Снижение выбросов сточных вод при подготовке добавочной воды цикла на Самарской ТЭЦ методом обратного осмоса

DOI: 10.24411/9999-010A-2019-10044

С.К. ЗИГАНШИНА, Э.Ф. ВАЛЕЕВА

Самарский государственный технический университет, г. Самара, Россия

СНИЖЕНИЕ ВЫБРОСОВ СТОЧНЫХ ВОД ПРИ ПОДГОТОВКЕ ДОБАВОЧНОЙ ВОДЫ ЦИКЛА НА САМАРСКОЙ ТЭЦ МЕТОДОМ ОБРАТНОГО ОСМОСА

Вода является одним из наиболее распространенных ресурсов и имеет незаменимую роль в энергетике, поскольку необходима для производства электроэнергии. На тепловых электрических станциях вода используется в качестве теплоносителя, отпускаемого потребителям в виде пара и горячей воды. Для повышения срока эксплуатации основного оборудования водный ресурс должен соответствовать определённым требованиям. Огромное количество исходной воды, поступающей на станцию необходимо очищать для дальнейшего использования в энергетических установках без ущерба для оборудования. Самым распространенным методом очистки в России является химический метод с применением ионообменных технологий, но в данном случае необходимо использование большого количества химических реагентов, а также нужен постоянный контроль за процессом подготовки воды, так как велика вероятность проскока нежелательных ионов (Копылов, 2006; Кудинов, 2012).

На Самарской ТЭЦ установлены пять энергетических котлов типа БКЗ-420-140НГМ, пять теплофикационных турбин Т-110/120-130 (3 шт.), ПТ-60-130/13, Р-50-130/13 и восемь водогрейных котлов типа КВГМ и ПТВМ (Кудинов, 2015; Кудинов и др, 2016).

В настоящее время на Самарской ТЭЦ применяется химический метод обессоли-вания воды. Отличительной чертой водоподготовки на СамТЭЦ является использование в качестве исходной (сырой) воду из городского водопровода, что значительно упрощает схему водоподготовки. Вода, поступившая на станцию проходит очистку на установке подпитки теплосети (ПТС), где умягчается на Н-катионитовых фильтрах и направляется в декарбонизатор для удаления СО2. Затем большая часть очищенной воды деаэрируется в вакуумных деаэраторах и подается на всас сетевого насоса 1-го подъема, а другая часть направляется на обессоливающую установку, где готовится добавочная вода (Зиганшина, 2009, 2015).

Исходной водой обессоливающей установки является декарбонизированная вода после установки подпитки теплосети, которая подается на ступенчато-противоточные Н-катионитовые фильтры, потом в декарбонизаторы и последовательно прокачивается через ОН-анионитные фильтры 1-ой ступени, Н-катионитовые фильтры 2-ой ступени, ОН-анионитные фильтры 2-ой ступени. Химически обессоленная вода подается в главный корпус по трем трубопроводам для восполнения потерь в пароводяном цикле цикла станции.

Для подготовки обессоленной воды с применением ионообменных технологий используется большое количество реагентов и загрузочных материалов. В качестве Н-катионита в ионообменные фильтры загружается «Леватит S-100», «Токем-140», ОН-анионитом служит «Леватит МР-62», а также активированный уголь, который засыпается на распределительную решетку перед загрузкой ионообменных материалов с целью предотвращения вымывания фильтрующего материала. В результате эксплуатации образуются отработанные ионообменные смолы и отработанный активированный уголь, загрязненный нефтепродуктами (содержание нефтепродуктов менее 15%).

© 2019 Зиганшина Светлана Камиловна, svet.zig@yandex.ru; Валеева Э.Ф.

Эксплуатация ионообменных фильтров заключается в последовательном повторении 4-х операций, которые составляют полный рабочий цикла фильтра: 1) взрыхление; 2) регенерация; 3) отмывка; 4) фильтрование.

Регенерацию Н-катионитных фильтров осуществляют раствором серной кислоты, которую пропускают через слой катионита. Расход И2804 за год составляет порядка 2550т. А ОН-анионитные фильтры регенерируют раствором щелочи. Расход №0Н составляет 550 тонн в год. Отмывка фильтров от продуктов регенерации и остатков реге-

2+

нерационного раствора производится водой. В результате взаимодействия ионов Са и ионов Б042" образуется малорастворимый сульфат кальция в количестве порядка 10 тонн в месяц (на ОУ), при расходе воды на установку в размере 4 тыс. тонн в месяц, а в год образуется порядка 130 тонн СаБ04

Са2+ + £О42-  СаБОл X

В процессе подготовки обессоленной воды на ионообменных фильтрах образуются сточные воды, которые не пригодны для дальнейшего использования и их необходимо направлять в очистные сооружения.

Альтернативным вариантом подготовки добавочной воды является применение комбинированной схемы с использованием установки обратного осмоса. В процессе эксплуатации обратноосматической установки возможно отложение осадков на поверхности мембраны внутри патронных микрофильтров, что повлечет снижение работоспособности не только конкретного участка поверхности, но и всей мембраны в целом. Поэтому необходимо применение небольшого количества кислотных и щелочных реагентов для промывок мембран, в ходе которых будут удаляться загрязнения различного происхождения. Также необходимо использование антискалантов -ингибиторов осадкообразования, способствующих предотвращению отложения осадков, например, солей жесткости воды. Антискаланты хорошо контролируют отложения солей Са, М^, Ва, Бг, соединений кремния. Антискалант дозируется небольшими порциями насосом-дозатором.

Если из-за отложений на мембранах рабочее давление увеличивается на 10% от первоначального, то необходимо проводить химическую промывку мембранных элементов. Для химической мойки применяются такие реагенты как соляная кислота (НС1), гидроксид натрия (№0Н), натриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (Ка-ЭДТА, трилон Б). В отличие от ионнообменного способа в комбинированном методе серная кислота не используется из-за риска осаждения сульфата кальция. Химическая промывка мембран состоит из нескольких последовательных этапов, таких как, 1) перекачивание моющего раствора с малым расходом, для вытеснения воды из мембран и заполнения мембран моющим раствором; 2) рециркуляция моющего раствора в системе обратного осмоса; 3) замачивание мембран; 4) промывка мембран (при проведении промывки мембран из системы обратного осмоса смываются загрязняющие вещества, удаленные с поверхности мембран).

Таким образом, для обратноосматической системы, состоящей из 5 блоков будут использоваться кислотные и щелочные реагенты для промывки мембран в количестве 3 тонн в год, а также антискаланты - в размере 3 кг в год. Следовательно, при комбинированном методе обессоливания воды используется гораздо меньше химических реагентов и не образуется большого количества шлама. А значит производство становится более экологичным, отпадает необходимость очищать сточные воды после установки, ведь качество концентрата будет довольно высоким. Возможно повторное использование концентрата с обратноосматической установки для собственных нужд станции или сброс его в канализацию без нарушения требований СанПиН.

Еще одним немаловажным преимуществом комбинированного метода обессоли-вания добавочной воды методом обратного осмоса является высокое качество очищенной воды, что приведет к увеличению срока службы основного оборудования, а также

снижению величины непрерывной продувки энергокотлов БКЗ-420-140 НГМ (Кудинов, 2012, Зиганшина, 2015). Качество исходной воды для установки обратного осмоса представлено в таблице.

Таблица . Расчетные параметры качества воды

Параметр Исходная Концентрат Пермиат

вода 25 °С 35 °С 25 °С 35 °С

мг/л 34,5 200 200 0,003 0,007

^ мг/л 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Mg, мг/л 0,07 0,4 0,4 0,00 0,00

Ca, мг/л 34 147 147 0,00 0,03

О, мг/л 35,4 205 205 0,03 0,035

Fe, мг/л 0,26 1,5 1,5 0,00 0,00

SO4, мг/л 105,6 612 612 0,01 0,02

Общая же-

сткость, мг- 2,6 15 15 0,2 0,3

экв/дм3

Суточный расход продувочной воды при снижении непрерывной продувки с 5% до 1% уменьшится на 986 т (с 1233 т/сут. до 247 т/сут.). В денежном выражении суточные потери воды и теплоты снизятся со 146 тыс. руб/сут до 29 тыс.руб./сут. (см. рис. 1).

суг, тыс. руб/сут 150

1 2 3 4 5 Р,%

Рис. 1. Зависимость суточного расхода воды, теряемой с продувкой (1), и суточные потери количества воды и теплоты в денежном выражении (2) от величины непрерывной

продувки

ут., Пт.сут., Псут., тыс.руб./сут

Рис. 2. Зависимости суточных потерь в денежном выражении количества воды (1), теплоты (2) и общей суточной потери (3) от величины непрерывной продувки

Рис. 3. Зависимость годовой потери воды и теплоты в денежном выражении от величины непрерывной продувки

Несмотря на такие недостатки, как высокая стоимость обратноосматических установок (стоимость одной установки составляет 10 млн. руб). и высокое энергопотребление насосами, создающими давление, применение комбинированной схемы имеет ряд важных преимуществ перед существующей схемой. Мембранный метод очистки позволяет сохранять стабильность качества воды в процессе ее очистки на протяжении долгого срока эксплуатации, за счет чего повышается срок эксплуатации основного теплоэнергетического оборудования. Вследствие этого будет снижаться величина потерь с непрерывной продувкой барабанных котлов, а, следовательно, и объем потребления исходной воды. Суточный расход продувочной воды уменьшится на 986 т (с 1233 т/сут. до 247 т/сут.). Еще одним важным фактором является использование минимального количества реагентов, а значит и изменение качества сточных вод, которые в дальнейшем возможно использовать повторно или сбрасывать в канализации без нарушения требований СанПиН. Так же преимуществом является высокая степень автоматизации, а как следствие упрощение процесса водоподготовки и безопасность обслуживающего персонала.

Список литературы

Зависимости суточных потерь в денежном выражении количества воды, теплоты и общей суточной потери от величины непрерывной продувки приведены на рис. 2. Потери воды при 5% составят 39.5 тыс. руб./сут., при 1% - 8 тыс. руб./сут. Потери теплоты при 5% - 107 тыс. руб./сут., при 1% - 21 тыс. руб./сут. Общие потери при 5% -146 тыс. руб./сут., при 1% - 29 тыс. руб./сут.

Годовые потери воды и теплоты в денежном выражении снизятся с 36,5 млн. руб./год до 7,3 млн. руб./год (см. рис. 3). Следовательно, при подготовке добавочной воды цикла на Самарской ТЭЦ методом обратного осмоса годовая экономия в денеж-

Зиганшина С.К. Подготовка добавочной воды на тепловых электростанциях: Уч. пос. Самара, 2009. 64 с.

Зиганшина С.К. Практикум по водоподготов-ке: Уч. пос. Самара, 2015. 70 с.

Копылов А.С., Лавыгин В.М., Очков В.Ф. Во-доподготовка в энергетике. М., 2006. 309 с.

Кудинов А.А. Горение органического топлива: Уч. пос. для вузов. М., 2015. 390 с.

Кудинов А.А. Тепловые электрические станции. Схемы и оборудование: Уч. пос. для вузов. М., 2012. 325 с.

Кудинов А.А., Зиганшина С.К. Энергосбережение в котельных установках ТЭС и систем теплоснабжения. М., 2016. 320 с.

Копылов А.С., Лавыгин В.М., Очков В.Ф. Во-доподготовка в энергетике. М., 2006. 309 с.