Реферат: Обезжелезивание оборотных и шахтных вод
В воде ТЭС могут присутствовать разнообразные соединения железа. Основными факторами, определяющими преимущественное содержание в воде оксидов той или иной формы, являются ее температура, рН и окислительно-восстановительный потенциал Eh. Различные равновесия в системе оксиды—железо- вода оценивают следующим образом: при рН=2...5 преобладает реакция
Fe(ОН)3 -> Fe(ОН)2 - + OН-
ИлиFeOOH + H+ → Fe (OH)2 + ,
константа равновесия этой реакции при t=20° С:
при рН=5...11 протекает реакция
FeOOH + Н2 0 -> Fe(ОН)3 .
Молекулы Fe(OH)2 по мере повышения рН диссоциируют по схеме
Fe(OH)2 -> Fe(OH)+ + OH- и Fe(ОН)+ -> Fe2+ + ОН- .
При рН=8,5 ионы Fe(OH)+ и Fe2+ присутствуют в одинаковых количествах и обусловливают суммарную концентрацию железа около Ю-4 моль/кг, или 5600 мкг/кг.
В более щелочной области (рН-13) практически все молекулы Fe(OH)2 образуют гидрокомплексы согласно реакции
Fe(ОН)2 + ОН- → Fe(ОН)3 - .
Константа равновесия этой реакции при t—25° С
С он-
При больших значениях рН происходит реакция
Fe(ОН)2 + 20Н- → Fe(ОН)4 2-
Константа равновесия этой реакции K≈2,910-6 моль/кг.
Соединения железа склонны к образованию коллоидных растворов с частицами кристаллической или аморфной структуры. В ряде работ отмечается, что коллоиды α - FeOOHи Fe(OH)3 характеризуются двумя изоэлектрическими точками при рН=6,7 и 12. Как указывалось выше, для различных соединений железа существуют изоэлектрические точки при следующих значениях рН:
Вероятность присутствия в конденсате той или иной формы железа определяется модифицированной диаграммой Пурбе) (рис. 17.7). Максимально допустимое содержание кислорода, при котором еще устойчив магнетит, 400 мкг/кг.
Рис. 17.7 Диафрагма Пурбе для конденсата ТЭС
При большем содержании он может перейти в Fe(OH)3 (точнее, в y - FeOOHи Fе2 Оз*nН2 О). Редокс-потенциал (Е) должен быть не более +800 мВ (при рН 7) и содержание железа (III) резко ограничено; только в очень кислых и сильнокислых условиях активность этого иона более 10-6 . Основное поле диаграммы (при рН, близких к условиям работы ТЭС) занимают магнетит Fe3 04 и Fe2 03 (FeOOH). Термодинамически более устойчивым и поэтому преобладающим в циклах обычных ТЭС при температуре менее 570°С является магнетит. При высоких температурах магнетит образуется непосредственно по уравнению
3Fe+ 4Н2 0 → Fe3 04 + 4Н2 .
При более низких температурах образование Fe3 О4 происходит через промежуточный продукт Fe(OH)2 по реакции Шикорры
3Fe(ОН)2 → Fe3 04 + Н2 + 2Н2 0.
Скорость реакции, по Шикорру, уже при температуре более 50°С достаточно велика, катализаторами реакции являются ионы меди и никеля. При 200°С скорость реакции уже настолько велика, что практически наличие Fe(OH)2 или какого-либо другого оксида, но не магнетита, в воде обычных ТЭС можно не учитывать. Только при более высоком окислительно-восстановительном потенциале (например, при высоких концентрациях кислорода) устойчивыми оксидами и при повышенных температурах могут быть гематит или его гидратированные формы Fe(ОН)3 , FeOOHи т. д.
Первые установки конденсатоочистки предназначались только для задержания возможных примесей присосов солей и кремниевой кислоты и состояли лишь из ионитовых фильтров. Затем вследствие эксплуатационных затруднений, вызванных повышенным содержанием железа в конденсате, особенно при пуске блоков и после простоев оборудования, стали применять префильтры, для удаления продуктов коррозии.
Для удаления из конденсата продуктов коррозии на участках низкого давления системы регенеративного подогрева (t=120° С) и совмещения этого процесса с обессоливанием был разработан метод Паудекс-очистки. При этом способе горячий конденсат фильтруется через небольшой слой ионитов, намываемый на специальные фильтровальные элементы, что позволяет удалять даже коллоидные оксиды железа и кремниевую кислоту. Конструкция «Паудекс-фильтра» аналогична конструкции намывного механического фильтра. Он имеет свечи, на которые намывается смесь анионита и катионита толщиной 3...12 мм. Количество намываемого ионита составляет 1 кг/м2 при толщине слоя 6 мм, скорость фильтрования 10 м/ч, начальные потери напора 0,035 МН/м2 . Содержание в фильтрате железа, меди, кремниевой кислоты очень мало и находится в пределах чувствительности современных методов анализа. Паудекс-процесс проводится с ионитом в Н—ОН - форме, а также в NH4 —ОН - форме, в результате чего предотвращается снижение рН среды в Цикле.