СИСТЕМА ВЫНОСНОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ ИОНИТОВ ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Полезная модель относится к устройствам водоподготовительных установок для ионообменной технологии очистки воды и конденсатов на ТЭС и АЭС, реализуемой блочными обессоливающими установками (БОУ) с ионитными фильтрами смешанного действия (ФСД) и фильтрами для выносной (наружной) регенерации.
Известна система выносной регенерации для водоподготовительных установок Н-ОН-ионирования конденсата, включающая, рабочие фильтры смешанного действия (ФСД), фильтр-регенератор для гидравлического разделения ионитов и регенерации катионита и фильтр-регенератор для регенерации анионита. Для выносной регенерации смесь ионитов (катионита и анионита) гидравлически перегружают в первый фильтр-регенератор, гидравлически разделяют катионит и анионит, затем анионит перегружают во второй фильтр-регенератор. После раздельной регенерации соответственно в первом и во втором фильтрах-регенераторах катионит и анионит гидравлически транспортируют в рабочий ФСД, где иониты перемешивают и отмывают до нейтральной реакции, после чего фильтроматериал готов к использованию в рабочем режиме фильтрования (кн. «Обработка воды на тепловых электростанциях» Баулина А.И. и др., изд. «Энергия», 1966 г., с.259-260).
Недостатками известной системы являются неполное гидравлическое разделение слоев катионита и анионита в фильтре-регенераторе и избыточное взаимное (перекрестное) загрязнение смол регенерирующими реагентами, связанное с тем, что промежуточный слой (до 20%) анионита и катионита, формирующийся из близких по удельному весу зерен обеих смол, н выделен и не зафиксирован при их разделении.
Известна система выносной регенерации для водоподготовительных установок фильтров смешанного действия, включающая фильтр смешанного действия, фильтр для разделения смол и регенерации анионита с коническим днищем, трубопровод с прозрачными стенками и устройством контроля электропроводности смол, фильтр-регенератор катионита и емкость для резервирования смеси отрегенерированных смол («Ионообменные смолы и технологии РОМ ЭНД ХААС. Повышение технических и экономических показателей работы водоподготовительных установок». Материалы семинаров, 2003 г., раздел «Конденсатоочистка», с.12-13).
Недостатками этого устройства являются сложность конструкции, необходимость в постоянном присутствии оператора и, зачастую, потребность в повторном отделении катионита после регенерации анионита.
2
4
Известна система выносной регенерации водоподготовительных установок, описанная в книге «Водоподготовка в энергетике» Копылова А.С. и др., М., изд. МЭИ, 2003 г., с.134-136, рис 4.23. Система включает рабочий фильтр смешанного действия (ФСД), фильтр-регенератор для разделения смол и регенерации катионита с верхним, нижним и средним дренажными устройствами. Последнее снабжено выпускным патрубком для гидроперегрузки анионита. Система включает также фильтр-регенератор анионита и снабжена трубопроводами подвода исходной воды (конденсата) и отвода обработанной воды, подвода регенерационного раствора - раствора кислоты (HSO), то же - щелочи (NaOH), трубопроводами сброса на нейтрализацию сточных вод и трубопроводами системы гидроперегрузки ионитных материалов.
Недостатками известной установки являются неполное разделение промежуточного катионитно-анионитного слоя от слоя анионита и перекрестное загрязнение смол из-за свободной межслойной диффузии частиц и отсутствия четкой межфазовой граничной поверхности. Это сопряжено также с тем, что промежуточный слой ионитов не изолируется на время проведения процесса их регенерации.
Известна система выносной регенерации, которой присуща наиболее близкая к полезной модели совокупность существенных признаков. Система описана в кн. «Очистка конденсата. Влияние условий работы на ионообменные процессы» THE PUROLITE COMPANY, 1994, с.6. Известная система выносной регенерации ионитов водоподготовительных установок включает рабочий фильтр смешанного действия с впускным и выпускным патрубками гидроперегрузки ионитов, фильтр разделения катионита и анионита и регенерации катионита с впускным и выпускным патрубками гидроперегрузки ионитов, верхним и нижним дренажными устройствами, средним дренажным устройством с выпускным патрубком гидроперегрузки ионитов и с содержащимся в этом фильтре слоем перегруженных на регенерацию ионитов, фильтр-регенератор анионита с впускным и выпускным патрубками гидроперегрузки ионитов, фильтр для промежуточного слоя из инертного материала с впускным и выпускным патрубками гидроперегрузки ионитов и трубопроводы напорной системы гидроперегрузки ионитов.
Недостатком известной системы регенерации является то, что гранулы инертного материала загрязняются маслами, жирами и оксидами металлов в процессе работы ФСД. В результате слой промежуточного инертного материала изменяет свое положение в фильтре, его место занимают новые зерна анионита и катионита, размываются границы раздела межфазных поверхностей, разделение смол неэффективно, что обусловливает перекрестное загрязнение смол.
Технический результат полезной модели состоит в повышении эффективности разделения смол при регенерации и в предотвращении их перекрестного загрязнения.
Технический результат достигается предлагаемой системой выносной регенерации, водоподготовительных установок, включающей рабочий фильтр смешанного действия с впускным и выпускным патрубками гидроперегрузки ионитов, фильтр разделения катионита и анионита и регенерации катионита с впускным и выпускным патрубками гидроперегрузки ионитов, верхним и нижним дренажными устройствами, средним дренажным устройством с выпускным патрубком гидроперегрузки ионитов и с содержащимся в этом фильтре слоем перегруженных на регенерацию ионитов, фильтр-регенератор анионита с впускным и выпускным патрубками гидроперегрузки ионитов, фильтр для промежуточного слоя с впускным и выпускным патрубками гидроперегрузки ионитов и трубопроводы напорной системы гидроперегрузки ионитов. Система характеризуется тем, что в фильтре разделения катионита и анионита и регенерации катионита выше уровня расположения средней дренажной системы установлено дополнительное дренажное устройство с выпускным патрубком гидроперегрузки ионитов (анионита), а выпускной патрубок фильтра для промежуточного слоя ионитов связан трубопроводом системы напорной гидроперегрузки с впускным патрубком гидроперегрузки ионитов рабочего фильтра смешанного действия.
Высота расположения упомянутой дополнительной дренажной системы над уровнем расположения средней дренажной системы в фильтре разделения катионита и анионита и регенерации катионита составляет 0,15-0,25 высоты всего слоя ионитной загрузки в этом фильтре.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором система выносной регенерации водоподготовительных установок представлена схематически в стадии положения всех слоев ионитов в фильтре-регенераторе-разделителе после их гидравлического разделения.
Система выносной регенерации ионитов для водоподготовительных установок включает рабочий фильтр смешанного действия 1, фильтр 2 для разделения катионита и анионита и регенерации катионита, фильтр-регенератор 3 для регенерации анионита и фильтр 4 для сбора промежуточного слоя ионитов. Все фильтры снабжены впускными 5 и выпускными 6 патрубками и сообщены между собой соответствующими трубопроводами 7 напорной системы гидроперегрузки ионитов (напорный насос не показан). В полости фильтров 1 и 2 установлены верхние 8 и нижние 9 и соответственно 10 и 11 дренажные устройства, в полости фильтра 4 - нижнее 12 дренажное устройство, а полости фильтра 2 установлено среднее 13 дренажное устройство с выпускным патрубком 14 для
гидроперегрузки ионитов промежуточного слоя. Над средней дренажной системой 13 с патрубком 14 установлено дополнительное среднее дренажное устройство 15 с выпускным патрубком 16 для гидроперегрузки ионитов (анионита). В полости фильтра 2 размещен слой истощенной фильтрующей ионитной загрузки 17, перегруженный из переведенного в стадию регенерации рабочего фильтра 1 (ФСД) для гидравлического разделения катионитов и анионитов и проведения в этом фильтре регенерации катионитов. Выпускной патрубок 6 фильтра 4 соединен с впускным патрубком 5 фильтра 1 соответствующим трубопроводом 7 напорной системы гидроперегрузки. Средние дренажные устройства 13 и 15 установлены в зонах соответственно верхней и нижней границ промежуточного слоя из смеси зерен катионита и анионита так, что эти устройства дистанцированы друг от друга на расстояние, равное 0,15-0,25 высоты слоя и вместе с боковыми стенками фильтра образуют замкнутый объем для промежуточного слоя ионитов.
В фильтре-регенераторе 3 для регенерации анионита, также как в фильтрах 1 и 2, установлены верхнее 18 и нижнее 19 дренажные устройства.
Система выносной регенерации ионитов водоподготовительных установок работает следующим образом.
В установке по завершении рабочей стадии (наступление истощения ионитной загрузки) и выходе рабочего фильтра 1 в режим регенерации фильтрующая ионитная загрузка, состоящая из смеси смол катионитов и анионитов, через выпусной патрубок 6 и соответствующий участок трубопровода 7 гидравлически перегружается в фильтр 2. В полости этого фильтра смолы подачей воды по трубопроводам обрабатываемой воды (не показаны) подвергаются взрыхляющей промывке и гидравлически разделяются по удельному весу на компоненты: внизу, ниже дренажного устройства 13, формируется слой катионитов, над дренажным устройством 15 формируется слой более легковесных анионитов, а между слоями катионитов и анионитов, между дренажными устройствами 13 и 15 формируется промежуточный, практически неразделимый, слой из тех зерен анионита и катионита, которые были изначально близки по своей объемной плотности (мелкие зерна катионита и крупные зерна анионита, а также зерна анионита, утяжеленные сорбированными из воды примесями, например, железа или органических веществ). Из полости фильтра 2 через патрубок 16, соответствующий участок трубопровода 7 и впускной патрубок 5 фильтра 3 анионитная смола гидравлически перегружается в фильтр-регенератор анионита 3, а промежуточный слой ионитов через патрубок 14 и патрубок 5 фильтра 4 через соответствующий трубопровод 7 системы гидроперегрузки - в полость фильтра 4 сбора промежуточного слоя. Благодаря наличию двух средних дренажных
2
4
устройств 13 и 15 промежуточный слой ионитов фиксируется в средней части фильтра 2 и выполняет буферную (разделительную) функцию. Фиксированное положение в фильтре 2 промежуточного слоя ионитов позволяет четко отделить его от всей массы фильтрующей загрузки и резервировать этот изолирующий слой на время раздельной регенерации катионитов и анионитов. Раздельная регенерация осуществляется: катионитов - регенерационным раствором кислоты (HSO) в фильтре 2 через дренажные устройства 10 и 11, а анионитов - раствором щелочи (NaOH) в фильтре 3 чрез дренажные устройства 18 и 19. При этом промежуточный катионитно-анионитный слой на время названных регенераций выстаивается в фильтре 4. В этом фильтре через дренажное устройство 12 поддерживают оптимальное отношение жидкой и твердой фаз (консистенцию пульпы) катионитно-анионитной смеси во время упомянутой раздельной регенерации катионитов и анионитов. По завершении процесса раздельной регенерации катионит и анионит гидравлически перегружаются соответственно из фильтра 2 и фильтра 3 через свои выпускные патрубки 6 по соответствующим трубопроводам 7 системы гидроперегрузки обратно в рабочий фильтр (ФСД) 1 через его впускной патрубок 5. Та же операция проводится с промежуточным анионитно-катионитным слоем из фильтра 4 в фильтр 1. В полости фильтра 1 зерна катионита, анионита и промежуточного слоя перемешиваются, например, потоком воды через дренажные устройства 8 и 9 (возможно и/или сжатым воздухом), подвергаются конечной отмывке до нейтральной реакции и в таком состоянии фильтрующей загрузки фильтр 1 (ФСД) запускается в штатный режим работы. При последующих регенерациях осуществляется гидравлическая перегрузка катионитно-анионитной смеси смол из фильтра 1 в фильтр 2.
При взрыхляющей промывке и гидравлическом разделении катионита и анионита в фильтре 2 заново формируется промежуточный слой из тех зерен, которые стали обладать близкими по плотности и размерам характеристиками. Таким образом промежуточный слой будет иметь переменный состав, каждый раз определяемый условиями работы фильтра 1 (ФСД), но именно указанный слой каждый раз будет изыматься из процесса регенерации, резервироваться и выстаиваться, чем предотвращается возможность попадания кислоты в анионитную часть, а щелочи - в катионитную часть ионитной загрузки. Таким образом практически исключается перекрестное загрязнение ионитов. Постоянность высоты промежуточного слоя при ротации его состава обеспечивается путем поддержания постоянными как общей высоты слоя ионитной загрузки фильтров, так и высоты слоев анионита и катионита при восполнении фильтрующей загрузки новым материалом взамен вымываемых изношенных и дефрагментированных зерен ионитных смол. Это позволяет локализовать и фиксировать промежуточный слой ионитов строго по
границам межфазового раздела ионитов, обеспечить четкое разделение катионитов, анионитов и промежуточного слоя. Кроме того, это обеспечивается выполнением высоты расположения дополнительной дренажной системы над уровнем расположения средней дренажной системы (или высоты промежуточного слоя) в предложенном интервале (0,15-0,25) высоты всего слоя 17 общей ионитной загрузки фильтре 2.
При выборе значения этого параметра ниже 0,15 происходит выход зерен ионитов промежуточного слоя за поверхности средних дренажных устройств, а при выборе значения этого параметра выше 0,25 происходит вход зерен ионитов анионитов и катионитов в промежуточный слой ионитов. Поэтому первый случай выхода за предложенный интервал значений дистанцирования средних дренажных систем сопряжен с возникновением перекрестного загрязнения ионитов, а второй - с «уходом» части анионита и катионита от регенерации из-за попадания в промежуточный слой, т.е. с недоиспользованием части объема фильтрующей ионитной загрузки.