Vandbehandling på H.C Ørsted Værket

Vandbehandling på
H. C. Ørsted Værket

Vandbehandling på H. C. Ørsted Værket
Hillerød, d. 12-11-2006
Titelblad
Titel: Vandbehandling på H.C. Ørsted Værket
Emne: Valgfagsprojekt i vandbehandling
Tidsramme: September 2006 - November 2006
Virksomhed: DONG Energy A/S
H.C. Ørsted Værket
Tømmergravsgade 4
2450 København SV
Synopsis
Denne rapport tager udgangspunkt i vandbehandlingen på H. C. Ørsted
Værket. Rapporten er udfærdiget i valgfaget vandbehandling på 4. semester af
maskinmesterstudiet.
Rapporten belyser behovet for vandbehandling på kraftværker og gennemgår
principperne for ionbytning.
Vandbehandlingen udgøres af et spædevandsanlæg og et
kondensatrensningsanlæg som henholdsvis behandler råvand og procesvand.
Funktionsbeskrivelse og opbygning for begge anlæg er beskrevet i separate
afsnit. Der afsluttes med en gennemgang af regenerationscyklus’en for
kondensatrensningsanlæg, samt en gennemgang af CO2-aflufter.
KME - 1 - Vandbehandling

Vandbehandling på H. C. Ørsted Værket
Hillerød, d. 12-11-2006
Indholdsfortegnelse
TITELBLAD..................................................................................................................................................................... 1
INDHOLDSFORTEGNELSE ......................................................................................................................................... 2
PROBLEMFORMULERING ......................................................................................................................................... 3
INDLEDNING ................................................................................................................................................................... 3
PROBLEMAFGRÆNSNING................................................................................................................................................. 3
INTRODUKTION ............................................................................................................................................................ 4
VANDETS KREDSLØB ...................................................................................................................................................... 4
GRUNDVAND .................................................................................................................................................................. 4
IONBYTNING.................................................................................................................................................................. 5
GENERELT ...................................................................................................................................................................... 5
PRINCIPIELT.................................................................................................................................................................... 5
BLØDGØRING.................................................................................................................................................................. 6
TOTAL AFSALTNING........................................................................................................................................................ 6
KATIONBYTTER .............................................................................................................................................................. 6
ANIONBYTTER ................................................................................................................................................................ 7
KONDUKTIVITET............................................................................................................................................................. 7
H. C. ØRSTED VÆRKET............................................................................................................................................... 8
GENERELT ...................................................................................................................................................................... 8
BEHOVET FOR PROCESVAND ........................................................................................................................................... 8
ANLÆGSBESKRIVELSE ............................................................................................................................................ 10
GENERELT .................................................................................................................................................................... 10
SPÆDEVANDSANLÆG.................................................................................................................................................... 11
KONDENSATANLÆG...................................................................................................................................................... 12
IONBYTTERKOLONNE.................................................................................................................................................... 13
REGENERATION ............................................................................................................................................................ 13
IONBYTTERMASSE ........................................................................................................................................................ 15
CO2 - AFLUFTER ........................................................................................................................................................... 15
KONKLUSION............................................................................................................................................................... 16
KILDELISTE.................................................................................................................................................................. 17
LITTERATUR ................................................................................................................................................................. 17
INTERNETSIDER ............................................................................................................................................................ 17
DIVERSE ....................................................................................................................................................................... 17
KME - 2 - Vandbehandling

Vandbehandling på H. C. Ørsted Værket
Hillerød, d. 12-11-2006
Problemformulering
Indledning
I valgfaget vandbehandling på 4. semester af maskinmesterstudiet skal der afsluttes med et projekt.
Valgfaget er udlagt som en introduktion til vandbehandling, og vi har derfor valgt at udforme
rapporten som en ren dokumentationsopgave.
I samråd med vejleder valgte vi at arbejde med H. C. Ørsted Værkets spædevandsanlæg og
kondensatrensningsanlæg.
De to anlæg behandler og leverer procesvand til brug i værkets damp og fjernvarme-produktion.
Begge anlæg er projekteret og leveret af HOH Water Technology A/S og idriftsat i henholdsvis
1988 og 2003. Begge anlæg er opbygget omkring princippet om dobbelt ionbytning, og vi har
derfor valgt at lægge det primære fokus på kondensatrensningsanlægget som er det nyeste og har
den største kapacitet.
Materiale er dels indsamlet ved 3 uafhængige besøg på H.C. Ørsted Værket, via vejleder og gennem
vores kontakt hos HOH Water Technology A/S.
Problemafgrænsning
Projektet vil være afgrænset til følgende punkter:
o At opnå forståelse for princippet omkring dobbelt ionbytning
o At opnå kendskab til behovet for henholdsvis spædevands- og kondensatanlæg
o At opnå forståelse for kondensatanlæggets opbygning og virkemåde
o Beskrivelse af spædevandsanlæggets grundlæggende funktion
o At opnå forståelse for spædevandsanlæggets CO2 aflufter
__________________ __________________
KME - 3 - Vandbehandling

Vandbehandling på H. C. Ørsted Værket
Hillerød, d. 12-11-2006
Introduktion
Vandets kredsløb
Mere end 2/3 af klodens overflade er dækket af havvand, dertil kommer store mængder ferskvand
fra søer, floder, is, vanddamp i luften osv. Alt dette vand gennemgår en evig naturlig kredsløbs
cirkulation: fordampning – nedbør – afstrømning – nedsynkning til grundvandet.
Fordampningen sker alle steder, i have, søer jordoverfladen og i levende organismer.
Afstrømningen af vand foregår både over jorden (dræn, vandløb osv.) der ender i havet og under
jorden i form af ikke fordampet vand (grundvand) som synker ned igennem jordlagene, dette vand
ender også i havet.
Vandet er destilleret når det begynder nedsynkningen, på vej igennem jordlagene optager det en del
salte som tilføres havet.
De store oceaner har et salt indhold på omkring 3,5 %, af det udgår alm. NaCl (kogesalt) ca. 2,7 %,
resten kommer fra Calcium (Ca ++ ) og Magnesium (Mg ++ ).
Grundvand
Vand indsamlet 6 m. under terræn defineres som grundvand, nedbørens andel af dette vand varierer
afhængigt af jordforhold fra sted til sted, nedbøren opløser på sin vej igennem jorden en række
stoffer. De mest almindelige er de samme over hele landet, men der forekommer store variationer i
både totalindhold og mængdeforhold af de opløste stoffer.
Alt dansk grundvand har dog det til fælles at de indeholder metallerne Magnesium og Calcium som
gør vandet hårdt.
Det er igennem de øverste jordlag vandet mættes med Calcium og bliver hårdt, hvorimod
kalkfattige områder som f.eks. i vest Jylland, optræder grundvandet som blødt aggressivt vand,
fordi kulsyre indholdet i vandet er for stort i forhold til den mængde kalk der ellers ville have
neutraliseret syren, derudover findes der vandtyper der indeholder varierende mængder af
natriumbikarbonat.
Ligesom jordlagene indeholder kalk og kridt, består undergrunden også af større mængder ler,
Dette ler optræder på en såkaldt ”ionbyttende” måde, det betyder at ler mineralerne indeholder
løstsiddende metal ioner, specielt Ca ++ , Mg ++ , Na ++ og K + .
Marint ler indeholder almindeligvis Natrium-ioner, når nedbøren indeholdende Calcium og
Magnesium passerer dette lerlag byttes vandets metal ioner med lerets Natrium-ioner.
Nedbøren der falder igennem luften bliver mættet med ilt, kvælstof og optager kuldioxid, i jorden
bliver ilten i vandet brugt samtidig med at kulsyre fra den biologiske nedbrydnings proces bliver
tilført, denne kulsyre opløser under sin vej igennem jorden kalk, calciumsulfat, jern og mangan,
grundvandet indeholder derfor en række salte.
KME - 4 - Vandbehandling

Vandbehandling på H. C. Ørsted Værket
Hillerød, d. 12-11-2006
Ionbytning
I dette afsnit gives der en generel introduktion til de forskellige kategorier af ionbyttere og deres
unikke egenskaber, samt hvordan de eventuelt kan kombineres for at opnå den ønskede vandkvalitet
ved de lavest mulige driftsomkostninger.
Følgende bilag hører med til dette kapitel:
o Bilag 4 (Ionbytning)
Generelt
Ionbytning kan beskrives ved en proces hvor der udveksles ioner mellem en fast masse og den
flydende væske som omgiver den.
Efter en hvis mængde behandlet vand stiger afgangsvandets ledningsevne hvilket er et tegn på filtret
er mættet, så derfor skal ionbytteren regenereres, processen går ud på at få renset filtret så det igen
kan udveksle ioner med vandet.
Når regenereringsprocessen er startet bliver ionbyttermassen først returskyllet for at fjerne snavs og
mekanisk nedslidt filter materiale, dernæst gennemledes et regenerationsmiddel, der skyller de
ioner, der er optaget fra råvandet ud.
Til sidst skylles ionbyttermassen ren med deionat (afluftet renset vand) så rester af
regenerationsmidlet, bliver bortledt.
Kat- og an- ionbyttere findes i stærke og svage udgaver, svage basiske anionbyttere fjerner stærke
syrer og har et lille behov for regenereringsmiddel, stærke basiske ionbyttere reagere både med
stærke og svage syrer og salte, men er dyrere i drift i forhold til den svage anionbytter, derfor
placeres den stærke anionbytter som regel efter den svage, hvorved driftsperioden for den stærke
anionbytter forlænges og regenerationsmidlet kan anvendes først i den stærke bytter og siden i den
svage.
Selve filterbeholderen som indeholder ionbyttermassen, enten kat- an- eller en blanding af de to,
udføres af korrosionsbestandige materialer, som regel belagt med gummi på indersiden.
Principielt
Ionbytning i forbindelse med vandbehandling deles op i 2 kategorier hvor den ene benævnes
blødgøring (afsaltning) og den anden for total afsaltning (dobbelt ionbytning).
I det følgende beskrives de to typer ionbytning separat. Der vil blive lagt mest vægt på dobbelt
ionbytning, da dette princip anvendes på H.C. Ørsted Værket til behandlingen af det hjemkomne
kondensat.
KME - 5 - Vandbehandling

Vandbehandling på H. C. Ørsted Værket
Hillerød, d. 12-11-2006
Blødgøring
Blødgøring er en let og effektiv metode til fjernelse af hårdhed, vandet ledes igennem en
kationbeholder på natriumbasis, ved passage byttes alle vandets calcium og magnesium ioner med
natrium som er et let opløseligt salt der ikke danner belægninger.
Råvandet føres ind i toppen af beholderen, og løber langsomt ned igennem ionbyttermaterialet,
under passagen byttes vandets Mg og Ca ioner ud med Na-ioner i et grænselag som hele tiden
flytter sig nedad efterhånden som kation materialet bliver mættet med vandets hårdhedsdannere, når
dette grænselag har nået bunden af beholderen vil Mg og Ca koncentrationen i afgangsvandet være
den samme som tilgangsvandets koncentration, dette må naturligvis ikke forekomme i praksis så
derfor afbrydes processen, og en såkaldt regeneration finder sted inden dette sker.
Blødgøringsprocessen fjerner mere en 99 % af den tilførte hårdhed i vandet.
Kationbytterens effektivitet er afhængig af indholdet af Na-ioner i råvandet, mængden af NaCl
ionbytteren bliver regenereret med, regenerationshastighed, driftshastighed og grænselagets
tykkelse.
Total afsaltning
Ved den totale afsaltning fjernes alle opløste mineraler og salte fra råvandet, i teorien kan
afsaltningen udføres ved at lede råvandet igennem en kationbytter og derefter igennem en anion
bytter, i kationbytteren byttes vandets positive ioner ud med H + ioner, i det næste filter sker en
ombytning af vandets negative ioner til OH - ioner, dette betyder at det behandlede vand nu kun
indeholder OH - og H + ioner disse ioner går sammen og danner vand ud fra følgende reaktion:
H + + OH - → H2O
I store industrielle anlæg hvor der stilles store krav til vandkvaliteten, vil der ofte være placeret en
ekstra kationbytter eller mix-bed filter. Et mix-bed filter er en blanding af kation og kation hvor
ionbyttermassen under drift er blandet sammen. Filtre af denne type benævnes ofte ”politifilter” da
deres primære opgave er at bytte de aller sidste ioner som er undsluppet den dedikerede anion og
kationbytter. Belastningen på disse filtre er derfor meget mindre og de er derfor også mindre end et
normalt filter.
Kationbytter
Der findes to typer kationbyttere, en stærk sur og en svag sur kationbytter.
Den stærkt sure kation bytter er fremstillet af polystyren med ”mobile” hydrogen ioner og fjerner
alle kationer fra vandet forudsat at der er overskud af syre under regeneration.
Når vandet passerer sådan en kationbytter stiger koncentrationen af brintioner i vandet hvilket
medfører at vandet bliver surt da PH er defineret som følgende:
log H +
− ⎡
⎣
⎤
⎦
KME - 6 - Vandbehandling

Vandbehandling på H. C. Ørsted Værket
Hillerød, d. 12-11-2006
Dette betyder altså at vandet som forlader kationbytteren er af en tynd syreopløsning svarende til
vandets indhold af anioner dvs. HCl, H2SO4, H2CO3 når den bliver ledt til anionbytteren.
Den svagt sure kationbytter fjerner kationer i forbindelse med kulsyreforbindelser under dannelse af
kuldioxid (CO2) den regenererer med effektivt ved en syredosis kun lidt over den teoretisk
nødvendige dosis.
Det er derfor fordelagtigt økonomisk at kombinerer de to typer kationbyttere og regenerere dem i
serie, for på den måde at opnå at den stærke sure bytter får det nødvendige overskud af syre og at
dette overskud er tilstrækkeligt til at regenerere den svagt sure bytter.
Anionbytter
Der eksisterer stærke og svage basiske anionbyttere,
En stærk basisk anionbytter kan fjerne alle anioner fra vandet hvis, altså regenerationen udføres
med et stort overskud af base.
Den svage basiske anionbytter kan fjerne stærke syre som HCl, H2SO4 og HNO3 med et mindre
base overskud
Det er derfor en fordel at kombinerer de to typer af anion byttere og regenerere dem i serie.
Anionbytteren modtager altså vand med en lav PH-værdi og neutraliserer de syrer som ledes til fra
kationbytteren.
Klorid (Cl - ), sulfat (SO4 -- ), bikarbonat (CO3 -- ) byttes i anionbytteren med mobile hydroxidioner.
Konduktivitet
Måling af vands konduktivitet eller ledningsevne giver mulighed for meget hurtigt at danne sig et
skøn over de dissocierede stoffers koncentration. Som enhed for den elektriske ledningsevne
anvendes 1 mikrosiemens/cm, som skrives 1 µS/cm. 1 µS/cm angiver ledningsevnen af en
vandterning med kantlængden 1 cm.
Ledningsevne er betinget af frie elektriske ladninger i vandets salte, dvs. jo flere salte jo højere
konduktivitet, eller sagt på en anden måde, voksende indhold af dissocierede stoffer øger
ledningsevnen.
Fødevand til kraftværkskedler har en ledningsevne på 0,1-5 µS/cm ved 20 °C. Ved samme
temperatur har drikkevand en ledningsevne på 500-1500 µS/cm og havvand 10.000-40.000 µS/cm.
KME - 7 - Vandbehandling

Vandbehandling på H. C. Ørsted Værket
Hillerød, d. 12-11-2006
H. C. Ørsted Værket
Generelt
Vandbehandlingen på H.C. Ørsted Værket består af 2 individuelle systemer, som behandler råvand
og procesvand til damp- og fjernvarmeproduktion.
1. del af vandbehandlingen er spædevandsanlægget som har til formål at levere behandlet vand
(deionat) til en 2000m 3 opbevaringstank placeret udenfor.
2. del af vandbehandlingen udgøres af kondensatanlægget som udelukkende gennemløbes af
procesvand fra henholdsvis damp- og fjernvarmesystemer.
Spædevandsanlægget er leveret af HOH Water Technology A/S i 1988 og er opbygget som et
dobbelt ionbytteranlæg, bestående af H + bytter, CO2 aflufter, OH - bytter og mix-bed filter.
Ionbyttermassen regenereres med henholdsvis saltsyre (HCL) og natronlud (NaOH).
Når der forbruges spædevand falder niveauet i deionattanken, hvorved spædevandsanlægget
automatisk går i gang med at levere nyt deionat. Spædevandsanlægget er konstrueret således at det
kun kører når der forbruges spædevand fra deionattanken.
Kondensatanlægget er også leveret af HOH Water Technology A/S og blev sat i drift i 2003.
Anlægget er ligesom spædevandssystemet opbygget som et fuldautomatisk dobbelt ionbytteranlæg,
dog med den forskel at kondensatanlægget er konstrueret som ”in-stream” dvs. at anlægget
gennemløbes af den fulde mængde kondensat fra dampnettet. Anlægget består af 2 separate strenge,
hver med en kapacitet på max. 400 m 3 /h. Hver streng indeholder 2 H + byttere og en OH - bytter.
Anlægget regenereres med saltsyre og natronlud.
Behovet for procesvand
Moderne kraftværker bruger højtydende kedel- og dampsystemer som stiller store krav til det
cirkulerende procesvand.
Råvand indeholder opløste salte, dissocieret i positivt ladede ioner (kationer) og negativt ladede
ioner (anioner). Eksempler på disse salte kan være (Ca ++ , Mg ++ , K + , Na ++ , Cl - , SO4 -- , HCO3 - , Fe ++ )
Andre stoffer i råvandet er opløst uden at dissocieret f.eks. SiO2, O2 og N2.
Nogle stoffer afsætter belægninger f.eks. (Ca ++ , Fe ++ , Mg ++ ), mens andre stoffer virker tærende
(SiO2, O2)
Belægninger på kedelrør vil medføre dårligere varmetransmissionskoefficient, og dermed dårligere
virkningsgrad, ligesom der vil være risiko for tæringer på kedelvæggen, da saltene kan fungere som
katalysatorer ved dannelse af syre. Saltene i råvandet udfældes ved fordampningen i kedlen, men
fordampningen i højtydende kedelsystemer foregår ved så stor en kraft at der er fare for at de
trækkes med over i turbinerne. Saltene vil i turbinen forårsage øget slitage eller afsætte belægninger
som hurtigt vil føre til havari.
Vandets indhold af silikat er specielt vigtigt at få nedbragt, da silikater kan afsætte meget hårdføre
belægninger på turbinebladene som kun svært kan fjernes igen.
Det er derfor kritisk at det benyttede procesvand er så rent som overhovedet muligt for at sikre en
lang levetid på kedler og turbiner.
Råvandet må altså forbehandles inden det kan bruges som procesvand, og det er derfor nødvendigt
at rense vandet for partikler, silikat og opløste salte.
Rensningen kan foregå mekanisk eller kemisk, eller ved en kombination af begge. Mekanisk
rensning er typisk en simpel partikelfiltrering, beregnet til for-filtrering af råvand eller procesvand.
KME - 8 - Vandbehandling

Vandbehandling på H. C. Ørsted Værket
Hillerød, d. 12-11-2006
Filtrenes maskestørrelse kan variere afhængig af filtrets formål og konstruktion, som oftest er pose-
eller kertefiltre (0,5-100µm).
Den kemiske rensning foregår ved total afsaltning også kaldet dobbelt ionbytning, hvor de skadelige
ioner erstattes af en anden ion med samme ladning, dvs. kationer erstattes af en kation (OH - ) og
anioner erstattes af en anion (H + ).
I tabellen er der vist en sammenligning mellem råvand (K.E. 2005) og de typiske krav der stilles til
procesvand ved kedeldrift.
TABEL
Stof Enhed Procesvand (max) Råvand
Oxygen O2 mg/l 0,03 9,8
Carbondioxid CO2 mg/l 1 25
Kiselsyre SiO2 mg/l 0,02 24
PH 9,5 7,4
Ledningsevne μS/cm 5 700
Spædevandsanlæggets opgave er at foretage den første grundlæggende behandling af råvandet
inden det leverer procesvand til deionattanken. Herved sikres fødevandssystemet imod forureninger
fra råvandet. Når procesvandet cirkulerer i kedler, turbiner, dampnet og fjernvarmerør kan det dog
ikke udelukkes at eksterne og/eller interne forureningskilder kan trænge ind i procesvandet.
Undersøgelser har vist, at helt rent iltfrit vand kan opløse stål, ganske vist langsomt og i meget små
mængder, men alligevel i målelige mængder og så meget, at det har betydning på længere sigt.
Her er der altså tale om forurening med metaller typisk jern (Fe ++ ) og kobber (Cu ++ ). Disse
metalioner kan oprinde fra rørlegeringer, f.eks. i forbindelse med tæring eller rørbrud. Ved fejl på
rørsystemer vil der ofte trænge faste partikler ind i procesvandet, hvorfor det er nødvendigt med
mekanisk for-filtrering.
Disse urenheder er naturligvis uønskede og det er derfor nødvendigt at foretage en kontinuerlig
oprensning af procesvandet. Den cirkulerende mængde er dog så stor (100-400m3/h) at
spædevandsanlægget er uegnet til denne opgave.
Det er derfor nødvendigt med en dedikeret filtrering som er dimensioneret til de store mængder, jvf.
kondensatanlægget.
Kondensatanlægget er som nævnt et ”in-stream” anlæg og gennemløbes af den samlede mængde af
hjemkommende kondensat, hvorved der opnås en høj og stabil vandkvalitet.
En meget anvendt metode hvormed man nemt og kontinuerligt kan måle og overvåge kvaliteten af
det producerede deionat er ved at måle vandets ledningsevne. Ledningsevnen er en simpel
modstandsmåling og er et udtryk for antallet af opløste ioner i vandet, færre ioner giver dårligere
ledningsevne og omvendt. Der bør ved opgivelse af vands ledningsevne følge en måletemperatur
med, da ledningsevnen er stærkt temperaturafhængig.
Der er i denne sammenhæng en problemstilling i forhold til vandets indhold af silikater, idet en
ændring af silikatindholdet ikke vil afføde en ændring i ledningsevne. Af denne årsag vil man ofte
se at der på vandbehandlingsanlæggets afgang er monteret en dedikeret følecelle til måling af
silikatindhold.
KME - 9 - Vandbehandling

Vandbehandling på H. C. Ørsted Værket
Hillerød, d. 12-11-2006
Anlægsbeskrivelse
I dette kapitel gennemgås i detaljer vandets forløb igennem henholdsvis spædevands- og
kondensatanlæg. Kapitlet er beregnet til at skabe overblik over opbygningen af de 2 anlæg, hvorfor
teorien omkring de enkelte delprocesser vil være udeladt i dette kapitel. Der vil blive lagt vægt på at
opnå forståelse for systemernes indbyrdes placering og hvordan de indvirker på hinanden.
Følgende bilag hører med til dette kapitel (aktuelle driftsdata påtegnet):
o Bilag 1 (Oversigtstegning)
o Bilag 2 (Spædevandsanlæg)
o Bilag 3 (Kondensatrensningsanlæg)
Generelt
H. C. Ørsted Værket er fra 1920 og er i modsætning til mere moderne blok-kraftværker opbygget
som et samleskinne-kraftværk, og er dermed et af de få tilbageværende samleskinne-værker i
Danmark.
Dampproduktionen er opbygget omkring en række forskellige kedelsystemer af varierende type og
alder. Ældre kedler som oprindeligt kun kunne fyres med olie, er blevet moderniseret således at gas
nu er det primære brændsel. Olien bruges dog stadig i forbindelse med kedelopstart og som reserve.
En af bygningerne huser en gasturbine som driver en generator og leverer røggas til en af kedlerne.
Denne konfiguration bruges ofte i sommerhalvåret hvor behovet for varme er minimalt.
Værket er med sin lange historie og mangfoldige teknik, det mest alsidige værk i København og
dermed i stand til at imødekomme ethvert el- eller varmebehov, stort som småt.
Værkets primære rolle er el-produktion men der produceres også fjernvarme og damp til et 14-bar
damp-net som bruges til opvarmningsformål i indre by. Fjernvarmen produceres i sammenhæng
med de andre grundlastværker i København; Avedøreværket, Amagerværket og Svanemølleværket.
H.C. Ørsted Værket og Svanemølleværket deles om dampproduktionen til bynettet, og det er det
hjemkommende kondensat fra dette net som løber igennem kondensatanlægget.
Gas
Kedel
Damp
Turbine
Damp
Generator
elektricitet
Fjernvarme
14 bar damp, bynet
Kondensat retur
KME - 10 - Vandbehandling

Vandbehandling på H. C. Ørsted Værket
Hillerød, d. 12-11-2006
Spædevandsanlæg
Anlægget er et fuldautomatisk dobbelt ionbytteranlæg udført som et 1-strengs system til
demineralisering af råvand.
Råvandet gennemløber anlægget i følgende rækkefølge:
o 1. trin Svagt sur kationbytter (H + )
Stærkt sur kationbytter (H + )
↓
o 2. trin CO2 – aflufter
↓
o 3. trin Svagt basisk anionbytter (OH - )
Stærkt basisk anionbytter (OH - )
↓
o 4. trin Mix-bed
Stærkt sur kationbytter (H + )
Stærkt basisk anionbytter (OH - )
Under drift pumpes råvandet fra reservoiret til bunden af den første H + bytter (1.trin), fra toppen af
denne til toppen af CO2 aflufteren (2. trin)
Herfra pumpes med transportpumpe 1 eller 2 vandet til bunden af anionbytteren (3. trin), fra toppen
af dette til toppen af mix-bed (4. trin) og herfra til reservoir for behandlet vand (deionattank).
Den svage og den stærke kationbytter, er ligesom den svage og den stærke anionbytter placeret i et
fælles to-kammer filter, der er delt i et øvre og et nedre kammer ved en mellembund.
Fra bunden af mix-bed filtret (4.trin) passerer vandet en følecelle fra en ledningsevnemåler, der
sikrer at råvandet ionbyttes til specifikation. Herefter passerer vandet en silikat måleenhed. I
afgangen er der desuden monteret en vandmåler som på tavlefronten registrerer den producerede
mængde (m 3 ).
Anlægget regenereres med saltsyre (HCl) for kationbytteren og natronlud (NaOH) for anionbytteren
og begge for mix-bed filtret.
Efter kationbytter, anionbytter og mix-bed filter er der indsat et massefang, der vil tilbageholde
ionbytterkorn ved evt. brud i ionbyttersøjlen.
Under regenerationer føres vand og overskud af kemikalier til neutraliseringsanlæg hvorfra PH
værdien neutraliseres før vandet sendes i afløb.
Anlægget har følgende dimensioneringsdata:
o Kapacitet: 76 m 3 /h
1500 m 3 /regeneration
o Ledningsevne ved 20 °C: 0,1 µS/cm max.
o Kiselsyre, SiO2: 10 µg/l max.
KME - 11 - Vandbehandling

Vandbehandling på H. C. Ørsted Værket
Hillerød, d. 12-11-2006
Kondensatanlæg
Kondensatanlægget er et fuldautomatisk 2-strenget system, der tillader drift med 1 eller 2 linier med
en kapacitet på 40-400m 3 /h hver.
Det ubehandlede kondensat gennemløber anlægget i følgende rækkefølge:
Kertefiltre
↓
Krydsvarmeveksler
↓
Køleveksler
↓
Stærkt sur kationbytter (H+)
↓
Stærkt basisk anionbytter (OH-)
↓
Stærkt sur kationbytter (H+)
↓
Krydsvarmeveksler
Råkondensat (ufiltreret kondensat) pumpes via frembringerpumper igennem kertefiltre og videre til
krydsvarmeveksler. I veksleren afkøles den varme råkondensat af det behandlede kondensat, som til
gengæld opvarmes til driftstemperaturen. Fra krydsvarmeveksleren ledes vandet igennem
køleveksler som er kølet af havvand og sikrer en korrekt tilgangstemperatur til kondensatanlægget
på 38 °C. Vandet ledes herefter videre til ionbyttersøjlerne.
Råkondensatet trykkes ind i bunden af den første ionbytterbeholder som indeholder en fyldning af
stærkt sur kationbytter, vandet fortsætter videre til bunden af anionbytteren som indeholder en
fyldning af stærkt basisk anionbytter, og passerer til sidst en stærkt sur kationbytter inden det ledes
igennem krydsvarmeveksleren og over til fødevandssystemet.
I bunden af hver af de 3 ionbytterbeholdere er monteret et massefang, som opfanger ionbytterkorn
ved brud på dysebund. I afgangen fra sidste H + bytter er der monteret en følecelle som kontinuerligt
måler og registrerer kvaliteten af det behandlede vand på grundlag af vandets ledningsevne.
H + bytter I og H + bytter II regenereres med saltsyre og OH - bytter regenereres med natronlud.
Overskud af kemikalier og skyllevand efter regenerering ledes via afløb til neutraliseringsanlæg.
Anlægget har følgende dimensioneringsdata:
o Kapacitet: 2 x 400 m 3 /h
50.000 m 3 /regeneration
o Ledningsevne ved 20 °C: 0,2 µS/cm max.
o Kiselsyre, SiO2: 20 µg/l max.
o Kertefiltre: 80 stk. kerter 5 µm 40 in.
KME - 12 - Vandbehandling

Vandbehandling på H. C. Ørsted Værket
Hillerød, d. 12-11-2006
Ionbytterkolonne
Kondensatanlægget er opbygget som et såkaldt ”packed bed” system som under drift har flow i
modstrøm. Inde i ionbytterkolonnen sidder der i top og bund monteret en dysebund som sikrer at
ionbyttermassen belastes jævn over hele tankens diameter. Denne opbygning kaldes for et
”schwebebett-anlæg” eller på engelsk ”floating bed”, fordi at ionbyttermassen praktisk talt svæver
når anlægget er i drift. Ionbyttermassen presses altså op imod den øverste dysebund under drift, og
herved undgår man at ionbyttermassen ”flyder ud”, da dette fænomen kan medføre at behandlet og
ubehandlet vand blandes i toppen af søjlen.
Denne anlægstype har rensning i modstrøm og regeneration i medstrøm. Et floating bed system er
mere kompleks og kræver en meget omfattende rørføring, som kan være medvirkende til at øge
anlægsprisen. Den primære begrundelse for at benytte anlæg af denne type er at der kan regenereres
med et mindre kemikalieoverskud.
En af ulemperne er som sagt at ionbyttermassen skal holdes svævende under drift, hvilket ikke er
noget problem når anlægget kører max flow. Men ved mindre flow hvor det kan være svært at holde
massen svævende er man nødt til at starte en cirkulationspumpe som kan øge flowet nok til at
ionbyttermassen holdes oppe.
Efterhånden som anlægget slides vil der opstå fysisk slitage på ionbytter-kornene som herved slides
ned til en mindre diameter. Disse mindre ionbytter-korn kaldet ”fines” er uønskede i
ionbytterkolonnen da de lægger sig imellem de normale korn og øger kolonnens densitet, som igen
resulterer i et større trykfald.
Fjernelsen af fines i floating bed systemer besværliggøres af dysebunden.
Kondensatanlægget benytter en ”amberpack” ionbyttermasse og 2 separate tanke til returskyl af
ionbyttermassen.
Når der observeres et øget trykfald over ionbytterkolonnen standses rensningen og hele eller dele af
ionbyttermassen skylles ved hjælp af deionat over i skylletanken, en til anionbytter og en
kationbytter. Inde i skylletanken føres et flow af deionat op i modstrøm, hvorved de mindre og
lettere fines fraseperareres i toppen af skylletanken. Hvis det er nødvendigt at spæde op med nye
friske ionbytterkorn gøres det også via skylletanken. Når separationsprocessen er færdig pumpes
massen tilbage i ionbytterkolonnen hvor driften kan genoptages
Regeneration
Efterhånden som ionbytterne bliver mættet med salte, vil kapaciteten falde og til sidst blive så lav,
at salte vil bryde igennem filtret.
Ionbyttersøjlen vil blive belastet i forskellige lag som efterhånden rykker tættere på toppen af
søjlen.
Når kapaciteten i de sidste lag er opbrugt regenereres ionbytterne – kationbytteren med en saltsyre
(HCl) og anionbytteren med natronlud (NaOH).
Brintionerne i saltsyren trænger ind i kationbytterens porer og bytter plads med de ophobede
kationer. Hydroxylionerne i natronluden trænger ind i anionbytterens porer og bytter plads med de
ophobede anioner.
Herved fjernes saltene, ionbytterne oplades på ny og kan gennemføre en ny driftscyklus.
Anlægget kører som nævnt under drift i opstrøm også kaldet modstrøm, hvorfor regenereringen
foregår i nedstrøm.
Modstrømsteknikken opnår en bedre kemisk udnyttelse ved regeneration fordi den nederste del af
ionbyttersøjlen, som passeres først af vandet i drift vil få en stor andel af kemikalierne.
KME - 13 - Vandbehandling

Vandbehandling på H. C. Ørsted Værket
Hillerød, d. 12-11-2006
På denne måde belaster man ikke ionbyttersøjlen under regenerering, og man kan derfor benytte et
mindre kemikalieoverskud, samtidig med at man har en kraftig kemikaliepåvirkning i den nederste
del af ionbytterkolonnen.
Samtidig bevirker medstrømregenereringen at den øverste del af ionbytterkolonnen som passeres
sidst af vandet under drift og som har mest tilbageværende kapacitet, opnår en næsten total
regeneration.
Dette er ønskeligt fordi den øverste del af ionbytteren kommer til at fungere som ”politifilter” som
er en slags polering af vandet. Dette fænomen producerer vand af meget høj kvalitet og er altså en
af fordelene ved anvendelse af floating bed systemet.
Følgende viser forløbet for regeneration:
Kationbytter
283 kg HCl overføres til målebeholder
↓
Deionatdrevne ejectorpumper fortynder 30 %
koncentreret HCl opløsning til ca. 5 %
↓
Målebeholdere afspærres og cirkulation
fortsætter ved uændret flow (43 min)
↓
Skyllevand føres til neutraliseringsanlæg
↓
Rentskyl starter ved recirkulation indtil
ledningsevne er tilfredsstillende
(max. 10 min),(70-140m 3 /h)
↓
Anlæg returnerer til normal drift
Anionbytter
290 kg NaOH overføres til målebeholder
↓
Deionatdrevne ejectorpumper fortynder 46 %
koncentreret NaOH opløsning til ca. 4 %
↓
Målebeholdere afspærres og cirkulation
fortsætter ved uændret flow (65 min)
↓
Skyllevand føres til neutraliseringsanlæg
↓
Rentskyl starter ved recirkulation indtil
ledningsevne er tilfredsstillende
(max. 10 min),(70-140m 3 /h)
↓
Anlæg returnerer til normal drift
Den stærke syre og base belastning som anlægget udsættes for stiller naturligvis krav til de valgte
konstruktionsmaterialer til opbevaringstanke, rørføringer osv. Af samme årsag er alle rør som fører
koncentreret syre lavet af plastmaterialer, ligesom målebeholderen først fyldes umiddelbart før
regeneration.
Tankene som indeholder ionbyttermassen er lavet af stål og må derfor beskyttes imod
korrosionsangreb under drift og specielt under regeneration.
Derfor er indersiden af tankene belagt med et 4 mm gummilag.
KME - 14 - Vandbehandling

Vandbehandling på H. C. Ørsted Værket
Hillerød, d. 12-11-2006
Ionbyttermasse
Ionbyttere består af et materiale som er uopløseligt i vand, materialet indeholder aktive
molekylegrupper som ved berøring med vand udveksler ioner med vandet, i dag er ionbyttere udført
som kugler af polystyren kunststoffer.
Den enkelte kugle er meget porøs fordi der er fine porer imellem molekylekæderne, alt efter disse
porers størrelse ændre kuglens egenskaber sig.
Kuglen besidder i sig selv ingen ionbytnings egenskaber, disse tilføres ved ren kemisk behandling
af kuglerne. Afhængig af den kemiske behandling kuglen udsættes for under produktion, er det
muligt at producere stærke og svage kation- og anionbyttere.
Ionbytteren er lavet af et plast skelet med aktive og inaktive molekylegrupper. Når de aktive
molekylegrupper kommer i berøring med vandet udveksler de ioner med de i vandet uønskede
ioner.
Ionbyttermassen er opbygget af små fine korn (resin) som typisk har en diameter på 0,2-1 mm.
CO2 - aflufter
Når vandets bikarbonat indhold er højt, kan den dannede CO2 fjernes med fordel mekanisk ved
gennemblæsning af vandet fra kationbytteren med luft, og derved reducere belastningen af den
efterfølgende anionbytter da HCO3 - i praksis udgør 50-70 % af de stoffer der skal fjernes i
anionbytteren.
En anvendelse af CO2 aflufter medfører altså en væsentlig besparelse på en dyr anionbytter.
Aflufteren fungerer på den måde at vandet fra kationbytteren ledes ind i toppen til nogle dyser, som
nærmest forstøver vandet ud i toppen af beholderen, samtidig sidder der en kraftig blæser som
blæser luft op igennem tanken imod vandet, på denne måde fjernes CO2 mekanisk fra vandet.
Ulempen ved aflufteren er at man behøver en pumpe for presse vandet videre til anionbytteren.
Fordi aflufteren har direkte udluftning til atmosfæretryk og dermed ikke skal modstå et højt
vandtryk, er det muligt at konstruere aflufteren i plast. En plastkonstruktion har desuden den fordel
at den er syrebestandig, jvf. den før nævnte syrebelastning fra kationbytteren.
Fra kationbytter
CO2
Til anionbytter
KME - 15 - Vandbehandling

Vandbehandling på H. C. Ørsted Værket
Hillerød, d. 12-11-2006
Konklusion
Under udarbejdelsen af projektet er der lagt vægt på at opnå forståelse for principperne omkring
dobbelt ionbytning.
Problemformuleringen er som helhed søgt besvaret dels ud fra et teoretisk synspunkt men også et
praktisk synspunkt.
De 3 uafhængige besøg på H. C. Ørsted Værket har medvirket til en dybere forståelse for den
praktiske anvendelse og opbygning af dobbelt ionbytteranlæg.
Endvidere har besøgene givet en øget indsigt i behovet for behandling af fødevand til højtryks
kedelsystemer.
Projektet har givet os indblik i fordelene ved anvendelse af CO2-aflufter i spædevandsanlæg.
Valgfaget er i stor udstrækning udlagt som et selvstudie hvor de studerende frit kan vælge emne og
projektsted. Det er vores holdning at undervisningen har været mangelfuld og at vejleder under
projektperioden har været særdeles svær at få i dialog. Desuden bør der på fremtidige semestre
lægges vægt på en hurtig opstart af valgfag, umiddelbart efter semesterstart.
Samlet set har projektperioden givet os meget ny viden indenfor vandbehandling, ionbytning,
kraftværksteknik og systemforståelse, hvorfor vi overordnet ser positivt på udbyttet af projektet.
KME - 16 - Vandbehandling

Vandbehandling på H. C. Ørsted Værket
Hillerød, d. 12-11-2006
Kildeliste
Litteratur
Kraftværksteknik, Tekstbog
Leif Terkelsen & Anders Bjerre, Bogfondens forlag 1987
Termodynamik
Aage Birkkjær Lauritsen, Søren Gundtoft & Aage Bredahl Eriksen, 1. udgave, 2. oplag 2004
Kemiske og fysiske tabeller
Otto V. Rasmussen, 9. udgave, 1. oplag 2003, Gyldendal
Kemigrundbog for teknikere
Dennis Hansen, 2. udgave 1997, Bogfondens forlag
Kemi 2000 serien C-niveau
Helge Mygind, 1. udgave 1994, 12. oplag 2003, P. Haase & Søns Forlag
Kemiske regneopgaver
Bernhardt Mathiesen, 4. udgave 1995, Erhvervsskolernes Forlag
Internetsider
www.hoh.dk
www.silhorko.dk
www.aquacare.dk
www.dong.dk
www.gewater.com
www.osmonics.com
www.wikipedia.org
www.ke.dk
Diverse
Driftsinstruktion for kondensatrensningsanlæg
HOH Water technology A/S
Kursusmappe for generel vandbehandling
HOH Water Technology A/S
Ion Exchangers
Uddrag af engelsk kemi bog, venligst udlånt af HOH Water Technology A/S
KME - 17 - Vandbehandling

Tilgang råvand
Hjemkommende
kondensat fra 14 bar net
Temp. 55-80
B
o C
Pumpeledning
C
D
E
F
G
H
Reservoirbeholdere
for kondensat
Reservoirbeholdere
for kondensat
Oversigtstegning
Råvandsbeholder Genbrugsvand
Råvandsopvarmning
Spædevandsanlæg
Neutraliseringsanlæg
Deionat
2000 m 3
Nedtapning
Beholdere for
ufiltreret kondensat
Svanemølle-
pumper
Buffertank
Beholdere for
behandlet
kondensat
Kertefiltre
Krydsvarmeveksler
Frembringerpumper
Til
fødevandsafluftere
Kondensatløftepumper
Saltvandskøler
Kondensatrensningsanlæg
38 o C

Råvand
Frembringerpumpe
Kertefiltre
H + bytter
Krydsvarmeveksler
Væskestandsglas
Differenstrykmåler
CO2 - aflufter
Afluftning
Blæser
Spædevandsanlæg
OH - bytter
Differenstrykmåler
Mix-Bed
Differenstrykmåler
Massefang Massefang Massefang
Behandlet kondensat
SiO2 måling
Flowmåler
µS/cm
dPT
Saltvandskøler
H + bytter
Neutralisering
Kondensatrensningsanlæg
Differenstrykmåler
Massefang
OH - bytter
dPT dPT
Neutralisering
Differenstrykmåler
Massefang
SiO2 måling Flowmåler
H + bytter
µS/cm
Regeneration NaOH Regeneration HCl
Cirkulationspumper
Differenstrykmåler
Massefang
Deionat

Drift
Vandværksvand (Råvand)
Ca ++
Mg ++
Na +
Mn ++
Fe +++
Kationbytter / H + bytter
SiO2
HCO3 -
Cl -
SO4 --
NO3 -
Regeneration
Til neutralisering
Ca ++
Mg ++
Na +
Mn ++
Fe +++
Cl -
Mg ++
Na +
H +
Ca ++
Fe +++
Mn ++
Drift (modstrøm)
Mg ++
H +
Na +
Ca ++ Mn ++ Fe +++
H +
Regeneration (medstrøm)
H2SiO3
HCO3 -
Cl -
SO4 --
NO3 -
HCl (Saltsyre)
Blødt vand – (Til anionbytter)
Drift
Blødt vand (Fra kationbytter)
H +
H2SiO3
HCO3 -
Cl -
SO4 --
NO3 -
Regeneration
Til neutralisering
Anionbytter / OH - bytter
Na +
H2SiO3
HCO3 -
Cl -
SO4 --
NO3 -
SO4 --
Cl -
OH -
HCO3 -
(Si)
NO3 -
Drift (modstrøm)
SO4 --
Cl -
OH -
HCO3 -
(Si)
NO3 -
Regeneration (medstrøm)
H2O
NaOH (Natronlud)
Total afsaltet vand