CC BY
25
Поломка лопаток
4. Garmathy G. Grundlagen einer Theorie der Nabdampfturbine. - Zürich, 1962. - 284 р.
5. Скляров В.П. Измерение температуры влажного парового потока в паровых турбинах// Проблемы машиностроения. - 2005.
- Т.8, №3. - С.8-15.
6. Пат. 74193 Украина, МКИ F01D5/28. Способ увеличения КПД паровых турбин / В. П. Скляров, А. А. Тарелин (Украина).
- № 20030103319; Заявлено 14.12.03; Опубл. 15.11.05, Бюл. №11.
Запропоновано ресурсозбериаючу тех-нологю тдготовки води для виробництва екологiчноï та енергетично1 пари у газотур-бтних установках транспортування природного газу. Технологiя передбачае поед-нання традицшних та новттх методiв обробки води, у тому чи^ баро- та елек-тромембранш процеси. Головною перевагою запропонованоï технологи е видсуттсть твердих та ридких вiдходiв
Ключовi слова: технологiя, тдготовка
води, газотурбтна установка
□-□
Предложена ресурсосберегающая технология подготовки воды для получения экологического и энергетического пара в газотурбинных установках транспортировки природного газа. Технология предусматривает сочетание традиционных и новейших методов обработки воды, в том числе, баро-и электромембранные процессы. Главным преимуществом предлагаемой технологии является отсутствие твердых и жидких отходов
Ключевые слова: технология, подготовка воды, газотурбинная установка
□-□
The resource-saving technology of water treatment is presented for obtaining the ecological and energetic steam in gas-turbine installations of the natural gas transportation. The technology used provides the combination of traditional and new methods of water treatment including the bar- and electric membrane processes. The main advantage of the technology proposed is the absence of solid and liquid waste
Key words: technology, water treatment, gas-turbine installation
УДК 628.16.08
РЕСУРСОЗБЕР1ГАЮЧА ТЕХНОЛОГ1Я П1ДГОТОВКИ ВОДИ ДЛЯ ГАЗОТУРБ1ННИХ УСТАНОВОК «ВОДОЛ1Й»
А.А. Тарелин
Доктор технических наук, заведующий отделом* Контактный тел.: 8 (0572) 95-96-09 Е-mail: [email protected] В.Г. Михайленко Кандидат технических наук, доцент, старший научный
сотрудник* О.И. Князева Ведущий инженер* *Отдел общетехнических исследований в энергетике Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного
НАН Украины
ул. Дм. Пожарского, 2/10, г. Харьков, Украина, 61046 Контактный тел.: 8 (0572) 95-95-59 Е-mail:[email protected] А.В. Антонов Ассистент Кафедра химии
Харьковский государственный университет питания и
торговли
ул. Клочковская, 333, г. Харьков, Украина, 61051 Контактный тел.: 8 (0572) 95-95-59 Е-mail:[email protected]
ЗНдно свого географiчного положення Украь на е транзитною державою, i вщ можливостей та надшноси нашоï газотранспортноï системи зале-жить енергетична безпека краши. Транспортування газу здшснюеться шляхом закачування його шд
високим тиском на газоперекачувальних станщях у мапстральш трубопроводи. Турбокомпресори газоперекачувальних станцш приводяться в дж за допомогою газових турбш, яю спалюють так званий технолопчний газ.
Микола!вське науково-виробниче державне тдпри-емство «Зоря-Машпроект» виготовляе та впроваджуе установки для перекачування газу типу «Водолш». Шд-вищення коефiцiенту корисно! дii та зменшення екоток-сичностi викидiв в установках «Водолш» досягаеться за рахунок додавання водяно! пари у паро-газову сумш. Ця водяна пара утворюеться у котлi-утилiзаторi за рахунок надлишкового тепла вихлопних газiв турбши.
Воду для пiдживлення котла-утилiзатора необхщ-но попередньо очищати вiд домшок. Вимоги до води пiдживлення котла-утилiзатора наведенi у табл. 1.
Вимоги до води тдживлення оборотного контуру наведен у табл. 1.
Таблиця 1
Вимоги до води тдживлення оборотного контуру газовоТ турбши
№ Назва показника Одиниця Значения
з/п вим1ру показника
1 Загальна жорсткють мг-екв/дм3 <0,01
2 Загальна лужшсть мг-екв/дм3 <0,02
3 Загальний вмют солей мг/дм3 <5,0
4 Загальний вмют сполук зал1за мг/дм3 <0,02
З наведених даних видно, що вода тдживлення контуру газово! турбши не повинна мктити жодних стороншх домшок i мае вiдповiдати вимогам до води для котав середнього тиску [1]. Таю жорстк вимоги обумовлеш тим, що, зрештою, вода потрапляе у котел-утилiзатор, i там випаровуеться, лишаючи домiшки на трубках обладнання. Крiм того, наявнiсть у водi сполук лужностi призведе до появи у парi вiльноi вуглекисло-ти, що суттево збiльшить корозшну агресивнiсть тако! пари. Отже вода тдживлення контуру повинна бути ретельно тдготовлена. Потужшсть установки водо-тдготовки зазвичай мае становити 20% вщ загально! кiлькостi води у контур! Додаткова складнiсть полягае
в тому, що установка водотдготовки повинна бути уш-версальною, споживаючи ту воду, яка наявна у конкретному мiсцi розташування газокомпресорно! станцп.
1снуюча технологiя пiдготовки води для ко^в се-реднього тиску схематично представлена на рис. 1 [2].
Вхiдна вода ввд поверхневого або пiдземного дже-рела подаеться на стадiю вилучення завислих речовин та б^ьшо! частини сполук жорсткост у контактному просвiтлювачi КП, в який подаеться також розчин за-лiзного коагулянту, та вапнове молоко. Розчини готу-ються у вiдповiдних збiрниках ЗМ1, ЗМ2, та подаються у просвiтлювач насосами-дозаторами НД1 НД2. У про-свiтлювачi вiдбуваеться вiдстоювання пластiвцiв коагулянту разом з осадами карбонату кальщю та пдроксиду магнiю. Згущений шлам випускаеться з апарату, ф^ь-труеться на ф^ьтрпреа ФП та ввдвозиться на звалище, оскiльки е непридатним для подальшого використання.
Оброблена у контактному просвгглювач^ вода проходить ф^ьтращю на зернистому фiльтрi ФТМ та подаеться на двоступшчасту юнообмшну обробку. Остання полягае у ф^ьтруванш води крiзь водень-катiонiтовий ф^ьтр ФН1ст. для вилучення катiонiв, а поим кисла вода ф^ьтруеться крiзь ОН- - анiонiтовий фiльтр ФОН1ст., де вилучаються анiони кислот. Друга ступшь iонообмiнноi очистки побудована так само, як i перша. Шсля iонообмiнноi обробки вода загалом вщпо-вiдае вимогам до води тдживлення контуру турбши.
Регенеращя iонiтних фшм^в вiдбуваеться:
- водень-катiонiтових - розчином арчано! кислоти;
- ОН- -анюштових - розчином вдкого натру.
Ввдповщно пiсля регенерацп утворюеться стiчний
розчин сульфату натрж, який зливаеться у каналь зацiю. Велика кiлькiсть рщких вiдходiв та значна потреба в реагентах для регенерацп юштних фiльтрiв - головний недолiк описано! схеми. 1ншим недолiком е те, що ця технолопя нездатна зв^ьнити воду вiд ор-ганiчних залiзовмiсних речовин.
Нами запропонована ресурсозберiгаюча технолопя очистки води, принципова схема яко! наведена на рис. 2.
Сира вода
Сна ро)чин>'Ка,50_( (2...3)%
Рис. 1. Принципова схема iснуючих установок тдготовки води для енергетичних ко^в середнього тиску
Рис. 2. Принципова схема ресурсозбер^аючоТ установки шдготовки води для газотурбшних установок транспортування
газу
Вхщна вода подаеться на стадт вилучення газопо-дiбних домшок та окиснення залiза. Процес ввдбува-еться шляхом аерацii води в ежекторi , а далi вода по-трапляе у контактний просвилювач , в який додаеться невелика доза алюмжевого коагулянту у виглядi роз-чину iз збiрника коагулянту. Просвилена вода далi спрямовуеться на електрохiмiчне пом'якшення.
Процес електрохiмiчного пом'якшення за своею суттю аналогiчний реагентному частковому пом'як-шенню води. Проте заметь додавання у воду лужних реагенив воду обробляють у катодних камерах спещ-ального електрохiмiчного апарату, який схематично наведений на рис. 3. Апарат працюе наступним чином.
Вода подаеться у катодну камеру апарату, яка вщдь лена вщ анодноi камери кат юнообмшною мембраною. При подачi електричного струму катюни натрiю крiзь катiонообмiнну мембрану м^рують з анодноi камери в катодну. Одночасно в катоднш камерi накопичують-ся гiдроксил-iони, що утворюються на катодi пiд час розряду молекул води. Так у водi утворюеться розчин iдкого натру, який вступае у взаемодш iз сполуками
Рис. 3. Схема функцюнування апарату електрохiмiчного пом'якшення води
жорсткостi, переводячи iх у нерозчиннi карбонат каль-щю та гiдроксид магнiю.
На вщмшу вiд реагентноi обробки, осади, утвореш при електрохiмiчному пом'якшеннi, легко вщстою-ються, i можуть бути вщдшет вiд води у невеликому ввдстшнику.
Рознесення стадiй пом'якшення та коагуляцiйноi очистки дозволяе замiсть вiдходу, що важко утиль зувати, отримати два продукти, що е сировиною для виробництва будiвельних матерiалiв. Невiдстоянi рештки завислих частинок вщд^яються вiд води на механiчному фшьтрь
Частково пом'якшену лужну воду далi глибоко пом'якшують у натрiй-катiонiтовому фшьтр^ а пiсля цього повертають в анодш камери електрохiмiчного пом'якшувача. 1они натрiю з анодних камер крiзь ка-тiонообмiннi мембрани мiгрують до катодних камер, а вода в анодних камерах нейтралiзуеться власною кислотою. Недостача ютв натрж компенсуеться дода-ванням у воду перед електропом'якшенням невеликоi кiлькостi розчину щкого натру.
Процес електрохь мiчного пом'якшення води одомий досить давно [3]. Проте, вш досi не знайшов вть лення у промисловостi. Пояснюеться це склад-Олтю його апаратурно-го оформлення.
В)дтмо [4], що зви-чайн 1 конструкцiйнi матерiали й навиь ви-соколегованi нержавь ючi сталi е нестiйкими при аноднш поляриза-цii у розведених хло-ридно-сульфатних
СОу +уои---
СОУл--
■НуО
НСОл-ОаУв +
ОН----
ООУл--
Mgу+ + УОН-—
- ООУл-+ НуО ОаООлТ > Mg(OH)уT
розчинах. Для використання у таких розчинах в яко-ст анодiв придатш лише платина або платинований титан. Нами розроблено споаб отримання анодiв для лужних та нейтральних хлоридно-сульфатних водних розчишв [5]. Спосiб полягае у захистi основи з нержа-вшчо1 сталi 12Х18Н10Т ненапруженим шаром двоок-сиду плюмбуму 2 мм завтовшки. Розроблений нами електролiт дозволяе покривати деталi складно! кон-струкцп з винесеними сiтками двооксидом плюмбуму з одного боку. Таким чином отримують бiполярний електрод з винесеними анодною та катодною сiтками, що дозволяе значно знизити напругу електролiзу та енергетичнi витрати процесу.
Проведет ресурсш випробування отриманих зраз-юв анодiв i встановлено, що у лужному та нейтральному середовишД щ аноди е стiйкими при густинi струму 100 А/м2 протягом бшьш, нiж 4000 годин. Розпочато до-слiдження процесу електрохiмiчного пом'якшення води та встановлено, що максимальна глибина пом'якшення 0,3...0,6 мг-екв/дм3 досягаеться за рН 11,5 (рис. 4).
Концентрация, мг-экв/л 5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
рН
12
9,5 10 10,5 11 11,5
* Загальна жорстюсть, мг-екв/дм3
—■—Концентрацт ¡онш кальцто, мг-екв/дм3
Концентрац1я ¡он¡в магн¡ю, мг-екв/дм3
--Концентрацт жорсткост¡ при елекrроx¡м¡чномy
пом'якшенн¡, мг-екв/дм3
--Концентрацт ¡он¡в кальц¡ю при електрохшчному
пом'якшенн¡, мг-екв/дм3
Рис. 4. Залежнють залишковоТ концентрацií сполук жорсткост води вiд рН завершення процесу реагентного та електрохiмiчного пом'якшення.
Пом'якшена i нейтралiзована до рН 5,5.6,5 вода знезаражуеться ультрафюлетовим опромiненням та кавтацшною обробкою i подаеться на знесолення зворотним осмосом. Цей процес вже мае тривалу (в Укра!ш - б^ьше 15 рошв) кторш використання у промисловостi. Сучаснi зворотноосмотичш модулi на пом'якшенiй та очищенш вiд завислих речовин водi працюють надiйно i стабiльно протягом 3.5 роов без замiни мембран. В результат зворотного осмосу можна отримати частково обезсолену воду з концентрацiею 25.30 мг/дм3. Основна кiлькiсть розчинених солей накопичуеться у розсол^ концен-тращя якого наближаеться до 100 г/дм3. Одна з про-мислових зворотноосмотичних установок наведена на рис. 5.
Рис. 5. Зворотноосмотична установка, пущена у 2003 р. на фiрмi «Сандора»
Подальше обезсолення пермеату зворотного осмосу вщбуваеться у процеа електродеюшзацп. Сутшсть процесу електродеюшзацп полягае у глибокому обе-зсоленнi води шляхом 11 обробки у камерах обезсолення плоскокамерного електродiалiзатора з горизонтальною вюсю електричного поля. Для зменшення напруги на електродiалiзаторi зменшують омiчний опiр його камер знесолення шляхом заповнення !х ю-нообмiнною насадкою, яка складаеться з сумiшi катю-нообмшно1 та анюнообмшно1 смол. Фактично процес електродеюшзацп являе собою обезсолення води на фыыр iз змшаним шаром юнообмшно1 смоли, з без-перервним вiдновленням Н+ та ОН- форм катюшту та анiонiту вщповщно шляхом електрорегенерацп.
Процес електродеюшзацп Грунтовно дослiджений В. Д. Гребенюком [6]. Ним встановлено, що для ефек-тивного протшання процесу шар юнообмшних смол повинен бути завтовшки в одне зерно. Проте, зали-шилися недослiдженими питання надшносл роботи електродеiонiзатора. Необхiдно провести дослщжен-ня процесiв взаемоотруення iонiтiв, встановити умови вщсутност цього явища i провести ресурснi випробування апарату. Електродеюшзацшний апарат продук-тивнiстю 2.5 м3/год. зображений на рис. 6.
Рис. 6. Електродеюшзатор «Джерело-2»
Процес електродеюшзацп дозволяе знизити за-лишкову концентрацiю солей менш, нiж до 2,0 мг/дм3. Вилученнi з води солi зливаються з розсольних камер електродеюшзатора у виглядi розчину концентращею 50...70 г/дм3. Цей розсiл змшуеться з концентратом, отриманим в результат багатоступiнчатого зворот-ного осмосу, i спрямовуеться на випарювання та кри-сталiзацiю. В результатi кристалiзацii утворюеться мiрабiлiт (десятиводний сульфат натрiю), який може використовуватися як сировина у виробництвi скла та цементу. При випарюванш маточника кристалiза-цii мiрабiлiту утворюеться кристалiчна кухонна сiль (хлорид натрж). При цьому на 70% хлорид натрт може бути отриманий чистим реактивноi квалiфiкацii, а 30% - у виглядi технiчного продукту.
Запропонована технолопя мае безсумнiвнi техш-ко-економiчнi та екологiчнi переваги перед традицш-ною. Витрата електроенергii на процес водотдготовки становить 3 кВт*год./м3, вартiсть реагентiв коливаеть-ся в межах вщ 1 до 3 грн./м3 в залежностi вiд складу вхiдноi води. Нижче наведенi вартшт характеристики чотирьох типiв блокiв водотдготовки (табл. 2).
Таблиця 2
Характеристика блоюв водотдготовки для газотурбшних установок
Тип газотурбшно! установки Водо-лш-4 Водо-лш-16 Водо-лш-25 Водо-лш-40
Витрата пари, т/год. 6,9 21 29,3 46,4
Продуктивнють блоку водотдготовки, м3/год. 1,5 4 6 10
Вартють зворотно осмотичного модуля, тис. 6. 6 15 19 27
Орiентовна вартють решти обладнання та монтажу, тис. 6 15 28 36 50
Вартють попереднього обстеження, проекту та пуско-налагоджувальних роб^, тис. 6 11 14 15 16
Економiчний ефект вщ впровадження ресурсозбер^аючого блоку водотдготовки, тис. 6./рш у порiвняннi з юнуючою схемою 5 11 14 19
Таким чином, розроблено та запропоновано до впровадження на газотурбшних установках для транспортування природного газу ресурсозбертю-чих блоюв водотдготовки. Попередш розрахунки по-казують, що термiн 1х окупностi складае 5...Б рокiв.
Лиература
1. Мещерский Н.А. Контроль водного режима на электро-
станциях и в котельных. М: Энергия, 1970 г. -272с.
2. Лифшиц О. В. Справочник по водоподготовке котельных
установок. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М: Энергия, 1976 г. - 288с.
3. Рогов В.М. Электрохимическая технология изменения
свойств воды./В.М.Рогов, В.Л.Филипчук - Л.: Выща школа., 1989 - 125с.
4. Панов В. И., Михайленко В. Г., Микулина И. Г. Выбор
устойчивого анодного материала для очистки суспензии осажденного кремнезема от примесей соды электролизом // Интенсификация технологических процессов и аппаратов содового и смежных производств: Сб. науч. тр.
- Харьков.: ХНПО «Карбонат», 1985. - С. 52 - 57.
5. Пат. № 38849 (Украша). Споаб електроосадження плюм-
буму двооксиду / Антонов О. В., Михайленко В. Г. Заявл. 01.07.2008р., Опубл. 26.01.2009р., Бюл. №2, 2009 р.
6. Гребенюк В. Д., Мазо А. А. Обработка воды ионитами.
- М.: Химия, 1980 г. - 256 с.
