MO MIDI пропонується з продуктивністю 1-2 м3/год при тиску 0,8-1 МПа, вихід перміату становить до 75 %; серія МО МАХІ – з продуктивністю 3,0-24 м3/год при тиску 1-1,4 МПа, вихід перміату становить до 85 %.

Компанія “Аква-Люкс” працює на обладнанні міжнародної компанії «Culligan» США, має представників у багатьох регіонах України. Компанією Culligan випускаються такі модифікації установок зворотного осмосу: Aqua-clur E продуктивністю 180-350 л/год; Aqua-clur MFP – 500-3500; Aqua-clur IW – 5000- 30000; Aqua-clur IWE – 5000-35000; Aqua-clur RO2 продуктив-ністю 500-2000 л/год.

В установках цих серій використовуються спіралеподібні поліамідні мембрани, спроможні знесолювати воду з загальним солевмістом до 3000 мг/л і вилучати із води до 99 % розчинних солей, колоїдних домішок, розчинних органічних сполук і вірусів.

Українсько-російське ТОВ “ГідроТехІнжинірінг” є частиною міжнародної групи компаній «Water Group» і пропонує зворотно-осмотичні системи очистки води продуктивністю від 0,2 м3/год до 45 м3/год. Компанія пропонує технологію мембранної дегазації для вилучення з води вуглекислого газу (СО2) і кисню (О2).

Компанія “Джурбі Вотер Тех” (Лондон, Велика Британія) має відділення на Україні. Компанія пропонує установки зворотного осмосу Jurby Flow для очистки слабосолоної води з продуктивністю від 1,5 м3/год до 45 м3/год, з робочим тиском 1,3-1,6 МПа, з виходом перміату 75-80 % (залежно від кількості оброблюваної води). Селективність за NаСІ 95-98 % (дані наведені при солевмісті 500 мг/л і температурі води, що обробляється, 10 °С).

Кожна система водопідготовки в кожному окремому випадку є індивідуальною. Це пов’язано з різним вмістом тих чи інших домішок у воді, які можуть

31

суттєво вплинути на роботоздатність усієї системи, а також особливістю якості технологічної води того чи іншого підприємства.

Компанії пропонують проектування нових та реконструкцію існуючих систем підготовки води, поставку обладнання, шеф-монтаж, пуск, наладку, сервісне обслуговування, навчання обслуговуючого персоналу.

3.4.11. Хімічна деаерація води

Деаерація води – це вилучення із води агресивних газів (O2 і CO2), що зумовлюють процес корозії металів. Деаерація води може бути хімічною і термічною.

Хімічна деаерація дешевше і простіше за вакуумну деаерацію і останнім часом широко застосовується для підготовки живильної води для водогрійних котлів і підживильної води для теплових мереж.

При хімічному знекисненню води сульфіт натрію дозують у воду, де він вступає в хімічну реакцію з розчиненим у воді киснем.

Na2SO3+1/2O2=Na2SO4 (3.49)

Його витрата визначається за формулою:

.p.чP

)KC8(100G

+= , (3.50)

де С—кількість кисню у воді, г/м3;К – надлишок реагенту, г/м3; Рч.р.- відсоток хімічно чистої речовини у технічному сульфіті натрію, %.

Розчинність кисню у воді збільшується з пониженням температури, і при кімнатній температурі складає 4-5 мг/л. Таким чином при застосуванні даного реагенту, при відсутності підігріву води, його витрата повинна бути не менше 40 мг/л обробляємої води в перерахунку на 100% сульфіт натрію.

Недоліки сульфіт натрію пов’язані з недостатньою швидкістю реакції його з киснем. Швидкість реакції залежить від температури води і надлишку реагенту. Для усунення цих недоліків використовуються модифіковані розчини сульфіт натрію каталізовані солями кобальту та міді – метабісульфіт та гіпосульфіт натрію. Надходження у воду каталізаторів (кобальту та міді) можуть викликати електрохімічну корозію поверхонь нагріву та значно збільшують вартість розчину в порівнянні з монорозчином[4].

Більш раціональним з технічно-економічної точки зору є нова технологія хімічної деаерації води монорозчином сульфіт натрію в стехіометричній кількості концентрацією 10-15% з подальшою фільтрацією через Redox-K фільтр. Фільтр використовується як каталізатор реакції кисню сульфітом натрію (4). Фільтр завантажений зернистим каталітичним фільтруючим матеріалом – редокситом.

Редоксит – це органічно-мінеральне з’єднання, що виготовляється на базі катіоніту КУ2-8. У форму катіоніта вводяться і закріплюються на поверхні зерен іони заліза із змінною валентністю. Редоксит має високу ємність за киснем 3500 мг-екв/кг і максимальну робочу температуру 120°С [3].

Виробничі дослідження показали, що вилучення кисню на поверхні зернистого матеріалу каталізатора відбувається за 2-3 секунди. Одночасно, редоксит


32


виступає як оновлювач при недостачі сульфіту натрія у воді, і як відновлювач при надлишку,що стабілізує процес підготовки води при різному коливанні її витрати.

RFeOH+1/2O2+H2O→2RFe(OH)2 (3.51)

2RFe(OH)2+Na2SO3→2RFeOH+Na2SO4+H2O (3.52)

Концентрація кисню у воді знижувалась після Redox-K фільтра до 10-30 мкг/л при допустимій нормі для теплових мереж 50 мкг/л.

На рис.8 представлена принципова технологічна схема хімічної деаерації води з Redox-K фільтром.

Пом’якшена вода з баку 1 насосом 2 проходить через Redox-K фільтр 8 і подається в теплову мережу 9. Із збільшення опору шару редоксита Redox-K фільтра вспушується потоком пом’якшеної води з низу в гору 10. При вспушуванні фільтру для підживлювання теплової мережі вода подається через бойпасний трубопровід 6.

Рис 8. Схема установки каталітичного фільтра.

1 – бак запасу пом’якшеної води, 2 – підживильні насоси, 3 – бак для приготування розчину сульфіт натрію, 4 – насос дозатор, 5 – рециркуляційній насос, 6 – байпасна лінія, 7 – лічильник, 8 – Redox-K фільтр, 9 – подача води до теплової мережі, до котла.

3.4.12. Термічна деаерація води

Найбільш ефективний і поширений в енергетиці метод вилучення агресивних газів з води – термічна деаерація.

Метод базується на законі Генрі, згідно з яким концентрація газу, розчиненого у воді, пропорційна його парціальному тиску над поверхнею води:

33

G = kp, (3.53)

де G – кількість розчиненого у воді газу, мг/кг; k – коефіцієнт розчинності газу у воді, мг/кг Па, або мг/(кг мм рт. ст.), коефіцієнт залежить від температури води і при її підвищенні зменшується; p – парціальний тиск газу над поверхнею води, Па, або мм рт. ст.

При кипінні води простір над водою буде заповнений водяними парами і теоретично кількість кисню у воді має дорівнювати нулю. Тому основна умова ефективної термічної деаерації – це кипіння води при даному тиску.

Згідно з законом масообміну кількість вилученого газу пропорційна сумарній поверхні розділу між парою та водою:

G = kмFΔp, (3.54)

де kм – коефіцієнт масообміну, кг/(м2 с • Па), або кг/(м2•с мм рт.ст.); F – сумарна поверхня розділу між фазами, м2; Δp – різниця парціальних тисків газу в граничному шарі над водою і в паро-газовому об’ємі деаераційної колонки, Па, або мм рт.ст.

Для збільшення поверхні контакту між парою та водою у колонці деаератора встановлюють тарілки з отворами, які розбивають потік води на краплини, струмочки.

Для ефективної деаерації необхідна добра вентиляція парового простору в баку-акумуляторі та колонці деаератора і час перебування води в баку-акумуляторі має бути не менше 30 хв. За цей час бікарбонат натрію, що надходить в деаератор з хімічно очищеною водою після Na-катіонування, розкладається приблизно на 40-50 % з утворенням вуглекислого газу відповідно за рівнянням:

↑++→ 22323 COOHCONaNaHCO2 (3.55)

Вуглекислий газ із води вилучається завдяки подачі пари в барботажний пристрій.

Деаератори поділяються на вакуумні, атмосферні та підвищеного тиску:

1. Вакуумні деаератори – ДВ, працюють під тиском 0,0075-0,05 МПа при температурі води 40-80°С, вміст залишкового кисню становить до 50 мкг/л.

2. Атмосферні деаератори – ДА, працюють під тиском 0,12 МПа при температурі води 104 С, вміст залишкового кисню становить 20-30 мкг/л.

3. Деаератори підвищеного тиску – ДП, працюють під надлишковим тиском 0,6-0,8 МПа, вміст залишкового кисню – 10 мкг/л.

У котельнях підприємств харчової промисловості в основному застосовуються атмосферні деаератори. Конструктивна схема такого деаератора подана на рис. 9.


34


5

12

14 15

17 14 18

13

Рис.9. Принципова схема деаератора атмосферного типу:

1 – подача конденсату; 2 – повернення забрудненого конденсату на завод; 3 –подача обробленої води; 4 – гідрозатвор; 5 – тарілки з отворами; 6 – деаераційна колонка; 7 – відвод випару; 8 – охолодник випару; 9 – клапан регулятора рівня води в деаераторі; 10 – подача хімічно очищеної води; 11 – пара із сепаратору безперервної продувки; 12 – пара із РОУ; 13 – водовказівна колонка 14 – перегородки; 15 – лінія зв’язку з резервним деаератором; 16 – вода на живильні насоси; 17 – барботажний пристрій; 18 – поплавок; 19 – бак-акумулятор; 20 – вертикальні перегородки.

Деаератор складається із деаераційної колонки 6 з тарілками 5, де вилучається кисень із води, і бака-акумулятора 19, де міститься деаерована вода, з якої вилуча-ється CO2. В колонці деаератора (див. рис. 10) розміщені тарілочки 5 з отворами, через які струмочками тече донизу вода назустріч парі. Струмочки перетинають потік пари, швидко прогріваються; і вода закипає. Це основна вимога для вилу-чення кисню. На верхню тарілочку надходить конденсат із виробництва по лінії 1 і вода із ХВО по лінії 10, які перемішуються і перетікають через перегородку 20 у відділ з отворами.

Перегородка 20 фіксує рівень води на тарілці. Якщо конденсат має температуру більше 105°С, його направляють на нижню тарілку, де відбувається самовипаро-вування конденсату. Пара використовується для нагрівання води. Неякісний кон-денсат повертають на завод по лінії 2. Випар з деаератора (O2, CO2 і водяна пара) використовують для підігрівання хімічно очищеної води в охолоднику випару 8.

Після охолодника випару несконденсовані гази направляються в атмосферу. Ви-пар із деаератора має становити десь менше 1,5 кг на тонну деаерованої води і може безпосередньо відводитись в атмосферу по лінії 7.

Рівень в деаераторі фіксується за водовказівною колонкою 13 і підтримується за допомогою поплавка 18, який подає імпульс на клапан 9 регулятора подачі води із ХВО. Патрубком 12 в деаератор подається пара після редукційно-охолоджуючої установки (РОУ) з тиском 0,12-0,3 МПа. Пара використовується для вентиляції парового об’єму деаератора і для доведення температури води до стану кипіння. Кількість пари визначається розрахунком теплового балансу деаераційної уста-новки.

Недогрівання води в деаераторі тільки на 1 °С до температури кипіння різко збіль-

35

шує кількість кисню в деаерованій воді. Тому вода, що поступає в ДА, має недо-гріватися до температури кипіння не нижче 10-30 °С. Для вилучення CO2 із води в баку-акумуляторі розміщують барботажний пристрій 17 (з отворами вгорі), куди подається пара по лінії 11 із сепаратора безперервної продувки в кількості 20-30 кг/т деаерованої води. Для проходу води над барботажним пристроєм використо-вуються перегородки 14. В деаераторну колонку надходять конденсат і вода після ХВО, а живильна вода відводиться по лінії 16 із бака-акумулятора на живильні насоси.

В котельні встановлюють переважно один деаератор з байпасом, а якщо в деаера-тор котельні (ТЕЦ) можливе попадання забрудненого конденсату, то встановлю-ють два деаератори: один робочий, а другий резервний; вони з’єднуються по воді (лінія 15) і по парі.

Для захисту деаератора від руйнування на ДА встановлюють гідрозатвор 4, зали-тий водою. При утворенні в деаераторі тиску, вода із гідрозатвора витискується в дренаж, а при утворенні вакууму вода із гідрозатвора всмоктується в деаератор. Гідрозатвор сполучається з атмосферним середовищем, і в деаераторі встановлю-ється атмосферний тиск. Потім вручну по лінії 3 гідрозатвор заливається водою. Деаератор встановлюють на висоті, яка забезпечує відсутність кавітації – кипіння води на живильних насосах.

У конденсатах сокових парів цукрових заводів кількість кисню перебуває в межах 3-10 мкг/кг, тому виробничі конденсати не потребують деаерації води. При кон-денсатному режимі роботи парових котлів пара на ДА не подається.

Згідно з Держстандартом для групи парових котлів, працюючих на високосірча-стому паливі, температура живильної води має бути не нижчою за 145 °С, тому для цукрових заводів, працюючих на високосірчастих мазутах, доцільно встановлюва-ти деаератори підвищеного тиску і подавати на них конденсат з температурою близько 124 °С після першого корпусу випарки без його охолодження в конденсат-ній схемі заводу. Установка ДП забезпечить економію пари і, головне, збільшить строк роботи економайзерів парових котлів й дасть можливість відмовитись від підігрівників високого тиску.

При подачі на цукровому заводі на ДА зм’якшеної води понад 25 % від загальної кількості води, крім її нагріву в деаераторі, необхідно застосовувати її підігрів в поверхневих теплообмінниках так, щоб загальна температура потоку води перед деаератором була на рівні 90 °С.

В деаераторах старого типу, де відсутні барботажні пристрої, встановлюють бар-ботери – дірчасті труби для подачі пари в кожній частині бака деаератора, але вище за устя водозабірних труб.

У разі відсутності пари в котельні (водогрійні котельні) для термічної деаерації води використовують вакуумний деаератор типу ДВ, конструктивна схема якого подана на рис. 10. Бак-акумулятор може розміщуватись окремо значно нижче від колонки 4. Замість ежектора 1 можливе використання вакуум-насоса.

Вилучення агресивних газів в ДВ відбувається за рахунок самовипаровування хі-мічно очищеної води, яка надходить на тарілки в деаераційну колонку 4 перегрі-тою відносно тиску в деаераторі.


36


Для підігріву хімічно очищеної води, що надходить по лінії 10, використовується теплота випару з деаератора в охолоднику випару 3, та теплота зворотної та прямої води теплових мереж в секційних підігрівниках 6. В деяких котельнях підігрів води із ХВО зворотною водою не використовується.

Для забезпечення вакууму в деаераторі застосовується водяний ежектор 1, на який постійно подається вода з бака 2 насосами 11. Ежектор засмоктує неконденсовані гази із охолодника випару 3, які з водою знову надходять у бак 2, де і виділяються в атмосферу.

Із бака-акумулятора 5 деаерована вода підживлювальними насосами 9 подається в теплову мережу для підтримання в ній постійного тиску.

Недоліки вакуумних деаераторів:1. знижується ефект вилучення вуглекислоти, тому що при вакуумі повільніше

розкладається бікарбонат натрію NaHCO3, який утворюється після Na-катіонування води;

2. для вилучення кисню при вакуумі випар має бути в 2—3 рази більший порівняно з випаром атмосферного деаератора, що збільшує металоємність деаераторної колонки. Для вилучення випару необхідно витрачати електроенергію;

3. необхідно охолоджувати воду, яка подається в бак 2 після ежектора.

Переваги вакуумних деаераторів: вакуумні деаератори працюють при температурі нижче 100 °С, що виключає витрату пари на процес деаерації порівняно з деаераторами атмосферного типу.

Науково-виробниче підприємство “Мегават-М”, що працює на Україні, поставляє вакуумно-деаераційні установки типу ВДПУ продуктивністю 0,5-25 т/год.

Рис. 10. Принципова схема вакуумної деаерації:1 – водяний ежектор; 2 – бак для ежектора; 3 – охолодник випару; 4 – деаераційна колонка; 5 – бак-

37

акумулятор; 6 – секційні підігрівники; 7 – пряма вода з теплової мережі; 8 – зворотна вода з теплової мережі; 9 – підживлювальні насоси; 10 – лінія подачі хімічно очищеної води; 11 – насоси для ежектора

3.5 ВИБІР РАЦІОНАЛЬНОЇ СХЕМИ ОБРОБКИ ВОДИ

Вибір схеми обробки води виконується залежно від якості вхідної води, типу та конструкції парових котлів, вимог споживачів до обробленої води, санітарних норм і правил техніко-економічних розрахунків. Для правильного вибору схеми обробки води необхідно мати такі дані:

1. Аналізи води джерела водопостачання відповідно до рекомендацій, викладених у підрозділі 1.3.

2. Кількість поверненого конденсату та його якість.3. Вимоги споживача до кількості та якості обробленої води (ДСТУ, ДНБ та ін.)4. Технічна характеристика котлів, вид палива.

При виборі схеми обробки води рекомендується застосовувати методики, що виключають використання агресивних реагентів, які потребують наявності спеціального антикорозійного захисту обладнання, трубопроводів, арматури та нейтралізації стічних вод. Вибір схеми обов’язково має ув’язуватись з вирішенням завдань із захисту навколишнього середовища.

Для цукрових заводів і більшості інших підприємств харчової промисловості як вхідну воду використовують поверхневі води озер, річок та водоймищ. Стосовно поверхневих вод необхідне вилучення грубо- та колоїдно-дисперсних домішок.

Методи й обладнання для прояснення вхідної води, що вибираються в залежності від характеру та кількості забруднень, наведені в табл.5.

Таблиця 5

Методи й обладнання для прояснення вхідної води

Показники вхідної води Методи обробки Основнеобладнання

Завислі речовини до 50 мг/кг, окисність

< 15 мг/л 02Фільтрація Фільтри-прояснювачі (механічні). Висота

шару фільтрувального матеріалу НшЈ

Завислі речовини До 100 мг/кг Фільтрація Фільтри прояснювальні з шаровим

завантаженням: антрацит -

Завислі речовини понад 100 мг/кг, окисність >15 мг/л О2

Коагуляція в прояснювачі, фільтрація

Прояснювачі для коагуляції з подальшою фільтрацією на одношарових механічних фільтрах

Поверхневі води, що потребують коагуляції та вилучення колоїдного заліза

Коагуляція в прояснювачі, фільтрація

Прояснювачі для коагуляції з подальшою фільтрацією на одношарових механічних фільтрах

Такі води, як артезіанська, із комунального питного водопроводу не потребують коагуляції та освітлення і безпосередньо подаються на іонітні фільтри.


38


При підготовці води для промислових котелень низьких параметрів поверхневі води можуть освітлюватись простим фільтруванням у широкому діапазоні зміни кількості завислих речовин.

Для котлів середнього тиску з наявністю завислих частинок у паводковий період ( 200мг/л) рекомендується застосовувати схему прямотечійної коагуляції в малогабаритних пластівцеутворювачах з подальшою фільтрацією на механічних фільтрах.

Ця схема застосовується для обробки поверхневих вод при окисності води понад 15 мг/л О2 (наявність колоїдно-дисперсних домішок) для промислових котелень і ТЕЦ.

Якщо для обробки поверхневих вод застосовується вапняне молоко, то коагуляція виконується разом з вапнуванням води в прояснювачі-відстійнику.

Природні води з малою загальною лужністю (менше 2 мг-екв/кг) для парогенераторів низького та середнього тиску можуть зм’якшуватись шляхом натрій-катіонування без зміни лужності. Якщо вхідна вода має підвищену загальну лужність (понад 2 мг-екв/кг), то визначальним критерієм вибору схеми обробки води виступають значення таких величин воднохімічного режиму: продувки, відносної лужності котлової води та концентрації вуглекислоти в парі. Підбір схеми зм’якшення води починається з перевірки за наведеними вище показниками допустимості застосування найпростішої схеми. Це Na-катіонування.

Продувку котлів за сухим залишком %, визначають за формулою

,SS

100SP

в.обв.к

в.об

α−α

= (3.56)

де α – сумарні втрати пари і конденсату в частинах від паропродуктивності котельні; Sоб.в – сухий залишок обробленої води, мг/кг; Sк.в – сухий залишок котлової води, мг/кг, береться за паспортними даними заводу-виробника.

Згідно з даними ЦКТІ котли з тиском до 1,4 МПа мають працювати з продувкою не вище 10% при сухому залишку живильної води до 500 мг/л. Практично при тиску 1,4–2,4 МПа продувка має бути не вище 7%; при тиску 2,4–4 МПа – 5% від продуктивності котлів. Якщо продувка перевищує допустиму, застосовуються схеми обробки води, що знижують значення сухого залишка.

Відносна лужність котлової води Лвідн.к.в %, дорівнює відносній лужності обробленої води Лвідн.об.в (розбавлення конденсатом і концентрація солей в котлі не змінюють відносної лужності), і визначається за формулою:

в.об

в.обв.об.віднв.к.відн S

100Л40ЛЛ == (3.57)

де Лоб.в – лужність обробленої води, мг-екв/кг; Sоб.в. – сухий залишок обробленої води, мг/л; 40 – еквівалентна маса NaOH , мг/мг-екв.

Для Na-катіонних установок Лоб.в, %, дорівнює лужності вхідної води; для схем з коагуляцією та Na-катіонуванням – лужності вхідної води Лв мінус доза використаного коагулянта

39

Alв.вв.об КЛЛ −= , (3.58)

де KAl – доза використаного коагулянта Al2(SO4)3, мг/л.

Зростання відносної лужності котлової води вище нормованих меж може зумовити міжкристалічну корозію (каустичну крихкість).

Відповідно до РТМ ЦКТІ 108.030.114–77 відносна лужність котлової води має бути:

при наявності заклепувальних з’єднань – не більше 20 %;при наявності вальцювальних з’єднань – не більше 50 %;при наявності тільки зварних з’єднань – не нормується.

При значенні величини відносної лужності більше за допустимі норми використовують схеми, що знижують лужність вхідної води. Для боротьби з міжкристалічною корозією необхідно передбачити для вод з 50 %>Лвідн.к.в.>20 % обробку води за схемою Na-катіонування з дозуванням нітратів NaNO3 або додаванням аналогічних пасиваторів у оброблювану воду.

Допустима наявність вуглекислоти в парі (CO2) береться відповідно ГОСТ 20995–75* * залежно від умов використання пари споживачами. При розгалуженій системі споживачів пари вміст вуглекислоти в парі має не перевищувати 20 мг/кг [6].

При централізованому використанні пари і обов’язковій надійній вентиляції парових об’ємів паровикористовувального обладнання допускається наявність вуглекислоти в парі до 100 мг/кг.

Концентрація вуглекислоти, мг/кг в парі при деаерації живильної води і наявності барботажного пристрою в баку-акумуляторі визначається за формулою

),(Л22CO 1в.обв.об2 α+αα= (3.59)

де Лоб.в – лужність обробленої води (бікарбонатна), мг-екв/кг; αоб.в – частина обробленої води в живильній воді; α1 – частина розкладання з’єднань NaHCO3 в котлі (60 % розкладається в барботажному деаераторі і вилучається з випаром); α – частина розкладання Na2CO3 в котлі, у частках одиниці, визначається за графіком (рис. 11).

Концентрація вуглекислоти, мг/кг, в парі при використанні деаераторів ДА (без барботажного пристрою) визначається за формулою

)1(Л22CO в.обв.об2 α+α= (3.60)

Якщо один із вищезазначених показників водно-хімічного режиму не відповідає нормам, то замість найпростішої схеми Na-катіонування беруть іншу схему, яка зменшує величину продувки, відносної лужності та СO2 в парі.


40


Рис. 11. Залежність розкладання Na2CO3 від тиску в котлі

3.6 КОМПОНУВАННЯ ОБЛАДНАННЯ УСТАНОВОК ВОДОПІДГОТОВКИ

Обладнання водопідготовчих установок ТЕЦ і котелень промислових підприємств здебільшого розміщується в будівлі ТЕЦ, котельні, інколи в добудованих або в окремих приміщеннях при значній витраті хімічно обробленої води.

При розміщенні водопідготовки в приміщенні ТЕЦ відпадає необхідність у побудові для ХВО спеціальних побутових приміщень, скорочується довжина з’єднувальних трубопроводів і з’являється можливість скорочення обслуговуючого персоналу водопідготовки, оскільки використовується персонал котельні, особливо для установок малої потужності. Однак при цьому складно вирішується питання її розширення та доставки реагентів. Окреме приміщення водопідготовки має бути одноповерховим.

При проектуванні приміщень ХВО необхідно передбачати використання збірного залізобетону (крок між колонами 6 або 12 м).

Компонування обладнання вирішується з урахуванням можливості подальшого підвищення продуктивності ХВО, зручного розміщення обладнання для обслуговуючого персоналу і виконання ремонтних робіт з дотриманням норм і правил техніки безпеки. Бажано розміщувати обладнання відповідно до технологічної схеми обробки води. Відстань між фільтрами і стіною має бути не менше 500 мм, а вільний прохід між сусідніми фільтрами після монтажу трубопроводів – не менше 700 мм. При наявності вільного проходу із задньої сторони фільтрів, цю відстань можливо скоротити до 300 мм. При розміщенні фільтрів фронтами, один до одного, ширина коридору, що утворився (в просвіті), має бути не менше 2000 мм.

Для скорочення комунікацій складське господарство повинно розміщуватись

41

максимально наближено до ХВО і за можливості ізольовано від фільтрувального відділення. Для вапняного господарства ці вимоги обов’язкові.

Громіздке обладнання – прояснювачі-декантатори, декарбоні затори, баки освіт-лювальної води, резервуари мокрого зберігання солі, ємності резервної хімочище-ної води тощо розміщуються зовні приміщення із застосуванням у разі необхідно-сті теплової ізоляції та обігрівання в зимовий період. При розміщенні прояснюва-чів-декантаторів зовні будівлі приміщення під ними з’єднують теплим коридором, а зверху влаштовують теплу надбудову.

Фосфати рекомендується зберігати в складі водопідготовки і там розміщувати мішалку та насос для приготування розчину й подачі його у витратні баки котельні.

Сіль необхідно зберігати в залізобетонних резервуарах мокрого зберігання солі. Сульфат амонію зберігають, як і сіль, у залізобетонних резервуарах у мокрому стані. Баки, бутлі для зберігання сірчаної кислоти та їдкого натру необхідно розміщувати в ізольованому закритому приміщенні, що обігрівається.

Опалення в складах сірчаної кислоти необхідно розраховувати на температуру в приміщенні ≥+5 °С. Під баками для зберігання сірчаної кислоти влаштовується піддон, облицьований кислотостійкою плиткою на випадок витоку кислоти, тому що концентрована сірчана кислота – 87% Н2SO4 – замерзає вже при +4,1 °С.

3.7. ЕКСПЛУАТАЦІЯ ІОНІТНИХ ФІЛЬТРІВ.

Експлуатація іонітних фільтрів зводиться до послідовного виконання наступних операцій: розпушення, регенерація, відмивка, обробка води. Мета – забезпечити максимальну робочу обмінну ємність фільтра при мінімальній витраті кількості регенераційного розчину.

Для цього розпушення можна проводити відмивочною водою, зібраною при попередній регенерації фільтра. Перші порції відмивочної води направляють у дренаж, а інші в бак відмивочної води. Інтенсивність розпушувальної промивки залежить від виду іоніта, діаметра його зерен і визначається в процесі експлуатації. Для органічних іонітів ця інтенсивність в межах 2,8 – 4 л/м2•сек, тривалість 10 – 30 хвилин.

Після розпушувальної промивки проводиться регенерація іоніта зверху до низу, або знизу до верху; продукти регенерації відводять у дренаж.

При Na-катіонуванні пропускається розчин солі 5 ÷ 10 % концентрації зі швидкістю 3- 4 м/год в кількості 120 – 150 г/г-екв в залежності від жорсткості води для фільтрів першого ступеня і 300 – 400 г/г-екв для фільтрів другого ступеня.

При Н-катіонуванні пропускається розчин сірчаної кислоти 1,5% концентрації зі швидкістю 10 м/год в кількості, яка залежить від схеми і жорсткості вхідної води.

Регенерація NH4-катіонітного фільтра виконується розчином сульфату амонію концентрацією 2,5 – 3 % зі швидкістю не менше 10 м/год, витрата сульфату амонію при двоступеневій схемі 140 г/г-екв, при одноступеневій 200 г/г-екв.

Поварена сіль або сульфат амонію, які використовуються для регенерації повинні бути чистими, або пропускаються для очистки від грубодисперсних домішок через фільтр-солерозчинник.


42


Регенерація катіонітних фільтрів, як правило, виконується за допомогою водяного ежектора, в якому із висококонцентрованого розчину солі, кислоти готується розчин потрібної концентрації (рис. 12.).

Рис. 12. Схема приготування регенераційного розчину:

1 – освітлена вода для приготування розчину; 2 – витратомір; 3 –ежектор; 4 – готовий регенераційний розчин; 5 – бак постійного рівня; 6 – поплавковий регулятор рівня; 7 – концентрований розчин кислоти або солі зі складу реагентів; 8 – мірник концентрованої кислоти або розчину солі (26 %).

Концентрація забезпечується за рахунок постійної витрати води, що надходить на ежектор (контролюється витратоміром 2) і підтримання рівня розчину солі або кислоти в баку-мірнику 5 за допомогою поплавкового регулятора 6.

Відмивка виконується прозорою водою без грубодисперсних і колоїднодисперсних домішок зі швидкістю 6 – 8 м/год для Na-катіонітних фільтрів і не менше 10 м/год для інших фільтрів, питома витрата води 5 – 10 м3/м3 іоніта в залежності від виду іоніта.

Відмивка катіоніта закінчується, якщо загальна жорсткість води для фільтрів першого ступеня не перевищує 0,1 мг-екв/л, а для другого ступеня – 0,01 мг-екв/л для барабанних парогенераторів.

Після відмивання іоніту починається фільтрація води з метою її зм’якшення, зниження лужності і солевмісту.

Швидкість фільтрації для катіонітних фільтрів першого ступеня 15 – 20 м/год і залежить від жорсткості води, для фільтрів другого ступеня не більше 40 м/год. Катіонітні фільтри першого ступеня ставляться на регенерацію при залишковій жорсткості фільтра до 200 мкг-екв/кг, а другого ступеня до 20 мкг-екв/кг. Цикл фільтра повинен відбуватися за час не більше 8 годин.

Зниження робочої обмінної ємності катіоніта може відбуватися за наступних причин:

43

1. Незадоволена коагуляція (коагуляція закінчується на іонітному матеріалі) і тоді гідроокис алюмінію покриває зерна іонітного матеріалу. В результаті катіоніт необхідно промивати розчином сірчаної кислоти.

2. Аміак і СО2 знижує обмінну ємність, тому що вступає в реакцію з Na-катіонітом (ставлять декарбонізатор).

3. Нерівномірність фільтрації води через іонітний матеріал.

Таблиця 6

Норми якості живильної води для водотрубних котлів з робочим тиском пари до 4 МПа

ПоказникРобочий тиск, МПа

0,9 1,4 2,4 4

Прозорість за штифтом, см, не менше 30 40 40 40

Загальна жорсткість, мкг-екв/кг 30 (40) 15 (20) 10 (15) 5 (10)

Значення рН при ±25 ˚С 8,5—10,5

Наявність з’єднань заліза (в перерахунку на Fe), мкг/кг Не

нормується

300(не

нормується)100 (200) 50 (100)

Наявність з’єднань міді (в перерахунку на Cu), мкг/кг Не нормується 10 (Не

нормується)

Наявність розчиненого кисню, мкг/кг 50(100) 30(50) 20(50) 20(30)

Наявність нафтопродуктів, мг/кг 5 3 3 0,5

Вільна вуглекислота, мг/кг Не допускається

ПРИМІТКА. В дужках наведені значення для котлів, працюючих на твердому і газоподібному паливі. Для котлів без економайзерів і для котлів з чавунними економайзерами кількість розчине-ного кисню допускається до 100 мкг/кг для будь-якого виду палива.

Таблиця 7

Якість живильної води парових котлів з натуральною циркуляцією, продуктивністю до 0,7 т/год

Показник Значення

Загальна жорсткість, мкг-екв/л <200

Наявність розчиненого кисню, мкг/кг <100

Вільна вуглекислота, СО2, мг/кг <10

Значення рН >7

Завислі речовини Відсутні


44


Таблиця 8

Норми якості мережної та підживлювальної води водогрійних котлів

Показник

Система теплофікації

Відкрита Закрита

Температура мережної води, ˚С

115 150 200 115 150 200

Прозорість за штифтом, см, не менше

40 40 40 30 30 30

Карбонатна жорсткість при рН≤8,5, мкг-екв/кг 800 (700)* 750 (600)* 375 (300)* 800 (700)* 750

(600)* 375 (300)*

при рН>8,5 Не допускається За розрахунком ОСТ 108.030.47-81

Наявність з’єднань заліза (в перерахунку на Fe), мкг/кг

300 300 (250)* 250 (200)* 600 (500)* 500 (400)* 375 (390)*

Значення рН Від 7,0 до 8,5 Від 7,0 до 11

Наявність розчиненого кисню, мкг/кг

50 30 20 50 30 20

Наявність нафтопродуктів, мг/кг

<1

Вільна вуглекислота, мг/кг Не допускається

ПРИМІТКА. В дужках наведені значення для котлів, які працюють на рідкому та газоподібному паливі. Для теплових мереж, в яких парові котли працюють паралельно з бойлерами, що мають латунні трубки, значення рН мережної води не повинно перевищувати 9,5.

45

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

1. Основні показники, що характеризують поверхневі та грунтові води, які використовуються на теплоенергетичних об’єктах.2. Які основні види жорсткості та лужності природної води, чим вони зумовлюються і як визначаються?3. Які основні домішки забруднюють природну воду і як вони

впливають на роботу паросилового обладнання?4. Що таке коагуляція води? Коли необхідно обробляти воду коагулянтами?5. В яких умовах і чому коагуляцію води доцільно проводити сірчанокислим

алюмінієм або сірчанокислим закисним залізом?6. За яким принципом працює схема з прямотечійною коагуляцією?7. Як змінюються показники якості води під час коагуляції?8. Що таке катіонування води?9. Які властивості мають катіонітні матеріали? Що таке селективність і

набухання катіонітів?10. Що таке робоча обмінна ємність іоніту?11. Як змінюються показники якості води під час Na-катіонування і

Н-катіонування? Рушійна сила процесу.12. Чому вода після Н-катіонітних фільтрів непридатна для живлення парових

котлів?13. Коли застосовується двоступеневе Na-катіонування води?14. Чому після проходження води через Н-катіонітні фільтри з «голодною»

регенерацією можна отримати не кислу воду з мінімальною лужністю?15. В чому переваги і недоліки схеми Н-Na-катіонування з «голодною»

регенерацією?16. Чому вода, що обробляється за схемою NH4-Na-катіонування називається

потенціально кислою?17. В чому переваги і недоліки схеми NH4-Na-катіонування?18. Які існують методи очистки води і конденсату від оксидів заліза?19. Які недоліки сульфату натрія обмежують його застосування при знекисненні

води?20. Які переваги застосування каталітичного фільтра при хімічному знекисненні

води?21. Наведіть основні умови, що забезпечують ефективну термічну деаерацію

води. На яких фізичних законах вони базуються?22. Для чого в баку-акумуляторі застосовується барботаж води парою?23. Що таке випар і як використовується його теплота?24. Які контрольно-вимірювальні прилади і запобіжні пристрої застосовуються

на деаераторі?25. Типи деаераторів та галузі їх використання.26. Які переваги та недоліки вакуумної деаерації?27. За якими параметрами обирається схема обробки води?

46


ЛІТЕРАТУРА

1. Поржезінський Ю.Г. Основи проектування водопідготовки ТЕЦ і котелень харчових підприємств. Навчальний посібник. Ю.Г.Поржезінський. – К.: РВЦ НУХТ, 2008, с. 206.2. Инструкция по водно-химическому режиму паровых котлов ТЕЦ и промышленных котельных свеклосахарных заводов. – К.:

ВНИСП, 1977, с. 185.3. Патент 33315. України на корисну модель. Застосування нерозчинного у

воді складного радикала іоніту, як каталізатора процесу окиснення сульфіту натрію киснем: заявник та патентовласник НВО «Нафтохімекологія», чинний від 10.06.2008 р.

4. Поржезінський Ю.Г. Нові технологічні рішення в хімічній деаерації води. Ю.Г.Поржезінський, С.І.Рибалка. – К.: Наукові праці НУХТ, 2010, №32, 19-20с.

5. Брык М.Т. Цапюк Е.А. Твердый А.А Мембранная технология в промышлености. – К.: Техніка, 1990. — 248 c.

6. Вихрев В.Ф., Шкроб М.С. Водоподготовка. – М.: Энергия, 1973. – 416 c.7. Громогласов А.А. Копилов А.С., Пильщиков А.П. Водоподготовка: Процесы

и аппараты. – М,: Энергиздат, 1990. – 272 c.8. Водоподготовительное оборудование. Отраслевой каталог-справочник.

НИИ Эинформэнергомаш. – М.; 1987. – 236 c.9. Запольський А. К. Водопостачання, водовідведення та якість води. – К.:

Вища шк., 2005. – 671 c.10. Кострикин Ю.М., Мещерский Н.А., Коровина О.В. Водоподготовка и

водный режим энергообъектов низкого и среднего давления: Справочник. – М.: Энергоиздат, 1990. – 252 c.

11. Лапотышкина Н.П., Сазонов Р.Н. Водоподготовка и водно-химический режим тепловых сетей. – М.: Энергоиздат, 1982. – 200 c.

12. Лифшиц О.В. Справочник по водоподготовке котельных установок. – М.: Энергия, 1976. – 238 c.

13. Мартинова О.И. Водоподготовка, прцессы и аппараты. – М,: Атомиздат, 1977. – 352 c.

14. Кульский Л. А. Строкач Л. Л. Технология очистки природных вод. – К.: Высшая шк. Главное изд-во, 1981. – 328 c.

15. Правила устройств и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлоагрегатов. – Х: Госнадзорохрантруда Украины, 1994. – 174 c.

16. Правила будови і експлуатації котлів з тиском не більше 0,7 Мпа і водогрійних котлів і водопідігрівачів з температурою нагріву води не вище 115°С – К.: Державний комітет України з нагляду за охороною праці, 1998. — 121 c.

17. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей –14-е издание. – М.: Энергоиздат, 1989. — 288 c.

18. Рихтер Л.А., Волков И.П., Покровский В.Н. Охрана водного и воздушного бассейнов от выбросов тепловых электростанций. – М.: Энергоиздат, 1981. — 296 c.

47

19. Субботина Н.Л. Водный режим и химический контроль на тепловых электростанциях. – М.: Энергоиздат, 1985. — 312 c.

20. Стерман Л.С, Покровский В.Н. Химические и термические методы обработки воды на ТЕС. – М.: Энергия, 1981. — 230 c.

ІНТЕРНЕТ ПОСИЛАННЯ

http://watergroup.com/

http://www.hydrotech-engineering.com/

http://aqualux.com.ua/

http://www.culligan.com/

http://www.ecosoft.ua/

http://www.jurby.com/

http://www.twirpx.com/files/food/fat/

http://watergroup.com/

http://www.hydrotech-engineering.com/

http://aqualux.com.ua/

http://www.culligan.com/

http://www.ecosoft.ua/

http://www.jurby.com/

http://www.twirpx.com/files/food/fat/

48


Volodymyr BoykoBorn January, 4, 1978 in village Lynovytsya of Priluky district of Chernihiv region.

Graduated from the Ukrainian State University of Food Technology (now- The National University of Food Technologies) in 2000, was conferred a Diploma with Honors in «Heat Power Engineering».

2001 - 2004 Doctorate Studies at the Department Heat Power Engineering of Industry of the said University. In 2012 presented his Doctorate thesis for the degree of Candidate of Technical Sciences (Equiv. Ph.D. Degree) entitled «Modeling of the elements of heating engineering complex of sugar production».

Since 2004, he worked as an Teaching Assistant at the Department Heat Power Engineering of Industry, as of 2012 he was elected an Associate Professor at the Department Heat Power Engineering and Industrial Refrigeration of the said University.

He lectures the following courses: «Cogeneration», «Pumps and heat engines», «High temperature processes and installation», supervises operational practice courses, diploma projects, research techniques for undergraduate students. Dr.Boyko V authored 42 scientific papers.

Main areas of research interests are energy saving in industrial processes, modeling and optimization of heat technological systems

+380 (67)7782153

[email protected]

49

Yuri PorzhezinskyyBorn Аpril, 14, 1937 in Kamenetz-Podolsk of Khmelnitsky region.

Graduated from the Kyiv Technological Institute of Food Technologies (now- The National University of Food Technologies) in 1960, was conferred a Diploma with Honors in « Heat Power Engineering of Industry».

After graduation he worked as an engineer of the CHP of Khmelnitsky sugar factory and CHP of Kamenetz-Podolsk sugar factory.

1964 - 1967 Doctorate Studies at the Department Heat Power Engineering of Industry of the said University. In 1968 presented his Doctorate thesis for the degree of Candidate of Technical Sciences (Equiv. Ph.D. Degree) entitled «Research of reverse motion of boiling liquid in tubes evaporators «.

Since 1970, he worked as an Teaching Assistant at the Department Heat Power Engineering of Industry, as of 1973 he was elected an Associate Professor at the Department Heat Power Engineering of Industry, as of 2009 he was elected an Professor at the Department Thermal Power Engineering and Industrial Refrigeration of the said University. From 1981 to 1985 was a trip abroad, where he worked under contract lecturer of the National Institute of Light Industry of the Republic of Algeria/

In 2010, Dr. Porzhezinskyy Y awarded the title of Professor NUFT.

He lectures the following courses: «Boiler systems», «Fundamentals of Chemistry fuel and water», «Air Conditioning», supervises operational practice courses, diploma projects, research techniques for undergraduate and postgraduate students. Dr. Porzhezinskyy Y authored 10 patents and 5 patents and has published more than 80 scientific papers, 2 monographs and textbooks.

Main areas of research interests are research associated with the study of heat transfer and hydrodynamics in heat exchangers food industry, development of new designs of heat exchangers based on circular canals in developing and implementation new energy saving technology of chemical deoxygenating of water.

Contacts:

+380 (67)1803725

Documents

ВОДОПІДГОТОВКА В ПРОМИСЛОВИХ …¢М_16.pdfУДК 621.182.1 Бойко Володимир Олександрович Поржезінський Юрій Георгійович