Фильтровании

На рис. 7-9 дано графическое изображение характера протекания процесса осветления воды по высоте фильтру­ющего слоя в зависимости от времени после начала фильтрования. Кривая 1 характерна для начала процесса t1, когда осветление воды происходит на участке тол­щиной х₀. На остальной части фильтрующего слоя тол­щиной (l—х₀) концентрация взвеси изменяется незначи­тельно, так как после извлечения из воды всех способ­ных к прилипанию частиц в ней остаются устойчивые частицы, которые плохо задер­живаются фильтрами. С течени­ем времени по мере накопления осадка в фильтрующем слое роль его верхних слоев, как показыва­ют кривые 2, 3 и 4, уменьшается, и после предельного насыщения их осадком они перестают освет­лять воду.

С уменьшением роли верхних слоев возрастает роль слоев за­грузки, расположенных ниже, а толщина загрузки, участвую­щая в осветлении воды, увеличи­вается. Когда вся толщина, за­грузки окажется недостаточной для обеспечения требуемой полноты осветления воды, кон­центрация взвеси в фильтрате будет быстро возрастать. Толщина слоя загрузки, которая к моменту времени t ₄ находится в состоянии предельного насыщения, обозна­чена через х _нас. Интенсивность задержания взвеси каж­дым элементарным слоем загрузки с течением времени уменьшается; это влияние объясняется тем, что отложе­ния на поверхности зерен загрузки образуют характер­ную для геля рыхлую сетчатую структуру, которая яв­ляется весьма непрочной. В результате действия гидро­динамических сил, возникающих при движении воды, структура отложений разрушается, и некоторая часть ра­нее прилипших частиц отрывается от зерен в виде мел­ких хлопьев и проносится в следующие слои загрузки, где вновь задерживается. Таким образом, эффект освет­ления воды каждым элементарным слоем фильтрующего материала является суммарным результатом двух про­тивоположных процессов: прилипания извлеченных из воды частиц к поверхности зерен загрузки и отрыва под действием гидродинамических сил потока прилипших ранее частиц, обратно поступающих в воду. Эти два процесса обусловливают кинетику фильтрования воды, загрязненной взвешенными частицами: изменение концен­трации взвеси в воде и количества отложений в толще фильтрующего слоя с течением времени. Осветление и накопление осадка в каждом элементарном слое фильтра происходит до тех пор, пока прилипание частиц идет бы­стрее, чем их отрыв. С накоплением осадка отрыв частиц увеличивается, и, когда насыщение элементарного слоя приблизится к предельному, слой перестанет осветлять воду.

В верхних слоях загрузки фильтра задерживается наибольшее количество взвеси, и эти слои раньше других могут оказаться в состоянии предельного насыщения. Постепенно область предельного насыщения распростра­няется в глубь загрузки. Одновременно в глубь загрузки перемещается и область интенсивного изменения кон­центрации взвеси в воде.

Интенсивность работы осветлительных фильтров ха­рактеризуется скоростью фильтрования, выраженной в м/ч и численно равной часовой производительности 1 м² сечения фильтра [м³ / (м²*ч)]. Скорость фильтрова­ния можно вычислить по формуле

W = Q / F, м/ч

где Q — часовое количество фильтруемой воды, м³/ч

F — площадь фильтрования, м².

Фильтрование воды происходит за счет разности дав­ления над h’ и под h" фильтрующим слоем: ∆ h = h’—h". Величина ∆ h называется перепадом давлений или по­терей напора в фильтре. Потеря напора в фильтрую­щем слое или сопротивление этого слоя тем больше, чем больше скорость фильтрования, высота фильтрующего слоя и степень засорения последнего загрязнениями, уда­ляемыми из воды, и чем меньше размеры зерен филь­трующего материала и температура фильтруемой воды. Процесс осветления воды фильтрованием сопровождает­ся увеличением гидравлического сопротивления фильтра вследствие накопления в нем задержанной взвеси и уменьшения свободного объема пор между зернами фильтрующего материала. Потеря напора при этом по­вышается от некоторой наименьшей величины, соответствующей чистому слою и равной 0,4 м вод. ст., до ма­ксимально допустимой, составляющей 3 м вод. ст. для безнапорных и 10 м вод. ст. для напорных осветлитель­ных фильтров.

По мере увеличения сопротивления фильтра умень­шаются скорость фильтрования и производительность фильтра. Поэтому для обеспечения необходимой производительности фильтра приходится периодически увели­чивать перепад давлений в нем путем увеличения степени открытия задвижки на трубопроводе подвода воды к фильтру. При достижении максимально допусти­мого загрязнения, характеризуемого предельно допу- стимой потерей напора, фильтр выключается из рабо­ты на взрыхляющую промывку, которая со­стоит в пропуске через него осветленной воды снизу вверх. Период работы фильтра от начала одной промыв­ки до начала следующей называется фильтроциклом. Продолжительность фильтроцикла T+t складыва­ется из полезной работы фильтра между промывками Т и продолжительности выключения фильтра на промыв­ку t. Величина T+t зависит от удельной грязеемкости фильтра (т. е. от количества килограммов за­грязнений, задержанных фильтром за цикл, отнесенного к 1 м³ фильтрующей загрузки), основных размеров филь­тра (площади фильтрования и высоты фильтрующей за­грузки), концентрации взвешенных вещеста в фильтруе­мой воде и часовой производительности фильтра.

б ) Осветлительные фильтры

Осветлительные фильтры, применяемые на водоподготовительных установках тепловых электростанций, схе­мы которых приведены на рис. 7-10, классифицируются по следующим признакам:

1) по типу — на вертикаль­ные (а—k) и горизонтальные (л, м);

2) по давлению воды над фильтрующим слоем — на самотечные или от­крытые (а), работающие под напором, создаваемым раз­ностью уровней воды в фильтре и сборном баке освет­ленной воды, и напорные или закрытые (б—м), рабо­тающие под напором, создаваемым насосом или высоко расположенным баком;

3) по количеству последователь­но работающих фильтрующих слоев — на однослойные (а, б, в, е, к, л, м) и двухслойные (г, д);

4) по числу параллельно работающих камер — на однокамерные (а,6, в, д, л, м), двухэтажные (е), двухкамерные (г, ж), трехкамерные (з) и батарейные(и, к);

5)по способу фильтрования на однопоточные (а, б, г, д, л) и двух поточные (в, м).

Наиболее широкое применение на станциях получили вертикальные напорные однопоточные фильтры диаметром до 3 400 мм, определяемым габаритами транспортабельности, с предельной производительностью до 90 м³/ч

-

ж)

з)

Рис. 7-10. Принципиальные схемы осветлительных фильтров.

. На рис, 7-11 показана конструк­ция однопоточного вертикального осветлительного филь­тра. Корпус такого фильтра представляет собой стальной цилиндр со штампованными сферическими днищами, рассчитанный на давление 6 кгс/см². В верхнюю часть фильтра введены труба 1 с воронкой 8 для подвода и распределения по площади фильтра фильтруемой воды и труба 9 для отвода воздуха. В цилиндрической части корпуса имеются люки 10 и 11 для осмотра и ремонта фильтра и для выгрузки фильтрующего материала. Ниж­нее днище заполнено бетоном 4 для создания горизон­тальной плоскости, на которой располагается дренажное устройство 5, предназначенное для равномерного распре­деления воды по площади фильтра, отвода 2 осветленной воды из-под фильтрующего слоя и предотвращения вы­носа из фильтра вместе с осветленной водой зерен филь­трующего материала 7. Над дренажным устройством

Рис. 7-11. Напорный осветлительный фильтр.

установлено аналогичное распределительное устройство 6 для сжатого воздуха. Через задвижку 3 подается вода для взрыхляющей промывки фильтрующего слоя.

Дренажное устройство является весьма важным эле­ментом осветлительного фильтра. Наиболее широкое рас­пространение получили колпачковые дренажные устрой­ства, в которых на ниппели стальных распределительных труб навинчиваются щелевые дренажные колпачки, име­ющие различные конструкции. На рис. 7-12 показан фарфоровый дренажный колпачок, который достаточно стоек против истирания крупным песком при промывке фильтра.

Рис. 7-12. Дренажный щеле­вой фарфоровый колпачок. 1— резьба; 2 — щель.

В последнее время все более широкое распро­странение приобретает бесколпачковое трубчато-щелевое дренажное устройство, которое является наиболее простым и прочным и представля­ет собой коллектор с боковыми распределительными трубками из винипласта, полиэтилена или нержавеющей стали с про­резанными в них вертикально или наклонно щелями шириной 0,5 мм. Во избежание нежела­тельного уноса в дренаж филь­трующего материала при взрыхляющей промывке филь­тра на сливной линии устанав­ливаются специальные огра­ничители взрыхления (регуля­торы скорости промывки), которые выполняются или в виде вращающейся в трубе заслонки, степень открытия которой регулируется поплавком, или в виде дроссельной шайбы.

Разработанные в послед­ние годы двух- и трехкамерные фильтры (рис. 7-13) разделены на две или три камеры плоскими про­межуточными днищами, рассчитанными из условия возможного перепада давлений в соседних камерах, равного 1 кгс/см². Плоские днища имеют анкерные трубы для обеспечения необходимой же­сткости. В этих трубах в верхних зонах камер имеются щели для выравнивания давления в камерах фильтров. На верхнем сферическом днище установлен вантуз для автоматического удаления воздуха из фильтра.

Преимуществом двух- и трехкамерных фильтров по сравнению с однокамерными является то, что они при одном и том же диаметре имеют вдвое и втрое большую производительность, что создает возможность лучшего использования площади пола и кубатуры помещения водоподготовительной установки. Кроме того, благодаря меньшему количеству сферических днищ камерные филь­тры получаются легче, чем два-три однопоточных филь­тра той же суммарной производительности: двухкамер­ный фильтр типа ж (рис. 7-11) легче, чем двухэтажный фильтр типа е той же производительности.

Рис. 7-13. Двухкамерный осветлителъный фильтр.

Еще более компактными осветлительными фильтрами являются четырехкамерный (рис. 7-10,и) и шестикамерный (рис. 7-10,с) батарейные фильтры большой произ­водительности (364 и 546 м³/ч), созданные путем объеди­нения двух и трех двухкамерных фильтров диаметром 3 400 мм, установленных впритык и имеющих общий фронт трубопроводов и арматуры. При этом все камеры работают параллельно, но предусмотрена возможность раздельного отключения каждого из фильтров для про­мывки фильтрующей загрузки. При такой конструкции уменьшаются количество установленных фильтров, удель­ная кубатура здания водоподготовительной установки, количество потребной арматуры и средств дистанцион­ного управления фильтрами.

На водоподготовительных установках в последние годы начали широко применяться двухслойные осветлительные фильтры большой грязеемкости (рис. 7-10,д). После загрузки этих фильтров кварцевым песком и взрыхляющей промывки последнего из них удаляется верхний слой высотой 200—300 мм наиболее мелкого пе­ска, оставляя нижний слой загрузки с размером зерен 0,65—0,75 мм, на который загружается слой дробленого антрацита высотой 500 мм с размером зерен 1,0—1,25 мм. В результате такой замены фильтрующая пленка на по­верхности антрацита образовываться не будет, а содер­жащиеся в воде взвешенные вещества будут проникать в поры слоя дробленого антрацита и задерживаться на поверхности его частиц и лежащем ниже слое кварцевого песка. Так как плотность антрацита почти в 1,5 раза меньше плотности кварцевого песка, слой дробленого антрацита может состоять из более крупных зерен, чем зерна лежащего ниже кварцевого песка, без опасности перемешивания их во время взрыхляющей промывки. Такие фильтры могут применяться только в тех случаях, когда допустимо использование кварцевого песка в каче­стве фильтрующего материала.

Поиск по сайту: