Предварительная обработка котловой воды, механические фильтры
Необходимым условим долговечной и экономичной работы любого котлоагрегата является правильно рассчитанный, смонтированный и эксплуатируемый комплекс водоподготовки, дополненный химической программой коррекции котловой воды.
Исходными данными для выбора оборудования предварительной водоочистки является:
- максимальный часовой и суточный объем подпиточной воды (Qmax час; Q max сут);
- режим подпитки (непрерывный/разовый);
- химический анализ исходной воды и источник водоснабжения;
- нормы качества подпиточной воды котлов (в зависимости от конструкции и рабочего давления).
Этап предварительной обработки и очистки воды, как правило, включает:
- механическую фильтрацию (предварительные механические фильтры);
- удаление железа (обезжелезивание);
- умягчение воды.
Значительно реже на данном этапе так же решают следующие проблемы:
- снижение щелочности;
- снижение солесодержания;
- удаление углекислоты (декарбонизация).
Удаление механических примесей из котловой воды
Для удаления осаждаемых (песок, окислы железа, соли CaCO3 и другие тяжелые частицы) и взвешенных частиц (мелкая глина, грязь и органические вещества) используются механические фильтры различных конструкций.
При незначительных механических загрязнениях (до 5,0 мг/л), можно устанавливать компактные фильтры картриджного типа (сменные или промывные), основные достоинства которых - малые габариты, высокие скорость и глубина фильтрации.
При содержании в воде взвешенных частиц более 15 мг/л, целесообразно осуществлять фильтрацию на напорных фильтрах с комбинированным слоем (песок + антрацит).
Отфильтрованные частицы, по мере необходимости, удаляются из слоя противоточной промывкой.
В наиболее сложных ситуациях, при наличии коллоидных примесей применяют коагуляцию и флокуляцию с последующим отстоем и фильтрацией на напорных фильтрах.
Удаление соединений железа
Ионная форма и количественное содержание железа обусловлены источником водоснабжения. Наибольшая концентрация железа в подземных водах из артезианских скважин, где оно представлено в виде бикарбонатного закисного железа Fе (НСОз)2.
Как правило, используется один или комбинация из ниже перечисленных методов удаления железа:
1. аэрация с последующим фильтрованием (серии KAS, KMMF);
2. окисление с последующим фильтрованием (серия KMMF);
3. окислительные фильтры, регенерируемые или нерегенерируемые (серии KAMG, KBWF, KBMF);
4. ионообменный обмен (KWS, KWS TA, KWS TRIPL).
Метод обезжелезивания, в каждом конкретном случае, определяется исходя из ионного баланса соединений железа, а также эксплуатационных и технологических возможностей/требований комплекса водоподготовки.
При выборе метода удаления железа необходимо предполагать и учитывать его влияние на качество подпиточной и котловой воды. Например, при использовании метода аэрации с последующим фильтрованием в обработанной воде в результате гидролиза Fе (НСОз)2 увеличивается содержание свободной углекислоты СО2 и уменьшается щелочность. Также, при использовании этого метода обезжелезивания для водоподготовки парового котла, должен безупречно работать деаэратор, так как обработанная вода будет содержать некоторое количество избыточного кислорода.
Технология окисления железа с последующим фильтрованием предполагает в качестве окисления не кислород, а хлорсодержащие соединения (например, NaOC1 5-10% раствор) или перманганат калия (2-3% раствор КМnО4).
Окислительные фильтры - это напорные фильтры с оксидирующей загрузкой типа Manganese Greensand (регенерация раствором КМnО4) или Birm, Mandix (не регенерируемые), в которых гидроокись железа Fе (ОН)3, отлагающаяся на зернах загрузки, удаляется обратной промывкой.
Последние несколько лет для удаления растворенного железа широко используются ионообменные установки, где ионы Fe+2 обменивается на ионы Na. Этот метод привлекателен в первую очередь тем, что удаление ионов железа происходит одновременно с умягчением воды. Однако, процесс ионного обмена практически трудно использовать для глубокого обезжелезивания воды (менее 0,3 мг/л). Под воздействием растворенного в воде кислорода происходит окисление Fe+2 в Fe+3 с образованием труднорастворимого гидроксида Fе(ОН)3, который обволакивает зерна катионита и лишь частично удаляется при регенерации, что ведет к снижению обменной емкости смолы и ее деградации. Поэтому использование ионообменных установок для удаления растворенного железа ограничивается, как правило, его исходной концентрацией до 2,0 мг/л и допустим для водоподготовки отдельных типов водогрейных котлов.
Исходя из собственного опыта, можно сказать, что наиболее стабильный и качественный результат дают окислительные фильтры с фильтрующей загрузкой Manganese Greensand с постоянной регенерацией, а при концентрациях железа более 10 мг/л - комбинация: оксидирующий агент (NaOCl) плюс установка серии КАМG.
Особый случай, когда используется речная или озерная вода, в которой железо находится в сложных комплексах с органическими соединениями хелатного типа (например, с гуминовой и таниновой кислотами). Удаление такого «органического» железа представляет довольно сложную проблему в плане технологии. Иногда требуется несколько этапов обработки, чтобы добиться желаемого результата, например: окисление, коагуляция, отстой, фильтрация, ионный обмен.
Умягчение воды для котловой методом ионного обмена
Для умягчения воды применяется метод ионного обмена с использованием катионитов и анионитов. Наиболее распространено натрий-катионирование, при котором вода пропускается через Na-форму катионита. В результате ионного обмена из обрабатываемой воды удаляются катиониты Са+2 и Mg+2 (они сорбируются катионитом, а затем удаляются при обратном ионном обмене в момент регенерации катионита 10 ÷ 15 % раствором NaCl). В процессе умягчения в воду поступают ионы Na+, а анионный состав воды при этом не изменяется.
Образующийся после Na-катионирования карбонат натрия NaHCO3 распадается при высокой температуре (выше 150°С) на едкий натр NaOH и двуокись углерода СО2, которые являются коррозионными агентами. Поэтому умягчение воды обязательно должно сопровождаться внутрикотловой обработкой воды при помощи добавления специальных химических реагентов.
Одноступенчатым Na-катионированием, при использовании современных ионообменных смол, можно получить воду с остаточной жесткостью до 0,01÷ 0,02 мг-экв/л.
При этом один литр смолы может обработать не более 40 своих объемов воды в час. Это принципиальный момент при подборе оборудования. Например: для обработки
1 м3 воды в час ионообмена установка должна быть загружена 25 литрами катионита
1000 литров
------------------------ = 25 литров
40 объемов
Промышленные ионообменные умягчители должны обеспечить непрерывный процесс производства умягченной воды. Для этих целей используются установки, работающие по принципу TWIN ALTERNATOR, то есть одна колонна с катионитом находится в режиме "сервис" (умягчение воды), а вторая - в режиме "регенерации" или "ожидания". Как только ресурс "рабочей" колонны заканчивается (что определяется встроенным счетчиком обработанной воды), то моментально в работу включается вторая "отрегенерированная колонна".
Основным преимуществом современного оборудования для умягчения воды на ионообменных смолах являются его компактность, высокий уровень автоматизации, более длительный эксплуатационный ресурс катионита (минимум 3 ÷ 5 лет).
Первичная водоподготовка в комплексе с химической программой внутри котловой обработки воды позволяет поддерживать оптимальный водно-химический режим работы котлов, минимизировать эксплуатационные затраты на профилактику и ремонт.
