Водоподготовка на ТЭС: применение установок обратного осмоса

Обратноосмотический модуль можно подключить в составе установки водоподготовки к трубопроводу исходной воды, трубопроводу деминерализованной воды и сливу в канализацию.

 

 

 

 

 Использование технологий обратного осмоса требует от обслуживающего персонала высокого уровня культуры производства и тщательной предварительной подготовки воды.

 Водоподготовка обуславливается размером пор обратноосмотических мембран. Мембрана, конечно, будет задерживать все примеси и соединения, имеющие размер больше чем 0,001 мкм, хотя при этом сама будет интенсивно загрязняться. А если в воде будет иметь место высокое содержание органических соединений, то и отравляться ими. А это в свою очередь потребует частых промывок, а в некоторых случаях - и замен мембранных элементов.

 В связи с этим многие производители мембранных элементов - предъявляют очень жёсткие требования к качеству исходной воды, которая поступает на установку.

Несоблюдение требований к качеству исходной воды, поступающей  на установках обратного осмоса, приводит:

• к быстрому загрязнению мембранных элементов и увеличению количества химических промывок;
• . к снижению производительности установки;
• к возрастанию количества засоленных стоков по отношению к количеству вырабатываемой воды;
• к снижению работоспособности мембран и появлению необходимости их досрочной замены (срок службы обратноосмотических мембран составляет 5 лет);
• к резкому возрастанию себестоимости обессоленной воды.

 

 

5. Комплексное применение технологии мембранной очистки воды в энергетике на примере Адлерской ТЭС

Одним из самых эффективных способов обеспечения необходимых показателей качества обессоленной воды - это использование аппаратов, построенных по технологии мембранного разделения. При этом наибольшую эффективность имеют установки, составленные из мембранных модулей различного назначения (так называемые интегри ИМТ): ультрафильтрация, обратный осмос, электродеионизация [1]. Достоинства мембранных технологий связаны с малой энергоемкостью процесса разделения, незначительным расходом реагентов, простотой эксплуатации, компактностью оборудования. Рост привлекательности мембранных технологий (особенно в последние годы) обусловлен повышением цен на реагенты, иониты, исходную воду и связан также с ужесточением норм по качеству засоленных стоков [2].

С учетом вышеперечисленного при проектировании водоподготовительных установок на Адлерской ТЭС , было выбрано применение мембранных технологий для получения всех типов технологических вод, таких как:

- обессоленной;

 - химочищенной);

- частично обессоленной.

  Обессоленная вода  используется для подпитки пароводяного  контура, а для подпитки теплосетей используют химочищенную воду.

  Частично обессоленная  вода на ТЕС используют для  применения в установках увлажнения  охлаждающего воздуха и для  градирен.

  Адлерская ТЭС это один из объектов, которые строятся для проведения Зимней Олимпиады 2014 года. Расположена она в Адлерском районе города Сочи.

Суммарная электрической мощностью ТЭС равна 360 МВт, максимальная теп-

ловая нагрузка 227 Гкал/ч (264 МВт).

КПД этой электростанции в конденсационном режиме составляет 52 %.

 Состав ТЭС - две  ПГУ.

В каждом из энергоблоке расположены две газовые турбины мощностью 65,8 МВт, эти турбины изготовлены итальянской компанией Ansaldo Energia , а так же по одной паровой турбине мощностью до 62,8 МВт изготовленной ОАО «Калужский турбинный завод», и два двухконтурных котла-утилизатора барабанного типа с давлением 7,7 МПа и 0,55 МПа изготовленных  на ОАО «Подольский машиностроительный завод».

 Генеральным проектировщиком ТЭС – проектным институтом «Мосэнергопроект» совместно с ЗАО «НПК Медиана-Фильтр» были разработаны схемы и выбрано соответствующее оборудование оборудование. Требования, предъявляемые к работе проектируемых установок:

1. Высококачественная глубоко обессоленная вода.

2. Независимость и стабильность показателей качества обессоленной воды

3. Организация охраны окружающей среды должна быть на высоком уровне

4. Повышенные экологические требования к установкам и агрегатам.

5. Сброс сточных вод с минерализацией не должен превышать ПДК водоемов. .

6. Широкий спектр изменения производительности  ВПУ (50-100%).

 7. Изготовление обессоленной воды для увлажнения охлаждающего воздуха сухих вентиляторных градирен.

8. Необходимо разместить основное и вспомогательное оборудование на небольших площадях.

9. ТЕС должна иметь достаточно высокую степень автоматизации.

 

На рис. 3 представлена принципиальная схема водоподготовительной установки (ВПУ) для получения обессоленной воды, которая используется для подпитки котлов, а так же химочищенной воды для использования теплосетях.   

   ВПУ Адлерской ТЭС - одна из первых в России, где в таком составе применились интегрированные мембранные технологии.

   Для того, что бы схема стала технологически устойчивой была спроектирована 2-ступенчатая установка обратного осмоса с промежуточной декарбонизацией. До этого времени на тепловых электростанциях в похожих схемах на основе мембранных технологий применялся только одноступенчатый

обратный осмос  (Путиловская ТЭЦ , Ноябрьская ТЭЦ, [1]).

Принцип действия

  Исходная вода с солесодержанием приблизительно180 мг/дм³  отбирается от источника река Мзымта, предварительно нагревается в подогревателях до температуры 20 °С. Дальше вода поступает на а установку дисковой фильтрации, которая состоит из шести дисковых фильтров типа Arkal производства (Израиль). На этих фильтрах задерживаются вещества размером крупнее 200 мкм. После дисковых фильтров вода поступает на установку ультрафильтрации , в которо й производится удаление из воды разных микроорганизмов и веществ размером до 0,01 мкм. После этого она собирается в баках осветленной воды.

  Состав установки ультрафильтрации :

  - три модуля напорного типа, в каждом из 12 мембранных элементов. (В каждом модуле комплектуется насос рециркуляции для обеспечения устойчивой работы установки в широком диапазоне содержания очищаемых

 веществ в исходной  воде.

  При выборе производительности  установки  ультрафильтрации учитывался отбор части осветленной воды на подпитку теплосетей.

  Для удаления загрязнений, которые накапливаются внутри капилляров мембран УУФ, в определенные периоды производят обратную промывку осветленной водой, длительность которой составляет 40–60 с и частота каждые 20–60 мин.

  Для того, чтобы удалить образовавшиеся биопленки периодически проводят обратную промывку с применением таких реагентов – растворов NaOH и NaClO.

  Для у того, чтобы удалить неорганические отложения 3 раза в месяц предусмотрена химическая мойка мембран растворами лимонной кислоты и едкого натра. Химическая мойка производится путем циркулирования моющего раствора в мембранном блоке на протяжении нескольких часов.

  Из опита внедрения технологии ультрафильтрации в энергетике видим, что,  при использовании ультрафильтрации в качестве предочистки перед обратным осмосом по сравнению с традиционной технологией (осветлитель + механический фильтр) позволило получить отфильтрованную воду со значением коллоидного индекса SDI от 0,9 до 3 (при использовании традиционной технологии SDI > 5). При этом качество отфильтрованной воды не зависит от того, какого качества является исходная вода.

 Пониженное значение SDI позволяет снизить количество химических моек УОО [3].

  Пройдя  установку ультрафильтрации, очищенная вода поступает на первую ступень установки обратного осмоса (УОО1), в которой производится удаление солей растворенных в воде. Для предотвращения образованиям минеральных отложений на мембранах перед УОО1 предусмотрено дозирование раствора антискаланта, а для исключения попадания свободного хлора на мембранные элементы – дозирование раствора бисульфита натрия.

  Пермеат, полученный на УОО1, проходит декарбонизацию в вакуумно-эжекционных декарбонизаторах.

  Декарбонизатор - это водовоздушный эжектор, который состоит вакуумно-распылительной головки и нескольких ступеней. Они выполнены из труб , которые расположены соосно.

  В декарбонизированной воде СО₂ содержится в количестве  1–2 мг/дм³. После этого декарбонизированный пермеат собирают в баки пермеата.  

  Концентрат, который образовался в УОО1 с содержанием солей - 800–900 мг/дм³ сбрасывают в канализацию.

 При выборе производительности установки УОО1 учитывается подача части пермеата на подпитку теплосетей.

 

 

 

Рис. 3. Принципиальная схема ВПУ для получения обессоленной воды

(для подпитки котлов) и химочищенной воды (для подпитки теплосети) 

 

 

Состав установки обратного  осмоса:

-  5 мкм фильтр тонкой  очистки 

- насоса высокого давления

- мембранный блок

 Мемембранный блок состоит из трех корпусов. В каждом корпусе содержится 6 мембранных элементов.

  Из баков пермеата очищаемая вода поступает на вторую ступень установки обратного осмоса (УОО2) , а после - на установку электродеионизации (УЭДИ).

  На установке электродеионизации производится глубокое обессоливание воды.

 Вторую ступень установки  обратного осмоса  и установка электродеионизации соединяются параллельно в две работающие цепочки.

  В мембранном блоке УОО2 производится дозирование щелочи в поток воды. Это сделано для проведения химической декарбонизации воды.

  Химическая декарбонизация - это коррекция рН в щелочной области на входе в обратноосмотическую мембрану.

    В  случае подачи на вход второй ступени установки обратного осмоса воды со значением рН > 8,4 вся углекислота будет находиться в бикарбонатной форме и впоследствии удалится . Это в свою очередь предотвращает попадание СО2 в пермеат.

  Основным назначением установки обратного осмоса второй ступени – это обеспечение воды потребного качества, которая поступает на установку электродеионизации.

 Электродеионизация в настоящее время- это самый современный метод финишной очистки воды, представляет собой процесс который использует постоянное электрическое поле в комбинации с ионоселективной мембраной для деминерализации воды с непрерывным восстановлением ионообменной способности смол.

Концентрат из второй ступени установки обратного осмоса поступает в бак осветленной воды, а концентрат из установки электродеионизации – в бак пермеата.

   Глубоко обессоленная вода полученная на установки электродеионизации поступает в баки обессоленной воды, из них вода насосами подается в баки запаса конденсата.

Схема получения  химочищенной воды для подпитки закрытой теплосети, интегрированной в схему обессоливания.

Эта схема применена впервые.

Химочищенная вода образуется в следствии перемешивания потоков осветленной воды и пермеата установки обратного осмоса первой ступени в баках химочищенной воды. В зависимости от того, какое задано значение карбонатного индекса расход пермеата и осветленной воды автоматически регулируется. Автоматический контроль карбонатного индекса предусматривается как автоматическое измерение жесткости, возведенной

в квадрат, с дальнейшим регулированием соотношения потоков.

  При смешивании потоков воды с различными показателями жесткости получается требуемое качество воды для подпитки теплосети.

  Для подпитки пароводяного  тракта ПГУ существуют определенные  показатели качества обессоленной  воды, некоторые из них представлены  в таблице.

 

Показатели качества обессоленной воды для подпитки котлов-утилизаторов ПГУ

 

Показатель качества	Нормируемое значение показателя	Фактическое значение показателя
Удельная электропроводность	0,2 мкСм/см	0,07–0,1 мкСм/см
Содержание натрия	10 мкг/дм3	3 мкг/дм3

 

 

 

На рис. 4  представлена принципиальная схема получения частично обессоленной воды для установки увлажнения охлаждающего воздуха в сухих вентиляторных градирнях.

  Работа установки попадает на летние (жаркие) месяцы. Частично обессоленную воду распыляют в градирне для понижения температуры охлаждающего воздуха, что позволяет поддерживать необходимую температуру охлаждающей воды и, в результате получается стабильный вакуум в конденсаторе.

  В процессе проектирования была разработана следующая схема обессоливания: для того, что бы достичь требуемое качество частично обессоленной воды, предусмотрено двухступенчатую установку обратного осмоса, а в качестве предварительной очистки использованы механические фильтры с двухслойной загрузкой.

  Это решение позволило уменьшить материальные затраты на предварительную очистку, но увеличились эксплуатационные расходы на химические мойки мембран.

 В нашем случае это приемлемо, так как установка работает периодически, а не круглогодично.

 Производительность этой установки составляет  80 м³/ч.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4. Принципиальная схема ВПУ для получения частично обессоленной воды