Подготовка добавочной воды теплосети с утилизацией сточных вод

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Московский энергетический институт

Технический университет

ОАО «Объединение ВНИПИЭнергопром

Подготовка добавочной воды теплосети с утилизацией сточных вод

В.В. Шищенко, д.т.н., С.В. Сидорова,

Ю.В. Моисейцев, инженеры

Москва

Недостатком натрий-катионирования подпиточной воды теплосети является повышенное количество минерализованных сточных вод, образующихся в процессе регенерации фильтров. Более совершенна в этом отношении технология водород-катионирования. В сточных водах такой регенерации в основном содержится сульфат кальция, и их утилизация проще.

В отечественной практике для подготовки подпиточной воды теплосети широко используются водород- и натрий-катионирование. В зависимости от конкретных условий эти технологии применяются либо раздельно, либо совместно.

Одно- или двухступенчатое натрий-катионирование гарантированно обеспечивает необходимое снижение жесткости воды при сохранении исходной щелочности. Опыт работы тепловых сетей ОАО «Мосэнерго» показывает, что даже при снижении жесткости подпиточной воды теплосети до 50-100 мкг-экв/л не удается полностью исключить образование отложений в трубопроводах. При средней толщине отложений 1-2 мм, величина отдельных наростов достигает 15 мм [1]. Количество карбоната кальция в этих отложениях достигает 50% и сосредотачивается преимущественно в верхних слоях. Нижний слой отложений состоит в основном из оксида железа. Общее количество отложений достигает 14 кг/м².

Одной из основных причин образования отложений в трубопроводах теплосети при низкой жесткости подпиточной воды могут служить подсосы сырой воды. Так как щелочность умягченной воды при натрий-катионировании равна щелочности исходной природной воды, попадание даже небольшого ее количества в теплосеть приводит к превышению растворимости карбоната кальция с указанными выше последствиями.

Другим недостатком натрий-катионирования подпиточной воды теплосети является повышенное количество минерализованных сточных вод, образующихся в процессе регенерации фильтров. Помимо хлоридов кальция и магния эти сточные воды содержат значительное количество хлорида натрия, т.к. регенерация фильтров осуществляется солями натрия с избытком в 2-3 раза по сравнению со стехиометрией. Утилизация таких вод является сложной технической задачей [2].

Более совершенна в этом отношении технология водород-катионирования, особенно в режиме так называемой «голодной» регенерации, когда кислота вводится в стехиометрическом количестве [3]. В сточных водах такой регенерации в основном содержится сульфат кальция, и, как показано ниже, их утилизация проще, чем утилизация сточных вод натрий-катионирования. Кроме того, при «голодном» водород-катионировании помимо снижения жесткости обеспечивается эквивалентное снижение щелочности. Недостаток этой технологии - повышенная жесткость обрабатываемой воды, т.к. жесткость исходной воды в большинстве природных вод превышает щелочность.

В связи с этим при необходимости глубокого умягчения и декарбонизации водород-катионирование сочетают с натрий-катионированием. Используются различные варианты Н-катионирования в таких схемах [4], однако в данной статье рассмотрен вариант только Н-катионирования в «голодном» режиме регенерации.

Для реализации этой технологии в отечественной практике использовали полуфункциональный катионит сульфоуголь. Этот катионит обладает очень низкими технологическими и эксплуатационными свойствами, что ограничивало широкое применение технологии, значительно усложняло утилизацию сточных вод из-за их повышенного количества [5]. В последнее время на отечественном рынке появилось большое количество карбоксильных слабокислотных катионитов с очень высокими технологическими показателями работы, предназначенных для использования в закрытых и открытых системах горячего водоснабжения.

Было исследовано несколько вариантов использования карбоксильных катионитов в схемах подготовки подпиточной воды теплосети. В данной статье рассмотрены два из них:

Н-катионирование с «голодной» регенерацией катионита (Н_г) и последующим, при необходимости, Na-катионированием этой воды в отдельном фильтре;

совместное Н_г-Na-катионирование в одном фильтре, загруженном слабо- и сильнокислотными катионитами.

В качестве слабокислотных использовались импортные катиониты марки CNP-LF (Леватит фирмы «Байер», Германия) и МАК-3Н (фирма «ДАУ Кемикал», США). В качестве сильнокислотных использовались отечественный катионит КУ-2-8 и немецкий S-100 («Байер») [6]. Сравнительная характеристика основных показателей используемых смол приведена в табл. 1.

Таблица 1

Некоторые технические данные используемых катионитов

При Н_г-катионировании регенерация фильтра и обработка воды осуществлялись по прямоточной схеме -- сверху вниз. Высота слоя катионита составила от 0,8 до 2,6 м. При совместном H-Na-катионировании в фильтр был загружен слой КУ-2-8 высотой 1,4 м и слой CNP-LF высотой 0,56 м. Параллельный фильтр был загружен смесью смол S-100 (1,4 м) и МАК-3Н (0,78 м). Объемы катионитов выбирались исходя из соотношения их обменных емкостей и качества обрабатываемой воды при условии одновременного выхода на регенерацию.

В процессе исследований катиониты перемешивались, однако в нижней части преимущественно сосредотачивался сильнокислотный катионит, имеющий более высокую плотность. Регенерация фильтра проводилась снизу вверх, истощение - сверху вниз. Для предотвращения выноса катионита при регенерации в верхнюю часть фильтра была загружена инертная смола фирмы «ДАУ Кемикал», плотность которой ниже плотности воды (этот тип смолы применяется фирмой в технологии «Апкор»).

Регенерация проводилась сначала серной кислотой, затем, после промежуточной отмывки, 10% раствором хлорида натрия, или разбавленным в 2 раза природным рассолом с ТЭЦ-21 [6,9], или раствором, приготовленным из продувочной воды испарителей Саранской ТЭЦ-2 [10]. Тем самым имитировались условия, которые могут возникнуть в зависимости от конкретного объекта использования данной технологии. После пропуска рассола фильтр повторно отмывался и включался в работу. Регенерационные растворы готовились как на исходной воде, так и на концентрированной части регенерационных сточных вод, после их стабилизации по гипсу и отделения осадка. Для стабилизации использовался контактный стабилизатор (кристаллизатор) диаметром 32 мм и высотой 2,5 м, загруженный гипсовым шламом с Саранской ТЭЦ-2 с высотой засыпки приблизительно 1 м [10].

Исследования показали, что, при индивидуальном использовании слабокислотных катионитов в режиме «голодной» регенерации, обеспечивается первоначальное снижение щелочности до 0,2-0,3 мг-экв/л при одновременном эквивалентном снижении жесткости. Затем наблюдается постепенное увеличение щелочности и жесткости фильтрата. При средней щелочности за фильтроцикл 0,5 мг-экв/л обменная емкость поглощения составляет 2000-2500 г-экв/м³. При использовании стабилизированных сточных вод для приготовления регенерационного раствора оптимальная концентрация кислоты составила 0,5-0,6%. Изменение качества обработанной воды на катионите МАК-3Н представлено на рис.1.

При совместном H-Na-катионировании воды обменная емкость поглощения CNP-LF и МАК-3Н, оказывалась близкой к ее значениям при индивидуальной работе. Выходная кривая при совместной работе смеси катионитов приведена на рис. 1.

Рис. 1. Изменение состава обработанной воды при использовании катионитов CNP-LF и КУ-2-8

отложение теплосеть водород натрий катионит

Фильтр отключался на регенерацию при достижении жесткости умягченной воды 0,1 мг-экв/л. При этом большую часть фильтроцикла жесткость умягченной воды не превышала 0,01-0,02 мг-экв/л и в среднем за фильтроцикл составила 0,03-0,04 мг-экв/л. Этим значениям соответствует карбонатный индекс 0,012-0,024 (мг-экв/л)², что значительно ниже минимального значения по ПТЭ [7], даже при повышенных значениях рН. Обменная емкость поглощения КУ-2-8 в этих условиях составила 900-1000 г-экв/м³, а S-100-1200-1300 г-экв/м³. Следует отметить, что рабочие обменные емкости катионитов не снижаются с увеличением количества фильтроциклов, что позволяет получать достаточно стабильные результаты.

На рис. 2 и 3 приведены выходные кривые регенерации фильтров. На рис. 2 показано также содержание в регенерационных сточных водах после кристаллизатора солей жесткости (Ж_ум) и кальция (Са_ум). Эксперименты показали, что концентрация кальция на выходе из кристаллизатора не превышает равновесную, что исключает образование сульфата кальция в баках и трубопроводах.

Основываясь на результатах экспериментов, разработано несколько схем подготовки подпиточной воды теплосети с использованием Н_г-катионирования и утилизацией сточных вод. При невысоких требованиях к качеству подпиточной воды может быть использована наиболее простая схема: исходная вода обрабатывается на Н_г-катионитном фильтре, концентрированный отработанный регенерационный раствор с кальциевой жесткостью выше 30 мг-экв/л направляется на кристаллизатор, где происходит осаждение сульфата кальция до равновесного значения. Кристаллизатор представляет собой конический аппарат с взвешенным слоем ранее образовавшегося осадка [8]. Стабилизированный раствор доукрепляется кислотой и вновь используется для регенерации катионитных фильтров. Сточные воды с кальциевой жесткостью менее 30 мг-экв/л вместе с избытком стабилизированного раствора равномерно дозируются в обработанную воду после катионитного фильтра.

Рис. 2. Изменение состава сточных вод при регенерации катионита МАС-3Н

Рис. 3. Изменение состава сточных вод при регенерации смеси катионов CNP-LF и КУ 2-8

Если к подпиточной воде предъявляются высокие требования по остаточной жескости, фильтр загружается смесью слабо- и сильнокислотных катионитов, работающих в режиме Н_г-Na-катионирования. Причем слабокислотный катионит регенерируется, как и раньше, своим же отработанным раствором с добавлением кислоты, а сильнокислотный - раствором натриевых солей. Схема утилизации избытка сточных вод для этого варианта должна выбираться с учетом конкретных условий работы объекта.

Во всех указанных схемах образовавшаяся в процессе Н_г-катионирования свободная углекислота удаляется традиционным способом в декарбонизаторе. Реализация таких схем позволит сократить расход реагентов и утилизировать сточные воды водоподготовительной установки.

Литература

Балабан-Ирменин Ю.В., Липовских В.М., Рубашов А.М. Защита от внутренней коррозии трубопроводов водяных тепловых сетей // М.: Энергоатомиздат, 1999. 248 с.

Потапова Н.В. Технология умягчения воды с утилизацией сточных водна РТС МГП «Мостеплоэнерго» // Материалы научно-практической международной конференции «Экология энергетики-2000». - М.: 2000. C. 185-188.

Лифшиц О.В. Справочник по водоподготовке котельных установок. Изд. 2-е, перераб. и доп. // М.: Энергия. 1976. 288 с.

Обработка воды на электростанциях/Под ред. В.А. Голубцова//М.: Энергия. 1966.

Шищенко В.В. Термическая очистка и утилизация сточных вод водород-катионитных фильтров с «голодной» регенерацией катионита. // Промышленная энергетика. 1983. №1. С. 46-47.

Шищенко В.В., Сидорова С.В., Моисейцев Ю.В., Хазиахметова Д.Р., Федоров К.А. Водород-натрий-катионирование в схемах подготовки воды для подпитки теплосети // Материалы научно-практической международной конференции «Экология энергетики-2000». - М.: 2000. С. 153-155.

Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации/Министерство топлива и энергетики РФ, РАО «ЕЭС России»: РД 34.220.501-95. - 15-е изд., перераб. и доп. // М.: СПО ОРГРЭС.1996.160 с.

Шищенко В.В., Измайлов М.И., Быков А.И., Лоренц К.Б. Аппарат для низкотемпературной термохимической очистки минерализованных сточных вод // Промышленная энергетика. 1990. №7. С. 41-43.

Шищенко В.В., Седлов А.С., Моисейцев Ю.В., Храмчихин А.М., Черкезов А.К. Водород-натрий-катионирование в схемах подготовки воды для подпитки теплосети // Материалы научно-практической международной конференции«Экология энергетики-2000». - М.: 2000. С. 153-155.

Седлов А.С., Шищенко В.В., Ильина И.П., Сидорова С.В. Малоотходная технология обработки воды на ТЭС // Материалы научно-практической международной конференции «Экология энергетики-2000». - М.: 2000. С. 183-184.

Размещено на Allbest.ru