Химводоподготовка

ВОДА В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ
назначение
как теплоноситель
для получения пара
для конденсации отработанного пара
для охлаждения оборудования
выбор метода
min коррозии
снижение накипи
требования к воде
состав воды
параметры технологии
параметры оборудования

1- котел, реактор кипящего типа, парогенератор
2- конденсационная
турбина
3 - электрогенератор
4 - водоподготовительная установка (ВПУ)
5 - конденсатор турбины
6 - конденсатный насос
7–блочная обессоли-вающая установка (БОУ)
8 - ПНД
9 - деаэратор
10 – питательный насос
11 - ПВД
СХЕМЫ ОБРАЩЕНИЯ ВОДЫ
Принципиальная схема обращения воды в тракте конденсационных тепловых электростанций (КЭС)

1 - котел
2 - турбина с отборами пара
3 – электрогенератор
4 – конденсатор
5 – конденсатный насос
6-установка очистки возвратного загрязненного производствен. конденсата
7 - деаэратор
8 - питательный насос
9 - подогреватель добавочной воды
10 – ВПУ
11-насосы возвратного конденсата
12-баки возвратного конденсата
13-теплофикационный потребитель пара
14-производственный потребитель пара
СХЕМЫ ОБРАЩЕНИЯ ВОДЫ
Принципиальная схема обращения воды в цикле ТЭЦ

СХЕМЫ ОБРАЩЕНИЯ ВОДЫ

СХЕМЫ ОБРАЩЕНИЯ ВОДЫ
Dт.к.+ Dв.к.+Dд.в.

СХЕМЫ ОБРАЩЕНИЯ ВОДЫ

ВЛИЯНИЕ НА ОС
реагентные (химические)
безреагентные (физические)
методы водоподготовки
образование сточных вод
5-20 % расхода воды
В составе:
шлам (CaCO3, Mg, гидроксид магния, железа, алюминия, органические вещества, песок, соли серной и соляной кислот

ВЛИЯНИЕ НА ОС

КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИРОДНЫХ ВОД
по степени минерализации
пресная (до 1 г/л)
солоноватая (1-25 г/л)
морской солености (26-50 г/л)
рассолы (> 50 г/л)
по преобладающему аниону
карбонатные
хлоридные
сульфатные
Пр.: черное море 19 г/л
океан 35 г/л
Пр.: пресные воды относят
к гидрокарбонатам
(гидрокарбонаты Mg и Ca – 60-70 %)
черное море – 81 % хлоридов
по показателю жесткости
мягкие (<3 мг·экв/л)
жесткие (> 6 мг·экв/л)

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ
Н2О
молекула воды полярна (диполь) – образуются водородные связи

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ
растворение соли
растворение HCl

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ
эффективная концентрация в растворе, которая в результате взаимодействия ионов (электростатического притяжения и отталкивания) имеет меньшее значение, чем фактическая
Чистая вода является слабым электролитом.
Диссоциация ее молекул описывается уравнением
Константа диссоциации воды в соответствии с законом действующих масс при 25 °С
активность

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ
А = 1,823·106/(εT)3/2; μ — ионная сила; zi — валентность ионов
данного вида; ε — относительная диэлектрическая проницаемость;
T — температура, К
Активность ионов данного вида аi связана с их фактической
концентрацией Ci
коэффициент активности ионов данного вида, который зависит от концентраций и валентностей всех ионов, находящихся в растворе, и для разбавленных растворов (до 0,1 моль/дм 3 ) определяется по формуле Дебая—Гюккеля

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ
Ионная сила μ характеризует меру интенсивности электрического
поля, возникающего в растворе из-за наличия в нем ионов
В разбавленных растворах ионная сила и активность зависят от температуры, концентрации и заряда
В бесконечно разбавленных растворах f=1 (аi=Сi)
Для недиссоциированных молекул f=1 (аН2О=СН2О)
Если пренебречь незначительной долей диссоциированных молекул воды, концентрацию недиссоциированных молекул можно принять равной 1000/18 = 55,55 моль/дм 3
(где 18 — молекулярная масса H 2 O)

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ
Зависимость ионного произведения воды от температуры
В любом водном растворе всегда присутствуют оба вида ионов
Характер среды (кислая, щелочная, нейтральная) определяется их концентрациями, причем для выражения характера среды достаточно знать какую-либо одну из них
Для чистой воды при 22 °С аН=СН2О=10-7 рН = 7 (также рОН = 7)
Значения рН природной воды полностью определяются характером и концентрацией примесей

ПРИМЕСИ ПРИРОДНЫХ ВОД
по степени дисперсности
истинно-растворенные
коллоидно-дисперсные (d 1-100 нм)
грубодисперсные (d > 100 нм)
по химическому составу
минеральные
органические
Пр.: производные кремниевой кислоты и железа
органические вещества
Пр.: газы N2, O2, CO2, NH3, CH4, H2S, газы сточных вод, соли, кислоты, основания
Пр.: гумусовые вещества из почв, органические вещества, поступающие с с/х стоками

ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИМЕСЕЙ
основные ионы

ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИМЕСЕЙ
Na + K+
Устойчивые примеси (не образуют трудно-растворимые соли, не гидролизуются)
Концентрация меняется в результате испарения или разбавления
Ca 2+ Mg2+
Их наличие ограничивает использование воды
Образуют трудно-растворимые примеси
Может происходить выделение трудно-растворимых солей кальция и магния на теплопередающих поверхностях в виде твердой фазы

ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИМЕСЕЙ
Fe2+
Не образуют трудно-растворимых солей
В малой степени гидролизуются
При повышенных концентрациях растворенного О2 (приповерхностные слои воды) ионы Fe2+ окисляются до ионов Fe3+ (легко гидролизуются с образованием трудно-растворимого Fе(ОН)3)
в поверхностных водах железо находится в коллоидной форме, а в глубинных — в истинно растворенном состоянии, обычно в виде гидрокарбоната двухвалентного железа Fе(НСО3)2
В поверхностных водах железо также входит в состав органических соединений

ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИМЕСЕЙ
Cl - SO42-
Устойчивые примеси (не образуют трудно-растворимые соли, не гидролизуются)
В присутствии большого количества органических примесей (сброс сточных вод) и при дефиците кислорода в результате протекания биохимических процессов ионы могут легко восстанавливаться до Н2S или S

ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИМЕСЕЙ
кремниевая кислота
Находится в природной воде в недиссоциированном состоянии
Ангидрид кремниевой кислоты SiO2 образует с водой ряд кислот с общей формулой xSiO·yH2O
Содержание в воде существенно зависит от ионного состава воды
Присутствие в воде ионов кальция и магния приводит к образованию малорастворимых силикатов, что снижает концентрацию кремниевой кислоты
Практически нерастворимы в природной воде и образуют в ней коллоидные растворы
При рН > 8 часть кремниевых кислот существует в воде в истинно растворенном состоянии, причем с повышением рН степень их диссоциации возрастает

ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИМЕСЕЙ
HCO3- CO32-
Важнейшие анионы, определяющие поведение различных примесей в них, а также в технологических процессах очистки воды
В природных водах содержится одновременно несколько форм угольной кислоты Н2СО3 , HCO3- , СO32-
Угольная кислота диссоциирует по двум ступеням с образованием гидрокарбонатных и карбонатных ионов:
между различными формами угольной кислоты равновесие суммарно выражается уравнением

ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИМЕСЕЙ
стабильная
Если содержание СО2 соответствует расчетному
агрессивная
Если СО2 больше равновесного, избыток его способен вызывать растворение СаСО3 при контакте воды, например, с бетонными сооружениями, доломитовыми и известняковыми породами
нестабильная
при недостатке СO2 по сравнению с равновесной концентрацией будет наблюдаться распад части гидрокарбонатных ионов с образованием дополнительного количества карбонатных ионов и выделением из системы твердой фазы карбоната кальция

ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИМЕСЕЙ
индекс стабильности
0 – стабильная
< 0 – агрессивная
> 0 - нестабильная
контактирование пробы воды с карбонатом кальция в течение 1—2 ч и измерения значения рН до (pH1 ) и после (рН2 ) контактирования
эксперимент
1 – стабильная
< 1 – агрессивная
> 1 - нестабильная

ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОДЫ
концентрация грубодисперсных примесей (ГДП)
концентрация истинно-растворенных примесей (ионный состав)
концентрация коррозионно-активных газов
концентрация ионов водорода
технологические показатели, в которые входят сухой и прокаленный остаток, окисляемость, жесткость, щелочность, кремнийсодержание, удельная электропроводимость и др.

ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОДЫ
1. определяется фильтрованием воды через бумажный фильтр с последующим его высушиванием при температуре 105-110 °С
Концентрация грубодисперсных примесей
2. по прозрачности или мутности воды (при повышенных концентрациях)
стеклянная трубка, залитая водой, на дне стандартный шрифт с шириной линий 1 мм.
Высота столба воды, при которой определяется хорошая видимость шрифта - количественная оценка прозрачности
норма прозрачности питьевой воды «по шрифту» 30 см)
3. нефелометрический метод - сравнение мутности воды с эталоном по интенсивности светового потока
4. по разности масс плотного и сухого остатков, полученных
при упаривании 1 дм3 соответственно нефильтрованной и фильтрованной воды и высушивании их при 110 °С

ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОДЫ
определяется методами химического анализа
Концентрация отдельных ионов
должен выполняться закон электронейтральности
погрешность 1 %
Суммарная концентрация всех катионов и анионов в воде определяет ее солесодержание без учета анионов кремниевой кислоты из-за неопределенности сведений об их концентрации в ионной форме

ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОДЫ
показатель, ограничивающий использование воды в теплоэнергетике
жесткость
Общая жесткость Ж0
суммарная концентрация ионов
кальция и магния, мг-экв/дм 3
при
жесткие воды образуют плотные отложения на теплопередающих поверхностях

ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОДЫ
суммарная концентрация всех анионов слабых кислот и ионов гидроксила за вычетом концентрации Н+
щелочность
Общая щелочность Щ0
виды
Гидратная (ОН-)
Гидрокарбонатная (НСО3-)
Карбонатная (СО32-)
Силикатная (НSiO3-, SiO32-)
Фосфатная (H2PO4-, HPO4-, PO43-)
в природных водах преобладает гидрокарбонатная щелочность существенно над другими видами щелочности, поэтому ее значение без большой погрешности выражает общую щелочность воды
учет гидратной щелочности проводят лишь при рН > 9
щелочность определяют титрованием в присутствии индикатора

ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОДЫ
численное выражение способности воды проводить электрический ток
удельная электропроводность
См/м
В чистой воде удельная электропроводность зависит только от Н+ и ОН- (при 20 °С 0,04 мкСм/см)
зависит от концентрации ионов в воде
Определяется приложением переменного тока к двум электродам, погруженным в раствор и измерением напряжения (определяют сопротивление воды и проводимость)
удельную электропроводимость водных растворов различных солей с концентрацией до 500 мг/дм 3 в условном пересчете на NaCl оценивают по соотношению