ГЛАВА ВТОРАЯ
ПРИГОТОВЛЕНИЕ ДОБАВОЧНОЙ ВОДЫ
1. ПОДГОТОВКА ВОДЫ ПЕРЕД ИОНИРОВАНИЕМ
Подготовка воды перед копированием в значительной степени определяет качество обессоленной воды и условия эксплуатации ионитов. Многие примеси природных вод, такие как некоторые органические вещества, высокодисперсные алюмо- и ферросиликаты, так называемая нереакционная кремнекислота и др., не могут быть полностью удалены ионированием. Кроме того, частично поглощаясь анионитами, эти вещества удерживаются ими, не удаляясь при регенерации и постепенно снижая емкость поглощения материала и глубину обессоливания воды.
Предочистка предназначена для максимального удаления всех этих примесей. Помимо того, предварительная обработка воды снижает ее щелочность.
Совершенствование предочисток водоподготовительных установок ГРЭС с энергоблоками мощностью 500 и 800 МВт определяется необходимостью существенного повышения надежности их работы и увеличения единичной производительности предочисток вследствие большей паропроизводительности котлов и соответственно большими расходами питательной и добавочной воды, а также в известной мере большими разовыми расходами воды на пускопромывочные операции по этим энергоблокам.
При совершенствовании предочисток необходимо учитывать мероприятия на водоподготовительных установках и на электростанциях в целом по осуществлению требований по защите природных водоисточников.
Объем применения в 1976— 1990 гг. предочисток на ГРЭС с -блоками 500 МВт и более определен работами института Теплоэлектропроект (ТЭП) по выбору на указанный период площадок электростанций, систем водоснабжения и обусловленных этим методов обработки добавочной воды. Все намеченные к сооружению крупные ГРЭС будут снабжаться водой из поверхностных источников. Добавочную воду на большинстве возводимых ГРЭС предусматривается обессоливать химическим методом: в текущем пятилетии — на 92% установок, иначе для 97% их суммарной производительности, а в последующем на 80% установок, или для 85% их суммарной производительности.
Предполагается, что в 82% случаев будет разрешен сброс нейтрализованных стоков от водоподготовительных установок, в том числе в 39% случаев — на золоотвал. В остальных 18% сброс будет запрещен, т. е. потребуется переработка сбросных вод.
На всех установках химического обессоливания, т. е. для большинства возводимых ГРЭС, потребуется предварительная очистка воды путем коагуляции или известкования, как общее правило — с одновременной коагуляцией, и во всех случаях — с применением также вспомогательных средств коагуляции.
Для термического обессоливания, т. е. для испарителей различных типов, которые будут применены на 8% установок, соответствующих 3% суммарной производительности по воде, до настоящего времени нормы качества питательной воды и соответственно необходимая очистка воды, питающей установки, окончательно еще не определены. Ряд специалистов считает, что для испарителей мгновенного вскипания очистка воды может вообще ие потребоваться. В какой мере такое суждение обосновано, покажет дальнейшая проектная проработка и опыт эксплуатации. В том случае, если потребуется декарбонизация питательной воды для испарителей, одним из возможных решений, кроме обычных осветлителей, будет известкование при высоком (100—120°С) подогреве, совмещаемое при необходимости с устранением некарбонатной жесткости путем введения соды. В том же аппарате может быть осуществлена и деаэрация воды. Такие установки широко применяются за рубежом для обработки добавочной воды котлов низкого и среднего давления. Согласно исследованиям [2-1] высокий подогрев воды позволяет резко уменьшить требуемую длительность обработки (до 0,7 ч при известковании), улучшить результаты декарбонизации и умягчения воды, в частности, снизить остаточную щелочность до 0,3 мг-экв/л. При установлении целесообразности известкования или известково-содовой обработки воды в системе водоподготовки ТЭС с испарителями необходимо будет возобновить и продолжить конструктивную проработку напорных осветлителей, в частности осветлителей меньшей производительности, а равно и систем их автоматизации и вспомогательных устройств.
Предполагаемая производительность установок химического обессоливания приведена в табл. 2-1.
Потребность в воде, выдаваемой предочисткой, будет на 15—25% больше указанной в табл. 2-1, что обусловлено расходом воды на собственные нужды водоподготовки. На некоторых ГРЭС с энергоблоками мощностью 500 и 800 МВт потребуется обработка воды, идущей на подпитку теплосети. В большинстве случаев она будет вестись по схеме: известкование — коагуляция — механическая фильтрация. Эти установки рассчитываются обычно на выдачу 20—100 и лишь при открытой теплосети 500 м3/ч воды.
Таблица 2-1
Проектируемая производительность установок химического обессоливания
Пятилетка | Производительность, м3/ч | ||
минимальная | максимальная | средняя | |
Десятая | 50 | 350 | 170 |
Одиннадцатая | 100 | 350 | 160 |
Двенадцатая | 50 | 350 | 180 |
Таким образом, потребная производительность предочисток по очередям их сооружения будет в пределах 80—450 и при завершении строительства 200—850 м3/ч.
Если рассматривать собственно предочистки, работающие по методам известкования и коагуляции, то требования защиты природных водоемов будут удовлетворяться в этих случаях без особых трудностей. Сточные воды от промывки механических фильтров, составляющие 5—7% выдачи осветленной воды, могут быть возвращены в осветлители без предварительного отстоя вместе с содержащейся в них взвесью. Продувочные воды осветлителя (1—3% их производительности) также могут быть возвращены после механического отделения от них шлама. Для этого можно применять различные устройства; в последних проектах ТЭС обычно используют вакуум-фильтры, а выделенные осадки удаляют в(отвал. Приблизительное количество сухого остатка при известковании воды составляет в среднем 350, а при коагуляции 75 г/м3. За год на водоочистке производительностью 500 м3/ч при «чистой» коагуляции это составит около 225, а при известковании примерно 1000т, разумеется, без учета недопала, т. е. отходов от гашения извести. Осадок, получаемый при известковании, можно и желательно использовать. В частности, его можно безо всякой дополнительной обработки1 использовать в агрокультурных целях, например для щелочения кислых почв. В отдельных случаях возможна регенерация шламов и их повторное использование для обработки воды, например обжиг осадков от известкования с получением окиси кальция и обработка серной кислотой шламов от коагулирования воды с получением сернокислого алюминия. Регенерация шламов находит применение за рубежом, но экономически она оправдана только при очень больших количествах обрабатываемых осадков. Так, повторное получение сернокислого алюминия производится на водопроводной станции Орли (Париж)» выдающей до 300 тыс. м3/сут коагулированной воды.
Значительно большие трудности в работе предочисток могут вызвать общестанционные мероприятия, связанные с защитой природных водоемов, или же мероприятия, осуществляемые с той же целью в масштабе всего города или района, где расположена ТЭС. В первом случае возникает необходимость подавать в осветлители производственные 1 2 воды ТЭС, которые не могут быть возвращены в водоем из-за тех или иных загрязнений, но после соответствующей обработки могут быть использованы для подпитки котлов. Во втором случае может возникнуть необходимость в питании водоподготовительной установки (ВПУ) очищенными городскими, т. е. хозяйственно-бытовыми, сточными водами.
1 Только после обезвоживания, обусловленного транспортировкой.
2 Например, частично освобожденные· от нефтепродуктов воды, продувочные воды систем охлаждения и пр.
Установки химического обессоливания предусмотрены в тех случаях, когда допускается сброс отработавших вод. Питание ВПУ будет производиться водой природных водоемов.
Однако нельзя полностью исключить возможность подачи на предочистку мощных Т-ЭС в тех или иных количествах ранее использованных и очищенных вод. В настоящее время еще нет полной ясности в вопросе о том, в каких случаях и какие сбросы ТЭС могут и должны быть использованы для подачи на водоочистку ТЭС. Нет еще и опыта эксплуатации установок, питаемых сбросными водами. Здесь могут быть высказаны лишь следующие общие соображения.
Для питания водоочисток ТЭС надо стремиться по возможности использовать природную воду. Всякое введение добавочных составляющих потоков или питание только очищенными стоками осложнит и ухудшит условия эксплуатации предочистки и удорожит ее. Как правило, будет усложнено и последующее химическое обессоливание, поскольку повторно используемые воды обычно более минерализованы, чем природные, и, кроме того, часто загрязнены веществами, затрудняющими технологический процесс. Чтобы использовать все возможности для реализации наиболее благоприятного режима водоподготовки ТЭС и одновременно соблюсти интересы других водопользователей района, выбор способа очистки и пути использования сбросных вод ТЭС, обоснование целесообразности повторного использования этих и других сбросных вод в водоподготовке ТЭС, выбор схем предварительной очистки и методов обессоливания добавочной воды котлов ТЭС должны производиться с учетом возможности и желательности максимального использования сбросных вод ТЭС на нужды близкорасположенных промышленных и сельскохозяйственных предприятий, а также с учетом возможности кооперирования устройств для отведения и очистки сбросных вод ТЭС и других потребителей. При этом обязательно технико-экономическое обоснование принимаемых систем водопользования.
При вынужденной необходимости подпитки или питания водоочистки ТЭС городскими сточными водами последние должны быть предварительно подвергнуты полной биологической очистке, доочистке путем коагуляции и механического фильтрования и обеззараживанию. Возможность использования этих вод должна быть санкционирована санитарными органами, т. е. должны быть обеспечены санитарно-гигиеническая безопасность персонала ТЭС и надлежащий бактериологический контроль.
При подаче на предочистку разных составляющих потоков должны быть обеспечены: постоянство соотношения их расходов. достигаемое с помощью автоматических регуляторов; максимально возможное постоянство их химического состава путем применения при необходимости выравнивающих емкостей-накопителей, постоянство заданной температуры смеси, достигаемое с помощью соответствующей системы автоматического регулирования; применение· автоматических регуляторов подачи реагентов, обеспечивающих соблюдение заданного pH воды в процессе ее обработки при неизбежных колебаниях ее качества, даже при соблюдении указанных выше условий.
Использование очищенных сбросных вод для подпитки водоочистки ухудшает условия и качество очистки воды, поэтому при проектировании необходимо применять, наиболее надежные схемы и аппараты.
В случаях подпитки или питания водоочистки продувочными водами оборотных охлаждающих систем следует избегать подачи в эти системы фосфатов и органических соединений фосфора, которые ухудшают условия и качество работы предочисток. Необходимо заменять их другими средствами борьбы с отложениями в конденсаторах турбин, например магнитной обработкой, пропуском шариков для очистки, трубок конденсаторов и т. п.
Подача в осветлители производственных конденсатов нежелательна: она ухудшает технологию предварительной очистки· воды — декарбонизации — из-за снижения щелочности и жесткости исходной воды «чистой» коагуляции — из-за снижения исходной мутности. С уменьшением мутности исходной воды, особенно до значения менее· 50 мг/л, резко снижаются плотность шлама и скорость осаждения его частиц. В тех случаях, когда возникает необходимость в коагулировании производственных конденсатов и совмещении этого процесса с предварительной очисткой основного потока до. бавочной воды, конденсаты следует подавать в промежуточный бак после осветлителей. При этом перед механическими фильтрами повторно вводят коагулянт, а в соответствующих случаях также и флокулянт.
Обоснование выбора одной из двух основных схем предварительной очистки: известкование с одновременной коагуляцией или коагуляция сернокислым алюминием — остается для водоочисток энергоблоков 500 МВт и более в целом таким же [2-1, 2-2], как и для энергоблоков 300 МВт. Действующие нормы технологического проектирования ТЭС и тепловых сетей устанавливают, что для электростанций, с прямоточными котлами (в том числе для электростанций с энергоблока преимущественно применяется известкование. Предпочтение этого метода обусловлено более высокими и устойчивыми результатами очистки воды, особенно по таким показателям, как остаточное содержание соединений железа и нереакционноспособной кремниевой кислоты. Для предочисток энергоблоков 500 МВт, работающих в полупиковом режиме, здесь приобретает значение еще то обстоятельство, что осветлители для известкования воды допускают более быстрый темп наращивания производительности при выводе их из резерва.
Таким образом, в свете современных представлений следует ожидать, что на электростанциях, оборудуемых энергоблоками 500 МВт и более, предочистка будет, как правило, осуществляться по схеме известкования с одновременной коагуляцией, при необходимости — с вводом флокулянта и применением других вспомогательных средств.
Разработан нормальный ряд осветлителей ВТИ-И для известкования воды. Номинальная производительность осветлителей 63, 100, 160, 250, 400, 630 и 1000 м3/ч. Решением Техсовета Минэнерго СССР осветлители утверждены как типовые и применяются на всех расширяемых и вновь возводимых водоподготовительных установках, использующих известкование воды. Эти осветлители обладают рядом особенностей в сравнении с ранее применявшимися на электростанциях осветлителями ЦНИИ-1 А, усовершенствованием которых они являются. Эти особенности делают осветлители более экономичными и надежными. Большая экономичность определяется меньшими удельным объемом и расходом металла на их сооружение — приблизительно на 30%, а повышенная надежность— большей длительностью пребывания и меньшей скоростью движения воды в воздухоотделителе (около 20 м/ч), что обеспечивает практически полное выделение воздуха и лучшее осветление воды; большей удельной площадью (около 20%) шламоуплотнителя и большей высотой зоны уплотнения в нем осадка. Это позволяет применять осветлители для вод с большим исходным содержанием природной взвеси, с большим удельным содержанием в шламе гидроокиси магния и гидроокиси железа, т. е. для вод с большей долей магниевой жесткости в общей жесткости исходной воды и требующих для обработки больших доз коагулянта. Одновременно достигается лучшее уплотнение осадка и сокращается расход продувочной воды; лучшие условия автоматического соблюдения постоянства заданной «отсечки», т. е. расхода воды, поступающей в шламоуплотнитель.. Это обстоятельство делает работу осветлителя более стабильной в условиях переменной нагрузки осветлителя, наращивание которой, однако, и в этом случае должно быть плавным. Это обеспечивается напорным гидравлическим смесителем и устройством для вариации скорости ввода обрабатываемой воды в него без перерыва в работе и без опорожнения осветлителя, что требовалось в ранее применявшихся конструкциях. Эти особенности указанных осветлителей в наибольшей мере выгодно отличают их от других отечественных конструкций, так как позволяют оптимизировать при наладке и эксплуатации условия хлопьеобразования.
Надежность работы подтверждена длительной эксплуатацией некоторых головных осветлителей нормального ряда, а также осветлителя идентичной конструкции производительностью 500 м3/ч, который не вошел в нормальный ряд.
Номинальная производительность осветлителей нормального ряда достаточна для обеспечения производительности предочисток ГРЭС с блоками 500 МВт и более, намеченных к возведению до 1990 г.
Здесь согласно данным ТЭПа потребуются осветлители марок ВТИ-63И, ВТИ-100И, ВТИ-160И, РТИ-250И, ВТИ-400И.
Литературные данные об осветлителях, применяемых за рубежом для известкования поверхностных вод, позволяют считать, что аппараты ВТИ-И соответствуют им по основным технологическим и экономическим показателям. Преимущество осветлителей ВТИ-И — отсутствие механических устройств для перемешивания воды с реагентами и для поддержания во взвеси шлама. Их недостаток—большая высота из-за конического днища. Эти устройства должны находиться в работе и при выводе осветлителей е резерв, что снижает их экономичность. В последнее время в зарубежной литературе отмечается стремление переходить к гидравлическим способам смешения воды и реагентов [2-10] в связи с энергетическим кризисом.
При выполнении технического задания на разработку осветлителей использовалась общая теория работы и расчета осветлителей, созданная Е. Ф. Кургаевым. Однако, при сохранении приведенной Е. Ф. Кургаевым зависимости значений 1/ч и у о от отношения количества соединений магния к количеству соединений кальция в выделяющемся шламе ом, было оговорено, что параметры контактной средь, зависят не только от этого показателя. В [2-3] предложено характеризовать химический состав контактной среды четырьмя показателями:
количество образующихся гидроокисей магния, железа и карбоната кальция при известковании и коагуляции солями железа, мг; М — содержание взвеси в исходной воде, мг/л; Ка — общее количество образующейся взвеси, мг/л. Показатель aMg является модифицированной величиной ам. Хотя точно не установлено, в виде какого соединения выделяется магний при известковании, для характеристики контактной среды это не имеет значения. Поэтому принята традиционная точка зрения, что магний выделяется в виде Mg (ОН) 2.
К настоящему времени выявлена зависимость основных параметров контактной среды Уи и у0 от величин aMg и aFe, которые оказывают наиболее существенное влияние на характер образующихся частиц взвеси.
Введение параметра aFe имеет существенное значение в оценке свойств контактной среды, так как доля гидроокиси железа в ней зависит от состава исходной воды и от дозы коагулянта. Последняя в свою очередь определяется многими факторами и изменяется от состава исходной воды в зависимости от требований, предъявляемых к качеству известкованной воды. Значение aFe может быть сравнительно большим, например, при известковании вод с низкой карбонатной щелочностью и повышенным содержанием органических соединений, как это часто наблюдается в паводок. Влияние гидроокиси железа на физико-химические свойства контактной среды близко к влиянию гидроокиси магния в пределах значений aMg и aFe, характерных для условий известкования природных еод. Повышение содержания того или другого компонента приводит к уменьшению плотности частиц образующегося шлама и уменьшению значений V4 и γ0 (рис. 2-1 и 2-2). Значения V4 и γ0 получены путем определения свойств контактной среды при разных значениях ам5 и aFe с последующей математической обработкой на ЭВМ. Выявленные зависимости V4 и уо от амв и aFe рекомендуются для использования при проектировании новых осветлителей и при определении возможной максимальной производительности применяемых типовых осветлителей.
Рис. 2-1. Зависимость условной скорости свободного осаждения частиц V4 от ям8 при различных значениях areнтов
Рис. 2-2. Зависимость условной плотности частиц контактной среды уо от a Mg при различных значениях арс.
На основании обобщенных экспериментальных параметров контактной среды определены расчетным путем скорость восходящего движения воды и производительность QP осветлителей для шести конкретных рек и трех условных составов исходных вод, принятых ТЭПом и ВНИПИЭнергопромом в проектных и технико-экономических разработках. Значения <zmr и аре рассчитаны по данным химического состава вод, представленным в работах этих институтов (табл. 2- 2—2-3). Показатель ав. обычно колеблется в пределах 0,02—0,12 в зависимости от содержания взвеси в исходной воде, и в этих пределах, как показали экспериментальные данные, он не оказывает заметного влияния на основные параметры контактной среды. Если пренебречь значением ав, поскольку оно мало и переменно даже для воды одного водоисточника, то значение аса определится как разность: 1—ctMg— ctFe. Графики расчетной производительности (рис. 2-3) показывают, что на воде Волги и Енисея осветлители обеспечат проектную производительность, а в остальных рассматриваемых случаях возможно ее превышение на 25—70%—в основном в зависимости от состава воды и в незначительной мере в зависимости от марки аппарата (табл. 2-4).
Выполнены также поверочные расчеты осветлителей в предельных условиях (табл. 2-5 и 2-6), для чего максимальное значение ам, принятое при разработке схем аппаратов равным 0,15, пересчитано на ам3. Эти расчеты выполнены для условий паводка, когда количество образующейся взвеси небольшое, примерно 300 мг/л, а доза коагулянта обычно около 1 мг-экв/л, и для условий повышенной минерализации (/Си=700 мг/л) при средней дозе коагулянта, равной 0,5 мг-экв/л.
Поверочные расчеты выполнены для трех осветлителей, на которые ложится большая доля выработки воды в 10-й пятилетке. По данным проектных институтов таковыми являются осветлители марок ВТИ-400И и ВТИ-1000И, которые обеспечивают 50% установленной производительности (по 20 000 мэ/ч, в общей сумме 80 850 м3,/ч), и ВТИ-160И, которых устанавливается 123, или -33% общего количества сооружаемых в этом пятилетии.
Таблица 2-2
Состав исходных вод (по данным ХОТЭ 1а и ВИИЛИЭнергопрэма) и основные параметры контактна среды, образую дайся при известковании
* IT, 2Т, ЗТ — условные составы вод типов 1, 2, 3, принятые ХОТЭПом в типовых проектах.
Примечание. Кл — количество образующейся взвеси; γ0—условная плотность частиц контактной среды; ж Vf — условные скорости свободного осаждения частиц при 15 и 30*С.
Т аблица 2-3
Расчетные значения aMg и aFe для типовых вод и соответствующая им скорость восходящего движения воды в зоне осветления (без учета коэффициента
моделирования)
Поверочный расчет осветлителей этих марок для двух вариантов значений Кя и DK показывает, что в предельных условиях их применения, т. с. при ам = 0,15, осветлители могут выдавать 113—123% номинальной производительности в первом варианте условий, типичных для паводка, и 147— 156%—во втором, непаводковом (см. табл. 2-6).
Максимальная расчетная производительность осветлителей нормального ряда ВТИ-И в зависимости от показателя ам® во всем диапазоне его значений при аре=0,06-ч-0,12 изменяется от 106 до 170% Qa при температуре воды 30°С и от 90 до 145'%—при 20°С (рис. 2-4).
Проведены также исследования контактной среды, образующейся при известковании воды с одновременной коагуляцией сернокислым железом и дополнительным сводом одного из флокулянтов — полиакриламида (ПАА) или полиэтиленамина (ПЭИ).
Более высокие параметры контактной среды при известковании воды получены с применением ПАА (рис. 2-5 — 2-7, табл. 2-7). Введение его дополнительно к коагулянту увеличивает Уч частиц контактной среды во всем диапазоне рассмотренных значений ам| и ар« не менее чем на 25%. При малых aMg и aFe (примерно 0,05 и менее) V4 обычно увеличивается значительнее и может составлять более 80% значения без ввода ПАА.
Условная плотность γ0 частиц контактной среды с малыми значениями aMg и are (0,05 и менее) при вводе ПАА уменьшается на 10—30%, что объясняется увеличением количества воды в хлопьях в связи с действием ПАА в этом случае. При a,Mg-|-aFe=0,l 4-0,15 условная плотность частиц в результате применения ПАА увеличивается на 15%, а при aMg + aFe= = 0,2-т-0,3 — на 45%. В двух последних случаях, когда количество воды в хлопьях без флокулянта достаточно велико, роль ПАА
Таблица 2-4
Рис. 2-3. Зависимость расчетной производительности Qр осветлителей нормального ряда для разных исходных вод от номинальной QH-
1, 2, 3, 4 — см. табл. 2-3.
Расчетная производительность осветлителей нормального ряда для разных исходных вод при температуре
30°С
*Оссэначекия исходной воды см. в табл. 2-2. Примечай и е. В числителе—Q , м»/ч, в знаменателе— Qp в процентах (JH. Р
в структурообразовапии несколько иная, чем в первом. Уменьшение в результате применения ПАА в указанных пределах Уо частиц контактной среды при малых значениях амг и аРе не вызывает необходимости изменять расчетные элементы осветлителя, так как абсолютные значения· Уо в этом случае достаточно велики.
Следует отметить, что применение ПАА для улучшения осветления воды при известковании без коагулирования менее эффективно, чем даже небольшая доза коагулянта без ПАА. С заменой коагулянта в схемах известкования флокулянтом ПАА, рекомендуемой в некоторых статьях [2-4], можно согласиться только при обработке исходных вод с aMg=0,08ч-0,12.
Таблина 2-5
Параметры контактной среды в предельных условиях применения осветлителей нормального ряда для известкования воды
Т а б л и ц а 2-6
Расчетная производительность осветлителей марок ЕТК-ЖИ, БТИ-4С0И и ВТИ-10С0И
Таблица 2-7
Влияние флокулянтов FAA и Г ЭИ (доза 1 мг/л) на Т'ч и γ0 при известковании воды.
Примечание. (То)ф и (Уч)ф — значения γ0 и полученные при применении флокулянта.
При больших и меньших амв дозирование коагулянта представляется обязательным.
Значения параметров контактной среды при известковании с вводом флокулянта ПЭИ ниже, чем с вводом ПАА, однако возможно, что эффективность удаления нереакционноспособной кремниевой кислоты в случае применения ПЭИ будет выше, так как он является катионноактивным флокулянтом. Поэтому можно предполжить, что ПЭИ, несмотря на более высокую его стоимость, также найдет применение на водоочистках.
Условия применения новых флокулянтов, т. е. выбор его марки, дозы, места ввода и т. д., могут быть определены только экспериментально при наладке технологического режима осветлителя [2-1, 2-2].
Проведенные исследования показали, что в проектах конкретных водоподготовительных установок расчетная производительность осветлителя может приниматься больше номинальной в соответствии с данными рис. 2-2 и 2-4 в зависимости от значений амя и ciFe, обусловленных качеством исходной воды, дозой коагулянта и количеством соединений магния, определяемым pH известкованной воды. При этом следует иметь в виду, что предельный расход воды через осветлитель не должен превышать 125% номинального. Для пропуска большего количества воды потребуется изменение размеров устройств для сбора и отведения воды из собственно осветлителя и шламоуплотнителя.
Принимая расчетную, т. е. проектную для конкретной водоочистки, производительность осветлителя, равную номинальной, практически во всех случаях известкования природных вод можно обеспечить соблюдение требования норм технологического проектирования а> том, чтобы производительность осветлителя выбиралась с запасом. 25% против расчетной путем ввода ПАА без установки для этого дополнительных аппаратов. Устройства для ввода коагулянта и флокулянта должны предусматриваться: Ео всех случаях обработки поверхностных вод (2-1, 2-2).
Обязательным условием успешной эксплуатации является автоматизация осветлителей и вспомогательных устройств. Состояние этого вопроса и направление дальнейшего совершенствования систем и. устройств изложено в параграфе автоматизации водоочисток.
Рассматривая возможности применения коагуляции сернокислым алюминием, следует отметить, что в условиях создания бессточных водоочисток прямоточная, т. е. контактная, коагуляция практически не осуществима. Процесс коагуляции на водоочистках ГРЭС с энергоблоками мощностью 500 МВт и более должен проводиться только в осветлителях с контактной средой из ранее образовавшегося шлама. В качестве исходного параметра, определяющего свойства контактной среды, предложена величина аи, представляющая собой процентное содержание коагулянта в выделяющемся шламе. Значения Уч и γο и коэффициент уплотнения шлама в зависимости от αΙ(, которые могут быть приняты для расчета осветлителей, определены путем обработки материалов .Е. Ф. Кургаева по коагуляции сернокислым алюминием [2-5]. К настоящему времени разработаны осветлители для ак 40% производительностью 100 и 350 м3/ч, для .«к 30% — производительностью 150, 230 и 450 м3/ч. Осветлители производительностью 150 и 450 м3/ч имеются двух типов: ЦНИИ-2 и ЦНИИ-3, причем модификации аппаратов ЦНИИ-2 разработаны МОТЭПом с учетом необходимого улучшения удаления воздуха, отвода шлама в шламоуплотнитель и отвода воды из шламоуплотнителя и собственно осветлителя. Методика определения расчетной производительности осветлителей для конкретной исходной воды приведена в руководящих указаниях по коагуляции.
Осветлители номинальной производительностью 100 и 350 м3/ч более надежны, в том числе и при низкой мутности исходной воды, что достигнуто путем увеличения их удельного объема, снижения скорости движения воды и увеличения длительности пребывания в воздухоотделителе и собственно осветлителе. Такое решение приемлемо при применении осветлителей на ГРЭС, где основной задачей является повышение надежности. Связанное с этим повышение первоначальных затрат относительно невелико. Необходимость такого решения была продиктована первоначальным опытом применения осветлителей с недостаточными размерами, что влекло за собой недопустимо низкое качество коагулированной воды, чрезвычайные трудности эксплуата:ции обессоливающих установок и связанный с ними перерасход материальных и денежных средств на эксплуатацию установки, который перекрывал в несколько раз затраты на сооружение осветлителей.
Однако желательно, особенно для ТЭЦ с большой производительностью водоподготовительных установок, найти способы интенсификации работы осветлителей. В отечественной и зарубежной водоприготовительной технике с этой целью ведутся работы в нескольких направлениях. За рубежом созданы осветлители, состоящие из наклонных элементов. Они встраиваются также в зону осветления воды осветлителей с контактной средой из ранее образовавшегося шлама. По имеющимся данным применение таких устройств позволяет существенно увеличить допустимую скорость восходящего движения воды или уменьшить содержание взвеси.
Интенсификация работы осветлителей может быть достигнута также путем применения флокулянтов. Кроме нашедшего широкое распространение ПАА, представляют интерес катионные флокулянты типа ВА-2. В лабораторных условиях был опробован один из образцов этого типа ·— флскулянт ВПК-101, разработанный Кемеровским научно-исследовательским институтом химической промышленности. Результаты опытов по коагуляции воды р. Москвы показали, что применение флокулянта ВПК-101 в количестве 1 мг/л дает возможность снизить дозу коагулянта (сернокислого алюминия) в 2 раза и более (до 0,3— 0,5 мг-экв/л) при сохранении эффекта обезжелезивания.
Уменьшение дозы коагулянта приводит к снижению ак и тем самым к увеличению допустимой скорости движения воды в осветлителе, т. е. его производительности. Кроме того, уменьшается минерализация воды, поступающей на анионитные фильтры. что позволяет снизить расход дорогой и дефицитной каустической соды.
Перспективным направлением представляется присадка магнетита тонкого помола (0,1—70 мкм) в количестве 50—1000 мг/л в дополнение к коагулянту и последующее отделение твердой фазы на высокоградиентных магнитных сепараторах взамен осветлителей. В лабораторных условиях успешные результаты получены при скорости движения воды более 23 см/с [2-11]. Технологическая проверка и экономический анализ такого решения представляют несомненный интерес.
Повышение эффекта осветления воды может быть также достигнуто применением намывных механических фильтров, которые находят все большее распространение за рубежом: в США, ФРГ, Франции, Италии и других странах.
В СССР применение намывных механических фильтров для осветления вод также исследуется рядом организаций. Отличительная особенность этих фильтров состоит в том, что вода в них фильтруется через тонкий (4—6 мм) слой порошкообразного материала, нанесенного на поверхность сетки или ткани, выполняющей роль подложки. При этом стабильно обеспечивается высокая степень осветления воды с момента включения фильтра в работу и до окончания фильт- роцикла, продолжительность которого определяется допустимым перепадом давления. Возможность получения в намывных фильтрах значительных размеров площади фильтрования позволяет создавать компактные высокопроизводительные аппараты для предварительной очистки воды. Например, в фильтре диаметром 2 м можно разместить поверхность фильтрования, равную 70—100 м2. При скоростях фильтрования даже всего 2—3 м/ч производительность такого аппарата составит 140—300 м3/ч, что в 5—10 раз превышает производительность насыпного механического фильтра того же диаметра.
Удаление, отработавшего фильтрующего материала путем гидравлического толчка позволяет резко сократить расход воды на собственные нужды, который в намывных фильтрах значительно меньше, чем в насыпных механических. Если учесть принципиальную возможность повторного использования фильтрующих порошков, то эти аппараты следует считать весьма перспективным оборудованием водоподготовительных установок.
Во ВНИИАМ изучалась работа опытной модели с одним фильтрующим элементом патронного типа диаметром 50 мм с площадью поверхности фильтрования 0,075 м2. Было выявлено, что из числа исследованных порошкообразных фильтрующих материалов и их смесей (кварцевый, песок, диатомит, фильтр-перлит, фильтр- перлит-)-диатомит, фильтр-перлит+активированный уголь марки АГ-5) лучшие результаты получаются при использовании фильтр-перлита1 (далее сокращенно именуемого перлитом) следующего состава, %:.
SIOj A12Oj Fea03 СьС03 MgO NaaO ΜπΟ HaO
75 10,6 1,4 1,35 0,35 10,46 0,3 0,11
Плотность перлита 1500 кг/м3, насыпная масса 100 кг/м3; pH водной вытяжки 8.
Осветлению подвергалась вода р. Москвы мутностью 25—100 мг/л при скоростях, фильтрования 2—3 м/ч при постоянном дозировании перлита в исходную воду. Соотношение концентраций дозируемого перлита и загрязнений, содержащихся в исходной воде, 1,5—2,0. При этом степень осветления воды достигал 96—99,5%, а остаточное содержание взвеси в фильтрате обычно не превышало 1,0 мг/л. На степень осветления воды мало влияли колеоания (30—50%) концентрации взвеси в воде, скорости фильтрования в диапазоне 2—3 м/ч, а также количество дозируемого перлита. Увеличение скорости фильтрования с 3,0 до 4,5 м/ч при прочих равных условиях вызывало· ухудшение качества фильтрата.
Оптимальное значение скорости фильтрования в зависимости от свойств взвеси и ее содержания в воде должно определяться экспериментально. Для вод типа воды р. Москвы при содержании взвешенных веществ 50—100 мг/л приемлемой для практики скоростью фильтрования является 2 м/ч. При мутности около 10 мг/л экономически целесообразно увеличить скорость· фильтрования до 4—6 м/ч. При налаженном установившемся режиме коагуляции содержание алюминия в фильтрате после намывного фильтра находилось на пороге чувствительности применяющегося метода анализа.
На осветление воды существенное влияние оказывает крупность частиц перлита (фракционный состав товарного порошка показан ниже). Мутность фильтрата увеличилась с 0,5 до 1,5 мг/л при изменении крупности перлита с 6 до 100 мкм. Наиболее глубокое удаление загрязнений обеспечивалось фракциями 6—20 и 20—40 мкм. Содержание этих фракций в перлите достигало 85%, что положительно сказывалось чз эффективности этого материала.
Одновременно с удалением взвешенных веществ перлит снижал цветность воды (по хромокобальтовой шкале) на 40—70% при сравнении с пробой, профильтрованной через бумажный фильтр, пермангаиатнук» окисляемость на 10—20, концентрацию железа на 60—75 и содержание кремниевой кислоты на 10—20%.
Грязеемкость фильтра, работающего на перлите, достигала 2,5 кг/м2, или 0,5 кг/кг порошка; она зависит в основном от мутности исходной воды и количества дозируемого перлита.
До настоящего времени осложняет работу предочисток на электростанциях применение извести заводов строительных материалов с чрезвычайно низким содержанием активной окиси кальция — до 12, а в среднем 36%. Наиболее удобная в качестве реагента для очистки воды гидратная известь изготавливается в ограниченных количествах. Поэтому для поставки ее на водоочистки электростанций необходима организация производства извести в более крупных масштабах.
