УДК 621.311
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ СТОКОВ ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ИСПАРИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОМЕМБРАННЫХ АППАРАТОВ
Т.Ф. ВАФИН, Н.Д. ЧИЧИРОВА, А.А. ЧИЧИРОВ, И.А. ЗАКИРОВ
Казанский государственный энергетический университет
На базе электромембранных аппаратов разработаны схемные решения, позволяющие утилизировать продувочные воды водоподготовительных испарительных установок с выделением сырьевых компонентов, повторно используемых в производственном цикле.
Ключевые слова: ТЭС, электромембранный аппарат, обессоливание, концентрирование.
Схемы водоподготовки с использованием технологии термического обессоливания используются в настоящее время на ряде тепловых электрических станций (ТЭС) как Российской Федерации, так и за рубежом [1]. Технология термической водоподготовки реализована, в том числе, и на Казанской ТЭЦ-3. Основными элементами таких схем являются испарители поверхностного типа, при работе которых образуется продувочная вода высокой минерализации.
Результаты расчета солевого состава продувочной воды испарителей с использованием данных по качеству воды, полученных в лаборатории химического цеха Казанской ТЭЦ-3, представлены в табл. 1.
Таблица 1
Состав продувочной воды испарителей.
Компонент Содержание
кг/т %
Ка2Б04 18,5 62
№01 4,5 15
ЫаОИ 5,2 17
Примеси 1,8 6
На базе электромембранных аппаратов (ЭМА) [2,3] разработаны схемные решения, позволяющие перерабатывать продувочные воды испарителей с получением сырьевых компонентов, повторно используемых в производственном цикле ТЭС.
С учетом приведенных данных по составу продувочной воды просматривается возможность реализации трех ступеней обработки:
1) отделение щелочи от высокоминерализованной продувочной воды;
2) разложение раствора солей на щелочной и кислотный растворы;
3) обессоливание воды и концентрирование щелочного раствора. Схема трехступенчатой обработки продувочной воды показана на рис. 1.
На первой ступени происходит частичное отделение щелочи от исходного раствора в ЭМА с катион- и анионообменными мембранами. Движущая сила процесса - более высокая подвижность гидроксил-иона в сравнении с сульфат- и хлорид-ионами. Поскольку селективность процесса невысока, в качестве продукта возможно получение щелочного раствора, содержащего соли исходного раствора.
© Т. Ф. Вафин, Н.Д. Чичирова, А.А. Чичиров, И.А. Закиров Проблемы энергетики, 2012, № 1-2
182
На ЭМА первой ступени получается концентрированный щелочной раствор и дилюат I. Последний представляет собой более разбавленный раствор исходных солей и оставшейся щелочи. Дилюат I является исходным раствором для питания второй ступени.
Продувочная вода
Рис.1. Схема утилизации продувки испарителей, щелочного и кислого растворов (сокращенная): I - элек
биполярный ЭМА; III - ЭМА-концентратор
А и получением ние щелочи; II -
ЭМА второй ступени включает биполярные мембраны и служит для разделения раствора солей на щелочной и кислый растворы. В качестве продуктов на второй ступени образуется дилюат II, представляющий собой более разбавленный раствор
исходных солей, неконцентрированные растворы щероч¥ти1с1мрсигккслотя
Дилюат II направляется на ЭМА третьей 'ступени, щелочной раствор - на концентрирование на I ступень или в злектромембЗаннРКсрппарат-концентратор щелочи. Кислый раствор, содержащий смесь серной, соляной и азотной кислот, направляется потребителю.
На ЭМА III ступени осуществляется процесс концентрирования-обессоливания дилюата II с получением частично обессоленной воды с концентрацией солей 0,3 г/л (дилюат III) и концентрата.
Дилюат III используется для получения щелочного и кислого растворов на II ступени злектромембранной установки.
Представленная схема достаточно гибкая. Возможно ^ос^Шват^ сокращение ступеней, начиная с последней. Если исключить третью ступен (концентрирование-обессоливание), частично обессоленную воду для ^ДтуДейЧможн? ПЗ^СТВОЛ забирать с промежуточной ступени ВПУ ТЭС. Эквивалентное количество воды в виде * *
дилюата II (раствор натриевых солей) направляется на подпитку теплосети.
При сокращении третьей и второй ступеней одновременно на злектромембранном аппарате I ступени возможно получение щелочного раствора и дилюата I. Щелочной раствор отправляется на концентрирование или непосредственно потребителю. Дилюат I (солевой раствор) можно использовать на регенерацию катионитных фильтров, на подпитку теплосети или на подпитку испарителей.
Для получения более концентрированной и чистой щелочи и более концентрированного кислотного раствора необходимо установить еще один тип ЭМА-концентратора (рис.2).
ованныь
© Проблемы энергетики, 2012, № 1-2
183
Продувочная вфда испарителей
П эедварит
шыш
очистка
Рис.2. Полная схема утилизации продувки испарителей с использованием ЭМА ЗГ^оуучениЯм II щелочи и смеси кислот: I - электромембранное отделение щелочи; II - биполярныиЭМл для разложения солей; КЩ - ЭМА для концентрирования щелочи; КК - ЭМА для концентрирования
кислот
В качестве продуктов на электромембранной установке получаЮйРщЗлочной и кислый растворы. В зависимости от наличия ступени электромембранного концентрирования щелочи, а также степени разложения солей в аппарате с биполярными мембранами, концентрация щелочи в щелочном растворесоставл^ГЙтЙ! до 8 масс.%. В качестве примесей присутствуют исходные соли - сульфат и хлорид натрия - до 10 % от массы основного вещества. рйСТВОр
Второй продукт - кислый раствор, содержит исходные соли и смесь серной с включениями соляной и азотной кислот. В зависимости от степени разложения солей на II ступени электромембранной обработки концентрация кислот может меняться от 0 до 3 %. В предельном случае, при полном разложении солей, получаются примерно равные количества щелочного и кислого растворов.
В случае, если является целесообразным ограничиться получением щелочного и солевого растворов, возможна двухстадийная электромембранная обработка продувочной воды (рис.3).
При работе по схеме, показанной на рис.2, образуется 0,3 т щелочного раствора (5 % щелочи, 0,5 % солей) и 0,7 т кислого раствора (2 % кислот, 0,2 % солей). В схеме используется 5 электромембранных аппаратов с суммарным потреблением электроэнергии 120 кВт-ч на 1 тонну обрабКтйв&ЭмоЭЭ^ИНорШ'СТВОр
В сокращенной схеме (рис.1) используется 4 аппарата с суммарным потреблением электроэнергии 100 кВт^ч на 1 тонну обрабатываемого раствора. В результате обработки образуется 0,4 т щелочного раствора (5 % щелочи, 1 % солей) и 0,6 т кислого раствора (1,2 % кислот, 1 % солей).
Экономически наиболее выгодно и технически наиболее просто произвести выделение щелочи из продувочной воды по схеме, показанной на рис.3.
© Проблемы энергетики, 2012, № 1-2
184
Продувочная вода исцарителей
Предварительная очистка
Рис. 3. Схема утилизации продувки с получением концентрированного щелочного и солевого растворов: IV - электромембранное получение щелочи второй ступени
Дилюа
В схеме используется 2 аппарата с суммарным потреблением электроэнергии 13 кВт^ч на 1 тонну обрабатываемого раствора. Продуктами переработки продувочной воды испарителей в этом случае являются 0,1 т щелочного раствора (4 % щелочи, 2 % СЛОЧНОЙ солей) и 1 т солевого раствора (2,5 %о исходных солей), используемые в дальнейшем в
со II СТ)
и 1 т цикле станции.
Summary
On the basis of electromembrane devices designed circuit solutions to dispose of purge water evaporating water treatment plants with the release of raw materials, re-used in the production cycle.
Keywords: thermal power station (TPS), electromembrane concentration.
I
Литература
device, desalination,
Концентрв
др. Опыт ТЭЦ-3 //
щелочно!
создания комплексной^ Новое в Российской
1. Фардиев И.Ш., Закиров И.А., Силов И.Ю. и малоотходной системы водопользования на Казанской электроэнергетике. 2009. №3. С.30-37.
2. Чичирова Н.Д., Чичиров А.А., Королёв А.Г., Вафин Т.Ф. Экологическая и экономическая эффективность внедрения ресурсосберегающих технологий на тепловых электрических станциях //Труды Академэнерго. 2010. №3. С. 65-71.
3. Чичирова Н.Д., Чичиров А.А., Ляпин А.И., Королёв А.Г., Вафин Т.Ф. Разработка и создание ТЭС с высокими экологическими показателями //Труды Академэнерго. 2010. №1. С. 34-44.
Поступила в редакцию
13 февраля 2012 г.
Вафин Тимур Филаритович - аспирант кафедры «Тепловые электрические станции» (ТЭС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8-917-3967844. E-mail: timy_85@mail.ru.
Чичирова Наталья Дмитриевна - д-р хим. наук, профессор, зав. кафедрой «Тепловые электрические станции» (ТЭС), директор института теплоэнергетики Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 519-42-12.E-mail: ndchichirova@mail.ru.
© Проблемы энергетики, 2012, № 1-2
185
Чичиров Андрей Александрович - д-р хим. наук, профессор, зав. кафедрой химии Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 253-17-16. E-mail: pinpin3@yandex.ru.
Закиров Ильгизар Алиахматович - д-р техн. наук, профессор Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ).
© Проблемы энергетики, 2012, № 1-2
186