К.т.н. А.А.АСКЕРНИЯ; K.T.H. В.М.КОРАБЕЛЬНИКОВ; K.T.H. И.И.БОРОВКОВА; инж. Г.И.МАЛАХОВ; инж. Н.Н.СПИРИН; инж. А.Н.КЛЮЧАРЕВ; инж. В.Г.МИГОЛЬ; инж. С.А.УШАК0В; инж. Г.В.РЫКОВ
НИИКВОВ – ОАО «Инженерный центр ЕЭС» Филиал «Институт Теплоэлектропроект» – 000 «Энергоэкосервис» -ОАО Новомосковская ГРЭС – ОАО «Тагаз» – ОАО НГХК – ЗАО Рязанский НПК – ОАО «Сочинская ТЭС»
В работах [1-3] подробно обоснована экономическая эффективность метода обратноосмотического обессоливания (ОО) воды по сравнению с ионообменным обессоливанием (ИО). Эти работы относятся к периоду 1998-2002 годов. За прошедшие годы при существующих рыночных отношениях существенно изменились стоимостные показатели, формирующие цену обессоленной воды. Так, используемые в ИО ионообменные смолы повысились в цене на 15-20%, кислота и щелочь – на 25-30%, значительно поднялась плата за водопользование (в 2-2,5 раза) и сброс минерализованных стоков (в 2-3 раза).
С другой стороны, за эти же годы имело место снижение цен на мембранные элементы, используемые в 00, примерно на 10-15%. В связи с этим экономическая эффективность 00 выросла еще больше относительно химобессоливания. ОО характеризуется также технологическими и экологическими преимуществами по сравнению с ИО.
Обратноосмотическое обессоливание является практически безреагентным методом обработки воды, характеризующимся простотой и надежностью эксплуатации, низкими энергозатратами, стабильными показателями качества пермеата, отсутствием сброса избыточных солей в водоемы, отсутствием существенных затрат на ремонтно-профилактические работы. Отходом процесса обратноосмотического обессоливания является только концентрат, содержащий растворенные соли в количестве, эквивалентном поступившим с исходной водой.
Однако, в качестве основного препятствия широкому внедрению метода ОО в энергетике, указывается необходимость достижения высокого качества исходной воды, подаваемой на мембранные установки. Предподготовка перед 00 должна обеспечивать глубокое удаление взвешенных и коллоидных примесей, катионов металлов и органических соединений [4,5]. В связи с этим имеющийся опыт успешной эксплуатации ряда обратноосмотических установок (ООУ) может быть весьма полезным при решении вопросов выбора оптимального метода водоподготовки на ТЭС и в котельных.
Для рассматриваемых ниже объектов были применены различные технологические схемы обработки воды перед ООУ.
На Новомосковской ГРЭС в 2002 г. была введена в эксплуатацию установка обратноосмотического обессоливания производительностью 50 м3/ч для подпитки энергетических котлов давлением 9,8 МПа. Проект был выполнен ОАО «Институт Теплоэлектропроект» (далее ТЭП). Изготовление, поставка и пуск в эксплуатацию ООУ выполнены ООО «Энергоэкосервис». ГРЭС использует воду из Пронского водохранилища. Задачей ООУ являлось глубокое удаление кремнекислоты с целью обеспечения требуемого качества питательной воды котлов и пара.
Схема ВПУ включает известкование с коагуляцией сернокислым железом в осветлителях, фильтрацию на осветительных (механических) фильтрах, двухступенчатое натрий-катионирование. На ООУ подается глубоко умягченная вода после натрий-фильтров 2 ступени в количестве 30% от общего расхода добавочной воды. Кроме того, умягченная вода подкисляется до рН~9,5. Пермеат ООУ смешивается с остальной частью потока умягченной воды. Концентрат ООУ в количестве 10-15 м3/ч вместе с умягченной водой после натрий-фильтров 1 ступени подается в теплосеть. Качество смешанного потока удовлетворяет нормативным требованиям к добавочной воде теплосети. Установка оснащена мембранными элементами Филмтек производства компании Дау Кемикл.
В таблице приведены показатели составов исходной умягченной воды и пермеата УОО, полученные на ВПУ Новомосковской ГРЭС и других объектах. Работа ООУ характеризуется высокой селективностью по минеральным компонентам – 98,5-99,3% и по органическим соединениям – 80-85%. Эффективность удаления растворенной кремнекислоты составила 99,3%, а нереакционной кремнекислоты 65-85%. Химическая промывка мембранных элементов раствором Roclin P 111 была произведена после года эксплуатации по причине снижения производительности на 10%. В результате режимные характеристики ООУ полностью восстановились.
Экономический эффект от внедрения ООУ составил 3340 тыс. руб. в год за счет повышения качества питательной воды, сокращения размеров продувки котлов и утилизации концентрата в качестве подпиточной воды теплосети. Учитывая положительные результаты эксплуатации, в 2005 году на Новомосковской ГРЭС была смонтирована и введена в эксплуатацию вторая ООУ производительностью 50 м3/ч.
На Таганрогском автомобильном заводе (Тагаз) с 1998 г. эксплуатируются две ООУ производительностью по 50 м3/ч, которые обеспечивают потребности производства и котельной в обессоленной воде. Установки работают на морской воде из Таганрогского залива. Исходная вода подогревается до 20-25 °С и поступает в дегазатор, затем обрабатывается раствором катионного флокулянта в трубопроводе и очищается на осветлительных фильтрах, загруженных кварцевым песком. Осветленная вода после обеззараживания на бактерицидной установке обрабатывается раствором ингибитора и подается на ООУ. Последние укомплектованы мембранными элементами SW 30 HR-380. Пермеат отводится в резервуары обессоленной воды, концентрат по специальному трубопроводу сбрасывается в залив на расстоянии 1500 м от побережья. Пермеат ООУ доумягчается на натрий-катионитных фильтрах и подается на питание котлов и технологические нужды завода.
Реагентная промывка мембран производится не чаще 1 раза в 8 месяцев. За все время эксплуатации замена мембранных элементов производилась только в 2003 г. на одной из установок из-за снижения селективных свойств мембран на 10% в результате отслаивания верхнего селективного слоя композитной мембраны от ультрафильтрационной подложки.
На Сочинской ТЭС в 2004 г. были пущены в эксплуатацию две ООУ производительностью по 7 м3/ч каждая для подготовки добавочной воды котлов-утилизаторов блоков ПГУ. Проект был выполнен ТЭПом. Изготовление, поставка и пуск в эксплуатацию ООУ выполнены ООО «Энергоэкосервис». Исходной водой для ВПУ является вода высокого качества из горводопровода, которая без дополнительной очистки после дозирования в нее ингибитора подается непосредственно на ООУ. Пермеат собирается в баки и направляется на последующую ступень химического дообессоливания на Н-ОН-фильтрах, что обусловлено высокими требованиями завода-изготовителя котлов-утилизаторов к питательной воде по солесодержанию (менее 0,3 мг/дм3). Поэтапное наращивание устанавливаемых мощностей потребовало от ВПУ возможности работать в широком диапазоне расходов вырабатываемой обессоленной воды (3-14 м3/ч). Для обеспечения этого условия был разработан соответствующий конструктивный дизайн ООУ. Установки успешно эксплуатируются в течение 8 месяцев, попеременно включаясь в работу.
В котельной Рязанского нефтеперерабатывающего завода в 2002 г. были смонтированы две ООУ производительностью по 50 м3/ч каждая и установки «Влага-5000» для предварительной обработки воды из р.Ока. Исходная речная вода после обработки коагулянтом и флокулянтом в тонкослойном отстойнике, фильтрации на фильтрах с кварцевым песком подогревается до 20-25 °С, обеззараживается в бактерицидной установке, обрабатывается ингибитором и поступает на ООУ. Пермеат после доумягчения на натрий-катионитных фильтрах и подщелачивания раствором гидроксида натрия используется для питания котлов среднего давления. Стабильная работа установок зависит от своевременной корректировки доз коагулянта и флокулянта при сезонных изменениях состава речной воды. Основную опасность представляют растворенные органические вещества, содержащиеся в речной воде. Последние при превышении цветности в осветленной воде более 10° образуют гелеобразные отложения на поверхности мембран в элементах второй ступени установки. Это сопровождается снижением производительности мембранных элементов и повышением рабочего давления на установке. Для восстановления производительности мембранные элементы подвергались промывке растворами щелочного реагента и дезинфектанта. В течение всего срока эксплуатации работа ООУ характеризуется высокими показателями селективности, что позволяет регенерировать Na-катионитные фильтры не чаще одного раза в месяц.
Для Новоуренгойского газохимического комплекса (НГХК) выполнен проект станции обезжелезивания, умягчения и обессоливания подземной воды. В составе станции предусмотрены две двухступенчатые (по тракту пермеата) обратно-осмотические установки производительностью по 50 м3/ч для глубокого обессоливания и обескремнивания воды.
Исходная вода, подогретая до 7-10 °С, после аэрации и обезжелезивания в напорных осветлительных фильтрах подается на установку натрий-катионирования. Умягченная вода поступает на фильтры тонкой очистки (5 мкм) и далее, после подщелачивания и обработки раствором ингибитора, подается на ООУ. Пермеат под остаточным давлением поступает в резервуары обессоленной воды и далее после химического дообессоливания подается на питание котлов-утилизаторов. Концентрат второй ступени ООУ подается на вход первой ступени. Концентрат первой ступени отводится на подпитку теплосети. Применение на НГХК двухступенчатых ООУ связано с высоким содержанием в исходной воде не только растворенной, но и нереакционной кремнекислоты. В отдельные периоды года полимерные формы кремнекислоты составляют более половины общего ее содержания. Последнее весьма важно в связи с подготовкой на НГХК обессоленной воды для котлов-утилизаторов высокого давления. Недостаточная очистка питательной воды от нереакционной кремнекислоты может привести к заносу проточной части турбин.
Таблица 1. Показатели качества исходной воды (и) и пермеата(п)
| Показатели | Объекты внедрения | |||||||||
| ОАО “Новомосковская ГРЭС” | ОАО “Тагаз” | ОАО “Сочинская ТЭС” | Рязанский НПЗ | ОАО “НГХК” | ||||||
| И | П | И | П | И | П | И | П | И | П | |
| Температура, “С | 29 | 29 | 23 | 23 | 10 | 10 | 25 | 25 | 10 | 10 |
| Ж, мг-экв/дм3 | 0.05 | 0.0 | 31.7 | 0.02 | 2.65 | 0.022 | 5.45 | 0.05 | 0.38 | 0.0 |
| Са, мг-экв/дм3 | – | – | 19.0 | 0.01 | 2.4 | 0.020 | 3.10 | 0.028 | 0.2 | 0.0 |
| Mq, мг-экв/дм3 | – | – | 12.7 | 0,01 | 0,25 | 0,002 | 2,35 | 0,021 | 0,18 | 0,0 |
| Щ, мг-экв/дм3 | 0.5 | 0,01 | 8,0 | 0,19 | 2,6 | 0,09 | 3,55 | 0,27 | 0,28 | 0,0 |
| рН | 9.9 | 8,8 | 6,87 | 5,0 | 7,84 | 6,0 | 7,8 | 5,85 | 6,47 | 5,1 |
| Na, мг/дм3 | 86 | 0,9 | 715 | 14,4 | 12,0 | 1.2 | 27,1 | 0,69 | 2,4 | 0,02 |
| Fe, мг/дм3 | 0.01 | 0,0 | 0,05 | 0,0 | <0,1 | 0,0 | 0,1 | <0,05 | 0,1 | 0,0 |
| SO2, мг/дм3 | 122 | 1,5 | 1641 | 10 | 18,11 | 0,18 | 48 | 0,43 | 6,45 | 0,0 |
| CI, мг/дм3 | 24 | 0,2 | 1010 | 9 | 1,49 | 0,01 | 7,4 | 2,0 | 3,3 | 0,0 |
| N03, мг/дм3 | – | – | – | – | 0,37 | 0,0 | – | – | – | – |
| Si03, мг/дм3 | 2,8 | 0,025 | – | – | 6,0 | 0,09 | 7,6 | 0,14 | 41 | 0,04 |
| Солесодержание,мг/дм3 | 316 | 4,5 | 4143 | 39,5 | 151 | 1,7 | 355 | 11,2 | 60 | 0,06 |
| аэ, мкСм/см | 630 | 9,0 | 7687 | 84 | 312 | 3,5 | 715 | 23 | 129 | 0,14 |
| Кислород, мгО/дм3 | 3,2 | 0,5 | – | – | 0,44 | 0,0 | – | – | – |
Как следует из представленного материала, применяемые методы предочистки перед ООУ существенно различаются в зависимости от качества исходной воды. При работе на поверхностных водах, как минимум, необходимо применение коагуляции и механического фильтрования. При работе на подземной воде может быть достаточно применение механического фильтрования, а при необходимости еще и обезжелезивания. На приведенных объектах стоимость одного м3 обессоленной воды составляет 3,0-4,5 руб. Это в 1,5-2 раза ниже, чем стоимость обессоленной воды, полученной по наиболее прогрессивным схемам ионообменного обессоливания.
Рассмотренная совокупность экономических, технологических и экологических преимуществ обратноосмотического обессоливания должна быть определяющей в выборе технологии ВПУ как для новых, так и реконструируемых объектов.
Литература
- Экономическое сравнение технологий обессоливания воды энергетических котлов высокого давления В.В.Ноев, Т.Ф.Быстрова, Ю.А.Ситняковский и др. // Энергосбережение и водоподготовка, 1998, №1,с.47-51.
- Мамет А.П., Ситняковский Ю.А, Применение обратного осмоса при обессоливании воды для питания парогенераторов ТЭС и АЭС // Теплоэнергетика, 2000, №7.- с.20-22.
- Мамет А.П., Ситняковский Ю.А. Сравнение экономичности ионитного и обратноосмотического обессоливания воды // Электрические станции, 2002, №6.- с.63-66.
- Технологические аспекты выбора оптимальных схем обессоливания питательной воды парогенераторов ТЭС и промышленных предприятий / И.А.Малахов, А.А.Аскерния, И.И.Боровкова, Г.И.Малахов // Теплоэнергетика, 2004, №7.-с.19-24.
- Опыт внедрения установки обратного осмоса УОО-166 на Нижнекамской ТЭЦ-1 / Б.Н.Ходырев, Б.С.Федосеев, А.И.Калашников и др.// Электрические станции, 2002, №6.- с.54-62.