Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Реагентная обработка воды на ТЭС (обзор литературы) .
1.1 Понятие предварительной обработки воды, общие положения
1.2 Физико-химические основы коагуляции .
1.3 Известкование воды ...
1.4 Теоретические основы процесса осветления воды в слое взвешенного осадка 17
1.5 Программы моделирования химических и физико-химических равновесии в растворах электролитов .
1.6 Выводы по обзору литературы и постановка задачи . . .28
Глава 2. Разработка математической модели процессов и аппаратов блока предварительной очистки воды на примере реальной ТЭС .
2.1 Описание блока предварительной очистки воды ВПУ НЧ ТЭЦ
2.1.1. Назначение и описание стадии предварительной очистки воды
2.1.2. Контроль за работой осветлителя .
2.1.3. Влияние работы осветлителя на обессоливающую установку
.2. Системный анализ блока предварительной очистки воды НЧ ТЭЦ
Глава 3. Термодинамика и кинетика химических равновесий и физико-химических процессов в разбавленных водных растворах. Методы составления и решения системы уравнений ..41
3.1. Формулировка задачи расчета состава воды и результатов предочистки как термодинамического равновесия . ..41
3.2. Химическая переменная 43
3.3. Уравнение изотермо-изобары реакции. Константа химического равновесия...44
3.4. К способу решения системы уравнений по соответствию концентраций константам равновесий ..46
3.5 Учет неидеальности газов и растворов электролитов . . .49
3.6 Выбор значимых химических реакций и физико-химических
равновесий. ... 59
3.6.1 Формализация состава и строения водных теплоносителей для проведения термодинамических расчетов 59
3.6.2 Значение примеси (компоненты вещества) и значение реакции. (Критерии для включения компоненты в базис программы расчета) 63
3.7 Формулировка прямой задачи термодинамического расчета равновесного состава многофазной многокомпонентной природнойводной системы. Принципы составления матрицы стехиометрических коэффициентов 65
3.8 Формулировка задачи расчета равновесного состава как «обратной» задачи термодинамического моделирования . .71
3.9 Методы решения системы нелинейных уравнений и неравенств. 80
Глава 4. Результаты и обсуждение 90
4.1 Качество исходной воды ... 90
4.2 Расчеты по реагентной обработке исходной камской воды . . 96
4.3 Анализ работы блока предварительной очистки воды на НЧТЭЦ 101
4.4 Разработка экономичного режима предварительной очистки воды 106
4.5 Рекомендации по поддержанию оптимальных режимов предварительной очистки воды ..110
Глава 5. Расчетные компьютерные программы «Предварительная очистка воды на Набережночелнинской ТЭЦ» с возможностями расчета результатов обработки и функциями тренажера 112
5.1. Прикладная программа и методика работы..112
5.2. Возможности программы ..115
5.3. Помощник программы . ..118
Выводы 128
Список литературы ..130
Приложения 148
- Теоретические основы процесса осветления воды в слое взвешенного осадка
- Назначение и описание стадии предварительной очистки воды
- К способу решения системы уравнений по соответствию концентраций константам равновесий
- Расчеты по реагентной обработке исходной камской воды
Введение к работе
Актуальность работы. В качестве исходной воды на ТЭС РФ для приготовления водного теплоносителя используются преимущественно воды поверхностных источников, реже - артезианские.
Учитывая загрязненность природных водоисточников прежде всего взвешенными веществами, в качестве первой стадии водоочистки применяют фильтрование. Для повышения эффективности предочистки до стадии фильтрования проводят реагентную обработку воды - коагуляцию, известкование, содоизвесткование, обеззараживание и др.
На стадии реагентной предочистки в качестве основных реагентов используют известь, коагулянт - соли железа и алюминия (на ТЭС чаще всего сульфат двухвалентного железа), а также, в некоторых случаях СаСЬ, NaOH, МагСОз, CI2 и другие производные активного хлора, флокулянты. Результатом предочистки является отделение от водного раствора теплоносителя твердой фазы, содержащей взвешенные твердые вещества и вновь образованные малорастворимые соединения. При этом состав воды и ее основные показатели претерпевают существенные изменения.
В связи с многообразием воздействия реагентой обработки на природную мультикомпонентную многофазную водную систему проведение расчетов результатов обработки а, равно как и моделирование работы блока предочистки, затруднено. Выбор реагентов и их концентрации проводится на основании прямых лабораторных экспериментов. Автоматизация предочистки основывается не на организации оптимального режима, а на недопущении остатков реагентов на последующие стадии водообработки. В этой связи оптимизация по расходу реагентов не производится.
Существующие лучшие образцы прикладных программ для термодинамического моделирования природных водных систем в силу своей универсальности с одной стороны и, в то же время ограниченности, для решения задач в энергетике не приспособлены. Следует отметить также большое значение выбора базы термодинамических характеристик веществ, составляющих природную и обработанную воду.
Данная работа выполнена в рамках научного направления института теплоэнергетики ФГБОУ ВПО КГЭУ «Термодинамическое моделирование водных теплоносителей».
Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка математических моделей, описывающих протекающие на аппаратах предочистки основные физико-химические процессы, моделирование работы аппаратов и всего блока на макроуровне, разработка методик и составление программ для расчета результатов предочистки, оптимизации, управления и обучения работы блока аппаратов на реальной ТЭС.
Для достижения поставленной цели сформулированы непосредственные задачи работы:
1. Системный анализ и математическое моделирование работы аппаратов и блока предочистки в целом на реальной ТЭС.
2. Формирование базы термодинамических характеристик для
отобранных значимых химических реакций и физико-химических процессов.
3. Термодинамическое моделирование химических и физико-химических
равновесных процессов, протекающих при реагентной предочистке природной
воды с использованием термодинамических и кинетических констант с
температурной зависимостью.
4. Разработка алгоритма решения системы нелинейных уравнений и
неравенств, описывающих физико-химические процессы, блок-схема
прикладной программы, написание прикладной программы
«Термодинамическое моделирование водного теплоносителя».
5. Проведение экспериментов на работающей станции
(Набережночелнинской ТЭЦ), проведение расчетов с использованием
прикладной программы, определение оптимальных режимов предочистки.
6. Разработка алгоритма (блок-схемы) и прикладной программы - «Блок
предочистки, с функцией управления и тренажера», моделирующей работу
аппаратов и в целом блока предочистки с функциями управления и тренажера.
Научная новизна работы.
Разработана математическая модель процесса предочистки природной воды, включающая описание всех значимых химических и физико-химических процессов, в числе которых протолитические равновесия, реакции комплексообразования с двумя типами лигандов, осаждение малорастворимых соединений, метастабильные равновесия, соосаждение макро- и микрокомпонент, растворение газов и окислительно-восстановительные реакции.
Предложен новый способ выбора базисных частиц и метод расчета равновесного состава путем решения «прямой» и «обратной» задачи относительно измеряемых параметров.
Сформирована база термодинамических характеристик химических соединений, образующихся при реагентной обработке воды.
Разработана математическая модель функционирования отдельных аппаратов и блока предочистки в целом для реальной ТЭС.
Достоверность основных результатов работы обеспечивается: в теоретическом плане - использованием научно-обоснованной теории растворов электролитов, термодинамики и кинетики гетерогенных реакций, теории комплексообразования; в практическом плане - проверкой адекватности расчетных моделей по технологическим характеристикам действующих водоподготовительных установок, а также совпадением результатов расчетов с экспериментальными данными на работающей станции (НЧ ТЭЦ).
Практическая значимость работы. Проведен анализ эффективности работы блока предварительной очистки воды на реальной ТЭЦ и рассчитаны оптимальные режимы работы, обеспечивающие минимальный расход реагентов при максимально возможной степени очистки воды.
Разработан пакет прикладных программ, включающий две прикладные
программы (ПП): «Термодинамическое моделирование водного
теплоносителя» - для расчета результатов предочистки воды методом
термодинамического моделирования и «Блок предочистки, с функцией управления и тренажера» для моделирования работы блока предочистки на конкретной ТЭЦ. Разработанные прикладные программы могут быть использованы как для проведения теоретических расчетов, так и для оптимизации водоподготовительных операций, расчета оптимальных режимов предочистки, экономии реагентов. Предполагается использование программы для управления процессом обработки воды в составе АСУ.
Программа с функциями тренажера предназначена в том числе для обучения и тестирования персонала химического цеха ТЭЦ.
Реализация результатов работы. Рекомендации по оптимизации работы стадии реагентной предварительной очистки использованы на Набережночелнинской ТЭЦ. Вычислительный программный комплекс для моделирования работы блока предочистки рекомендован для внедрения в составе АСУ НЧТЭЦ.
Апробация работы. Результаты работы представлены на 19-ой международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-19» (Воронеж, ВГТА, 2006г.), 20-ой международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-20». (Ярославль, ЯГТУ, 2007г.), Ш-й молодежной международной научной конференции «Тинчуринские чтения», посвященной 40-летию КГЭУ (Казань, КГЭУ, 2008г.), международной научно-технической конференции «Энергетика-2008: инновации, решения, перспективы» (Казань, КГЭУ, 2008г.), IV-ой молодежной международной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, КГЭУ, 2009г.), 10-ом аспирантско-магистерском научном семинаре, посвященном «Дню энергетика» (Казань, КГЭУ, 2010г.).
Личное участие автора. Основные результаты получены автором лично под руководством д.х.н., проф. Чичирова А.А.
Автор защищает:
1. Математическую модель процесса предочистки природной воды,
основанную на термодинамике реакций.
2. Способ выбора базисных частиц и метод установления равновесного
состава путем решения «прямой» и «обратной» задачи относительно
измеряемых параметров.
3. Математическую модель динамики функционирования отдельных
аппаратов и блока предочистки в целом на реальной ТЭС.
Результаты экспериментального исследования предочистки реальной ТЭС и обработку результатов с использованием разработанных программ.
Методику оценки эффективности работы предочистки ТЭС. Рекомендации по повышению эффективности работы.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано одиннадцать печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, заключения и списка литературы из 188 наименований. Общий объем диссертации составляет 185 страниц машинописного текста, включая 31 рисунок, 49 таблиц.
Теоретические основы процесса осветления воды в слое взвешенного осадка
Принцип обработки воды во взвешенном слое был запатентован в 1889 г. Патерсоном (Великобритания) и в несколько модифицированном виде в 1902 году Леклерком (Франция) [180]. Позже С. X. Азерьером, В. Т. Турчиновичем, Е. Н. Тетеркиным было подтверждено, что эффект осветления воды резко возрастает при ее пропуске через слой ранее сформированного осадка. В 1936 году Е. Н. Тетеркиным и Сполдингом (США) были предложены аппараты, реализующие этот метод водообработки и названные ими диффузором-осветлителем и пресипитатором. В современной отечественной практике они называются осветлители со слоем взвешенного осадка.
В России фундаментальные исследования по разработке теории процесса, методов расчета и конструированию осветлителей со слоем взвешенного осадка выполнены Е. Ф. Кургаевым, Е. Н. Тетеркиным, а в Чехии и Болгарии - И. Мацкрле и Т. Пейчевым.
В нашей стране и за рубежом известно много различных конструкций осветлителей, получивших распространение на городских, промышленных и теплоэнергетических водоочистных комплексах, для осветления, обесцвечивания, умягчения, обесфторивания, обескремнивания и обезжелезивания воды.
Обрабатываемая вода, смешанная с реагентами, вводится в осветлитель снизу и равномерно распределяется по площади рабочих коридоров. Далее вода движется снизу вверх и проходит через слой ранее сформированного взвешенного осадка, состоящего из массы взвешенных в восходящем потоке хлопьев, которые непрерывно хаотически движутся, но весь слой в целом неподвижен. Он находится в состоянии динамического равновесия, обусловленного равенством скорости восходящего потока воды и средней скорости осаждения хлопьев. Следует отметить, что средняя скорость осаждения хлопьев во взвешенном слое отлична от их гидравлической крупности. Это объясняется так называемым стесненным осаждением частиц, на котором основана работа осветлителей. Проходя через слой взвешенного осадка, вода осветляется в результате контактной коагуляции.
Величина хлопьев взвешенного осадка постоянно меняется вследствие слипания взвешенных частиц, извлекаемых из воды, и разрушения образовавшихся агрегатов под влиянием гидродинамического воздействия потока. Следовательно, слой взвешенного осадка представляет собой полидисперсную среду. Однако, средний размер хлопьев во всей массе взвешенного осадка при неизменных условиях работы осветлителя (состав л свойства обрабатываемой воды, доза коагулянта, скорость восходящего потока) остается неизменным, так как он определяется соотношением между внутренними силами сцепления частиц, образующих структуру хлопьев, и внешними силами трения, действующими на поверхности хлопьев при их обтекании потоком воды. Вследствие непрерывного хаотического движения и циркуляции хлопья различного размера довольно равномерно распределены по всей высоте взвешенного слоя.
При пропуске воды через взвешенный слой извлекаемые из нее примеси остаются в нем, при этом объем слоя должен непрерывно увеличиваться, но этого не происходит, так как предусматривается непрерывное удаление избыточного осадка из взвешенного слоя в осадкоуплотнитель, где он уплотняется и сбрасывается в водосток. Осветленная вода, прошедшая через слой взвешенного осадка, собирается с помощью сборных желобов или труб и отводится для дальнейшей обработки на фильтры. Во взвешенной контактной среде расстояние между частицами ее образующими несоизмеримо больше по сравнению с размерами удаляемых из воды примесей, имеющих коллоидную или ионную степень дисперсности. Их удаление из подобной гетерофазной системы происходит в результате адгезии и сорбции. При прохождении через взвешенный слой примеси воды сближаются с ранее сформированными хлопьями (сорбентом) и под действием молекулярных сил прилипают к их поверхности или ранее адсорбированных на них частицам примесей. Слой взвешенного осадка или контактная среда (КС) оказывает существенное влияние на процессы водообработки, происходящие в ней, что можно сформулировать как [180]: 1) (КС) имеет большую развитую поверхность образующих ее частиц оказывая благоприятное действие на процессы коагулирования, сорбции, адгезии и кристаллизации продуктов процесса водообработки; 2) (КС) способствует более равномерному распределению" обрабатываемой воды по сечению осветлителя и оказывает позитивное влияние на гидравлический режим и параметры потока (увеличивается коэффициент объемного использования, гидравлический радиус и смоченный периметр). 3) Угол равномерного выхода воды в (КС) равен 30 вместо 8—12 в обычных условиях. (КС) ламинизирует поток, т. е. гасит его турбулентность. Иными словами она обладает дренажными свойствами. 4) (КС) резко улучшает гидравлическую характеристику взвеси. Скорость ее осаждения возрастает в 2—3 раза по сравнению со скоростью осаждения в отстойнике за счет увеличения размеров хлопьев и их плотности. 5) (КС) значительно повышает эффект очистки воды (снижает остаточное содержание извлекаемых из воды примесей) за счет более полного использования применяемых реагентов и свойств контактной взвеси. Стабильная работа осветлителей достигается при постоянстве расхода и температуры обрабатываемой воды. Спонтанные колебания расхода воды вызывают размыв взвешенного слоя и вынос хлопьев в зону осветления. Колебания температуры воды, в особенности поступления более теплой, чем находящаяся в осветлителе, влечет за собой возникновение конвективных токов, приводящих к нарушению взвешенного слоя и замутнению осветленной воды. Чтобы обеспечить нормальную работу осветлителя, допускаются в течение часа колебания температуры воды ± 1С.
Назначение и описание стадии предварительной очистки воды
В литературе описаны немногочисленные специализированные программы для расчета предочистки воды методом коагуляции.
Разработанная в МЭИ программа «Расчет реальных концентраций ионов известкованной и коагулированной воде» позволяет рассчитывать теоретическую вероятность образования карбоната кальция и гидроксида магния, остаточную концентрацию ионов жесткости и различных форм угольной кислоты [185].
Есть два варианта программы. В первом варианте в качестве исходной точки расчета задается значение рН известково-коагулированной воды и проводится расчет остаточных концентраций с поправкой на ионную силу раствора. Во втором варианте производится численный расчет рН известково-коагулированной воды методом «деления отрезка пополам» [115].
Таким образом, при расчете равновесий в многофазном многокомпонентном растворе электролита учитывается только наличие угольного равновесия.
Вводится поправка на температуру и ионную силу. Все остальные процессы не учитываются. Поэтому результаты расчетов не совпадают с экспериментальными данными. Сами авторы программы считают, что программа служит скорее для иллюстрации процессов, происходящих на стадии предочистки.
Ранее разработанная программа «Предочистка» (КГЭУ) включает семь независимых компонент и 51 химическое равновесие. Включены протолитические реакции слабых кислот (H2C03lH4Si04) и оснований (NH40H), реакции комплексообразования, осаждение малорастворимых соединений (гидроксидов, карбонатов, силикатов, сульфатов), изоморфное соосождение веществ в составе осадков, метастабильные равновесия. ринцип моделирования - минимизация отклонения констант равновесия, метод простой итерации с переменным шагом. Программа позволяет с достаточной точностью рассчитывать большую часть показателей предочищенной воды в зависимости от дозы вводимого реагента.
Недостатки - неполный состав (список) значимых компонент, не возможность решения «обратной» задачи (расчет равновесного состава по «измеряемым показателям») и «зависание» программы при высоких концентрациях компонент ( 2М), образующих потенциально твердую фазу. В то же время, в других странах, главным образом США и некоторых европейских странах, в других областях науки и техники достигнут существенный прогресс в термодинамическом моделировании водных растворов электролитов и разработке программных комплексов. В рамках научной школы Cornell University NY, USA разработана серия программ GEOCHEM, GEOCHEM-PC, GEOCHEM-EZ [182]. GEOCHEM-PC предназначена для расчета равновесий в почвенных растворах, в воде для полива растений, природных водах и других подобных аквасистем. В программе производится расчет равновесий в растворе и реакций образования твердых веществ. Авторы указывают, что с использованием поправочных коэффициентов активности возможно проведение расчетов для растворов с ионной силой 0,5 моль/л и более. Расчет основан на принципе соответствия концентраций ионов металла и лигандов констант равновесия. г Для решения системы не линейных уравнений используется один из вариантов метода Ньютона-Рафсона. ] Программа не учитывает возможность изменения температуры и давления. Для расчета может быть использован ограниченный набор наблюдаемых переменных (рН, рС02, рЕ). Возникают трудности с расчетом твердых веществ сложного состава (более 1 металла и/или более 2 лигандов). Программа HySS - продукт совместной работы итальянских и британских ученых химиков - предназначена для расчета кривых титрования и диаграмм распределения компонентов раствора [183]. По описанию программы кривые титрования строятся (рассчитываются) с учетом разбавления раствора раствором реагента. В последней версии программы дополнительно заложена возможность учета вероятного образования осадков малорастворимых веществ. Принцип расчета основан на решении системы уравнений материального баланса включающих константы устойчивости и произведений растворимости. Эта программа узконаправленная для решения задач аналитической химии и предназначена исключительно для построения кривых титрования и диаграмм распределения. Поэтому такие свойства растворов как переменные температура и давление, растворимость газов, образование сложных осадков в ней не заложено. Программы шведских ученых (Gustafsson Р.Е.) Visual MINTEQ (ver. 1-3) обладает широкими возможностями моделирования равновесий и физико-химических процессов в природных водах и почве [184]. Отличительной особенностью программы является включение 6 различных моделей поверхностного комплексообразования для расчета равновесий с участием поверхностных СООН-групп у коллоидно-растворимых форм фульвокислот и гуминовых кислот. Программа не предназначена для решения «обратной» термодинамической задачи. При большом количестве выбранных вероятных осадков происходит «зависание» программы. Кроме того, из-за неудачного способа составления стехиометрической матрицы, при расчете равновесий с участием воды и её составляющих (Н+, ОН") наблюдаются значительные отклонения от реальных значений.
К способу решения системы уравнений по соответствию концентраций константам равновесий
Систему в осветлителе в процессе реагентной обработки можно представлять в двух крайних вариантах. Строго говоря, систему природная вода - атмосферный воздух, следует рассматривать как открытую систему, в которой присутствует перенос энергии и массы. Однако, при некоторых условиях систему можно представить как закрытую. Если отсутствует подача воздуха или кислорода в зону реакции (в воду осветлителя), то реакциями с газовой фазой можно пренебречь. Кроме того, при реакционной обработке воды в осветлителе поверхность межфазного раздела вода — воздух небольшая, а времени недостаточно для установления равновесия. Известно, что основная межфазная реакция замедленная. Кроме того, образования газов в системе не происходит. При таких условиях система фактически превращается в закрытую.
При дозированной подаче воздуха (или кислорода) полагаем, что времени (время пребывания воды в осветлителе более 40 мин.) достаточно для установления равновесия. Систему, таким образом, также можно рассматривать как закрытую.
Концентрации веществ в жидкой фазе выражены в единицах моляльности (моль/кг), что более удобно для расчетов при различных температурах. Содержание веществ в осадках выражаются в мольных долях. Такие способы выражения приняты в классическом термодинамическом расчете. Константы равновесия реакций в растворе с температурной зависимостью Ki=f(T) взяты из [167], значения ПРё(7) термодинамические и для свежеосажденных осадков из [167, 169]. Средние коэффициенты активности ионов (у,) рассчитывались по расширенному уравнению Дебая-Хюккеля с расчетом коэффициентов А(Т) и В(Т).
Математическое описание сложных равновесных систем с химическими превращениями проводят с использованием линейной алгебры [76].
Ниже приведен пример компонентной стехиометрической матрицы для значимых химических реакций, представляющих I и часть II группы компонент базиса (таблица 3.4). Реакции в растворе представлены протолитическими и ион-ионными взаимодействиями (/ реакций с константами К\ - Кп таблицы 3.4), которые относятся к быстрым реакциям. Время установления равновесия от секунд (комплексы железа) до миллионных долей секунды. Осадки, образующие отдельную фазу, считаем основными. Вероятные основные осадки представлены в таблице 3.4 (к осадков с ПРі до ПРи). Дополнительно учитываем возможность изоморфного соосаждения других веществ в составе основных осадков в соответствии с их константами межфазного распределения (г соединений с константами распределения D\ - D4 таблицы 3.4) . Полагаем, что изоморфное соосаждение имеет место только в том случае, если основной осадок и соосаждаемое вещество имеют схожую сингонию кристаллов. Что касается органических соединений, присутствующих в природной воде, в данном расчете полагаем, что их участие заключается в сорбции и частичном осаждении в составе объемного хлопьевидного осадка (гидроксиды магния и железа).
Во-первых, в рассматриваемых примерах поверхностных природных вод органические соединения представлены, главным образом, химически малоактивными высокомолекулярными гуминовыми кислотами, концентрации которых невысоки. Во-вторых, влияние химически активных органических соединений можно учесть, если знать их структуру и концентрации, однако, на практике такой анализ не делают. Полагаем, что температура и давление в ходе обработки не меняются.
Условия равновесия выражают в двух формах: минимума свободной энергии и уравнений закона действующих масс (ЗДМ). В соответствии с этим разделяют на две группы и методы расчета равновесного состава [32]. Следует заметить, что экспериментально определяемые константы (константы равновесия - Ки произведение растворимости - ПРё, константы межфазного распределения - Z r) не всегда совпадают с термодинамическими, рассчитанными по изменению энергии Гиббса.
В некоторых случаях различие может составлять несколько порядков. Кроме того, расчет системы для свежеосажденных осадков возможен только с использованием соответствующих значений произведения растворимости (ПР) и невозможен через свободную энергию.
Из этих соображений расчет в форме уравнений ЗДМ для процесса обработки природной воды более соответствует реальным процессам, а для свежеобработанной воды - единственно возможен. Отсюда очевидна ограниченность использования имеющихся программ для расчета равновесных систем.
В базис (таблица 3.4) включены 10 компонент (Bj), удовлетворяющих условиям независимости и полноты. Ионы К+ учитываются в сумме с Na+, как это принято в методиках по анализу воды [116]. При добавлении реагентов и/или смещения температуры в результате происходящих в системе химических превращений образуются равновесные формы и твердые вещества (Aj), концентрации которых неизвестны. Элементами компонентной стехиометрической матрицы являются стехиометрические коэффициенты (v,y) форм Xj относительно компонентов bj.
Расчеты по реагентной обработке исходной камской воды
При разработке экономичного режима предочистки воды на первом этапе ставилась задача определение реального расхода реагентов. Для этого проведены расчеты по данным химического анализа исходной и осветленной воды с использованием ПП. Фактическую дозу коагулянта определяли по разности содержания сульфатов до и после обработки. Фактическую дозу извести рассчитывали из состава осветленной воды. Далее, с учетом расхода воды на предочистку и содержания активного вещества в техническом продукте, рассчитывали расходы коагулянта и извести помесячно и за год. В таблице 4.8 представлены результаты интегрирования фактического расхода реагентов в течение 2007 года.
Расчетный годовой расход реагентов и реально израсходованный объем реагентов на НЧ ТЭЦ показывают хорошее совпадение. Это свидетельствует о том, что расчет по ПП позволяет получать достоверные данные.
Фактические дозы реагентов сравнивали с рекомендуемыми в научно-технической литературе и расчетными оптимальными. Эти данные приведены в таблице 3.11 для различных периодов 2007 года. Для лета выбран месяц июль, для зимы - декабрь и ноябрь и периода паводка - май.
Из данных таблицы 4.9 следует, что фактически используемые на НЧ ТЭЦ дозы реагентов отличаются от рекомендованных в нормативно-технической литературе. Доза коагулянта несколько ниже рекомендуемой.
В то же время, доза извести систематически сильно завышена. Из рис. 4.5 видно, что после зоны оптимума для повышения рН обработанной воды требуется большой избыток извести, т.к. зависимость рН - доза извести становится более крутой. Из данных таблицы 3.11 следует, что переизбыток извести составляет 40 % и более. Кроме того, дозирование извести с таким переизбытком приводит к ухудшению качества обработанной воды - более высокой остаточной жесткости, щелочности, общего солесодержания и содержания кремниевых соединений. Поскольку обработанная вода содержит повышенное количество примесей, соответственно, на последующих стадиях обработки потребуется повышенный расход реагентов (кислоты, щелочь) для их удаления. Были просчитаны два режима предочистки воды, которые позволяют добиться существенной экономии реагентов и получать воду допустимого или лучшего качества.
Режим 1. Оптимальный «гидратный». Несколько повышается доза коагулянта (0,5 и более) и понижается доза извести по сравнению с существующим. рН(25 С) обработанной воды при этом находится в диапазоне 10,2 - 10,3. Выделение гидроксида магния в некотором объеме сохраняется. Из экспериментальных данных и проведенных расчетов следует, что при таком режиме происходит максимальное удаление из воды высокомолекулярных органических соединений и кремниевой кислоты. Остаточные значения жесткости, щелочности и солесодержания ниже, чем при существующем режиме.
Режим 2. «Оптимальный бикарбонатный». Дозирование коагулянта и извести проводят в количествах, обеспечивающих попадание в зону оптимума. Выделение гидроксида магния не допускается. При этом достигается минимальное содержание основных примесей в воде и минимальный расход реагентов как на стадии предочистки, так и на последующих стадиях обработки. Недостатком режима 2 является необходимость строгого соблюдения оптимальных условий. Передозировка извести приведет к попаданию на границу «бикарбонатного» и «гидратного» режимов, что вызывает повышенную нестабильность воды, а недостаточная дозировка извести приведет к повышению содержания железа и кремниевой кислоты в обработанной воде.
В таблице 4.10 приведены сравнительные данные по дозам реагентов, составу обработанной воды и расходам реагентов для обработки воды в декабре 2007 г. при разных режимах обработки. В расчетах учитывались расходы реагентов на последующих стадия обработки воды - ионитное обессоливание части воды, подкисление воды для подпитки теплосети, ионитное умягчение воды для питания испарителей. В таблице 4.11 представлен расчет годовой экономии реагентов для 2007 г. Из представленных данных видно, что при режиме 1 получается лучшая по составу вода, а при режиме 2 - достигается максимальная экономия реагентов при сохранении допустимого качества воды.
