Оборудование химводоочистки. Водоснабжение котельной. Обращение воды в рабочем цикле котельной
Скачать 224.5 Kb.
|
НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО КАТИОНИТНОГО ФИЛЬТРА Фильтр служит для умягчения воды и представляет собой цилиндрический сосуд с двумя сферическими днищами. В нижней части находится бетонная подушка, на которую укладывается нижнее распределительное устройство (нижний дренаж). Оно может выполняться колпачкового или щелевого типа. Колпачки бывают металлические, пластмассовые, фарфоровые, фаянсовые. Ширина щели колпачка 0,2-0,4 мм. Нижнее распределительное устройство служит для вывода умягченной воды из фильтра, вывода продуктов регенерации, подачи воды для взрыхления. Сверху насыпается слой подстилочного материала высотой 150-200 мм, диаметр зерен 1-2 мм. Подстилочным материалом может служить мраморная крошка, дробленый антрацит. На подстилочный материал насыпается катионит. Между верхним слоем катионита и верхним днищем пространство, которое во время работы фильтра заполнено водой, называемое водяной подушкой. Оно служит для увеличения катионита в объеме при взрыхлении. В верхней части находится верхнее распределительное устройство, выполненное в виде воронки или крестовины из труб с отверстиями диаметром 1,2-1,5 мм. Служит для распределения воды по всему сечению фильтра. Снаружи два люка: верхний - для загрузки катионита в фильтр, для осмотра и ремонта верхнего распределительного устройства; нижний – для выгрузки катионита из фильтра, для загрузки и выгрузки подстилочного материала, для осмотра и ремонта нижнего дренажа. В верхней части фильтра имеется воздушник для удаления воздуха из фильтра, на входе и выходе воды из фильтра установлены пробоотборники и манометры. Выбор схемы умягчения воды при Na-катионировании При жесткости сырой воды менее 5 мг-экв/кг строят одноступенчатую схему умягчения воды. Сырая вода поступает в Na-катионитный фильтр, умягчается и подается в деаэратор или питательный бак. Если жесткость сырой воды более 5 мг-экв/кг, то глубокого умягчения воды по этой схеме достичь нельзя. Для получения глубоко умягченной воды строят двухступенчатую схему умягчения воды. В этом случае вода поступает в Na-катионитный фильтр I ступени, умягчается и для более глубокого умягчения подается в Na-катионитный фильтр II ступени, а затем в питательный бак или деаэратор. При двухступенчатом умягчении воды жесткость воды длительное время находится в пределах 0,005-0,01 мг-экв/кг. РЕЖИМ РАБОТЫ И РЕГЕНЕРАЦИИ Na-КАТИОНИТНОГО ФИЛЬТРА I СТУПЕНИ при двухступенчатом умягчении воды. Эксплуатация фильтра сводится к двум операциям: рабочий период фильтра – умягчение нерабочий период – регенерация УмягчениеСырая вода, подогретая до 40ºС, через полностью открытую задвижку №1, через верхнее распределительное устройство поступает в фильтр, где умягчается и через задвижку №2 подается в фильтр II ступени. Скорость фильтрации 5-15 м/ч, регулируется задвижкой №2. Во время умягчения следует периодически открывать воздушник №7 для удаления воздуха и в соответствии с графиком химконтроля отбирать пробы умягченной воды на жесткость. При увеличении жесткости воды до 0,3-0,7 мг-экв/кг фильтр отключают на регенерацию, т.е. закрывают сначала задвижку №2, а затем задвижку №1. Регенерация Регенерация состоит из 3 операций: 1)Взрыхление; 2) Пропуск раствора соли; 3)Отмывка от продуктов регенерации 1.Взрыхление катионита в фильтре осуществляется при каждой регенерации сырой водой. Взрыхление служит для удаления уплотнений, образовавшихся в слое катионита, для удаления катионитовой пыли, воздуха и других загрязнений, которые попадают в фильтр при недостаточной осветленности воды и при пропуске соли. Годовой износ катионита – 8-10%. Взрыхление производится из бака для взрыхления, а если его нет, то взрыхляют сырой водой. Полностью открывают задвижку №3 (при наличии бака для взрыхления сначала, в заданной последовательности, открывают запорную арматуру на трубопроводе у бака и включают насос для взрыхления), а затем открывают воздушник №7 и задвижку №6. Как только из воздушника пойдет спокойная струя воды, его закрывают. Скорость взрыхления 8-12 м/ч, регулируется задвижкой №6. Сбрасываемая из фильтра вода должна контролироваться по содержанию рабочих зерен катионита. Присутствие в отбираемой пробе мелких, медленно оседающих на дно колбы зернышек катионита, является допустимым и даже желательным, т.к. это свидетельствует о вымывании вредной мелочи. При появлении в пробе быстро оседающих рабочих зерен катионита интенсивность взрыхления снижается путем прикрытия задвижки №6 и через 1-2 минуты вновь повышается до появления мелочи в сливной воде. Длительность взрыхления составляет нормально 15-20 минут и контролируется по осветленности сливных вод путем отбора проб через пробоотборник №8. Если через 15-20 минут не наступает осветленности сливных вод, взрыхление следует продолжить. По окончании взрыхления закрывают задвижку №6, №3, отключают насос. 2.Пропуск раствора соли Солевой раствор 6-10% концентрации из бака солемерника через полностью открытую задвижку №4 и верхнее распределительное устройство поступает в слой катионита, происходит обогащение катионита и через задвижку №5 продукты регенерации сбрасываются в канализацию. Скорость 3-5 м/ч, регулируется задвижкой №5. При проведении регенерации необходимо следить (по стоку воды через воздушник №7 или пробоотборник №9), чтобы в фильтре все время был подпор жидкости для предотвращения спускания водяной подушки и оголения фильтрующего слоя. При отсутствии слива воды через воздушник №7 при полностью открытой задвижке №4 необходимо прикрыть задвижку №5 до момента появления слива воды из воздушника. Как только весь раствор соли пропустили, закрываем задвижку №5, затем №4. 3.Отмывка от продуктов регенерации Полностью открывают задвижку №1 и вода через верхнее распределительное устройство поступает в слой катионита. Задвижку №5 открывают так, чтобы скорость отмывки составляла 5-10 м/ч. При наличии бака для взрыхления первые порции воды сбрасывают в канализацию, а затем закрывают задвижку №5 и открывают задвижку №3 для сбора отмывочной воды в бак для взрыхления. Если фильтр необходимо включить в работу, то при снижении жесткости отмывочной воды до 0,3-0,7 мг-экв/кг и содержании хлоридов на 30-40 мг/кг больше, чем в сырой воде, закрывают задвижку на выходе воды из фильтра (№5 или №3) и открывают задвижку №2, т.е. фильтр включают в работу. Если фильтр ставится в резерв, то его отмывают до жесткости 0,7-1 мг-экв/кг. Перед включением фильтра в работу из резерва, его отмывают до жесткости 0,3-0,7 мг-экв/кг. РЕЖИМ РАБОТЫ И РЕГЕНЕРАЦИИ Na-КАТИОНИТНОГО ФИЛЬТРА II СТУПЕНИ при двухступенчатом умягчении воды УмягчениеУмягченная вода из фильтра I ступени поступает через полностью открытую задвижку №1 в фильтр II ступени, где доумягчается и через задвижку №2 поступает в деаэратор или питательный бак. Скорость от 5 до 40 м/ч, регулируется задвижкой №2. Фильтр II ступени отключается на регенерацию при достижении жесткости умягченной воды 0,015-0,04 мг-экв/кг. Закрывают задвижки №2 и №1. Продолжительность рабочего периода фильтра от суток до 60 дней. При длительной работе фильтра слой катионита уплотняется настолько, что в фильтре наступает перепад давления. Для устранения этого недостатка следует произвести толчкообразное взрыхление. Эта операция производится умягченной водой с фильтра Iступени. Закрывают задвижки №2и №1, открывают задвижки №3 и №6, и делают толчкообразное взрыхление задвижкой №3, открывая и закрывая ее на 2-3 витка. После этого закрывают задвижки №6 и №3 и открывают задвижки №1 и №2, т.е. включают фильтр в работу. Регенерация1.Взрыхление производится умягченной водой из фильтра I ступени. 2.Пропуск раствора соли. Готовится раствор 10-12% концентрации 3.Отмывка от продуктов регенерации производится умягченной водой с фильтра I ступени. Отмывка заканчивается при достижении жесткости умягченной воды 0,015-0,04 мг-экв/кг и содержании хлоридов на 30-40 мг/кг больше, чем сырой воде. ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАБОЧЕГО РАСТВОРА СОЛИ. 1.Расчет количества соли, необходимой для регенерации Na-катионитного фильтра , кг где F – площадь поперечного сечения катионита, м2; F , (r-радиус фильтра, d-диаметр фильтра, π=3,14) h – высота катионита в фильтре, м Ераб – рабочая обменная емкость катионита, г-экв/м3; b – удельный расход соли, необходимой для регенерации обменной емкости катионита, г/г-экв При одноступенчатом умягчении воды b=200 г/г-экв; для фильтра I ступени при двухступенчатом умягчении воды b=110-180 г/г-экв; для фильтра II ступени при двухступенчатом умягчении воды b=280-350 г/г-экв 0,001 – приведение в кг. Пример. Высота сульфоугля в фильтре 1,5м, диаметр фильтра 1м. Определить необходимое количество соли для регенерации фильтра I ступени при двухступенчатом умягчении воды. Решение. F , =0,78 48,15кг 2.Назначение и конструкция солерастворителя. Солерастворитель служит для приготовления раствора соли. Если в котельной имеется склад мокрого хранения соли, то солерастворитель выполняет роль механического фильтра. Солерастворитель представляет собой герметично закрывающийся сосуд цилиндрической формы. Рассчитан на рабочее давление 6 кгс/см2. Внутри в верхней части имеется верхнее распределительное устройство, выполненное в виде воронки с отбойником. В нижней части находится нижнее распределительное устройство в виде чугунной плиты. На него насыпается слой фильтрующего материала высотой 350-400мм. Им может служить мраморная крошка, дробленый антрацит. Снаружи имеется два люка (верхний и боковой). Через верхний засыпают соль, через боковой люк производят загрузку и выгрузку фильтрующего материала, осмотр и ремонт нижнего распределительного устройства. Солерастворители изготавливают диаметром до 2 м. Эксплуатация солерастворителя сводится к двум операциям: а)рабочий период - солерастворение б)нерабочий период – промывка Рабочий периодПеред загрузкой соли открывают задвижку №5 и воздушник №7, спускают воду с солерастворителя, затем задвижки закрывают. Через верхний люк засыпают необходимое количество соли и люк герметично закрывают. Открывают воздушник №7 и задвижку №1, солерастворитель заполняют водой. Как только через воздушник пойдет вода его закрывают. Оставляют солерастворитель с водой для растворения соли на 10-15 минут. Затем открывают задвижку №2 и раствор соли вытесняется в бак-солемерник или в фильтр. Как только из пробоотборника №9 пойдет слабый раствор соли, закрывают задвижки №2 и 1. Промывка Промывка служит для взрыхления фильтрующего материала и вымывания из него грязи, занесенной солью. Производится потоком воды снизу вверх. Полностью открывают задвижку №3, а задвижку №6 открывают так, чтобы в канализацию не вымывался фильтрующий материал. Промывка считается законченной по осветленности сливных вод. Закрывают задвижки №6 и3. Промывка производится после каждой загрузки соли. Если солерастворитель работает как механический фильтр, то его промывают 1 раз в неделю. 3.Назначение и устройство склада мокрого хранения соли Для водоподготовок большой производительности строят склад мокрого хранения соли, где соль хранится в виде концентрированного раствора. Емкость склада мокрого хранения рассчитана для обеспечения работы химводоочистки на 10-30 дней, а иногда на 2-3 месяца. Склад представляет собой железобетонный резервуар, состоящий из 2 ячеек. В нижней части укладывается деревянный короб с отверстиями диаметром 10-15мм. Под коробом находится заборная труба с отверстиями диаметром 5-8мм. Сверху на короб насыпается слой фильтрующего материала (мраморная крошка, дробленый антрацит) высотой 150-200мм, диаметр зерен 15-20мм. Сверху засыпается соль. В склад имеется подвод холодной воды и горячей воды или пара для разогрева раствора соли в зимнее время. Перед использованием раствор соли в складе перемешивают по линии рециркуляции. 2-3 раза в год из склада выкачивают весь раствор соли, заменяют или промывают фильтрующий материал. 4.Бак-солемерник Если раствор соли берется на складе мокрого хранения и подается в бак-солемерник для приготовления раствора соли заданной концентрации, то выполняется следующий расчет. 1.Считаем коэффициент разбавления: , где Ск.р.с. - концентрация крепкого раствора соли; Ср.р.с. – концентрация рабочего раствора соли. 2.Определяем количество крепкого раствора соли, которое необходимо взять в бак-солемерник для приготовления рабочего раствора соли , где Н – высота солемерника; 3.Определяем количество воды, необходимой для разбавления крепкого раствора соли Но=Н-а Пример. Н=2,1м, Ск.р.с.=24% Определить сколько потребуется крепкого раствора соли и воды для приготовления рабочего раствора соли для регенерации фильтра Iступени. Но=Н-а=2-0,7=1,3м РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ФИЛЬТРА Производительность фильтра в м3/ч определяется по показывающему расходомеру. Как определить скорость фильтрования? Зная диаметр фильтра, а следовательно, площадь его сечения (πd2/4), легко определить скорость фильтрования путем деления производительности Q на площадь фильтрования F. Пример. Если расходомер у фильтра диаметром 3м показывает производительность 85м3/ч, то скорость фильтрования Пример. Диаметр фильтра 1м. Скорость фильтрования 5-15м/ч. Определить, что должен показывать расходомер. Q1=v1F=5x0,8=4м3/ч Q2=v2F=15x0,8=12м3/ч Общее количество воды, обработанной фильтром в течение рабочего цикла равно его часовой производительности, умноженной на продолжительность рабочего цикла Т. Продолжительность рабочего цикла фильтра модно определить по формуле: , где h – высота катионита в фильре; Ераб – рабочая обменная емкость катионита; v - скорость фильтрования; С - концентрация подлежащих удалению ионов. Для определения окончания рабочего цикла фильтра можно пользоваться показаниями счетчика профильтрованной воды, что удобно в тех случая, когда скорость фильтрования, а следовательно и производительность фильтра претерпевают значительные колебания в течение рабочего цикла. Зная рабочую обменную емкость фильтра h F Eраб., и разделив ее на концентрацию удаляемых ионов С, узнают количество воды, которое данный фильтр может пропустить за рабочий цикл. Прибавляя полученную величину к показаниям счетчика в момент включения фильтра в работу, получают цифру показания счетчика, при которой приблизительно оканчивается рабочий цикл фильтра. Пример. Натрий-катионитный фильтр диаметром 2,5м загружен сульфоуглем. Высота катионита 2м, Ераб.=350 г-экв/м3, жесткость исходной воды 4мг-экв/кг. Фильтр включен в работ у при показаниях счетчика 2395м3. Определить показания счетчика к концу рабочего цикла фильтра. V=h F=2x4,9=9,8м2 Количество ионов, которое может поглотить катионит = 9,8х350=3430г-экв Количество воды за цикл 3430:4=856 м3 Показания счетчика к концу рабочего цикла: 2395+ 856=3251 НЕПОЛАДКИ В РАБОТЕ Na-КАТИОНИТНОГО ФИЛЬТРА Снижение обменной емкости катионита. Причины: а) образовался гидравлический перекос в слое катионита вследствие выхода из строя или засорения нижнего или верхнего распределительного устройства; б) была проведена «голодная» регенерация катионита, т.е. недостаточным количеством соли; в) нарушены скорости взрыхления и отмывки, вследствие чего из слоя катионита не был удален воздух и уплотнения; г) часть катионита вымыта в канализацию; д) разрушение катионита в результате воздействия высоких температур. Если после выполнения доброкачественной регенерации обменная емкость катионита не увеличилась, то необходимо вскрыть фильтр, досыпать катионит, если его недостаточно, проверить равномерность распределения воды верхним распределительным устройством. Если катионита очень мало, то произвести осмотр и ремонт нижнего дренажного устройства. В питательной воде обнаружен катионит. Это значит, что у фильтра произошел срыв колпачков. Необходимо немедленно отключить фильтр, заменить питательную воду на качественную, проверить наличие катионита в котловой воде. Если он там будет обнаружен, заменить котловую воду на качественную путем продувок и подпиток. В питательной воде обнаружено повышенное содержание хлоридов. Это значит, что у фильтра, которому делают регенерацию, пропускает задвижка на выходе воды из фильтра (№2). Необходимо немедленно прекратить регенерацию, вызвать слесаря для ремонта задвижки, заменить питательную воду на качественную, проверить качество котловой воды. Если содержание хлоридов в котловой воде повышенное, то заменить котловую воду на качественную путем продувок и подпиток. ПУСК И НАЛАДКА Na-КАТИОНИТНОГО ФИЛЬТРА ПОСЛЕ МОНТАЖА После монтажа фильтра проверяют по отвесу вертикальность расположения фильтра. Нижнее и верхнее распределительное устройство должны быть расположены горизонтально. Проверяют состояние антикоррозионного покрытия. После укладки бетона проверяют исправность нижнего распределительного устройства. Для этого подают воду снизу под полным напором и проверяют равномерность ее распределения. После этого люки закрывают и под избыточным давлением 0,6 МПа (6 кгс/см2) проверяют герметичность фланцевых соединений и арматуры. Фильтр готов к загрузке катионита. Через нижний люк засыпают сначала просеянный и промытый подстилочный материал. Закрывают нижний люк. Заполняют фильтр до половины водой. Через верхний люк в фильтр засыпают катионит. Закрывают верхний люк. Отмывают катионит от пыли и кислоты потоком воды снизу вверх по линии взрыхления со скоростью 8-10 м/ч до осветленной воды (примерно 50 часов). Следят, чтобы рабочие зерна катионита не вымывались в канализацию. Как только отмывочная вода станет нейтральной или щелочность ее достигнет 0,5-1 мг-экв/кг, то отмывку проводят сверху вниз по линии отмывки. Затем делают обогатительную регенерацию двойным количеством соли. Фильтр отмывают и включают в работу. Через 5-7 фильтроциклов выбирают самый оптимальный режим работы фильтра и составляют режимную карту. Если фильтр сразу не включают в работу, то его отмывают от кислоты и пыли и оставляют истощенным. Не отмытый от кислоты фильтр оставлять нельзя, так как произойдет разрушение защитного слоя в фильтре. ГРАФИК РАБОТЫ Н–КАТИОНИТНОГО ФИЛЬТРА При фильтровании через водород-катионит природных вод, содержащих преимущественно катионы Ca2+, Mg2+ и Na+, необходимо иметь ввиду различное поведение этих катионов в процессе ионного обмена. В ряду Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+ каждый последующий катион поглощается более интенсивно, чем предыдущий. Точка А/ соответствует исходному состоянию отрегенерированного катионита в момент включения в работу Н-катионитного фильтра, когда все зерна катионита «заряжены» обменным катионом Н+ (рис. А). В начальный период работы фильтра от точки А/ до точки Б при соприкосновении исходной воды с зернами Н-катионита будет происходить полное поглощение всех катионов обрабатываемой воды по уравнениям: 2Н+Кˉ+Ca2+=Ca2+К2ˉ+2Н+ 2Н+Кˉ+Mg2+=Mg2+К2ˉ+2Н+ Н+Кˉ+ Na+=Na+Кˉ+ Н+ и выходящая из фильтра умягченная вода будет иметь кислотность равную сумме всех катионов водорода за вычетом реакции взаимодействия катиона водорода с бикарбонатным анионом по уравнению: Н++НСО3ˉ=Н2СО3= СО2 + Н2О В течение этого периода работы фильтра в верхних слоях будет происходить преимущественно поглощение катионов Ca2+ и Mg2+(рисунок Б), а в нижерасположенных участках – преимущественно катионов Na+. Изображаемые положения катионов в катионите являются условными, т.к. в действительности не может быть тонкого разграничения состояния слоев. По мере использования емкости поглощения верхних слоев Н-катионита и насыщения их катионами Ca2+ и Mg2+ эти катионы будут вытеснять из нижерасположенных слоев катионы натрия Na+, которые будут поглощаться последующими слоями Н-катионита. Таким образом, этот своеобразный слоеный пирог (Ca2+,Mg2+-Na+-Н+) по мере работы водород-катионитного фильтра перемещается вниз, пока не достигнет нижней границы загруженного в фильтр катионита, что соответствует точке Б и рис.В. В точке Б начинается проскок поглощенных Н-катионитным фильтром катионов. В первую очередь проскакивает катион Na+. Следовательно, начиная с точки Б заканчивается процесс обмена Н+ на Na+, но продолжается обмен катионов Ca2+ и Mg2+, обладающих повышенной подвижностью на Na+. Этот период работы фильтра продолжается от точки Б до точки Д и характеризуется максимумом концентрации иона Na+ в обработанной воде. В точке Д (точке Ж) заканчивается вытеснение Na+ и начинается постепенное нарастание концентрации Ca2+ и Mg2+, т.е. жесткости выходящей из фильтра воды до точки Е/, в которой величина жесткости становится равной исходной. Благодаря росту концентрации ионов Na+ в обработанной воде происходит, начиная с точки Б, понижение ее кислотности до нуля (точка В), а затем постепенное увеличение щелочности вплоть до щелочности исходной воды (точка Е) Схема Н-катионирования с двухступенчатым умягчением воды. Сырая вода поступает на Н-катионитный фильтр I ступени, где вода умягчается за счет обмена катионов Ca2+, Mg2+ и Na+ на катион Н+, затем в Н-катионитный фильтр II ступени, где улавливаются преимущественно катионы Na+. Фильтр I ступени отключается на регенерацию при проскоке Ca2+ и Mg2+, а фильтр II ступени – при проскоке катионов Na+. Умягченная вода подается в декарбонизатор для снижения содержания углекислого газа в воде, а затем в деаэратор. Декарбонизатор состоит из колонки и бака декарбонизированной воды. В колонке расположены насадки – керамические кольца Рашига. Вода подается в верхнюю часть колонки, разбрызгивается на мелкие струйки и капли и падает вниз; навстречу воде с помощью вентилятора подается воздух из расчета 30-40 м3 на 1м3 воды. Остаточная концентрация свободной углекислоты от 3 до 8 мг/кг. Расчет необходимого для регенерации количества кислоты производится по формуле: В= F h Eрабb 0,001, кг, где b-удельный расход кислоты для регенерации обменной емкости катионита. b=80 г/г-экв для H2SO4 Схемы Н-Na-катионирования 1.Параллельное Н-Na-катионирование Пропуская часть обрабатываемой воды через Н-катионитные фильтры, а часть - через Na-катионитные фильтры, и регулируя производительность этих двух групп фильтров, получают в результате смешивания умягченную воду с заданной величиной остаточной щелочности. рис.1 2.Последовательное Н-Na-катионирование Часть исходной воды пропускают через Н-катионитный фильтр. Полученную при этом мягкую, но кислую воду смешивают с остальной частью исходной жесткой воды в таких пропорциях, чтобы в результате смешивания получить воду с заданной остаточной щелочностью. Затем эта смесь направляется в декарбонизатор, после которого поступает на окончательное умягчение в Na-катионитный фильтр. рис.2 3.При совместном Н-Na-катионировании умягчение воды осуществляется в одном и том же фильтре, который для этого регенерируют в определенных пропорциях сначала кислотой, а затем поваренной солью. 4.Последовательное Н-Na-катионирование с «голодной» регенерацией Н-катионита В этом случае Н-катионитный фильтр регенерируют недостаточным количеством кислоты с таким расчетом, чтобы попадающие в обрабатываемую воду катионы Н+ нейтрализовались частью бикарбонатных анионов , а остальная часть этих анионов обеспечивала бы заданную остаточную щелочность обработанной воды. Н-катионитные фильтры отключают на регенерацию не по заданной жесткости воды, а по заданной щелочности. Поэтому воду после Н-катионитных фильтров пропускают для доумягчения через Na-катионитные фильтры. Рис.3 Такая схема Н-Na-катионирования имеет следующие преимущества: 1.Устраняется необходимость нейтрализации Н-катионированной воды путем регулирования количества потоков воды после Н- и Na-катионитных фильтров 2.Уменьшается расход кислоты 3.Отсутствует образование кислых стоков при регенерации и необходимость их нейтрализации во избежание коррозии канализационной сети. 4.Уменьшается коррозия внутренних элементов фильтров |