Портал по тригенерации, когенерации и мини-ТЭЦ

Использование термодистилляционных установок для водоподготовки паровых котлоагрегатов

 

Международная научно- практическая конференция « Малая энергетика-2008»

 

Мелинова Л.В., ГТУ (МЭИ), Волжский филиал, г. Волжский, Никулин В.А., УГТУ (УПИ), г. Екатеринбург, Подберезный В.Л., ООО «Генерация», г. Березовский, Раменский П.П., «ЮГК ТГК-8» филиал «Волгоградская генерация», г. Волжский, Шипилов В.Ю., ФГУП «ВНИПИпромтехнологии», г. Москва

 

В настоящее время, как известно, подготовка добавочной воды для паровых котлоагрегатов осуществляется тремя методами: термическим, ионообменным и мембранным. Понятно, что каждый из этих методов обладает своими достоинствами и недостатками и по этой причине для каждого конкретного случая получает применение какой-либо из них или совместно несколько методов. К сожалению, очень часто выбор применяемого метода (или методов), порой осуществляется не на основании технико-экономического анализа, а из личных пристрастий Заказчика или Исполнителя (при попустительстве Заказчика).

Плюсы наиболее широко применяемого в отечественной практике метода ионного обмена - это простота оборудования и малые затраты энергоресурсов, являются весьма привлекательными для Потребителей.

Минусы этого метода также хорошо известны. Ими являются большой расход химических реагентов (поваренная соль, кислота, щелочь), дорогих ионообменных материалов, значительные объемы отработанных регенерационных растворов, требующих в современных условиях дорогостоящей переработки для обеспечения защиты окружающей среды от загрязнений.

Обратный осмос. Новинка для большинства российских специалистов в красивой упаковке и с активной рекламой, подкупающая малым потреблением химических реагентов по сравнению с ионообменном и кажущейся дешевизной. Первое - не оспоримо. Второе - является заблуждением, поскольку даже при высококвалифицированном обслуживании, которого, к сожалению, на российских предприятиях, в том числе и в теплоэнергетике пока нет, каждый год, а то и чаще, необходимо заменять одну треть мембранных элементов, составляющих до 60% стоимости обратноосмотических установок. Таким образом, получается, что через каждые пять - шесть лет Потребителю придётся покупать новую установку.

Термический (термодистилляционный) метод, заключающийся в превращении в водяной пар части раствора с последующей конденсацией этого пара, реализуется в выпарных аппаратах (испарителях) различной конструкции: с естественной и принудительной циркуляцией раствора, с восходящей и падающей плёнкой жидкости, орошаемых плёночных горизонтальнотрубных, мгновенного вскипания.

Хотя первоначальная стоимость термодистилляционного оборудования на 30 -40% выше, чем оборудование обратного осмоса, но на сегодня - это единственный метод водоподготовки, потребности которого в химических реагентах незначительны (существенно меньшие, чем для обратного осмоса и тем более меньшие, чем для ионообмена), и который позволяет сводить объём жидких отходов с тепловых электростанций до нуля, т.е. дает возможность исключить сброс солевых стоков на рельеф. Два других метода водоподготовки - мембранный и ионообменный с целью исключения сброса солевых стоков в природные источники требуют применения для переработки их сточных вод установок все того же термического метода. Но даже и без учета экологических достоинств термического метода в большинстве случаев он конкурентоспособен с обратным осмосом.

В связи с этим, в современных условиях со всё возрастающими требованиями надзорных органов по защите окружающей среды термический метод получения добавочной воды для паровых котлоагрегатов становится наиболее привлекательным [1].

Поэтому сегодня многие Заказчики обращаются с просьбой разработать для них проекты по переработке термическим методом отработанных регенерационных растворов ионообменных установок или дилюатов мембранных установок с получением дистиллята высокого качества, а также концентрированного раствора (рассола) или сухих солепродуктов. Дистиллят может быть использован в качестве добавочной воды паровых котлоагрегатов, а рассол или сухие соли после их несложной подработки - для регенерации Na-катионитовых фильтров, как, например, на Саранской ТЭЦ [2], или для поставки на сторону.

Это качество установок термического метода, т.е. их всеядность - возможность производства высококачественного дистиллята из природных и сточных вод самого различного состава - привлекает очень многих Заказчиков.

Примеров применения термического метода водоподготовки как из природных вод, так и из промышленных стоков в отечественной и мировой практике достаточно много.

Напомним об отечественных опреснительных комплексах природных морских и речных вод с получением дистиллята, используемого для приготовления добавочной воды паровых котлоагрегатов.

Во-первых, комплекс в г. Актау, Казахстан (рис. 1) суммарной производительностью по дистилляту, в период расцвета объекта, 5500 м3/ч [3]. Он состоит из 14 установок различного типа: четырех и пяти корпусных, оснащенных аппаратами с вынесенной зоной кипения и естественной циркуляцией раствора; 10-корпусных с вынесенной зоной кипения и принудительной циркуляцией раствора; 34-ступенчатой установки мгновенного вскипания. На этих установках из воды Каспийского моря, имеющей солесодержание 13 500 мг/л, вырабатывается дистиллят с солесодержанием менее 1,0 мг/л (0,5-0,8 мг/л). Он используется на Мангышлакском атомном энергетическом комбинате (МАЭК) в количестве 1800 м3/ч для приготовления добавочной воды парогенераторов ядерной энергетической установки с реактором на быстрых нейтронах БН-350 и для традиционных паровых котлоагрегатов рабочим давлением 15 МПа. 900 м3/ч направляется на горячее водоснабжение города, остальное - на технологические нужды промышленных объектов и для приготовления питьевой воды городу.

 

Во-вторых, меньший в пять раз комплекс по производству дистиллята (рис. 2) на Красноводской ТЭЦ в г. Красноводске, Туркменистан [4]. Одна 5-корпусная установка с аппаратами с вынесенной зоной кипения и естественной циркуляцией раствора и одна 10-корпусная установка с аппаратами с вынесенной зоной кипения и принудительной циркуляцией раствора составляют этот комплекс. Получаемый на нём дистиллят из воды Красноводского залива Каспийского моря, содержащей 17500 мг/л солей, имеет солесодержанием менее 1,5 мг/л. Он распределяется по потребителям примерно в такой же пропорции, как и в г. Актау.

В-третьих, комплекс водоподготовки для котлоагрегатов Тобольской ТЭЦ г. Тобольска, Тюменской области [5]. Здесь на трёх из четырёх реализованных установках имеется возможность получать 1320 м3/ч дистиллята высокого качества из воды реки Иртыш с объёмом сточных вод менее одного процента. Комплекс состоит, как упоминалось, из трех установок, оснащённых каждая девятью аппаратами, из них шесть испарителей с восходящей плёнкой жидкости и три аппарата с вынесенной зоной кипения и принудительной циркуляцией жидкости. Отличительной весьма положительной чертой данных установок является следующее. То количество тепловой энергии, которое в неё поступает с паром и с исходной водой, почти всё оно возвращается с дистиллятом в котлы ТЭЦ, т.е. получается, что установки работают «как бы» без затрат тепловой энергии.

В-четвертых, комплекс по выработке 900 м3/ч высококачественного дистиллята в качестве добавочной воды для котлов-утилизаторов Туркменского азотнотукового завода в г. Мары [6]. На этом комплексе дистиллят получают из воды Кара-Кумского канала на девяти установках, содержащих по девять аппаратов: восемь с восходящей плёнкой жидкости и один с вынесенной зоной кипения и принудительной циркуляцией жидкости.

Применение термического метода водоподготовки для получения дистиллята из сточных вод с одновременным решением экологической задачи - минимизацией сброса жидких отходов или с полной переработкой сточных вод на дистиллят и сухие соли, также в настоящее время реализовано на ряде промышленных объектов.

Впервые в отечественной практике такая задача была решена на Верх-Исетском металлургическом заводе в г. Екатеринбурге с пуском в 1973 году двух установок по переработке на каждой согласно проекту по 102 м3/ч сточных вод цеха холодной прокатки трансформаторной стали (ЦХП) и принимаемых на переработку за плату от сторонних предприятий замасленных вод [7]. Получаемый при этом дистиллят продавался и продаётся Верх-Исетской ТЭЦ. В лихие 90-е годы - это был почти единственный источник живых финансовых средств для ЦХП.

Другим примером является цех по переработке 1440 м3/ч сточных вод Ферганской ТЭЦ, г. Фергана, Узбекистан, в котором на трех 34-ступенчатых установках мгновенного вскипания (рис. 3) осуществляется предварительное концентрирование сточных вод с последующей кристаллизацией солей на одной установке в выпарных аппаратах с вынесенной зоной кипения и принудительной циркуляцией раствора [8].

 

Дистиллят от этого цеха используется для приготовления добавочной воды котлоагрегатов давлением 15 МПа.

На Первомайском химическом комбинате, г. Первомайский, Украина, на трёх установках производительностью по 140 м3/ч сточных вод каждая осуществляется глубокое концентрирование их и последующее получение из этого концентрата натриевой щелочи и хлора [9].

Дистиллят вместе с конденсатом направляется на ТЭЦ для приготовления добавочной воды котлоагрегатов давлением 15 МПа.

Основным оборудованием отечественных действующих установок термического метода водоподготовки являются энергетические испарители типа «И» (рис. 4), выпарные аппараты с естественной (рис. 5) и принудительной (рис. 6) циркуляцией раствора, выпарные аппараты с восходящей плёнкой жидкости (рис. 7), аппараты мгновенного вскипания (рис. 8) и в последние годы получают применение наиболее эффективные испарители плёночного горизонтальнотрубного типа (рис. 9 - 11) [10].

 

Заключение

Анализируя имеющийся опыт применения термодистилляционного метода водоподготовки для паровых котлоагрегатов как из природных, так и из сточных вод наиболее целесообразной представляется следующая принципиальная схема действий, обеспечивающая исключение жидких стоков со станций.

1. Технический аудит водоподведения и водоотведения на станции с разработкой и осуществлением мероприятий по наведению порядка в этих вопросах с целью сокращения объёма формирующихся стоков. В некоторых случаях на основании аудита удаётся в десятки раз сократить объёмы стоков и, соответственно, затраты на их ликвидацию.

2. Осторожно относиться к смешению стоков. Перерабатывать «компоты» порой оказывается значительно труднее и дороже, чем отдельные виды стоков и лучше заниматься ими по месту их образования.

3. Осуществлять предварительную подготовку стоков (исходного питания) в зависимости от их химического и механического состава путём известкования, коагуляции и механической фильтрации.

4. Производить предварительное концентрирование исходного питания до насыщения по сульфату кальция или по хорошо растворимым солям – хлориду или сульфату натрия. При необходимости использовать дозирование одного из выпускаемых отечественной промышленностью антинакипинов (ПАВ 13А, ИОМС, СК-110), выбираемых на основе сравнения их эффективности для каждого конкретного случая.

5. Окончательно выпаривать концентрат после предварительной стадии переработки исходного питания с получением кристаллических солей - раздельных или их смеси в зависимости от требований Заказчика.

 

 

 

 

Список использованных источников

1. В.Б. Чернозубов, В.Л. Подберезный, Н.К. Токманцев "Техника термического опреснения воды в системах водоподготовки и ликвидации солесодержащих промышленных стоков". //Экология и технология. Москва, с. 918-926. 1994 г.

2. А.С. Седлов, В.В. Кудрявый, В.В. Шищенко и др. "Защита водоёмов от сброса сточных вод водоподготовительных установок". //Энергосбережение и водоподготовка № 2, 1999 г., с. 52-58.

3. А.Б. Котельников, П.К. Лебедев, Л.В. Мелинова и др. "Современное состояние техники термодистилляционного опреснения в России". Мир воды: Труды международного научно-практического семинара 12-14 мая 2003 г., г. Обнинск. Россия. М. 2003. с. 7-15.

4. В.Л. Подберезный. "Дистилляционные опреснительные установки". //Proceedings of the 34— Annual Conference of the Australian and New Zealand Solar Energy Society. p. 336-341, Darwin, Northern Territory Australia. 22 - 26 October, 1996.

5. Л.В. Мелинова, В.П. Неймышев, В.Л. Подберезный, А.С. Седлов. "Применение техники и технологии термического опреснения для решения экологических проблем на Тобольской ТЭЦ". // Научно-практическая конференция "Экологическая безопасность регионов Урала и Западной Сибири", г. Екатеринбург, с.5. 15 декабря 1998 г.

6. Е.А. Соболев, В.Б. Чернозубов, В.Л. Подберезный и др., "Дистилляционные опреснительные установки". //Труды СвердНИИхимического машиностроения. МРФАЭ. с. 23-37. М. 1993.

7. В.И. Аксенов. Замкнутые системы водного хозяйства металлургических предприятий. М., Металлургия. 1983, с. 101.

8. А.П. Егоров, И.П. Лазарев, СИ. Голуб и др. "Сравнение двух типов термических дистилляционных опреснителей: 10-корпусного выпарного и 34-ступенчатого мгновенного вскипания" // Вопросы атомной науки и техники. Серия: "Опреснение соленых вод". Свердловск, вып. 1(8), с. 15-19. 1976.

9. В.И. Аксенов, Л.В. Мелинова, В.Л. Подберезный и др. "Очистка сточных вод Первомайского химкомбината с использованием техники термодистилляционного опреснения". Труды международного научно-практического семинара «Мир Воды - 2003». г. Обнинск, 12-14 мая 2003 г. Инв. №01/160.

  1. В.Л. Подберезный. Ю.К. Смирнов, В.Б. Чернозубов и др. "Горизонтальнотрубные пленочные опреснительные установки. Результаты исследования основных процессов и разработки промышленных образцов". // "Desalination". Elsevier. Vol. 45 p. 15-21. 1983.