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 CL_2..

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:

М_г = k_рР_Г = k_р (Р_ОБЩ – Р_ВП) г/м³, (8.3)

Где k_р – коэффициент растворимости газа, отнесенный к единице давления, г/(м³ Па);

Р_Г – парциальное давление газа над поверхностью воды, Па;

Р_ВП- парциальное давление водяных паров;

Р_ОБЩ - 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 (Р_Г =0), т.е. если над поверхностью воды находится только водяной пар (Р_ОБЩ = Р_ВП). 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.