Тепловой баланс котла ДКВР 10-13.

НАИМЕНОВАНИЕ ВЕЛИЧИНЫ	ОБОЗНАЧЕНИЕ	ЕД. ИЗМЕРЕНИЯ	ФОРМУЛА ИЛИ ИСПЫТАНИЯ	ЧИСЛОВОЕ ЗНАЧЕНИЕ
Теплопроизводительность котла брутто	Qк	гкал/ч	Gп ´ ( Iп - Iп.в.)´ 10-3	5.79
Расход пара	Gп	т/ч	по данным испытаний	10
Т-ра питательной воды	tп.в.	0С	по данным испытаний	92
Температура насыщенного пара	tп	0С	по данным испытаний	194
Давление в барабане котла	Pбар	кгс/см2	по данным испытаний	13
Температура уходящих газов	tух	0С	по данным испытаний	194
Т-ра хол. воздуха	tх.в.	0С	по данным испытаний	25
К-т избытка воздуха ( перед дымососом )	aух	-	aух=a + Da	1.7
Суммарные присосы воздуха в топочную камеру, конвективную часть и экономайзер	Da	-	по данным ПТЭ	0.06
Потери тепла с уходящими газами	q2	%	q2= ( K aух + C )´ (Vух - (aух//aух +в )´ tх.в.)´ Ка ´ Ат 10-2	10.86
Потери котла в окружающую среду	q5	%	-	0.06
К.П.Д. брутто котла	hбр	%	100 - q2-q5	89.08
Расход натурального топлива	Вк	т/ч	Qк ´ 105 / hбр ´ Qp	0.67
Расход э/энергии на собственные нужды котла:
- на тягу	Nт	кВт ч	по данным испытаний	20
- на дутье	Nд	кВт ч	по данным испытаний	9
- на питательные э/насосы	Nпэн	кВт ч	по данным испытаний	2.7
- на перекачку топлива	Nмэн	кВт ч	по данным испытаний	51
Суммарный удельный расход э/энергии на собственные нужды котла	Nс.н.	кВт ч	Nт +Nд +Nпэн+Nмэн	107
Удельный расход э/энергии:
- на тягу, дутье	Эт.д.	кВт ч/ Гкал	Nт +Nд / Qк	5.0
- на ПЭН	Эпэн	кВт ч / т пит. воды	Nпэн / Gп.в.	2.7
- на перекачку топлива	Эмэн	кВт ч / тн. т	Nмэн / Вк	76.12
Суммарный удельный расход э/ энергии на собств. нужды котла	Эс	кВт ч / Гкал	Nэ / Qбр	18.48
Расход тепла на с.н. котла выраженный в % от расхода топлива, сожженного в агрегате	qтепл	%	( Qc.н. ´ 105 ) / ( Bк ´ Qн )	1.537
к.п.д. нетто котла	hк	%	hк - qтепл	87.54
Удельный расход условного топлива
- брутто	Вк	кг / Гкал	105 / 7 hк	164.29
- нетто	Вк	кг / Гкал	105 / 7 hк	166.54

 

К капитальной модернизации относится полная замена котельной установки с более

лучшими технико-экономическими показателями.

       Наблюдаются следующие тенденции в мире по котельным установкам:

       -отвод уходящих газов через градирню (отказ от дымовой трубы и газового теплообменника после десульфуризации) позволяет не только снизить инвестиционные и эксплуатационные затраты, но и сократить расход энергии на собственные нужды.

- конструкции топок и горелочных систем с использованием ступенчатого сжигания, в т.ч. в кипящем слое обеспечивает снижения NОx на выходе котла, что упрощает требования к установкам для денитрификации.

- Фирма ABB Alstom Power получила заказы от США и Мексики на 30 парогазовых установок (ПГУ) комбинированного цикла производства энергии мощностью по 270 МВт, работающих на сжиженном природном газе(дизельное топливо – резерв).

К.П.Д. составляет 57, 5% вместо максимального 47% у пароводяных КЭС.

        

3.7.   Водоподготовительные установки (химводоподготовка)

Водно-химический режим должен обеспечивать работу котла и питательного тракта без повреждений их элементов вследствие отложений накипи и шлама, повышения относительной щелочности котловой воды до опасных пределов или в результате коррозии металла. Водно-химический режим необходимо поддерживать при подготовке питательной воды для получении пара в котлах, при остановках котлов (промывка, консервация).

Получение пара в котлах сопровождается образованием накипи на стенках барабанов и особенно труб, что ведет к перегреву труб и снижению производительности по пару, повышенной коррозии. Основной причиной образования накипи является то, что растворимость солей, образующих накипь (СаСО₃, МgСО₃, СаSО₄), уменьшается с повышением температуры. Эти соли жесткости осаждаются из раствора по мере нагревания воды. Для удаления солей жесткости, которые оседают в нижнем барабане, осуществляются периодические продувки котла.

Периодические продувки должны производиться по всем точкам котла с высоким расходом в течение 15-30 секунд. Частота продувок будет определяться качеством котловой воды. В пусковой период периодические продувки проводятся чаще из-за высокой концентрации взвешенного железа. Высокая концентрация взвешенного железа в котельной воде может быть причиной отложений осадков.

Постоянной продувкой котла регулируется солесодержание котловой воды. Правильное регулирование продувки котла очень важно при эксплуатации, так как если допускается накопление растворенных и взвешенных солей из-за низкого расхода продувочной воды, то увеличивается возможность образования осадка и механического уноса его в пар. Мероприятия по водно-химическому режиму проводятся также при первоначальном пуске котла (щелочение), во время остановок оборудования (промывка, консервация).

Питание паровых котлов осуществляется химочищенной деаэрированной водой и конденсатом, возвращаемым с производства и от потребителей пара собственных нужд котельной.

Как известно вода хорошо растворяет различные вещества и входит с ними в соединения, поэтому в природе нет химически чистой воды.

Примеси в воде бывают двух видов: механические (песок, глина и т.д.) и химические (соли кальция, магния и др.). В зависимости от содержания в воде химических примесей подразде­ляют воду намягкую и жесткую.

Мягкая вода содержит незначи­тельное количество солей кальция и магния, жесткая - большее их коли­чество. Для оценки качества воды в технике введено понятие о ее жесткос­ти. Различают жесткость водывремен­ную, постоянную и общую.

Временная жесткость воды (или карбонатная) обусловливается при­сутствием в ней двууглекислых солей кальция Са(НСОз)₂ и магния М(НСОз)₂, которые при температуре св. 70°С распадаются и выпадают из раствора в осадок в виде шлама.

Постоянная жесткость воды (или не­карбонатная) обусловливается нали­чием в воде хлоридов, сульфатов, силикатов и других солей кальция и магния (СаSО₄, МgSO4, СаСl₂, МgCl₂, СаSiO₃ и др). Эти соли при нагревании воды не выпадают из растворов в осадок, поэтому такая вода получила название воды посто­янной жесткости.

Общая жесткость воды - сумма временной и постоянной жесткости. Единицей измерения жесткости с 1952 г. является миллиграмм-эквива­лент на 1 литр воды (мг-экв/л). Ма­лая жесткость (конденсат, дистиллят) измеряется тысячными долями мкг-экв/л - микрограмм-эквивален­том.

В системах теплоснабжения от отопительных котельных с чугунными или стальными котлами неизбежно происходит утечка воды, которую сле­дует пополнять подпиточной водой, предварительно прошедшей обработку в установках химической водоочистки (ХВО), состоящих из осветлительных и коагуляционных аппаратов и водоумягчительных фильтров. Осветлительные аппараты предназначены для уда­ления из воды взвесей. Соли кальция и магния, вызывающие образование накипи, локализуются в водоумягчительных фильтрах.

Обычно отопительные котельные снабжаются водой из водопровода, которую не требуется очищать. Вода лишь умягчается и дегазируется. Водопроводная вода содержит раство­ренные соли и газы, при нагревании соли выпадают в осадок на внутренние стенки котлов в виде накипи. Накипь на стенках котлов понижает коэффициент теплопередачи и, следовательно ведет к перерасходу топлива. В топочной части накипь может вызвать пе­регрев стенки и аварию котла. Раст­воренные в воде газы - кислород и углекислота - вызывают коррозию металла. Чугунные котлы мало под­вержены коррозии, поэтому кислород и углекислота опасны главным обра­зом для стальных котлов и систем горячего водоснабжения. Чтобы избежать образования наки­пи в котлах, следует использовать воду определенной жесткостиилиподвергать ее умягчению и дегазации. Дегазация воды в отопительных котельных производится с помощью вакуум-деаэрации.

Нормы питательной и подпиточной воды. Следует отметить, что единых норм качества питательной и подпиточной воды для паровых и водогрейных чугунных котлов не существует. Так, ранее принималось, что для паровых чугун­ных котлов общая жесткость пита­тельной воды должна быть не более 300 мкг-экв/л. Содержание растворен­ного кислорода и других примесей не нормируется.

В соответствии с " Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов", Москва ИНФРА-М  2004 г., состав питательной воды для паровых котлов должен быть не хуже указанного ниже:

Значение рН - неменее 7

Прозрачность по шрифту, см,  - не менее 20

Жесткость, мкг-экв/л, не более 100

Содержание, мкг/л, не более:

           Кислорода....... 100

           Углекислоты......10000

           Сульфита натрия.... 2000

 

Жескость сетевой воды в пересчете на карбонатный индекс для водогрейных котлов не должна превышать значений:

Тсет.воды (0С)	Ик (мг.экв/кг)
70-100	3, 2
101-120	2
121-130	1, 5
131-140	1, 2
141-150	0, 8

Таким образом, при химводоподготовке следует учитывать следующие условия:

Первое условие требует: удаления присутствующих в природных водах примесей, находящихся в грубодисперсном и коллоидном состояниях, и растворённых солей, ко­торые при нагревании воды образуют малорастворимые со­единения (соли жёсткости воды).

Второе условие требует максимально полного удаления растворенных в питательной воде агентов коррозии и созда­ния условий наибольшей сохранности металла как основно­го, так и вспомогательного оборудования.

Процесс химводоподготовки котельной можно разделить на три этапа (рис 3.7.1.)

 

Рис. 3.7.1. Принципиальная схема водоподготовительных установок:

2-механический фильтр; 3-6-ионитные фильтры; БОВ - бак осветлённой воды;

БЧОВ - бак частично обессоленной воды; БХОВ - бак химически очищенной воды; ПО -предварительная очистка воды; ИО – ионообменная установка; Д-деаэрирующая установка вакуумного типа.

 

1. Предварительная очистка (предочистка) воды перед химическим умягчением или обессоливанием производит­ся с целью ее декарбонизации (снижения щелочности) и осветления (удаление грубодисперсных и коллоидных примесей). Обычно декарбонизация и осветление воды проводятся совместно методами осаждения путем извест­кования и коагуляции этой воды в осветлителях с после­дующим глубоким осветлением на механических фильт­рах.

В состав установки предочистки, кроме осветлителей и механических фильтров, подогреватели исходной воды, баки сбора осветленной воды, дозаторы извести, ко­агулянта и активатора коагуляции.

  Осветлитель, сооружение для водоочистки в системе водоснабжения; служит для удаления из воды взвешенных примесей и коллоидных загрязнений путём пропускания осветляемой воды снизу вверх через слой хлопьевидного осадка, выпавшего ранее под действием коагулянта. Скорость восходящего потока в зоне осветления регулируют в зависимости от содержащихся в ней загрязнений в пределах от 0, 6 мм/сек (цветные маломутные воды) до 1, 4 мм/сек (высокомутные воды). Высота слоя осадка в осветлителе должна быть не менее 2 м, защитного слоя осветлённой воды над ним - не менее 1, 5 м. Избыток осадка отводится через осадкоприёмные окна или трубы в осадкоуплотнитель, объём которого составляет 20-40% объёма.(6)

В осветлителях осуществляются процессы смешивания обрабаты­ваемой воды с дозируемыми реагентами, образования осадка (шлама) и взвешивания его восходящим потоком воды, контактирования обра­батываемой воды с осадком, отделения ее от осадка (осветление), от­ведения излишков осадка из контактной зоны, уплотнения (обезвожи­вание) осадка и удаления его с продувочной водой в дренаж.

Основные факторы, определяющие результаты очистки воды в ос­ветлителях и задачи автоматизации. На протекание процессов коагуля­ции и известкования воды в осветлителях оказывают влияние следую­щие основные факторы: качество исходной воды, размер доз коагулян­та и извести, значение рН среды, условия перемешивания воды с реа­гентами, применение вспомогательных реагентов (например, полиакриламида), порядок ввода реагентов в обрабатываемую воду и их доза, температура обрабатываемой воды, выполнение условий поддержания шламового режима аппарата.

Температура обрабатываемой воды при известковании и коагуля­ции принимается от (30±1) до (40±1)°С. Подогрев воды способствует ускорению процессов химического взаимодействия и образованию осад­ка, позволяет увеличить допустимую скорость движения воды в освет­лителе и его производительность, способствует увеличению прозрачно­сти обработанной воды.

Температура обрабатываемой воды должна быть стабильной, так как при ее колебаниях возникают температурныетоки в осветлителях и ухудшаются результаты осветления воды.

При проведении процессов осаждения в осветлителе важно пра­вильно сформировать и поддерживать во взвешенном состоянии кон­тактную среду—хлопьевидный шлам. Условия формирования осадка при обработке воды должны выбираться такими, при которых все ве­щества практически выделяются в виде хлопьев, что достигается со­блюдением скорости ввода воды в осветлитель (до 1, 5 м/с), места иг скорости ввода реагентов. Для сохранения эффекта очистки поверхно­стных вод в паводковый период, когда резко снижается щелочность, увеличивается содержание взвеси, кремнекислоты, возрастает окисляемость и цветность воды, дозу коагулянта увеличивают, а дозу извести, снижают. При этом свойства шлама изменяются. Для сохранения тех­нологических свойств контактной среды в обрабатываемую воду, кроме извести и коагулянта, вводят флокулянт, например полиакриламид (ПАА), молекулы которого адсорбируют содержащиеся в воде и обра­зующиеся при обработке микрочастицы, образуя крупные пространствен­ные системы в виде хлопьев, в результате чего улучшается процесс

осветления воды. Доза ПАА обычно составляет 0, 5—1, 0 мг/кг. Для большинства вод ПАА вводят лишь в паводковый период.

Принципиальная схема осветлителя на рис.3.7. 2.

Рис. 3.7.2 Принципиальная схема осветлителя.

1-исходная вода; 2-воздухоотделитель; 3-распределительныетрубы;

4-сопла; 5-подача раствора коагулянта; 6-перфорированные перегородки;

7-распределительная решетка; 8-перфорированный сборный желоб;

9-распределитель; 10-обработанная вода; 11-шламоуплотнитель; 12-окна;

13-стакан; 14-продувка; 15-регулировочная задвижка.

 

При использовании строительной извести и сухомеехранении предусматривается: дробление извести перед за­грузкой в бункера-хранилища; гашение извести в механи­ческих барабанах-гасителях; механизированное удале­ние отходов гашения гидротранспортером. Приемные ем­кости известкового молока рассчитываются на одно-двух суточный расход реагента и оборудуются устройствами перемешивания и откачки. Крепость известкового молока составляет около 2500 мг-экв/кг. Из приемных емкостей молоко перекачивается в расходные емкости и поддержи­вается в них во взвешенном состоянии. В качестве емко­стей для известкового молока используются мешалки с механическими смесителями. Независимо от количества осветлителей на предочистке рекомендуется устанавли­вать две расходные мешалки, к которым присоединяются насосы-дозаторы известкового молока и две затворные мешалки.

Раствор коагулянта концентрацией до 2000 мг-экв/кг готовится в затворной гидравлической мешалке емкостью, равной суточному расходу, и перекачивается в расходные баки насосами, с помощью которых осуществляется так­же и циркуляция раствора. Из расходного бака раствор насосами-дозаторами подается в осветлитель.

Раствор полиакриламида также готовится в мешалке с гидравлическим или механическим перемешиванием и перекачивается насосом в расходный бак, откуда насосом-дозатором подается в осветлитель. Расчетная концентра­ция раствора ПАА 0, 1—1%. Для облегчения перемешива­ния с обрабатываемой водой раствор ПАА перед подачей в осветлитель разбавляется до концентрации около 0, 1%. Для этого необходимо обеспечивать постоянство давления разбавляющей воды, измерение расхода и смешение с отдозированным раствором ПАА в водоструйном насосе-смесителе.

Автоматическое управление дозированием реагентов в осветлитель выполняется по схеме, предусмат­ривающей поддержание заданного соотношения расходов обрабатываемой воды и дозируемых реагентов.

        Согласно типовым решениям дозирование реагентов осуществляется с помощью объемных насосов-дозаторов с импульсной или непрерывной системой их управления по расходу обра­батываемой воды. При этом измерение расхода воды осуществляется непосредственно, а реагентов — косвенным путем объемными насосами-дозаторами, у которых коли­чество подаваемой жидкости линейно зависит от частоты вращения электропривода или числа ходов плунжера на­соса-дозатора. При этом содержание активного вещества в дозируемой жидкости должно быть равно расчётному значению и не изменяться в промежутках между заполне­ниями расходной емкости.

 Опыт показывает, что наиболее целесообразным реше­нием при автоматизации дозирования реагентов является индивидуальное управление насосами-дозаторами извест­кового молока для каждого осветлителя и групповое уп­равление подачей коагулянта и полиакриламида для каждого осветлителя. При этом предусматривается один резервный насос для двух осветлителей, работающий по сигналу от ручного задатчика. Питание резервного насоса включается одно­временно с подключением к нему любого насоса-до­затора.

Для обеспечения воспроизводимой подачи реагентов и качественного проведения очистки воды в осветлителях рекомендуется выбирать следующую скважность для насоса: работа не менее 16 с, время останова не бо­лее 30 с для насосов известкового молока, 40—45 с для насосов растворов коагулянта и полиакриламида.

Для повышения точности в схему дозирования извести по расходу обрабатываемой воды вводится корректирующий сигнал по рН. Отбор пробы на датчик рН-метра при этом производится непрерывно из смесительной камеры осветлителя без предварительного фильтрования ее для отделения шлама. Уровень отбора пробы по высоте осветлителя выбирается так, чтобы по­лучить представительную пробу, т. е. в месте, где дости­гается достаточное перемешивание и заканчивается хими­ческое взаимодействие обрабатываемой воды с реагента­ми (примерно на уровне 1, 5 м над нижней смесительной решеткой осветлителя).

Для каждой точки ввода реагентов в осветлитель обычно устанавливаются два насоса-дозатора (рабочий и резервный).

           Основными задачами при автоматизации осветлителей являются:

• поддержание температуры воды, поступающей на об­работку;
• регулирование производительности осветлителя и доз вводимых в него реагентов;
• поддержание уровня шлама в осветлителе.

Минимальный и максимальный расходы воды на осветлитель со­ставляют обычно 50 и 100% номинального. Для обеспечения нормаль­ного функционирования системы регулирования производительности предочистки необходимо, чтобы баки осветленной воды за каждым осветлителем имели вместимость, равную часовой производительности осветлителя плюс расход воды на промывку двух механических филь­тров.

В процессе эксплуатации осветлителя целесообразно оперативно изменять заданный диапазон регулирования с помощью задатчика ре­гулятора в соответствии с суточным графиком потребления обраба­тываемой воды. Так, при ночных провалах в потреблении следует под­держивать нагрузку осветлителя на минимально допустимом уровне (50% номинальной), а в часы пик—на максимальном уровне (80— 100% номинальной). При этом предельный уровень мгновенных

возмущенийна нагрузкене должен превышать ±3% номиналь­ного.

В тех случаях, когда нагрузка установки предочистки снижается ниже 50% номинальной, целесообразно применять схему регулирования нагрузки осветлителя с рециркуляцией воды из бака осветленной воды в осветлитель. Для обеспечения этого режима следует предусматривать специальный регулятор соотношения расходов, получающий одно вход­ное воздействие от датчика расхода на линии рециркуляции осветлен­ной воды, а второе-от датчика расхода воды на осветлитель. Этот регулятор воздействует на регулирующий клапан на линии рециркуля­ции осветленной воды и включается в работу только при снижении на­грузки ниже 50% номинальной.

Механические фильтры предназначены для удаления присутствующих в природных водах примесей, находящихся в грубодисперсном и коллоидном состояниях.

 Загрузка механических фильтров обычно производится кварцевым песком или дробленым антрацитом. Материал загрузки должен иметь определённый гранулометрический состав, обладать механической прочностью и химической стойкостью с тем, чтобы обрабатываемая вода в процессе фильтрования не обогащалась примесями железа, солей кремниевой кислоты, органическими и другими соединениями.

Составной частью схемы регулирования производительности установки предочистки является регулятор расхода возвращаемой в осветлитель промывочной воды механиче­ских фильтров. Этот регулятор получает два входных воздействия от датчика расхода воды, посту­пающей на осветлитель, и от датчика расхода в линии возврата промывочной воды. Воздействуя на регулирую­щий клапан на этой линии, регулятор обеспечивает под­держание расхода возвращаемой в осветлитель промывоч­ной воды механических фильтров в диапазоне 6—10% расхода воды, поступающей на осветлитель.

Промывочная вода подается в осветлитель из бака сбора этой воды специальным насосом, который включа­ется автоматически в зависимости от уровня воды в баке.

Схема регулирования производительности установки предочистки обычно выполняется индивидуальной для каждого осветлителя, но может быть и групповой для двух-трёх осветлителей.

2. Ионообменная часть химводоочистки состоит из фильтров, предназначенных для химического обессоливания и умягчения воды путем фильтрования че­рез слои загруженных в эти фильтры, практически нера­створимых в воде ионообменных материалов — ионитов.

Ионообменная очистка воды основана на способности ионитов поглощать из обрабатываемой воды растворенные в ней ионогенные примеси, отдавая в фильтрат эквива­лентное количество других ионов, предварительно введен­ных в состав ионитов. Иониты, способные поглощать ка­тионы, называются катионитами и используются обычно в -, - и -формах. Иониты, поглощающие анионы, называются анионитами и используются в форме. При истощении обменной емкости ионитов производится их восстановление (регенерация)(1).

Достаточно учиты­вать общепризнанные и доказанные многочисленными опытами следующие основные положения: ионный обмен протекает в строго эквивалентных (стехиометрических) ко­личествах между реагирующими веществами; является обратимым процессом; подчиняется закону действия масс.

На протекание процесса ионного обмена оказывают влияние многие факторы, наиболее существенными из ко­торых являются валентность обмениваемых ионов, проч­ность связи с ионитом, гидролиз, гидратация и активность ионов, рН раствора.

Рассмотрим в самом общем и схематичном виде проте­кание рабочего цикла в ионитном фильтре. Проведем мыс­ленно вертикальный разрез загруженного в фильтр ионооб­менного материала и выделим в нем элементарную струйку обрабатываемой воды, омывающую вертикальный ряд зе­рен ионита, причем для простоты наблюдения ограничимся десятью такими зернами. В действительности число зерен в ионитном фильтре огромно и расположены они далеко не строго вертикально одно над другим, так же как и путь эле­ментарной струйки воды претерпевает различные отклоне­ния от прямолинейного. Однако принятые условные допу­щения позволяют относительно правильно представить происходящие в фильтре процессы. Далее будем считать, что мы может видеть элементарную струйку воды, зерна ио­нита и находящиеся в них ионы. Тогда, если на протяжении рабочего цикла фильтра будем делать через некоторые про­межутки фотоснимки этой элементарной струйки, получим ряд последовательных кадров, которые позволят показать, какие изменения происходят в обрабатываемой воде и в зер­нах ионита во время работы фильтра. Схематическое изо­бражение шести таких кадров представлено на рис. 3.

Нерастворимая многоатомная твердая часть каркаса ионита изображена на этом рисунке в. виде заштрихованных кружков, а участвующие в обменном процессе ионы пока­заны в виде маленьких кружочков. При этом находящиеся в обрабатываемой воде и подлежащие удалению из нее ионы обозначены черными кружочками называемыми в дальнейшем условно «черными» ионами, а находящиеся в ионной атмосфере зерен ионита ограниченно подвижные ионы изображены белыми кружочками, называемыми в дальнейшем «белыми» ионами. Задача ионитного фильтра заключается в осуществлении ионного обмена, в результате которого черные ионы переходят в ионную атмосферу зерен ионита, а взамен их в обрабатываемую воду поступают из той же ионной атмосферы белые ионы.

Рассматривая процессы ионного обмена, следует напом­нить о непрерывном и хаотическом движении огромного ко­личества находящихся в обрабатываемой воде ионов, в ре­зультате которого создаются на поверхности зерен ионита.разнообразные условия, способствующие протеканию обме­на ионов в ту или другую сторону. При этом результирую­щее направление этого обмена будет определяться соотно­шением концентраций обмениваемых ионов в рассматривае­мом ограниченном пространстве.

Начало рабочего цикла ионитного фильтра зафиксирова­но на кадре I (рис. 3). Здесь обмен черных ионов на белые протекает наиболее интенсивно при соприкосновении обра­батываемой воды с первым по ходу зерном ионита, когда вода содержит максимальное количество черных ионов. Да­лее у второго по ходу воды зерна этот обмен ослабевает, поскольку обтекающая его вода уже имеет некоторое коли­чество белых ионов. У третьего зерна ионита обмен стано­вится еще слабее, и, наконец, после третьего зерна вода уже не содержит черных ионов. Однако при прохождении воды мимо последующих молекул ионита обмен ионов не прекра­щается, но поскольку и вода, и ионит содержат только белые ионы, этот обмен остается для нас незаметным.

 

Рис. 3.7.3. Схема ионоооменного фильтрования воды.

 а — исходная вода с черными ионами; б — обмен между ионами воды и ионита; в-обмен черных ионов воды на белые ионы ионита преобла­дает над обратным обменом; г— обмен между черными ионами воды и ионита.

 

На кадре II, заснятом через некоторый промежуток времени работы фильтра, показано, что первый и второй ряды зерен ионита обменяли все находившиеся в их ионной атмосфере белые ионы на черные, и поэтому хотя ионный обмен с водой у них продолжает протекать, но он не приво­дит к каким-либо изменениям как этих зерен ионита, так и проходящей мимо них воды. Обмен черных ионов воды на белые ионы зерен ионита переместился ниже и происхо­дит теперь у 3-го, 4-го и 5-го зерен. Таким образом, на этом кадре различаются следующие три зоны состояния ионообменного материала:

первая зона — зерна ионита 1 и 2. Ее называют зоной ис­тощенного ионита, поскольку все находящиеся в ней белые ионы использованы для обмена на черные ионы, и, следова­тельно, ионный обмен продолжается между черными ио­нами без изменения ионного состава как ионита, так и про­ходящей мимо него воды;

вторая зона—зерна ионита 3-5. Ее обычно называют работающей зоной. Здесь обрабатываемая вода начинает и заканчивает полезный для нас обмен черных ионов на белые. Поэтому правильнее называть эту зону зоной полез­ного обмена, так как в действительности ионный обмен про­исходит на всем пути прохождения воды через ионит, одна­ко в этой зоне частота обмена черных ионов воды на белые ионы ионита преобладает над частотой обратного обмена белых ионов воды на черные ионы ионита;

третья зона - зерна ионита 6-10. Ее называют зоной не­работающего ионита или свежего ионита. Проходящая че­рез этот слой ионита обрабатываемая вода содержит прак­тически только белые ионы и поэтому не изменяет ни своего состава, ни состава ионита, хотя ионный обмен меж­ду ними продолжает протекать.

По мере работы ионитного фильтра (кадры III – V) зона истощенного ионита возрастает, работающая зона опускает­ся, а зона свежего ионита уменьшается. Как можно видеть на кадре V, работающая зона ионита уже частично вышла за нижнюю границу загрузки фильтра, и поэтому в выходящей из фильтра обработанной воде появляется и начинает возра­стать концентрация черных ионов. Здесь полезная работа ионитного фильтра заканчивается и на следующем кадре VI зона истощения распространяется на все зерна ионита от первого до десятого, а выходящая из фильтра вода содер­жит практически только чёрные ионы, т. е. остается по каче­ству такой же, как и поступающая на фильтр вода.

Регенерация истощенного ионита сводится к замене черных ионов в его зернах на белые. Это достигается путем пропускания через истощенный ионит раствора электролита, содержащего белые ионы, при этом их количество должно превышать стехиометрические соотношения обмениваемых ионов для того, чтобы реакция обмена пошла в нужном направлении.

Прохождение обрабатываемой воды через загрузку ионитного фильтра, представляющую собой мелкопористую среду, происходит, по-видимому, путем разбивания потока воды на многочисленные мельчайшие струйки, стремящиеся найти в этой среде пути наименьшего сопротивления. В частности, по этой причине имеет место преимуществен­ное фильтрование воды вдоль стенок корпуса фильтра (так называемый «пристенный» эффект). Стабильность такого со­стояния потока фильтруемой воды будет тем больше, чем меньше скорость фильтрования. При этом возможно обра­зование между отдельными струйками (их иногда называют «излюбленными» путями фильтрации) небольших островков ионита, не участвующего в процессе ионного обмена. Такое неблагоприятное состояние гидродинамики ионообменного фильтра может приводить к заметному ухудшению его работы, поэтому обычноне рекомендуется снижать скорость фильтрования менее 5 м/ч.

Все операции, предусматриваемые при обслуживании ионитного фильтра, имеют целью создать оптимальные ус­ловия для протекания процесса ионного обмена. В первую очередь для этого необходимо обеспечить максимально полный контакт обрабатываемой воды и регенерационного раствора с поверхностью зерен ионита.

На равномерность распределения потоков воды и раст­воров реагентов в ионитном фильтре и на достаточно пол­ный контакт их с зернами ионообменного материала оказы­вают влияние зернистость и однородность ионообменных материалов. Пылевидные частицы, имеющиеся в товарных ионитах, удаляются обычно во время пуска и наладки ионитных фильтров. При длительной эксплуатации ионитов из-за постепенного разрушения и измельчения их зерен всег­да происходит в той или иной степени накопление в толще загрузки мелочи, которую необходимо периодически уда­лять. Это достигается при взрыхляющей промывке ионита, которая является обязательной операцией, предшествующей пропуску регенерационного раствора.

Очень важно соблюдение установленных при пуске и на­ладке фильтров надлежащих условий проведения взрыхляю­щих промывок, которые должны обеспечивать возможно более полное удаление из фильтра мелких пылевидных ча­стиц ионообменных материалов. Неудовлетворительное проведение таких промывок приводит к тому, что пыле­видные частицы, скапливаясь в верхней части загрузки, образуют своеобразную грязевую пленку, создающую до­полнительное сопротивление проходу обрабатываемой во­ды, регенерационного раствора и промывной воды.

Конечным результатом нарушения равномерности филь­трования являются гидравлические перекосы в загрузке фильтра, которые отрицательно отражаются не только на рабочем цикле фильтра, препятствуя наиболее полному использованию его емкости поглощения, но также и на регенерационном цикле, поскольку, во-первых, регенерационный раствор не омывает из-за перекосов некоторые части загрузки, оставляя их в истощенном состоянии, и, во-вторых, при отмывке ионита перекосы вызывают повышенный расход воды для удаления продуктов регенера­ции и остатков непрореагировавшего регенерационного раствора.

Для успешного выполнения процесса регенерации ионообменного материала, кроме обеспечения максимально полного контакта раствора с частицами ионита, необходимо направить ионный обмен в нужном направлении. Это зави­сит прежде всего от концентрации реагента в регенерационном растворе. Как уже указывалось выше, по мере прохож­дения регенерационного раствора через истощенный ионит раствор все в большей степени загрязняется удаляемымиизионита вредными ионами, что приводит к торможению про­цесса регенерации ионита. Такой процесс своеобразного «от­равления» регенерационного раствора можно в значитель­ной степени ослабить, пропуская через истощенный ионит регенерационный раствор порциями с переменной концен­трацией, не увеличивая при этом средний удельный расход реагента. Сначала пропускают первую порцию относитель­но мало концентрированного регенерационного раствора, в результате чего происходит лишь частичное вытеснение из истощенного ионита вредных катионов. Затем пропускают вторую порцию регенерационного раствора повышенной концентрации. Оптимальным решением в этих условиях является плавное изменение автоматическим регулятором концентрации реагента в регенерационном растворе.

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: