CC BY
17 п ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ И АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
BASIC PROBLEMS OF ENERGY AND RENEWABLE ENERGY
Статья поступила в редакцию 21.11.13. Ред. рег. № 1873 The article has entered in publishing office 21.11.13. Ed. reg. No. 1873
УДК 628.16.081
ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕМБРАННОЙ ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Р.Р. Муртазинов
Филиал НИУ «МЭИ» в г. Волжском пр. Ленина, 69, г. Волжский, Волгоградская обл., 404110, Россия Тел.: (8443) 210160, e-mail: murtazinov-rashid@mail.ru
Заключение совета рецензентов 22.11.13 Заключение совета экспертов 26.11.13 Принято к публикации 28.11.13
В работе проведен анализ опыта эксплуатации действующей комплексной мембранной водоподготовительной установки, описаны особенности реализованной технологической схемы, предложена методика оптимизации режима работы блока подготовки подпиточной воды теплосети. В результате проведенного анализа предложены мероприятия по повышению эффективности эксплуатации установки в целом.
Ключевые слова: водоподготовка, мембранные установки, эксплуатация, эффективность..
OPERATING EXPERIENCE OF MEMBRANE WATER TREATMENT INSTALLATION
R.R. Murtazinov
Volzhsky Branch of the National Research University «Moscow Power Engineering Institute» 69 Lenin St., Volzhsky, Volgograd region, 404110, Russia Tel.: (8443) 210160, e-mail: murtazinov-rashid@mail.ru
Referred 22.11.13 Expertise 26.11.13 Accepted 28.11.13
The paper presents an operating experience of an integrated membrane water treatment installation, features of implemented technological scheme are described, and technique of preparation optimization of the unit make-up water heating system is offered. Analysis shows the measures to improve the efficiency of the installation as a whole.
Keywords: water treatment, membrane installation, operation efficiency.
Рашид Равильевич Муртазинов Сведения об авторе: ассистент кафедры «Технология воды и топлива» филиала федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ» в г. Волжском.
Область научных интересов: методы повышения эффективности эксплуатации оборудования водоподготовки в теплоэнергетике. Публикации: 5
Использование мембранных методов подготовки воды является одним из популярных направлений водоподготовки в энергетике на сегодняшний день. Это связано с тем, что использование таких методов позволяет сократить количество потребляемых реагентов по сравнению с традиционными методами водоподготовки.
Известно, что экономическая эффективность мембранных методов водоподготовки по сравнению с традиционными методами зависит от качества исходной воды [1].
Наряду с высокими экологическими характеристиками мембранные системы
водоподготовки имеют ряд недостатков, например, достаточно низкий коэффициент использования исходной воды [2].
Экономическая целесообразность применения этих методов водоподготовки, помимо прочих факторов, также зависит и от эффективности технологических решений в области их реализации в каждом конкретном случае. В качестве примера рассмотрим действующую схему ВПУ (водоподготовительной установки), реализованную на одном из энергетических объектов Российской Федерации.
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 16 (138) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013
В качестве исходной воды для действующей ВПУ, представленной на рис. 1, используется водопроводная вода с химическим составом, удовлетворяющим требованиям к качеству «вода питьевая».
Исходная вода с температурой 20-25ОС подается на первую ступень ВПУ - установку механической фильтрации (МФ) производительностью 132 м3/ч.
состоящей из шести дисковых фильтров, предназначенную для удаления примесей размером более 200 мкм. Промывка каждого фильтра происходит по истечении определенного времени водой, прошедшей очистку на дисковых фильтрах (фильтратом). Промывочные воды механических фильтров удаляются в дренажный коллектор.
УОО-П
узда
Рис. 1. Технологическая схема водоподготовительной установки Fig. 1. Technological scheme of water treatment plant
Из дисковых фильтров вода поступает на установку ультрафильтрации (УУФ)
производительностью 102 м3/ч, состоящую из трех блоков, предназначенную для очистки исходной воды от взвешенных частиц, микроорганизмов и органических соединений. Для повышения эффективности очистки (промывки) мембран в промывочную воду дозируют гипохлорит натрия и едкий натр. Сброс промывочной воды предусмотрен как в канализацию, так и в бак-нейтрализатор.
Для полного удаления загрязнений мембран несколько раз в год производится их химическая мойка.
Химическая мойка проводится лимонной кислотой, затем концентрированной соляной кислотой, в случае, если такая очистка оказывается неэффективной, назначают мойку едким натром.
Осветленная вода с УУФ сливается в три параллельно работающих бака осветленной воды (БОсВ) объемом 14,5 м3 каждый.
Из БОсВ осветленная вода насосами подачи осветленной воды подается в бак химически очищенной воды (БХВ) на подпитку теплосети. Также из БОсВ осветленная вода подается на вход установки обратного осмоса первой ступени (УОО-1) производительностью 54 м3/ч, состоящей из трех блоков и предназначенной для получения частично-обессоленной воды.
Для предотвращения осадкообразования на обратноосмотических мембранных элементах и связывания свободного остаточного хлора в поток осветленной воды, идущей на УОО-1, дозируется антискалант и бисульфит натрия.
Периодически, 1-4 раза в год, для повышения эффективности эксплуатации мембранных элементов проводят их химическую очистку (обработку мембранных элементов моющими средствами) с целью удаления накопившихся за время
эксплуатации отложений с помощью кислотного и щелочного реагентов.
После УОО-1 частично обессоленная вода проходит через декарбонизатор и поступает в два параллельно работающих бака пермеата (БП) объемом 14,5 м3 каждый. Концентрат установки обратного осмоса первой ступени собирается в общий коллектор и сливается в дренаж.
Из БП частично обессоленная вода подается в БХВ на подпитку теплосети, а также на установку обратного осмоса второй ступени (УОО-11) производительностью 36 м3/ч, состоящей из двух блоков. Для поддержания значения рН в диапазоне 8,2-8,6 на входе в УОО-11 в поток воды дозируется раствор щелочи.
После УОО-11 вода поступает на стадию электродеионизации, состоящую из двух установок (УЭДИ), по одной для каждого блока УОО-11 соответственно, производительностью 15 м3/ч каждая.
УЭДИ подвергаются химическим мойкам соляной кислотой и щелочным раствором. Концентрат с установок электродеионизации возвращается в бак пермеата на повторное использование.
Узел УОО-11 и УЭДИ предназначен для получения обессоленной воды требуемого качества. Обессоленная вода после УЭДИ собирается в двух баках обессоленной воды объемом 25 м3 каждый.
Из баков обессоленной воды вода подается в бак запаса конденсата или сбрасывается в бак пермеата для обеспечения циркуляции обессоленной воды и сохранения ее качественных показателей.
Данное технологическое решение помимо организации подготовки воды для подпитки котлов-утилизаторов предполагает обеспечение
подпиточной воды для теплосети за счет смешения осветленной воды после УУФ с частично
30
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 16 (138) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
ISJJli
P.P. Муртазинов ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕМБРАННОЙ ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
обессоленной водой после УОО-I в определенном проектом соотношении.
Однако в ходе эксплуатации данной схемы водоподготовки на конкретном производственном объекте возникли некоторые проблемы в работе блока подпитки теплосети. На пластинках охладителя слива с деаэратора образовались отложения, состоящие в основном из карбоната кальция.
Отложения также наблюдались и на теплонапряженных поверхностях самого деаэратора. Время образования отложений составило трое суток.
Для предотвращения образования отложений было принято решение отказаться от проектной схемы смешения осветленной воды после УУФ с частично обессоленной водой после УОО-I и ограничится подачей в деаэратор подпитки теплосети только частично обессоленной воды после УОО-I.
Вышеупомянутые изменения в схеме эксплуатации водоподготовительной установки привели к некоторым негативным последствиям, а именно:
• увеличилась нагрузка на УУФ и УОО-I, то есть увеличился объем потребляемой исходной воды при той же производительности ВПУ;
• увеличились удельные расходы реагентов на предотвращение отложений и регенерацию мембран;
• возросла себестоимость 1 м3 химически обессоленной воды;
• увеличился объем сточных вод при той же производительности ВПУ;
• уменьшилась экономическая эффективность установки ВПУ.
Помимо всего прочего, увеличение нагрузки на УОО-I привело к снижению запаса производительности этого блока, что не может не сказаться на надежности работы установки в целом в период ее максимальной загрузки. При номинальном расходе подпиточной воды теплосети и номинальном расходе химически обессоленной воды для подпитки котлов утилизаторов
производительность УОО-1 не позволит вырабатывать необходимое количество пермеата.
Предполагаемой причиной образования отложений в деаэраторе и на пластинках охладителя слива стало нарушение технологического режима подготовки подпиточной воды для теплосети. Для обеспечения безнакипного режима работы в сетевых подогревателях проектной организацией
предусмотрено регулирование соотношения количества частично обессоленной и осветленной воды в соответствии с требованиями ПТЭ при температуре нагрева сетевой воды 101-120ОС и рН подпиточной воды теплосети 8,3-9,5 [3].
Однако необходимо обратить внимание на особенности работы деаэратора подпитки теплосети. Высокая температура пара для деаэрации 1 = 212ОС с расходом подпиточной воды менее 30% от расчетного может привести к увеличению температуры и вскипанию деаэрируемой воды. Нужно учитывать еще тот факт, что значение рН подпиточной воды в деаэраторе может измениться. Все это влечет изменение требований к предельно-допустимому значению карбонатного индекса подпиточной воды.
Карбонатный индекс (Ик) - предельное значение произведения общей щелочности и кальциевой жесткости воды (в мг-экв/дм3), выше которого протекает накипеобразование с интенсивностью более 0,1 г/(мч) [3].
Следовательно, соотношение количества частично обессоленной и осветленной воды должно быть рассчитано и поддерживаться с учетом не только температуры, рН, но и с учетом особенности режима работы деаэратора подпитки теплосети.
Для определения зависимости карбонатного индекса подпиточной воды теплосети от процентного соотношения исходного количества частично обессоленной и осветленной воды были определены необходимые показатели качества (ЖСа и ЩО) воды после смешения.
Расчетные данные зависимости Ик подпиточной воды теплосети от процентного соотношения количества частично обессоленной и осветленной воды представлены в таблице.
Таблица. Расчетные данные значения карбонатного индекса Ик Table. The calculated data values carbonate index Ик
Соотношение ОВ/ЧОВ, % ЖCa, мг-экв/л Що, мг-экв/л Ик, (мг-экв/дм3) рН
70/30 1,76 1,67 2,94 не выше 8,3
65/35 1,65 1,57 2,59 8,3-8,5
60/40 1,54 1,46 2,25 8,3-8,5
55/45 1,42 1,36 1,93 8,3-8,8
50/50 1,31 1,25 1,64 8,3-8,8
45/55 1,2 1,15 1,38 8,3-9,2
40/60 1,08 1,04 1,12 8,3-9,5
35/65 0,97 0,94 0,91 8,3-10
30/70 0,86 0,84 0,72 8,3-10
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 16 (138) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013
С учетом установленного температурного режима работы деаэратора (в нашем случае 101-120°С) для каждого соотношения частично обессоленной и осветленной воды можно определить допустимый интервал значений показателя рН подпиточной воды, который позволит обеспечить безнакипный режим ее деаэрации. Соответствующие значения рН представлены в таблице. Эти данные позволят выбрать наиболее выгодное процентное соотношение частично обессоленной и осветленной воды в соответствии с рН подпиточной воды.
Таким способом, зная необходимые технологические параметры процесса деаэрации (1, рН), можно определить наиболее целесообразный режим работы схемы смешения частично обессоленной и осветленной воды для обеспечения эффективной работы ВПУ в целом.
Необходимо отметить, что поддержание значения рН подпиточной воды теплосети методом подщелачивания может повлечь за собой изменение значения общей щелочности, что, в свою очередь, приведет к изменению значения карбонатного индекса. В этом случае для снижения карбонатного индекса и обеспечения безнакипного режима работы деаэратора и теплообменного оборудования целесообразно внедрение дополнительной стадии подготовки подпиточной воды для теплосети.
Таким образом, решением возникшей проблемы снижения экономической эффективности ВПУ могут стать следующие мероприятия:
• разработка и реализация режимной карты регулирования соотношения количества частично обессоленной и осветленной воды в соответствии с температурой, рН и расходом подпиточной воды теплосети;
• организация дополнительной стадии подготовки подпиточной воды для теплосети.
Предложенные методы повышения
эффективности эксплуатации действующей ВПУ не являются альтернативными и могут быть реализованы параллельно, после проведения дополнительных проектно-изыскательских работ.
Заключение
Проведенный анализ выявил влияние особенности работы блока подготовки подпиточной воды теплосети на эффективность эксплуатации мембранной водоподготовительной установки. Проведенные исследования позволили определить зависимость значения карбонатного индекса подпиточной воды теплосети от процентного соотношения частично обессоленной и осветленной воды. Полученные данные свидетельствуют о целесообразности оптимизации режима работы блока подготовки подпиточной воды теплосети с учетом технологических параметров работы деаэрационной установки. В заключение анализа были предложены мероприятия по повышению эффективности эксплуатации ВПУ.
Список литературы
1. Рябчиков Б.Е., Жадан А.В. и др. Проектные решения водоподготовительных установок на основе мембранных технологий. // Теплоэнергетика. 2012. № 7. С. 30-36.
2. Еремина Н.А., Жадан А.В. Бушуев Е.Н. Анализ современных технологий водоподготовки на ТЭС // Вестник ИГЭУ. 2013. № 1. С 8-15.
3. СО 153-34.20.501-2003. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации.
References
1. Rabcikov B.E., Zadan A.V. i dr. Proektnye resenia vodopodgotovitel'nyh ustanovok na osnove membrannyh tehnologij. // Teploenergetika. 2012. № 7. S. 30-36.
2. Eremina N.A., Zadan A.V. Busuev E.N. Analiz sovremennyh tehnologij vodopodgotovki na TES // Vestnik IGEU. 2013. № 1. S 8-15.
3. SO 153-34.20.501-2003. Pravila tehniceskoj ekspluatacii elektriceskih stancij i setej Rossijskoj Federacii.
Транслитерация по ISO 9:1995
m
- TATA —
OiJ
32
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 16 (138) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
ISJJli
