Использование технической соли (минерал Галит) в технологии регенерации современных автоматических Na-катионитовых фильтров
В статье рассмотрена схема применения галита для регенерации автоматических установок Na-катионирования вместо дорогой таблетированной соли.
Расход соли для регенерации Na-катионитовых фильтров является одной из самых затратных статей при эксплуатации водоподготовительного оборудования.
Современные системы умягчения являются полностью автоматизированными. Оператору необходимо только досыпать соль в фидер (бак-солерастворитель) по мере ее расходования. Современные клапаны автоматического управления потоков в системах умягчения представляют собой сложное техническое устройство со множеством переходов, отверстий, сужающих устройств, инжекторов, плунжеров и т. д. Использование в таких устройствах растворов из неочищенной технической соли (галита) может привести к засорению устройства и выходу его из строя.
Производители клапанов управления потоками рекомендуют использовать для регенерации катионита таблетированную соль. Таблетированная соль – это соль, приготовленная выварочным способом для максимальной очистки. Раствор, полученный из такой соли, прозрачен, и на дне фидера не образуется нерастворяюшийся осадок. Содержание NaCl в таблетированной соли должно составлять не менее 99,0%. Для регенерации катионита систем умягчения содержание хлористого натрия в соли должно быть не менее 97%.
Основной недостаток таблетированной соли – это ее стоимость. В настоящее время при оптовых закупках 1 кг таблетированной соли стоит от 18 рублей. В качестве более дешевого аналога можно рассмотреть минеральный концентрат галит (техническая соль) высшей категории, который содержит 97—98% NaCl.
До появления на российском рынке таблетированной соли галит использовался повсеместно для целей водоподготовки. Стоимость 1 тонны галита высшего сорта составляет в среднем 4000 рублей, т.е. 1 кг галита стоит 4 рубля. Галит дешевле таблетированной соли в среднем в 4,5 раза. Возникает закономерный вопрос о возможности использования галита в современных системах умягчения воды, которые оснащены автоматическими клапанами управления потоками.
При растворении технической соли непосредственно в фидере (баке-солерастворителе) образуется большое количество загрязнений, изначально содержащихся в соли. Наблюдается образование устойчивой пленки на внутренней поверхности фидера и в солезаборной шахте. Образуется большое количество взвешенных веществ, нерастворимый осадок. Все это приводит к выходу из строя клапанов управления потоками. Также это негативно влияет на ионообменные качества катионита.
Учитывая данные обстоятельства, была разработана схема применения технической соли (галита «высший сорт») в автоматических установках умягчения воды. Для целей водоподготовки применим только высший сорт галита с содержанием NaCl более 97%.
На рис. 1 представлена принципиальная схема использования технической соли в автоматической установке умягчения воды, состоящей из автоматического клапана управления потоками (CLACK, FLECK), стеклопластикового корпуса с катионитом, фидера с солезаборным устройством. Данная установка является стандартной для подавляющего большинства современных систем умягчения воды средней и малой производительности.
Принцип работы:
Исходная жесткая вода поступает в клапан управления и перенаправляется на фильтрацию через катионит в корпус фильтра сверху вниз. После истощения катионита по ионам натрия требуется его регенерация. Регенерация катионита осуществляется рабочим раствором поваренной соли концентрацией 8—10%. Рабочий раствор соли получается путем смешения насыщенного раствора соли и исходной воды. Смешивание потоков происходит в клапане управления, и далее уже рабочий раствор поступает в фильтр. Насыщенный раствор имеет концентрацию около 26%. Рабочий раствор 8—10%. Насыщенный раствор приготавливается предварительно в фидере (баке-солерастворителе). Оператор засыпает таблетированную соль в фидер. Вода поступает в фидер автоматически в течение четко установленного времени после каждой автоматической регенерации установки. Количество воды, поступившее в фидер, является очень важным показателем, во многом определяющим эффективность расходования соли на регенерацию катионита.
Объем воды в фидере определяется двумя условиями:
1. Временем заполнения бака.
2. Аварийным поплавковым клапаном, регулирующим максимальный уровень воды в фидере.
Оба условия не всегда четко позволяют обеспечить количество насыщенного раствора соли в фидере для оптимального ведения процесса регенерации. К примеру, на 1 литр катионита, как правило, для воды средней жесткости требуется 120 г поваренной соли. Если в фильтре засыпано 100 литров катионита, то для регенерации потребуется 12 кг соли или 40 литров насыщенного 25% раствора. Производители водоподготовительного оборудования указывают на то, что объем нерастворившейся соли в фидере должен быть чуть выше уровня воды. Стоит помнить, что нерастворившаяся соль занимает существенный объем в фидере и количество поступившей в фидер воды в автоматическом режиме может быть недостаточно для получения необходимого количества насыщенного раствора. Увеличение времени поступления воды в фидер в данном случае не исправит ситуацию, т.к. поплавковый клапан перекроет линию подачи воды при повышении объема воды до максимального уровня, при том что большая часть внутреннего объема фидера занята нерастворившейся таблетированной солью.
В любом случае такай способ получения насыщенного раствора соли не позволяет полностью контролировать ведение процесса умягчения воды при оптимальных параметрах по потреблению соли. Требуется длительная отстройка процесса дозасыпки соли и времени набора воды в фидер. Эффективность данного процесса можно отследить только спустя некоторое время при определении удельного потребления соли на 1 м3 получаемой умягченной воды по результатам ведения учета за расходами соли и воды.
В соответствии со схемой на рисунке 1 насыщенный раствор технической соли приготавливается в отдельной емкости объемом значительно большим, чем объем фидера. Объема полученного насыщенного раствора соли должно хватать на несколько регенераций. «Грязный» насыщенный раствор поступает с помощью насоса на фильтр осветления. Насос необходимо оборудовать обратным клапаном и реле давлением, а также угловым сетчатым фильтром на входе. Фильтр осветления представляет собой стеклопластиковый корпус типоразмеров 8—32 с ручным клапаном управления потоками. Фильтр загружен высокоэффективной осветляющей загрузкой Filter AG. Расход воды через фильтр должен быть не более 0,4 м3/час. После осветления насыщенный раствор поступает в фидер. Уровень заполнения фидера раствором контролируется поплавковым клапаном. Таким образом, в фидер можно набрать четкое количество насыщенного раствора, необходимое для регенерации катионита. При увеличении перепада давления на фильтре осветления выше 0,5 бар необходимо провести взрыхление и отмывку фильтра в дренаж. Для этого к подводящей линии насыщенного раствора необходимо подключить трубопровод с исходной водой.
Автоматизация процесса заключается в установке микропереключателя в автоматический клапан управления умягчением. Микропереключатель должен включаться (замыкать контакт) при автоматическом выходе установки умягчения в регенерацию. При замыкании контакта должен включаться (перекрываться) соленоидный клапан (нормально открытый). Тем самым перекрывая подачу насыщенного раствора в фидер. В процессе регенерации насыщенный раствор инжектируется из фидера и, смешиваясь с исходной водой, поступает на регенерацию катионита. Поплавковый клапан в солезаборном устройстве по мере уменьшения насыщенного раствора в фидере открывается, но закрытый соленоидный клапан не дает раствору после фильтра осветления поступать в фидер. Таким образом, на регенерацию катионита тратится точно отмеренное количество раствора. После завершения регенерации клапан управления в автоматическом режиме начнет заполнять фидер исходной водой. Необходимо выключить или сделать минимальной эту стадию (прим. 1 мин). После завершения регенерации и стадии «заполнение фидера водой» микропереключатель разомкнется и соленоидный клапан откроется. Начнет происходить заполнение фидера насыщенным раствором из емкости. Фидер заполнится насыщенным раствором до срабатывания поплавкового клапана солезаборного устройства. Цикл завершен.
Данная схема является простой в эксплуатации и не дорогой. При использовании в котельных производительностью по умягченной воде 1,5 м3/час дополнительно приобретенное оборудование окупается менее чем за полгода за счет экономии на более дешевой технической соли. При большей производительности срок окупаемости еще меньше.
Пример расчета экономического эффекта от использования технической соли в системах умягчения воды вместо таблетированной соли.
Исходные данные
Паровая котельная с установленной системой умягчения воды производительностью 1,5 м3/час. Суточное количество умягченной воды – 36 м3.
Исходная вода – питьевой водопровод г. Саратова. Общая жесткость исходной воды – 4,0 мг-экв/л (0Ж).
При такой жесткости исходной воды удельный расход соли на 1 м3 исходной воды составит 0,45 кг. Т.е. суточный расход соли составит 0,45*36=16,2 кг.
Затраты в сутки на таблетированную соль – 16,2*18=291,6 руб/сут.
Затраты в сутки на техническую соль – 16,2*4=64,8 руб/сут.
18 – стоимость 1 кг таблетированной соли, руб.
4 – стоимость 1 кг технической соли, руб.
Экономия при применении технической соли составит 291,6—64,8=226,8 руб/сут.
Стоимость дополнительно устанавливаемого оборудования для использования технической соли:
1. Емкость насыщенного раствора (1000 л) пластиковая – 10 000 руб.
2. Насос с реле давления и обратным клапаном – 4000 руб.
3. Фильтр осветления с ручным управлением – 12000 руб.
4. Соленоидный клапан (н.о.) ½ “ – 3000 руб.
5. Трубопроводы, КиП и Монтажные работы – 11000 руб.
Итого: 40 000 руб.
Срок окупаемости 40000/226,8= 176 суток
Вывод: использование технической соли вместо таблетированной в котельных с производительностью по умягченной воде более 1,0 м3/час является оправданным и создающим значительный экономический эффект за счет использования более дешевой соли. Оборудование, применяемое при модернизации стандартной схемы, окупается менее чем за год. Режимная наладка установки умягчения при использовании предлагаемой схемы становится более эффективной в процессе регулирования расхода соли для регенерации катионита, что позволит избежать необоснованного перерасхода соли.
