Instalatia de Tratare a Apei Necesara Pentru Alimentarea Cazanelor

7/25/2019 Instalatia de Tratare a Apei Necesara Pentru Alimentarea Cazanelor

1/64

Instalaie de tratare a apei

1

TEMA PROIECTULUI

S se proiecteze o instalaie de tratare a apei necesar pentru alimentarea cazanelor,nurmtoarele condiii:

- S asigure parametrii de calitate a apei de alimntare conform normelor in vigoare; - S asigure un debit de ap suficient pentru alimentarea cazanelor;- Sa aib dimensiuni de gabarit reduse;-

Sa fie simpl din punct de vedere constructiv;- S aiba pre de cost minim.


2/64


2

CUPRINS

Memoriu justificativ............................................................................................. 4

1.Apa............................................................................................................................. .. 51.1Aspecte generale...................................................................................................... 5

1.2Proprietile apei......................................................................................................51.2.1 Proprieti fizice...........................................................................................51.2.2 Proprieti chimice....................................................................................... 6

1.3 Impurittile din ap. Clasificare , generalitai..........................................................61.4 Substane dizolvate in ap....................................................................................... 7

1.4.1 Substane dizolvate ionic................................................................................81.4.2 Substane dizolvate neionice ......................................................................10

1.5 Neajunsurile provocate de impuritile din ap..................................................... 12

1.5.1 Depunerile de sruri......................................................................................121.5.2 Coroziunea ...................................................................................................14

1.5.3 Impurificarea aburului..................................................................................16

1.6 Indici de calitate ai apei.......................................................................................... 18

2. Tratarea apei............................................................................................................... 22

2.1 Generalitai. Principii de tratare a apei ..................................................................222.2 Eliminarea impuritilor grosolane. Limpezirea apei ..........................................232.3 Eliminarea substanelor organice ...........................................................................232.4. Eliminarea ionilor HCO3

- . Decarbonatarea apei................................................. 25

2.5. Inlturarea ionilor de Ca2+ SI Mg2+. Dedurizarea apei ................................... .262.6 Eliminarea bioxidului de siliciu SiO2................................................................... 29

2.7 Degazarea apei ..................................................... .......................................... 30

3.Schimbtori de ioni ......................................................................................................313.1 Definiie . Schimbtori de ioni ................................................................................ 313.2 Filtre pentru schimbtori ......................................................................................... 333.3 Fazele funcionrii filtrului......................................................................................333.4 Ciclurile de lucru ..................................................................................................... 35

4. Alte metode de tratare a apei .....................................................................................37

4.1 Generaliti ..............................................................................................................37

4.2 Tratarea magnetica .................................................................................................. 374.3 Alte metode ............................................................................................................. 39

5. Proiectarea instalaiei de tratare a apei.................................................................... 405.1 Date iniiale ............................................................................................................. 40

5.1.1 Parametrii apei de alimentare pentru cazane................................................40

5.1.2 Alegerea metodei de tratare a apei ...............................................................40

5.1.3 Alegerea soluiei constructive ......................................................................41


3/64


3

5.1.4 Avantajele soluiei constructive adaptate .....................................................425.2 Filtrul Na-Cationic......42

5.2.1 Descrierea filtrului .......................................................................................43

5.2.2 Determinarea volumului de mascationinecesar ...................................435.2.3 Calculul filtrului ...........................................................................................44

5.2.4 Dimensionarea drenajului ............................................................................45

5.2.5 Calculul de rezisten ...................................................................................465.3 Vasul dizolvator de sare ........................................................................... ............... 47

5.3.1 Descriere ......................................................................................................47

5.3.2 Determinarea cantitii de sare necesare pentru regenerare .......................475.3.3 Volumul vasului de sare ..............................................................................47

5.3.4 Dimensionarea drenajului ............................................................................48

5.4 Panoul de comanda reglaj ....................................................................................... 48

5.5 Accesorii ................................................................................................................. 49

5.6. Tehnologia de execuie. Materiale folosite ........................................................... 495.7 Caracteristicile tehnicofunctionale ale instalaiei 516.1 Generaliti ............................................................................................................. .516.2 Montaj ..................................................................................................................... 51

6.3 Funcionarea ............................................................................................................526.3.1 Schema de funcionare .................................................................................526.3.2 Operaii preliminare .....................................................................................526.3.3 Dedurizarea ..................................................................................................53

6.3.4 Afnarea .......................................................................................................536.3.5 Regenerarea ..................................................................................................54

6.3.6 Splarea ....................................................................................... .................546.3.7 Analiza apei .................................................................................................55

6.4 ntreinerea instalaiei ................................................................................... ........... 556.5 Acoperiri de protecie ............................................................................................. 566.6 Probe de control ...................................................................................................... 56

6.7 Prescripii privind tehnica proteciei muncii ........................................................... 577. Studiul tehnico - economic..................................................... ................................... 58

7.1 Denumirea produsului si prezentarea pe larg........................................................... 58

7.2 Caracteristici tehnici generale ................................................................................. 58

7.3 Destinaia de lucru ..................................................................................................597.4 Modul de asimilare ................................................................................................. 59

7.5 Beneficiari principali .............................................................................................. 59

7.6 Fundamentarea economica a soluiei tehnice. Cheltuieli cu materiale ................. 597.7 Eficiena economica ....................................................................................... 60


4/64


4

MEMORIU JUSTIFICATIV

Tema prezentului proiect o constituie realizarea unei instalaii de tratare a apei dealimentare pentru cazanele de abur si de ap cald.

Neajunsurile produse de o calitate necorespunztoare a apei de alimtare a cazanului( depunerile de sruri,coroziunea elementelor metalice si impurificarea aburului) au o influiendefavorabil asupra funcionarii la parametrii proiectai a cazanelor de abur, putnd conducechiar la avarii grave.

Tratarea apei de alimentare este deci absolut necesar, exploatarea de lung durat si frdeficiene a cazanelor nefiind posibil dect prin respectarea unui regim chimic al apei cu attmai sever , cu ct parametrii cayanului sunt mai nalti.

Proiectul este compus din doua pri:

- n prima parte se studiaz problemele legate de apa de alimentare i de tratarea apei dealimentare;

- a doua parte este constituit din proiectarea propriu-zis a instalaiei de tratare a apei incondiiile impuse prin tem.

Plecnd de la aceste condiii, studiind documentaia i analiznd instalaiile de tratare aapei existente la interprinderi din municipiul Iasi, s-a ajuns la soluia de realizare a instalaiei detratare a apei prin procedeul cu schimbtori de ioni, in construcie monobloc si compus din:

-

filtru Na-cationic

- vas sare- panou de comand reglaj- instalaii anexe.

Soluia adoptat ofer urmatoarele avantaje:

- necesit utilaje simple- tehnologie simpl- gabarit redus

Din punct de vedere economic soluia preyint urmatoarele avantaje:- consum redus de material

- posibilitatea folosirii materialelor recuperabile- pre de cost sczut


5/64


5

CAPITOLUL 1

APA

1.1 ASPECTE GENERALE

Apa se folosete in energetic ca agent de rcire, ca agent purttorde cldur i pentrualimentarea cazanelor de abur.

Apa este raspandit in natur, n toate strile de agregare , cea mai mare cantitate de apgsindu-se in stare lichid.

Din suprafata total a globului terestru de 5,1x108Km2 , suprafaa de 3,62x108Km2 esteacoperit de mri si oceane reprezentnd 71%. Deasemenea apa se gseste sub form de vaporiprovenit din evaporare, respiratie etc. si sub forma de ghea.

Apa meteoric, rezult prin condensarea vaporilor din aer, ajuns pe pmnt, strbatediferite straturi permeabile, pna ntlnete o patur impermeabil, obisnuit din argil deasupracreia formeaza o pnz de ap subteran, denumit ap freatic.aceast ap apare la suprafatsub form de izvoare.

Funcie de natura rocilor cu care a venit in contact, mai ales n stare ionic, cum sunt Ca2+, Mg

2+, Na

+, HCO3

-, SO4

2-, Cl

2, etc. Apele rurilor contin i substane organice, iar in unele

cazuri pot fi poluate cu diferite deeuri rezultate din industrii.

1.2 PROPRIETAILE APEI

1.2.1 PROPRIETAI FIZICE

Apa este un lichid cu punct de fierbere la 1000C si punctul de topire 0

0C, la presiunea de

760 torr.Greutatea specific, adic densitatea substanelor solide i lichide se raporteaz la

greutatea specific a apei ca fiind egal cu 1 la 4 0 C si 760 torr.Cldura sfecific a apei este deosebit de mare n raport cu cea a altor substane;

conductibilitatea termic este foarte mic.Datorit asociaiei moleculare, apa prezint o serie de anomalii ale proprietilorfizice, n

comparaie cu alte substane cu greutate molecular comparabil.Astfel cldura de vaporizare ,punctul de fierbere, capacitatea caloric si tensiunea superficial sunt deosebit de ridicate.

Apa este un foarte bun dizolvant.dizolv electrolii (acizi, baye, saruri) , formnd soluiiin care aceti compui sunt disecai. Apa dizolv multe substane organice si minerale, incompoziia carora se gsesc atomi ce pot forma puni de hidrogen cu moleculele apei.Coeficientul de solubilitate a substanelor solide din ap variaz cutemperatura, crescnd, intimp ce coeficientul de solubilitate al gayelor scade cu creterea temperaturii. Dizolvareasubstanelor in ap se explic prin formarea punilor de hidrogen intre moleculele corpuluisolubil si moleculele apei, acest fenomen poarta denumirea de hidratare.


6/64


6

1.2.2 PROPRIETAI CHIMICE

Apa reacioneaz cu unele nemetale si cu multe metale. Astfel este descompus de

metalele alcaline si alcalino-teroase:

Na + 2 H2O = 2 NaOH + H2

La temperatur ridicat, fierul si carbonul reactioneazcu apa descompunnd-o:

C + H2O CO + H2

Amestecul de oxid de carbon i hidrogen se numete gaz de ap. Cu oxizii nemetalelorapa formeaz acizi :

SO3+ H2O H2SO4

Cu oxizii metalelor alcaline si alcalino-teroase, formeazbaze:

CuO + H2O = Ca(OH)2

Cu multe substane apa reacioneaz prin dubl descompunere, adic se descompune iapa i substana respectiv, rezultnd produi noi:

PCl3 + 3H2O H3PO3+ 3HCl

R - Ca - Cl + H2O R COOH + HCl

Astfel de reacii se numesc hidrolize.

1.3IMPURITILE DIN AP

CLASIFICARE. GENERALITAI

Impuritile din apa brut (natural) variaz dup modul dup are se obine apa, dupalocul obinerii apei, ca i in timp in funcie de cantitatea precipitaiilor de ap cazute pe sol.

Impuritaile din apa de alimentare se compun din impuritaile din condensat si din celedin apa de adaos. Impuritaile din apa de cazan depind de impuritaile din apa de alimentare, demultiplul de circulaie al apei din sistemul fierbtor si de cantitatea apei de purjare.

O prim clasificare a impuritilor din ap se poate face dup criteriul mrimiiparticulelor impuritailor, dup acest criteriu se pot impri in :

- Impuriti grosiere (dispersie grosolan) avnd diametrul particulei mai mare de 0,1 m;


7/64


7

- Impuritai coloidale, avnd diametrul particulei de 0,1......0,001 m;

- Impuritai moleculare, avnd diametrul particulei mai mic de 0,001 m.

Impuritaile grosiere se prezint sun form de ml si nisip fin, care prin decantare se pot

depune sau aduna la suprafa.Impuritaile coloidale constituie aa numitele emulsii si suspensii. Impuritaile molecularesunt constituite din diferite sruri care se gsesc in stare de soluie

in ap, ca si unele gaze.Soluiile srurilor sunt caracterizate prin natura srii ca i prin gradul de solubilitate, care

se msoar in mgf de substan (sare) la litru de ap (mgf/l). La o temperatur dat, o soluie poate fi nesaturat, saturat sau suprasaturat fa de

substana dizolvat in ea. Solubilitatea sarurilor variaz cu temperatura soluiei.In figura 1.1 sunt prezentate curbele de variatie a solubilitatii unor saruri de Ca si Mg in

apa , functie de temperatura.

3000

28002600

2400 Ca(OH)2 CaSO42200 100

20001800 80

16001400 60

1200 CaCO31000 40

800600 Mg(OH)2

400200

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Temperatura apei CFig. 1.1

1.4 SUBSTANE DIZOLVATE N AP

Apele de suprafa i apele subterane conin impuritai mecanice si substane dizolvate,care nainte de utilizare n exploatri trebuie nlturate complet sau parial pentru a nu creeadificultai.

Impuritaile grosolane sau fine se inlatur prin filtrare mecanic, prin sedimentarea ifiltrarea apei, iar substanele dizolvate prin procese fizico -chimice si chimice. Mai dificil de

SolubilitateaC

aSO

4siCa(OH)2,mg/f

Solubilitatea

CaCO

3siMg(OH)2,


8/64


8

nlaturat sunt substanele dizolvate n ap, care sunt prezente n ap att in form ionic ct si inform neionic.

1.4.1 SUBSTANE DIZOLVATE IN AP

Substanele dizolvate ionic sunt ssoluii diluate ale sarurilor acizilor tari si slabi, a carorconcentraie poate fi evaluat prin masurarea conductibilitaii electrice a apei si exprimat dreptconinutul de sruri in mg/l.

Din punct de vedere analitic, concentraia substanelor dizolvate ionic este exprimat prinnoiunea de salinitate, notat cu S si care se exprim in mval/l

Duritatea apei

Duritatea exprim coninutul acelor impuritai din ap care formeaz depunerile de sruripe pereii suprafeelor nclzite ale cazanului.

Duritatea totala este determinat de cantitatea total de saruri de calciu si magneziu aflatein soluie. O parte din aceste saruri sunt compuse din bicarbonaii acestor dou metale. Prinincalzire, in special pna la temperatura de saturaie, carbonaii se descompun dup reactiile:

Ca(HCO3)2 = CaCO3+ CO2 + H2O

Mg(HCO3)2= MgCO3+ CO2+ H2O

Deci biocarburaii de Ca si Mg dau, n procesul din cazan, carbonati de Ca si Mg, carepot fi eliminai, precum si bioxid de carbon.

Din aceast cauza biocarbonaii de Ca si Mg produc o duritate numit temporar saucarbonalitic, care este cuprins n duritatea total, de care, in cea mai mare parte, nu conduce ladepuneri de sruri (piatr).

Duritatea permanent sau necarbinatic este determinat de prezena celorlalte sruri deCa si Mg, cum sunt :

- Sulfatul de calciu (CaSO4) i magneziu (MgSO4) ;- Silicatul de calciu i de magneziu ( CaSiO3 , MgSiO3);- Clorurile de calciu si de magneziu ( MgCl2 , CaCl2).

CaSO4 , CaSiO3 , MgSiO3 avnd o solubilitate mic precipit sub form solid, dnddepuneri tari.

MgSO4, MgCl2 , CaCl2 sunt solubile si la temperatura de saturaie din sistemul fierbtornu ating in condiii normale limita de solubilitate si deci nu precipit.

Duritatea se msoar in grade de duritate. Simbol d. Un grad de duritate nseamn ocantitate de 10 mg oxid de calciu , Cao, intr-un litru de ap.


9/64


9

Duritatea se msoar i n unitti de greutate echivalent a srii la un litru de ap(greutatea achivalent este egal cu greutatea moleculara unei substane mparita la valen).

Simbol mval/l

n Romania se folosete conform STAS 7313-65 ca unitate de masur gradul de duritated, german.

Echivalena intre cele dou scri :1mval/l = 28 mg CaO/l = 28 d

Duritatea d este duritatea total. n tehnic se face ns deosebirea intre duritateacarbonatic ( temporar dtp) si cea necarbonatic (permanent dp).

d = dtp+ dp

Salinitatea apei S este mai mare dect duritatea d. Diferena (S-d) exprim prezena siconcentraia (Na+)+(K+)+(NH4

+) in ap, n general (Na+).

Ionul hidrocarbonat (bicarbonat) HCO3

Ionul hidrocarbonat este forma ionic a CO2care este dizolvat in ap parial, nedisociat,n forma H2CO3iar parial in forma ionic ca HCO3

- i CO3

2-.

Ionul HCO3- este produsul primei trepte de disociere a H2CO2

H2CO3H++ HCO3

-

Pentru a putea exista, ionul necesit prezena CO2liber de echilibru, a carui cantitate variazcu concentraia HCO3-i cu temperatura. Este vorba de reacia de echilibru:

CO2liber+ CaCO3+ H2O Ca2+

+ 2HCO3-

Atunci cnd coninutul de CO2liber este mai mare dectechilibrul, apare un exces de Co2care este agresiv. Apa care conine CO2agresiv dizolvatCaCO3, betonul si corodeaz metalelecu att mai mult cu ct conine mai puine sruri. Echilibrul apei trebuie corectat pentru a nlaturaacest neajuns.

Ionul carbonat (CO32-

)

Ionul carbonat CO32-

esteprodusul celei de a doua treaptde disociere a H2CO3;

HCO3- H++ CO3

2-

Cu ionii Ca2+

si Mg2+

formeaz CaCO3, puin solubil si MgCO3mai solubil. CaCO3formeaza depuneri n condensatoarele si schimbtoarele de cldur i constituie o parte dindepunerile din cazan.


10/64


10

Descompunerea hidrocaronailor la caldur este sursa de CO2in cazanele de abur li nvaporizatoare. CO2format este cauza coroziunii instalaiei, carte se manifest deosebit de intensprin neajunsuri secundare n sisitemul fierbtor al cazanelor cu tambur la presiuni mari aleaburului.

Ionul sulfat (SO42-

)

Ionul sulfat est prtezent uneori n apel naturale n cantiti mai amri (ape cu sulfai) , iarionul Ca

2+formeaz o depunere tare in cazane i dispare. El este considerat drept un compus care

protejeaz cazanul mpotriva fragilizarii de ctre hidroxid. n abur se dizolva foarte puin, iarapa de rcire prezint dezavantaje cnd se gseste in concentraii mari ( > 25 mval/l).

Ionul clor ( Cl

-

)

Ionul clor ( Cl-) este prezent in toate concentraiile, n multe ape naturale i n cursurile de

ap impurificate , nu formeaza depuneri tari, accelereaz coroziunea instalaiei, iar nconcentraii mari provoac dificultai la dedurizarea apei prin cationii de sodiu .

Cazanele de presiune joas si mijlocii se purjeaza, n cazul apelor cu coninuturi mari deCl

-n funcie de concentraia acestuia din cazan.

Alcalinitatea

Alcalinitatea caracterizeaz prezena ionilor bicarbonat (HCO3-) , carbonat (CO32-) ,hidroxid (OH

-) i dosfat din ap. Dintre acetia in ap de adaos brut, netratat se gasesc numaiionii HCO3

- ; ceilali ioni se gsesc in apa de alimentare, provenins din reactivii folosii laepurarea apei de ados.Prezena acestor ioni creaza o ptur protectoare a fierului fa de aciuneacoroziv a apei.

Alcalinitatea poate fi msurat in aceleai unitai ca si duritatea. De obicei se masoar priindicile de alcalinitate A. Alcalinitatea se mai poate masura prin concentraia ionilor de H dinap, simbol pH. O ap chimic pur(neutr) are la temperatura de 23 C concentraia ionilor de(H

+) pH=7 si egala cu concentraia ionilor de hidroxid (OH -).Concentraia ionilor de hidrogen, pH, variaz cu temperatura, pH=6,11 la 100C ;

pH=5,8 la 200C ; pH=5,9 la 300 C. La 20C pH=9,6.

1.4.2 SUBSTANE DIZOLVATE NEIONICE

Substanele dizolvate neionioce cunt CO2liber , SiO2, substanele organice , O2 , N2, H2


11/64


11

CO2liber

Co2liber determin aciditatea apei si apare n realitate sub form de acid carbonic ,H2CO3. Apele naturale i in special apele subterane i de adncime , conin cantiti destul demari de CO2liber . n apoa tratat (dedurizat) CO2liber devine agresiv , dac ionul HCO3

- este

eliminat complet , de exemplu cu un schimbtor de hidrogen.CO2agresiv dizolv fierul si cupruldnd hidrocarbonai , cu formarea de hidrogen.

Biobidul de siliciu (SiO2)

Biobidul de siliciu (SiO2) este dizolvat n apele naturale n cantitai de 3-12 mg/l (inmedie 10 mg/l) , iar uneori pana la 50-60 mg/l. Cu ionii Ca

2+si Mg

2+formeaz n cazanele de

abur la orice presiune, depuneri de silicat, cu o conductivitate termica foarte mic i de acceasunt periculoase. ncepnd cu presiunea de 50 atm , SiO2se dizolv n aburul saturat si formeaza

depuneri cristaline si amorfe , insolubile pe paletele din captul turbinelor de condensaie, nzona de presiuni 15 ........ 4 at.

Sunstanele organice

Sunstanele organice reprezint o grup mare de substane n soluie adevrat saucoloidal. Concentraia lor se exprim pri consumul chimic de oxigen , in mg/l ap. Origineasubstanelor organice in ap este natural si artificial.

Substanele organice naturale sunt soluii coloidale ale acizilor humici i a sruriloracestora , din apele care provin turbanii etc. Alte substane organice , fendii soluiile reziduale

bisulfitice si altele , ajung in apele naturale odat cu apele reziduale din interprinderileindustriale.

n timpul tratarii apeii , substanele organice provoac neajunsuri prin aceea c intrziemersul tuturor reaciilor de precipitare i sunt absorbite de schimbtorii de ioni pe care iidegradeaz.

n apa de cazan se formeaz prin descompunerea lor , CO2si din substanele azotateamoniac , iar pe locurile cu solicitare termic mare , pot s produc depuneri de carbon.

Oxigenul

Oxigenul acioneaz in apele naturale i n cele tratate chimic ca depolarizator alcatodului n procesul de coroziune electrochimic a cazanelor i duce la coroziunea de adncime. n timpul expoatrii cazanelor el oxideaz stratul protector de Fe3O4in Fe2O3, care nuprotejeaz fierul.


12/64


12

Azotul

Azotul este un gaz inert care nu are o aciune dunatoare.

Hidrogenul

Hidrogenul este prezent in ap in cantitai infime. Intereseaz numai concentraia lui invaporii de ap , n care el este un indicator al coroziunii sistemului fierbtoral cazanului

Bioxidul de sulf ( SO4)

Bioxidul de sulf este prezent in atmosfera interprinderilor industriale. n ap se dizolv cuformare de acid sulfuros (H2SO3) care are o aciune coroziv asupra metalelor. El este fcutinofensiv n toate metodelede tratare a apei , in apa de rcire adugndu -se uneori intenionat.

Hidrogenul sulfurat (H2S)

Este prezent in unele ape minerale care nu se folosesc ins in energetic. El are o aciunecoroziv fa de oeluri i ndeosebi faa de oelurile aliate cu nichel. Dac este prezent n abur ,poate s corodeze paletele turbinei n perioada oporirii acesteia.

Amoniacul

Amoniacul se gasete in canitai mici in apele din zonele industriale. La tratarea apei cu

schimbtori de ioni el este indeprtat in ciclul cationic. Cantitai mici(pna la 3mg/l ) nu suntdunatoare in exploatare .

1.5. NEAJUNSURILE PROVOCATE DE IMPURITILE DIN AP

Apa natural conine deci o serie de impuritai care ajunse n cazan dau natere ladepuneri si coroziuni i impurific aburul.

1.5.1 DEPUNERILE DE SRURI

Srurile de calciu si de magneziu , dizolvate in ap , pot produce prin nclzirea sivaporizarea apei din cazanele de abur , depunerea unor straturi (cruste ) , formate din aceste

sruri pe suprafeele de inclzire ca i precipitatea unor particule solide foarte mici , care segasesc n stare de suspensie in ap i care prin aglomerare, se pot depune sub form de nmolfin.


13/64


13

Depunerile de sruri din prima categorie se numesc si depuneri directe sau primare s iconstituie aa numita piatrde cazan. Depunerile de nmol se numesc i depuneri secundarepe suprafeele de nclzire.

n afar de aceste dou categorii de depuneri , uneori se pot depune si particule din straturile de oxizi de fier , rezultate dinprocesul de coroziune al oelului , care se desprind de pe

suprafaa acestuia din cauza unor variaii brute de temperatur a pereilor metalici.

Formarea depunerilor din ap se datoreaz unor procese fizico-chimice complexe. nfigura 1.2 se arat inmod simplificat schema depunerilor din ap.

Soluie omogena

Soluie suprasaturat

nceputul formrii fazei solide

Particule n stare coloidal

Fulgi coagulai Centre de cristalizare

Fulgi aglomerai Cristale

Nmol Piatr de cazan

Fig. 1.2

Procesul formrii de depuneri din ap este cu att mai intens cu ct concentraiadiferitelor sruri din apa de alimentare este mai mare i cu ct vaporizarea este mai intens ;adic cu ct densitatea fluxului de cldur a supraferi de nclzire este mai mare.

Depunerile pe suprafeele de nclzire ale cazanului nrutesc transmiterea de cldur.Aceast inrutire este cu att mai mare cu ct grosimea stratului de depuneri este mai mare icu ct conductivitatea termic a materialului depunerii este mai mic.


14/64


14

Conductivitatea termic variaz n raport invers cu porozitatea materialului depunerii. ntabelul urmtor sunt date valorile conductivitaii termice pentru unele depuneri de piatr alecazanelor de abur.

Tabelul 1.1DEPUNERI [kcal/mhgrd]

Depuneri bogate n sulfai (compacte, aderente) 0,6 ...................2,0Depuneri bogate n carbonai (spongioase ) 0,13 .................2,0Depuneri bogate in silicai (porozitai mari) 0,07..................0,2Depuneri mbibate cu cu uleiuri 0,1

Urmrile nrutirii transmiterii de cldur pot duce la neajunsuri grave n funcionareacazanelor de abur. Aceste neajunsuri sunt de trei feluri :

a. Sigurana n funcionare a pereilor metalici ai suprafetelor de inclzire , acoperite cudepunerile din ap, scade din cauza creterii temperaturii peretelui metalic. Urmarea estecreterea solicitrii peste valorile rezistenelor admise pentru materialul respectiv, care se poatedeforma i apoi se poate rupe;

b. Cantitatea de cldur care se transmite orar pe suprafeele de nclzire pe care s-adepus piatra scade, deci debitul de abur produs se micoreazan mod corespunztor;

c. Din cauza scderii cantitii de cldur, care se transmite orar, temperatura gazelor deardere , la ieirea din suprafeele de nclzire, pe care s-a depus piatra, va crete, in consecina va

crete i temperatura de evacuare a gazelor de ardere.

Din cele artate mai sus rezulta c o funcionare normal a cazanelor de abur, nu esteposibil dac se produc depuneri de piatr. O ndeprtare a acestor depuneri cu mijloace mecaniceeste posibil, dar prin scoaterea din funcionare a cazanelor.

Funcionarea normal fr ntreruperi a cazanelor impune evitarea producerii dedepuneri. Aceasta se realizeaz prin tratare sau prepararea apei de alimentare.

1.5.2 COROZIUNEA

Mediul exterior al suprafeelor metalice , apa si aburul, produc asupra metalului cu care

sunt in contact distrugeri, numite coroziuni si care dup natura procesului pot fi :Chimice, cnd reacia chimic are loc ntre metal si gaze uscate sau lichideneelectrolitice;

Electrochimice, cand reacia chimic are loc ntre metal si soluii de electrolii saugaze umede.

Ca urmare a aciunii corozive a mediului exterior se formeaz pe suprafaa metalului unstrat de oxid al metalului respectiv. Stratul poate fi aderent, dens ( cu pori mici) si cu un


15/64


15

coeficient de dilatare liniar apropiat de cel al metalului; n acest caz stratul realizeaz o bunprotecie a metalului impotriva continurii corozunii. Dac aceste caracteristici sunt inverse,stratul de oxid nu constituie o protecie suficient , iar coroziunea se continu.

Variaiile brute de temperatur ale metalului produc crparea i desprinderea stratuluiprotector de oxid.

Rezistena la coroziune se caracterizeaza prin viteza de coroziune a metalului si depindeatt de condiiile n care se prezint metalul (factori interni) ct si de acelea n care se prezintmediul exterior (factori externi).

Ca factori interni enumeram : starea suprafeei, structura, modul de prelucrare,compoziia metalului.

Factorii externi sunt : temperatura, viteza i in cea mai mare masur compoziia mediuluiexterior.

Creterea temperaturii mediului are ca urmare, pe de o parte o scdere a rezistenei lacoroziune , prin creterea vitezei de difuziune a oxigenului in fier, iar pe de alt parte, o creterea acestei rezistene, prin scderea solubilitaii oxigenului.

n apa care nu conine oxigen, fierul se dizolv formnd hidroxid feros Fe (OH 2) dup

reacia :

Fe + 2H2O = Fe (OH)2+ H2

Hidroxidul feros, cu solubilitate redus, se depune sub form de pelicula pulveruent,neaderent, de culoare roie. La temperatur mare hidroxidul feros se descompune, formnd oxidfero-feric (magnetic).

3Fe (OH)2 = Fe2O4+ 2H2O + H2

Oxidul fero-feric (magnetic) formeaz un strat aderent, compact, de culoare brun-neagr, care protejeaz fierul impotriva coroziunii. Dac apa conine oxigen, acesta oxideazstratul de hidroxid feros pe care l transform n hidroxid feric Fe(OH) 3, dup reacia:

2Fe(OH)2+ O + H2O = 2Fe (OH)3

Hidroxidul feric insolubil n ap precipit. Cantitile de oxigen dizolvate in ap vorcontinua reacia de oxidare a oxidului feros Fe (OH)2. Vaporii de ap supranclzii, n contactcu fierul la temperaturi peste 300C, sufer o descompunere, atacnd fierul dup reacia :

3Fe + 4H2O = Fe3O4+ 4H2

Oxidul fero-feric (magnetic) rezultat formeaz un strat care protejeaz fierul mpotrivacontinurii coroziunii. Dac fierul este supranclzit, la 500C atacarea lui de ctre abur se facedup reacia:

Fe + H2O = FeO + H2


16/64


16

Stratul de oxid de fier (FeO) prin structura sa permite difuziunea oxigenului descompusdin ap in fier; el nefiind aderent la variaii de temperatur se fisureaz i se desprinde, ceea ceintensific procesul de coroziune.

Coroziunile artate mai sus se produc n cazul in care evile supraincalzitoarele de abursunt construite din oel n ealiat. Ele pot aprea i pe evile sistemului fierbtor , atunci cnd

suprafaa interioar a lor nu este atins n ntregime, n mod constant de apa, cim mod alternativi parial atins de abur.Prin alierea cu Cr, Ni, Si, Cu, se formeaz la suprafaa oelului oxizi ai acestor metale,

care mpiedic continuarea coroziunii. Bioxidul de carbon dizolvat in ap sau acidul carbonic din ap dizolv fierul, producnd

bicarbonat de fier solubil n ap. Clorurile (Mg si Ca) , sulfatul de calciu si silicatul de calciu, dinap, prin hidroliz la temperaturi nalte produc acid clorhidric, sulfuric, respectiv silicic, care auo aciune puternic de corodare. De asemenea sulfurile ( Ca i Na) rezultate din reducereasulfailor din apa de alimentare produc prin hidroliz hidrogen sulfurat (H2S) care atac fierul.

n cazul presiunilor nalte, peste 100 kgf/cm2, prezena unor sruri alcaline, dizolvate nap , n cantitai ce depaesc o anumit limit, pot produce coroziuni ale fierului, prin reacii

chimice, care atac stratul protector de oxid.Coroziunea suprafeelor metalicecare sunt atinse de ap i aburse poate evita printratarea apei de alimentare, n special prin eliminarea gazelor ( oxigen i bioxid de carbon)dizolvate n ap.

1.5.3 IMPURIFICAREA ABURULUI

Separarea emulsiei apa-abur n cele dou faze ap-abur si abur-ap se face n tamburulcazanelor de abur. Aceast separare nu se face n mod total. La ieirea din tambur, aburulantreneaza o anumit cantitate de picturi de ap din cazan, impreun cu impuritaile coninute inaceast ap: sruri, substane in stare coloidal si grosier.

Factorii care determin antrenarea apei de ctre abur pot fi de natur mecanic,independeni de calitatea apei din cazan sau pot s depind de calitatea acestei ape.

n apa antrenat de abur, indiferent de aceti factori, se gasesc impuritaile din apa decazan. Din aceast cauz, antrenarea apei de ctre abur are ca urmare impurificarea aburuluisaturat, produs de sisitemul fierbtor. Experiena a aratat c n cazul cazanelor cu presiune nalt(peste 80 kgf/ cm

2) anumite sruri care se gsesc dizolvate n apa de cazan, pot trece din acesta

direct in aburul saturatprodus de sistemul fierbtor, producnd impurificarea acestuia.Prezena in abur a apei, ca i a unor sruri ce se gsesc fie dizolvate in apa de abur, fie

direct in stare de suspensie in abur , produce o serie de neajunsuri in funcionareasupranclzitoarelor de abur ale cazanelor si uneori a turbinelor de abur alimentate de acesta.

Infuiena apei din cazan asupra antrenrii apei de ctre abur se materializeaz prinfenomenul numit spumareaapei din cazan. Prin aceasta se inelege acoperirea suprafeei(oglinda) apei tambur cu un strat de inalime variabil, compus dintr-un numar extrem de marede bule de abur de dimensiuni foarte mici , invelite intr+o pelicul de ap foarte subire.

S-a constatat experimental c spumarea se produce atunci cnd n apa din cazan se gsescanumite concentraii de impuriti a cror dimensiuni se situeay la limita strii coloidale sprestarea de dispersie grosier ( 0,1........0,3 m).


17/64


17

Dac bulele de apa umplu ntreaga nlime a tamburului aburul antreneaz membranelenvluite ale bulelor de abur si dispersiile fine in supranclzitor i turbina cu abur. Ambele senfund foarte repede cu sruri care trebuie nlturate , spre a avita deteriorarea instalaiei.

Spumarea apei in tamburul cazanelor se produce , pentru presiunea respectiv, la oanumit concentraie a srurilor si a dispersiilor din apa din cazan.

Aceast concentraie critic a srurilor, salinitatea critica Scrit(fig 1.3) nu este calculat nicievaluat, deoarece depinde de muli factori , n special de luarea probelor din apa din cazan. Ease determin experimental in timpul funcionrii cazanului.

Conductibilitateaelectrica,

,[s/cm]

Zon de antrenare

--- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Zon de spumare

Salinitatea apei Concentraiadin cazan critic

n funcie de concentraia chimic deosebim, pentru apa din cazan, zona de picturi i

zona de spumare. Antrenarea de picturi este antrenarea mecanic a apei din cazan i ea poate fievitat prin mijloace mecanice, de exemplu prin modificarea tamburului de separaie. Spumareaeste un fenomen fizico-chimic si poate fi mpiedicat prin micorarea concentraiei srurilor dinapa din cazanprin purjarea cazanului, splarea spumei sau prin folosirea de anti.spumani.

Depunerea diferitelor sruri din apa antrenat de abur se face n supranclzitor i inturbina de abur, in funcie funcie de temperatura de saturaie a soluiei sarurilor,corespunzatoare concentraiei lor ca i de temperatura aburului.

Urmrile acestor depuneri sunt :

- nfundarea evilor supranclzitoarelor ;- Deformarea sau ruperea lor ;

-

Scderea puterii turbinelor;- Deteriorarea materialului paletelor acestora .

Experienele funcionrii unor cazane cu presiuni nalte (peste 80 kgf/cm3) au artat catunci cnd nu au putut fi constatate antrenri de ap n abur , se constat totui prezena unorimpuriti n aburul din supranclzitorsau din turbina de abur.


18/64


18

Numai unele din impuritaile din apa din cazan pot fi antrenate pe aceast cale, care dinaceast cauz se numete antrenare selectiv. Cantitatea antrenata este mai mare cu ct presiuneaaburului este mai nalt.

Dintre substanele dizolvate n apa din cazan, care au aceste proprietai , sunt de semnalatacidul silicic , urmat de unii compui ai natriului.

Depunerile de sruri se pot reduce cu ct coninutul de sruri din apa din cazan este maimic si cu ct antrenrile de ap sunt mai mici. Prima condiie poate di ndeplinit p rin tratareaapei de alimentare, care determin calitatea apei din cazan, precum i prin purjarea apei dincazan. A doua condiie poate fi ndeplinit pe cale mecanic prin separarea picturilor de apantrenate de abur, din amestecul abur-ap, i reinerea lor n spaiul de ap al tamburului, precumi prin mpiedicarea formriispumei.

1.6 INDICI DE CALITATE AI APEI

n scopul eliminrii deficienelor semnalate ( depuneri, coroziuni, impurificarea aburului)au dost stabilii indici de calitate pentru apa de alimentare , apa din cazan, aburul general icondensatul recuperat.

Este necesar s se asigure un regim chimic al apei i aburului n cazanele de abur i apfierbinte.

Prin regim al apei i al aburului se neleg condiiile de calitate pe care trebuie s lendeplineasc apa de alimentare, apa din cazan i aburul saturat produs de sisitemul fierbtor ,pentru ca sa se asigure funcionarea normal a cazanului.

Pentru calitatea apei de alimentare este hotrtoare sarcina termic a suprafeei deinclzie a cazanului in raport cu care variaz temperatura pereilor evilor fierbtoare itemperatura din stratul limit de ap de lng pereii evilor.

Odat cu cresterea fluxului termic prin pereii suprafeei de nclzire cresc cerineleimpuse calitii apei de alimentare.Fluxul termic de 2 105kcal/m2h se consider drept criticpentru formarea depunerilor foroase de fier si cupru, periculoasa pentru coroziunea sistemului

fierbtor al cazanului.Se poate face astfel urmtoarea clasificare a generatoarelor :

1.Generatoare de ap fierbinte cu temperaturi peste 115 C ;

2.Generatoare de abur , vaporizatoare si transformatoare de abur cu presiuni peste 0,7

bar si anume:- circulaie natural :

- ignitubulare;- acvatubulare;

- neecranate;

- ecranate;- circulaie forat :

- multipl;- unic (strbatere ).

n ceea ce privete caracterizarea indicilor apei de alimentare i apei din cazan , sedisting: indici de protecie ai circuitului termic pe traseul pn la cazan (oxigen , pH) ; indici


19/64


19

pentru evitarea depunerilor n cazan ( duritatea, substane organice, exces de fosfat) ; indicipentru protecia reelei de condensat i respectiv a transportului de produse de coroziune n cazan(fier, corecia pH cu alcalinizani volatili) ; indici cu efecte de concentrare n apa din cazan(alcalinitate, conductivitate, respectiv coninut de sruri, silice ).

Dintre indicii cu efecte de concentrare in apa din cazan , o importan deosebit pentru

regimul chimic o prezint cel referitor la alcalinitate. Dintre indicii de protecie se menioneazpH-ul i excesul de hidroxin, care joac un rol important.Ca urmare a ultimilor cercatri i a experienei din exploatarea cazanelor cu parametrii

ridicai din centralele mari, concepia asupra proteciei circuitelor termice s-a modificat. A aprutin exploatarea acestor cazane conceptul de regim neutracare admite coninuturi de oxigen de0,1........0,2 p.p.m in circuitul mai rece al centralelor la un Ph aproximativ 7 i conductivitai sub1 s/em.

Mai recent acest procedeu a fost ameliorat cu o corecie de amoniac. Excesul de fosfat aresingurul rol de a sechestra ionii duritaii ( calciu si magneziu ) ptruni eventual n cazan i a -idepune sub form mobil, de nmol.

Indicii de calitate ai apei de alimentare se definesc astfel :

1.Duritatea

Exprim coninutul impuritilor care formeaz depunerile de sruri pe suprafeeleinterioare ale schimbtoarelor de cldur din cazan ca i nmolul care se gsete in suspensie napsau pe pereii schimbtoarelor de caldur.

Duritatea total, simbol d, reprezint suma celorlalte duriti, duritatea pemanent (necarbonatic ) simbol dpi duritatea temporar ( carbonatic ), simbol dt.

d = dp+ dt

Expimarea duritii se face in grade duritate sau n greuti echivalente. Un grad germaneste dat de relaia :

1dg = 10 mg CaO/ l

Un grad duritate francez este dat de relaia :

1df = 10 mg CaCO3/ l

Un grad duritate englez este dat de relaia :

1de = 7 mg CaCO3/l

Duritatea se expim de asemenea in uniti de greutate echivalente a srii intr-un litru deap. Greutatea echivalent este raportul dintre greutatea molar si valen. In greutate echivalentCaO este dat de relaia :

= 28 i 1mval/l = 28 ppm CaO


20/64


20

De unde rezult corespondena :

1mval/l = 28 ppm CaO = 2,8 dg

Duritatea se poate exprima i in grade duritate a altor sruri dect CaO i se face inndseama de raportul dintre masa molar a srii respective i cea a oxidului de calciu conformrelaiei :

x = 10 = 10 = 7,19 mg /l

1dg = = 0,357 mval /l

2.Alcalinitatea

Alcalinitatea apei se datoreste ionilor de bicarbonat ( HCO3-

) , carbonat ( CO32-

) ,hidroxid ( OH-) si fosfat ( PO4

3-) in apa.

Prezenta acestor ioni creeaza o patura protectoare a fierului fata de actiunea coroziva aapei .

Alcalinitatea poate fi masurata in aceleasi unitati ca si duritatea.Ca de obicei se masoara prin indicile de alcalinitate A dat de relatia :

A = 40 p , in care p reprezinta continutul de ioni de OH-

Alcalinitatea m reprezinta continutul de ioni de HCO3-.

Alcalinitatea se mai poate masura prin concentratia ionilor de hidrogen (H+) din apa ca

urmare a disocierii apei.

Logaritmul cu semn schimbat al concentratiei de ioni de hidrogen s-a numit pH.Reactia apei s-a numit :

- Acida (pH=1.....3) ;

- Slab acida ( pH = 3....6 );- Neutra ( pH = 7 )

- Slab bazica (ph = 7.......10 );- Bazica ( pH = 10..........14) .

pH-ul este functie de temperatura , astfel apa neutra are pH = 7 la 20 C, pH = 6,12 la100 C si pH = 5,8 la 200 C.

Apa neutra este slab coroziva. Pentru a deveni necoroziva apa trebuie sa aiba un caracter

slab bazic ( pH= 9,6 la 20 C ). Alcalinitatea se produce fie prin descompunerea carbonatului desodiu (Na2CO3) conform relatiei :

Na2CO3+ H2O 2NaOH + CO2fie prin substante chimice introduse in acest scop.


21/64


21

3.Continutul total de saruri( reziduu uscat)

Continutul total de saruri se determina prin filtrare si vaporizand lichidul filtrat . Seexprima in mg/l .

4. Continutul de materii in suspensie

Se determina prin cantarirea substantelor ramase in filtru de apa dupa uscarea acestora la

105 C. Este de observat ca si O2poate da impuritate moleculara ( solutie ) si in stare coloidala.5. Continutul de impuritati organice

Se exprima global prin cantitatea de permanganat de potasiu ( n/100 K Mn O4) necesara

pentru oxidarea acestora.

6. Continutul de gaze dizolvate

Gazele dizolvate in apa se impart in :

-

Gaze usor solubile in apa : CO2, NH3, H2S, HCl , SO2si SO3;- Gaze greu solubile in apa : H2, CO, CH4, hidrocarburi ;

- Gaze moderat solubile in apa O2, N2.

Important este continutul de CO2 si O2a caror solubilitate variaza functie de presiune sitemperatura.


22/64


22

CAPITOLUL 2

TRATAREA APEI

2.1. GENERALITAI . PRINCIPII DE TRATARE A APEI

Apa utilizat in uzine pentru cele mai diferite scopuri ( apa industrial ) trebuie sa fiecuratata de impuritatile mecanice pentru ca in instalatii sa nu apara depuneri. Apa care se trimite

in centrale se trece prin gratare grosiere, aflate langa bazinul de decantare si apoi prin gratarefine sau site. O asemenea tratare este suficienta de exemplu pentru apa moale de racire in

centralele electrice de condensatie in circuit deschis. Apele dure reclama in plus o tratare

chimica.Apa pentru racirea prin circulatie ( cu trende racire ) si in special apa de ados pentru

alimentarea cazanelor de abur necesita o tratare chimica cu atat mai pretentioasa cu cat

temperatura si presiunea apei sunt mai ridicate in cazan si cu cat sarcina termica a suprafeteischimbatoare de caldura este mai mare. Tratarea chimica se alege astfel in functie de temperatura

si sarcina termica .In apa de racire pentru circuitele de condensare, temperatura de condensare, temperatura

nu depaseste 50 C , la care este periculos numai continutul de HCO3si Ca2+

, care da nastere ladepuneri dure de CaCO3.

La temperaturi de pm la 100C n cirvuitele de condensare si drcire sub presiune suntpericulosi catonii Ca

2+si Mg

2+care dau nastere unor saruri insolubile si formeaza impreuna cu

anionii CO32-, SO42-si SO32-depuneri in cazan.Odata cu cresterea presiunii in cazan creste si temperatura apeicare, la presiunea critica,

atinge 374C. Temperaturile peretilor tevilor cazanului si ale stratului limita ale apei sunt incazul sarcinilor termice mari ale suprafetelor mai mari decat temperatura apei si adeseori

depasesc temperatura periculoasa de 400C, la care apare coroziunea provocata dedescompunerea aburului.

La fluxuri termice mari ( >2105 kcal/m2h ) sunt periculosi toti cationii, inclusiv Na+,Fe

2+, Al

3+si Cu

2+care la presiuni si sarcini termice mici nu sunt periculosi.

De aceea odata cu cresterea presiunii trebuie redus continutul de saruri din capa dincazan, iar apa de alimentare se trateaza pana se apropie de calitatea apei chimic pure, fara gaze;

pentru alcalinizare nu se mai folosesc substante solide. In prezent se utilizeaza pentru exploatare

apa neutra (fara alcalinizare).Pentru calitatea apei de alimentare este determinant in afara de presiunea apei si de

sarcina termica a suprafetei de incalzire a cazanulu si tipul cazanului.Din cazanele cu tambur cu circulatie naturala a apei sarurile pot fi inlaturate prin purjare.

De aceea apa de alimentare poate sa contina o anumita cantitate de saruri , chiar si la presiunilecele mai mari.


23/64


23

Pentru cazanele cu trecere fortata , care nu pot fi purjate apa de alimentare nu trebuie sacontina mai multe saruri decat continutul admis in aburul yehnic pur , deoarece altfel aceste

saruri trebuie indepartate din circuit prin alte metode.In afara de aceasta mai trebuie avut in vedere si felul exploatarii; daca este cu condensatie

sau cu contrapresiune continua sau cu intreruperi etc. , deoarece fiecare tip de exploatare impune

tratarii apei cerinte oarecum diferite.Pentru tratarea apei de adaos pentru alimentarea cazanelor se folosesc schimbatori de ionisau vaporizatoare.

Se folosesc mai rar reactiile de precipitare si dintre acestea se mai foloseste numaidecarbonatarea cu var, pentru tratarea apei de adaos la racire.

Pentru alimentarea tulburelii serveste filtrarea mecanica prin filtre de presiune, avand ocapacitate mare de retinere. Pentru eliminarea substantelor organice se foloseste limpezirea apei

prin coagulare, indomeniul acid sau alcalin, completata de absorbtia pe carbune activ sauschimbatori de ioni, in cazul apei pentru cazane de presiune inalta.

Pentru decarbonatarea apei de racire serveste decarbonatarea partiala cu var iar pentrudecarbonatarea apei pentru vaporizatoare decarbonatarea completa cu var.

Desicilierea se realizeaza prin schimbatori de ioni, odata cu demineralizarea pentruinlaturarea tuturor sarurilor sau prin caporizare urmata de demineralizarea distilatului.

Pentru inlaturarea gazelor se aplica degazarea termica si chimica, sau degazarea la rececu anionit puternic bazic in ciclul sulfit (redox).

2.2 ELIMINAREA IMPURITATILOR GROSOLANE. LIMPEZIREA APEI

Impuritatile grosolane se elimina din apele brute prin gratare , site, prin sedimentare, iarlimpezirea ei se face prin filtrare in filtre sub presiune.

Filtrarea se poate realiza prin gravitatie, in filtre deschise sau sub presiune. A douamedoda este mai eficace.

2.3 ELIMINAREA SUBSTANTELOR ORGANICE

Prezenta unor cantitati mari de substante organice in apa se manifesta prin coloratia apei.Cantitatea acestor substante in apa se exprima prin cantitatea de oxigen necesara pentru oxidarea

lor in mediu acid sau alcalin.Daca nu se foloseste reactia de precipitare, inlaturarea substantelor organice din apa

reprezinta prima treapta de tratare a apei si se face prin limpezire prin coagulare.Apa de adaos pentru cazanele de inalta presiune are dupa coagulare un continut rezidual

inca destul de mare de substante organice, astfel ca dupa coagulare se intercaleaza inca o a douatreapta de limpezire.

Daca tratarea apei se face prin precipitare ( decarbonare, dedurizare, desiliciere)substantele organice din apa sunt inlaturate in proportie de 50-70% . daca ele sunt in cantitati

mari durata de reactie se prelungeste si se inrautateste sedimentarea namolului.Limpezirea prin coagulare se realizeaza prin adaugarea in apa bruta saruri care prin

hidroliza formeaza flocane active de hidroxid de aluminiu sau feric.


24/64


24

Al3+ Al(OH)3+ 3H2O +3H

+

Fe3+

Fe(OH)3

Flocoanele de hidroxid au o sarcina opusa aceleia a particulelor coloidale. Dupa

compensarea sarcinilor are loc o cuagulare rapida (pericinetica), legata de absorbtia substantelororganice, in 1-2 min . In perioada de timp urmatoare (coagulare artocinetica) hidroxidul

formeaza flocane si devine capabil de sedimentare si filtrare, operatie prin care se inlatura dinapa. Aceasta perioada dureaza 2-3 ore.

Sarurile de limpezire sunt sulfatul de aluminiu (Al2(SO4)3) si clorura ferica FeCl3.Prin limpezirea prin coagulare se inlatura din apa 50-70% din cantitatea totala de

substante organice.Exista mai multe metode de limpezire :

- Limpezire cu sedimentarea namolului ;

- Limpezire prin contact;

-

Limpezire in strat suspensional.

In fig. 2.1 sunt prezentate doua instalatii pentru limpezirea apei .

Fig.2.1 a) limpezire prin contact ; b) limpezire cu nor de suspensii

A doua treapta de limpezire a ape1 se face cand au ramas inca in apa 50-30% din

substantele organice.


25/64


25

Pentru a doua treapta de limpezire se poate folosi absorbtia pe carbune activ, pe celulozasau pe schimbatori de ioni foarte porosi. Substantele organice sunt eliminate complet si prin

distilarea apei in vaporizatoare.

2.4. ELIMINAREA IONILOR HCO3-. DECARBONATAREA APEI

Ionii HCO3-pot fi eliminati din apa prin reactii de precipitare, cu ionul OH

- , cand se

elimina in acelasi timp si CO2agresiv.

Reactiile ce au loc sunt :

CO2+6 OH- HCO3

-

HCO3-+ OH- CO3

2-+ H2O

Ionii CO32-

si Ca

2+

dau un precipitat putin solubil de carbonat de calciu CaCO3. sursa deioni OH-, in timpul reactiei , este hidroxidul de calciu , care se foloseste sub forma de apa de var

sau de lapte de var, preparat pe loc , din vars arc (CaO) prin stingere cu apa.

In schema de mai jos este prezentata instalatia de decarbonatare cu var cu sedimentareanamolului.

Fig 2 .2. 1- distribuitorul de apa ; 2saturatorul de apa ; 3reactor ; 4filtru ;

Alte metode de decarbonatare sunt :


26/64


26

1.Descompunerea cu acid. Ionii HCO3pot fi descompusi cu acid clorhidric sau cu acid

sulfuric, in care caz se formeaza o clorura solubila sau un sulfat solubil si CO2.

HCO3-

+ H

+

= H2O + CO2

2. Descompunerea prin caldura. Prin incalzire pana la fierbere se elimina apa CO2liber ,

ionii HCO3-se descompun si formeaza carbonat si CO2.

2HCO3- CO3

2-+ H2O + CO2

3. Schimbul de ioni. Prin schimbul de ioni apa poate fi decarbonata in mai multe feluri.Cationiti cu grupa activa COOH, regenerati cu HCl, schimba numai cationii echivalenti cu

HCO3-. Cationatii cu hidrogen , mediu sau puternic acizi, schimba toti cationii.

Amestecul de cationiti carboxilici si puternic acizi, regenerat cu acid si clorura de sodiu,

in proportia dintre columele celor doi schimbatori de ioni, decarbonateaza si dedurizeaza apa.

4. Tratarea cu polifosfati. Polifosfatii de tipul (NaPO3). Dozato in cantitate de 2-3 g/t apa,impiedica precipitarea CaCO3 din apa de racire la temperatura de max 40 C , pana la oconcentratie de circa 6,0-9,0 mval/l HCO3

-.

2.5. INLATURAREA IONILOR DE Ca2+

SI Mg2+

. DEDURIZAREA APEI

Dedurizarea inseamna inlaturarea Ca2+

si Mg2+

din apa. Cei doi cationi formeazaduritatea apei.

Din reactiile de precipitarea se elimina ambii cationi si se inlocuiesc cu ionii de Na+, ale

caror saruri sunt la temperaturile din cazanele de presiuni joase si mijlocii , solubile si chiar si in

concentratii mari nu formeaza depuneri tari.Ca

2+si Mg

2+se transforma prin acest

mod in saruri putin solubile care dupa precipitare si

formarea namolului , se depun si sunt eliminate prin filtrare.Pentru ca solubilitatea sarurilor eliminate sa fie diminuata cat mai mult si pentru a reduce

durata de reactie, se lucreaza la cald, aproape de 100 C , cu un exces de reactivi careaccelereaza reactiile. Prin reactiile de precipitare se elimina ionii de OH -, CO2 liber, HCO3

- si

Mg2+

.

CO2+ OH-= HCO3

-

HCO3-+ OH

-= CO3

2-+ H2O

Mg2++ 2OH = Mg ( OH ) 2

Ionii Ca2+

se combina cu ionii CO32

in CaCO3


27/64


27

Ca2++ CO32-= CaCO3

Sursa de ioni OH- este varul, ars, stins Ca( OH) 2 ( apa de var sau lapte de var ) sau

NaOH.

Sursa de CO32-este soda calcinata NaCO3.

Duritatea reziduala la temperatura de aproape 100 C, cu exces de reactivi, dupa o duratade reactie de circa o ora , este de circa 0,5 mval/l , dupa filtrarea precipitatului.Ionii PO4

3-formeaza cu Ca

2+si Mg

2+fosfati aproape insolubili .

3 Ca2+

Ca2+ 2 PO4

3-= (PO4) 2 .

3 Mg2+

Mg2

Sursa de PO43-

este Na3PO4 12 H2 O . fosfatul dedurizeaza final apa. Dedurizarea finalase face in instalatiile pentru tratarea apei, dupa dedurizare cu var si soda , intr-un reactor special,pentru o durata de reactie de circa o jumatate de ora.

Dupa filtrare duritatea scade pana la 0,1 mval/l. De regula nu se mai formeaza depuneritari. Procedeul cu var si soda este indicat pentru apa cu orice compozitie.

In figura 2.3 este prezentata schema unei instalatii pentru dedurizarea apei prin metode deprecipitare.


28/64


28

1- Distribuitor de apa

2- Saturatorul apei de var3- Incalzitor

4- Dozator de soda

5-

Abur pentru incalzire6- Reactor7- filtrul

Dedurizarea prin reactii de precipitare este indicat pentru cazanele de presiuni joase( pna la 15 at). Dac apa de alimentare este dedurizata final, in cazan, cu folsfat de sodium. Inprincipiu este vorba de calitatea namolului format care nu trebuie sa adere de suprafata deincalzire. El trebuie sa fie mobil, pentru a ramane dispersat in apa din cazan si a putea fi evacuate

prin purjare.Tratarea interioara se foloseste pentru cazane mici , pentru locomotive, si pentru

cazanele din garniturile de incalzire cu tractiune Diesel, la caile ferate. Reactivii se adauga casolutii, in rezervorul de alimentare, in dispozitivul de aspiratie pentru alimentare cu apa intr-un

reactor exterior sau sub forma solida, in rezervorul de alimentare. Pentru dedurizarea apei sefoloseste soda, hidroxid de sodium si fosfat trisodic. Pentru ca in cazan sa se formeze un namol

mobil se mai adauga coloizi organic ( tannin, amidon, etc.) care se combina si cu oxigenul siactioneaza ca inhibitari ai coroziunii.

Tratarea exterioara. Pentru cazanele cilindrice cu tub de flacara, este indicate dedurizareain doua rezervoare , care lucreaza alternative. Daca fiecare rezervor are un volum corespunzator

consumului zilnic al salii de cazane, durata de reactive este sufficient de lunga pentru dedurizaresi sedimentarea precipitatului la cald si chiar la rece; apa dedurizata poate fi folosita fara filtrare,

pentru alimentarea cazanelor.Instalatiile modern pentru salile de cazane mici sunt ansambluri complete, cu care se

realizeaza degazarea si dedurizarea condensatorului returnat si a apei de adios. Instalatiadedurizeaza apa cu var si soda, la cald.

Pentru acelasi scop se construiesc si statii cu schimbatori de ioni de sodium, la rece , sicare cu o instalatie de degazare, cu ajutaje si deflegmentare.

Schema unei astfel de instalatii este prezentata in figura 2.4


29/64


29

Fig. 2.4 Tratarea completa a apei pentru cazane mici

1- apa bruta, 2- dedurizare; 3condensat; 4abur pentru incalzire; 5Na3PO412H2Dedurizarea apei cu schimbatori in ciclul de sodiu necesita degazarea termica a apei de

alimentare , pana la 0,1 mg O2/ l , pentru a evita coroziunea cazanului.

Unde nu se poate realiza degazarea termica, nu se poate aplica nici dedurizarea totala aapei.

Se mai folosesc si alte metode in afara de precipitare si schimbatori de ioni pentrurezolvarea problemei depunerilor tari:

- folosirea dezincrustantior, care formeaza cu sarurile in locul depunerilor tari, mai alesnamol;

- tratarea magnetica a apei, apa trecand printr-un camp magnetic puternic;

- ionizarea apei cu sarcini puternice;- folosirea ultrasunetelor.

2.6 ELIMINAREA BIOXIDULUI DE SILICIU SiO2

Bioxidul de siliciu trebuie eliminat din apa de adaos pentru cazane de presiune mari (

peste 40 kgf/cm2

) si aceasta cu atat mai complet cu cat este mai mare presiunea apei din cazan.Caracterul daunator SiO2 se micsoreaza daca timpul dedurizarii apei ionii Na

+ sunt

inlocuiti cu K+ . Se micsoreaza antrenarea sarurilor si dificultatile provocate de depunerile de

SiO2in turbine cu abur.

Din apa de adaos SiO2se inlatura prin absorbtie pe flocoane active de Al(OH)3, Fe(OH)3,dar cel mai bine cu Mg(OH)2.

Inlaturarea mai completa se face cu un schimbator de ioni puternic bazic in cursuldemineralizarii apei si a distilarii ei.


30/64


30

Prin procesele de absorbtie la rece S iO2 , poate fi inlaturat la pH= 8,5.....9,0 pana la unrest de 2-3 mg/l , iar la cald pana la 1,0......0,4 mg/l.

Absorbtia la rece. Procedeul Bitterfeld cuprinde limpezirea alcalina cu aluminat desodiu si unj adaos de MgCl2la pH ~ 8,5 , care este sensibil la mentinerea pH-ului. Reactoarele

sunt cilindrice.

In SUA se foloseste limpezirea alcalina cu saruri de Fe

3+

, cu var dolomitic, continandcirca 62% CaO si 32% MgO , in reactoare tip Spoul ding. Durata de reactie este foarte lunga (10-17 h)

In Rusia limpezirea alcalina este reunita cu decarbonatarea si desilicierea apei in reactorulKurgaiev. Temperatura de 40 C este minima pentru aceasta reactie si cu MgO aproape pur seobtine un continut rezidual de SiO2de circa 1 mg/l.

Absorbtia la cald. Prin procedeul Hochst apa este desiciliata odata cu decarbonatarea la

temperaturi de 80 - 90 C , prin adaugarea de MgO activ pana la un rest de circa 1 mg SiO2/l.Dupa procedeele americane se adauga MgO activ (Remosil), in timpul dedurizarii apei cu

var si soda. Continutul rezidual de SiO2este de circa 1 mg/l.

Desilicierea prin schimbul de ioni . Anionitii puternic bazici , pe baza de stiren,

regenerati exclusiv cu NaOH , se comporta ca solutii solide de NaOH si scindeaza H 2SiO3 .Anioniul SiO32-

este absorbit la fel ca si CO2

Continutul de SiO2poate fi scazut sub 0,02 mg/l.Distilarea apei in vaporizatoare elimina SiO2pana la cantitatea care a trecut in picaturi in

aburul generat , adica prin antrenarea mecanica a lesiei concentrate si nu prin dizolvare in abur.Se obtine un continut rezidual de SiO2mai mic de 0,5 mg/l .

2.7 DEGAZAREA APEI

In contactul cu apa se dizolva din aer O2, N2si CO2, din care O2si CO2 trebuie eliminati

deoarece au o actiune coroziva asupra instalatiilor. Azotul este un gaz inert , nedaunator.Apa de adaos tratata la rece , contine aceiasi cantitate de O

2 ca si apa bruta si CO

2

rezidual. Apa de adaos tratata la cald are un continut redus de oxigen , dar si acesta este daunatorla presiuni ridicate.

Condensatul de turbine are si el un continut mic de O2 , care insa in instalatiile pentrupresiuni inalte este daunator. Condensatul returnat de la incalzirea la distanta contine cantitati

mari din ambele gaze. De aceea apa de adaos si condensatul se degazeaza.Gradul necesar de degazare depinde de presiunea aburului si de calitatea apei de

alimentare .Daca apa formeaza depuneri in cazan , este suficienta o degazare aproximativa , pana la

0,5-2,0 mg O2/ l prin fierberea apei in rezervorul de alimentare.Pentru presiuni mijlocii oxigenul se elimina pana la 0,1 0,05 mg/l . Bioxidul de carbon

rezidual nu este daunator.Pentru presiuni ridicate , se cere insa degazarea pana la 0,02 mg/l O 2 si eliminarea

completa cu CO2.Ca metode de degazare a apei se folosesc degazarea termica si degazarea chimica.

Degazarea termica. Gazele pot fi eliminate din apa prin scaderea presiunii lor partiale ,de deasupra suprafetei apei, pana la zero. Aceasta se face termic in timpul fierberii apei.

Instalatia de degazare a apei se compune din preincalzitoare de apa si din coloana dedegazare propriu-zisa ca in fig.2.5


31/64


31

Fig. 2.51intrarea apei ; 2preincalzitoare de apa ; 3abur de incalzire ; 4evacuarea gazelor

In coloana de degazare , apa preincalzita pana aproape de punctul de fierbere , este

pulverizata in particule mici folosind in acest scop cascade , umplutura sau ajutaje. In corpulcoloanei se introduce aburul de incalzire, care incalzeste complet apa si mentine particulele din

apa la temperatura de fierbere. Gazele puse in libertate sunt evacuate cu o parte din abur, la

partea superioara a coloanei iar apa degazata cade din rezervor.Degazarea decurge sub vid la temperaturi mai mici de 100 C , iar la presiuni mai mari la

temperaturi mai ridicate ( fig.2.6 )

Fig. 2.6 temperaturile de fierbere a apei sub vid


32/64


32

Degazarea chimica . Prin degazarea chimica se elimina numai oxigenul. Ea se aplica

pentru eliminarea restului de O2 dun apa degazata termic, in exploatarile cu presiuni mari aleaburului sau in cele cu presiuni mici acolo unde nu este posibila degazarea termica.

Eliminarea oxigenului cu substante. Degazarea se face cu substante chimice care se

oxideaza usor, sulfiti, SO2, Fe (OH)2si hidroxina. Importanta chimica au sulfitul de sodiu panala presiune de 60 at si hidroxina, folosita pentru presiuni inalte. Mai avantajoasa este folosireahidroxinei , pentru degazarea suplimentara a apei.

Eliminarea oxigenului cu schimbatori de ioni. Oxigenul dizolvat in apa oxideazaanumiti schimbatori de ioni dand nastere la substante organice solubile in cantitate echivalenta.

Astfel actioneaza cateva rasini fenalice artificiale si cativa schimbatori de ioni sovietici.Degazarea este imperfecta. Costul pentru degazarea a 1 tona apa este mult mai mic decat

la degazarea termica.Alte metode pentru eliminarea oxigenului sunt :

- eliminarea pe cale electrochimica;

-

eliminarea catalitica a O2;-

desorbtia cu gaz inert.


33/64


33

CAPITOLUL 3

SCHIMBTORI DE IONI

3.1 DEFINIIE . CLASIFICARE

Tratarea apei prin metodele fizico-chimice , respectiv dedurizarea apei cu schimbtori deioni este un procedeu modern care necesita utilaje simple si o tehnologie de asemenea simpl.

Schimbatorii de ioni sunt sunt substane organice , in forma de granule, insolubile in apasi cu care este tratata apa in filter de presiune. In timpul trecerii apei prin stratul de schimbatori

de ioni, are loc o inlocuire a cationilor cu sodium si hydrogen, iar a anionilor cu OH-. In felul

acesta apa este dedurizata, deionizata sau demineralizata.

Schimbatorii de ioni se obtin pe cale de sinteza chimica. Un schimbator de ioni se

compune dintr-o parte ianactiva, suportul sau matricea, avand compozitia unei rasini, in cele maimulte cazuri rasini de polimerizare, polistiren reticulat cu divinil-benzen, pe care sunt grefategrupele active schimbatoarele de ioni.

Un schimbatorde ioni este caracterizat in principal prin:

- caracterul , puternic sau slab;- forma particulelorgranule sau bile;- granulatieminima sau maxima, in mm si in procente;- greutate volumetrica a produsului in conditiile de livrare kg/m3;

- domeniul de pH in care poate lucre ;- temperature maxim admisa C ;

-

umiditatea de livrare % ;- capacitatea utila de schimb , care reprezinta cantitatea de ioni pe care o poate retine

unitatea de volum de schimbator pana cand efleent apare ionul retinut, se exprima inmval / l ;

- incarcarea specifica , defineste viteza cu care un volum de apa parcurge un volum deschimbatori de ioni in timp de o ora; se exprima in m

3/ h

- consumul de regenerat ; exprima cantitatea de reactivi de regenerare necesara reduceriischimbatorului in forma ionica initiala. Se exprima fie in % fata de teoretic , fie in g ,respective 100% pentru 1 l de schimbator.

Pentru o anumita cantitate de filtrate schimbul de ioni este aproape cantitativ. De aceeaeficacitatea schimbului de ioni scade brusc si capacitatea utila a schimbatorilor de ioni este

epuizata.Ea poate fi refacuta in repetate randuri prin regenerarea schimbatorilor de ioni. Ciclurile

de lucru si regenerarile alterneaza repetat.Exista doua grupe principale de schimbatori de ioni :

- schimbatori de cationiccationiti ;- schimbatori de anionianioniti ;


34/64


34

Principiul metodei de dedurizare cu schimbatori de ioni consta in inlocuirea tuturorionilor de calciu si magneziu , care constituie duritatea apei , cu ionii de sodiu.

Pentru dedurizare se utilizeaza un schimbator de cationi (cationit) puternic acid, regeneratin forma de sodiu.

Reactia de schimb este :

2RNa + Ca2+(Mg2+) R2Ca + 2Ca + 2 Na+

Afinitatea sporita a schimbatorilor de cationi fata de ionul de Ca sau Mg este determinatade potentialul de schimb , care creste cu marirea valentei ionului dizolvat , la concentratii mici

ale acestora in marirea valentei ionului dizolvat, la concentratii mici ale acestora in solutie :

Na+< Ca

2+< Mg

2+

3.2 FILTRE PENTRU SCHIMBATORII DE IONI

Schimbatorii de ioni se introduc in filtre de presiune , avand un fund permeabil. Masaspecifica a schimbatorilor de ioni este de 1,41,6 kg/l si de aceea viteza apei de afanare trebuiesa fie de acelasi ordin de marime ca si viteza de filtrare , 10-20 m/h.

In filtru se gaseste un strat de schimbatori de ioni cu inaltimea h ; deasupra este prevazutun spatiu liber oentru expansiunea stratului in timpul afanarii , pana la inaltimea h` ( se mareste

volumul cu 50-80 % ).Inaltimea montalei filtrului trebuie sa fie :

H= h` + ( 0,2 0,25 ) m

Apa trece prin stratul de schimbatori de ioni de sus in jos si iese prin fundul permeabil al

filtrului.Armature filtrului este la fel ca la filtrele mecanice. In afara de aceasta , un rezervor si o

conducta servesc la introducerea solutiei de regenerare in filtru. Groapa pentru apa de spalaretrebuie sa aiba dimensiuni suficiente pentru a prinde schimbatorul de ioni.

La regenerare se foloseste solida, filtrul fiind prevazut un vas de dizolvare , in care seintroduce sarea. Vasul de sare , are la partea inferioara un filtru de nisip grosolan , pentru

retinerea impuritatilor mecanice din sare.

3.3 FAZELE FUNCTIONARII FILTRULUI

Daca schimbatorul de ioni este regenerat si gata de lucru , incepe prima dintre cele patrufaze ale functionarii filtrului:

- ciclul de lucru;

- afanarea;- regenerarea;

- spalarea.


35/64


35

Ciclul de lucru. Apa trece prin schimbatorul de ioni de sus in jos , in functie de(temperature) cantitatea si capacitatea schimbatorului de ioni, timp de 6,14, 24 h pana la

epuizarea capacitatii utile a schimbatorului de ioni.Capacitatea utila, cu, a filtrului este constanta si egala cu m , unde M reprezinta volumul

schimbatorului de ioni. Capacitatea utila se exprima in grame-echivalenti , in vali, in m val tone,

in g Cao , sau in tone grade .

1g echivalent = 1 val = 1000 mval = 28g CaO = 2,8 d

Realizarea calitatii dorite a filtrantului in decursul ciclului de lucru este conditionata de

debitul continuu al apei, in limitele sarcinii specific admisibile a schimbatorului de ioni.Pentru determinarea capacitatii utile capacitatea utila a filtrului , se controleaza duritatea ,

aciditatea sau conductivitatea electrica specifica a apei pana la epuizarea Cu ( pana lapatrunderea ionilor nedoriti ).

cufiltru= Q d , respectiv ( S) ~ constant ;

unde:

Q = cantitatea de apa filtrate in ciclul de lucru al filtruluid = duritatea

S = salinitatea apei brute

In cazul cand capacitatea utila a filtrului variaza cu mai mult decat 5% , max 10 % sauscade continuu incet , trebuie cautata cauza. Aceasta este provocata de regula de regenerarea ,

necorespunzatoare sau de mbcsirea mecanic a stratului de schimbatori de ioni , ca urmare afuncionarii necorespunzatoare a filtrrii mecanice , aezate dupa limpezire.

Situaia se poate imbunati prin splarea schimbtorilor de ioni.Afnarea.Stratul de schimbatori de ioni se spala dupa cateva (2-3) cicluri de lucru, dar

se recomanda spalarea dupa fiecare ciclu. Prin spalare sunt indepartate gazele ( in specialoxigenul) care sunt puse in libertate in stratul comprimat in timpul functionarii. Prin spalare

stratul este afanat si capacitatea utila ,cu, se reface.Schimbatorii de ioni pot fi spalati si cu apa si cu aer comprimat, ca si filtrele cu nisip;

aceasta spalare este mai eficace.Regenerarea . pentru regenerarea schimbatorilor de ioni se foloseste o cantitate de

reactivi , calculata pe baza cu a diltrului si a consumului specific 2 , conform cu relatia :

Qreg = M cu q

Concentratia solutiilor este de regula :-

pentru NaCl.....................................5-10%

- pentru HCl......................................5-10%- pentru Na2CO3, NH4OH.................5-10%

- pentru NaOH...................................2-10%

Debitul statiei de regenerare se calculeaza astfel incat volumul solutiei de regenerare safie suficient pentru circa 45 min.


36/64


36

Volumul statiilor trebuie sa fie de cel putin doua ori mai mare decat volumul stratului deschimbatori de ioni pe baza de stiren si de trei ori mai mare pentru ceilalti schimbatori de ioni.

Altfel regenerarea decurge cinetic si nu apare o regenerare perfecta.Spalarea.Dupa terminarea regenerarii , excesul de reactiv de regenerare trebuie inlaturat

din stratul de schimbatori de ioni , prin spalarea schimbatorilor de ioni.

Apa de spalare se introduce deasupra stratului de schimbatori de ioni , prin care curge injos la disparitia ionilor nedoriti ( d , Cl-, SO4

2-, aciditatea etc).

Apa de spalare pentru schimbatorul de ioni de sodiu poate fi apa bruta , filtrata sau

dedurizata.

3.4 CICLURILE DE LUCRU

Ciclul de sodiu

Scimbul de ioni decurge conform schemei :

n M Na + K

n+

M n K + n Na

+

Cationii polivalenti si mai ales Ca2+ si Mg2+ sunt inlocuiti cu Na+ . Apa contine, dupaaceasta, numai saruri de sodiu si este dedurizata. Dedurizarea reziduala d reste mai mica decat

0,0257 mval/l = 0,1 d . Salinitatea apei nu variaza , reactia in timpul schimbului este neutra sipH-ul nu se modifica prea mult. CO2liber se transforma in CO2agresiv, care ataca schimbatorii

de ioni minerali , in timp ce carbunii sulfanati si rasinile nu sunt atacate.Regenerarea se face cu sare de bucatarie , NaCl, denaturata in concentratii de 5-10% si un

consum fata de teoretic de aproximativ 330%.Dedurizarea apei in ciclul de sodiu este indicata numai pentru cazanele de joasa presiune

( salinitate ) si necesita degazarea termica a apei pana la circa 0,1 mg O2/ l . Ea nu este indicatapentru presiuni inalte si nici pentru vaporizatoare , deoarece ionii de HCO

3

-nu sunt eliminati din

ciclul de sodiu.

Ciclul de hidrogen.

Schimbul de cationi si regenerarea schimbatorilor de ioni cu acid decurge conformschemei :

n M H + Kn+

M n K + n H+

Toti cationii sunt inlocuiti cu H+, astfel ca filtratul contine acizi liberi.

In timpul schimbului ia nastere o cantitate echivalenta de acizi din H+si anioni. Pentru

regenerarea schimbatorilor de ioni se foloseste HCl , circa 5-10% sau H2SO4circa 4%. Daca este

mai eftin ( deseun) , intr-o cantitate de circa 150-200%.Din aceste motive filtrul si conductele cu armaturile trebuie sa fie protejate anticoroziv.

In acest scop se foloseste cauciucul. Acesta scumpeste filtrele cu circa 100%.


37/64


37

Ciclul slab bazic

Schimbul de anioni al acizilor tari ( SO42-

, Cl- ) cu cat OH

- so regenerarea decurg

conform schemei :

M N H2+ H

+

+ A

-

M n H3A

Din H+ si OH

- se formeaza apa. In timpul schimbului dispar din apa anionii acizilor

puternic disociati.Regenerarea se face cu Na2CO3 , NH4OH in concentratii de 5-10 % sau NaOH .

Schimbatorii de anioni slab bazici se aseamana prin proprietatile lor cu schimbatorii de cationi,cu este mare , consumul de reactiv de regenerare este de 110-200% , iar costul este aproximativ

acelasi ca pentru cationitii puternic acizi.Ei se folosesc pentru deionizarea si demineralizarea apei, tratand apa ce iese de la

schimbatorii de hidrogen. Bioxidul de carbon se elimina prin insuflare de aer pana la 7-10 mg/l.

Ciclul puternic bazicSchimbatorii de anioni puternic bazici, pe baza de stiren , contin indeosebi grupe active

de baze cuaternare. Ei actioneaza cu solutii solide de NaOH si scindeaza si H2CO3 , slabidisociati ai caror anioni sunt schimbati cu OH -. Rezultatul este o apa care nu contine nici anioni

nici CO2 si SiO2.Schimbul se face conform reactiei :

M OH + A-+ H

+ M A + H2O

Regenerarea se face exclusiv cu hidroxid de sodiu, de concentratie 2-5%.

Schimbatorii de anioni puternic bazici sunt materialele pe baza de stiren care sunt insa camscumpe. Capacitatea este de circa 0,25 0,45 g echivalent / l. Consumul de NaOH pentruregenerare este 250-300 % fata de cel teoretic.

Amestecul de schimbatori de ioni ( pot mixt )

Amestecul de schimbatori de ioni este format dintr-un Mh puternic acid si un MOHputernic bazic, amestecati perfect intr-un strat, care reprezinta un mare numar de trepte MH si

MOH si este capabil sa demineralizeze complet, chiar singur apa.El se foloseste, pentru demineralizarea apelor sarace in continuturi de saruri , in

centralele electrice pentru presiuni foarte inalte si supracritice , pentru inlaturarea urmelor desaruri , a CO2so SiO2din condensat sau din distilatul vaporizatoarelor.

Pentru buna functionare a amestecului de cationit si anionit este importanta alegerearaportului just dintre acestia. Capacitatea utila cu pentru cationit este de 1,3-1,5 g echivalent / l,

iar pentru anionit de 0,3-0,5 g echivalent / l. Raportul trebuie ales in functie de continutul incationi si anioni din apa.

Pentru regenerare, cationitul si anionitul trebuie separati in doua straturi si fiecare trebuieregenerat separat. De aceea filtrul trebuie sa aiba un drenaj de sortare la inaltimea planului de

separare si o fierastruica pentru observare. Masele specifice ale schimbatoarelor de ioni trebuiesa fie diferite.


38/64


38

CAPITOLUL 4

ALTE METODE DE TRATARE A APEI

4.1 GENERALITATIIn afara procedeelor prezentate in capitolele anterioare, problema depunerilor tari in salile

de cazane mici se rezolva si prin alte metode.Mai inainte se foloseau dezinerustanti , care in principiu, erau coloizi protector (tannin,

lignin etc.) cu saruri de dedurizare ( soda, fosfat, hidroxid de sodium ) care formeaza , in loculdepunerilor tari , mai ales namol. In cazul unei purjari juste, durata de exploatare a cazanului era

mult prelungita. In acelasi mod se mai procedeaza la tratarea apei pentru cazanele locomotivelorde cale ferata.

Se recomanda si tratarea magnetic a apei pentru scopuri de racier si pentru cazane mici.In acest caz apa netratata (bruta ) trece printr-un camp magnetic puternic.

Conform datelor firmelor constructoare , dupa aceasta `` tratare `` apa nu mai formeazadepuneri solide , ci namol mobil si usor de inlaturat prin purjarea schimbatorului de caldura sau a

cazanului.Datele din literature se contrazic. De exemplu , se poate sconta un rezultat pozitiv la

apele care sunt aproximativ in echilibru si contin 90-95% HCO3-si schivalentul in Ca

2+. Dupa

altii , dupa trecerea apei prin campul magnetic , CaCO3precipita exclusive sub forma de mici

cristale de calcite, care nu cresc si nu se aglomereaza.Fara tratare formeaza aragonite, careprovoaca depuneri tari. Rezultatele sunt positive la temperature sun 100 C.

Dimpotriva, alti cercetatori constata ca, dupa trecerea prin campul magnetic , CaCO3precipita sub forma de aragonite , iar lucrarea lui Eliassen neaga orice efect al acestui sistem de

tratare.

4.2TRATAREA MAGNETICA

Tratarea magnetic se foloseste la indepartarea impuritatilor fero-magnetice din circuitulapa-abur al centralelor termo-electrice prin filtrare electromagnetic.

Procedeul de filtrare electromagnetica a apei consta in retinerea oxizilor de fier magneticin suspensie pe o suprafata metalica asupra careia actioneaza un camp magnetic.

Acest procedeu s-a studiat din necesitatea gasirii unor solutii mai economicoase de tratarea apei de alimentare a cazanelor , in ceea ce priveste consumurile specific de reactivi de

regenerare si de combustibil.Dat fiin faptul ca in circuitul apa-abur al unui cazan majoritatea impuritatior in suspensie

o constituie oxizii metalici feromagnetici , este preferat un procedeu magnetic de tratare a apei dealimentare a cazanelor, care prezinta avantaje atat din punct de vedere al consumului de energie ,

cat si al cheltuielilor de exploatare fata de procedeele de filtrare mecanica a apei de alimentareutilizate pana in prezent.

La ICEMENERG Bucuresti s-au efectuat primele incercari pentru stabilirea eficacitatiifiltrarii electromagnetice si a factorilor ce intervin in acest process.

S-a realizat o statie de filtrare electromagnetica (FEM) pilot.


39/64


39

In fig. 4.1 este prezentata schema de amplasare a filtrului electromagnetic pilot.

Fig.4.11- filtru electromagnetic ; 2cazan ; 3turbina ; 4 - condensator ; 5 pompa condensat;6 - preincalzitoare; 7- degazor; 8pompa de alimentare

Filtrul electromagnetic se compune dintr-un cilindru austenitic ( nemagnetic) cudiametrul exterior = 199 [mm] , in interiorul caruia se afla material de umplutura constituit dinbille de otel cu = 6,3 [mm]. Bilele de otel care au rolul de suprafata filtranta si de a concentraliniile de forta , se sprijina pe un gratar format din inele concentric.

Campul magnetic este creat de patru bobine plasate pe cilindrul principal, alimentate inparallel cu current continuu de la un redresor cu selenium.

Pentru racirea bobinelor , cilindrul principal este prevazut cu o manta de racierconfectionata din otel austenitic.

Inaltimea stratului de filtrare este de 1000 [mm].

Parametrii de functionare ai instalatiei:

- debit maxim .12 m3/ h- viteza 0,3 m/s- intensitatea campului magnetic.1200 Oe- tensiunea de alimentare 30 V , current continuu de la un redresor cu seleniu.


40/64


40

- intensitatea curentului70 A ( 17,5 A pe bobina).

Fluidul de tratat strabate filtrul de jos in sus si la trecerea prin campul magnetic , creat debobine oxizii de Fe si in special cei feromagnetici sunt retinuti pe suprafata bilelor de otel.

Cand Dp, caderea de presiune, pe filtru creste peste o anumita valoare ( in mod normal

fiind ~ 1,5 ata) , FEM se scoate din functionare pentru a fi regenerat.De o deosebita importanta este locul de racordare a instalatiei de filtrare electromagneticin circuitul apa-abur al unui cazan.

Astfel randamentul este superior daca filtrul este amplasat in zona temperaturilor in jur de150 C.

Ciclul de functionare al FEMFEM se considera epuizat si se scoate din functionare in momentul cand Dp pe filtru

creste mult peste valoarea Dp de la punerea in functionare a FEM sau cand randamentul filtruluiscade. Durata de lucru pana la epuizare fiind de ~ 2000 de ore.

Pe plan mondial firma KWW construieste FEM de serie de diverse tipuri pentru debitepana la 1000 m3/h.

Posibilitatile de utilizare a FEM sunt multiple si anume:-

pentru tratarea condensatorului si apei de alimentare in sistemul termic al termocentralei;

-

in circuitele primare si secundare din centralele nucleare;- pentru tratarea apei circuitelor de ulei de la turbine.

Aplicarea procedeului de filtrare electromagnetic a apei de alimentare are ca rezultat marireasigurantei in exploatare a agregatelor energetic , scurtarea perioadelor tranzitorii de la pornire la

regim constant in functionarea cazanelor.

4.3 ALTE METODEIn cuprinsul bibliografiei parcurse s-au intalnit si alte metode de tratare care sunt doar

enumerate, fara precizari suplimentare.:- ionizarea apei cu sarcini electrice, formate prin frecarea mercurului de peretii unor vase de

sticla, care basculau in curentul de apa;- folosirea ultrasunetelor;


41/64


41

CAPITOLUL 5

PROIECTAREA INSTALAIEI DE TRATARE A APEI

5.1 DATE INIIALE

5.1.1 PARAMETRII APEI DE ALIMEN

Documents

Instalatia de Tratare a Apei Necesara Pentru Alimentarea Cazanelor