Аналіз сучасних технологій водопідготовки на тес
А.В. Жадан, генеральний директор, /
ЗАТ «НПК Медіана-Фільтр». м. Київ;
д.т.н. Е.Н. Бушуєв, професор,
к.т.н. Н.А. Єрьоміна, доцент,
ФГБОУВПО ІГЕУ, м.Торез
Водопідготовча установка (ВПУ) на ТЕС покликана заповнювати втрати водного теплоносія в основному контурі. Існує велика кількість можливих варіантів схем водопідготовки для отримання знесоленої води на ТЕС.
Найбільшого поширення в нашій країні набула технологія хімічного знесолення на базі прямоточних іонітних фільтрів. Ця технологія застосовується вже кілька десятиліть і показала себе цілком надійною для вод малої і середньої мінералізації ([SO4 -] + [Cl -]<5 мг-экв/дм 3 ). Для вод с высокой минерализацией ([SO4 - ]+[Cl - ]>5 мг-екв / дм 3) або при підвищеному вмісті органічних сполук (Ок> 20 МГО / дм 3) використовують термічне знесолення [1].
У природній воді постійно відзначається зростання забрудненості техногенними органічними сполуками: добривами, отрутохімікатами, нафтопродуктами і т.д. Традиційні хімічні технології водопідготовки видаляють ці забруднення недостатньо ефективно, що призводить до утворення в конденсатно-живильному тракті потенційно кислих речовин, і, як наслідок, до численних фактів порушення ВХР [2].
Жорсткість екологічних вимог до стічних вод водопідготовчих установок, з одного боку, погіршення якості оброблюваної води, з іншого, подорожчання реагентів, іонітів, а також високі експлуатаційні витрати привели до необхідності вдосконалення традиційних технологій і створення нових схем знесолення.
Нові ВПУ, засновані на протиточних технологіях, впроваджені на Калінінської АЕС, Дзержинської ТЕЦ. ТЕЦ-ЕВС-2 ВАТ «Северсталь» і ін. В даний час накопичений перший досвід експлуатації нових установок, частково або повністю укомплектованих імпортним обладнанням і фільтруючими матеріалами, не завжди враховують особливості домішок природних вод, іноді спрощених з метою зниження капітальних витрат.
ВПУ номінальною продуктивністю 1700 м 3 / год знаходиться в експлуатації на ТЕЦ-ЕВС-2 ВАТ «Северсталь». Установка призначена для вироблення глибоко пом'якшеної води (Жо<10 мкг-экв/дм 3 ) и включает две стадии обработки исходной (р. Шексна) воды: осветление на механических однокамерных фильтрах (12 шт. с единичной производительностью 145 м 3 /ч) с периодическим подключением контактной коагуляции и Na-катионирование на противоточных фильтрах (4 шт. с единичной производительностью 585 м 3 /ч).
Протиточний Na-катіонітний фільтр передбачає фільтрацію освітленої води знизу вгору з витратою від 170 до 585 м 3 / год. Фільтр являє собою двокамерний апарат (D = 3,8 м) з трьома дренажними пристроями типу «помилкове дно» і тисячею ковпачкових елементів в кожному пристрої, перекриває всі поперечний переріз фільтра. Фільтр завантажений катионитом С-100 (об'єм іоніту - 30 м 3. 10 - внизу і 20 - зверху) з плаваючим шаром інертний.
Висока якість хімочіщенной води при великої одиничної продуктивності іонітних фільтрів забезпечується глибокої автоматизацією управління, як окремими фільтрами, так і всієї установки в цілому. Установка може працювати і періодично працює в повністю автоматичному режимі. При цьому оперативний персонал контролює стан технологічного процесу з комп'ютерних екранним формам візуалізації і в будь-який момент може перемкнути управління установкою на ручний режим.
Досвід експлуатації протиточних технологій доводить їх переваги в порівнянні з традиційними: зниження кількості необхідного водопідготовчої обладнання; високі обмінні ємності іонітів; висока якість фільтрату, яке забезпечується при невеликих витратах реагентів на регенерацію - 1,8-2,2 г-екв / г-екв; зменшення кількості високомінералізованих стічних вод.
Однак, через відсутність другої (бар'єрної) ступені і труднощі визначення моменту виведення на регенерацію відключення противоточного фільтра часто проводиться за кількістю пропущеної води зі значним запасом, що веде до недовиробітку знесоленої води. При противоточной регенерації збільшується інтенсивність регенерації і, як наслідок, кількість перемикань, що вимагає високої культури обслуговування таких установок, надійної арматури, засобів автоматизації і контролю. Всі вони вимагають застосування освітленої води, глибоко очищеної від зважених, органічних речовин, а також сполук заліза. Ефективність застосування противотока тим вище, чим якісніше надходить на фільтри вода.
Останнім часом велика увага приділяється малореагентним методам і перш за все мембранних технологій.
Деякі нові ВПУ засновані на застосуванні зворотного осмосу для демінералізації води з використанням в якості попередньої очистки традиційних технологій (освітлювачів, механічних фільтрів). Прикладами таких є ВПУ ТЕЦ-12 ВАТ «Мосенерго». ТЕЦ ВАТ «Северсталь», Уфімська ТЕЦ-1. ВАТ «Іванівський ПГУ» (рис. 1). Використання зворотного осмосу дає можливість отримувати на одному щаблі очищення до 96-98% солей, що близько до ефективності одному щаблі іонного обміну.
Система доочистки пермеата може складатися з ступені іонного обміну з роздільним Н і ОН-іонірованіем (прямоточним або протитечійним), і (або) з фільтром змішаної дії. Оскільки на таку установку надходить частково обезсолена вода, ресурс фільтрів значний і досягає десятків і сотень тисяч кубічних метрів.
Порівняння економічної ефективності знесолення води іонним обміном і зворотним осмосом показало, що при солевмісті більш 150-300 мг / л зворотний осмос економічніше навіть противоточного іонірованія [4].
Наявний досвід експлуатації установок зворотного осмосу (УТО) свідчить про те, що основним фактором, від якого залежить робота мембран, є дотримання норм якості води, яка подається на обробку. Виробниками мембран до живильній воді, що йде на УТО, висувають вимоги, представлені в табл. 1 [4].
Таблиця 1. Вимоги до води, що надходить на УТО.
Колоїдний індекс SDI
Однак, досвід показує, що в схемах з традиційною технологією предочистки, якість води, що надходить на УТО, часто не відповідає вимогам за вмістом заліза і окислюваність. Необхідна якість такої води може бути досягнуто застосуванням ультрафільтрації на стадії попереднього очищення (рис. 2).
Ультрафільтрація (УФ) дозволяє не тільки отримувати воду, практично вільну від механічних домішок, а й спільно з коагуляцією видаляти значну кількість органіки (до 60% від початкової кількості), а також кремнієву кислоту. Як приклад можна привести результати роботи установки ультрафільтрації на Антраціткой ГРЕС (джерело водопостачання - річка Суду) (табл. 2).
Таблиця 2. Результати роботи установки УФ.
Впровадження УФ на стадії попереднього очищення значно збільшило продуктивність обратноосмотічеськіх мембран, в кілька разів скоротило частоту хімічних промивок, вивільнило виробничі площі, зменшило витрати коагулянту, забезпечило можливість відмови від вапна.
Спільне використання ультрафільтрації та зворотного осмосу дає можливість створити малореагентную систему водопідготовки для отримання фільтрату з питомою електропровідністю на рівні 1-5 мкСм / см. В таких схемах подальше доведення якості води до нормативних значень зазвичай проводиться іонообмінним (рис. 2) методом.
Надійність комбінованої мембранноіонообменной установки (рис. 2) велика, оскільки навіть при можливих порушеннях роботи системи зворотного осмосу, вузол доочищення забезпечить задану якість води. Разом з тим, зберігається необхідність у використанні кислоти і луги, тому дана технологія, хоч і в меншому ступені, має ті ж недоліки, що і традиційна. Така технологія застосовується на Новочеркаської ГРЕС. Заїнська ГРЕС. Орловської ТЕЦ і т.д.
Основним недоліком всіх мембранних систем є досить низький коефіцієнт використання вихідної води. Якщо в традиційній ионообменной схемою з коагуляцією і механічної фільтрацією власні потреби становлять 10-20%, то для типового поєднання ультрафільтрації та зворотного осмосу цей показник 40-50%. Однак слід враховувати, що концентрати від установок ультрафільтрації та зворотного осмосу по солевмісту часто знаходяться в межах нормованих значень і можуть бути безперешкодно скинуті.
З точки зору забезпечення мінімальної витрати реагентів і найвищої екологічності при високій якості знесоленої води найбільшу ефективність мають комплексні ВПУ, що складаються виключно з мембранних модулів різного призначення: ультра-і нанофільтрації, зворотного осмосу, мембранної дегазації і електродеіонізаціі, званих в цілому - інтегровані мембранні технології ( ІМТ) [4, 5].
У комплексній мембранної установки (рис. 3) вода доочищается на вузлі електродеіонізаціі. Електродеіонізація (Еді, EDI) - це процес безперервного знесолення води з використанням іонообмінних смол, іоноселектівних мембран і постійного електричного поля.
Таблиця 3. Характеристики роботи установок електродеіонізаціі.
Для підвищення надійності роботи комплексних мембранних систем водопідготовки на базі ІМТ потрібне використання на стадії попереднього знесолення двоступеневого зворотного осмосу. В цьому випадку якість води, що живить установку електродеіонізаціі, свідомо вище вимог виробників і будь-які порушення в роботі установок зворотного осмосу стають некритичними. При погіршенні ефективності роботи першого ступеня (природно в допустимих межах) задану якість гарантовано забезпечить другий ступінь.
Комплексна мембранна установка для підготовки глибоко знесоленої води, виконана у відповідності з даною схемою, забезпечує мінімальний обсяг відходів. Відпадає необхідність в кислотно-лужний господарстві, знижуються експлуатаційні витрати і різко поліпшуються екологічні параметри.
Спільним елементом у всіх розглянутих схемах знесолення на основі мембранних методів є установка зворотного осмосу. При експлуатації водопідготовчої установки продуктивність постійно змінюється. Часто виникає значне зниження продуктивності, пов'язане з зупинкою частини теплоенергетичного обладнання або припинення віддачі виробничого пара споживачеві, що веде до проблеми забезпечення мінімальної витрати оброблюваної води через УТО.
При неповному завантаженні основного обладнання блоків ПГУ-325 на ІвПГУ знижується потреба в знесоленої воді. Це обумовлює неповне завантаження УТО. Спочатку на ІвПГУ було спроектовано і експлуатувалося 2 паралельно працюють УТО (рис. 4, а). Під час простою однієї з УТО, вона або ставиться на консервацію, або щодня проводиться циркуляція води по корпусам УТО для запобігання виникненню відкладень. Це призводить до додаткових втрат і збільшення собівартості знесоленої води.
Оскільки реагенти, використовувані для консервації УТО, мають досить високу вартість, і періодично потрібне підключення другої установки зворотного осмосу, то при роботі одного з блоків консервація є неефективним заходом.
Для запобігання втрат, економії хімічних реагентів для регенерації ФСД були передбачені заходи, що дозволяють знизити додаткові втрати при просте обладнання: послідовне включення УТО 1 і УТО 2 в роботу (рис. 4, б). Кожна установка включає 4 корпуси, також працюють за двоступеневою схемою (рис. 5).
При послідовному включенні установок зворотного осмосу (рис. 4) пермеат з УТО 2, що працює як I ступінь, подається на УТО 1 (II ступінь). При цьому концентрат з УТО 2 скидається в каналізацію, а з УТО 1 змішується з вихідною водою, яка подається на I ступінь.
Вихідна вода подається на установку зворотного осмосу на корпусу АО1-АО3 (рис. 5), потім пермеат подається на ФСД, а концентрат подається на АО4, де також поділяється на пермеат і концентрат. Пермеат подається на ФСД, а концентрат скидається в каналізацію.
Вапнування + коагулят ція сульфатом заліза
Простежуючи динаміку зміни якості знесоленої води, можна відзначити, що двоступенева знесолення на УТО не дозволяє досить знизити значення електропровідності, однак, дозволяє отримати необхідні параметри якості води за змістом з'єднань кремнекислоти і натрію для додаткової води для підживлення котлів-утилізаторів. Підвищення якості вихідної води для ФСД дозволяє знизити іонну навантаження на них більш, ніж в 3 рази, що призводить до значного збільшення фильтроцикла, зменшення кількості води, використовуваної на власні потреби ВПУ, зниження потреби в кислоті і луги для регенерації. Отже, знижується екологічний збиток, що наноситься навколишнє середовище.
Випробування з коагулянтом - сульфатом алюмінію при двоступеневої схемою роботи установок зворотного осмосу показали, що існує можливість поліпшити якість води, що йде на УТО, і підвищити ресурс роботи патронних фільтруючих елементів для УТО.