CC BY
18УДК 62
МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМ ВОДОПОДГОТОВКИ НА ТЭЦ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ
МЕМБРАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Коняев И.В., студент группы 17Стр(м)ТГМП, Оренбургский государственный университет, Оренбург
e-mail: vanoshamanov@gmail.com
Научный руководитель: Демидочкин В.В., канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой теплогазоснабжения, вентиляции и гидромеханики, Оренбургский государственный университет, Оренбург
Постоянное развитие промышленности и энергетики, коммунального хозяйства, значительный рост водопотребления и возросшие требования к качеству воды приводят к строительству новых систем и сооружений водоснабжения, модернизации и реконструкции существующих. По указанной выше причине в современных системах водоподготовки находят все более широкое применение «экологически чистые» мембранные методы во-доподготовки. Но, для их широкого использования, необходимо решить целый ряд задач. Одной из которых, является обеспечение новой технологии высококвалифицированными кадрами.
Ключевые слова: вода, водоснабжение, водоподготовка, технология химического обессоливания, мембранные методы, обратный осмос, конкурентоспособность, экологическое состояние окружающей среды, модернизация.
Постоянное развитие промышленности и энергетики, коммунального хозяйства, значительный рост водопотребления и возросшие требования к качеству воды приводят к строительству новых систем и сооружений водоснабжения, модернизации и реконструкции существующих.
Требования к качеству воды, используемой в производственных процессах, часто меняются. С одной стороны, происходит постоянный процесс модернизации различных видов оборудования (для охлаждения, производства пара, отмывки и др.). С другой - этот процесс проходит с ужесточением требований к качеству используемой воды.
Например, в соответствии с «СП 90.13330.2012 Электростанции тепловые» [2], для всех систем циркуляционного и технического водоснабжения на основе гидрохимических и гидробиологических прогнозов качества воды необходимо предусматривать при вводе первого блока меры по предотвращению образования минеральных и органических отложений на поверхностях теплообменного оборудования и градирен в соответствии с требованиями нормативных документов.
В соответствии с «СП 89.13330.2012 Котельные установки» [3], метод обработки воды, состав и расчетные параметры сооружений водоподготовки необходимо выбирать на основании сравнения технико-экономических показателей вариантов в зависимости от требований к качеству пара, питательной и котловой воды паровых и водогрейных котлов, качеству воды для систем теплоснабжения и горячего водоснабжения, количества и качества возвращаемого конденсата, отводимых сточных вод, а также от качества исходной воды.
Методы и технологические схемы водоподготовки постоянно модернизируются. Это связано с необходимостью в уменьшении: стоимости оборудования, расходов на электроэнергию и реагенты, расходов воды на собственные нужды, сбросных потоков концентратов, регенерационных растворов.
В странах СНГ, наибольшее распространение получила технология химического обессоливания на базе ионитных прямоточных фильтров. Применяется эта технология уже
многие годы, за которые показала себя надежной для вод малой и средней минерализации
3 „ и
([Б04-]+[СГ]<5 мг-экв/дм ). А в случае с водами высокой минерализацией (^04-]+[СГ]>5 мг-
3 3
экв/дм ) или при высоком содержании органических соединений (0к>20 мгО/дм3) используют термическое обессоливание [4].
Такие системы водоподготовки требуют для своей работы большого количества химических реагентов (для коагуляции воды, для регенерации аппаратов, для предотвращения отложений в аппаратах и трубопроводов и др.), которые попадают в сточные воды и загрязняют окружающую среду [1]. К ним относят: шлам из осветлителей, сбросные минерализованные регенерационные растворы после установок ионного обмена, промывные воды фильтровальных установок, рассолы и концентраты установок опреснения и обессоливания воды.
По указанной выше причине в современных системах водоподготовки находят все более широкое применение «экологически чистые» мембранные методы водоподготовки [1]. Эксплуатация мембран в промышленной водоподготовке позволяет избавиться от проблемы вредных солевых рассолов, загрязняющих водоемы и сократить расходы систем водоподготовки на реагенты. Мембранные методы, а именно электродиализ и обратный осмос, позволяют удалять из воды растворенные ионы солей без применения реагентов. Для очистки воды в которых используются полупроницаемые мембраны, таблица 1 [8], [9].
Прогресс в области производства мембран привел к созданию низконапорных мембран, эксплуатируемых под относительно низким давлением. Это привело к значительному удешевлению и упрощению систем обратного осмоса.
В настоящее время, установки обратного осмоса, используются для обессоливания воды, заменяя старые методы - ионный обмен и дистилляцию. Простота мембранных систем и относительно невысокая стоимость, делают их конкурентоспособным и перспективным, по сравнению с традиционными установками водоподготовки. Кроме того, высокая эффективность при фильтрации органических веществ, бактерий, вирусов, ионов железа, так же представляет обратноосмотические установки полезными как при подготовке питьевой, так и технической воды.
В нашей стране уже есть немало примеров внедрения технологии обратного осмоса на производстве. Например, ввод в эксплуатацию новой химводоочистки на Казанской ТЭЦ позволил добиться [7] следующего:
- сократить объемы хранения опасных веществ (кислота, щелочь), что повысило безопасность производства;
- сократить расход хим. реагентов на очистку воды (расход серной кислоты снизился в 2,5 раза, щелочи в 2,3 раза);
- полностью исключить такие химические реагенты, как известь негашеная (прежнее потребление 450 т), купорос железный (прежнее потребление 160 т), что положительно сказалось на показателях качества сточных вод с ХВО.
Однако, применение мембранных технологий в водоподготовке, требует четкого регламента. Например, первый опыт применения мембранных установок показал проблему образования на мембранах осадков различных веществ, содержащихся в обрабатываемой воде. Поэтому необходимым условием для надежной работы любой мембранной установки является тщательная предочистка, позволяющая предотвратить осадкообразование на мембранах и увеличить срок их службы [5].
Также, одним из важных параметров, определяющих конкурентоспособность систем мембранной очистки в сравнении с традиционными разработками, является объём сбросных концентратов. Их наличие, вызвано необходимостью в поддержании гидравлических режимов, препятствующих образованию на мембранах, осадков содержащихся в воде различных веществ. Следовательно, для решения данной проблемы, необходимо использование современных аппаратов, позволяющих уменьшить образование осадков на мембранах в процессе эксплуатации [6].
Таблица 1 - Типы мембран обратного осмоса
Целлюлозные (СА) Мембраны из смеси Мембраны
п мембраны триацетата целлюлозы с тонкопленочные
к Т ацетатом целлюлозы композитные из
(CTA) ароматического
полиамида (TFC)
- обладают прочной - имеют лучшую На примере мембраны
конструкцией; биологическую стойкость Filmtec F Т30:
- недороги и просты в по сравнению с - диапазон работы при pH
изготовлении; целлюлозными от 2 до 12;
- высокая проницаемость мембранами; - выдерживают
для воды. - менее восприимчивы к температуру до 45 °С;
воздействию гидролиза - в непрерывном режиме
а по сравнению с эксплуатации, способны
и т целлюлозными обеспечить селективность
с е а мембранами; 99,8 %;
Я - диапазон работы при pH - выдерживают рабочее
ми е от 4 до 11; давление до 120 атм;
р с - выдерживают более - позволяют достигать
высокие температуры, удельного съема пермеата
чем целлюлозные свыше 50 л/(м2 ч);
мембраны; - срок службы мембран
- лучше селективность по при грамотной
№С1 и органическим эксплуатации составляет
веществам по сравнению не менее 5-6 лет.
с целлюлозными
мембранами.
- восприимчивы к - восприимчивы к - подвержены
уплотнению при высоких уплотнению при высоких разрушению под
давлениях и давлениях и воздействием
температурах; температурах; окислителей, таких как
- подвержены гидролизу - подвержены свободный хлор.
и могут использоваться разрушению под
и и только в ограниченном воздействием
£ диапазоне рН (от 3 до 5 и окислителей, таких как
т о от 6 до 8 в зависимости от свободный хлор.
о « е производителя);
д - разрушаются при
температуре выше 35°С;
- уязвимы для атак
бактерий;
- плохо задерживают
загрязнения с низким
молекулярным весом.
и - УОЖЯОК;
л е - БПш1ес;
т и И" - Оепега1 Б1ес1;пс (ОБ);
д о в - - - Dow СЬешюа1;
взи - Нуёгапаийсв;
о р м П - Тогау ТпёшШеБ;
- АО «РМ Нанотех».
Кроме того, одним их важнейших факторов, тормозящих внедрение подобных технологий, является отсутствие на рынке труда высококвалифицированных специалистов для обслуживания подобных систем.
Для изменения ситуации с долгим переходом на технологии мембранной водоподготовки в регионе, на кафедре «Теплогазоснабжение, вентиляция и гидромеханика» Оренбургского государственного университета (ОГУ), в рамках сотрудничества с ООО «Научно-исследовательский и проектный институт экологических проблем» (г. Оренбург), ведутся работы по введению в эксплуатацию исследовательской установки, включающей в себя блок обратно-осмотических фильтров - БЯОТБС ЯО 5000 - 8040 на рисунке 1, а также целого ряда вспомогательного оборудования для отработки системы. На основе которой планируется разработка технологических схем водоподготовки с целью внедрения мембранных технологий на ТЭЦ и в других системах.
Мембранные технологии являются перспективным направлением в развитии систем водоподготовки. Их применение позволит увеличить производительность работы, снизить затраты на химические реагенты, а также, улучшить экологическое состояние окружающей среды.
Но, для их широкого использования, необходимо решить целый ряд задач. Одной из которых, является обеспечение новой технологии высококвалифицированными кадрами. Работа, начатая в этом направлении в ОГУ, несомненно даст свои положительные плоды, и в ближайшем будущем в Оренбургской области создадутся все предпосылки для успешного внедрения мембранных технологий в системах промышленной водоподготовки.
Рисунок 1 - Установка обратного осмоса с пятью мембранами БЯОТБС ЯО 5000 -
8040
Литература
1. Бушуев, Е.Н. Анализ современных технологий на ТЭС [Электронный ресурс] / Е.Н. Бушуев, Н.А. Еремина. - Режим доступа:
Ьйр://,^^^го81ер1о.ги/Теск_81а1;/81а1;_8каЬ1оп.ркр?1ё=3137 - (дата обращения: 21.12.2017).
2. Закиров, А.О. Повышение эффективности работы водоподготовительной установки ТЭС / А.О. Закиров // Материалы докладов XIX аспирантско-магистерского семинара, посвященного «Дню энергетика» 2-4 декабря 2015 г., В 2 т.; - Т. 2., Казань / М-во образования и науки Рос. Федерации, Федер. гос. бюджет. образоват. учреждение высш. проф. образования «Казан. гос. энерг. ун-т». - Казань: 2015. - С. 11.
3. НПЦ ПРОМВОДОЧИСТКА. Обратный осмос [Электронный ресурс] / НПЦ ПРОМВОДОЧИСТКА. - Режим доступа: https://prom-water.ru/company/baza_znanij/rassylka_kompanii1/obratnyj_osmos/ - (дата обращения: 20.03.2017).
4. НПК Медиана-Фильтр. Типы обратноосмотических и нанофильтрационных мембран [Электронный ресурс] / НПК Медиана-Фильтр. - Режим доступа: http://www.medfilter.ru/kh03.html - (дата обращения: 20. 03.2017).
5. Первов, А.Г. Совершенствование мембранных систем водоподготовки -исключение реагентов и стоков [Электронный ресурс] / А.Г. Первов, А.П. Андрианов, Е.Б. Юрчевский. - Режим доступа: http://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=2601 -(дата обращения: 12.12.17).
6. Первов, А.Г. Разработка мембранных технологий с уменьшенным расходом воды на собственные нужды / А.Г. Первов, А.П. Андрианов, Т.П. Горбунова // Водоснабжение и санитарная техника. - 2010. - № 8. - С. 13-21.
7. СП 90.13330.2012. Электростанции тепловые. (Актуализированная редакция СНиП П-58-75). - Взамен СНиП П-58-75; Введ. 01.01.2013. - Москва: 2012. - 77 с.
8. СП 89.13330.2016. Котельные установки. (Актуализированная редакция СНиП II-35-76). - Взамен СНиП П-35-76; Введ. 17.06.2017. - Москва: 2016. - 102 с.
9. Фрог, Б.Н. Водоподготовка: учебник / Б.Н. Фрог., А.Г. Первов. - Москва: Издательство АСВ, 2015. - 512 с.
