Способ водоподготовки для подпитки парогенераторов тепловых и атомных электростанций Советский патент 1991 года по МПК C02F1/42 C02F1/42 C02F101/10 C02F103/02 

Изобретение относится к водоподготов- ке и может быть использовано при создании безотходной технологии обессоливания и умягчения воды с помощью ионитов для подпитки, например парогенераторов на ТЭС и АЭС, тепловых сетей и других потребителей умягченной воды.

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

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого способа обессоливания.

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 действия, Na-катионитный фильтр (Na) 7, включенный параллельно Н-катионитному фильтру, отстойник 8 для выделения солей жесткости в осадок, баки 9 и 10 повторного

(

С

VI

СП XI 00

использования кис/юш и щелочи, бак 11 сульфата натрия и бак 12 умягченной воды.

Установка работает следующим образом

Обессоливаемая 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 умягчения воды параллельно Na-катионитному Фильтру ло полного насыщения по Са21, а в схеме обессоливающей установки в это время 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 насыщения ионами SCM2 , a фильтр II ступени - до насыщения 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 декарбонизация умягченной воды, что снижает ее агрессивные свойства. После насыщения 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, которая удаляется а декарбонизаторе. Следовательно, регенерация фильтра II ступени происходит без применения щелочи,

Регенерацию Н-катионитного фильтра производят 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 образуется пересыщенный раствор CaS04 который выпадает в осадок CaS04, a раствор NaaSCM используют снова для регенерации Н-катионитного или Na-катмонит- ного фильтра.

Регенерация Н-катионитного фильтра ргствором Na2S04 позволяет перевести в осадок поглощенный ион Са21, а катионит в Na-форму.

Перевод катионита в Мг -форму, а затем противоточная регенерация его раствором кислоты нарастающей концентрации - 3-5%, а затем 10-15% - позволяет увеличить емкость поглощения 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 образуется 4-6%-ный раствор Na2S04, который используют для регенерации катионитных фильтров.

Завершающая регенерация свежим 10- 15%-ным раствором H2S04 позволяет полностью удалить ионы Na+ из выходных нижних слоев катионмта, а также с учетом

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

Регенерация катионита кислотой в два

5 этапа позволяет снизить расход ее до стехи- ометрического количества при высокой удельной емкости поглощения.

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

На первом этапе регенерации анионита образуется 4-6%-ный раствор №2$04, кото5 рый направляют в бак 11 для последующего его использования.

При регенерации анионита свежим 12- 15%-ным раствором NaOH отработанный раствор направляют в бак 10 для повторно0 го его использования при последующих регенерациях.

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

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

5 строительстве.

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

0 выделения CaS04 из отработанного раствора. Концентрация N32S04 (4-6%) при регенерации катионитных фильтров принята, исходя из условий образования в отработанном растворе пересыщенного

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

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

Использование свежего 10-15%-ного раствора H2S04 на втором этапе позволяет получить 3-5%-ный раствор для повторного использования с учетом разбавления егоот- мывочной водой. Повторно используемый раствор кислоты в процессе регенерации Н-катионитного фильтра, находящегося в Ма форме, образует 4-6%-ный раствор

N32S04.

Аналогично производится регенерация анионита, находящегося в SCM форме, ко- нечным продуктом которой является 4-6%- ный раствор Na2S04. Сильнокислотный катионит и сильноосновной анионит, используемый в фильтре I ступени, при регенерации их указанными растворами нарастающей концентрации повышают емкость поглощения в 2-3 раза при практически стехиометрическом удельном расходе реагентов. Кроме того, применение 10- 15%-ных свежих регенерационных раство- ров позволяет отказаться от стадии концентрирования сточных вод.

Пример. Осветленная вода после известкования и коагуляции 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 появления в обработанной воде углекислоты 8,8 мг/л включают ступень декарбониза- ции воды воздухом, подаваемым в соотношении 42 л на 1 я фильтрата. Средняя остаточная концентрация углекислоты составляет 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 появления 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 концентрация СГ-ионов постепенно увели- чивается 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 поглощения анионита составляет 1200г-экв/л.

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

В этом режиме через фильтр было дополнительно пропущено 140 л воды. При этом концентрация ионов Са2 в обработанной воде составляла 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 производят в три этапа;

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

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

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 регенерациях.

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

Регенерацию анионитного фильтра I ступени производят в два этапа:

1)повторно используемым раствором щелочи - 60 г/я 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 для последующего использования 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. Остаточная щелочность умягченной воды составила 0,2-0.25 мг-экв/л. Усредненная

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

При работе фильтра в режиме обессоли- вания воды содержание углекислоты в филь-, трате составляло 55 мг/л. Следовательно, стадия декарбонизации обессоленной воды необходима независимо от наличия стадии известкования воды при ее предварительной обработке.

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

Например, при регенерации кислотой Н-катиокитмого фильтра и щелочью анио- нитного фильтра I ступени регенерация 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, изменялось в пределах 0,8-1,2 r-экв на 1 г-экв поглощенных ионов.

Исследования показали, что при подаче повторно используемого раствора в количестве, меньшем 1 г-экв/г-экв, снижается количество вытесняемых из ионита поглощенных ионов. Следовательно, оставшиеся ионы должны быть в большем количестве вытеснены свежим раствором, а это приводит к увеличению концентрации вытесняемых ионов в растворе, который используется повторно при последующей регенерации. При этом эффективность удаления ионов на первой ступени регенерации снижается.

Например, при подаче на первой стадии регенерации раствора в количестве 0,8 г-экв/г-экв степень удаления ионов не превышает65%, следовательно, 35% ионов переходят 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 составляет 150-200 мг-экв/л, а при расходе кислоты 1 г-экв/г-экв концентрация ионов Na снижается до 50-60 мг-экв/л. Следовательно, действие противоиона также значительно снижается.

Увеличение расхода повторно используемого раствора кислоты до 1,2 г-экв/г-экв незначительно увеличивает (на 5%) степень вытеснения 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 выделения СаЗСм из отработанного раствора NazSCM приведены в табл.1.

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

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

Формула изобретения

Способ водоподготовки для подпитки парогенераторов тепловых и атомных электростанций, включающий стадию глубокого обессоливания исходной воды на Н-катионитном фильтре, загруженном сильнокислотным катионитом, ОН-анионитных фильтрах первой и второй ступеней в де- карбонизаторе, фильтре смешанного действия, и стадию умягчения 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, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса и повышения его экономичности за счет исключения стадни концентрирования отработанных растворов, а также снижения расхода реагентов на регенерацию до стехиометри-. ческих величин, Н-катионитный фильтр после проскока ионов натрия переключают в

режим умягчения воды до проскока ионов кальция, анионитный фильтр первой ступени, работающий до насыщения 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 насыщения хлор-ионами его

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

используемым раствором серной кислоты от предыдущей регенерации и свежим 10- 15%-ным раствором серной кислоты, регенерацию анионитного фильтра первой ступени осуществляют 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 натрия, а отработанные растворы кислоты и щелочи от первой регенерации ионитов свежими растворами собирают для их повторного использования.

Т а б л и ц а 1

Изобретение относится к способам во- доподготовки для подпитки парогенераторов на ТЭС и АЭС и позволяет 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 умягчения воды до полного насыщения катионита ионами , анионитный фильтр I ступени работает до полного насыщения ионами SOi , а анионитный фильтр И ступени с началом проскока ионов СГ переключают в режим декарбонизации Na-катионированной воды, а после насыщения ионами СОз2 (НСОз) его снова переключают в режим обессоливания воды. Регенерацию фильтров осуществляют кислыми и щелочными реагентами поэтапно в возвращающейся концентрации. 2 табл., 1 ил. Ё

н ТА, A, ,.-1-- и- - - -

340290506

(No,)1С1 )(Ср

cr)(so;)(сор

3 (С

,

3,2 2,4

0,5

2,4

14801440 640-670 1200 .

|К4. СГ) (СГ)

1565иго

(()

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 для умягчения стоков, кг/ч

Q - количество обрабатываемой

воды. и /чОхЯм 53-1

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

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

КУ-2600-700

АН-31700-800

АВ-17400-600

Эксплуатационные затраты яа обработку сточных вод. Z от основного процесса водопоглощекня80-120

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

Анн6нит поглоцает ноны СГ без регенерации

(Са2)

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

Обессоленная вода

CaSO,