Технологические решения современных водоподготовительных систем

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

Часть 5 (Часть4 Часть3 Часть2 Часть 1)

Проектные решения комплексных мембранных систем на основе ИМТ, обеспечивающие требуемый уровень надежности

Как указывалось выше, одним из широко используемых способов решения проблемы надежности является применение малонагруженного оборудования с большим дублированием агрегатов. Например, число параллельно работающих ионообменных фильтров не может быть менее двух и плюс один резервный. В таких условиях вероятность выхода из строя узла доочистки минимальна. Кроме того, продолжительность работы этих фильтров на обессоленной воде составляет несколько недель или месяцев. Поэтому имеется резервное время для проведения их ремонта.
Повышение надежности систем водоподготовки на основе ИМТ путем установки избыточных модулей электродеионизации представляется неэффективным. Дело в том, что ЭДИ установки обеспечивают гарантированные параметры только при определенных гидравлических условиях, т.е. при производительности от 50 до 150 % номинальной. Заданная производительность может создаваться циркуляционным насосом, но это влечет дополнительный расход энергии и, кроме того, при нарушении работы УОО все модули достаточно быстро выйдут из строя. Возможно дополнение установки резервными модулями ЭДИ, которые будут находиться в «холодном резерве» в законсервированном состоянии. Но при частичном выходе из строя установки обратного осмоса они также не спасут положение.
Ситуация усугубляется специфическим свойством парогазовых установок, для обеспечения которых водой чаще всего используется водоподготовка на основе ИМТ. Для таких установок характерно высокое (примерно 3–10) отношение пикового потребления воды к среднему номинальному. Для обычных энергетических установок это отношение составляет 2,0–2,5. Таким образом, система водоподготовки и так оказывается перенасыщенной «избыточными» мощностями, требуемыми только в редкие периоды выхода из останова. В этих условиях избыточное дублирование оказывается и технически, и экономически неоправданным. Следовательно, единственным реализуемым способом достижения надежности и длительной работоспособности систем водоподготовки с электродеионизацией является обеспечение гарантированно высокого, заданного качества подаваемой на дообессоливание воды. Из табл. 5, основанной на анализе возможных причин, вызывающих ухудшение качества воды на выходе из УОО, следует, что стабильное требуемое качество воды на входе в установку ЭДИ может быть достигнуто лишь с применением дополнительной ступени доочистки: обратного осмоса или ионного обмена. Необходимо подчеркнуть, что дополнительная ступень работает не только как «подстраховочная» и нивелирует в значительной степени сбои в работе первой ступени. Важно учесть, что даже при нормальной штатной работе УОО качество пермеата, получаемого на них, меняется, как было указано выше, вследствие колебания состава исходной воды и естественного снижения селективности мембран, что обуславливает принципиальную необходимость использования двухступенчатого осмоса (иногда ИО) в системах водоподготовки с ЭДИ. Таким образом, единственным способом решения проблемы надежности работы комплексных мембранных систем водоподготовки на базе ИМТ является использование на стадии предварительного обессоливания двухступенчатого обратного осмоса, как показано на рис. 3. В этом случае качество воды, питающей установку электродеионизации, заведомо выше требований производителей, и любые нарушения в работе установок обратного осмоса становятся некритичными. При ухудшении эффективности работы первой ступени (естественно, в допустимых пределах) заданное качество гарантированно обеспечит вторая ступень. Ее надежность существенно выше, поскольку она работает в существенно более «мягких» условиях эксплуатации. Надежность работы резко возрастает и приближается к надежности системы с ионным обменом. Конечно, суммарная стоимость ВПУ при этом возрастает примерно на 10–15 % по сравнению с вариантом с одной ступенью обратного осмоса, но она остается все еще ниже по сравнению с комбинированной установкой с ионным обменом в случае нового строительства. Это происходит, прежде всего, за счет того, что для комплексной «чисто» мембранной системы водоподготовки нет необходимости в строительстве реагентного хозяйства и системы сбора и нейтрализации стоков.
Стоит отметить, что возможно использование ионообменных фильтров в качестве дополнительной ступени перед УЭДИ. Реализация такой схемы возможна при наличии на ТЭС ионообменного оборудования. Такие проекты реализуются в настоящее время на ТЭЦ-16 и ТЭЦ-12 г. Москвы. На Шатурской ГРЭС проект уже реализован. Целесообразность использования УЭДИ по схеме УОО–ИО–УЭДИ требует отдельного тщательного изучения. Конструкция УЭДИ для этой схемы и условия ее эксплуатации также к настоящему времени не являются достаточно изученными и отработанными. По мнению авторов этой работы, финишную обработку воды после цепочки УОО–ИО целесообразно осуществлять методом ионообменного обессоливания (ФСД или противоточный ИО), несмотря на возможно более дешевое по капитальным затратам применение ЭДИ. Обоснованием этого являются:

  • технологическая однородность, так как ЭДИ – новый вид технологии;
  • снижение требований по качеству дегазации воды;
  • более широкий рабочий диапазон ИО;
  • более низкие эксплуатационные затраты, риски в связи с малоизученностью работы УЭДИ по данной схеме.

Современное внедрение ИМТ

В настоящее время (конец 2012 г.) идет активное строительство новых энергоблоков на ТЭС и АЭС. Ряд строящихся и проектируемых ВПУ используют ИМТ с одной ступенью обратного осмоса: Няганьская ГРЭС, Вологодская ТЭЦ, Уренгойская ГРЭС и др. Не подвергая сомнению качества мембранных технологий, как таковых, и опыта заводов-изготовителей, следует, однако, указать, что на одной из уже введенных в эксплуатацию ВПУ (объект не указывается по этическим соображениям), использующей ИМТ с одноступенчатой УОО, финишный модуль электродеионизации вышел из штатного режима работы менее чем через восемь месяцев. Выполненный нами анализ показал, что основной причиной явилась нестабильность работы системы обратного осмоса. При наличии второй ступени удалось бы избежать соответствующих сбоев работы электродеионизации. В настоящее время идет реконструкция данной ВПУ с заменой существующей УОО на двухступенчатую. ИМТ с двухступенчатой УОО успешно внедрены на нескольких ТЭС (табл. 7). Ряд реализуемых или планируемых проектов ВПУ также основан на этой технологии. Среди них выделим следующие: Серовская ГРЭС, Череповецкая ГРЭС, Ставропольская ГРЭС (реконструкция существующей ВПУ), ЛАЭС-1, Челябинская ТЭЦ-1. Эти примеры показывают, что значительное количество проектных организаций учитывают высокий уровень рисков, связанных с использованием в ВПУ на базе ИМТ одноступенчатых УОО, несмотря на то, что формальный анализ большинства вышеуказанных проектов позволяет считать строительство ВПУ с одноступенчатой УОО приемлемым.

Таблица 7
Перечень электростанций с ВПУ на основе интегральных мембранных технологий, использующих двухступенчатый обратный осмос на октябрь 2012 г.

Яйвинская ГРЭС 2010
Краснодарская ТЭЦ 2011
Новочеркасская ГРЭС 2011
Курганская ТЭЦ 2012
Адлерская ТЭЦ 2012

Выводы
1. Экономическая эффективность водоподготовки с применением мембранных технологий в большинстве случаев существенно выше, чем традиционных ВПУ на основе ионного обмена.
2. Надежность ВПУ с применением мембранных технологий при корректном проектировании может быть столь же высокой, как и у систем на основе ионного обмена. С учетом высокого уровня автоматизации, снижения роли человеческого фактора, снижения количества опасных реагентов аварийнобезопасность таких систем оказывается даже выше, чем у традиционных ВПУ.
3. При наличии реагентного хозяйства, например при модернизации существующей ВПУ, оптимальной по эффективности и надежности является схема с использованием систем обратного осмоса и доочисткой воды методом ионного обмена.
4. При строительстве новых электростанций оптимально использование ВПУ на основе интегрированных мембранных технологий – ультрафильтрация, обратный осмос, электродеионизация. При этом исключается необходимость строительства и наличия кислотно-щелочного хозяйства, до минимума сокращается количество используемых реагентов, минимизируются капитальные и эксплуатационные расходы.
5. При включении в состав ВПУ установок электродеионизации в качестве финишной ступени обессоливания единственным способом обеспечения их надежной и долговременной работы является создание обоснованного резервного запаса оборудования и использование в качестве средства предварительного обессоливания двухступенчатой установки обратного осмоса.

Литература
1. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. М.: ОРГРЭС, 2003.
2. Стерман Л.С., Покровский В.Н. Химические и термические методы обработки воды на ТЭС. М.: Энергия, 1981.
3. Кострикин Ю.А., Мещерский Н.А., Коровин О.В. Водоподготовки и водный режим энергообъектов низкого и среднего давления. М.: Энергоатомиздат, 1990.
4. Лифшиц О.В. Справочник по водоподготовке котельных установок. М.: Энергия, 1976.
5. Воронов В.Н., Ларин Б.М., Сенина В.А. Химико-технологические режимы АЭС с ВВЭР. М.: Издательство МЭИ, 2006.
6. Кишиневский В.А. Технология подготовки воды в энергетике. Одесса: Феникс, 2008.
7. Боровкова И.И., Балаев И.С., Громов С.Л. и др. Внедрение противоточной технологии UP. CO. RE на ВПУ по обессоливанию воды на ТЭЦ-12 Мосэнерго // Электрические станции. 2000. № 5.
8. Копылов А.С., Лавыгин В.М., Очков В.Ф. Водоподготовка в энергетике. М.: МЭИ, 2003.
9. Рябчиков Б.Е. Современные методы подготовки воды для промышленного и бытового использования. М.: ДеЛи принт, 2004.
10. Дытнерский Ю.И. Обратный осмос и ультрафильтрация. М.: Химия, 1978.
11. Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы. М.: Химия, 1986.
12. Свитцов А.А. Введение в мембранную технологию. М.: ДеЛи принт, 2007.
13. Pabby A.K. Rizvi S.S.H. Handbook of Membrane Separations: Chemical, Pharmaceutical, Food, and Biotechnological Applications, CRC Press, Taylor&Francis. 2008. Читать http:// lib.mexmat.ru/books/49331
14. Татаринов Н.А., Самодуров А.Н., Лысенко С.Е. и др. Технологии ультрафильтрации в задачах промышленной водоподготовки // Водоснабжение и канализация. 2010. № 7.
15. Карелин Ф.Н. Обессоливание воды обратным осмосом. М.: Стройиздат, 1988.
16. Чернышев Е.В., Богданов С.Л., Ткачева Л.Н. и др. Реконструкция ХВО первой и второй очередей ТЭЦ-22 ОАО «Мосэнерго» – новый взгляд на старые проблемы // Электрические станции. 2005. № 11.
17. Пантелеев А.А., Рябчиков Б.Е, Федосеева Е.Б. и др. Ресурсосберегающие и энергоэффективные мембранные технологии в промышленной водоподготовке. Тезисы Всероссийской НТ конференции «Мембраны 2010». Москва, 4–8.10.10, т. 2. М.: ИФС РАН им. А.В. Топ-
чиева, 2010.
18. FILMTEC Reverse Osmosis Membranes Technical Manual, Introduction to Reverse Osmosis, 181 р. http://msdssearch.dow.com/PublishedLiteratureDOWCOM/
19. Аскерния А.А., Корабельников В.М., Боровкова И.И. и др. О результатах эксплуатации установок обратноосмотического обессоливания в схемах водоподготовки ТЭС и котельных // Энергосбережение и водоподготовка. 2005. № 3.
20. Аскерния А.А., Малахов И.А., Корабельников В.М. и др. Опыт эксплуатации установок обратноосмотического обессоливания воды на ТЭС и в промышленных котельных // Теплоэнергетика. 2005. № 7.
21. Громов С.Л., Пантелеев А.А., Сидоров А.Р. Современные технологии водоподготовки в промышленности и энергетике // АКВА magazine. 2007. № 1.
22. Самодуров А.Н., Лысенко С.Е., Громов С.Л. и др. Использование метода обратного осмоса для водоподготовки в теплоэнергетике // Теплоэнергетика. 2006. № 6.
23. Загретдинов И.Ш., Тропин В.В., Симорова О.В. и др. Ресурсосберегающие и энергоэффективные схемы в промышленной водоподготовке http://www.ecell.ru/vodopodgotovka_ st02.html
24. Мамет А.П., Ситняковский Ю.А. Сравнение экономичности ионитного и обратноосмотического обессоливания воды // Электрические станции. 2002. № 6.
25. Громов С.Л. Критические параметры обратного осмоса и противоточного ионного обмена // Энергосбережение и водоподготовка. 2004. № 5.
26. Первов А.Г., Бондаренко В.И., Балаев И.С. Обратный осмос и ионный обмен: какая технология победит в водоподготовки 21 века // Экология производства. Энергетика. 2006. № 1.
27. Сероштан С. Ионный обмен сдает позиции. Обессоливание воды в промышленности: экономическое сравнение осмоса с Н/ОН // Вода magazine. 2007. № 2.
28. Громов С.Л. Критические параметры обратного осмоса и противоточного ионного обмена // Энергосбережение и водоподготовка. 2004. № 5.
29. Первов А.Г., Хаханов С.А., Дудкин Е.В. Получение деионизованной воды заданного качества путем комбинации систем обратного осмоса и ионного обмена // Мембраны. 2001. № 11.
30. Chinese Chemical Plant Optimizes Water Treatment by Replacing Double Pass RO with a Single Pass RO and Liqui-Cel® Contactor System, TechBref, TB72 10-09 // www.liqui-cel.com
31.E-Cell Electrodeionization Systems, проспект http://www.gewater.com http://www.gewater. com/pdf/what_we_do/boiler_solutions/customer_benefits/ECell%20Electrodeionization%20Systems. pdf
32. Tate J. Electrodeionization basics, Technical Pages for Ionpure Technologies // Water Technology magazine. 2010 V. 33. № 6 – June. http://www.watertechonline.com/article. asp?IndexID=6637300
33. OMEXELL spiral wound electrodeionization, Published in U.S.A., January 2007. Рекламный проспект. http://www.canadianwatertechnologies.com/PDFs/OMEXELL%20EDI_013107a% 203%20.pdf
34.OMEXELL Spiral Wound Electrodeionization, The Dow Chemical Company, Form No. 795-00006-1007BBI, October, 2007.
35. Dey A., Tate J. A Review of spiral-wounder electrodionization technology // Ultrapure water. 2005. http://www.wcponline.com/pdf/0605%20SWEDI%20net.pdf
36.CHRIST SEPTRON Chemical-free process. http://www.christaqua.com/.
37. Power generation: Continuous electrodeionisation for power plants // Filtration+Separation, June, 2008.
38. WOOD J., GIFFORD J. Process and System Design for Reliable Operation of RO / CEDI Systems // IWC-04-47 (2004) US filter.
39. Пантелеев А.А., Ковалев М.П., Громов С.Л. и др. Возможности интегрированных мембранных технологий (ИМТ) для минимизации объема стоков // Энергетика. 2009. № 2 (29).
40. Тропина Д.В. Пуск системы водоподготовки Путиловской ТЭЦ на базе интегрированных мембранных технологий // Технология чистоты. 2010. № 4.
41. Громов С.Л., Ковалев М.П., Лысенко С.Е. и др. Использование современных интегрированных мембранных технологий для улучшения качества питательной воды на предприятиях энергетики // Водоочистка, Водоподготовка, Водоснабжение. 2008. № 2.
42. Громов С.Л., Пантелеев А.А., Сидоров А.Р. Опыт применения интегрированных мембранных технологий // Материалы конференции International Water Association. Мембранные технологии в водоподготовке и очистке сточных вод ЭКВАТЭК-2008 (Москва 02–04 июня 2008). М.: SIBICO International Ltd, 2008, на CD.
43. Авдеев А.А. Водоподготовительные установки АЭС – современные технические решения на основе интегрированных мембранных технологий // Атомкон. 2010. № 1. 44. Сайт ЗАО «НПК «Медиана-фильтр» http://www.mediana-filter.ru
45. Федоренко В.И., Кирякин И.Е., Бурковский С.С. Производство ультрачистой воды
с применением двухступенчатого обратного осмоса // Серия. Критические технологии. Мембраны. 2004. № 4 (24).

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