способ умягчения воды замораживанием

Формула изобретения

Способ умягчения воды замораживанием, включающий замораживание воды и ее последующее оттаивание, отличающийся тем, что воду замораживают при температуре -2...-7С с выдержкой при указанной температуре в течение 12-24 ч или 36 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области энергомашиностроения и предназначено для водоподготовки для котельных и ТЭС малой и средней мощности.

Известен способ умягчения воды путем введения соединений щелочного металла, отстаивания и последующей нейтрализацией кислотой до рН<9, в качестве соединений щелочного металла используют едкий и углекислый калий в массовом соотношении 0,1-1:0.9-1 и количестве, определяемом зависимостью: (20-70)·(Ж_общ-Ж_ост), где Ж_общ - общая жесткость воды, ммоль/л; Ж_ост - требуемая остаточная жесткость воды, ммоль/л. Возможно нагревание воды до 50-70С перед введением соединений. В качестве нейтрализации используют пищевую кислоту. Вместо пищевой кислоты можно использовать фосфорную кислоту (Патент РФ 2091334, м.кл. C 02 F 5/02, 1993).

Известен также способ умягчения воды, включающий обработку известковым молоком до рН 9-11 кислых сточных вод природным ионообменным содержащим кремний сорбентом. В качестве сорбента используют опоки с размером частиц 2-7 мм (Патент РФ 2046108, м.кл. С 02 F 5/00, 1991).

Аналогом также является способ обработки воды для барабанных котлов, включающий введение фосфата натрия, гидроксида натрия, аммиака и гидразина, гидроксид натрия вводят в питательную воду при концентрации 30-100 мкг Na/кг воды, при этом концентрация аммиака не превышает 400 мкг NН₃/кг воды (Патент РФ 2033396, м.кл. С 02 F 5/00; С 23 F 11/6, 1992).

Недостатком этих трех способов является то, что для умягчения воды используют химические реагенты, которые повышают значение рН (выходящее за пределы диапазона рН 6,5-8,5, оптимального для водоемов), увеличивают концентрацию солей и грубодисперсных примесей.

Также известен аналог: способ обеззараживания сточных вод, включающий их замораживание с целью повышения эффективности обеззараживания, замораживание осуществляют путем складирования методом дождевания в атмосфере с отрицательной температурой воздуха и подвергают воздействию солнечной радиации послойно как при складировании, так и при таянии льда (Авторское свидетельство СССР 1838244, м.кл. С 02 Р 1/22, 1991).

Недостатком этого аналога являются его ограниченные функциональные возможности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ улучшения качества питьевой воды вымораживанием, заключающийся в ее замораживании, дроблении льда и его таянии, замораживание воды проводят до 70-90% от ее объема, таяние льда осуществляется путем теплоизоляции его боковых и нижних поверхностей до образования 30-55% от объема талого стока с последующем удалением (Патент РФ 2077160, м.кл. С 02 F 1/22, 1994).

Недостатком являются ограниченные функциональные возможности.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей способа за счет изменения параметров замораживания воды (время, температура), оценки показателей качества и применения умягченной воды в водогрейных котлах и тепловых пунктах, а также в других объектах теплоэнергетики.

Поставленная задача решается тем, что в способе умягчения воды замораживанием, включающем замораживание и ее последующее оттаивание, в отличие от прототипа воду замораживают при температуре -2...-7С с выдержкой при указанной температуре 12...24 ч или 36 ч.

Умягченную воду используют в качестве рабочего тела для получения сетевой воды в энергетике (водогрейных котлах, тепловых пунктах, калориферах).

Сущность изобретения заключается в производстве воды со сниженным содержанием солей жесткости (умягченной воды) для производственных нужд котельных и ТЭС малой и средней мощности.

Существо изобретения поясняется схемой реализации способа, изображенной на фиг.1. В схеме указаны источник энергии 1, холодильник 2, устройство замораживания 3, источник тепла 4 и резервуар умягченной воды 5.

Пример конкретной реализации способа. Известно (Жабо В.В. Охрана окружающей среды на ТЭС и АЭС: Учеб. для техникумов. - М.: Энергоатомиздат, 1992, 240 с.), что изменение фазового состояния воды ведет к уменьшению ее жесткости.

В лабораторных условиях проведены экспериментальные исследования жесткости воды объемным трилонометрическим методом и щелочности объемным методом. Определялась зависимость этих показателей качества воды от условий ее замораживания.

Результаты эксперимента приведены в табл. 1.

По результатам экспериментальных исследований (табл. 1) можно сделать следующий вывод: общая жесткость и щелочность воды снижаются при замораживании. В частности, при прочих равных условиях: 1) изменение температуры замораживания с -7 до -3С снижает общую жесткость воды с 0,5 до 0,12 мг-экв/дм³; 2) уменьшение относительной массы получаемого льда с 80 до 62% снижает общую жесткость с 0,5 до 0,12 мг-экв/дм.

Причем индекс карбонатный - это предельное значение произведения общей щелочности и кальциевой жесткости воды (мг-экв/дм³), выше которого протекает карбонатное накипеобразование с интенсивностью 0,1 г/(м²·ч) при рН 10,5.

Относительная масса льда - отношение массы полученного льда к массе исходной воды.

Нормы качества для сетевой воды водогрейных котлов в соответствии с РД 34.20.501-95В Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей приведены в табл. 2

Сравнение данных табл. 1 и 2 позволяет сделать вывод о том, что качество воды, подготовленной методом замораживания (пробы №3 и №4), удовлетворяет нормам сетевой воды для водогрейных котлов.

В качестве холодильника или источника тепла можно использовать сезонный холод или тепло.

Например, воду в летних условиях забирают из открытого водоема, пропускают через фильтр механической очистки, затем воду замораживают при температуре -2...-7С, в течение 12...24 ч или 36 ч. Количество энергии, необходимое для умягчения 1 кг воды, определяется по известным формулам из термодинамики. При этом извлекают от 50 до 75% льда (умягченной воды) от исходного количества.

Таким образом, поставленная задача решается путем использования умягченной воды в области энергетики.