Технологические решения современных водоподготовительных систем

А.А.  Пантелеев, Б.Е.  Рябчиков, О.В. Хоружий, Э.Р. Календарев

Часть1 (Часть2 Часть3 Часть4 Часть5)

В ряде промышленных производственных процессов непрерывного цикла, к которым, в частности, относятся энергетика, химическая и нефтехимическая отрасль, металлургия и ряд других, качество используемой в технологии воды является принципиальным для обеспечения требуемых производственных показателей. Соответственно, к установкам водоподготовки в этих отраслях предъявляется требование абсолютной надежности. Они должны сохранять круглосуточную работоспособность на протяжении длительных периодов с возможностью останова лишь на кратковременное сервисное обслуживание. Именно критерий надежности во многом определил доминирование ионного обмена (ИО) как основного метода обессоливания воды. Относительно простой и надежный метод ИО обладает достаточным запасом устойчивости, обеспечивает заданное качество очищенной воды, но имеет и существенный недостаток, связанный с необходимостью применения кислот и щелочей для регенерации ионообменных смол. Регенерационные растворы агрессивны и имеют высокую минерализацию, превышающую экологические нормы. Процессы регенерации часто слабо автоматизированы, достигается многократным запасом прочности и дублированием, а также большим количеством обслуживающего персонала. Все это отражается в высоких капитальных и эксплуатационных расходах при реализации данной технологии, что оказывается неприемлемым в современных условиях, характеризующихся резким обострением конкуренции и связанной с этим

Современная альтернатива ионному обмену – мембранные технологии, включающие нанофильтрацию, обратный осмос, мембранную дегазацию и электродеионизацию. Они позволяют повысить качество очистки при минимальном расходе реагентов (не требуется создавать специальное кислотно-реагентное хозяйство), полной автоматизации процесса и исключении ручного труда. В совокупности, как неоднократно обсуждалось в литературе, это позволяет существенно сократить эксплуатационные расходы и улучшить экономические и экологические показатели водоподготовки. Однако достижение сравнимых показателей надежности гораздо менее очевидно и почти не обсуждается. В настоящей статье, исходя из практического опыта внедрения мембранных установок водоподготовки на объектах энергетики, показано, при каких условиях мембранные системы позволяют обеспечить необходимый уровень надежности наряду с экономической эффективностью. В качестве требований, предъявляемых к водоподготовительным установкам (ВПУ), будут рассматриваться таковые на тепловых электростанциях (ТЭС), поскольку именно в энергетике требования к качеству воды наиболее проработаны, регламентированы, а сама отрасль является самым крупным потребителем промышленных ВПУ. Следует подчеркнуть, что данная работа не имеет целью обосновать необходимость применения именно мембранных технологий, а не ионного обмена или предварительной подготовки воды реагентными методами и фильтрованием. Конкретный выбор технологической схемы системы водоочистки является отдельной задачей и требует особого рассмотрения. Цель данной работы – исследование проблем, которые возникают при внедрении мембранных технологий и соответственно могут привести к снижению устойчивости работы системы в целом, а также выработка рекомендаций по уменьшению рисков, которых полностью избежать невозможно.

Требования к качеству подготовленной воды на ТЭС

Водоподготовительные системы являются неотъемлемой частью технологического оборудования ТЭС, они должны иметь абсолютную надежность для обеспечения постоянной подачи воды заданного качества для питания практически всех узлов энергоустановки. Основными системами очистки воды на ТЭС являются:

  • ВПУ для получения обессоленной воды для подпитки котлов;
  • системы дополнительной очистки воды в пароводяном контуре: автономная обессоливающая установка (АОУ), блочная обессоливающая установка (БОУ);
  • ВПУ для получения подпиточной воды теплосети;
  • система очистки подпиточной воды циркуляционно-охлаждающей системы ТЭС.

Требования к качеству и количеству очищенной воды, производимой ВПУ для подпитки пароводяного цикла, зависят от рабочего давления и температуры котла. Нормы качества подготовленной воды задаются ПТЭ. В настоящее время идет широкая реконструкция существующих ВПУ и строительство новых. Новые мощности призваны как к замещению старых, исчерпавших свой ресурс систем, так и к обеспечению вновь вводимых энергоустановок. В последнем случае все чаще приходится иметь дело с парогазовыми установками (ПГУ), предъявляющими наиболее высокие требования к качеству подпиточной воды. Требования устанавливаются производителем оборудования и могут несколько отличаться (табл. 1). Вопросы, связанные с очисткой конденсата, находятся за рамками данной статьи, так как современные схемы АОУ и БОУ основаны исключительно на применении различных типов фильтрования и ионного обмена. В то же время для подготовки подпиточной воды для теплосети и циркуляционно-охлаждающей системы применение мембранных технологий, главным образом обратного осмоса, становится все более распространенным решением. Во многих случаях системы подготовки подпиточной воды для теплосети требуют корректировки солевого состава для достижения необходимого значения карбонатного индекса

Таблица 1 Требования к качеству подпиточной воды ПГУ

Показатель Предельное значение
Удельная электропроводность 0,1–0,2 мкСм/см

Концентрация

Натрий

Кремнекислота (по SiO2)

Хлориды

Общий органический углерод (ТОС)

Сульфаты (SO4 2– )

 

3–10 мкг/дм3

0,1–0,2 мкг/дм3

3 мкг/дм3

100–300 мкг/дм3

3 мкг/дм3

Жесткость 5 мкг-экв/дм3

 

КИ = (ЖCa·Що)2, где ЖCa и Що – жесткость кальциевая и щелочность общая воды соответственно [1]. Для закрытых схем теплосетей (а иногда и открытых) эта задача обычно решается умягчением методами Na-катионирования или Н-катионирования с «голодной» регенерацией, часто с использованием известкования. Как правило, с экономической точки зрения это решение заметно выгоднее, чем использование обратного осмоса или нанофильтрации. Однако при малых производительностях (менее 100 м3/ч) ситуация может измениться за счет исключения реагентного хозяйства, которое является относительно дорогостоящим в эксплуатации, экономически обоснованным становится применение мембранных технологий. Укажем, что такое решение выбрано для ряда объектов малой московской энергетики – РТС «Строгино», РТС «Зеленоград», Внуково, КТС-54 и ряда других, а также при строительстве новых энергоблоков промышленной энергетики – Адлерская ТЭЦ, Череповецкая ГРЭС и других. Внедрение «сухих» градирен в циркуляционно-охлаждающих системах ТЭС предъявляет довольно жесткие требования к качеству воды для орошения градирен. Например, проект Адлерской ТЭЦ предусматривал условия, указанные в табл. 2.

Таблица 2
Требования к качеству воды для орошения градирен

Показатель Предельное значение
Удельная электропроводность 5 мкСм/см
Общее солесодержание 2 мг/дм3
рН 6,5–8,0

Достижение этих показателей при исходном солесодержании 307 мг/дм3 потребовало при менение двухступенчатой (по фильтрату) установки обратного осмоса для подготовки охлаждающей воды. Таким образом, развитие современных технологий предъявляет новые повышенные требования к качеству питательной воды, что в сочетании с возрастающими экологическими требованиями обуславливает внедрение высокоэффективных ресурсосберегающих методов подготовки воды, в том числе мембранных.

(c) 2010 НПК "Медиана - фильтр"
Все права защищены.