Российское акционерное общество энергетики и
электрификации Департамент научно-технической политики и развития
Методические указания
РД 153-34.1-37.502-2000
Разработано ОАО "Всероссийским дважды ордена Трудового Красного Знамени научно-техническим институтом (ОАО «ВТИ») Исполнители О.А. Романова, Б.А. Смирнов. Утверждено Департаментом научно-технической политики и развития РАО "ЕЭС России" 29.12.2000 г. Первый заместитель начальника А.П. Ливийский
Срок первой проверки РД - 2008 г, периодичность проверки - один раз в 5 лет
Дата введения Настоящие Методические указания распространяются: - на технологию предварительной очистки воды на электростанциях методами коагуляции; - на аппараты (осветлители) для коагуляции исходной воды; - на механические фильтры. Настоящие Методические указания устанавливают технические требования к технологии обработки исходной воды методами коагуляции, осветлителям, механическим фильтрам, методам расчета и выбора технологических схем предварительной очистки воды, наладке и эксплуатации оборудования предварительной очистки воды на электростанциях и котельных, работающих на водах поверхностных источников (реки, озера, водоемы). 1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯРуководящие указания по предварительной очистке воды методом коагуляции с применением в качестве основного реагента алюмосодержащих солей предназначены для использования при проектировании, наладке и эксплуатации водоподготовительных установок электростанций РАО "ЕЭС России". При коагуляции воды перед ионированием требуется глубокое удаление органических соединений, соединений железа и нереакционноспособных соединений кремния. Изучение и совершенствование технологии коагуляции, разработка аппаратуры для современных установок, стремление к полной автоматизации процессов обработки воды, признает необходимым выпустить руководящие указания по коагуляции воды взамен существующих. 2.НАЗНАЧЕНИЕ И
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
|
Коагулянт |
Формула |
Содержание, вес. % |
|
А12О3 |
нерастворимых примесей |
||
Сульфат алюминия |
Al2(SO)4×18 H2O |
||
- неочищенный |
>9 |
< 23 |
|
- очищенный |
>15 |
< 0,5 |
|
Алюминат натрия |
NаА1О2 |
45-55 |
6-8 |
Оксихлорид алюминия |
Al2(ОН)nС1(6-n) |
40-44 |
- |
Оксисульфат алюминия |
А12(ОН)nSО4 (3-n) |
17-18 |
< 1 |
5.2.2 Наиболее распространенным является коагулянт - сернокислый алюминий, при гидролизе которого образуется конечный продукт - гидроокись алюминия, трудно растворимое в воде соединение. Коллоидно-дисперсные частицы гидроокиси алюминия коагулируют, образуя микрохлопья. На этой стадии и происходит в основном очистка воды от примесей. При вводе в обрабатываемую воду сернокислого алюминия в ней увеличивается содержание сульфат-ионов эквивалентно дозе коагулянта, в такой же степени уменьшается щелочность, возрастает содержание свободной угольной кислоты. Коагулянт поставляется в основном в виде кусков серого цвета или плит белого цвета.
5.2.3 Алюминат натрия - обычно используют в качестве добавки для интенсификации процесса коагуляции примесей воды сульфатом алюминия Преимущество этого реагента в том, что при его введении не увеличивается в воде содержание сульфат - или хлорид - ионов. Эффективность его применения увеличивается для исходных вод с низкой щелочностью.
5.2.4 Оксихлорид алюминия - это продукт гидролиза хлорида алюминия, в котором степень основности определяется как отношение количества ОН - группы к числу атомов алюминия. Преимущество этого реагента перед сульфатом алюминия заключается а том, что он лишь минимально увеличивает содержание в коагулированной воде анионов сильных кислот и эффективно работает в более широком диапазоне рН. Выпускается как в твердом виде, так и в виде раствора.
5.2.4 Оксисульфат алюминия - это продукт взаимодействия гидрооксида алюминия с серной кислотой. Основные его преимущества перед сульфатом алюминия заключаются в следующем: он работает в более широком интервале значений рН обрабатываемой воды, требует меньшего щелочного резерва и обладает лучшей хлопьеобразующей способностью при низких температурах, его растворы менее агрессивны. Содержание А12О3 в растворе 8 - 11 %.
5.3 Соли железа
5.3.1 Виды и состав коагулянтов на основе железа приведены в таблице № 2.
Железосодержащие коагулянты
Коагулянт |
Формула |
Содержание, вес % |
|
Fe2O3 |
нерастворимых примесей |
||
Хлорное железо |
FеС13 × 6Н2О |
> 95 |
- |
Железный купорос |
FeSO4 × 7H2O |
> 47 |
< 1 |
Сернокислая окись железа |
Fe2(SO4)3 × 2H2O |
68 - 76 |
< 40 |
5.3.2 Железный купорос - коагулянт наиболее распространенный на стадии предварительной очистки поверхностных вод при одновременной декарбонизации путем известкования и представляет собой светло-зеленые кристаллы Для самостоятельного применения коагулянта необходимо хлорировать раствор реагента с целью ускорения процессов окисления двухвалентного железа до трехвалентного.
5.1.3 Соли трехвалентною железа (сернокислое окисное и хлорное) - пригодны для коагуляции без известкования, так как они легко гидролизуются при взаимодействии с бикарбонатами исходной воды.
6.1 На полноту выделения мелкодисперсных взвешенных и коллоидных веществ и скорость образования осадка влияют такие факторы как:
- качество исходной воды:
- температура обрабатываемой воды;
- величина рН среды;
- величина дозы коагулянта;
- условия перемешивания воды с коагулянтом;
- применение вспомогательных средств;
- порядок ввода реагентов в обрабатываемую воду.
6.2 Высокое солесодержание исходной воды благоприятно для коагуляции коллоидных примесей вследствие большего сжатия диффузного слоя коллоидных частиц.
6.3 Для полного и быстрого гидролиза применяемого коагулянта температура коагулируемой воды должна быть в пределах 20 - 35. Так как с увеличением температуры улучшаются условия отделения взвеси, то в указанных пределах принимают ту максимальную температуру, которая приемлема по технико-экономическим соображениям. Заданная температура подогрева должна поддерживаться автоматически с точностью +/- 1 °С.
6.4 Для полноты выделения гидроксида алюминия величина рН коагулированной воды должна находится в пределах 5,5 - 7,5. Оптимальная величина рН ( в указанных пределах) устанавливается экспериментально для каждого водоисточника и для каждого характерного периода года при изменении качества воды в источнике по сезонам.
6.5 Оптимальная доза коагулянта зависит от свойств дисперсной системы: температуры, количества навешенных и коллоидно - дисперсных веществ, ионного состава дисперсионной среды, значения рН коагулируемой воды. Как правило, требуемые дозы коагулянта находятся в пределах 0,3 - 1,5 мг-экв/л, устанавливаются экспериментально для каждого водоисточника в различные характерные периоды года в лабораторных условиях и уточняются при эксплуатации но результатам обработки воды.
6.6 Воду и реагенты необходимо тщательно перемешивать. Интенсивность перемешивания должна быть достаточна для быстрого и равномерного распределения коагулянта в воде, но не слишком большой во избежание разрушения хлопьев.
6.7 Вспомогательные средства.
Для интенсификации процесса коагуляции служат вспомогательные реагенты:
- растворы кислот или щелочных реагентов для коррекции оптимальной величины рН;
- флокулянты для увеличения производительности отдельных установок;
6.7.1 Очищаемую воду подщелачивают, если щелочной резерв воды недостаточен для удовлетворительного гидролиза коагулянтов. Для подщелачивания воды и связывания образующегося при гидролизе агрессивного диоксида углерода применяют гидроксид и карбонат натрия, карбонат кальция и известь.
6.7.2 При высокой щелочности исходной воды для достижения необходимого значения рН коагулированной воды возможно дозирование серной кислоты, которая нейтрализует эквивалентное количество бикарбонатной щелочности.
6.7.3 Флокулянты - это неорганические и органические высокомолекулярные соединения. В практике водоподготовки широко используются органические, синтетические флокулянты (ВМФ): полиакриламид - ПАА (отечественного производства) и его сополимеры с разнообразными функциональными группами (зарубежного производства - Сепаран, Суперфлок, Праестол), ВПК - 402 - сильноосновной катионный полимер и другие. ВМФ выпускаются в порошкообразном, гранулированном и гелеобразном виде. Тип и дозы ВМФ подбираются индивидуально для каждого водоисточника на основании лабораторных опытов.
6.8. Очередность и место ввода реагентов в воду влияют на свойства образующегося осадка и тем самым на результаты очистки воды. Реагенты для коррекции рН-среды вводятся в обрабатываемую воду до коагулянта. Раствор коагулянта предпочтительнее вводить в зону контактной среды, а флокулянт через 1 - 3 минуты после ввода коагулянта. Необходимые места ввода реагентов должны быть предусмотрены при проектировании и уточнены при наладке предочистки.
7.1 Для коагуляции воды на электростанциях применяются осветлители с контактной средой из взвешенного шлама, образующегося при обработке воды. Сведения по основным аппаратам приведены в таблице № 3.
Основные параметры осветлителей для коагуляции
Марка осветлителя |
Производительность (м°/ч) |
Диаметр (мм.) |
Высота осветлителя (мм) |
Масса конструкции (кг) |
МоТЭП |
100 |
7000 |
9900 |
22647 |
ЦНИИ-3 |
150 |
7300 |
6965 |
21890 |
ЦНИИ-3 |
230 |
9000 |
7650 |
38256 |
ЦНИИ-3 |
450 |
12500 |
8650 |
57863 |
ХоТЭП-ВТИ |
350 |
12000 |
11600 |
75000 |
Возможно использование для коагуляции осветлителей конструкции СКБ ВТИ (ВТИ-63И, ВТИ-100И, ВТИ-160И, ВТИ-250И, ВТИ-400И, ВТИ-630И, ВТИ-1000И). Эти осветлители разработаны для известкования воды. При применении этих аппаратов для коагуляции их максимальная производительность составляет 60 - 70 % от номинальной.
7.2 Осветлитель работает следующим образом. Подогретая исходная вода подается в воздухоотделитель, расположенный в центральной верхней части осветлителя. Освобожденная от пузырьков воздуха вода вводится по распределительной системе труб в нижнюю часть осветлителя через тангенциально расположенные сопла. Туда же несколько выше горизонтальной оси сопл вводится раствор коагулянта и, при надобности, несколько выше, чем раствор коагулянта - раствор флокулянта. Возможен также ввод коагулянта перед воздухоотделителем. Раствор щелочи (при подщелачивании воды) вводится в общий трубопровод исходной воды, вода и коагулянт перемешиваются при вращательном движении потока, при этом происходит реакция гидролиза коагулянта и образование хлопьев осадка - шлама, включающего гидроокись алюминия, а также коллоидно- и грубодисперсные вещества, удаляемые из обрабатываемой воды. Образующийся шлам используется в качестве контактной среды, через которую снизу вверх проходит вода. Из верхней части контактной среды шлам отводится в шламоуплотнитель, а коагулированная вода проходит защитную зону осветления (над зоной контактной среды), верхнюю (дренажную) решетку и по сборному желобу сливается в распределительное устройство, откуда по трубопроводу сливается в бак коагулированной воды. В нижней части осветлителя расположены горизонтальная решетка и несколько вертикальных, радиально установленных перегородок для выравнивания потока жидкости и преобразования его движения из вращательного в поступательное. Часть потока жидкости отводится через шламоприемные окна по шламоприемным трубам в шламоуплотнитель. Поступившая со шламом вода осветляется в шламоуплотнителе и отводится в измерительный отсек распределительного устройства и далее соединяется с общим потоком коагулированной воды. Шлам уплотняется под давлением собственного веса и непрерывно выводится из шламоуплотнителя при его продувке.
7.3 При коагуляции воды алюминий содержащими коагуулянтами расчетные показатели свойств контактной среды принимаются в зависимости от параметра αк представляющего собой процентое содержание А1(ОН)3 в образующемся осадке
Р Al(ОН) - вес выделяющихся в осадок гидроокиси алюминия, мг/л,
Дк - доза коагулянта, мг-экв/л
М - содержание взвеси в исходной воде, мг/л
Значения параметров шлама в зависимости от αк приведены в таблице № 4.
V4 (мм с) - скорость свободного осаждения частиц шлама,
γ0 (мг/мл) - условный объемный вес шлама,
а - коэффициент уплотнения шлама.
Величина αк вес. %. |
Показатели свойств взвеси (t = 20 °С) |
||
V4 мм/с |
γ0 мг/мл |
100* а* см-1 |
|
3 |
2,25 |
85,0 |
1,70 |
5 |
2,15 |
65,0 |
2,90 |
10 |
1,95 |
15,0 |
5,50 |
20 |
1,70 |
6,0 |
7,50 |
30 |
1,45 |
4,4 |
8,10 |
40 |
1,20 |
3,5 |
8,40 |
50 |
1,00 |
3,0 |
8,50 |
60 |
0,90 |
2,6 |
8,60 |
70 |
0,85 |
2,4 |
8,65 |
80 |
0,80 |
2,3 |
8,70 |
90 |
0,75 |
2,2 |
8,75 |
100 |
0,70 |
2,0 |
8,80 |
7.4 Дозу коагулянта следует принимать по результатам пробной коагуляции воды или по данным эксплуатации водоподготовительных установок, использующих ту же исходную воду.
При отсутствии экспериментальных данных можно использовать ориентировочную формулу
,
где О2 - перманганатная окисляемость исходной воды в мг/л О2.
7.5 Возможная производительность осветлителя при условии достаточного осветления воды:
(м3/ч),
где Fкс - площадь поперечного сечения зоны контактной среды (м2);
Vo - расчетная скорость восходящего движения воды на выходе из зоны контактной среды осветлителя (мм/с).
(мм/с) ,
где t - температура исходной воды (°С);
Со - объемная концентрация шлама в зоне контактной среды осветлителя (мл/мл);
V4 - условная скорость свободного осаждения частиц шлама (мм/с), (См. Табл. № 4).
(мл/мл),
где П = 300 см. (Прозрачность но "кресту");
αс = 0,78 - 1,0 (коэффициент моделирования концентрации взвеси в контактной среде осветлителя);
Hс - приведенная высота зоны контактной среды осветлителя (см.) - определяется по чертежам осветлителя.
7.6 Скорость движения воды в воздухоотделителе принимается не более 25 м/ч, а длительность пребывания в нем не менее 5 мин.
7.7 Защитная высота зоны осветления 1,5 - 2,0 м.
7.8 Нагрузка осветлителя должна поддерживаться стабильной при возможно более редких и плавных изменениях. Увеличение нагрузки осветлителя допускается не более 10 % расчетной с интервалами не менее 15 минут.
7.9 Непрерывная продувка осветлителя составляет 0,5 - 1,5 % от его производительности.
7.10 Периодическая продувка осветлителя проводится по графику, установленному по результатам пуско-наладочных работ.
7.11 Заполнение и пуск осветлителя после монтажа или ремонта проводится при нагрузке не более 50 % расчетной. Когда высота зоны контактной среды достигнет примерно половины ее расчетной величины, нагрузка осветлителя доводится до требуемой с увеличением на 10 % через каждые 15 минут.
7.12 При выводе осветлителя в резерв на срок более 1 месяца осадок из него удаляется полностью, если резерв менее 1 месяца, то осадок удалять не следует.
8.1 На предочистке с коагуляцией следует применять напорные вертикальные (одно- или двухкамерные) механические фильтры.
8.2 Дренажи фильтров и детали крепления дренажей должны быть выполнены из коррозионностойких материалов. Внутренняя поверхность фильтров должна иметь антикоррозионное покрытие.
8.3 Допускается загружать механические фильтры дробленым антрацитом с зольностью до 10 %, содержанием общей серы до 2 %, истираемостью до 5 %, измельчаемостью до 4 % и обладающим достаточной химической стойкостью. Размер фракций фильтрующего материала должен находиться в пределах 0,6 - 1,4 мм, эквивалентный диаметр 0,8 - 0,9 мм., коэффициент неоднородности не более 2.
8.4 Наиболее перспективной считается загрузка механических фильтров кварцевым песком как однородной фракции, так и слоями различных фракций. Рекомендуется двухслойная загрузка механических фильтров. Нижний слой - кварцевый песок, верхний слой - антрацит. Технологические показатели работы механических фильтров представлены в таблице № 5.
Технологические показатели работы механических фильтров
Тип фильтров. |
Характеристика слоя, гранулометрический состав. Диаметр зерен, мм. |
Высота слоя, мм. |
Скорость фильтрования м/ч. |
Требуемое относительное расширение загрузки. % |
||||
Минимальный |
Максимальный |
Эквивалентный. |
Коэф. Неоднородности. |
Нормальная. |
Максимальная. |
|||
Однопоточные с различным составом загрузки (кварцевый песок). |
0,5 |
1,2 |
0,7 - 0,8 |
2,0 - 2,2 |
700 - 900 |
6 |
7,5 |
45 |
0,7 |
1,5 |
0,9 - 1,0 |
1,8 - 2,0 |
1200 - 1300 |
8 |
10 |
30 |
|
0,9 |
1,8 |
1,1 - 1,2 |
1,5 - 1,7 |
1800 - 2000 |
10 |
12 |
125 |
|
Двухслойные: нижний слой - кварцевый песок, верхний слой -антрацит. |
0,5 |
1,2 |
0,8 |
2,0 |
500 |
10 |
12 |
50 |
0,8 |
1,8 |
1,1 |
2,0 |
500 |
||||
Двухпоточные (кварцевый песок). |
0,5 |
1,5 |
0,9 |
2,0-2,2 |
1450 - 1650 |
12 |
15 |
30 |
9.1 Единичные мощности аппаратов, сечения основных трубопроводов и размеры помещений для щитов управления, лабораторий и подсобных помещений водоочистки должны приниматься исходя из конечной мощности электростанций и полной производительности водоподготовительной установки независимо от того, во сколько очередей предполагается их осуществление.
9.2 При проектировании должно быть тщательно изучено качество исходной воды за предыдущие годы по отдельным сезонам, выявлен прогноз изменения качества воды на ближайшие десять лет и изучены данные о работе аналогичных водоподготовительных установок, использующих тот же источник водоснабжения.
9.3 Суммарная расчетная производительность осветлителей, устанавливаемых на предочистке, и резервные места для дополнительных аппаратов должны быть приняты из условий 125 % расчетной потребности в осветленной воде. Должно быть также предусмотрено место для установки одного осветлителя сверх расчетного количества.
9.4 Устройства для подачи исходной воды должны исключать подсос воздуха и самопроизвольное изменение расхода.
9.5 Подогреватели рассчитываются на подогрев воды до 40 °С при максимальной нагрузке предочистки. Отклонения от заданной температуры не должны превышать +/- 1 °С.
9.6 Осветлители должны быть размещены вне здания водоподготовительной установки, на минимальном расстоянии от него.
9.7 Предусмотрены отапливаемые и имеющие естественное освещение верхние (шатры) и нижние павильоны осветлителей, соединенные теплыми переходами между собой и зданием водоподготовительной установки.
9.8 Общая емкость баков коагулированной воды принимается равной часовой производительности осветлителей.
9.9 Для расчета складов и аппаратов реагентного хозяйства принимаются максимальные дозы и расходы реагентов. Склады реагентов проектируются на месячный запас и должны допускать прием содержимого 60-тонного вагона, железнодорожной или авто- цистерны.
9.10 Коагулянт и флокулянт подаются в осветлитель в виде раствора насосами-дозаторами или, что значительно реже, центробежными насосами через регулирующий клапан.
9.11 Количество расходных мешалок на каждый вид реагента и каждый осветлитель устанавливается не менее двух. Минимальная емкость одной расходной мешалки должна обеспечить не менее, чем 12 - часовой расход реагента при его максимальном расходе и дозе.
9.12 Количество механических фильтров должно обеспечить максимальную производительность водоподготовительной установки и выбирается из условий скорости фильтрования (См. Таблицу № 5).
9.13 Проект предочистки должен предусматривать автоматизацию ведения технологических процессов.
10.1 Пуск и наладка предочистки должны производиться после полного завершения монтажа технологической, контрольно-измерительной и регулирующей аппаратуры, систем автоматики и химического контроля. В процессе монтажа руководство электростанции должна обеспечить соблюдение требований настоящих Методических указаний.
10.2 При наладке предочистки должно быть выполнено следующее:
- проверена законченность и правильность монтажа всей аппаратуры, правильность загрузки механических фильтров; устранены выявленные дефекты монтажа;
- налажена работа всех систем автоматизации (подогрев и подача воды, дозирование реагентов, продувка осветлителей и т.д.);
- определены в лабораторных условиях и уточнены при пуске и эксплуатации дозы коагулянта и вспомогательных реагентов;
- определены оптимальные условия формирования контактной среды осветлителя, места ввода реагентов, необходимые размеры продувки осветлителя;
- выявлена максимально возможная производительность осветлителя;
- уточнен режим промывки механических фильтров, установлена допустимая длительность межпромывочного периода и критерии для вывода фильтров на промывку (для установок контактной коагуляции);
- уточнен объем технологического контроля и составлены рабочая инструкция по эксплуатации предочистки и режимная карта.
10.3 Режимная карта работы осветлителей регламентирует:
- заданную температуру исходной воды и ее отклонения;
- стабильность расхода воды на осветлитель и темп нагрузки и разгрузки осветлителя;
- заданные дозы реагентов;
- необходимый расход воды через "отсечку";
- установленный расход непрерывной продувки;
- график и режим периодической продувки;
- объем технологического и химического контроля за режимом работы осветлителя.
10.4 При налаженном режиме работы аппаратов достигаются следующие показатели качества коагулированной воды:
- содержание взвешенных веществ после осветлителей не более 5 мг/л. после механических фильтров не более 2 мг/л;
прозрачность - не более 0,04 ед, оптической плотности (фотоколориметрическое измерение, используя синие светофильтры с длиной волны L = 400 нм, длиной кюветы 1 = 30 мм, в качестве нулевой пробы - дистиллированную воду);
- окисляемость коагулированной воды - 20 - 50 % исходной в зависимости от качества исходной воды:
- содержание алюминия (в пересчете на А1+3) в коагулированной воде не более 150 мкг/л, в редких случаях - 300 мкг/л;
- общее содержание железа (в пересчете на Fe+3) не более 300 мкг/л;
- содержание "нереакционноспособной" кремнекислоты в коагулированной воде - 10 - 50 % исходного.
Оглавление