Очистка конденсата и на зарубежных блочных электростанциях - Опыт эксплуатации установок для обессоливания добавочной питательной воды

г )     Опыт эксплуатации установок для обессоливания добавочной питательной воды

Электростанция Burlington (США).

На этой электростанции были установлены два полностью автоматизированных ФСД, перед которыми были включены напорные антрацитные фильтры. Обессоливанию подвергалась водопроводная вода; фильтрат поступал на питание котлов с давлением пара 167 бар; он должен был иметь электропроводность <1 мкмо/см. Обычно эта величина при сравнительно свежей ионитовой загрузке не превышала 0,2 мкмо/см, но после 200— 300 рабочих циклов она превышала 1,0 мкмо/см вследствие загрязнения анионита органическими веществами, железом (поступающая на ФСД вода содержала обычно — 0,05 мг/кг растворенного Fe) и продуктами разрушения катионита. Использование NaOH, NaCl и НС1 для очистки катионита (обычный гелевый стирольный ионит с 8% поперечных связей) и анионита (гелевый непористый анионит класса I) не создавало стойкого улучшения их работы, вследствие чего через 6—12 мес. иониты заменяли свежими материалами.
Результаты испытаний ряда ионитов в фильтрах № 1 и 2 показали, что наиболее продолжительным сроком службы обладают крупносетчатые катионит и анионит. Первые 14 серий опытов на ФСД № 1 были проведены с ионитами гелевого типа; они проработали до замены от 200 до 290 рабочих циклов. Замена в этой смеси гелевых ионитов крупносетчатыми резко увеличила срок службы ионитовой загрузки — до 848 рабочих циклов. Применение гелевого катионита с 10% поперечных связей и гелевого анионита класса I не дало эффекта (250 рабочих циклов); обработка NaOH + NaCl и НС1 не дала положительных результатов.
Применение смеси крупносетчатого анионита и гелевого катионита (215 рабочих циклов) показало, что основной причиной ухудшения работы ФСД является разрушение гелевого катионита. Смесь крупносетчатого катионита и гелевого анионита класса I проработала 546 циклов. «Оживление» этой смеси добавкой крупносетчатого анионита позволило фильтру работать в течение 1 300 циклов (суммарно); он продолжает работать и в настоящее время. Однако после каждых 100 рабочих циклов производят обработку ионитов щелочно-солевым раствором и 15%-ным раствором НС1.

Электростанция Marietta (США).

На электростанции Marietta, расположенной у р. Огайо, предусмотрена схема обессоливания: Н-катионит — слабоосновной ОН-анионит —  сильноосновной ОН-анионит. Н-катионитные фильтры работают параллельно; их регенерируют кислотой в два приема (1/3 общего количества кислоты подается в виде 2%-ного, а 2/3 в виде 5%-ного раствора). Анионитные фильтры регенерируют 5%-ным раствором NaOH, подогретым примерно до 35° С и пропускаемым последовательно сначала через сильноосновной, а затем через слабоосновной анионит. Первые 25% регенерационного раствора после сильноосновного ОН-фильтра сливают в дренаж. Регенерация как Н-, так и ОН-фильтров предусмотрена противоточная. Установка была запроектирована для обработки воды, содержащей 6 мг-экв/кг катионов, в том числе 23% Na+, при щелочности, равной 10% суммы анионов.
Электропроводность обессоленной воды в первый период эксплуатации значительно превышала проектную величину, что объясняется наличием в исходной речной воде органических кислот, не задерживаемых анионитом. После того как было введено дополнительное фильтрование воды через промытый кислотой активированный уголь, электропроводность фильтрата заметно снизилась.

В процессе эксплуатации установки было отмечено разрушение полистирольного гранулированного слабоосновного анионита, сопровождающееся снижением его об менной емкости и увеличением расхода промывочной воды при регенерации. Данный анионит имел обменную емкость ~1 000 г-экв/м³ при расходе NaOH 57 кг на 1 м 3 ионита. После пропуска 13 500 м³ воды на 1 м³ анионита обменная емкость его снизилась до 800 г-экв/м³ и еще более уменьшилась с увеличением пропуска воды до 23 600 м³/м³.
Лабораторные исследования пробы анионита, взятой из фильтра, показали, что его обменная емкость составляет 710 г-экв/м³. Обработка ионита 10-ным, а затем 5%-ным раствором НС1 повысила обменную емкость только до 800 г-экв/м³, вероятно вследствие поглощения им органических веществ, не удаляемых при обычных регенерациях анионита. Это подтверждается снижением окисляемости воды при пропускании ее через слабоосновной ОН-фильтр. Расход отмывочной воды возрос до ~55 м³/м³. Указанная выше обработка промышленного фильтра солью и кислотой снижала расход отмывочной воды всего на несколько циклов. После пропуска 58 000 м³ воды на 1 м³ анионита и снижения его обменной емкости до 600 г-экв/м³ он был заменен среднеосновным эпоксиполиаминовым гранулированным анионитом, который работает в данных условиях вполне удовлетворительно (после пропуска 96 000 м³ воды на 1 м³ анионита его обменная емкость сохранилась на уровне 860 г-экв/м³). Недостатком данного анионита является чувствительность к снижению температуры воды в зимних условиях.
Слабоосновной анионит Дуолайт А-30В после 2 лет работы и пропуска воды в количестве 25 000 м³/м³ не снизил своей обменной емкости, а удельный расход отмывочной воды составляет всего ~9 м³/м³ (до электропроводности фильтрата 40 мкмо/см). Введение хлорирования для снижения содержания органических веществ, а также дозирование сульфита для предотвращения окисления анионита (повышение амфотерности вследствие образования СООН-групп) способствовали увеличению срока службы анионита.
Замена в анионитных фильтрах подстилки из антрацита бетонной была вызвана тем, что антрацит способен удерживать щелочь и затягивать отмывку отрегенерированного анионита. Вероятно, это явление объясняется наличием в угле слабокислотных функциональных групп. Установлено также, что разбавленный раствор NaOH извлекает из антрацита некоторое количество органических веществ, поглощаемых затем слабоосновным анионитом. Лабораторные опыты подтвердили, что после пяти циклов при регенерации анионита таким раствором щелочи (4%-ный, 80 кг/м³ NaOH) расход отмывочной воды увеличился почти в 2 раза, а зерна ионита сильно потемнели.

Электростанция New-Castle (Англия).

Источником водоснабжения служит р. Бивер, сильно загрязненная сточными водами с большим содержанием органических веществ. Для удаления органических веществ и грубодисперсных примесей применяются хлорирование, коагуляция солями алюминия в контактном осветлителе, фильтрование через песок и активированный уголь. Хлорирование в контактном осветлителе производится гипохлоритом натрия, причем остаточный хлор удаляется при фильтровании воды через активированный уголь, что предотвращает окисление ионитовых смол хлором. Хлоратор, контактный осветлитель, кварцевые и угольные фильтры контролируются и управляются автоматически при помощи программных регуляторов, реле и соленоидных клапанов. Вручную производятся только приготовление исходных растворов реагентов и включение автоматики, управляющей промывкой кварцевых и угольных фильтров.
Вода после осветлителя в среднем имела мутность 2 мг/кг, в исходной речной воде мутность обычно колебалась от 10 до 60 мг/кг, достигая временами нескольких сотен мг/кг. Фильтрат кварцевых и угольных фильтров был прозрачен. Хотя угольные фильтры и сорбировали какое-то количество органических веществ, их основным назначением было удаление остаточного хлора. Перед контактным осветлителем концентрация свободного хлора обычно была 2—5 мг/кг; к моменту поступления воды на угольные фильтры она снижалась примерно на 50%. В фильтрате угольных фильтров свободный хлор аналитически не обнаруживался; каких-либо признаков истощения угольных фильтров не наблюдалось. Были предприняты попытки обрабатывать активированный уголь паром с целью удаления органических веществ, однако на результаты работы угольных фильтров такая обработка заметного влияния не оказала.

Электростанция Linden (США).

Исходная вода содержит большое количество органических веществ, и хлорирование осуществляют с большими избытками хлора, применяя подачу его в зависимости от расхода воды с ручным регулированием дозы.
Хлор подается в бак исходной воды; перед аппаратом для контактной коагуляции в воду добавляют порошкообразный активированный уголь с целью глубокого удаления органических веществ. Этот уголь также осуществляет первичное дехлорирование воды. Вторая ступень дехлорирования осуществляется двуокисью серы. Обычно концентрация хлора на отдельных стадиях обработки составляет 2—7 мг/кг перед коагуляцией; 0,1—0,5 мг/кг после осветлительных фильтров и нуль перед катионитными фильтрами. Эффективность дехлорирования воды подтверждается тем, что на протяжении 6 лет эксплуатации не было необходимости в замене катионитов.
Для контроля процессов дехлорирования воды и регулирования подачи реагентов (двуокиси серы, сульфита натрия) создан прецизионный автоматический анализатор содержания хлора, принцип действия которого основан на определении окислительно-восстановительного потенциала. Этот анализатор хлора был опробован на ряде электростанций, где дехлорирование воды с концентрацией 0— 1,3 мг/кг С1 осуществлялось двуокисью серы. Однако встречаются случаи, когда полное дехлорирование воды приводит к затруднениям, связанным с биологическим загрязнением анионитных фильтров. В таких случаях целесообразно подавать на ионитные фильтры воду с остаточной концентрацией хлора менее 0,1 мг/кг и загружать их наиболее стойкими ионитами. Из числа исследованных полистирольных катионитов с содержанием дивинилбензола 8,5 и 10% наиболее стойким оказался Амберлайт 200; вымывание органических веществ из него было примерно в 3—5 раз меньше, чем из других марок катионитов.

Электростанция Oberhausen (ФРГ).

Установка для обессоливания воды р. Рур состоит из трех секций; каждая секция включает две ступени Н-катионирования (сильнокислотный Леватит S-100), первую ступень анионирования (слабоосновной Амберлайт IRA-45), удалитель СO₂, вторую ступень анионирования (сильноосновной Амберлайт, IRA-402) и фильтр смешанного действия (S-100 и IRA-402).
Несмотря на сравнительно небольшое содержание органических веществ в исходной воде, уже вскоре после пуска в эксплуатацию появились признаки загрязнения ионитов гуминовыми веществами: увеличились расход воды на отмывку слабоосновного анионита, а также расход реагента на регенерацию. Заметно возрос проскок кремниевой кислоты после сильноосновного анионита. Периодические обработки сильноосновного анионита щелочным раствором поваренной соли были эффективными, но поддерживать нормальный расход воды па отмывку слабоосновного анионита удавалось лишь кратковременно, когда вместо применявшейся ранее последовательной регенерации анионитов (слабоосновной анионит регенерировался отработанной щелочью после сильноосновного анионита) слабоосновной анионит стали регенерировать свежей щелочью. При последовательной регенерации анионитов на слабоосновной анионит поступает отработанная щель с высокой концентрацией органических веществ, поэтому во многих случаях отказались от применения такой регенерации.
Причиной повышения расхода отмывочной воды, по-видимому, является прочная связь регенерирующей щелочи с зернами анионита; образование гуматов натрия оказывает решающее влияние на такое поведение анионита. Если слабоосновной анионит достаточно глубоко регенерировать аммиаком, то при этом можно ожидать предотвращения образования гуматов натрия. Серия проведенных в ФРГ лабораторных опытов, включающая 100 циклов работы анионита с регенерацией его аммиаком, полностью подтвердила это предположение, так как расход отмывочной воды через несколько рабочих циклов снизился до величины, характерной для свежего материала, и далее не повышался.
Вначале для простоты применяли 3%-ную аммиачную воду, а затем по экономическим соображениям перешли на применение газообразного аммиака. Лабораторными опытами было установлено, что при избытке NH₃ 150% стехиометрического количества в фильтрате не удавалось обнаружить проскока аммиака. Только после 15—20 рабочих циклов постепенно появился избыток аммиака в регенерате. Отсюда пришли к заключению, что любой слабоосновной анионит типа Амберлайт IRA-45, находившийся в длительной эксплуатации и имевший явные признаки загрязнения гуминовыми веществами, требует для восстановления своих свойств обработки аммиаком с 8—10-кратным избытком против стехиометрического количества. Последующие рабочие циклы протекают нормально, и расход реагента составляет примерно 120% стехиометрического количества.
При обработке анионита аммиаком в зернах анионита, по-видимому, образуются новые реакционноспособные аминогруппы; кроме того, она вызывает «обратное» изменение состояния анионита, так как после нормальной регенерации щелочью вновь повышается расход отмывочной воды. Вероятно, образовавшиеся при обработке аммиаком новые аминогруппы настолько непрочны, что легко вытесняются едким натром. Эффект аммиачной обработки заключается в том, что при каждой регенерации с регенератом удаляется большая часть или даже все гуминовые вещества, задержанные анионитом во время рабочей части цикла.
Слабоосновной анионит секции № 1 описанной выше обессоливающей установки в течение 2 мес. регулярно регенерировали аммиаком. Удельный расход отмывочной воды в этой секции снизился до величины, характерной для свежего материала, и оставался таким же после 20 рабочих циклов. Качество обессоленной воды не изменилось.
В секциях № 2 и 3, где регенерация велась едким натром, наблюдалась тенденция к дальнейшему повышению расхода отмывочной воды, а также часто не обеспечивалась расчетная производительность.

Таблица 1
Нормы качества питательной воды для паровых котлов с давлением пара до 14 бар

Примечания: 1. Нормы действительны для паровых котлов паропроизводительностью более 1 т/ч.
2. Свободная углекислота в питательной воде должна отсутствовать. При наличии свободной углекислоты применяется рециркуляция котловой воды в питательный бак или подщелачивание питательной воды.