CC BY
19ЭНЕРГЕТИКА И ЭКОЛОГИЯ
ENERGY AND ECOLOGY
Статья поступила в редакцию 21.11.13. Ред. per. № 1875 The article has entered in publishing office 21.11.13. Ed. reg. No. 1875
УДК 621.187.12, 621.182.12, 628.1
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ВОДОПОДГОТОВКИ НА
ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ
А.Э. Тарынина, Л.К. Гончарова, Ю.А. Гончаров
ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ» в г. Волжском пр. Ленина, 69, г. Волжский, Волгоградская обл., 404110, Россия Тел.: 8(8443)22-82-06, факс 8(8443)21-01-66, e-mail: [email protected]
Заключение совета рецензентов 22.11.13 Заключение совета экспертов 26.11.13 Принято к публикации 28.11.13
В статье изложены результаты обзора литературных данных по техническому совершенствованию действующих водоподготовительных установок тепловых электростанций, в которых рассматриваются варианты сохранения ионообменного обессоливания, мембранные технологии и их сочетание с ионным обменом, а также применение термического обессоливания.
Ключевые слова: водоподготовительные установки, химическое обессоливание вод, ионный обмен, мембранные технологии, термическое обессоливание.
UP-TO-DATE STATE OF WATER TREATMENT TECHNOLOGIES AT THERMAL
POWER PLANTS
A.E. Tarynina, L.K. Goncharova, Yu.A. Goncharov
Volzhsky Branch of the National Research University «Moscow Power Engineering Institute» 69 Lenin St., Volzhsky, Volgograd region, 404110, Russia Tel.: +7(8443)22-82-06, fax +7(8443)21-01-66, е-mail: [email protected]
Referred 22.11.13 Expertise 26.11.13 Accepted 28.11.13
The paper presents the results of literature data review on technical improvement of operating water treatment installations of thermal power plants, in which options of ion-exchange desalting preservation, membrane technologies and their combination with ionic exchange, and also application of the thermal desalting are considered.
Keywords: water treatment installations, chemical desalting of waters, ionic exchange, membrane technologies, thermal desalting.
Александра Эдуардовна Тарынина Сведение об авторе:, филиал ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ» в г. Волжском, магистрант. Образование: филиал ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ» в г. Волжском, специалист. Область научных интересов: водоподготовка в теплоэнергетике. Публикации: тезисы двух докладов.
Любовь Константиновна Гончарова Сведение об авторе: филиал ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ» в г. Волжском, профессор кафедры «Технология воды и топлива».
Ученая степень и ученое звание: кандидат химических наук, старший научный сотрудник. Образование: Таджикский государственный университет им. В.И. Ленина, химик-аналитик (1968). Область научных интересов: водоподготовка на энергетических и промышленных предприятиях, ионообменные материалы.
Публикации: 63 научных статьи, тезисов докладов и методических пособий, получено 3 авторских свидетельства.
Юрий Алексеевич Гончаров
Сведение об авторе: филиал ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ» в г. Волжском, доцент кафедры «Технология воды и топлива».
Ученая степень и ученое звание: кандидат химических наук, доцент.
Образование: Таджикский государственный университет им. В.И. Ленина, химик-аналитик (1969).
Область научных интересов: водоподготовка на энергетических и промышленных предприятиях, ионообменные материалы, методы контроля качества объектов теплоэнергетики и окружающей среды.
Публикации: 35 научных статей, тезисов докладов и методических пособий, получено 1 авторское свидетельство.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 16 (138) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
Анализ информации о совершенствовании технологий обессоливания вод на ТЭЦ [1-4] показывает, что их развитие идёт и, вероятно, дальше будет идти по следующим направлениям:
- оптимизация действующих установок ионообменного химического обессоливания с целью сокращения расходов реагентов и объёмов стоков с применением существующего оборудования и отечественных фильтрующих материалов, инертов, ионитов;
- разработка и расширение схем на основе противоточных технологий;
- применение технологий, основанных на сочетании мембранных и ионообменных методов обессоливания;
- совершенствование малоотходных схем термического обессоливания.
В работе [4] изложены основные направления по снижению себестоимости химочищенной и обессоленной воды, производимой на водоподготовительных установках (ВПУ) ТЭС и объектах промэнергетики, за счёт уменьшения удельного расхода энергозатрат, расходов сырья и вспомогательных материалов. Например, приводятся результаты трёхлетней эксплуатации механических фильтров с двухслойной загрузкой кварцевым песком и гидроантрацитом соответствующего гранулометрического состава и подстилочным слоем гравия, что привело к увеличению фильтроцикла в 3 - 4 раза и к сокращению расхода воды на собственные нужды до 1-1,5%, в то время как при однослойной загрузке расходы воды на собственные нужды намного выше.
Вместо гидроантрацита можно использовать фильтрующий материал РигоЫ: различного гранулометрического состава, который производится в ОАО «Обуховская» [5] и который обладает, по мнению авторов [2], лучшими сорбционными свойствами, чем гидроантрацит и, тем более, кварцевый песок. Также отмечается [4], что при использовании фильтров с двухслойной загрузкой наибольшая эффективность осветления вод достигается после осветлителей, работающих в режиме коагуляции солями алюминия.
На наш взгляд, эту особенность схемы необходимо учитывать при работе осветлителей в
гидратном режиме известкования-коагуляции (рН 10,1-10,3) и, особенно, при высокой окисляемости исходной воды.
На последующей стадии натрий-катионирования или обессоливания предлагается противоточная технология ионного обмена с применением отечественного гранулированного полиэтилена, сополимера стирола и дивинилбензола (С-ДВБ) и ионитов КУ-2-8 и АВ-17-8. При этом увеличивается производительность фильтров и снижается удельный расход серной кислоты с сохранением качества обессоленной воды [4].
Себестоимость химобессоленной воды может быть снижена при применении в выше описанной схеме вместо КУ-2-8 и АВ-17-8 катионита ТОКЕМ-140 и анионита ТОКЕМ-86О, производимых в настоящее время в ООО «ПО ТОКЕМ». Это высокоёмкие моносферные сорбенты гелевой структуры на основе сополимера С-ДВБ, предназначенные для использования в ВПУ в теплоэнергетике и других отраслях промышленности в технологиях ионирования с прямоточной и противоточной регенерацией в зажатом слое [6].
Эти иониты прошли экспертизу качества в аккредитованной в области смол ионообменных лаборатории технологии воды филиала МЭИ в г. Волжском. Результаты определения основных показателей качества ионитов представлены в табл. 1.
Для схем на основе противотока нужна хорошая предочистка, противоточные фильтры, моносферные ионообменные смолы с высокой механической прочностью и инертный материал. Противоточные катионитные и анионитные фильтры выпускает Таганрогское АО «Красный котельщик» или, как предлагается в [4], можно реконструировать натрий-катионитные фильтры ФИПа1-3,0-0,6 в противоточные. Моносферные иониты и инерты выпускают все ведущие зарубежные фирмы, их производство налажено теперь и в России. Затраты, понесённые на начальном этапе, окупаются за счёт улучшения качества обессоленной воды, сокращения количества установленного оборудования, расходов регенерационных растворов, собственных нужд ВПУ и объёмов минерализованных стоков.
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 16 (138) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013
Результаты определения основных показателей качества катионитов КУ-2-8 и ТОКЕМ-140, анионитов АВ-17-8 и ТОКЕМ-86О
Determination results of basic indices of cation-exchange resins quality КУ-2-8 and ТОКЕМ-140, anion-exchange resins АВ-17-8 and ТОКЕМ-86О
Таблица 1
Table 1
№ п/п Определяемый показатель Иониты
КУ-2-8 ТОКЕМ-140 АВ-17-8 ТОКЕМ-860
1 Динамическая обменная емкость с заданным расходом регенерирующего вещества, моль/м3 472,0 ± 30,0 484,0 ± 34,0 710,0 ± 50,0 700,0 ± 49,0
2 Расход регенеранта, г/моль 147 147 200 200
3 Удельный расход воды на отмывку, дм3/дм3 4,0 3,0 5,0 5,0
4 Коэффициент однородности 1,43 ± 0,61 1,05 ± 0, 30 1,13 ± 0,34 1,0
5 Массовая доля влаги, % 51,2 ± 2,3 48,6 ± 2,1 48,5 ± 2,1 46,9 ± 2,0
6 Удельный объем, см3/г 2,52 ± 0,11 2,37 ± 0,10 2,72 ± 0,12 2,76 ± 0,12
7 Осмотическая стабильность, % 94,2 100,0 99,8 100,0
8 Внешний вид гранул Зерна ионита чистые, прозрачные, правильной сферической формы, светло-желтого цвета, незначительное количество зерен с трещинами и осколков Зерна ионита чистые, прозрачные, правильной сферической формы, светло-желтого цвета, без осколков и трещин Зерна ионита чистые, прозрачные, правильной сферической формы, рыжего цвета, единицы зерен с трещинами, осколков нет Зерна ионита чистые, матовые, правильной сферической формы, светло-желтого цвета, без трещин, осколков нет
9 Количество зерен с трещинами после определения осмотической стабильности, % (*) 8,5 0 11,5 0
(*) Метод с двумя циклами обработки ионита.
Как видно из табл. 1, моносферные иониты отличаются от гетеродисперсных величинами коэффициентов однородности и осмотической стабильности, реакцией на знакопеременные нагрузки даже при двух циклах обработки растворами серной кислоты и гидроксида натрия (появление трещин на зёрнах ионитов). Кроме того, для катионита ТОКЕМ-140 необходим меньший удельный объём воды на отмывку, чем для катионита КУ-2-8.
Представляет большой интерес оценка технологической эффективности схемы ВПУ с установкой обратного осмоса на ОАО «Ивановские ПГУ» (рис. 1) [1], т.к. путь от проектной схемы до эксплуатируемой в настоящее время продолжался
несколько лет, был связан с высоким содержанием органических соединений и соединений железа в исходной воде. Оптимизация схемы ВПУ проходила в несколько этапов: осветление коагуляцией-известкованием было заменено на осветление коагуляцией сульфатом алюминия в присутствии флокулянта с корректировкой щелочности при необходимости, загрузка механических фильтров заменена на антрацит РигоЫ, оставлены обе ступени натрий-катионирования, добавлен фильтр с анионитом-органопоглотителем, затем параллельно с установкой обратного осмоса введены Н- и ОН-фильтры, пермеат и фильтрат которых проходят дообессоливание на ФСД.
72
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 16 (138) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
ISJJli
С ырая ВОД1 Он: ï ет л а rt.it [ео «ijji« жг AI ; (5 04) ,+а в п но о ни е ы 5 греiWKtiеtyiiржiiií фложул ihi-H a ОН (при Щ. < ]мг-зев. л) ввжмквн фвльлр (лжтр о лвi «Pareil t» нлв гвдроавтрзджт)
Nai (КУ-^ ала C-IM
Nan (.KV-1 нпн
c-iao)
Ф on i'L e-ff a [ir 5S3-2SA
ü: E
a a uar)
H
(C-10 0 ni KV-2)
OH
(PurolLta AÎ47]
УОО
(KY-2 AB-17
НЛЗ ЗНЭЛСТН)
ЗОД1
Рис. 1. Схема водоподготовительной установки в ОАО «Ивановские ПГУ» Nai - натрий-катионитный фильтр I ступени; NaM - натрий-катионитный фильтр II ступени; ФОП - фильтр-органопоглотитель; Н - водород-катионитный фильтр I ступени; ОН- анионитный фильтр I ступени; ФСД - фильтр смешанного действии; УОО-
установка обратного осмоса Fig. 1. Scheme of water treatment installation in JSC «Ivanovskiye IVG» NaI - sodium-the cathionitny filter of the first a step; Na II - sodium-the cathionitny filter of the second steps; ФОП - the filter-absorber of the organic substance; H - the cathionitny filter of the first steps; ОН - anionitny filter of the first steps; ФСД - the filter of the mixed
action; УОО - installation of the reverse osmosis
Сотрудники нашего филиала проводили исследования по выбору наиболее эффективного анионита для удаления органических соединений из фильтратов натрий-катионитовых фильтров. Для исследований фирмой Bayer были предоставлены образцы сильноосновных анионитов-
органопоглотителей макропористого типа Lewatit VP OC 1074 c акриловой матрицей, Lewatit S 6328 и Lewatit S 6368 - с матрицей С-ДВБ. В ходе исследований была установлена оптимальная скорость фильтрования, контролировалось изменение показателей качества фильтрата, оценивался уровень сорбции и десорбции анионитами органических соединений и железа, регенерация проводилась соле-щелочным раствором [7].
Список литературы
1. Седлов А.С., Ларин А.Б., Ларин Б.М. Опыт совершенствования технологий обессоливания воды на ТЭС // Электрические станции. 2010. № 10. С. 13-21.
2. Ларин А.Б., Ларин Б.М. Результаты лабораторных и промышленных испытаний импортных ионитов // Материалы конференции «Повышение эффективности технологического оборудования». Иваново. 2005. С. 78-81.
3. Ларин Б.М., Коротков А.Н., Опарин М.Ю. и др. Опыт освоения новых технологий обработки воды на ТЭС // Теплоэнергетика. 2010. № 8. С. 8-13.
4. Балаев И.С., Кучма Г.Г. Существующее положение и возможности реконструкции ХВО в условиях финансового кризиса // Энергосбережение и водоподготовка. 2010. № 1. С. 12-16.
По результатам исследований для эксплуатации был выбран анионит-органопоглотитель со С-ДВБ матрицей Lewatit 8 6328, который эксплуатируется в схеме ВПУ ОАО «Ивановские ПГУ» по настоящее время.
В [1] рассматриваются также предлагаемые к внедрению схемы малоотходных комплексов водопользования, в которых сочетаются физико-химические методы, ионный обмен, мембранные и термические технологии, что позволяет утилизировать основную часть сточных вод. И, скорее всего, именно такие схемы будут внедряться в теплоэнергетике в ближайшее время в связи с планируемым ростом платежей за сбросы сточных вод.
References
1. Sedlov A.S., Larin A.B., Larin B.M. Opyt soversenstvovaniâ tehnologij obessolivaniâ vody na TÈS // Èlektriceskie stancii. 2010. № 10. S. 13-21.
2. Larin A.B., Larin B.M. Rezul'taty laboratornyh i promyslennyh ispytanij importnyh ionitov // Materialy konferencii «Povysenie èffektivnosti tehnologiceskogo oborudovaniâ». Ivanovo. 2005. S. 78-81.
3. Larin B.M., Korotkov A.N., Oparin M.Û. i dr. Opyt osvoeniâ novyh tehnologij obrabotki vody na TÈS // Teploènergetika. 2010. № 8. S. 8-13.
4. Balaev I.S., Kucma G.G. Susestvuûsee polozenie i vozmoznosti rekonstrukcii HVO v usloviâh finansovogo krizisa // Ènergosberezenie i vodopodgotovka. 2010. № 1. S. 12-16.
5. Purolat. Fil'truûsie materialy iz antracitov
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 16 (138) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013
5. РигаМ. Фильтрующие материалы из антрацитов ОАО «Обуховская», Ростов-на-Дону, 2011 г. (рекламный проспект).
6. Каталог ЗАО «Торговый Дом ТОКЕМ», Кемерово, 2010 г. (рекламный проспект).
7. Стребкова Н.А., Гончарова Л.К. Результаты испытаний анионитов-органопоглотителей для водоподготовительной установки Ивановской ГРЭС // Теплоэнергетика. 2008. № 4. С. 72-74.
ОАО «Obuhovskaâ», Rostov-na-Donu, 2011 g. (reklamnyj prospekt).
6. Katalog ZAO «Torgovyj Dom TOKEM», Kemerovo, 2010 g. (reklamnyj prospekt).
7. Strebkova N.A., Goncarova L.K. Rezul'taty ispytanij anionitov-organopoglotitelej dlâ vodopodgotovitel'noj ustanovki Ivanovskoj GRÈS // Teploènergetika. 2008. № 4. S. 72-74.
Транслитерация по ISO 9:1995
r?<rt
- TATA —
74
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 16 (138) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
1SM1
