Лекции по Водоподготовке. Лекция Значение водоподготовки на тэс для обеспечения надежности и экономичности эксплуатации
 Скачать 10.65 Mb.
|
|
Процесс катионирования В зависимости от химического состава катиониты бывают: - сильнокислотные, содержащие активные сульфогруппы SO3H. Идёт обмен катионов в щелочной, нейтральной и кислой среде; - слабокислотные, содержащие карбоксильные группы СООН,ОН. Реакция идёт только в щелочной среде. Обменные катионы могут быть различны, но для водоподготовки важными являются только натрий Na+ и водород  катионы( ).В зависимости от того, какой катион в данном катионите является обменным , различают Na+-катионит (  ) и -катионит ().Соответственно называются и процессы.Натрий-катионирование При Na-катионировании жесткой воды происходит следующий катионный обмен:  В результате проведенных реакций происходит более или мене полная защита катионов Са2+ и Mg2+ в воде катионами Na+, и остаточная жесткость Na - катионированной воды снижается до 10 мкг-экв/л и ниже, щелочность и анионный состав не изменяются, а солесодержание ее несколько повышается. После того как рабочая обменная емкость полностью исчерпана и значительная часть обменных катионов Na+ замещена Са2+ и Mg2+ катеонит поглощается и теряет способность умягчать воду. Для восстановления рабочей обменной жидкости катионит необходимо извлечь из него задержанные катионы, заменив их обменными катионами. Процесс восстановления рабочей обменной емкости истощенного катионита называется регенерацией. Регенерация Na-катионита - фильтрование через слой раствора поваренной соли NaCl:   Применение NaCl: 1) доступность; 2) СаС12 и MgCl2 - хорошо растворимы, легко удаляются с регенерационным раствором и отмывочной водой. Пропускание регенерационного раствора через фильтр может осуществляться: 1) снизу вверх, как и умягчаемая вода. Концентрация соли 3-З,5 раза больше расчетной; 2) снизу вверх, противоположно движению умягчаемой воды. Снижается расход реагентов. Н-катионироваиие Химические реакции, проходящие при Н-катионировании:     Общая жёсткость Н-катионированной воды снижается до 10 мкг-экв/л ,а карбонатная жесткость полностью удаляется, следовательно снижается солесодержание и устранение щелочности воды. Так как в процессе Н-катионирования все катионы в воде замедляются катионами  , то присутствующие в растворе сульфаты, хлорида и нитраты Са, Mg, Na и других катионов преобразуются в свободные минеральные кислоты (серную, соляную, азотную, кремниестую).Общая кислотность Н-катионированной воды при этом равна сумме содержащихся в воде анионов минеральных кислот  , , для вод, не содержащих Na+, может быть принята равной некарбонатнойжесткости воды, т.к. катионированная вода — кислая, она не пригодная для питания котлов, процесс Н-катионирования всегда сочетают с Na-катионированием или анионированием. Это дает возможность нейтрализовать кислотность и уменьшить щелочность обработанной воды. Регенерацию истощенного Н-катионита - фильтрование через его слой раствора 1,0-1,5%  , расход в 1,25-1,5 раза больше расчётного:   Иногда применяют «голодную» регенерацию Н-катионитных фильтров. Количество кислоты недостаточно. В верхних частях фильтрующего слоя катионита с обменным катионом  , а в ним слоях - с обменными катионами Са2+ и Mg2+. Прошедшая через фильтр вода не содержит сильных кислот и имеет незначительную щелочность (0,6-0, 8 мг-экв/л). Затем из Н-катионированной воды удаляется свободная углекислота и пропускается через две ступени Na-катионитных фильтров. Достигается необходимая глубина умегчения (5 мкг-экв/л).Анионирование воды Удаление анионов из Н-катионированной воды достигается при фильтровании ее через анионит. Способность к реакциям анионного обмена у слабоосновных анионитов обуславливается присутствие функциональных групп  Nи NH. На анионите происходит замедление анионов сильных кислот на анионы  ,  ,  (обменные анионы):   В результате реакции анионирования воды ее солесодержание снижается до 50-100 мкг/л. После замены обменных анионов анионами растворенных в воде электролитов анионит истощается и теряет способность обменивать ионы. Регенерация анионита достигается фильтрованием через слой истощённого анионита растворов   Прочие виды ионитной обработки воды. 1 Аммоний-катионирование воды Фильтрование воды через слой катионита, обменные ионы -  . При этом ионы накипеобразователей, также Na+ обмениваются на     Таким образом, аммоний-катионированная вода содержит различные соли  соответствующие содержащимся в умягчаемой воде анионам. В паровом котле под действием высокой температуры эти соли подвергаются гидролитическому разложению, при этом аммиак и углекислота уносятся паром, а в котловой воде должны оставаться   Таким образом, аммоний-катионированная вода - это умягченная вода (остаточная жесткость такая же, как у натрий-катионированной воды; снижается до 10 мкг-экв/л) с щелочностью такой же, как у исходной воды. Разрушение щелочности и появление кислой реакции может произойти только в паровом котле, тогда как при Н-катионировании фильтрат после катионитного слоя уже имея кислую реакцию. Для предотвращения чрезмерного снижения щелочности и явления кислой реакции воды аммоний-катионирование нужно сочетать с Na-катионированием воды. В этом случае содержание умягченной воде не превышает концентрацию  . Поэтому процессы, происходящие с аммоний-катионированной водой в котле, раничиваются разложением бикарбоната аммония и уносом образующихся NH4 и СО2 паром, а появление кислой среды в котловой в невозможно.Разрушение бикарбонатной щелочности воды в котле обеспечивает при этом такое же снижение сухого остатка, как и при катионировании. Поведение аналогично поведению при Н - катионировании. Сначала -катионит поглощает наряду с иона кальция и магния все ионы натрия, потом происходит проскок натрия и затем проскок жесткости.Регенерация осуществляется раствором сульфита или хлорида аммония (первый - дешевле). Концентрация  не превышает 3 %, скорость пропускания через слой выше 10 м/ч.Отличительная особенность аммоний-катионирования - наличие в отработанной воде NН4OH, что приводит к увеличению содержания NH4 в паре и конденсате. При наличии в паре и конденсате одновременно растворенного О2 создается опасность протекания аммиачной коррозии латуни и других медных сплавов. Поэтому аммоний- катионирование применяется преимущественно в промышленных котельных при отсутствии теплообменной аппаратуры с латунными трубками. 2. Mg-катионирование Основная задача Mg-катионирования - увеличение концентрации магния - обескремнивание в процессе обработки ее известью.  Катионит предварительно регенерируют 2-3 % раствором MgCl2.При пропуске воды через Mg-катионит содержащиеся в воде  заменяют ионами Mg2+. Далее вода направляется в осветлители, где происходитизвесткование и в необходимых случаях коагуляция Mg катионит-сульфоуголь. При расходе MgCl2 на регенерацию в количестве 200 г/г-экв емкость поглащения сорбента 300-400 г-эвк/м3, остаточное содержание =0,5мг-экв /л. Расход отмывочной воды 5 м3/м3, скорость - 10 м/ч.3. Са-катионирование Са- катонирование - процесс стабилизации воды, содержащей избыток углекислоты, направляемой для подпитки тепловых сетей. При этом происходит поглощение  , образующегося при диссоциации свободной угольной кислоты, и увеличение содержания в воде бикарбоната кальция (карбонатная жесткость): Регенерацию истощенного катионита можно осуществлять СаСl2 или гидроокисью кальция (Са(ОН)2 - известковой водой). 4. К-катионирование В некоторых случаях рекомендуется поддержание так называемого калийного режима котловой воды, т.е. обеспечить содержание котловой воде только калиевых солей и щелочей (КС1, K2SO4, КОН, К3Р04). В этом случае наряду с применением калиевых реагентов (КОН, К3РО4, K2SO3, KNO3) для обработки питательной и котловой воды нужно дополнительное К-катионирование, т.е. умягчение ее катионитом, насыщенным обменными катионами К :  Регенерация насыщенного катионита - обработка КС1. 5. Обессоливание морской воды Катиониты серебра и бария -  применяются для частичного обессоливания (опреснения) морской воды, которая может быть использована в качестве питьевой воды.Вытесняемые Ag+, Ba2+ ионами Са2+, Mg2+, Na2+ соединяют воде:  Из воды выпадают нерастворимые осадки хлорида алюминия и сульфата бария. Снижается солесодержание воды, и она становится пригодной для питья. Специальные «патроны», снабженные этими и другими катионитами(а также анионитами) во время войны США с Германией применялись обеспечения экипажа питьевой водой на случай аварии самолёта, корабля, подводной лодки и высадки людей в , открытое море. Обработка воды в ядерных энергетических установках (ЯЭУ) В ЯЭУ с реакторами, в которых теплоносителем и замедлителем нейтронов является вода, иониты имеют широкое применение для следующих целей: - очистка циркуляционной воды (конденсата) первичного контура реактора от продуктов коррозии металла оборудования - обессоливание добавочной воды (конденсата) для подпитки контура первичного охлаждения, а также для восполнения потерь конденсата во вторичном контуре (обычный цикл парогенератор-турбина-конденсатор парогенератор) осуществляется аналогично химическому обессоливанию воды на обычных (угольных) электростанциях; - удаление анионов борной кислоты из воды (конденсата), питающий реакторы «кипящего» типа с непосредственным испарением воды в реакторах Борная кислота вводится при пуске реактора для регулирования его активности (бор-энергетический поглотитель нейтронов); - регулирование рН воды первичного контура для предотвращения коррозии алюминиевых оболочек тепловыделяющих элементов: (при повышении рН при образовании аммиака - продукта радиохимической реакции азота с водородом - продуктом радиолиза воды). Ионитные фильтры (преимущественно смешанного типа) успешно улавливают радиоактивные продукты коррозии из циркуляционной воды. При этом долгоживущие протоны (с малым период полураспада) задерживаются на 99 %, а долгоживущие радиоактивные загрязнения на 95 %. Основная нагрузка ионитных фильтров -задерживание аммиака. Регенерации таких фильтров не проводят, а отработавшие иониты заменяют свежими. Это упрощает эксплуатацию фильтров смешанного действия, т.к. при этом не требуется раздел (и регенерация) ионитов. Данное обстоятельство объясняется тем иониты используют здесь как накопители радиоактивных отходов, которые легко обезвредить (зарывание в землю на большую глубину погружение в океан). Продолжительность работы ионитной загрузки «разового действия» в этих условиях очень велика. На одной установке - через З-3,5 тыс. часов работы. Конструкции ионитных фильтров Схемы установок 1. Ионитные фильтры по принципу действия бывают: - катионитные; - анионитные; - смешанного действия. 2. По способу выполнения технологических операций: - параллельноточные; -противоточные. 3. По количеству ступеней:I,II,III ступеней. В параллельноточном фильтре подвод умегчённой воды производится сверху. Внизу - дренажная система и сбор фильтрованной воды. Такие фильтры обычно бывают Н-катионитные , Nа-катионитные и анионитные.Н-катионитные и анионитные должны быть покрыты внутри антикоррозионными покрытиями(корпус и фронтовой трубопровод). Распределительные устройства и их арматура – из нержавеющей стали.  В нижней дренажной системе в слой вводится ионит на 150-ЗООмм для устранения «заклеивания» колпачков дренажной системы щёлочью, скапливающейся на самом верху фильтрующего слоя. Регенеративный раствор подается через распределительную систему под верхним днищем в виде звезды из труб со щелями. Через эту же систему проводится сброс воды после взрыхления ионита. В верхней дренажной системе вода соприкасается вверху с хорошо отрегенерированными слоями ионита. Может быть и другое правление регенеративного раствора и фильтруемой воды. Ионитный фильтр смешанного действия загружен катионитами и анионитами, которые после раздельной регенерации соответствующей кислотой и щелочью тщательно перемешиваются путем подачи в фильтр снизу вверх сжатого воздуха.  При пропускании воды происходит глубокое обессоливание и обескремнивание воды благодаря наличию большого числа ступеней и ОН-ионирования.Чтобы провести регенерацию, необходимо разделить катиониты и аниониты путем взрыхленной промывки снизу вверх. Фильтр смешанного действия применяется при обессоливание и обескремнивании конденсатов, а также в качестве барьерных фильтров на обычных химически обессоливающих установках. Определяемые физические характеристики ионитов: механическая прочность; разная плотность; форма частиц и т.д. В фильтре расположены три распределительных устройства.
отработавшего раствора щелочи.
|