Водоподготовка

ТАЛЛИНСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Вирумааский колледж
RAR0693 Сберегающие технологии
Яшичева Тамара 111938RDKR
Водоподготовка
Домашняя работа №1
Преподаватель: Zguro А.А., лектор
Кохтла-Ярве 2014
ВОДОПОДГОТОВКА
ВВЕДЕНИЕ
Водоподготовка для ТЭС играет огромную роль в работе тепловых станций.
Обеспечение необходимого качества воды убережет от поломки оборудование, от
образования накипи и коррозии, снизит расходы топлива. Даже небольшой слой
накипи на оборудовании значительно увеличивает расход топлива для ТЭС,
следовательно, происходит удорожание отопления и горячей воды на выходе. При
эксплуатации
паросилового
хозяйства
наиболее
частые
проблемы
-
это
накипеобразования и солевые отложения, которые приводят к потере теплопередачи
и перегреву экранных труб, коррозии, ухудшению качества пара, большим
энергозатратам.
На предприятиях
ТЭС существует цех технологической очистки воды (ХВО).
Например, В VKG ENERGIA OÜ
ХВО служит для умягчения озёрной воды с
предварительным её осветлением на механических фильтрах, где она проходит через
слой антрацита. При прохождении через фильтры вода последовательно очищается
от механических примесей и солей Fe.
С целью удаления солей жёсткости из воды на VKG Energia OÜ применяют
умягчение на Na- и Н- катионитовых фильтрах.
Основными задачами умягчения являются:

увеличение производительности обессоливания.

удаление солей временной жёсткости

понижение концентрации взвешенных частиц

предварительное снижение жёсткости воды способствует повышению
эффективности работы установки.

повышенное содержание солей временной жёсткости может привести к
увеличению расхода промывной воды и реагентов для регенерации ионообменных
фильтров, увеличит частоту регенераций.
Умягчение воды происходит в Na- и Н- катионитовых фильтрах, заполненных
сульфоуглём (катионит). После умягчения вода поступает в деаэраторы, где
удаляется остаточный СО2 и О2.
2
3
1.
ОБЩАЯ БЛОК-СХЕМА ВОДОПОДГОТОВКИ
Вода из озера
Консу
Нагревание до 300С
Удаление
механических
примесей
Умягчение на Н- и Na
катионитовых фильтрах 1 и 2
ступени
взвеси
Деаэрация (удаление СО2полностью и О2-частично)
Доумягчение
Декарбонизация
( барьерный фильтр )
( частичное удаление
СО2 )
Смешение
Нагрев до
1000С
‹‹ AS Nitrofert ››
- пар
пар
‹‹ AS VKG ›› - на
технологические нужды
‹‹AS Velsikol ›› пар
Работа
турбины
Электро
энергия
Электро
подстанции
4
2.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ВОДОПОДГОТОВКИ
Н-кат. 1 ступень.
Озерная
вода
Мех.фильтр
H+HCO3
Удаление Са, Мg,
Уменьшение щелочности
Na-кат. 1ступень
Na-кат. фильтр 2 ступень
Жесткость-5-10 мкг/л
Коллектор
Н-кат. 2 ступень
CO2+H 2O
Na-кат. 2 ступень
Декарбонизатор
Баки
декарбонизированной
воды
Удаление СО2 вода
Противоток
воздух
Деаэратор t0 -102-1040 C
Удаление остаточного
СО2
5
2.1. Описание технологической схемы
Исходная вода в цех водоподготовки поступает из системы водохранилища Куртна Консу с жёсткостью 7-8 мг-экв/кг. Качает её насос озёрной воды №4 и №5, оттуда
вода поступает сразу на механические фильтры, подключенные параллельно.
На механических фильтрах происходит осветление воды, т.е. очистка воды от песка,
глины, ила и взвешенных частиц, а также от примесей железа.
После механических фильтров, осветлённая вода разветвляется на Н-катионитовые и
Na-катионитовые фильтры.
Поток пошедший на Н-катионитовые фильтры поступает на Н-катионитовые
фильтры I ступени №3, №4, №5, а затем на Н-катионитовые фильтры II ступени№3,
№4, №5. Водородные фильтры предназначены для удаления из обрабатываемой
воды накипеобразующих катионов кальция и магния, снижение щёлочности.
Обменным ионом является катионит водорода, на который обмениваются катиониты
с образованием в эквивалентных количествах минеральных кислот.
Поток пошедший на Na-катионитовые фильтры поступают на Na-катионитовые
фильтры I ступени №4 и II ступени №3, №4. Натриевые фильтры предназначены для
удаления из обрабатываемой воды накипеобразующих катионов кальция и магния.
Обменным ионом является катионит натрия.
Кислая Н-катионированная и щелочная Na-катионированная вода поступает в общий
трубопровод-коллектор, где потоки перемешиваются, происходит
частичная
нейтрализация с образованием коррозионно-агрессивной углекислоты:
Н+ + HСО3 = СО2↑ + Н2О
После смешения потоки Н- и Na-катионированной воды поступают в общий
коллектор, где кислотность нейтрализуется и снижается щёлочность умягчённой
воды. Умягчённая вода после коллектора с жёсткостью 0,9-1,1мг-экв/кг идёт в
декарбонизатор для удаления свободной углекислоты. Удаление свободной
углекислоты идёт до остаточной её концентрации в воде 2-6мг/кг, в условиях
противотока воды и воздуха в декарбонизаторе.
После декарбонизатора умягчённая воды поступает в баки декарбонизированной
воды, где частично удаляется СО2 и О2. После баков декарбонизированной воды
умягчённая вода поступает на барьерные Na-катионитовые фильтры II ступени №3,
№4 для более глубокого удаления солей жёсткости Са2+ и Mg2+. Очищенная вода с
6
жёсткостью 0,005-0,01мг-экв/кг идёт на деаэраторы, где удаляется остаточные СО2 и
О2. Зимой вода идёт через теплообменник, для подогревания воды до Т=25оС для
улучшения ионного обмена и повышения производительности процесса.
2.2. Факторы, влияющие на процесс
На процесс водоподготовки могут влиять некоторые факторы, ухудшающие работу
установки. Факторами, влияющими на процесс, являются:

показатели качества озёрной воды

температура

давление
2.3. Характеристика сырья
Источником воды является озеро Консу. Жёсткость озёрной воды колеблется от
7000-8000 мкг-экв/кг.
Также можно использовать в качестве сырья - циркуляционную воду из котлов
турбинного цеха. Циркуляционная вода имеет больший показатель жёсткости, чем
озёрная вода. Жёсткость циркуляционной воды от 10000-18000 мкг-экв/кг. Для того,
что бы использовать циркуляционную воду надо проводить более улучшенное
умягчение воды.
Если использовать в качестве сырья циркуляционную воду, то будет меньше затрат
озёрной воды.
Озёрная вода также в цехе водоподготовки используется как вспомогательный
материал для промывки катионитов и взрыхляющей отмывки механических
фильтров.
2.4. Расход топлива
Таблица 1
Наименование
Электроэнергия
Единица измерения
КВт/ч
Нормы расхода на
единицу продукции
0,57
Расход на годовой
выпуск продукции
924300
7
2.5. Регенерация
Регенерация – это насыщение катионита, который исчерпал свою обменную
способность, ионами Н+. Регенерацию Н катионита проводят либо соляной, либо
серной кислотами.
2.5.1. Способы регенерации:
Регенерацию можно проводить двумя способами:

непрерывная регенерация

ступенчатая регенерация
2.5.2. Принцип действия непрерывной регенерации
Принцип действия непрерывной регенерации основан на прохождение раствора
кислоты через слой катионита с постоянным процентным содержанием кислоты.
Время регенерации может доходить до 3-х часов, это зависит от процентного
содержания кислоты.
2.5.3.
Принцип действия ступенчатой регенерации
Принцип действия ступенчатой регенерации основан на прохождение раствора
кислоты через слой катионита с постепенным повышением концентрации кислоты
(1-6%). Время регенерации до 3-х часов.
Процесс
регенерации
Н-катионитовых
фильтров
серной
кислотой
должен
осуществляться непрерывно. В случае перерыва, по каким либо причинам
регенерации происходит осаждение гипса на зёрна катионита. Отложение гипса
увеличивают остаточную жёсткость на катионите. Поэтому требуется большее
количество воды для его вымывания, а иногда повторная регенерация.
В цехе ХВО регенерацию проводят разбавленным раствором серной кислоты.
Серную кислоту разбавляют до 1,3-1,8%. Время регенерации около 1,5 часа. Одним
разбавленным раствором серной кислоты проводят сразу регенерацию двух Н
катионитовых фильтров I и II ступени. При большей концентрации Н2SO4 может
2
произойти обрастание зёрен сульфоугля отложениями сульфата Ca (СаSO4) из-за
малой его растворимости (т.е. может произойти «загипсование» катионита). В этом
случае катионит теряет ионообменную способность. Реакции регенерации Н
катионитовых фильтров:
CaR2  H2 SO4  2HR  CaSO4
8
2NaR  H2 SO4  2HR  Na2 SO4
2.6. Отмывка
Отмывка катионита производится для удаления из него остатков продуктов
регенерация и избытка реагентов. Отмывка водород - катионитовых фильтров
производится сразу же после проведения регенерации, во избежание опасности
загипсование катионита. Вода на отмывку подаётся насосами гидроприводов и
эжектором со скоростью 55-60 м3/ч. Отмывку заканчивают при кислотности до 7
мг/л. После отмывки фильтр останавливают в резерв и затем включают в работу.
2.6.1.
Основные отходы предприятия
Цех водоподготовки является высокоотходным отделением.
К основным отходам цеха можно отнести:

катионит - сульфоуголь

антрацит

шлам после осветления

кислые и щелочные воды
Сульфоуголь, антрацит, шлам после эксплуатации вывозят на свалку.
Кислые и щелочные воды после регенерации, промывки отправляют на ГЗУ
предприятия, где их нейтрализуют. И в дальнейшем сливают в водоём находящийся
на территории предприятия.
Чистые дренажные воды сливаются в Финский залив с нормативными показателями,
которые не может превышать предприятие.
Применение технических решений, основанных на использовании ионного обмена в
качестве стадии основной обработки воды с целью умягчения или деминерализации
приводит во всех случаях к образованию агрессивных и высокоминерализованных
стоков, требующих дополнительной обработки (нейтрализации и разбавления) перед
сбросом в окружающую среду.
9
Нормы качества воды, поступающей в Финский залив.
Таблица 2
Наименование
Показатели
Взвешенные вещества, мг/л
35
Нефтепродукты, мг/л
1
Хлориды, мг/л
300
рН
6-9
Фенолы одноатомные, мг/л
0,1
Общий азот, мг/л
35
Общий фосфор, мг/л
2
Проверку норм качества воды проводит OÜ Järve Biopuhastus 2 раза в месяц для
предотвращения нарушения норм предприятием
загрязнения
водоёмов. За
загрязнение водоёма предприятию придётся заплатить штраф.
10
3.
ТЕХНОЛОГИЯ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИИ, ОБРАТНОГО
ОСМОСА И КОНДЕНСАТООЧИСТКИ.
В 2012 году на основании технико-экономических расчетов решено, что наиболее
оптимальной с технической и экономической точки зрения является технология с
использованием ультрафильтрации, двухступенчатого обратного осмоса с дожимом
концентрата и фильтров смешанного действия для глубокого обессоливания воды.
Реализация проекта будет происходить в два этапа: 110 м3/ч деминерализованной
воды на восполнение потерь котлов – утилизаторов предприятий VKG Oil AS
Petroter II,III в 2013 году и 55 м3/ч деминерализованной воды для предприятия VKG
Diisel в 2015 году. Установка оборудования конденсатоочистки
реализована на
первом этапе в 2013 году. На первом этапе в 2013 году также
установлены
деаэраторы, питательные насосы, установка химической обработки деаэрированной
подпиточной воды.
3.1.1.
Производительность ВПУ
Производительность ВПУ по глубоко обессоленной воде для подпитки котлов утилизаторов на полное развитие составляет 165 м3/ч.
3.1.2.
Производительность установки очистки возвращаемого конденсата
Проектная производительность установки очистки возвращаемого конденсата – 80
м3/ч.
3.2. Технология процесса
Обработка воды предусматривается последовательно на семи установках по схеме:
•
прямоточная коагуляция
•
удаление взвешенных и коллоидных веществ на предочистке на установке
ультрафильтрации
•
частичное обессоливание на установке обратного осмоса I и II ступени
•
снижение выброса концентрата, установкой обратного осмоса одной ступени с
возвратом пермеата в баки пред очищенной воды.
•
декарбонизации
•
глубокое обессоливание на установке смешанного действия.
•
Деаэрация и химическая обработка питательной воды.
•
удаление железа и органических соединений на сорбционной установке,
•
глубокое обессоливание на установке смешанного действия.
11
Отдельная
водоподготовительная
установка
предусматривается
для
очистки
конденсата, возвращаемого с предприятий PETROTER II,III и VKG DIISEL, а также
с цикла энергоблоков VKG ENERGIA. Обессоливание воды проводится по схеме:
удаление железа и органических соединений на сорбционной установке, глубокое
обессоливание на установке смешанного действия.
12
4.
СХЕМА УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИИ И ОБРАТНОГО ОСМОСА.
обратно в озерную линию
самопром.
фильтр
озерная
вода
насос
ультрафильтрация
холодильник
емкость с
осветленной
водой
ультрафильтрация
тепплообменник
основной
обратный осмос
Деаэратор
емкость с
обессоленной
водой
насос
ЭДИ
(электродеионизация)
13
4.1. Ультрафильтрация
Ультрафильтрация – продавливание жидкости через полупроницаемую мембрану,
которая проницаема для малых молекул и ионов, но непроницаемую для
макромолекул и коллоидных частиц. Мембраны ультрафильтрации для питьевых
систем могут быть керамическими и органическими. Чаще всего они организованы
по типу полых волокон, внутри которых протекает грязная вода, а фильтрация
происходит изнутри наружу. Керамические мембраны более долговечны.
Ультрафильтрация обеспечивает предподготовку поверхностной воды перед ее
дальнейшей деминерализацией. Ультрафильтрация, заменяя стадии известкования с
коагуляцией
и
осветительного
фильтрования,
обладает
следующими
преимуществами:

резко сокращается потребление реагентов;

потребление воды на собственные нужды менее 15 % (но может быть
снижено и до 2-5 %);

в фильтрате практически отсутствуют взвеси и коллоиды.
4.1.1.
Обратный осмос
Обратный осмос (или нанофильтрация в комбинации с обратным осмосом) для
целей деминерализации также обладают рядом преимуществ перед схемой
традиционного двухступенчатого параллельноточного ионирования:
во-первых, применение мембранных технологий не сопровождается затратами
больших количеств реагентов (кислот и щелочей) на регенерации;
во-вторых, исключается образование высокоминерализованных стоков, вызванных
сбросом избытков реагентов при регенерациях;
в-третьих, достигается значительно более высокая, чем при ионном обмене, степень
удаления из обрабатываемой воды органических соединений (в том числе и
неполярных) и коллоидной кремневки;
в-четвертых, отсутствует необходимость нейтрализации сбрасываемых стоков.
14
Например - расход серной кислоты для одной регенерации для новой и старой
установки.
Расход серной кислоты на 1 регенерацию
(л)
Старая ионообменная установка
Таблица 1
Установка УУФ и Обратного осмоса и
конденсатоочистки
502
78,2
15
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В
последние
годы
перерабатывать
все
сточные
отчетливее
воды
с
проявляется
целью
их
стремление
повторного
потребителей
использования
в
технологическом цикле. При этом традиционными задачами, решаемыми путем
применения мембранных технологий (чаще всего ультрафильтрации в сочетании с
обратным осмосом) являются сокращение объема сбрасываемых стоков и снижение
уровня потребления воды, забираемой из природных источников.
В то же время, применение мембранных технологий позволяет подойти к решению
еще одной очень важной экологической проблемы - резкому сокращению
потребления
соли,
используемой
для
регенерации
действующих
фильтров
ионообменного умягчения.
Солесодержащие стоки, образующиеся при умягчении воды методом ионного
обмена, негативно влияют на окружающую среду, т.к. способствуют засаливанию
почв и росту солесодержания в природных источниках воды.
Проведенные фирмой Медиана фильтр совместно с Dow Water Solutions (отделение
компании Dow Chemical ) исследования показали, что, используя мембранные
технологии (в частности - нанофильтрацию), можно возвратить в технологический
цикл для повторного использования до 60 % от объема регенерационных стоков,
образующихся при Na -катионировании.
Современные
технические
интегрированных
альтернативой,
решения,
мембранных
основанные
технологиях,
позволяющей минимизировать
в
являются
первую
для
эксплуатационные
очередь
на
потребителей
затраты
на
водоподготовку и снизить негативное воздействие антропогенного фактора на
окружающую среду.
16
ЛИТЕРАТУРА
1. VKG Energia OÜ. Juhend. 2012.
2. Гурвич С.М. и Кострикин Ю.М. (1974). Оператор водоподготовки. Москва.
Энергия.
3. Ультрафильтрация воды - технология очистки воды. Уф - мембрана. [WWW]
http://rossion-filter.ru/index.php/filter/ultrafiltration-water (14.09.2014)
4. С.Л.Громов, А.А. Пантелеев. Технологические решения, повышающие
экономическую
эффективность
и
экологическую
безопасность
водоподготовительных установок. [WWW]
http://www.mediana-filter.ru/st_gromov.html (15.09.2014)
5.
Ультрафильтрация для обеззараживания воды. [WWW]
http://interesko.info/ultrafiltraciya-dlya-obezzarazhivaniya-vody/ [19.09.2014]
17