Фев 19 2002

Технология обработки воды для тепловых сетей

Технология обработки воды для тепловых сетей

и интенсивность накипеобразования

С.П. Высоцкий, Е.В. Грабарь

Автомобильно-дорожный институт ДонНТУ, г. Горловка

В Украине широко используются системы теплофикации как закрытые, так и с открытым водозабором. В системах теплофикации используются водогрейные котлы или подогреватели, размещаемые на тепловых электростанциях или в котельных. Перед подачей воды в указанные системы осуществляется ее очистка по технологии предочистки в осветлителях или в отстойниках с использованием коагулянтов и последующая обработка воды в водород-катионитных фильтрах с "голодной" регенерацией или натрий-катионирование. При подаче в котельные водопроводной воды предварительная очистка исключается из технологии водоподготовки.

Задачей очистки воды является исключение или подавление коррозионных процессов в тепловых сетях и предотвращение накипеобразования в котлах или подогревателях, а также обеспечение показателей качества воды, соответствующим нормам качества воды для питьевого водоснабжения в установках с открытым водозабором [1].

На большинстве водоподготовительных установок в качестве загрузки фильтров используется сульфоуголь (особенно при обработке воды методом водород-катионирования с "голодной" регенерацией). Сульфоуголь является недостаточно стабильным ионообменным материалом и способен выделять в очищенную воду целый спектр загрязнений, ухудшающих органолептические показатели качества воды. Это проявляется особенно при включении фильтров в работу после длительных простоев, а также в случаях работы фильтров с низкими скоростями фильтрации.

Нам представляется особенно неблагоприятным для здоровья использование обработки воды в фильтрах загруженных сульфоуглем при подаче в них питьевой воды из водопроводной сети. Наличие в этой воде активного хлора может вызвать его реакции с фенольными

группами, содержащимися в сульфоугле, с образованием диоксинов и их производных.

Для определения оптимальной технологической схемы обработки воды нами проведен ряд экспериментальных работ по определению влияния качества воды на интенсивность накипеобразования. Ранее нами было показано, что интенсивность накипеобразования в открытых системах пропорциональна произведению Са∙Щ [2]. Однако для закрытых систем, таких как тепловые сети, когда равновесие в системе сдвигается

Ca(HCO3)2                     CaCO3 + CO2

в правую сторону до установления равновесия количества СО2 (без вывода ее из раствора), указанная зависимость неполно описывает процесс накипеобразования. Это не позволяет с достаточной точностью выбрать технологию очистки воды.

Так, при умягчении воды натрий-катионированием из обрабатываемой воды удаляются как катионы кальция, так и магния. Последние при температурах имеющих место в тепловой сети вообще не участвуют в процессе накипеобразования. В то же время на их удаление расходуется поваренная соль, которая загрязняет окружающую среду. Наряду с этим карбонатная щелочность воды, которая является одним из компонентов накипи, в процессе умягчения натрий-катионированием, вообще не удаляется.

Нами и учеными ВТИ (Россия) выполнен ряд исследований, результаты которых позволили определить зависимость скорости накипеобразования от температуры и произведения жесткости на щелочность циркуляционной воды. При этом произведение жесткости на щелочность изменялось в относительно широком диапазоне (от 1,54 до 6,96 (мг∙экв/кг)2), а температура подогрева воды изменялась в интервале от 50 до 130° С.

Исходя из экспериментальных данных, получена экспоненциальная зависимость скорости накипеобразования от произведения жесткости на щелочность и температуры подогрева воды:

,                                         (1)

где V – скорость накипеобразования, г∙см2/ч;

t – температура, 0С;

Са∙Щ – произведение щелочности на жесткость, (мг∙экв/кг)2;

А, В, К – коэффициенты.

С помощью калькуляционного пакета Mathsoft MathCAD 2000 были найдены коэффициенты, и зависимость приняла вид:

.       (2)

В таблицах 1 и 2, а также на рисунках 1, 2 приведены данные экспериментальных и теоретических скоростей накипеобразования при значительно отличающихся параметрах произведения жесткости на щелочность Са∙Щ.

Таблица 1. Значения скорости накипеобразования при постоянном Са∙Щ = 1,54 (мг∙экв/кг)2

Экспериментальная скорость

накипеобразования,

V,  г∙см2/ч

Теоретическая скорость

накипеобразования,

V,  г∙см2/ч

1

2

0,0085

0,013

0,018

0,019

0,028

0,00982

0,013

0,016

0,021

0,026

Таблица 2. Значения скорости накипеобразования при постоянном Са∙Щ = 6,96 (мг∙экв/кг)2

Экспериментальная скорость

накипеобразования,

V,  г∙см2/ч

Теоретическая скорость

накипеобразования,

V,  г∙см2/ч

1

2

0,08

0,092

0,15

0,42

0,088

0,118

0,289

0,394

0

0,005

0,01

0,015

0,02

0,025

V T

120

100

80

60

40

20

                 – теоретическая зависимость;

х     х    х  – экспериментальная зависимость.

Рисунок 1. Скорость накипеобразования – теоретическая и экспериментальная

V

0

0,1

0,2

0,3

0,4

    20

T

120

100

80

 40

60

                    – теоретическая зависимость;

х     х    х  – экспериментальная зависимость.

Рисунок 2. Скорость накипеобразования – теоретическая и экспериментальная

Получены 2 теоретические кривые, которые с высокой надежностью описывают зависимость интенсивности накипеобразования от температуры в значительном диапазоне значений произведения щелочности на жесткость. При превышении указанных значений Са∙Щ процесс накипеобразования подчиняется другим механизмам, которые не учитываются в формуле (2). Следует отметить, что на практике вода с таким значением Са∙Щ практически не используется для подпитки тепловых сетей.

Для снижения интенсивности накипеобразования и улучшения органолептических показателей качества воды наиболее рационально осуществлять очистку воды в фильтрах, загруженных слабокислотным (карбоксильным) катионитом. Применение этой технологии позволяет наряду со снижением жесткости, также уменьшить щелочность очищенной воды до приемлемых значений. Следует отметить, что, учитывая ряд активности катионов, при поглощении катионов кальция и магния на слабокислотном катионите в фильтрат проскакивают практически только катионы магния, которые, как отмечено выше, практически не влияют на процессы низкотемпературного накипеобразования.

Особенностью использования этой технологии является резкое сокращение объема и массы засоленных стоков и обеспечение стабильного качества фильтрата в процессе получения умягченной воды.

Литература

1. Правила технической эксплуатации Электрических станций и сетей / М-во энергетики и электрификации СССР. 14-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 288 с.

2. Высоцкий С. П., Поддубная Е. В. Применение слабокислотных катионитов в технологиях очистки воды // Химия и технология воды. – 2002. – Т. 24, №2. – С. 167 – 173.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.