Стартовая >> Архив >> Генерация >> Испытания технологии обессоливания натрий-катионированной воды и эффективности двухступенчатой регенерации

Испытания технологии обессоливания натрий-катионированной воды и эффективности двухступенчатой регенерации

ВОДНО - ХИМИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ 

Промышленные испытания технологии обессоливания натрий-катионированной воды и эффективности двухступенчатой регенерации Н-катионитных фильтров I ступени

ХОДЫРЕВ Б. Н., ФЕДОСЕЕВ Б. С., кандидаты техн. наук, ВТИ им. Ф. Э. Дзержинского
Для реализации на ТЭЦ-21 Мосэнерго в АзИСИ были разработаны два технологических решения, направленных на увеличение рабочей обменной емкости ионитов и сокращение удельных расходов реагентов. Из-за недостатка информации о результатах работы «цепочек» в предложенном режиме в последнее время возникли разноречивые мнения об их эффективности, поэтому появилась необходимость дать объективную оценку разработанным АзИСИ технологическим решениям.
Предварительные исследования новой технологии были проведены ПО Союзтехэнерго на ТЭЦ-21 Мосэнерго. Однако из-за относительно короткого периода первого этапа испытаний на «цепочке» № 5 (май — август 1982 г.) до конца не были выявлены отдаленные последствия внедрения схемы обессоливания натрий-катионированной воды с высоким значением pH и были получены хорошие результаты по удельным расходам реагентов на регенерацию ионитов. Попытка вернуться к этому же режиму в 1983—1984 гг. не дала ожидаемых результатов. Блок фильтров № 5 работал со сниженными технологическими показателями.
Более углубленные обследования работы экспериментальных блоков фильтров № 5 и б ТЭЦ-21 Мосэнерго были выполнены в 1987 г. ВТИ им. Ф. Э. Дзержинского по поручению Главтехуправления Минэнерго СССР. Цель работы — определить эффективность предложенной АзИСИ технологии обессоливания натрий-катионированной воды на блоке фильтров № 5 (БФ-5), а также влияние двухступенчатой технологии регенерации катионитных фильтров последовательно растворами NaCl и H2SO4 на блоке фильтров № 6 (БФ-6) на удельные расходы реагентов для регенерации ионитов и количество выработанной за фильтроцикл воды. В качестве объекта сравнения по согласованию с АзИСИ и ТЭЦ-21 Мосэнерго был выбран блок фильтров № 2 (БФ-2), работающий по традиционной схеме.
Принципиальные схемы блоков фильтров показаны на рис. 1, а и 6. Блок фильтров № 2 (рис. 1, а) работает по традиционной схеме «цепочки» и включает в себя два Н-катионитных фильтра I ступени (HI предварительный и HI основной, загруженные соответственно сульфоуглем и катионитом КУ-2), анионитный фильтр I ступени (смесь анионитов: гелевого слабоосновного АН-31 и макропористого Вофатит АД-41), декарбонизатор, бак и насос частично обессоленной воды, Н-жатионитный фильтр II ступени (сульфоуголь) и два анионитных фильтра II ступени (All предвключенный и АН основной, загруженные соответственно смесью сильоосновных анионитов АВ-17 и А-450 и анионитом АВ-17). Регенерация ионитов проводится по широко распространенной ступенчато-противоточной схеме. На обессоливание подается осветленная известково-коагулированная вода.
Блок фильтров № 5 (рис. 1, б) работает по экспериментальной технологии с 1982 г. и имеет ряд принципиальных отличий:
на I ступени Н-катионирования воды в качестве предвключенного фильтра используется двухпоточно-противоточный фильтр, загруженный сульфоуглем. Реконструкция фильтра выполнена силами ТЭЦ-21 Мосэнерго. Общая высота загрузки сульфоугля — 2,5 м. Обессоливаемая вода подается в него сверху и снизу (40% -и 60% соответственно, пропорционально объему сульфоугля, расположенного выше и ниже среднего распределительного устройства) и отводится через среднюю сборно-распределительную систему. Раствор кислоты при регенерации подается в верхнюю часть фильтра и выводится через нижнюю сборнораспределительную систему;

схема блоков фильтров
Рис. 1. Принципиальная схема блоков фильтров:
а — блок № 2; б — блок № 5

предвключенный анионитный фильтр II ступени, загруженный макропористым слабоосновным анионитом Вофатит АД-41, переставлен в рассечку между предвключенным и основным Н-кагионитными фильтрами I ступени и фактически выполняет функции анионитного фильтра I ступени;
анионитный фильтр II ступени также имеет среднее сборно-распределительное устройство, расположенное на высоте 800 мм от нижнего сборно-распределительного устройства. Общая высота загрузки анионита АВ-17 — 1450 мм. Фильтр эксплуатируется по обычной технологии (фильтрация воды сверху вниз), а регенерация щелочью проводится двумя потоками раствора реагента: 40 % подается в верхнюю часть фильтра и 60 % — в нижнюю дренажную систему (пропорционально высотам слоев анионита выше и ниже среднего распределительного устройства). Раствор щелочи выводится из фильтра через среднее распределительное устройство;
на обессоливание подается известково-коагулированная и умягченная на Na-катионитных фильтрах вода.
На обеих «цепочках» декарбонвзаторы отключены, а баки частично обессоленной воды (БЧОВ) используются как промежуточные емкости.
Количество воды, вырабатываемой за фильтроцикл с 1985 г. по август 1987 г. на БФ-2 и БФ-5, показано на рис. 2. Среднее значение этого показателя на БФ-2 составляет 4250 м3, периоды минимальных значений связаны, по- видимому, с загрязнением катионита Н-катионитных фильтров I ступени соединениями железа. Этот вывод следует из того, что, как правило, увеличение количества выработанной за фильтроцикл воды наступает после обработки катионита более высоким расходом кислоты (он указан в килограммах в числителях дробных чисел на поле рисунка). Увеличение расхода щелочи в 66—122 циклах (он указан в знаменателях чисел на поле рисунка) не давало нужного эффекта. Суммируя данные за 176 фильтроциклов, следует отметить, что в среднем общая выработка воды на этой «цепочке» находилась на одном и том же уровне.
Совсем иные результаты по количеству вырабатываемой воды получены на БФ-5, работающем по экспериментальной технологии. Здесь от фильтроцикла к филмроциклу отмечается неуклонное снижение этого показателя на 21 м3 за фильтроцикл или на 1,34 ,г-экв/м3 ионита. При содержании анионов в воде 1,6 г-экв/м3 это дает уменьшение рабочей обменной емкости анионитов на 21-1,6=33,6 г-эжв за фильтроцикл. Эпизодическое резкое ее повышение связано с увеличением расхода щелочи на регенерацию «цепочки» (циклы 22—69). Это дает основание предполагать, что происходит отравление анионита несмотря на то, что на первой стадии поглощения анионов и органических веществ установлен анионитный фильтр с макропористым слабоосновным анионитом АД-41.
При прочих равных условиях (качество воды, иониты) причины ускоренного отравления анионитов следует искать в особенностях экспериментальной технологии, т. е. во влиянии умягченной щелочной (значение рН=10) воды на скорость разрушения сульфоугля. К этому же выводу приводит и отмеченный эксплуатационным персоналом факт, что после внедрения экспериментальной технологии на БФ-5 расход воды на взрыхление катионитных фильтров увеличился в 2 раза за счет выноса мелких (d0< <0,25 мм) фракций сульфоугля.
При обработке щелочной Na-катионированной воды на Н-катионитных фильтрах I ступени сульфоуголь, переходя из Н- в Na-форму и оказываясь в среде NaOH, подвергается ускоренной л«птизации за счет экстрагирования из него гумусов, алифатических и поликарбоновых кислот щелочью. В этом случае, чем большая часть слоя будет истощена по Na+, тем большее абсолютное количество органических веществ из него переходит в воду. Возникает вопрос: почему при Н-катионировании на сульфоугле известкованной (не умягченной Na-катионировавием) воды не отмечается таких явлений? Дело в том, что гумусы, из которых главным образом состоит сульфоуголь, не растворимы в воде в Н-; Mg- и Са-формах, и поэтому присутствующие в известкованной воде катионы жесткости (0,8— 1,2 мг-экв/л) являются в какой-то мере ингибиторами разрушения сульфоугля.
Серия экспериментов в лабораториях ВТИ с использованием ультрафиолетового спектрофотометра, результаты которых здесь не приводятся, подтвердила высказанные ранее предположения. В частности, было установлено, что сульфоуголь, находящийся в Na-форме, в среде NaOH (pH = 10) выделяет в раствор в 10 раз больше органических веществ, чем сульфоуголь, находящийся в Са- или Mg-формах при том же значении pH или в Н-форме в равновесии с конденсатом. Эти сульфированные органические вещества необратимо поглощаются слабоосновными анионитами, что и является основной причиной снижения рабочей обменной емкости последних от фильтроцикла к фильтроциклу.

Количество вырабатываемой за фильтроцикл воды
Рис. 2. Количество вырабатываемой за фильтроцикл воды на БФ-2 (а) и БФ-5 (б)
Таким образом, обессоливание Na- катионированной воды с высоким значением pH на Н-катионитных фильтрах I ступени, загруженных сульфоуглем, приводит к ускоренному необратимому отравлению слабоосновных анионитов и может быть рекомендовано для внедрения только при условии снижения значения pH осветленной воды перед Н-катионитным фильтрам.
Принципиальная технологическая схема блока фильтров № 6 показана на рис. 3. Она выполнена по сокращенному варианту: отсутствует декарбонизатор, нет предвключенного катионитного фильтра I ступени и предвключенного анионитного II ступени. Кроме того, к принципиальным отличиям этой схемы от схем традиционных «цепочек» ТЭЦ-21 Мосэнерго относится то, что на I ступени Н-катионирования смонтирован противоточный фильтр, загруженный катионитом КУ-2, а на II ступени анионирования — двухпоточно-противоточный фильтр.
Технология регенерации Н-катионитного фильтра I ступени также имеет особености. На первой ее стадии выполняются обработка катионитного фильтра 8—10%-ным раствором NaCI по противоточной схеме и его отмывка от избытка реагентов и продуктов регенерации. На второй стадии проводится ступенчато-противоточная регенерация Н-катионитных фильтров 2—4%-ным раствором серной кислоты.
Регенерация анионитных фильтров выполняется по двухпоточнопротивоточному принципу: вначале 3—4%-ный раствор едкого натра распределяется на два равных потока и подается в верхнюю и нижнюю части All. Регенерат .выводится из среднего сборно-распределительного устройства и направляется на обработку AI по прямоточной схеме.
схема блока фильтров № 6
Рис. 3. Принципиальная схема блока фильтров № 6
Из рис. 4 следует, что среднее количество вырабатываемой за фильтроцикл воды на БФ-6 составляет 6000—6500 м3 и им ч'т большие отклонения от средних значений, объясняемые главным образом нерегулярной обработкой катионита солью перед регенерацией его кислотой (расход кислоты в кг приведен в числителе чисел на поле рисунка, а расход щелочи — р знаменателе). В ходе последних 30 фильтроциклов, проведенных с постоянной двухстадийной регенерацией, выявилась тенденция к увеличению количества обрабатываемой за цикл воды, что свидетельствует о важности перевода катионита в Na-форму перед регенерацией кислотой и влиянии его регулярности на технологическир показатели «цепочки».

Рис. 4. Количество вырабатываемой за фильтроцикл воды на БФ-6:
Количество вырабатываемой за фильтроцикл воды на БФ-6
с — регенерация кислотой после пропуска раствора соли; б — то же без пропуска раствора соли

 

Выводы

  1. Блок фильтров № 2, работающий по традиционной схеме, обессоливает за фильтроцикл в среднем 4250 м3 воды при средних удельных расходах реагентов 80 г/г-экв серной кислоты и 70 г/г-экв щелочи.
  2. На блоке фильцров № 5, обессоливающем известкованную и Na-катионированную воду, объем обрабатываемой воды за 115 фильтроциклов снизился с 6250 до 2750 м3, т. е. в среднем падение объема выработки составляло 21 м3 на фильтроцикл. Результатом этого явилось увеличение расхода реагентов на регенерацию ионитов и снижение рабочей обменной емкости на 33,6 г-экв за цикл.
  3. Причиной снижения технологических показателей работы БФ-5 является ускоренное разрушение сульфоугля в Na-форме в щелочной среде. Для эксплуатации в схемах обессоливания известкованной и умягченной Na-катионированием воды сульфоуголь применять не рекомендуется.
  4. Экспериментальный блок фильтров № 6 обессоливает за фильтроцикл 6000—6500 м3 воды при удельных расходах реагентов 80 г/г-экв кислоты и 70 г/г-экв щелочи и нерегулярных обработках катионита солью. При регулярной обработке (фильтроциклы 150—183) имеется перспектива повышения технологических показателей этого блока фильтров: увеличение выработки воды до 7500— 8500 м3 с соответствующим снижением удельных расходов реагентов до 60—50 г/г-экв. Таким образом, регулярная двухступенчатая регенерация катионита КУ-2 безусловно оказывает положительное влияние на технологические показатели «цепочки».
  5. К преимуществам БФ-6 следует отнести сокращение технологической схемы (четыре фильтра вместо шести с декарбонизатором на других «цепочках»), позволяющее снизить капитальные затраты при сооружении ХВО.

На основании проведенных исследований рекомендовано:
прекратить на БФ-5 Na-катионитное умягчение воды перед обессоливанием во избежание более глубокого и необратимого «отравления» анионитов;
провести углубленную регенерацию анионитной части БФ-5 от поглощенных органических веществ. Для этого после регенерации ее в соответствии с режимной картой заполнить анионитные фильтры десорбирующим раствором, содержащим 10 % NaCl и 4 % NaOH, и выдержать аниониты в нем в течение суток. Затем десорбирующий раствор слить и отрегенерировать фильтры с общим расходом щелочи 600 кг (в пересчете на 100 °/о-ный NaOH);
ввести на БФ-5 двухступенчатую регенерацию сульфоугля предвключенного Н-катионитного фильтра I ступени растворами NaCl (5—6 %) и кислоты и провести длительные (не менее 9—12 мес) испытания эффективности этой технологии в сравнении с традиционной технологией на БФ-2;
проводить обработку катионита на БФ-6 не реже, чем 1 раз за два фильтроцикла.

 
« Испытания на стенде ВТИ пористых резиновых шариков для очистки конденсаторных трубок   Исследования трубопроводов питательной воды энергоблоков 160-800МВт »
электрические сети