О результатах эксплуатации установок обратноосмотического обессоливания в схемах водоподготовки ТЭС и котельных

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)

ПоказателиОбъекты внедрения
ОАО «Новомосковская ГРЭС»ОАО «Тагаз»ОАО «Сочинская ТЭС»Рязанский НПЗОАО «НГХК»
ИПИПИПИПИП
Температура, «С29292323101025251010
Ж, мг-экв/дм30.050.031.70.022.650.0225.450.050.380.0
Са, мг-экв/дм319.00.012.40.0203.100.0280.20.0
Mq, мг-экв/дм312.70,010,250,0022,350,0210,180,0
Щ, мг-экв/дм30.50,018,00,192,60,093,550,270,280,0
рН9.98,86,875,07,846,07,85,856,475,1
Na, мг/дм3860,971514,412,01.227,10,692,40,02
Fe, мг/дм30.010,00,050,0<0,10,00,1<0,050,10,0
SO2, мг/дм31221,516411018,110,18480,436,450,0
CI, мг/дм3240,2101091,490,017,42,03,30,0
N03, мг/дм30,370,0
Si03, мг/дм32,80,0256,00,097,60,14410,04
Солесодержание,мг/дм33164,5414339,51511,735511,2600,06
аэ, мкСм/см6309,07687843123,5715231290,14
Кислород, мгО/дм33,20,50,440,0 

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

  1. 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.
  2. Мамет А.П., Ситняковский Ю.А, Применение обратного осмоса при обессоливании воды для питания парогенераторов ТЭС и АЭС // Теплоэнергетика, 2000, №7.- с.20-22.
  3. Мамет А.П., Ситняковский Ю.А. Сравнение экономичности ионитного и обратноосмотического обессоливания воды // Электрические станции, 2002, №6.- с.63-66.
  4. 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.
  5. 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.

Leave a Comment

Ваш адрес email не будет опубликован.