Докотловая обработка воды
До поступления воды в котел она подвергается осветлению (удаляются взвешенные вещества), умягчению (снижается жесткость) и дегазации (удаляются растворенные в воде кислород и углекислый газ).
Осветление воды.Для удаления взвешенных веществ используются механические (осветлительные) фильтры.
Механический фильтр представляет собой закрытый вертикальный цилиндрический резервуар, загруженный мелкозернистым материалом с крупностью зерен 0,4 – 2 мм. ( кварцевый песок, дробленый антрацит, мраморная крошка и др). Вода проходит через фильтр током сверху вниз со скоростью от 5 до 10 м/ч и взвешенные частицы откладываются в порах фильтрующего материала.
При насыщении фильтра осадком фильтр перестает осветлять воду и его отключают на промывку.Промывка фильтра производится обратным током воды. Под действием напора воды слой расширяется, частицы переходят во взвешенное состояние, непрерывно соударяются друг с другом и оттирают налипшие на них частицы.
Умягчение воды.Вещества, которые способны поглощать одни катионы воды и обменивать их на другие катионы воды, называются катионитами.
Если через каиионит пропустить раствор поваренной соли NаСl, то катионы натрия Na+ уйдут из раствора и будут сорбированы катионитом. Такой катионит называется натрий – катионитом.
При пропуске через слой катионита жесткой воды катионы Са2+ и Мg2+ замещают катионы натрия в катионите. Их место в воде занимают катионы натрия (рис.12). Реакция замещения катионов (на примере замещения катионов кальция) имеет вид:
2Na +R- + Ca2+ ® Ca2+ R- + 2Na+ (8.2)
Рис.12. Схема использования катионита при умягчении воды:
0 – 1 – слой истощенного катионита; 1 -2 – слой работающего катионита; Na – слой свежего катионита.
Рис. 13. Схема двухступенчатого умягчения воды
Для восстановления обменной способности катионита осуществляется его регенерация. Для этого через фильтр сверху вниз пропускается 8-10 % раствор поваренной соли NаСl. Так как концентрация катионов натрия высокая, то они замещают катионы кальция и магния и соединяются с катионитом (реакция обмена катионами идет в обратном направлении). Катионы кальция и магния покидают катионит и образуют в растворе с анионами хлора хлориды кальция и магния СаСL2 и Мg CL2..
В одном фильтре можно получить умягченную воду с жесткостью не ниже 100 мкг-экв/кг. Такая вода используется для подпитки тепловых сетей (для водогрейных котлов). Для получения глубоко умягченной воды используется двухступенчатое умягчение воды с последовательным подключением фильтров I и II ступеней (рис. 13).
Деаэрации воды.Растворимость газа в воде (кислорода или углекислого газа) согласно закону Генри прямо пропорциональна его парциальному давлению над поверхностью воды:
Мг = kрРГ = kр (РОБЩ – РВП ) г/м3, (8.3)
Где kр – коэффициент растворимости газа, отнесенный к единице давления, г/(м3 Па);
РГ – парциальное давление газа над поверхностью воды, Па;
РВП- парциальное давление водяных паров;
РОБЩ - общее давление над поверхностью воды, т.е. давление смеси газа с водяными парами, Па.
Из зависимости (8.3) следует, что данный газ не будет содержаться в воде, если его нет над поверхностью воды (РГ =0), т.е. если над поверхностью воды находится только водяной пар (РОБЩ = РВП). Такое состояние возможно лишь при активном кипении воды и при таком движении пара над поверхностью воды, когда он захватывает газ и выносит его из парового пространства. Такая дегазация называется термической, а устройства для ее осуществления называются деаэраторами.
Скорость диффузии газа в воде составляет около 0,1 мм/с. Поэтому для ускорения выхода газа уменьшают толщину слоя воды, превращая поток воды в поток струй или пленок. Одновременно увеличивается и поверхность соприкосновения воды с паром и ускоряется нагрев воды до кипения. Последнее возможно также при пропуске пара через слой воды (барботирование пара). Поэтому по способу соприкосновения воды с паром деаэраторы подразделяются на струйные, барботажные и струйно-барботажные. . В последнем случае деаэратор имеет две ступени дегазации воды: струйную и барботажную и называется двух – ступенчатым (рис.14).
Кипение воды возможно как при избыточном давлении в деаэраторе, так и при разрежении в нем. Поэтому по величине давления термические деаэраторы подразделяются на атмосферные деаэраторы типа ДА (давление 0,12 МПа, температура насыщения 104 0С) и вакуумные деаэраторы типа ДВ (давление в деаэраторе 0,03 – 0,04 МПа, температура насыщения 70 –80 0 С ).
Рис.14. Схема двухступенчатого атмосферного деаэратора:
1 – бак-аккумулятор; 2 – рабочая колонка со струйной ступенью; 3 – дырчатые тарелки для образования струй; 4 – труба для подвода пара в барботажное устройство; 5 – подъемная шахта: 6 – дырчатый лист; 7 – паровая коробка; 8 – барботажное устройство.