SU1687578A1 - Способ водоподготовки дл подпитки парогенераторов тепловых и атомных электростанций - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к способам во- доподготовки дл  подпитки парогенераторов на ТЭС и АЭС и позвол ет повысить экономичность способа и снизить расход реагентов. Обессоливаемую воду пропускают последовательно через Н-катионитный фильтр, загруженный сильнокислотным ка- тионитом, затем через анионитный фильтр f ступени, загруженный сильноосновным анионитом, и декарбонизатор, а с началом проскока СГ-ионов ее дополнительно перед декарбонизацией пропускают через анионитный фильтр II ступени, загруженный слабоосновным анионитом. Н-катионитный фильтр с началом проскока ионов Na+ переключают в режим ум гчени  воды до полного насыщени  катионита ионами , анионитный фильтр I ступени работает до полного насыщени  ионами SOi , а анионитный фильтр И ступени с началом проскока ионов СГ переключают в режим декарбонизации Na-катионированной воды , а после насыщени  ионами СОз2 (НСОз) его снова переключают в режим обессоливани  воды. Регенерацию фильтров осуществл ют кислыми и щелочными реагентами поэтапно в возвращающейс  концентрации . 2 табл., 1 ил. Ё

Description

Изобретение относитс  к водоподготов- ке и может быть использовано при создании безотходной технологии обессоливани  и ум гчени  воды с помощью ионитов дл  подпитки, например парогенераторов на ТЭС и АЭС, тепловых сетей и других потребителей ум гченной воды.

Цель изобретени  - упрощение процесса и повышение его экономичности за счет исключени  стадии концентрировани  отработанных растворов, а также снижение расхода реагентов на регенерацию до сте- хиометрических величин.

На чертеже представлена принципиальна  схема предлагаемого способа обессоливани .

Схема включает Н-катионитный фильтр (Н) 1, загруженный сильнокислотным кати- онитом, анионитный фильтр (Ai) 2, загруженный сильноосновным анионитом, анионитный фильтр (А2) 3, загруженный слабоосновным анионитом, декарбонизатор 4, бак 5, фильтр 6 смешанного действи , Na-катионитный фильтр (Na) 7, включенный параллельно Н-катионитному фильтру , отстойник 8 дл  выделени  солей жесткости в осадок, баки 9 и 10 повторного

(

С

VI

СП XI 00

использовани  кис/юш и щелочи, бак 11 сульфата натри  и бак 12 ум гченной воды .

Установка работает следующим образом

Обессоливаема  вода проходит ПОСЛЕ - довательно через Н-катиоштный фильтр, анмонитный фильтр I ступени,декарбониза- тор, бак 5 и ФСД. После начала проскока ионов Na+ И-катионитный фильтр 1 отключают от обессоливающей установки и он работает в режиме ум гчени  воды параллельно Na-катионитному Фильтру ло полного насыщени  по Са21, а в схеме обессоливающей установки в это врем  работает резервный фильтр 1.

После начала проскока ионов СГ к ани- онитному фильтру I ступени подключают последовательно анионитный фильтр II ступени. При этом фильтр I ступени работает до полного насыщени  ионами SCM2 , a фильтр II ступени - до насыщени  ионами СГ, после чего его включают последовательно за Na-катионитным фильтром. При этом происходит поглощение ионов СОз2 (НССГз) и вытеснение в воду поглощенных ранее ионов Ci-, т.е. происходит декарбонизаци  ум гченной воды, что снижает ее агрессивные свойства. После насыщени  анионитно- го фильтра II ступени ионами СОз2(НСОз) его переключают в схему обессоливающей установки, где он снова поглощает ионы СГ, а в воду поступает углекислота, котора  удал етс  а декарбонизаторе. Следовательно, регенераци  фильтра II ступени происходит без применени  щелочи,

Регенерацию Н-катионитного фильтра производ т вначале 4-6%-ным раствором Na2S04, а затем повторного используемым раствором кислоты и 10-15%-иым свежим раствором НаЗСм.

При регенерации катионита 4-6%-ным раствором N32S04 в отработанном регенерате образуетс  пересыщенный раствор CaS04 который выпадает в осадок CaS04, a раствор NaaSCM используют снова дл  регенерации Н-катионитного или Na-катмонит- ного фильтра.

Регенераци  Н-катионитного фильтра ргствором Na2S04 позвол ет перевести в осадок поглощенный ион Са21, а катионит в Na-форму.

Перевод катионита в Мг -форму, а затем противоточна  регенераци  его раствором кислоты нарастающей концентрации - 3-5%, а затем 10-15% - позвол ет увеличить емкость поглощени  катионита до 1100-1600 г-экв/м3,что в 2 раза выше емкости , достигаемой при существующей технологии регенерации.

При регенерации катионита в Ма+-фор- ме повторно используемым 3-5%-ным раствором H2S04 образуетс  4-6%-ный раствор Na2S04, который используют дл  регенерации катионитных фильтров.

Завершающа  регенераци  свежим 10- 15%-ным раствором H2S04 позвол ет полностью удалить ионы Na+ из выходных нижних слоев катионмта, а также с учетом

0 разбавлени  раствора отмывочной водой получить 3-5%-ный раствор кислоты, используемый повторно дл  последующих регенераций .

Регенераци  катионита кислотой в два

5 этапа позвол ет снизить расход ее до стехи- ометрического количества при высокой удельной емкости поглощени .

Регенерацию анионитного фильтра I ступени производ т также в два этапа 0 вначале повторно используемым раствором , а затем свежим 12-15%-ным раствором NaOH.

На первом этапе регенерации анионита образуетс  4-6%-ный раствор №2$04, кото5 рый направл ют в бак 11 дл  последующего его использовани .

При регенерации анионита свежим 12- 15%-ным раствором NaOH отработанный раствор направл ют в бак 10 дл  повторно0 го его использовани  при последующих регенераци х .

Регенераци  высокоосновного анионита в два этапа раствором щелочи нарастающей концентрации - 3-4 и 12-15% 5 позвол ет при стехиометрическом расходе NaOH увеличить емкость поглощени  анионита в 3 раза (примерно) по сравнению с обычной регенерацией его 4%-ным раствором NaOH,

0 Регенерацию Na-катионитного фильтра , наход щегос  в Са2+форме, производ т 4-6%-ным раствором Na2S04 с последующим выделением CaS04 в отстойнике 8. Выделенный CaS04 может быть использован в

5 строительстве.

На регенерацию катионита расходуетс  только стехиометрическое количество N32S04, так как избыток №а304 снова используетс  на повторную регенерацию после

0 выделени  CaS04 из отработанного раствора . Концентраци  N32S04 (4-6%) при регенерации катионитных фильтров прин та, исход  из условий образовани  в отработанном растворе пересыщенного

5 раствора CaSO оторый вы падает в осадок и выводитс  из системы, а также с учетом обеспечени  оптимальной регенерации Н- катионитного и анионитного фильтра I ступени , в процессе которой образуетс  N32S04 указанной концентрации.

Регенерацию Н-катионитного фильтра производ т вначале 3 5%-ным повторно используемым раствором, затем свежим 10-15%-ным раствором H2S04.

Использование свежего 10-15%-ного раствора H2S04 на втором этапе позвол ет получить 3-5%-ный раствор дл  повторного использовани  с учетом разбавлени  егоот- мывочной водой. Повторно используемый раствор кислоты в процессе регенерации Н-катионитного фильтра, наход щегос  в Ма форме, образует 4-6%-ный раствор

N32S04.

Аналогично производитс  регенераци  анионита, наход щегос  в SCM форме, ко- нечным продуктом которой  вл етс  4-6%- ный раствор Na2S04. Сильнокислотный катионит и сильноосновной анионит, используемый в фильтре I ступени, при регенерации их указанными растворами нарастающей концентрации повышают емкость поглощени  в 2-3 раза при практически стехиометрическом удельном расходе реагентов. Кроме того, применение 10- 15%-ных свежих регенерационных раство- ров позвол ет отказатьс  от стадии концентрировани  сточных вод.

Пример. Осветленна  вода после известковани  и коагул ции имеет следующий состав мг-экв/л: Са2+ 2,4; Мд2+ 0.3; Na+ 0,5; СГ 0,5; S042 2,0; СОз2 0,4; ЗЮз2 0,12; ОН 0,15.

Воду указанного состава пропускают последовательно через две колонки диаметром 25 мм, загруженные соответственно ка- тионитом КУ-2 в Н-форме и анионитом АВ-17 в ОН-форме, имеющие высоту загрузки катионита 1,5 м, а анионита 1,0 м. После по влени  в обработанной воде углекислоты 8,8 мг/л включают ступень декарбониза- ции воды воздухом, подаваемым в соотношении 42 л на 1   фильтрата. Средн   остаточна  концентраци  углекислоты составл ет 3,2 мг/л.

Качество воды после Н-катионитного фильтрата: кислотность 2,53 мг-экв/л, Ca2++Mg2+ 0, мкг-экв/л.

Анионитйый фильтр I ступени после пропуска 290 л воды и по влени  в фильтрате 150 мкг/л ионов СГ подключают к колонке, загруженной низкоосковным анионитом Ан-31 в ОН-форме. Высота загрузки анионита 800 мм. При этом в фильтрате анионитного фильтра i ступени концентраци  СГ-ионов постепенно увели- чиваетс  до 2,5 мг-экв/л. До начала проскока ионов S042 через фильтр дополнительно пропущено 58 л Н-катионированной воды. Затем его отключают на регенерацию при концентрации S042 в обработанной воде

2,0 мг-экв/л. Емкость поглощени  анионита составл ет 1200г-экв/л.

Через Н-катионитный фильтр пропущено 340 л воды, после чего в фильтрате начала расти концентраци  ионов . При концентрации его 50 мкг-экв/л фильтр переключают в режим ум гчени  воды.

В этом режиме через фильтр было дополнительно пропущено 140 л воды. При этом концентраци  ионов Са2 в обработанной воде составл ла 2,3 мг-экв/л, т.е. катионит полностью истощен.

Емкость катио.нита до начала проскока ионов Na+составила 1480 г-экв/л.

Регенерацию отработанного катионита производ т в три этапа;

1)аэрированным раствором Na2S04 - 60 г/л в количестве 0,95 л со сбором отработанного раствора дл  выделени  CaS04:

2)отработанным раствором H2S04 - 40 г/л количестве 1 л со сбором раствора N32S04 - 60 г/л дл  повторного использовани ;

3)свежим раствором H2S04 - 165 г/л количестве 0,24 л.

Отработанный раствор кислоты и отмы- вочные воды общим объемом 1 л повторно используют при последующих регенераци х .

Отработанный раствор от первой стадии регенерации катионита после отстаивани  и удалени  CaS04 содержит 42 мг-экв/л ионов Са2+, 60 мг-экв/л ионов S042 и 18 мг-экв/л ионов Na+. Указанный раствор добавл ют к исходной воде.

Регенерацию анионитного фильтра I ступени производ т в два этапа:

1)повторно используемым раствором щелочи - 60 г/  в количестве 0,36 л;

2)свежим раствором NaOH - 138 г/л в количестве 0,17 л.

Отработанный раствор щелочи и 0,25 л отмывочных вод собирают дл  последующего использовани  на первой стадии регенерации .

На приготовление свежего раствора используют 0,33 л отмывочных вод, а остальную часть (0,5 л) отмывочных вод смешивают с исходной водой.

Через анионитный фильтр II ступени пропущено 506 л до проскока ионов хлора, после чего он переключен в режим декарбонизации Na-катионированной воды. В этом режиме через фильтр пропущено 1520 л Na-катионированной воды с исходной щелочностью 0,7-1,0 мг-экв/л. Остаточна  щелочность ум гченной воды составила 0,2-0.25 мг-экв/л. Усредненна 

емкость поглощени  акионита составила 640-670 г-экв/м.

При работе фильтра в режиме обессоли- вани  воды содержание углекислоты в филь-, трате составл ло 55 мг/л. Следовательно, стади  декарбонизации обессоленной воды необходима независимо от наличи  стадии известковани  воды при ее предварительной обработке.

В процессе исследований провер лись различные удельные расходы реагентов регенератов относительно поглощенных ионов.

Например, при регенерации кислотой Н-катиокитмого фильтра и щелочью анио- нитного фильтра I ступени регенераци  проводилась в два этапа - вначале повторно используемым раствором, а затем свежим раствором. При этом на каждый 1 г-экв поглощенных ионов подавалось суммарно 2г-экв реагента в виде повторно исследуемого и свежего растворов. Соотношение реагентов, подаваемых как повторно, так и в виде свежих растворов, измен лось в пределах 0,8-1,2 r-экв на 1 г-экв поглощенных ионов.

Исследовани  показали, что при подаче повторно используемого раствора в количестве , меньшем 1 г-экв/г-экв, снижаетс  количество вытесн емых из ионита поглощенных ионов. Следовательно, оставшиес  ионы должны быть в большем количестве вытеснены свежим раствором, а это приводит к увеличению концентрации вытесн емых ионов в растворе, который используетс  повторно при последующей регенерации . При этом эффективность удалени  ионов на первой ступени регенерации снижаетс .

Например, при подаче на первой стадии регенерации раствора в количестве 0,8 г-экв/г-экв степень удалени  ионов не превышает65%, следовательно, 35% ионов переход т в регенерат при подаче свежего раствора. Так, при регенерации Н-катио- нитного фильтра повторно используемым раствором, подаваемым в количестве 0,8 г-экв/г-экв, содержание ионов Na+ в отработанном растворе от второй стадии регенерации кислотой составл ет 150-200 мг-экв/л, а при расходе кислоты 1 г-экв/г-экв концентраци  ионов Na снижаетс  до 50-60 мг-экв/л. Следовательно , действие противоиона также значительно снижаетс .

Увеличение расхода повторно используемого раствора кислоты до 1,2 г-экв/г-экв незначительно увеличивает (на 5%) степень вытеснени  ионов Na+, однако приводит к потере 20-25% кислоты.

Аналогичные результаты получены также при регенерации анионитного фильтра в S04 -форме.

Полученные результаты по предлагаемому способу с учетом выделени  СаЗСм из отработанного раствора NazSCM приведены в табл.1.

В св зи с тем, что лабораторные исследовани  были проведены только по предлатаемому способу водоподготовки, при сопоставлении показателей прототипа и предлагаемого способа были использованы фактические данные, полученные на Ба- лаковской АЭС, где водоподготовительна 

установка работает по схеме унифицированного проекта (прототипа). Сравнительный анализ обоих способов представлен в табл.2.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ водоподготовки дл  подпитки парогенераторов тепловых и атомных электростанций , включающий стадию глубокого обессоливани  исходной воды на Н-катионитном фильтре, загруженном сильнокислотным катионитом, ОН-анионитных фильтрах первой и второй ступеней в де- карбонизаторе, фильтре смешанного действи , и стадию ум гчени  воды на Naкатионитном фильтре, включенном параллельно Н-катионитному фильтру, регенерацию Н-катионитного и ОН-анионитных фильтров соответственно кислыми и щелочными реагентами, а Na-катиониткого фильтра раствором натриевой соли, обработку отработанных регенерационных растворов, отличающийс  тем, что, с целью упрощени  процесса и повышени  его экономичности за счет исключени  стадни концентрировани  отработанных растворов , а также снижени  расхода реагентов на регенерацию до стехиометри-. ческих величин, Н-катионитный фильтр после проскока ионов натри  переключают в

   режим ум гчени  воды до проскока ионов кальци , анионитный фильтр первой ступени , работающий до насыщени  сульфат- ионами, загружают высокоосновным анионитом, анионитный фильтр второй

   ступени загружают низкоосновным анионитом и включают перед декарбонизато- ром после начала проскока ионов хлора на аиионитном фильтре первой ступени, а затем после насыщени  хлор-ионами его

   включают посладовательно за Na-катионитт ным фильтром до проскока карбонат- и.бикарбонат-ионов , при этом регенерацию Н-катионитного фильтра производ т противотоком сначала 4-6%-ным раствором сернокислого натри , затем повторно

   используемым раствором серной кислоты от предыдущей регенерации и свежим 10- 15%-ным раствором серной кислоты, регенерацию анионитного фильтра первой ступени осуществл ют повторно используемым от предыдущей регенерации раствором , щелочи и свежим 12-15%-ным раствором щелочи, противоточную регенерацию Na-катионитного фильтра ведут отработанным раствором от первой стадии регенерации анионитного фильтра первой ступени, содержащим 4-6% сернокислого натри , а отработанные растворы кислоты и щелочи от первой регенерации ионитов свежими растворами собирают дл  их повторного использовани .

   Т а б л и ц а 1

   н ТА, A, ,.-1-- и- - - -

   340290506

   (No,)1С1 )(Ср

   480.3481520

   cr)(so;)(сор

   3 ( С

   ,

   3,2 2,4

   2.5 2,0

   0,5

   2,4

   14801440 640-670 1200 .

   |К4. СГ) (СГ)

   1565иго

   (()

   5.5 1,45

   0,35

   И,0

   1,05

   0,47

   0,21

   1,05

   1,0

   Примечание,

   Б сковах указан контролнруемьЛ кон.

   )5ъем раствора Наг5СЦ указан с учетом

   4-кратного избытка

   Количество сточных вод, подлеха- цих концентркрованню, X от обрабатываемой воды15-20 Количество соды дл  ум гчени  стоков, кг/ч

   Q - количество обрабатываемой

   воды. и /чОхЯм 53-1

   Жц- жесткость некарСонатла  обрабатываемой воды, мг-экв/л

   53 - эквивалентный вес NajCOj Удельный расход реагентов иа регенерацию , г-ккв/1-эка2-2,5 Удельные емкости поглощени  ионитов, г-эгв/н3

   КУ-2600-700

   АН-31700-800

   АВ-17400-600

   Эксплуатационные затраты  а обработку сточных вод. Z от основного процесса водопоглощекн 80-120

   Капитальные затраты ва обработку стоков, Z от основного процесса50-60

   Анн6нит поглоцает ноны СГ без регенерации

   (Са2)

   2.5 2,0

   0,5

   2,4

   И,0

   0,47

   0,21

   1,0

   1,05

   Таблида2

   1-.05

   1100-1500

   600-650

   1JOO-1500

   10-15 8-10

   Ilex. Под а

   УМРЗУ. 8oM

   Обессоленна  вода

   CaSO,