1
Szűrőgyerta hidrodinamikai vizsgálata Mérés célja: 1. Üres-gyertya (rés-szűrő) áramlási nyomásesésének mérése a térfogatáram függvényében. 2. Powdex (feliszapoló porgyantás) eljárással üzemelő iszapszűrő áramlási nyomásesésének mérése a térfogatáram függvényében.
1. Bevezetés A gyakorlat során egy hazai gyártmányú szűrőiszap szűrőtulajdonságait és egy hazai gyártmányú szűrőgyertya hidrodinamikai jellemzőit vizsgáljuk. Atom- és konvencionális hőerőművekben elterjedten alkalmazzák a feliszapoló szűrõket, ahol szűrõiszapként aktívszenet, cellulóz-iszapot, perlitet, kovaföldet valamint mikroszemcsés por (gyöngypolimer gömbgyantából aprítással készített) és mikroszemcsés gömbgyanta (ilyen méretben előállított) iszapokat alkalmaznak szűrési feladatokhoz. Atomerőművekben a feliszapoló szűrőket a szekunder vízkör teljesáramú tisztításánál, a kiégett fűtőelemeket tároló medence vizének tisztításánál és a radioaktív hulladékoldatok kezelésénél, konvencionális hőerőművekben pedig a kondenzvizek szűréssel történő tisztítására alkalmazzák. Üzemi berendezésekben nagyfelületű szűrőgyertyára vagy szűrőtálcára iszapolják fel a szűrőiszapot vékony rétegben (max. 1cm). Ha a szűrõiszap porgyanta vagy mikroszemcsés gömbgyanta, a feliszapoló szűrést a külföldi szakirodalomban POWDEX eljárásnak nevezik. A Powdex-eljárással történő feliszapoló szűrés a többi vízkezelő eljáráshoz képest előnyökkel és hátrányokkal is jár: Előnye: - A feliszapoló szűrésnek lényegesen (30-50%-kal) jobb a szűrőhatása és a fajlagos szennymegkötő képessége, mint a szokványos, oszloptechnikával történő szűrés esetén - A feliszapoló szűrõk kondenzvíz, illetve forróvíz kezelésénél 90-110 C-on is üzemeltethetők, mivel a viszonylag rövid idejű, egyszeri felhasználás miatt nem bomlik jelentős mértékben a szűrőgyanta. Hátránya: - Mivel a porított és a mikroszemcsés gyantáknak is igen csekély az ioncsere kapacitása (mert a gyantamennyiség kicsi), így csak a már előzőleg sómentesített, kis sótartalmú, azaz nagytisztaságú vizek szűrésére alkalmazható. - Kimerülés után a szűrőiszapot nem gazdaságos regenerálni, cserélni kell. Hazánkban jelenleg a Tiszai Hőerőmű II. 4x125 MW-os blokkjainál a kondenzátum tisztításához alkalmaznak POWDEX rendszerű szűrőberendezést. A tisztítást a THEODOR CHRIST cég 4 db szűrőtartályba épített, összesen 800 db szűrőgyertyára feliszapolt "MIKROVARION KS+AT" kevertágyas mikroszemcsés gömbgyanta flokkulátummal végzik. A szűrőberendezések 70-100 óráig üzemelnek.
2
Az iszapszűrő kimerülését a gyertyán megnövekedett nyomásesés jelzi. Ekkor a gyertyákat víz-levegő árammal visszamossák, és a kimerült (a kiszűrt vasoxi-hidroxidok miatt lekvárszerű) szűrőiszapot friss iszapflokkulátumra cserélik. A kimerült iszapot nem regenerálják, mert a vasoxidok eltávolítása a gyantafelületekről költséges és nehézkes. Az iszapszűrés ipari megvalósítását az 1. ábrán mutatjuk be:
A 1 2 3 4 5 7
kondenzvíz bevezetés szűrő ház szűrőgyertyák szűrőtest-tartó lemez előmelegítő gyantacsapda keverő kád
8 9 10 11 12 13
szűrőiszap adagoló kiegyenlítő kád keringető szivattyúk tápszivattyú szűrési segédanyag injektáló szivattyú differenciálmanométerek
1. ábra A Powdex-eljárásnál a szűrőiszapot egy zagytartályban, a kation- és az anion por, vagy a mikroszemcsés gömbgyanta komponensek összekeverésével készítik. Az ennek során kialakuló, laza szerkezetű un. flokkulátum a kiindulási komponensek térfogatának 3-10-szeresét is meghaladhatja. A zagytartályból az elkészített flokkulátumot a feliszapoló szivattyúval a szűrőelemek (gyertya, tálca stb.) felületére viszik, ahol a vízáramlás a szűrőfelületre tapasztja azt. Általában az így kialakított szűrőréteg vastagsága 0,3-1 cm között változik. Egy segédszivattyú biztosítja a szűrőréteg felületen maradásához szükséges nyomást. Megfelelő, egyenletes, hibamentes szűrőréteg kialakítása után megkezdődhet a szűrés, amely általában 10 m/óra lineáris áramlási sebesség mellett történik. A vízkezelés során a kiszűrt szennyezőanyag mennyiségének arányában folyamatosan nő a nyomásesés a szűrőrétegen, és ennek megfelelően csökken a szűrt víz mennyisége. A műveletet adott nyomásesés érték elérésekor (150-200 kPa) leállítják, mivel ezután a berendezés már nem az előírt szűrőteljesítménnyel üzemel. A szűrőt kiiktatják a vízkezelő körből és ellenáramú levegő-víz lökésszerű bevezetésével lemossák róla a felületen megtapadt kimerült szűrőiszapot, amit egy hulladékfeldolgozó-tároló
3
tartályba vezetnek, majd víztelenítés után például égetéssel csökkentik az elhelyezésre kerülõ gyantatérfogatot (a térfogat csökkentése lényeges, mivel a kimerült szűrőiszap a megtapadt szennyezés miatt sok esetben veszélyes hulladéknak minősül). Friss réteg feliszapolása után a szűrő ismét üzemképes.
2. A mérés A gyakorlat során hazai gyártmányú lamellás, műanyag (PE) szűrőkorongokból készített szűrőgyertya (rés-szűrő) hidrodinamikai vizsgálatát és feliszapolását mikroszemcsés gömbgyanta flokkulátummal végezzük. A méréshez alkalmazott feliszapoló szűrőberendezés a 2. ábrán látható.
A- szűrőegység, B- áramlásmérő, C- differenciál higanyos manométer, D-szűrendő víz tartálya
E- flokkulátum adagoló tartály F-vízkeringető szivattyú G-flokkulátum adagoló szivattyú
Az összeállított szűrőgyertya jellemzőit az 1. táblázatban mutatjuk be. 1. táblázat Jellemző: szűrõkorong sugara: szűrőgyertya hossza: szabad átömlési felület a gyertya palástfelületéhez viszonyítva:
Méret: 0,032m 0,52m 10 %
A 200 literes műanyag tartályban lévő ioncserélt vizet K1 típusú műanyagházas centrifugálszivattyú keringeti. A szivattyúval 3-18 m3/óra víz szállítható, így a gyakorlatnál alkalmazható 0,1-2 m3/óra térfogatáram biztosításához megkerülő vezetéket (bypass) építettünk be. A keverős tartályban előállított Mikrovarion KS-H és Mikrovarion AT-OH komponensekből álló 2:1 arányban összekevert gyantazagyot laboratóriumi ELPÁN típusú perisztaltikus szivattyú egy fúvóka segítségével adagolja a feliszapoló vízáramba. A
4
gyertyán átfolyt víz térfogatáramát 2 db párhuzamosan kapcsolt 1 m3/óra méréshatárú rotaméterrel mérjük. A kívánt térfogatáram értékeket a megkerülő vezetékekbe beépített szelepek szabályozásával állítjuk be. Az átáramoltatott folyadék a 200 literes hordóban lévő ionmentes víz, amit recirkuláltatunk. A gyertyán kialakult nyomásesést U-csöves higanyos manométerrel mérjük. A gyakorlat során megvizsgáljuk a szűrőgyertyák áramlási nyomásesés értékeit feliszapolás előtt és feliszapolás után. Mindkét esetben a gyertyán átáramlott víz térfogatáramát 2-0,2 m3/óra között, 0,2 m3/óra lépésközzel csökkentjük, és mérjük minden egyes térfogatáram értéknél a gyertyán kialakuló nyomásesést. Az üres-gyertya áramlási nyomásesésének mérése után kb. 2 dm3 szűrõiszapot iszapolunk föl a gyertyára 1,8-2 m3/óra térfogatárammal. Ezután megmérjük a 2-0,2 m3/óra tartományban a feliszapolt-gyertyán kialakuló nyomásesés értékeket is. A mérés befejezése után a flokkulátumot eltávolítjuk, és mérőhengerben ülepítve meghatározzuk a térfogatát. Kiszámítjuk minden egyes mérési pontban a szűrőiszap nyomásesését. A meghatározott nyomásesés értékeket kPa nyomásra átszámítva ábrázoljuk a lineáris sebesség (m/s) függvényében. Az 3. ábrán egy tipikus nyomásesés görbét mutatunk be.
A feliszapoló szûrõ nyomásesése 1200 1100 1000
nyomásesés (Pa)
900 800
Nyomásesések: gyertya (Pa) gyertya+iszap (Pa) iszap (Pa) Linear Fit of DATA1_D
700 600 500 400 300 200 100 0 0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
u (m/s)
3. ábra Az ábráról megállapítható, hogy a számított iszapellenállás közel lineárisan változik a térfogatárammal, ami arra utal, hogy az iszap kevésbé összenyomható, mint a szűrőgyertya elemei.
3. Számítások és eredmények
Beadandó: az üres és a feliszapolt gyertyára mért, valamint a két nyomásesés különbségeként az iszaprétegre számolt nyomásesés-lineáris áramlási sebesség görbék, a z fajlagos térfogati iszapellenállás értéke (m-2) és a h átlagos iszapréteg vastagság számított értéke (m).
5
Az iszaprétegre számított nyomásesés görbe pontjai egy egyenes közelében helyezkednek el, számítandó az iszaprétegen kialakuló lineáris sebesség-nyomásesés pontpárokra illesztett lineáris, az origóból induló regressziós egyenes. A lineáris sebesség és a nyomásesés között a következő összefüggés áll fenn: P * h * z * u
ahol P u h z
az iszaprétegen kialakult nyomásesés (Pa) a lineáris sebesség [m/s] az adott hőmérsékletű víz dinamikai viszkozitása (20C-on ~10-3 Pas a szűrőiszap átlagos vastagsága [m] a fajlagos térfogati iszapellenállás [m-2]
Fenti összefüggésből a fajlagos térfogati iszapellenállás számítható a nyomásesés -lineáris sebesség pontpárokra illesztett regressziós egyenes iránytangenséből (mértékegysége Pa/(m/s)): tg * h * z z
tg *h
