СИСТЕМА ГЛУБОКОГО ОБЕССОЛИВАНИЯ ПРЕСНЫХ И СОЛЕНЫХ ВОД С УСТАНОВКАМИ ОБРАТНОГО ОСМОСА И КАТИОНИРОВАНИЯ

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована для получения глубоко обессоленной воды из природных пресных и соленых вод для питания котлов высокого (ВД) и сверхкритического (СКД) давления тепловых электростанций (ТЭС), а также энергоблоков газотурбинных установок (ГТУ).
На ряде ТЭС применяют системы глубокого обессоливания, содержащие последовательно включенные установку предварительной подготовки воды, обратноосмотическую установку (ООУ) в качестве первой ступени обессоливания и ионообменную установку на Н- ОН- фильтрах в качестве второй ступени обессоливания [1, 2, 3] - аналоги. Недостатком системы по [1, 2, 3] является применение ионообменной установки в качестве второй ступени обессоливания, что связано с расходом реагентов (кислоты и щелочи) на регенерацию Н- ОН- фильтров, сбросом отработанных регенерационных растворов, содержащих высокие концентрации реакционноспособной кислоты и щелочи, необходимостью создания кислотного и щелочного хозяйств.
Известна система глубокого обессоливания природных вод, содержащая двухступенчатую ООУ и устройство для ввода в обрабатываемую воду перед ООУ добавки веществ, ионы которых обладают отрицательными гидратационными постоянными [4] - аналог. Недостатком системы согласно [4] является необходимость ввода веществ, увеличивающих солесодержание исходной воды, и малый межрегенерационный период (время между промывками мембран) - не более 94 суток.
2
Известна принимаемая в качестве ближайшего аналога полезной модели система глубокого обессоливания пресных и соленых вод, содержащая по меньшей мере одноступенчатую обратноосмотическую установку и установку для коррекционной обработки пермеата [5]. Согласно [5] установка для коррекционной обработки пермеата представляет собой дозатор раствора едкого натра в исходную воду второй ступени ООУ. Это позволяет переводить растворенную CO в бикарбонат-ионы, которые эффективно задерживаются второй ступенью ООУ, в результате чего качество пермеата по электропроводимости улучшается. К недостаткам системы согласно [5] следует отнести:
- недостаточно глубокое удаление катионов жесткости и натрия, что требует традиционно применяемого в теплоэнергетике дообессоливания пермеата на Н- ОН- фильтрах и связанных с этим расхода реагентов кислоты и щелочи, сброса минерализованных (кислых и щелочных) стоков, необходимости создания кислотного и щелочного реагентных хозяйств;
- увеличение концентрации натрия в питательной воде второй ступени ООО и соответственно повышение его содержания в пермеате;
2
- ненадежность щелочной коррекции рН пермеата первой ступени ООО, при которой возможно как передозирование раствора NaOH, разрушающе воздействующего на материал мембранных элементов, так и недодозирование с неполным связыванием свободной СО.
Достигаемыми результатами полезной модели являются:
- повышение глубины обессоливания воды с уменьшением ее электропроводимости, а также уменьшением содержания катионов жесткости и натрия до норм качества добавочной воды котлов ВД, энергоблоков СКД и ГТУ;
- устранение необходимости в ионообменном дообессоливании пермеата, требующего применения реагентов (кислоты и щелочи) и сброса концентрированных кислых и щелочных растворов;
- устранение необходимости в дозировании раствора NaOH в исходную воду второй ступени ООУ.
4
Указанные результаты обеспечиваются тем, что в системе глубокого обессоливания пресных и соленых вод, содержащей по меньшей мере одноступенчатую обратноосмотическую установку и установку для коррекционной обработки пермеата, согласно полезной модели, установка для коррекционной обработки пермеата выполнена в виде Na-, или NH-, или Н- катионитного фильтра, подключенного по входу к линии пермеата за предпоследней или последней ступенью обратноосмотической установки.
При этом катионитный фильтр может быть включен в линию пермеата последовательно со ступенями обратноосмотической установки и снабжен байпасной линией. Катионитный фильтр может быть также подключен параллельно к последней ступени обратноосмотической установки.
4
В отличие от приведенных выше аналогов, где применяются ионообменные фильтры в качестве полноценных ступеней химического обессоливания пермеата, согласно полезной модели предусматриваются фильтры, в основном, для частичного, и реже, полного катионирования пермеата. Причем в варианте Na- или NH- катионирования для регенерации фильтров применяется натриевая или аммонийная соль. Таким образом, в отличие от ступени химического обессоливания в данном случае применяются только фильтры с катионообменной смолой и не применяются фильтры с дорогостоящей анионообменной смолой. Соответственно, в качестве регенеранта не используется дорогостоящая каустическая сода.
Рассмотрим исходные данные для обоснования преимуществ системы глубокого обессоливания согласно полезной модели.
3
3
3
3
2
Основные типы природных пресных вод характеризуются следующим диапазоном концентраций компонентов, которые лимитируются в обессоленной воде: жесткость Ж=1÷5 мг-экв/дм, Na=4÷100 мг/дм, SiO=3÷15 мг/дм, солесодержание=100÷550 мг/дм, электропроводимость æ=200÷1100 мкСм/см.
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
2
2
В случае Na- или Н- Na- катионирования исходной воды перед ООУ ее жесткость будет Ж=10÷100 мкг-экв/дм, а содержание натрия Na=27÷215 мг/дм. Для природных соленых и морских вод характерные содержания тех же примесей составляют: Ж=60÷80 мг-экв/дм, Na=2000÷4000 мг/дм, SiO=3÷10 мг/дм, солесодержание=5÷18 г/дм. После первой ступени ООУ содержание этих компонентов в опресненной соленой или морской воде составит: Ж=0,8÷2,0 мг-экв/дм, Na=30÷100 мг/дм, SiO=0,05÷0,15 мг/дм, солесодержание=250÷400 мг/дм, æ=500÷800 мкСм/см, т.е. состав опресненной соленой или морской воды соответствует характерному диапазону содержания этих примесей в природных пресных водах.
Основные показатели качества обессоленной воды, лимитируемые при подготовке добавочной воды котлов ВД в теплоэнергетике и других отраслях промышленности, следующие:
3
3
Ж≤1,0÷3,0 мкг-экв/дм, Na ≤80÷100 мкг/дм,
3
SiO≤25÷100 мкг/дм, Ж≤1,0÷2,0 мкСм/см,
а для котлов СКД и ГТУ:
3
3
Ж≤0,1÷05 мкг-экв/дм, Na≤10÷20 мкг/дм,
3
SiO2≤10÷20 мкг/дм, æ≤0,5 мкСм/см.
В таблице 1 приведены возможные минимальные и максимальные значения указанных показателей пермеата первой и второй ступеней ООУ при соответственно минимальных и максимальных характерных показателях исходной пресной воды.
Таблица 1
Показатели качества
Значения
Исходная вода перед ООУ
Пермеат ООУ-1 ст.
Пермеат ООУ-2 ст.
Ж, мг-экв/дм<sup>3</sup>
min
<img file="00000002.tif" he="11" wi="30" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000003.tif" he="11" wi="31" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000004.tif" he="11" wi="36" img-content="undefined" img-format="tif" />
max
<img file="00000005.tif" he="11" wi="21" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000006.tif" he="11" wi="29" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000007.tif" he="11" wi="34" img-content="undefined" img-format="tif" />
Na, мг/дм<sup>3</sup>
min
<img file="00000008.tif" he="10" wi="21" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000009.tif" he="11" wi="26" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000010.tif" he="11" wi="31" img-content="undefined" img-format="tif" />
max
<img file="00000011.tif" he="10" wi="22" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000012.tif" he="11" wi="21" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000013.tif" he="11" wi="26" img-content="undefined" img-format="tif" />
SiO<sub>2</sub>, мг/дм<sup>3</sup>
minmaxmin
3÷415÷20100÷150
0,05÷0,0650,25÷0,32÷3
0,005÷0,00650,025÷0,030,2÷0,3
Солесодержание,мг/дм<sup>3</sup>
maxmin
500÷600200÷300
10÷124÷6
0,5÷0,60,4÷0,6
æ, мкСм/см
max
1000÷1200
2÷24
1,0÷1,2
*Примечание: числитель - показатели состава исходной воды послепредочистки; знаменатель - показатели состава исходной воды после предочистки и Na- катионирования
В таблице 2 приведены характерные показатели качества пермеата первой, второй и третьей ступеней ООУ, полученного из Каспийской морской воды.
Таблица 2
Показатели качества
Исходная вода
I ст.
Пермеат ООУ II ст.
III ст.
Ж, мг-экв/дм<sup>3</sup>
80
1,6
0,016
0,0016
Na, мг/дм<sup>3</sup>
4000
120
1,8
0,18
SiO<sub>2</sub>, мг/дм<sup>3</sup>
6,0
0,12
0,0012
0
Солесодержание, мг/дм<sup>3</sup>
14000
350
6,0
0,6
æ, мкСм/см
28000
700
12,0
1,2
Как видно из табл.1, из всех лимитируемых показателей только содержание кремнекислоты и электропроводимость пермеата после второй ступени ООУ соответствуют требуемым нормам. Для морской воды (табл.2) это достигается после третьей ступени ООУ. Другие показатели - жесткость и содержание Na близки к нормам, но не во всех случаях соответствуют им.
3
Следовательно, необходимо увеличение степени удаления именно этих катионов - Ж и Na. Введение для этого еще одной ступени ООУ (третьей на пресной воде и четвертой на морской воде) нерационально по технико-экономическим соображениям и неэффективно по технологической сути процесса мембранного обессоливания. При низком солесодержании (менее 1 мг/дм) обратный осмос перестает работать, так как с увеличением диссоциации молекул воды происходит повышение проницаемости гидрофильных мембран.
Решение этой проблемы согласно полезной модели обеспечивается повышением качества пермеата в необходимом (относительно узком) диапазоне концентрации жесткости и натрия.
Приведенные диапазоны расходов подаваемого на катионирование пермеата последней или предпоследней ступеней ООУ требуют соответствующего обоснования их граничных значений. Ниже приведены значения показателей качества исходной воды по жесткости и натрию, выше которых обосновано применение предлагаемой системы обессоливания.
3
3
3
3
3
3
Для котлов ВД при обычном двухступенчатом обратноосмотическом обессоливании требуемое качество добавочной воды (Ж≤1 мкг-экв/дм и Na≤80 мкг/дм) будет достигаться при содержании в исходной воде Ж≤1,0 мг-экв/дм и Na≤50 мг/дм и соответственно после первой ступени ООУ при Ж≤10 мкг-экв/дм и Na≤800 мкг/дм.
3
3
3
3
3
3
Для блоков СКД и ГТУ при обычном двухступенчатом обратноосмотическом обессоливании требуемое качество добавочной воды (Ж≤0,1 мкг-экв/дм и Na≤10 мкг/дм) будет достигаться при содержании в исходной воде Ж≤0,1 мг-экв/дм и Na≤7 мг/дм и соответственно после первой ступени ООУ при Ж≤0,1 мкг-экв/дм и Na≤100 мкг/дм.
Как видно из приведенных данных, обессоливание в двухступенчатой ООУ обеспечивает требуемое качество добавочной воды для котлов ВД только в очень узком диапазоне состава исходных маломинерализованных вод, для некоторых природных вод либо для вод после их известковокоагуляционной обработки. Для блоков СКД и ГТУ указанная задача вообще не обеспечивается из-за непомерно высоких требований к качеству исходной воды. Таким образом, в основном диапазоне характерных составов природных вод обессоливание в традиционной двухступенчатой ООУ недостаточен, и требуется ее усиление установкой катионирования, обеспечивающей необходимую коррекцию качества обессоленной воды по Ж и Na.
4
4
4
4
На фиг.1-8 приведены схемы, иллюстрирующие различные возможные варианты реализации системы глубокого обессоливания согласно полезной модели. Установка глубокого обессоливания содержит линию 1 подвода осветленной воды (OВ), обратноосмотическую установку первой ступени обессоливания (ООУ-1 ст.) 2, линию 3 отвода пермеата первой ступени, Na-катионитный фильтр (Na) 4 (фиг.1, 3), NH-катионитный фильтр (NH) 5 или Н-катионитный фильтр (Н) 6 (фиг.2, 4, 5, 6, 7, 8), линию 7 байпасирования Na-или NH-катионитного фильтра 4, 5, обратноосмотическую установку второй ступени обессоливания (ООУ-2 ст.) 8, линию 9 отвода пермеата второй ступени, линию 10 отвода концентрата ООУ-1 ст., линию 11 отвода концентрата ООУ-2 ст., линию 12 отвода обессоленной воды после Na-, или NH-, или Н-катионитного фильтра, обратноосмотическую установку третьей ступени обессоливания (ООУ-3 ст.) 13, линию 14 отвода пермеата третьей ступени, линию 15 отвода концентрата ООУ-3 ст.
Рассмотрим соответствующие этим схемам варианты реализации способа согласно изобретению для котлов ВД (варианты 1-6, табл.3-8) и блоков СКД и ГТУ (варианты 7, 8, табл.9, 10) в зависимости от качества исходной воды и способа комбинирования OOO и катионирования.
Вариант 1 (фиг.1) - Na-катионирование (в фильтре 4) 20÷100% расхода пермеата предпоследней ступени ООУ (ООУ-1 ст.2) перед подачей его на ООУ последней ступени (ООУ-2 ст.8). Для этого варианта показатели составов исходной и очищаемой воды по ступеням ООУ и Na-катионирования приведены в таблице 3.
4
4
Вариант 2 (фиг.2) - NH-катионирование (в фильтре 5) 20÷100% расхода пермеата предпоследней ступени ООУ (ООУ-1 ст.2) перед подачей на ООУ последней ступени (ООУ-2 ст.8). Для этого варианта показатели составов исходной и очищаемой воды по ступеням ООУ и NH-катионирования приведены в таблице 4.
Вариант 3 (фиг.3) - Na-катионирование (в фильтре 4) 20÷100% расхода пермеата последней ступени ООУ (на чертеже - ООУ-3 ст.13, но это может быть и вторая ступень 8). В таблице 5 приведены показатели составов исходной и очищаемой воды по ступеням ООУ и Na-катионирования применительно к варианту с последней второй ступенью ООУ-2 ст 8.
4
4
Вариант 4 (фиг.4) - NH-катионирование (в фильтре 5) 20÷100% расхода пермеата последней ступени ООУ (ООУ-2 ст.8). Для этого варианта показатели составов исходной и очищаемой воды по ступеням ООУ и NН-катионирования приведены в таблице 6.
4
4
Вариант 5 (фиг.5)- NH-катионирование (в фильтре 5) 20÷80% расхода пермеата предпоследней ступени ООУ (ООУ-1 ст.2). Для этого варианта показатели составов исходной и очищаемой воды по ступеням ООУ и NH-катионирования приведены в таблице 7.
4
4
Вариант 6 (фиг.6) - NH-катионирование 100% расхода пермеата одной ступени ООУ (ООУ-1 ст.2). Для этого варианта показатели составов исходной и очищаемой воды по ступеням ООУ и NH-катионирования приведены в таблице 8.
4
4
Вариант 7 (фиг.7) - NH-катионирование 100% расхода пермеата первой ступени ООУ (ООУ-1 ст.2). Для этого варианта показатели составов исходной и очищаемой воды по ступеням ООУ и NH-катионирования приведены в таблице 9.
4
4
Вариант 8 (фиг.8) - NH-катионирование 100% расхода пермеата второй ступени ООУ (ООУ-2 ст.8). Для этого варианта показатели составов исходной и очищаемой воды по ступеням ООУ и NH-катионирования приведены в таблице 10.
4
Показатели составов исходной и очищаемой воды по ступеням ООУ и Н-катионирования не приводятся, так как при этом обеспечиваются аналогичные показатели составов очищаемой воды, что и по ступеням ООУ и NH-катионирования, при тех же границах расходов пермеата, подвергаемого катионированию.
Таблица 3
Наименование потока
Показатели состава
Доля Na-катионированного пермеата ООУ 1 ст. в питательной воде ООУ 2 ст., %
0
10
20
50
80
100
100
Исходная вода
Ж, мг-экв/дм<sup>3</sup>Na, мг/дм<sup>3</sup>
1,0
1,0
1,2
1,2
2,0
3,0
3,2
3,2
50
50
48
48
37
16
7
10
Пермеат ООУ 1 ст.
Ж,мг-экв/дм<sup>3 </sup>
0,01
0,01
0,012
0,012
0,02
0,03
0,032
0,032
Na, г/дм<sup>3</sup>
0,8
0,8
0,72
0,72
0,56
0,24
0,105
0,15
Перм. ООУ 1 ст. после Na-кат-ния
Ж,мкг-экв/дм<sup>3 </sup>
-
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
Na,мкг/дм<sup>3</sup>
-
930
1000
1000
1015
930
790
860
Питат. вода ООУ 2 ст. (смесь перм. ООУ 1 ст. с.
Ж, мкг-экв/дм<sup>3</sup>
-
9,1
10,9
10
10
9
-
-
Na-кат. перм
Na, мкг/дм<sup>3</sup>
-
13
750
780
780
790
-
-
Пермеат ООУ 2 ст.
Ж, мкг-экв/дм<sup>3 </sup>
≤1
≤1
1,1
≤1
≤1
≤1
≤1
≤1
Na, мкг/дм<sup>3</sup>
≤80
81,3
≤80
≤80
≤80
≤80
≤80
86
Таблица 4
Наименованиепотока
Показателисостава
Доля NH<sub>4</sub>-катионированного пермеата ООО 1 ст. в питательной воде ООУ 2 ст., %
0
10
20
50
80
100
100
Исходнаявода
Ж, мг-экв/дм<sup>3</sup>
1,0
1,0
1.2
1.2
1,8
3,4
4,0
4,0
Na, мг/дм<sup>3</sup>
50
50
60
60
90
160
260
280
ПермеатООУ 1 ст.
Ж, мг-экв/дм<sup>3</sup>
0,01
0,01
0,012
0,012
0,018
0,034
0,04
0,04
Na, мг/дм<sup>3</sup>
0,8
0,8
0,9
0,9
1,3
2,2
3,9
4,2
Перм. ООУ 1 ст. после NH<sub>4</sub>-кат-ния
Ж, мкг-экв/дм<sup>3</sup>
-
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
Na, мкг/дм<sup>3</sup>
-
160
180
180
260
440
780
840
Питат. Вода ООУ 2 ст. (смесь перм. ООУ 1 ст. с NН<sub>4</sub>-кат-ным пермеатом)
Ж, мкг-экв/дм<sup>3</sup>
-
9,1
10,9
10
10
10
-
-
Na, мкг/дм<sup>3</sup>
-
736
828
770
780
780
-
-
Пермеат ООУ 2 ст.
Ж,мкг-экв/дм<sup>3</sup>
≤1
≤1
1,1
≤1
≤1
≤1
≤1
≤1
Na, мкг/дм<sup>3</sup>
≤80
≤80
82,8
≤80
≤80
≤80
≤80
84
Таблица 5
Наименованиепотока
Показателисостава
Доля Na-катионированного пермеата ООУ 2 ст. в обессоленной воде, %
0
10
20
50
80
100
100
Исходная вода
Ж, мг-экв/дм<sup>3</sup>
1,0
1,0
1,2
1,2
2,0
2,7
3,0
3,5
3,0
Na, мг/дм<sup>3</sup>
50
50
39
39
38
20
7
7
10
Пермеат ООУ 1 ст.
Ж, мг-экв/дм<sup>3</sup>
0,01
0,01
0,012
0,012
0,02
0,027
0,03
0,035
0,03
Na,мкг/д<sup>3</sup>
0,8
0,8
0,59
0,59
0,57
0,3
0,1
0,1
0,15
Пермеат ООУ 2 ст.
Ж, мкг-экв/дм<sup>3 </sup>
1,0
1,0
1,2
1,2
2,0
2,7
3,0
3,5
3,0
Na, мкг/м<sup>3</sup>
80
80
59
59
57
30
10
10
15
Пермеат ООУ 2 ст. после Na-кат-ния
Ж, мкг-экв/дм<sup>3</sup>
-
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
Na,мкг/д<sup>3</sup>
-
101
84
84
98
90
80
91
82
Обессол. вода (смесь пермеата ООУ 2 ст. с Na-катион. пермеатом)
Ж, мкг-экв/дм<sup>3</sup>
-
≤1
1,1
≤1
≤1
≤1
-
-
-
Na, мкг/дм<sup>3</sup>
-
98,9
≤80
≤80
≤80
≤80
-
-
-
Таблица 6
Наименование потока
Показатели состава
Доля NН<sub>4</sub>-катионированного пермеата ООУ 2 ст. в обессоленной воде, %
0
10
20
50
80
100
100
Исходная вода
Ж, мг-экв/дм<sup>3</sup>
1,0
1,0
1,2
1,2
2,0
5,0
20,0
20,0
Na, мг/дм<sup>3</sup>
50
50
60
60
90
150
270
280
Пермеат ООУ 1 ст.
Ж, мг-экв/дм<sup>3 </sup>
0,01
0,01
0,012
0,012
0,02
0,05
0,2
0,2
Na, мг/дм<sup>3</sup>
0,8
0,8
0,9
0,9
1,35
2,3
4,0
4,2
Пермеат ООУ 2 ст.
Ж, мкг-экв/дм<sup>3 </sup>
≤1,0
1,0
1,2
1,2
2,0
5,0
20
20
Na, мкг/дм<sup>3</sup>
≤80
80
90
90
130
230
400
420
Пермеат ООУ 2 ст. после NН<sub>4</sub>-катион.
Ж, мкг-экв/дм<sup>3</sup>
-
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
≤1
≤1
Na, мкг/дм<sup>3</sup>
-
16
18
18
26
46
≤80
84
Обес. вода (смесь перм. ООУ 2 ст. с NH<sub>4</sub>-кат. пермеатом)
Ж, мкг-экв/дм<sup>3 </sup>
-
≤1
1,1
≤1
≤1
≤1
-
-
Na, мкг/дм<sup>3</sup>
-
≤80
82,8
≤80
≤80
≤80
-
-
Таблица 7
Наименованиепотока
ПоказателиСостава
Доля NН<sub>4</sub>-катионированного пермеата ООО 2 ст. в обессоленной воде, %
0
10
20
50
80
90
100
Исходная вода
Ж, мг-экв/дм<sup>3 </sup>
1,0
1,0
1,2
1,2
2,0
2,5
2,5
3,0
3,0
Na, мг/дм<sup>3</sup>
52
45
45
45
40
35
35
30
30
Пермеат ООУ 1 ст.
Ж, мг-экв/дм<sup>3</sup>
0,01
0,01
0,012
0,012
0,02
0,025
0,025
0,03
0,03
Na, мг/дм<sup>3</sup>
0,78
0,67
0,67
0,67
0,52
0,45
0,45
0,4
0,4
Пермеат ООУ 1 ст. после NH<sub>4</sub>-кат-ния
Ж, мкг-экв/дм<sup>3</sup>
-
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
≤1,0
Na, мкг/дм<sup>3</sup>
-
130
130
130
100
90
90
80
≤80
Пермеат ООУ 2 ст.
Ж, мкг-экв/дм<sup>3</sup>
≤1
1,0
1,2
1,2
2,0
2,5
2,5
30
-
Na, мкг/дм<sup>3</sup>
≤80
67
67
67
50
45
45
40
-
Обессол. вода (смесь перм. ООУ 2 ст. с NH<sub>4</sub>-кат. перм. ООУ 1 ст.)
Ж, мкг-экв/дм<sup>3</sup>
-
≤1
≤1
≤1
≤1
≤1
≤1
≤1
-
Na, мкг/дм<sup>3</sup>
-
≤80
≤80
≤80
≤80
≤80
85
≤80
-
Таблица 8
Наименование потока
Показатели состава
NH<sub>4</sub>-катионированный пермеат ООУ 1 ст.
100
100
100
100
100
100
100
100
Исходная вода
Ж, мг-экв/дм<sup>3</sup>
1,0
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
4,5
Na, мг/дм<sup>3</sup>
7
15
20
25
30
30
30
32
Пермеат ООУ
Ж, мг-экв/дм<sup>3</sup>
0,01
0,02
0,025
0,03
0,035
0,04
0,045
0,045
Na, мг/дм<sup>3</sup>
0,105
0,22
0,3
0,37
0,4
0,4
0,4
0,416
Перм. ООУ после NH<sub>4</sub>-кат-ния
Ж, мкг-экв/дм<sup>3</sup>
≤0,1
≤0,1
≤0,1
≤0,1
≤0,1
≤0,1
≤0,1
≤0,1
Na, мкг/дм<sup>3</sup>
20
42
55
74
80
80
80
83,2
Таблица 9
Наименование потока
Показатели состава
NН<sub>4</sub>-катионированный пермеат ООУ 1 ст.
100
100
100
100
100
100
100
Исходная вода
Ж, мг-экв/дм<sup>3</sup>
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
Na, мг/дм<sup>3</sup>
10
15
20
30
40
50
60
Пермеат ООУ 1 ст.
Ж, мг-экв/дм<sup>3 </sup>
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,035
0,04
Na, мг/дм<sup>3</sup>
0,15
0,23
0,3
0,45
0,6
0,75
1,0
Пермеат ООУ 1 ст. после NH<sub>4</sub>-кат-ния
Ж, мкг-экв/дм<sup>3</sup>
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
Na, мкг/дм<sup>3</sup>
30
46
60
90
120
150
200
Пермеат ООУ 2 ст.
Ж, мкг-экв/дм<sup>3 </sup>
≤0,1
≤0,1
≤0,1
≤0,1
≤0,1
≤0,1
≤0,1
Na, мкг/дм<sup>3</sup>
3,0
4,6
6,0
9,0
12,0
15,0
20,0
Таблица 10
Наименование потока
Показатели состава
NH<sub>4</sub>-катионированный пермеат ООУ 2 ст.
100
100
100
100
100
100
100
100
Исходная вода
Ж, мг-экв/дм<sup>3</sup>
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,0
Na, мг/дм<sup>3</sup>
10
15
20
30
35
40
50
60
Пермеат ООУ 1 ст.
Ж, мг-экв/дм<sup>3 </sup>
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,035
0,05
0,06
Na, мг/дм<sup>3</sup>
0,15
0,23
0,3
0,45
0,52
0,6
0,75
0,9
Пермеат ООУ 2 ст.
Ж, мкг-экв/дм<sup>3</sup>
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,0
Na, мкг/дм<sup>3</sup>
10,5
23
30
45
52
60
75
90
Пермеат ООУ 2 ст. после NH<sub>4</sub>-катион.
Ж, мкг-экв/дм<sup>3 </sup>
≤0,1
≤0,1
≤0,1
≤0,1
≤0,1
≤0,1
≤0,1
≤0,1
Na, мкг/дм<sup>3</sup>
2,0
4,6
6,0
9,0
10,4
12,0
15,0
18,0
Как видно из таблиц 3 и 5, содержание Ж и Na в обессоленной воде взаимосвязано. При повышении Ж в исходной воде увеличение доли Na-катионируемой воды возможно лишь при условии пониженного содержания в ней Na, так как Na-катионирование пермеата ООУ 1 ст. или ООУ 2 ст. приводит к тем большим концентрациям Na, чем выше содержание исходной Ж.
4
Как видно из таблиц 4, 6, 7, 8, 9, 10 при NH-катионировании этот процесс не зависит от соотношения Ж и Na.
Граничные значения рассмотренных выше вариантов комбинированной обработки воды обусловлены показателями состава исходной воды, требуемыми показателями качества обессоленной воды и технико-экономической и технологической целесообразностью организации процессов обратноосмотического обессоливания и катионирования в определенном диапазоне расходов обрабатываемой воды.
4
Рекомендуемый диапазон расходов пермеата, подаваемого на Na-, или NH-, или Н-катионирование, составляет 20÷100%.
4
Как видно из таблиц 3, 4, 5, 6, 7, 8 при дальнейшем увеличении Na и/или Ж в исходной воде даже 100% катионирование уже не обеспечивает требуемое качество добавочной воды котлов ВД, а как видно из таблиц 9, 10 - не обеспечивает требуемое качество добавочной воды также для блоков СКД и ГТУ. Для получения добавочной воды применительно к блокам СКД и ГТУ (табл.9 и 10) необходимо NH- катионирование 100% расхода пермеата.
4
4
Исключением является вариант 5, для которого оптимальный предел верхнего граничного значения NH-катионирования составляет 80% расхода пермеата. В таблице 7 (вариант 5) приведены показатели по ступеням ООУ только в сочетании с NH-катионированием, так как обработка пермеата по байпасу к ООУ 2 ст. Na-катионированием не обеспечивает нормативного качества воды даже при минимальных исходных содержаниях Ж и Na.
4
4
4
Таким образом, при работе по варианту 5 целесообразно NH-катионирование максимум 80% расхода пермеата ООУ 1 ст., так как при NH-катионировании 100% расхода пермеата ООУ 1 ст. вторая ступень ООУ исключается, и схема превращается в вариант 4, то есть NH-катионирование 100% расхода пермеата последней ступени ООУ. Для пресных природных вод в этом случае ступень ООУ является первой и последней, но для минерализованных и морских вод она может быть, например, второй (вариант 8) и, следовательно, последней ступенью ООУ.
4
4
4
3
3
3
3
В таблице 8 приведены показатели одноступенчатой ООУ в сочетании с NH-катионированием 100% расхода пермеата ООУ. Диапазон применения указанного варианта реализации предлагаемого способа (вариант 6) обусловлен показателями исходной воды. Нижняя граница диапазона соответствует минимально возможным содержаниям Ж - 1,0 мг-экв/дм и Na - 7 мг/дм (природные воды с меньшим содержанием Ж и Na практически отсутствуют). Верхняя граница диапазона ограничена суммарными технологическими возможностями ООУ и установки NH-катионирования по удалению натрия. Исходя из этого, при исходном содержании Na более 30 мг/дмостаточное его содержание в NH-катионированном пермеате будет превышать требуемую для котлов ВД концентрацию 80 мкг/дм.
Изложенное подтверждается приведенными ниже примерами.
Пример 1. Исходную водопроводную воду после осветления и стабилизационной обработки ингибитором солеотложений (антискалантом) подают по линии 1 осветленной воды (OВ) на ООУ-1 ст.2 (фиг.1). 80% расхода пермеата первой ступени подают в фильтр 4 на Na-катионирование, после чего умягченный пермеат смешивают с оставшимися 20% расхода неумягченного пермеата ООУ-1 ст., подаваемого по линии 7. Полученная смесь поступает на ООУ-2 ст.8. Пермеат ООУ-2 ст. по линии 9 направляют в пароводяной цикл котлов ВД (14 МПа). Концентрат ООУ-2 ст. по линии 11 подают на разбавление OВ перед ООУ-1 ст.2. В таблице 11 приведены показатели состава OВ, пермеата ООУ-1 ст., Na-катионированного пермеата ООУ-1 ст., смеси Na-катионированного и неумягченного пермеата ООУ-1 ст., пермеата ООУ-2 ст.
Таблица 11
Показатели качества
Осветлен.вода перед OOO
Пермеат OOO 1 ст.
Na-катио-нир. перм. OOO 1 ст
Смесь Na-катионир. и неумягчен. перм.OOO 1 ст.
Пермеат OOO 2 ст.
Na, мг/дм<sup>3</sup>
16,0
0,24
0,9
0,8
0,08
Ж, мг-экв/дм<sup>3</sup>
3,0
0,03
0,001
0,007
0,001
СО<sub>3</sub>, мг/дм<sup>3</sup>
0,3
0,0
0,0
0,0
0,0
НСО<sub>3</sub>,«-»
235,0
4,7
4,7
4,7
0,32
Сl, «-»
19,0
0,3
0,3
0,3
0,03
SO<sub>4</sub>, «-»
39,0
0,4
0,4
0,4
0,04
SiO<sub>2</sub>, «-»
6,6
0,07
0,07
0,07
0,007
СO<sub>2</sub>, «-»
14,9
2,8
2,8
2,8
2,66
Солесод.«-»
370
6,8
6,8
6,44
0,49
рН
7,35
6,0
6,0
6,0
5,31
æ, мкСм/см
-
12,4
12,4
12,9
0,98
Как видно из табл.11, качество полученной обессоленной воды соответствует нормам качества добавочной воды для котлов ВД.
Пример 2. Исходную подземную соленую воду после осветления и стабилизационной обработки ингибитором солеотложений (антискалантом) подают на первую ступень ООУ-1 ст.2, пермеат которой подают на вторую по пермеату ступень ООУ-2 ст.8 (фиг.3), пермеат последней подают на третью по пермеату ступень ООУ-3 ст.13. На фиг.3 представлены только вторая и третья ступени ООУ. 40% пермеата ООУ-3 ст.13 подают в фильтр 4 на Na-катионирование, после чего катионированный пермеат смешивают с оставшимися 60% расхода необработанного пермеата ООУ-3 ст. Полученную смесь направляют в пароводяной цикл котлов ВД (14 МПа). Концентраты второй и третьей по пермеату ступеней ООУ подают по линиям соответственно 11 и 15 на разбавление исходной воды предыдущей ступени ООУ.
В таблице 12 приведены показатели состава OВ, пермеата ООУ-1 ст., пермеата ООУ-3 ст., Na-катионированного пермеата ООУ-3 ст. и смеси Na-катионированного и необработанного пермеата ООУ-3 ст.
Таблица 12.
Показатели качества
Исходная вода передООО
Пермеат
Na-катио-ный пермеат ООУ-3 ст.
Смесь Na-катион. и необработ. пермеата ООУ-3 ст.
ООО 1 ст.
OOO 3 ст.
Na, мг/дм<sup>3</sup>
2800
84
0,12
0,024
0,08
Ж, мг-экв/дм<sup>3</sup>
80
1,6
0,0016
0,0001
0,001
СО<sub>3</sub>, мг/дм<sup>3</sup>
7,0
0,0
0,0
0,0
0,0
НСО<sub>3</sub>,«-»
200
5,0
0,05
0,05
0,05
Сl, «-»
8200
160
0,4
0,4
0,4
SO<sub>4</sub>, «-»
100
1,5
0,02
0,02
0,02
SiO<sub>2</sub>, «-»
20
0,3
0,003
0,003
0,003
СO<sub>2</sub>, «-»
1,8
3,2
2,95
2,95
2,95
Солесод.«-»
13000
260
0,5
0,5
0,5
рН
7,9
6,3
5,14
5,14
5,14
æ, мкСм/см
-
520
1,0
1,0
1,0
Как видно из табл.12, качество полученной обессоленной воды соответствует нормам качества добавочной воды котлов ВД.
4
4
Пример 3. Исходную пресную воду после осветления и стабилизационной обработки ингибитором солеотложений (антискалантом) подают на первую ступень ООУ-1 ст.2. 65% пермеата первой ступени подают на вторую ступень ООУ-2 ст.8 (фиг.5), а оставшиеся 35% пермеата - по байпасной линии 12 к ООУ-2 ст.8 на NH-катионирование. Далее NH-катионированный пермеат ООУ-1 ст. смешивают с пермеатом ООУ-2 ст. Полученную смесь направляют в пароводяной цикл котлов ВД. Концентрат ООУ-2 ст.8 подают на разбавление ОВ перед ООУ-1 ст.2.
4
4
В таблице 13 приведены показатели состава ОВ, пермеата ООУ-1 ст., пермеата ООУ-2 ст., NH-катионированного пермеата ООУ-1 ст., и смеси NH-катионированного пермеата ООУ-1 ст. и пермеата ООУ-2 ст.
Таблица 13.
Показатели качества
Исходная вода перед ООО
Пермеат
NH<sub>4</sub>-катион. пермеат ООУ-1 ст.
Смесь NH<sub>4</sub>-кат. перм. и перм. ООУ-2 ст
ООУ-1cт.
ООУ-2 ст.
NH<sub>4</sub>, мг/дм<sup>3</sup>
-
-
-
0,43
0,21
Na,«-»
33
0,5
0,05
0,1
0,075
Ж, мг-экв/дм<sup>3</sup>
0,8
0,08
0,001
0,0001
0,0005
НСО<sub>3</sub>, мг/дм<sup>2</sup>
42
0,6
0,06
0,6
0,33
Сl, «-»
18,4
0,4
0,04
0,4
0,22
SO<sub>4</sub>, «-»
14,4
0,14
0,014
0,14
0,077
SiO<sub>2</sub>«-»
12
0,12
0,012
0,12
0,066
Солесодер.«-»
131
1,9
0,2
1,8
1,0
æ, мкСм/см
262
3,8
0,4
3,6
2,0
Как видно из табл.13, качество полученной обессоленной воды соответствует нормам качества добавочной воды котлов ВД.
Источники информации:
1. Применение обратного осмоса при обессоливании воды для питания парогенераторов ТЭС и АЭС.- Мамет А.П., Ситняковский Ю.А.- Теплоэнергетика, 2000, №7, с.20-22.
2. Сравнение экономичности ионитного и обратноосмотического обессоливания воды. - Мамет А.П., Ситняковский Ю.А.- Электрические станции, 2002, №6, с.63-66.
3. Опыт внедрения установки обратного осмоса УОО - 166 на Нижнекамской ТЭЦ-1. - Ходырев Б.Н. и др. Электрические станции, 2002 №6, с.54-62.
4. Патент RU №2129527, 6 С02F 1/00, 1996.
5. В.И.Федоренко, И.Е.Карякин, С.Е.Бурковский. Производство ультрачистой воды с применением двухступенчатого обратного осмоса. Серия. Критические технологии. Мембраны, 2004, №4 (24), с.1-15.