Способ водоподготовки для подпитки парогенераторов тепловых и атомных электростанций
Изобретение относится к способам водоподготовки 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 катионитом, 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
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (si)s С 02 F 1/42
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4679433/26 (22) 02.03.89 (46) 30.10.91 Бюл. М 40 (71) Киевское научно-исследовательское и проектно-конструкторское отделение Всесоюзного государственного научно-исследовательского, проектно-конструкторского и изыскательского института "Атомэнергопроект" (72) В.Н,Ружинский (53) 628.543 (088.8) (56) Кострикин Ю.М, Перспективы создания бессточных ТЭС. — Энергетик, 1977, М 1, с, 10. (54) СПОСОБ ВОДОПОДГОТОВКИ ДЛЯ
ПОДПИТКИ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ ТЕПЛОВЫХ И АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ (57) Изобретение относится к способам водоподготовки для подпитки парогенераторов на ТЭС и АЭС и позволяет повысить экономичность способа и снизить расход реагентов. Обессоливаемую воду пропускаИзобретение относится к водоподготовке 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 эа счет исключения стадии концентрирования отработанных растворов, а также снижение расхода реагентов на регенерацию до стехиометрических величин.
„„Я „„1687578 А1 ют последовательно через Н-катионитный фильтр, загруженный сильнокислотным катионитом, затем через анионитный фильтр l 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 пере- ключают в режим умягчения воды до полно++ го насыщения катионита ионами Са анионитный фильтр 1 ступени работает до полного насыщения ионами $0, а анионитный фильтр II ступени с началом проскока ионов СГ переключают в режим декарбонизации Na-катионированной воды, а после насыщения ионами СОз (H COj ) его снова переключают в режим обессоливания воды. Регенерацию фильтров осуществляют кислыми и щелочными реагентами поэтапно в возвращающейся концентрации. 2 табл., 1 ил, На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого способа обессоливания.
Схема включает Н-катионитный фильтр (Н) 1, загруженный сильнокислотным катионитом, анионитный фильтр (А ) 2, загруженный сильноосновным анионитом, анионитный фильтр (Аг) 3, загруженный слабоосновным анионитом, декарбониэатор
4, бак 5, фильтр 6 смешанного действия, Na-катионитный фильтр (йа) 7, включенный параллельно Н-катионитному фильтру, отстойник 8 для выделения солей жесткости в осадок, баки 9 и 10 повторного
1687578 использования кислОгы и щелочи, Ьзк 11 сульфата натрия и бак 12 умягченной воды.
Установка работает следующим образом, Обессоливаемая вода проходит последователь lo через Н-катианитный фильтр, анианитный фильтр I ступени, декарбанизатор, бак 5 и ФСД. После начала проскока ионов Na+ Н-катионитн ый фильтр 1 отключают от обессолива>ощей установки и он работает в режиме умягчения воды параллельна Na-катионитнаму Фильтру ло полного насыщения по Са2+, а в схеме абессоливающей установки в эта время работает резервный фильтр 1.
После начала праскака ионов.СГ к анионитнаму фильтру!ступени подключают последовательно анианитный фильтр 11 ступени, При этом фильтр 1 ступени работает да полного насыщения ионами SO<2, а фильтр Il ступени — до насыщения ионами
С1, после чего его включают последовательно за Na-катианитным фильтром. При этом происходит поглощение ионов СОз (HCÎ з) и вытеснение в воду поглощенных ранее ионов СI-, т.е, происходит декарбанизация умягченной воды, что снижает ее агрессивные свойства. После насыщения анионитнага фильтра 11 ступени ионами СОз (H COa ) ега переключают в схему обессоливающей установки, где он снова поглощает ионы СI, а в воду поступает углекислота, которая удаляется в декарбонизатаре. Следовательно, регенерация фильтра 11ступени происходит без применения щелочи, Регенерацию Н-катианитнага фильтра и роиз водят вначале 4 — 6 О/ -н ым раствором
NazSO4, а затем повторного используемым раствором кислоты и 10 — 15 ь-ным свежим растворам HzS04.
При регенерации катианита 4 — 6 g-ным раствором NazS04 в отработанном регенерате образуется пересыщенный раствор
СаЯ04 который выпадает в осадок CaS04, а раствор NazSOq используют снова для регенерации Н-катионитнога или Na-катионитного фильтра.
Регенерация Н-катионитного фильтра рв=твором NazS04 позволяет перевести в
2+ осадок поглощенный ион Са, а катианит в
Na-Форму.
Перевод катианита в Na -форму, а затем противоточная регенерация его растворам кислоты нарастающей концентрации—
3-5;, а затем 10 — 15 g — позволяет увеличить eMKocrь поглощения катионита да
1100 — 1600 r-экв/м, что в 2 раза выше емкоз сти, достигаемой при существующей технологии регенерации.
При регенерации катионита в Na -форме повторно используемым 3-5 -ным раствором HzSO< образуется 4-6;ь-ный раствор
Иа2504, который используют для регенерации катионитных фильтров.
Завершающая регенерация свежим 10—
15 g,-ным раствором HzS04 позволяет полностью удалить ионы Na из выходных нижних слоев катионита, а также с учетом разбавления раствора отмывочной водой получить 3 — 5;(,-ный раствор кислоты, используемый повторно для последующих регенераций, Регенерация катионита кислотой в два этапа позволяет снизить расход ее до стехиометрического количества при высокой удельной емкости поглощения.
Регенерацию анионитного фильтра I ступени производят также в два этапа— вначале повторно используемым растворам, а затем свежим 12 — 15ь-ным растворам NaOH, На первом этапе регенерации анионита образуется 4-6 g,-ный раствор NazS04, который направляют в бак 11 для последующего его использования. Ъ
При регенерации анионита свежим 1215 -ным раствором NaOH отработанный раствор направляют в бак 10 для повторного его использования при последующих регенерациях.
Регенерация высокоосновнаго анионита в два этапа раствором щелочи нарастающей концентрации — 3 — 4 и 12 — 15 — позволяет при стехиометрическом расходе
Na0H увеличить емкость поглощения анионита в 3 раза (примерна) по сравнению с обычной регенерацией его 4 Д-ным растворам NaOH, Регенерацию Na-катионитного фильтра, находящегося в Са2 форме, производят
4-6;4-ным раствором Ма2304 с последующим выделением CaSO< в отстойнике 8. Выделенный CaSOq может быть использован в строительстве.
На регенерацию катианита расходуется только стехиометрическое количество
NazS04, так как избыток NazSO< снова используется на повторную регенерацию после выделения CaS04 из отработанного раствора. Концентрация NazS04 (4-6Д) при регенерации катионитных фильтров принята, исходя иэ условий образования в отработанном растворе пересыщенного раствора СаЯОл.: оторый выпадает в осадок и выводится из системы, а также с учетом обеспечения оптимальной регенерации Нкатионитного и анианитного фильтра I ступени, в процессе которой образуется
NazS04 указанной концентрации.
1687578
Регенерацию Н-катионитного фильтра производят вначале 3-5 -ным повторно используемым раствором, затем свежим
10-15 -ным раствором Нг$04.
Использование свежего 10-15 -ного раствора HzS04 на втором этапе позволяет получить 3-57ь-ный раствор для повторного использования с учетом разравления его отмывочной водой, Повторно используемый раствор кислоты .в процессе регенерации
Н-катионитного фильтра, находящегося в
Na форме, образует 4-6 -н ый раствор
NazSO4.
Аналогично производится регенерация анионита, находящегося в S04 форме, конечным продуктом которой является 4-6 ный раствор NazSO4, Сильнокислотный катионит и сильноосновной анионит, используемый в фильтре ступени, при регенерации их. указанными растворами нарастающей концентрации повышают емкость поглощения в 2 — 3 раза при практически стехиометрическом удельном расходе реагентов. Кроме того, применение 1015 -ных свежих регенерационных растворов позволяет отказаться от стадии концентрирования сточных.вод, Пример. Осветленная вода после известкования и коагуляции имеет следующий состав мг-акв/в: Са + 2,4: Mg + 0.3; Na+
0 5 С! 0 5 S04 2 0 СОэ 0 4 Я!Озг
0,12; ОН 0,15.
Воду укаэанного состава пропускают последовательно через две колонки диаметром 25 мм, загруженные соответственно катионитом 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 декарбонизации воды воздухом, подаваемым в соотношении 42 л на 1 л фильтрата, Средняя остаточная концентрация углекислоты составляет 3,2 мг/л.
Качество воды после Н-катионитного фильтрата; кислотность 2,53 мг-экв/л, Са +Mg =О, Na =1-3 мкг-экв/л.
z+ г+ +
Анионитный фильтр I ступени после пропуска 290 л воды и появления в фильтраге 150 мкг/л ионов С! подключают к колонке, загруженной низкоосновным анионитом Ан-31 в ОН-форме, Высота загрузки анионита 800 мм. При этом в фильтрате анионитного фильтра ступени концентрация С! — ионов постепенно увеличивается до 2,5 мг-экв/л. До начала проскока ионов S04 через фильтр дополнительно пропущено 58 л Н-катионированной воды.
Затем его отключают на регенерацию при концентрации SO4г в обработанной воде
2,0 мг-экв/л. Емкость поглощения анионита составляет 1200 r-экв/л.
Через Н-катионитный фильтр пропущено 340 л воды, после чего в фильтрате начала
5 расти концентрация ионов Na . 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
10 этом концентрация ионов Са в обработанной воде составляла 2,3 мг-экв/л, т.е. катионит полностью истощен, Емкость катионита до начала проскока ионов На составила 1480 г-экв/л.
15 Регенерацию отработанного катионита производят в три этапа;
1) аэрированным раствором NazS04—
60 г/л в количестве 0,95 л со сбором отработанного раствора для выделения
20 CaS04:
2) отработанным раствором Hz SO4—
40 г/л количестве 1 л со сбором раствора
NazS04 — 60 r/ë для повторного использования;
25 3) свежим раствором НгЯО! — 165 г/л количестве 0,24 л.
Отработанный раствор кислоты и отмывочные воды общим объемом 1 л повторно, используют при последующих регенераци30 ях.
Отработанный раствор от первой стадии регенерации катионита после отстаивания и удаления CaS04 содержит 42 мг-экв/л ионов Ca +, 60 мг-экв/л ионов SO< и 18
35 мг-экв/л ионов Йа . Укаэанный раствор добавляют к исходной воде, Регенерацию анионитного фильтра I ступени производят в два этапа;
1) повторно используемым раствором
40 щелочи — 60 г/л 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 последующе45 го использования на первой стадии регенерации.
На приготовление свежего раствора используют 0,33 л отмывочных вод, а остальную часть(0,5 л) отмывочных вод смешивают
50 с исходной водой.
Через анионитный фильтр !! ступени . пропущено 506 л да проскока ионов хлора; после чего он переключен в режим декарбонизации Na-катионированной воды, В °
55 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
1687578
5, 10
15 емкость поглощзения анионита составила
640 — 610 г-экв/м .
При работе фильтра в режиме обессоливания 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-катионитного фильтра и щелочью анионитного фильтра 1ступени 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 н виде свежих растворов, изменялось в пределах 0,8-1,2 г-экв на 1 r-экв поглощенных ионов.
Исследования показали, что при подаче повторно используемого раствора в количестве, меньшем 1 г-экв/г-экв, снижается количество вытесняемых иэ 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 r-зкв/г-экв степень удаления ионов не превышает 65, следовательно,35Я, ионов переходят в регенерат при подаче свежего раствора. Так, при регенерации Н-катионитного фильтра повторно используемым раствором, подаваемым в количестве
0,8 r-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 r-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, 20
Аналогичные результаты получены также при регенерации анионитного фильтра в
$04 -фОРмЕ.
Полученные результаты по предлагаемому способу с учетом выделения Са$04 из отработанного раствора Naz$04 приведены в табл. 1.
В связи с тем, что лабораторные исследования были проведены только по предлагаемому способу водоподготовки, при . сопоставлении показателей прототипе и предлагаемого способа были использованы фактические данные, полученные на Балаковской АЭС, где водоподготовительная установка работает по схеме унифицированного проекта (прототипа). Сравнительный анализ обоих способов представлен в табл. 2.
Форму ла изббретения
Способ водоподготовки для подпитки парогенераторов тепловых и атомных электростанций, включающий стадию глубокого обессоливания исходной воды на Н-катионитном фильтре, загруженном сильнокислотным катионитом, 0Н-анионитных фильтрах первой и второй ступеней в декарбонизаторе, фильтре смешанного действия, и стадию умягчения воды íà Naкатионитном фильтре, включенном параллельно Н-катионитному фильтру, регенерацию Н-катионитного и ОН-анионитных фильтров соответственно кислыми и щелочными реагентами, à Na-катионитного фильтра раствором натриевой соли, обработку отработанных регенерационных растворов, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса и повышения его экономичности за счет исключения стадии 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 сульфатионами, загружают высокоосновным анионитом, анионитный фильтр второй ступени загружают низкоосновным анионитом и включают перед декарбонизатором после начала проскока ионов хлора на анионитном фильтре первой ступени, а затем после насыщения хлор-ионами его включают после овательно за Na-катионит-. ным фильтром до проскока карбонат- и.бикарбонат-ионов, при этом регенерацию
H-катионитного фильтра производят противотоком сначала 4-6 -ным раствором сер нокислого натрия, затем повторно
1687578
Таблица !
Н А, А! И
Параметр
Количество пропущенной воды до проскоха контролируемого иона, л
348„ (Са ) 506 (Со )
5) 340 (No. )
480„ (Caà ) 290 (Cl )
348
4) Концентрация по глощае>е>х юнов> мг-эхн/л
2,4
0,S
2,5
2,0
3,2
2,4
Емкость поглощения до проскока ионов, мг-эхв/л
1200
640-670 (Cl ) 14 >О
1420 (Ы!, ) 1480 (на. ) 1565 (Са ) 7>,0 5 ° 5 1,45 0,35 0,47 0>21 1,0 1,05 1,О5 П р и м е ч а н я е. В скобах ухазан контроляруе>ей нон. >Объем раствора Na2 804 ухаэан с учетом 4-кратного набытха Та блиц а2 Показатели ее ст- Предланьй гас >зй 15-2 О ()х74н 5310 2-2,5 1- ° 05 1100-1500 600-650 !200-1500 600-700 700-800 400-600 10-15 80-120 50-60 8-1 О Аннонит поглоь!ает ю>з> СГ без регенерации 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 регенеОбъем раствора, подаваемого на регенерация> л! 60 г/л Na>4804 40 г/л H Н! 804 osassn р р 60 г/л йаОН, повторно используе>а>Н р-р 138 г/л NaOH >csaянй р-р Уделъньй расход реагентов на регенерация> г-эхз/г-эхз NagS04 8%SO% NaOH Количество сточных вод> подлекавих концентрирования, Х от обрабатъ>ваеюй воды Количество соды для уиягчення стоков> кг/ч ! ) - количество обрабатнваемой воды, и>/ч Hs- хесткость яехарбонатяая обрабатъваемой воды, мт-эха /л 53 - эквивалент>зй зес Na2003 Удельньй расход реагеятов яа регенерация> г-зпсв/г-экз Удельные емкости поглощения нонитов, >-экв/м> КУ-2 АН-31 АВ-17 Эксплуатационные затраты яа обработку сточ>з>х вод, l от основного процесса водопоглощення Капнталъные затраты на обработку стоков ° 2 от основного процесса рацию Na-катионитного фильтра ведут отработанным раствором от первой стадии регенерации анионитного фильтра первой ступени, содержащим 4 — 6",ь сернокислого 5 натрия, а отработанные растворы кислоты и щелочи от первой регенерации ионитов свежими растворами собирают для их повторного использования, 1687578 I йх.Рпда РА сну РЮ Составитель В. Вилинская Редактор Г. Лазаренко Техред ММоргентал Корректор В. Гирняк Заказ 3676 Тираж Подои.;:,ное ВНИИПО Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, уи.Гагарина, 101
