Водоподготовка на ТЭС: применение установок обратного осмоса

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат на тему:

Водоподготовка на ТЭС: применение установок обратного осмоса

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

1. Введение
2. Понятие о ТЭС
3. Водоподготовка на ТЭС
4. Установки обратного осмоса
5. Комплексное применение технологии мембранной очистки воды в энергетике на примере Адлерской ТЭС
6. Выводы
7. Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Введение

В последнее время в Российской Федерации в процессе проектирования новых электростанций,  преимущество отдают энергоблокам, основанным на парогазовой технологи, (парогазовым установкам). К качеству  добавочной подпиточной воды контура парогазовых установок (ПГУ) предъявляются особо высокие требования. Это в свою очередь привело к быстрому развитию такой особой отрасли химической технологии, как обработка воды на тепловых электростанциях (ТЭС ). Большое количество тех. процессов обработки воды, не относят к разряду новой техники, а уже давно известны и используются, периодически совершенствуясь.

В настоящие время характерно преобразование данной отрасли технологии в науку, которая опирается на теоретический расчет тех или иных процессов  и аппаратов, а не только на эмпирическое их описание.

Следует отметить процессы, наиболее важные с точки зрения получения высокоочищенной воды:

  - сорбция;

- ионный обмен;

  - метод фильтрования (очистка воды от взвешенных примесей).

Абсолютно новым тех. процессом является удаление растворенных и взвешенных примесей воды на намывных фильтрах.

  В большинстве промышленных стран  высокого уровня технического  развития имеется проблема непрерывного роста дефицита пресной воды. В таком случае данные методы обработки воды должны стать пригодны и для обработки высокоминерализованных, а так же морских вод. Характерной чертой для этой отрасли технологии опреснения воды есть использование вместе со старыми методами применения испарителей нескольких новых методов. Из которых следует отметить мембранный метод обработки воды, к его числу можно отнести метод гиперфильтрации (обратный осмос), а так же электродиализ.

Большую роль в технологии очистки воды на тепловых электростанциях играют процессы удаления растворенных газов. Таких методов два:

1. метод десорбции (термическая деаэрация);
2. химическое обескислороживание воды, обескислороживание на редокситах (путем использования окислительно-восстановительных процессов).

Имеющаяся в природе  вода, условно разделяется на:

  - атмосферную (дождь, туман, снег);

- поверхностную (реки, озера, пруды);

- подземную (артезианские скважины, шахтные колодцы);

- соленую (моря, океаны).

Эта природная вода всегда содержит различные примеси. Количество и состав примесей содержащихся в воде и определяют ее качество, то есть характеризуют возможность использования данной воды для тех или иных целей в быту и в промышленности.

Все примеси, которые находятся в воде поступают в нее из окружающей ее среды.

Таким образом, разработка технологии водоподготовки на ТЭС является на сегодняшний день очень актуальной задачей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Понятие о ТЭС

  Тепловые электростанции (ТЭС) – это электростанции, которые вырабатывают электроэнергию путем преобразования химической энергии топлива в механическую энергию, которая используется для вращения вала электрогенератора.

  Первые ТЭС появились еще в конце XIX века в Соединенных Штатах Америки в Нью-Йорке (1882 год). В России первая тепловая электростанция была построена в 1883 году в С.Петербурге.

 После своего появление, ТЭС получили наибольшее распространение в мире, так как с каждым днем энергетическую потребность наступившего техногенного века увеличивалась. До середины 70-х годов прошлого века, эксплуатация именно тепловых электростанций была доминирующим способом получения электроэнергии.

  В США и СССР часть ТЭС среди всей получаемой электроэнергии составляла 80%, а во всем мире – порядка 73-75%.

 

Принцип работы тепловых электростанций любого типа.

 Выработка электричества в ТЭС происходить поэтапно, но общий принцип её работы сравнительно прост. На первом этапе топливо сжигают в камере сгорания (паровом котле), при этом выделяется достаточное количество тепла, которое и превращает воду, циркулирующую по специальным системам труб расположенным внутри котла, в пар. Таким образом давление пара постоянно нарастает. Направив это давление на лопатки паровой турбины получаем, вращение всего ротора турбины,  которое передается на вал генератора, и в результате этого начинает вырабатывается электрический ток.

  Система «вода-пар» замкнутая. Пар, после того, как прошел через турбину, конденсируется в конденсатосборнике и вновь преобразуется в воду, проходящую через систему подогревателей и вновь попадающую в паровой котел.

 

В связи с этим требования к качеству воды используемой на ТЭС  достаточно высоки.

3. Водоподготовки ТЭС

 В Российской Федерации, принято, что доля растворённых в воде  веществ должна составлять не более 10 мкг/л. Для удовлетворение данного требования к качеству воды осуществляется ее специальная физико-химическая обработка.  

   Водоподготовку ТЭС производят в специальном цехе «химводоочистки».

Процесс водоподготовки состоит из нескольких этапов:

• Первый этап – предварительное умягчение воды, для снижения концентрации примесей (в воду добавляют реагенты, а также коагулянты, флокулянты). Следует обратить внимание на то, что методы обработки, и особенности технологического процесса, получения необходимого качества воды зависят от начального ее состава, типа и параметров самой электростанции, которая и использует эту воду.
• Второй этап – осветление. Воду пропускают через большое количество фильтров, (песочные и ионные), что позволяет очистить ее до– 10 мкг примесей на один литр. Следует помнить и о постоянном интенсивном перемешивании воды с реагентами. Это очень важная необходимость.

  Как мы видим, задача водоподготовки ТЭС достаточно сложна, но вполне решаема. Многолетний опыт использования энергоблоков во всем мире показал, что самым важным условием долгосрочной, экономичной и наиболее надёжной эксплуатации ТЭС есть организация водоподготовки.

 

Цели и задачи водоподготовки ТЭС

Цели и задачи водоподготовки:

• предотвращение образование окислов железа и кальцевидных отложений– на внутренней стороне пароперегревательных (парообразующих) трубопроводов, а так же, натрия, кремниевой кислоты и меди, – в проточных частях паровых турбин;
• защита от коррозии основного и вспомогательного оборудования, при его контакте с водой и паром;
• защита от коррозии турбин, котлов, оборудования конденсатно-питательного тракта при нахождении их в резерве путем применения качественного водного теплоносителя, который уменьшает скорость коррозии материалов).

 

 Химически очищенная вода является сырьём для использования на ТЭС , которое в дальнейшем применяют, как исходный материал для образования пара в испарителях и котлах, конденсировании отработанного пара и агрегатного  охлаждения. Еще эту волу используют в качестве теплоносителя (в теплосетях и системах горячего водоснабжения).

  Для того, что бы  парогенератор работал без отложений в течение приблизительно пяти часов необходимо осуществление особых мероприятий водоподготовки ТЭС. Каждая тепловая электростанция заинтересована проводить данные мероприятия с минимальными капитальными затратами.

  Термические методы водообработки ТЭС , их экономичность напрямую зависят от параметров оборудования и характеристик системы водоподготовки и водоочистки.

   На данный момент  пред тепловыми электростанциями  наряду с материальной выгодой поставлены задачи, по увеличению экономичности электростанций, сокращению количества обслуживающего персонала, внедрению новых технологий. Но на самом первом месте всё же остаётся подготовка используемой воды, которая должна осуществляться на очень высоком уровне.

  При очищении большого количества природной воды, ТЭС должна помнить ещё об одном аспекте, а именно о проблемах утилизации образующихся в процессе эксплуатации сточных водах.  Сточные воды содержат шлам, который состоит из карбонатов кальция и магния, железа, гидроксида магния, песка, органических веществ, алюминия, различных солей серной и соляной кислот, которые в процессе регенерации фильтров перемещаются в стоки. Это необходимая процедура для того, чтобы обеспечить защиту от загрязнения источников питьевого и промышленного водоснабжения.

  Итак, ТЭС потребляет большое количество воды. Основное потребители воды на ТЭС – это конденсаторы турбин.

Воду применяют для охлаждения:

• подшипников вспомогательных механизмов и водорода генераторов;
• охлаждения воздуха электродвигателей;
• восстановления паропотерь и конденсата в цикле ТЭС

 Вода в этом случае - это «жизненная необходимость». Вот поэтому, водоподготовка ТЭС требует к себе особого внимания и контроля.

 

4. Установки обратного осмоса

Технологии обратного  осмоса для обессоливания воды в  некоторых развитых странах мира начали применять со средины шестидесятых годов, а в бывшем Советском Союзе - с конца восьмидесятых годов  прошлого столетия.

 Однако широкое распространение  эта технология не получила  из-за  дорогостоящих мембран изготовлявшихся в то время и соответственно низкой  производительности.

  "Мембранный бум"  начался уже в начале девяностых, после появления более дешевых,  надежных и высокопроизводительных  мембран. 

  По результатам внедрения  установок обратного осмоса было  определено, что удаление солей  из воды, прошедшей через данную  установку составило 95-97 %. Кроме  этого установки обратного осмоса  компактные, могут работать в автоматическом режиме, очень просты в эксплуатации, имеют достаточно длительный цикл непрерывной работы.

  Установлено, что эта новая технология имеет значительное преимущество, перед ионообменной и испарительной при удалении из воды природных и техногенных органических соединений, которые оказывают негативное воздействие на оборудование ТЭС.

 

Даная технология привлекательна еще и тем, что в ней исключено  присутствие человеческого фактора.

 Т.е. применение на  системах водоподготовки ТЭС  технологии обратноосмотического обессоливание воды является на сегодняшний день очень перспективным.

Установки обратного осмоса применяются в тех технологических процессах, где нужно уменьшить общее солесодержание  воды до необходимого значения, т.е. для обессоливания и опреснения воды.

Мембранные системы  обратного осмоса. Принцип действия

 Обратный осмос  это – процесс отделение деминерализованной воды от минерализованной путем прохождения ее через тонкопленочную полупроницаемую мембрану под давлением выше осмотического (при  баромембранном процессе).

 В зависимости от  типа применяемых мембран и  заданных условий давление может  быть:

• для слабоминерализованных вод - от 8-12 Бар
• для морской воды до -  55 – 60 Бар

 На этом принципе и основана деминерализация начальной воды в обратноосмотическом модуле.

Рис 1 КИП и А Установки обратного осмоса

 

 Через поры синтетической композитной мембраны проходят молекулы чистой воды, а гидратированные солеобразующие ионы: НСО3-, SO2-, С1-, Са2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+, Cu2+ и ряд других микроэлементов, имеющие значительно больший размер -  задерживаются. Соли, растворенные в воде, органические соединения, тяжелые металлы и микроорганизмы не могут проникнуть через мембрану. Их удаляют в дренаж в виде концентрата. Концентрат может быть повторно использован либо сброшен в канализацию.

 После прохождения установки обратного осмоса вода в зависимости от своего состава, схемы оборудования и типа используемых обратноосмотических мембран очищается от солей 80 – 99.7%.

Конструкция установки обратного осмоса

Установка обратного осмоса (мембранный модуль) состоит из:

• фильтра (патронного или мультипатронного) тонкой очистки воды, 5 мкм
• насоса высокого давления
• мембранной группы
• средств автоматики и регулировки
• контрольно измерительных приборов
• дистанционного пульта управления
• рамы
• системы промывки мембранных элементов CIP

Рис 2 Установка обратного осмоса

 

  Конструкция установки обратного осмоса зависит от состава исходной воды, содержания солей и мехпримесей и количества мембранных элементов необходимых для того, чтобы получить требуемую производительность установки. В основу конструкторского решения заложен способ организации мембранной группы, который, определяет процентное отношение очищенной воды и концентрата.