Условия образования и интенсивность роста отложений гидроокиси в испарительных установках тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.14, кандидат технических наук Календарев, Рахимджан Нихатович

• Календарев, Рахимджан Нихатович
• кандидат технических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат технических наук Календарев, Рахимджан Нихатович

Введение

1. Состояние вопроса и задачи исследования

2. Исследование растворимости и кинетики образования гидроокиси магния

2.1. Экспериментальная установка по изучению растворимости гидроокиси магния в условиях подогрева

2.2. Растворимость гидроокиси магния в условиях подогрева.

2.3. Оценка величины произведения растворимости гидроокиси магния.

2.4. Экспериментальная установка по исследованию кинетики кристаллизации гидроокиси магния.

2.5. Исследование кинетики кристаллизации гидроокиси магния в условиях кипения.

2.6. Выводы.

3. Исследование интенсивности отложений гидроокиси магния.

3.1. Экспериментальная установка для изучения интенсивности накипеобразования в условиях проточного подогрева воды

3.2. Исследование интенсивности накипеобразования в растворе М^Щ-а/о^.

3.3. Интенсивность накипеобразования в растворах, содержащих сульфат и хлорид-ионы

3.4. Экспериментальная установка для изучения интенсивности накипеобразования в условиях циркуляционного подогрева воды.

3.5. Интенсивность накипеобразования гидроокиси магния в условиях циркуляционного подогрева раствора

3.6. Аналиг экспериментальных данных.

3.7. Выводы.

4. Воднохимический режим испарительных установок.

4.1. Подготовка питательной воды для испарительной установки Ферганской ТЭЦ.

4.2. Выбор дозы реагентов и определение качества питательной воды.

4.3. Оценка пересыщения по тракту испарительной установки.

4.4. Воднохимический режим испарительной установки концентрирования сточных вод Кармановской ГРЭС . ПО

4.5. Оценка интенсивности накипеобразования в теплообменниках энергетической установки.

4.6. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Условия образования и интенсивность роста отложений гидроокиси в испарительных установках»

В материалах ХХУ1 съезда КПСС подчеркивается, что обеспечение дальнейшего роста благосостояния советских людей возможно только на основе устойчивого, поступательного развития народного хозяйства, ускорения научно-технического прогресса и перевода экономики на интенсивный путь развития, более рационального использования производственного потенциала страны, всемерной экономии всех видов ресурсов и улучшения качества работы / j /.

Решения поставленных задач во многом зависят от развития определяющих отраслей промышленности, в частности таких как энергетика. "Основными направлениями экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года" предусматривается прирост производства электроэнергии в одиннадцатой пятилетке на 20*24% при общей выработке в 1985 г 1550-1600 млрд.кВТч/ 2 /♦ в основном, за счет строительства новых и рационального использования действующих тепловых электрических станций.

Обеспечение планового уровня развития теплоэнергетики овяза-но с бесперебойной и экономичной работой данной отрасли, что отчасти определяется использованием и подготовкой природной воды для восполнения потерь пара и конденсата в цикле паротурбинных установок.

Дефицит ресурсов пресных источников в ряде районов страны и необходимость в использовании морских и сильноминерализованных вод привело к расширяющемуся применению термических методов обработки воды. Наряду с этим, в свете требований к охране окружающей среды и рациональному использованию природных вод, в области теплоэнергетики все большее внимание уделяется созданию бессточных электростанций, либо станций с ограниченным сбросом сточных вод. Однако, известные в настоящее время способы водоподготовкии переработки стоков, включающие полное химическое обессолива-ние добавочной воды и концентрирование сточных вод, требуют решения проблемы промышленного использования концентрата от переработки стоков. Использование метода термической дистилляции подготовки воды для электростанций позволяет во многом упростить проблему стоков, а организация технологии опреснения на базе тепловых электростанций с использованием низкопотенциального тепла цикла паротурбинных установок успешно решает гадачу снабжения пресной водой приморских районов страны. Однако, широкое использование этого метода для различного типа питательной воды, так хе как и повышение параметров работы испарительных установок, ограничено в основном из-за образования накипи на теплопередаю-щих поверхностях, что в конечном счете приводит к снижению экономичности и надежности работы оборудования в целом.

Выбор водного режима, прежде всего с точки зрения накипе-образования, осложняется тем обстоятельством, что эффективность применения существующих методов ее ограничения в значительной степени зависит не только от качества исходной воды, но и конструкции и технологической схемы испарительной установки. Поэтому такой выбор должен проводиться на основании вариантных расчетов интенсивности накипеобразования по тракту конкретной испарительной установки уже на стадии их проектирования и может существенно повлиять как на конструктивное оформление, так и технологическую схему испарительной установки. Проведение таких расчетов в значительной степени затрудняется в связи с практическим отсутствием в имеющейся литературе данных по условиям образования отложений гидроокиси магния, которые все чаще отмечаются при эксплуатации испарительных установок, Появление этого типа отложений, в основном, способствуют повышение параметров вагрева, степень концевирирования, а также методы обработки исходной воды на стадии предочистки.

Основной целью настоящей работы является изучение основных закономерностей роста отложений гидроокиси магния и факторов влияющих на их интенсивность, а также дальнейшая разработка методики оценки водно-химических режимов испарительных установок.I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯБолее широкое применение термических методов обработки воды неизбежно сталкивается с проблемой накипеобразования, разрешение которой способствовало бы повышению надежности и экономичности работы испарительных и дистилляционных установок.

В последнее время, в процессе эксплуатации испарительных установок все чаще отмечается появление накипи в виде на различных участках тракта / 12 /, что связано в основном, сСоотношение соединений в накипи в зависимости от температуры нагреваокеанской водыРис. I.Iповышением параметров работы, степенью концентрирования, а также разнообразием качества исходной воды (природные и сточные) и методов ее предварительной обработки. Появление даже небольшого количества таких отложений на теплопередающих поверхностях нагрева, приводит к существенному снижению экономичности работы установки, в связи со значительным превышением термического сопротивления гидроокиси магния по сравнению с карбонатом кальция /13 /, и сложностью его удаления. Что же касается экономически приемлемых способов предотвращения или замедления отложений, то они более или менее эффективны лишь в отношении карбонатной накипи / 14,15/.

Изучению вопросов накипеобразования посвящено значительное количество работ экспериментального и теоретического характера. Однако до сих пор не существует единого мнения на механизм накипеобразования и количественные закономерности роста отложений. Объясняется это по-видимому, сложностью процессов накипеобразования и недостаточной изученностью физико-химических основ процесса отложений накипи на теплообмевных поверхностях нагрева. Кроме того, экспериментальные и теоретические исследования, проведенные в узком диапазоне параметров и условий, не позволяют зачастую выявить общих закономерностей, требуя дополнительного изучения в каждом конкретном случае.

В связи с этим представляется целесообразным начать решение поставленных задач с краткого рассмотрения существующего состояния вопроса по имеющимся литературным данным.

Накипеобразование - как одну из форм кристаллизации можно разделить на два основных этапа: образование зародышей и последующий рост кристалла. Кристаллизация может начаться, если в системе созданы предпосылки к уменьшению свободной энергии системы, т.е. при наличии пересыщения в растворе. Скорость ростакристаллов обусловлена множеством'факторов, одними из которых являются величина пересыщения, температура, скорость раствора, наличие примесей и т.д.

Все теории роста кристалла можно разделить на две группы; теории, описывающие процесс с чисто термодинамической точки зрения, и, теории, рассматривающие собственно кинетику роста кристаллов.

К первой группе относятся работы BlBss /16 /, Wuiff / 17 / и других авторов. Существо этих теорий заключается в выводе соотношений между формой кристалла и поверхностной энергией отдельных его плоскостей, при которой полная поверхностная энергия имеет минимальное значение при постоянных температуре и объеме системы. KasseS / 18 / и SiionsAi /19,20/ рассматривают рост кристалла как непрерывный повторяющийся процесс присоединения частиц, образующих ряды и плоскости в местах, где высвобождается наибольшая доля энергии.

Развитие теоретических исследований второй группы начато работами Voimet / 21 / обнаружившего экспериментально существование пограничного слоя между маточной фагой и кристаллом, что явилось основой практически для всех современных теорий роста кристаллов. Частицы, движущиеся в пограничном слое могут вернуться в маточную фазу, быть захваченными в соответствующем месте кристаллической решетки, либо образовать двумерный зародыш с другими частицами. Вероятность того или иного процесса предопределяется энергией частиц.

К наиболее ранним и многочисленным теориям этой группы относятся диффузионные теории, в основу которых положены работыh/evnst / 22/• Согласно основным положениям этой теории при росте кристаллов из пересыщенного раствора растворенное вещество переносится из объемной фазы раствора к поверхности кристалла, где оно присоединяется к кристаллической решетке. В итоге процесс кристаллизации можно разделить на следующие основные этапы:1. подвод вещества к диффузионному слою;2. диффузия вещества в диффузионном слое;3. присоединение частиц вещества к кристаллической решетке.

Полная скорость роста кристаллов будет определяться самыммедленным из перечисленных процессов. В большинстве случаев определяющим фактором является либо диффузия вещества в диффузионном слое, либо присоединение частиц к кристаллической решетке, третий же случай предполагает равенство скоростей данных процессов. В том случае, если определяющей будет являться диффузия вещества в диффузионном слое, скорость процесса описывается на основе первого закона Фика:а?),-*■<•(*&*) (1л)где: ( количество вещества в единицу времени;дс(*,V - градиент концентрации; длjj - коэффициент диффузии;Р - поверхность.

В случае достижения стационарного состояния с учетом наличия пограничного слоя уравнение (I.I) можно переписать следующим образом / 23,24 /:где: CQ и Сл - соответственно концентрация в объеме и наповерхности кристалла;4 = — - коэффициент конвективного массопереноса;о5 - толщина диффузионного слоя. Скорость присоединения частиц к кристаллической решетке, согласно работам / 25,26/» зависит от разности концентраций на поверхности кристалла и концентрации насыщения Cs :4Г (1-3)где: кг - константа скорости поверхностной реакции;п - показатель степени, зависящий от различных условий.

Авторы работы / 27 / исключив из уравнений (1.2 * 1.3) концентрацию на границе раздела фаз йп получили следующее соотношение:Анализ уравнения (1.4) был проведен tfi/vtt / 28 / для значения /7 равного I и 2.

Следовательно, скорость роста кристалла можно найти из уравнения (1.10), где соотношение коэффициентов Л и и будет предопределять лимитирующую стадию процесса.

В отличие от этих теорий, авторы работ / 32 - 34 / объясняют рост кристаллов несовершенством их формы и наличием дефектов в кристаллической решетке. С энергетической точки зрения, по мнению этих авторов, присоединение частиц в местах изломов намного вероятнее, чем присоединение к гладкой поверхности. Исходя ив этого, процесс роста кристаллов ими разделяетсй на следующие этапы:1. диффузия частиц из объема маточной фазы к поверхности,2. поверхностная диффузия частиц из данной точки на поверхности по направлению к ступеньке,3. присоединение частицы к ступеньке.

Анализ положений данной теории показывает, что при малых пересыщениях скорости роста кристаллов описывается параболическим законом, а при больших - линейным /35 /.

Каждая из рассмотренных выше теорий роста кристаллов имеет те или иные недостатки и не учитывает всего многообразия факторов, характеризующих реальные процессы. Так, диффузные теории, учитывая влияния среды при росте кристаллов, не объясняют роста, лимитируемого только поверхностной стадией. Теории, рассмотренные последними, исходят лишь из особенности структуры кристаллов и механизма отложений на гранях, без учета свойств самого раствора и его взаимодействия с растущим кристаллом.

Многообразие существующих представлений о механизме роста кристаллов, противоречивость экспериментальных данных затрудняет количественное описание реальных процессов кристаллизации и делает необходимым их детальное исследование в каждом конкретном случае.

При изучении накипеобразования, на основе общих представлений роста кристаллов, большинство исследователей рассматривают этот процесс, объединяя диффузные и кинетические теории.Экспериментально определяя неизвестные параметры уравнений (1.2*1.3) выделяют лимитирующую стадию процесса. Практически все сводится к нахождению общего коэффициента массопереноса и пересыщения раствора по накипеобразующему компоненту.

Многочисленные работы, проведенные в этом направлении, в той или иной мере посвящены изучению влияния различных факторов таких как температура, скорость, наличие примесей, качественный состав исходной воды и т.д. на рост отложений. Учитывая сложность процесса накипеобразования и трудность оценки количества отложений на основе общих положений теории кристаллизации, в основном, исследования проводятся либо на натурных, либо налабораторных установках, имитирующих условия роста отлохений на теплопередающих поверхностях. Экспериментально определяя количество отлохений на опытных образцах, интенсивность накипеоб-разования рассчитывают из следующего соотношения:4 £ - вес накипи; F - поверхность образца; Т - время опыта.

Учитывая значения интенсивности и пересыщение раствора, определяемое различными способами коэффициент общего массопере-носа находят согласно выражению:Таким образом полученные данные позволяют выявить влияние как гидродинамических факторов так и химических процессов, что служит основой для описания механизма накипеобразования.

Для определения лимитирующей стадии процесса необходимо сравнить полученные из экспериментальных данных значения констант скорости поверхностной реакции и коэффициента массопере-носа.

Практическое определение константы скорости поверхностной реакции кг (коэффициента межфазового перехода) обычно осуществляется по зависимости приведенной Я.И.Френкелем / 36(I.ii)где: J - интенсивность накипеобразования»CI.I2)(1.13)где: R - универсальная газовая постоянная; Т - температура;М - молекулярный вес; - энергия активации.

Точность определения кг во многом зависит от знания величины энергии активации в каждом конкретном случае, что требует дополнительных исследований в этой области. Для гетерогенных превращений значения £а лежат в пределах 8-12.

Что же касается оценки сопротивления конвективного массо-переноса, то большинство исследователей пользуются критериальными зависимостями, основанными на теории конвективной диффузии и аналогии между тепло- и массообменом / 37-39 /. Так, например, используя тройную аналогию при обработке экспериментальных данных CfaZton-Coi&uzn / 40 / получили следующее соотношение :f (I • 14)где: SA, л/г/, Sc& Рг - соответственно, критерии Шервуда,Нуссельта, Шмидта и Прандтля.

Более широкое распространение получило критериальное уравнение / 41 /:SJi я o,02S^e • Sc (1.15)Однако Лукин / 42 / анализируя уравнения массообмена, отмечает, что применение аналогии ограниченно и может использоваться для фактических задач только в диапазоне чисел 0,72 <Рг < 1000 и 0,5 ЛО4 * Re * 2.I04. В интервале значений 150 < Sc < 1000 и 2Л04*^** I.I05 необходимо использовать уравнение Рукенштейна / 43 /.

Обработка результатов непосредственно по вышеприведеннымкритериальным уравнениям в ряде случаев дает вполне удовлетворительную сходимость. Однако, в некоторых случаях требуется дополнительная корректировка этих уравнений.

На основе вышеприведенных соотношений, рассчитывая величины сопротивления конвективного массопереноса и поверхностной реакции, можно выявить лимитирующую стадию процесса. Однако, при определении лимитирующей стадии из экспериментальных данных, мнения различных исследователей расходятся.

В отличие от вышеприведенных работ, Mas son / 45 / рассматривает процесс накипеобразования на теплообменной поверхности состоящим из следующих стадий:2+ - диффузия На и из массы раствора в направлении поверхности раздела накипь - раствор;химическая реакция на поверхности раздела с образованиемСО*' И С02 ;- кристаллизация на поверхности накипи;- диффузия растворенного НН2 от поверхности реакции в направлении объема раствора.

Эта же модель развита Г.Я.Лукиным / 53 /, включающим в массоперенос ионные пары Со СО/ tySQ/ л/аЩ' - составляющие подавляющую часть карбонат-ионов в морской воде. Как Hassan *ак и Лукин считают, что скорость процесса в большей степени определяется конвективным массопереносом.

Такая неоднозначность выводов в проведенных исследованиях, в основном, обусловлена сложностью экспериментального и расчетного определения пересыщения.

Основная трудность при определении пересыщения возникает в случае образования щелочных отложений. При решении данной задачи исходят из рассмотрения карбонатной системы, основные закономерности которой описаны в работах Тильманса и Ланжелье / 59 /. Условия при достижении насыщения по карбонату кальция и установлению углекислотного равновесия, согласно протекающим реакциям в растворе:2HCQ; — + coz (1*18)Са* + СаСО^ (1.19)описываются по Тильмансу уравнением:< с(1-20)Как видно из приведенного уравнения для поддержания определенного соотношения различных форм углекислоты необходима соответствующая концентрация £Ог. При этой концентрации свободной углекислоты, называемой равновесной, вода будет стабильна, т.е. не будет происходить ни выпадения, ни растворения карбоната кальция.

Ланжелье для оценки стабильности воды предложил индекс насыщения, который определяется как разность между измеренной величиной р#о и расчетным равновесным значением » определяемым по уравнению:М =PkI- РПрсасо-(1.21)Основываясь на этих уравнениях Клячко и Апельцин /57,58/ построили номограмму для оценки стабильности воды. Наряду с индексом Ланжелье существует еще целый ряд показателей, характеризующих состояние карбонатной системы / 60 /. Однако ни один из этих показателей не позволяет дать конкретной величины пересыщения.

Решение этой задачи с учетом влияния гидролиза на установление углекИслотного равновесия при достижении насыщения раствора по карбонату кальция строго изложено в работе Лапшина /61 /. При этом решение было предложено для открытой системы. Развивая эти же представления, Рыженко / 62 / ввел в уравнения углекис-лотного равновесия коэффициент распределения углекислоты между газовой и жидкой фагами для закрытой системы. Однако область применения предложенных уравнений ограничена маломинерализованными водами.

Для многокомпонентных концентрированных растворов при расчете условий углекислотного равновесия необходимо ввести уравнения материального баланса, учитывающие процесс комплексообра-зования. Впервые расчет компонентного состава внсокоминерали-зованных вод, с учетом образования ионных пар, проведен Гаррел-сом / 63 /. В дальнейшем целый ряд авторов использовал модель Гаррелса для расчета углекислотного равновесия. Наиболее полно это отражено в работах / 66,67 /, хотя окончательное решение требует уточнения целого ряда термодинамических констант / 68 /.

К настоящему времени проведенные экспериментальные и теоретические исследования позволили разработать целый ряд мероприятий, способствующих существенному снижению интенсивности наки-пеобразования или полному его предотвращению. По существу все эти мероприятия можно свести в основном к двум методам: снижеяию пересыщения (путем предварительной подготовки воды, под-кисления, ввода медовой затравки, углекислотной стабилизации) и изменению гидродинамических условий / 69 /. Кроме того, широкое применение нашли методы, основанные на изменении режимных параметров работы испарительных установок (температура, кратность упаривания ) и применении различных антинакипинов / 70 /. Следует отметить, что все эти методы направлены в основном на предотвращение кальциевых отложений ( СаС05 СаЩ ), и зачастую их применение приводит к образованию накипи в виде гидроокиси магния. В то же время, имеющихся литературных данных по растворимости, кинетике процессов, явно недостаточно не только для количественной оценки интенсивности накипеобразованияМд(0Н)г » но и для прогнозирования условий образования этого вида отложений, что особенно важно при проектировании новых испарительных установок или выборе метода предотвращения накипеобразования.

Этим и вызвана необходимость в изучении основных закономерностей роста отложений гидроокиси магния и факторов влияющих на их интенсивность, а также дальнейшая разработка методики оценки водно-химических режимов испарительных установок.

В связи с этим в настоящей работе необходимо решить ряд основных задач, а именно:- исследовать растворимость гидроокиси магния в различных растворах в интервале температур, характерных для работы испарительных установок;- изучить кинетические закономерности спонтанной кристаллизации ЯцШ) и проследить влияние температуры и состава раствора на кинетику процесса;- проанализировать химические процессы, приводящие к образованию гидроокиси магния на теплопередающей поверхности в зависимости от технологической схемы испарительных установок, водного режима и методов предварительной подготовки воды;- исследовать количественные закономерности скорости роста отложений Мд(он) с целью определения коэффициента массопереноса и выявления лимитирующей стадии процесса в различных условиях;- оценить влияние меловой затравки на пересыщение по тракту испарительных установок;- провести сравнительный анализ водно-химического режима испарительной установки с целью выбора оптимального метода и условий предварительной обработки исходной воды.

Исходя из этого в данной работе определялась растворимость гидроокиси магния, образующаяся из различных растворов, в которых общая щелочность обусловлена карбонат-ионами или смесью карбонат и гидрат-ионов. Исследование кинетики кристаллизации гидроокиси магния проводилось только на растворах с карбонатной щелочностью, поскольку наличие гидрат-ионов настолько ускоряет процесс, что применяемые обычно методы анализа не позволяют его контролировать.

Контроль растворимости и кинетики образования гидроокиси магния проводился на основе анализа проб на общую щелочность и концентрацию ионов магния / 74 /. в связи с тем, что эти величины взаимосвязаны, а их изменения обусловлены только образованием М^(ОН)^ в дальнейшем все результаты приведены по изменению общей щелочности.

26 Для исключения коррозионных процессов на растворимость гидроокиси магния все элементы контура выполнены из нержавеющей етали марки XI8H9T.

Бак, объемом в 3 л, помещен в термостат, рабочей средой которого является глицерин и соединен с циркуляционным насосом и промежуточной емкостью трубками с внутренним диаметром 6 мм. Промежуточная емкость предусмотрена для исключения образования твердой фазы в процессе разогрева раствора, что и предопределило циркуляцию раствора, в зависимости от режима работы установки, по двум контурам: в процессе нагрева и в установившемся режиме - <5ак - циркуляционный насос - бак; при достижении температуры опыта - бак циркуляционный насос - промежуточная емкость бак. Соответствующие переключения производятся с помощью установленной на стенде арматуры.

Для поддержания постоянства температуры, все элементы контура теплоизолированы, а наиболее протяженные участки снабжены компенсационными нагревателями. Контроль температуры осуществляется термоэлектрическими термометрами типа ТХК, установленными как в баке так и на различных участках контура, контроль давления - образцовыми манометрами.

Для отбора пробы при температуре опыта предусмотрена линия включающая в себя фильтр 5 и холодильник 6.

Перед началом опыта раствор„не содержащий щелочных компонентов заливается в бак, а раствор dngC03 или bJogCOj-t-zJaOH в промежуточную емкость. Включается термостат и производитсянагрев раствора до температуры несколько выше температуры опыта, при одновременном включении насоса, обеспечивающего циркуляцию раствора помимо промежуточной емкости.

При достижении заданной температуры, промежуточная емкость включается в контур циркуляции и по достижении температурной стабилизации режима отключается, что достаточно для полного опорожнения промежуточной емкости и перемешивания раствора. В течение опыта производится периодический контроль температур.

Через определенные промежутки времени производится отбор пробы,анализируемый на жесткость и щелочность, до постоянства концентраций при последующих анализах.

После окончания опыта весь контур опорожняется, промывается трилоном Б, а затем дистиллированной водой.

Для уточнения исходных концентраций компонентов раствора при разбавлении производится тарировка установки при температуре окружающей среды, исключающей образование твердой фазы в объеме.

2.2. Растворимость гидроокиси магния в условиях подогреваС целью определения влияния температуры, исходного и компонентного состава раствора на растворимость гидроокиси магния была проведена серия опытов на экспериментальной установке, описанной в предыдущем параграфе.

Перед началом опыта раствор не содержащий щелочных компонентов заливался в бак, а в промежуточную емкость - раствор *Га2С03 или Ка2С03 + Маон. Объемы исходных растворов рассчитывались таким образом, чтобы при поел едущем разбавлении в стенде, с учетом тарировки, их исходные концентрации соответствовали условиям опыта. Состав образующегося соединения определялся методом рентгенофазового анализа. Анализ показал, что кристаллизующейся фазой во всех опытах является гидроокись магния.

Заключение диссертации по теме «Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты», Календарев, Рахимджан Нихатович

ВЫВОДЫ

1. Проведено обоснование необходимости предварительного умягчения сточных вод для подпитки испарительных установок

Ферганской ТЭЦ и Кармановской ГРЭС. Найдено, что такая обработка позволит сконцентрировать сточные воды Ферганской ТЭЦ ~ в 30 раз, а Кармановской ГРЭС ^ в II раз.

2. Установлено, что независимо от метода умягчения и условий его проведения питательная вода по всему тракту испарительных установок пересыщена по щелочным накипеобразователям. Найдено, что теплообменники испарительных установок будут зарастать гидроокисью магния или смесью гидроокиси магния и карбоната кальция в зависимости от дозы реагентов.

3. На основании сравнительных расчетов установлено, что питательная вода, получаемая при избытке щелочи и недостатке соды, обладает меньшей интенсивностью накипеобразования.

4. Показано, что при использовании расчетного умягчения требуется дополнительная обработка питательной воды для нормальной работы испарительных установок.

5. Проведена оценка интенсивности накипеобразования в теплообменниках энергетической установки, работающей на маломинерализованной природной воде. Экспериментально обоснована необходимость предварительной подготовки этой воды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Настоящая работа посвящена исследованию интенсивности роста отложений гидроокиси магния применительно к режимам работы испарительных установок, а также разработке методики оценки их водного режима. Проведенные исследования позволяют сделать следующие основные выводы:

1. На основании анализа качества питательных вод и состояния углекислотного равновесия установлено, что основной причиной образования Мд (0Н)2 по тракту испарительных установок является гидролиз карбонат-ионов.

2. Исследованы кинетика спонтанной кристаллизации и растворимость гидроокиси магния в растворах с карбонатной и гидратной щелочностями при условиях характерных для работы испарителей. Показано, что кинетика кристаллизации Мд (0Н)2 описывается уравнением первого порядка относительно пересыщения, отмечено влияние концентрации сульфат-ионов на скорость кристаллизации гидроокиси магния. На основании экспериментально найденных и рассчитанных по разработанной методике значений растворимостей в различных растворах уточнены термодинамические величины произведений растворимости Мд (ОН)2 в интервале температур 70-135°С.

3. Установлены основные закономерности роста накипи гидроокиси магния в условиях проточного и циркуляционного подогрева воды в интервале температур 60-П0°С и скоростей потока 0,5 -2,2 м/с (Ае ss ю ООО - 60 ООО ). Показано, что интенсивность накипеобразования Mg(0H)2 закономерно возрастает с ростом скорости потока и пересыщения раствора. В сравнимых по скоростям и температурам условиях при проточном подогреве воды интенсивность накипеобразования выше чем при циркуляционном.

4. По экспериментально найденным значениям интенсивности накипеобразования и рассчитанным величинам пересыщения определены общие коэффициенты массопереноса. Установлено, что при температурах выше 70°С общий коэффициент массопереноса возрастает с увеличением скорости потока пропорционально Me , что указывает на лимитирование роста накипи стадией конвективного массопереноса. Показано, что при температурах ниже 70°С на интенсивность накипеобразования существенное влияние оказывает сопротивление поверхностной реакции.

5. Рассчитаны коэффициенты конвективного массопереноса и константы скорости поверхностной реакции. Подтверждена возможность использования для расчета коэффициента конвективного массопереноса известного критериального уравнения ( -0.025^-Re Sc^5).

6. На основании разработанной методики расчета пересыщения воды по тракту многоступенчатых испарителей проведена оценка водного режима испарительной установки по переработке стоков Ферганской ТЭЦ. Установлена удовлетворительная сходимость расчетных и эксплуатационных данных по интенсивности накипеобразования. Показано, что для снижения щелочного накипеобразования по тракту установки наряду с оптимизацией процесса умягчения за счет проведения его при избытке извести и недостатке соды необходимо снижение рн содоизвесткованной воды путем подкисления.

7. Для проектируемой испарительной установки по переработке стоков ВПУ обоснована необходимость предварительного содоизвест-кового или едконатросодового умягчения. Показано, что такая обработка позволит довести степень концентрирования стоков по условиям "сульфатного барьера" до II раз.

8. Разработанная методика оценки пересыщения позволяет проводить выбор оптимального водного режима испарительных установок и методов подготовки питательной воды уже на стадии про ектирования.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Календарев, Рахимджан Нихатович, 1984 год

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС.-М.: Политиздат, 1981, 223 с.

2. Пленум Центрального Комитета КПСС 22 ноября 1982 г Коммунист,1982, В 17, с. 13-24.

3. Коваленко В.Ф., Лукин Г.Я. Судовые опреснительные установки.-Л.: Судостроение, 1970.-304 с.

4. Дыхно А.Ю. Использование морской воды на тепловых электростанциях. М.: Энергия, 1974. - 272 с.

5. Dooly R., Glater I. Alkaline scale formation in boiling sea water brines. Desalination, 1972, IT 11, p. 1-16.

6. Elliot M.N. The present state of scale control in sea water evaporators. Desalination. 1969, V. 6, N 11, p. 457-464.

7. Langilier W.P. Scale control in sea water distillation equipment . Ind.and Eng.Ch.em. 1950, jan.

8. Hillier H. Scale formation in sea water distilling plants and its prevention.- The Inst, of Mech. Eng. Proceedings, 1952, ser. 8, N 7.

9. Uoshitome Hiroshi. Preatreatment for evaporotion Desalination.-Progress of Desalination technology in Japan, 1976.

10. Ю.Ветег R.A., Parekh P.P. Principles of chemical Sedimentоlogy.-Mc-Grow Book, 1971.

11. Hossein Panahandeh. Krustenbildung und ihre Verhinderung bei der thermischen Meerwasser Entsalzung durch Behandlung des Seewassers.-Chemie-Ing.-Techn., 1975, N 16, p. 664-670.

12. Martynova 0.1., et al. Evalution of Thermal Desalination Plants Water Chemistry.-Desalination, 1983, V.47, 63-69.

13. Седаков Л.П., Абрамов Э.Ш. Анализ интенсивности накипеобразования в опреснителях вскипания.-Судостроение,1968, № II,с.28-31.

14. Duffan С., Imbert I.L., Vignet P. Treatment of sea water by sulfur dioxide of sodium hydrogen sulfute.- Proc. 4-th Intern. Symp. on Fresh Water from the Sea. Heidelberg, 1973, V.2.,p. 85-96.

15. Courvoisier P., Duffau C., Gullerman R. Studies on the effectiveness of scale inhibitors, ibid., Y.2, p.69-84.

16. Gibss I.W. The equilibrium of heterogeneous substances.- Sci. Pap. 1906, 1.

17. Wulff G.- Krist. 1901, 34, p. 449-452.

18. Kossel W. Nachr. Ges. Wiss. Gottingen.-Math.-Phys. 1927, k.1, p. 135-140.

19. Stranski I.N.-Physik. Chem. 1928, 136, p. 259-278.

20. Stranski I.H.-Katurwiss. 1931, 19, p. 689-693.

21. Volmer M. Kinetic der Phasenbildung. Steinkopff.-Dresden, Leipzig, 1939.

22. Hernst W.-Z. Physik Chem., 1904, 47, p. 52-64.

23. Berthoud A. I. Chim. Phys., 1912, И 10, p. 624-628.

24. Valeton I.T.-Z. Krist., 1923, 59, 135, p. 335-343.

25. Burton W.K., Kabrera N., Frank F.- Phil. Trans. Roy. Sos., 1951, 243, p. 299-305.

26. Чернов А.А.-Успехи физических наук. 1961, 73,2, с.565-568.

27. Garside I., Mullin, I.-Trans. Inst. Chem. Eng., 1968, 46, 11, p. 57-61.

28. Hyvlt I., Vaelavu C. Col.-Chechoslov. Chem. Commun, 1972, 37, p. 3664-3669.

29. Hoyes A.A., Whitney W.R.-Z. Physik. Chem., 1897, 23, 689-675.

30. Marc R.-Z. Physik. Chem., 1912, 61, p. 385-388.

31. Mullin I.W., Garside I.-Trans.Inst.Chem. Enger., 1967, 45, p. 291-302.32,33,34,35,36