Физико-химические исследования воды ОАО третьей генерирующей компан

Физико-химические исследования воды ОАО третьей генерирующей
компании «Харанорская ГРЭС»
Хохрякова А.А., студент гр. Хим-13
Тютрина С.В., к.т.н., доцент
Забайкальский государственный университет
г. Чита, Россия
Physico-chemical studies of the water of a third generation company
"Kharanorskaya GRES"
Khokhryakova A.A. student
Tyutrina S.V. associate professor
Transbaikal State University
Chita, Russia
К химическому составу питательной воды, используемой для работы
котельных установок тепловых электростанций, предъявляются весьма
жесткие требования. Одной из основных причин снижения эффективности
работы теплообменников и котлов является их загрязнение твёрдыми
отложениями. При длительном нагреве воды, содержащей кремниевые
кислоты и соли данных кислот, на поверхности различных материалов
образуется накипь, являющаяся результатом химических реакций с участием
растворимых примесей, которые переходят в нерастворимое состояние.
Состав накипи влияет на ее прочность и степень сложности ее удаления.
Один из самых трудноудаляемых видов отложений – накипь, в состав
которой входят силикаты – соединения кремния. Они являются постоянным
компонентом примесей в питательной воде, поступающей в обогреватель и
затем в котельную установку. Образующийся вследствие испарения воды пар
обычно уносит с собой сравнительно небольшое количество солей, большая
же часть солей остается в еще не испарившейся воде, в ней же остается
кремниевая кислота. Кремниевая кислота переходит из растворенного
состояния в твердое и отлагается на внутренней поверхности труб. Для
уменьшения отложения кремниевых кислот в виде накипи следует перевести
кислоты в не растворимое состояние и отфильтровать осадок до того, как
питательная вода попадет в обогреватель. Примеси соединений кремния,
встречающиеся в воде, находятся в растворенном или коллоидном состоянии,
их основными компонентами являются производные орто- (H4SiO4) и
метакремниевой (H2SiO3) кислот. Вид коллоидного состояния соединений
кремния определяется их соотношением с водой. Так, если на одну молекулу
двуокиси кремния в коллоидном состоянии приходится около 300 молекул
воды, то образуется гель. В случае если содержание воды понижается до 30–
40 молекул – появляется твердый продукт, образующий при нагреве хрупкое
рыхлое вещество (ксерогель). Данное вещество, имеющее большую
удельную поверхность, которая может достигать 800 м2/г, обладает сильной
адсорбцией к различным веществам. Эти гели поглощают различные
частицы, не вступая с ними в химическое взаимодействие, и образуют
прочные системы за счет своего связующего действия.
Нами проводилось исследование питательной воды, используемой
ОАО Третьей генерирующей компании оптового рынка электроэнергетики
«Харанорская
ГРЭС»,
по
данным
лаборатории
данной
компании
максимальная концентрация растворенной кремниевой кислоты в воде
составляет 9,4 мг/дм3 . Использовать химические способы очистки воды от
кремниевых кислот на данном объекте нельзя, т.к. отработанная вода
сбрасывается в открытый водоем общего пользования. Для решения
поставленной проблемы очистки как технологической, так и питательной
воды от кремниевых кислот, необходимо перевести коллоидные формы орто(H4SiO4) и метакремниевой (H2SiO3) кислот в не растворимое состояние с
последующим фильтрование осадка. Используя метод термогравиметрии,
нами определялись формы кремниевых кислот, находящиеся в коллоидном
состоянии. Анализируя результаты ТГ, ДТГ, ДСК, представленные на
рисунке 1, в диапазоне температур от 0 до 650°C в атмосфере воздуха, можно
сделать следующие выводы: максимальная скорость потери веса достигается
при 105,3°C, наблюдается сильный эндотермический скачек, по которому
можно сказать, что вся вода разом отщепляется.
Рисунок 1. Термограмма питательной воды, содержащей кремниевые кислоты.
При температурах от 100 до 200°C, происходит максимальная потеря
веса 12,87%. Далее наблюдаются два кварцевых пика в интервале от 499 до
580°C, с общей потерей массы до 1,95%.
Количество связанной воды
удаляется с заметным слабым эндотермическим эффектом при 499,7°C.
Экзоэффект на кривой ДСК, соответствует переходу кремниевой кислоты в
кремнезём (или ксерогель).
Остаточная масса после сжигания 78,18%.
Летучие продукты реакции: СО, СО2, H2О. На основании полученных
результатов мы предполагаем, что в питательной воде, поступающей в
котельные установки ОАО Третьей генерирующей компании «Харанорская
ГРЭС», находится коллоидная форма ортокремневой кислоты. Далее нами
определялась
плотность
питательной
воды
с
помощью
ареометров,
гидростатических весов и пикнометров разного устройства. Плотность
вязких жидкостей находят методом взвешенных капель. Для определения
плотности вещества пикнометрическим методом используют пикнометры –
стеклянные сосуды специальной формы и определённой вместимости. При
определении плотности методом гидростатического взвешивания измеряют
кажущееся уменьшение веса образца при погружении его в жидкость [1].
Эту процедуру повторяют, массы не должны отличаться более чем на
0,002 г. Также необходимо измерить температуру воздуха в помещении, где
производилось взвешивание.
Масса пустого пикнометра mп, г
6,8577
Масса пикнометра с водой mп+в, г
13,3874
Температура воздуха в помещении tвоздуха, °С
Плотность воды при 25°С ρ25(H2O), г/см3
25
0,9970
Далее исследуемое вещество 0,01г помещают в пикнометр (горлышко
пикнометра очищают от попавших частиц вещества фильтровальной
бумагой) и взвешивают (mп+вещ), затем пикнометр заполняют водой на
половину и слегка встряхивают пикнометр, чтобы удалить пузырьки воздуха,
внесенного в пикнометр вместе с кристаллами исследуемого вещества.
Приливают в пикнометр воду до метки, термостатируют и взвешивают
(mп+вещ).
Масса пикнометра с веществом 0,01г mп+вещ, г
12,7953
Далее повторяют все действия с разным весом вещества от 0,02 до 0,10 г.
Масса пикнометра с веществом 0,02г mп+вещ, г
12,8085
Масса пикнометра с веществом 0,03г mп+вещ, г
12,8246
Масса пикнометра с веществом 0,04г mп+вещ, г
12,8582
Масса пикнометра с веществом 0,05г mп+вещ, г
12,9085
Масса пикнометра с веществом 0,06г mп+вещ, г
12,9385
Масса пикнометра с веществом 0,07г mп+вещ, г
12,9291
Масса пикнометра с веществом 0,08г mп+вещ, г
12,9318
Масса пикнометра с веществом 0,09г mп+вещ, г
12,9340
Масса пикнометра с веществом 0,10г mп+вещ, г
12,9354
Произведем расчет плотности вещества по формуле:
Полученные
результаты
используем
для
построения
графической
зависимости плотности от концентрации (рис.2)
ρ0,02 = 0,9086
ρ0,05 = 0, 9652
ρ0,08 = 0,9318
ρ0,03 = 0,9111
ρ0,06 = 0, 9285
ρ0,09 = 0,9340
ρ0,04 = 0,9163
ρ0,07 = 0,9291
ρ0,10 = 0,9354
На основании полученных данных мы можем сделать вывод, что
питательные воды, поступающие в котельные установки ОАО Третьей
генерирующей компании «Харанорская ГРЭС», в качестве примесей входит
ортокремневая кислота в коллоидной форме, которую необходимо удалить,
переведя ее в не растворимое состояние.
1. И. П. Горюнова Теоретические и экспериментальные методы исследования
в химии Методические указания к лабораторным работам / И. П.
Горюнова. – Электрон. издан. – Кемерово : КузГТУ, 2014. –