В настоящее время на территории Российской Федерации в качестве источников исходной воды (сырья) для водоподготовительных установок в энергетике в большинстве случаев используются поверхностные воды.
Подвергнутая специальным методам очистки и обработки вода преимущественно используется для следующих целей: а) получение пара в котлах, парогенераторах, ядерных реакторах кипящего типа, испарителях, паро-преобразователяхб) конденсация отработавшего в паровых турбинах парав) охлаждение различных аппаратов и агрегатов ТЭС и АЭСг) в качестве теплоносителя в первом контуре АЭС с ВВЭР, в тепловых сетях и системах горячего водоснабжения.
В природной воде наблюдается устойчивый рост загрязненности техногенными органическими соединениями: удобрениями, гербицидами, нефтепродуктами и т. д. Традиционные технологии предварительной очистки удаляют эти загрязнения недостаточно эффективно, что в свою очередь накладывает определенные ограничения на внедрение современных малосточных методов умягчения и обессоливания.
Наряду с этим отмечается физическое и моральное устаревание эксплуатируемого длительное время энергетического оборудования, используемых технологий и технологических схем, запроектированных несколько десятилетий назад в расчете на удовлетворение нужд больших производственных комплексов, работающих в условиях плановой экономической модели.
Предприятия электроэнергетики являются одним из основных потребителей природных ресурсов и источником негативного воздействия на окружающую среду. Сброс сточных вод в тепловой энергетике составляет до 16% в общих сбросах промышленности РФ, а с учетом теплового загрязнения — свыше 36%. Выбросы вредных веществ в атмосферу, в том числе БОх, ЫОх, достигают 48% от общего количества газовых выбросов [74].
Современное представление о ТЭС с высокими экологическими показателями по жидким стокам подразумевает минимизацию сброса минеральных солей и других загрязнений на основе внедрения лучших достижений в оборудовании и технологии. По мере совершенствования оборудования и технологии для* подготовки воды и их готовности к массовому внедрению будут меняться представления о высоких технологических показателях ТЭС по солевым сбросам. В пределе сброс солей должен приблизиться к их количеству, поступившему на ВПУ с исходной водой [116].
Использование баромембранных методов (микрофильтрации, ультрафильтрации, нанофильтрации, обратного осмоса) в составе схем водоподго-товки энергетических объектов открывает большие перспективы как с экологической, так и с экономической точек зрения, поскольку позволяет отказаться от большого количества дорогостоящих реагентов и одновременно избавляться от сточных вод, содержащих эти реагенты. Данное оборудование компактно, обладает низкой металлоемкостью, легко автоматизируется и может вводиться в эксплуатацию в очень сжатые сроки.
Перспективно внедрение комплексных малоотходных схем с применением мембранных методов совместно с методами ионного обмена, дистилляции и реагентного осаждения. Экономически целесообразно внедрять мембранные методы в состав существующих технологических схем водоподго-товки станций с целью повышения их экономических и экологических характеристик. Однако недостаточная теоретическая изученность ряда вопросов, плохое (как правило) качество предварительной очистки и отсутствие надежных инженерных решений в отечественной практике зачастую вызывают необходимость проведения специальных экспериментальных исследований и пилотных испытаний.
Актуальность работы вызвана тем, что, в условиях постоянно возрастающей степени загрязнения водоисточников и изменения режимов работы энергетических объектов, существующее водоподготовительное оборудование в ряде случаев не способно обеспечить требуемые качество и количество очищенной воды при соблюдении установленных режимов работы и расчетных удельных потреблениях реагентов и воды на собственные нужды.
Непрерывное ужесточение экологических нормативов и наличие морально и физически устаревшего оборудования (в большинстве случаев) для подготовки воды приводят к повышенным расходам реагентов и необходимости оплаты штрафов за сбросы.
Таким образом, назрела острая необходимость в проведении работ по совершенствованию конструкций устаревших и экономически неэффективных водоподготовительных установок, а также поиску новых оптимальных технологических схем с применением современных методов подготовки воды и оптимизации их работы.
Цель настоящей работы состояла в совершенствовании метода приготовления химически очищенной воды для тепловых станций с применением технологии обратного осмоса и оптимизации полученной технологической схемы.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи: -научное обоснование целесообразности модернизации существующей технологической схемы подготовки воды для паровых котлов с применением технологии обратного осмоса для получения деминерализованной воды;
— экспериментальное подтверждение эффективности работы и надежности предлагаемой технологической схемы, включая технико-экономическую оценку;
— исследование процесса очистки природной воды методом обратного осмоса в составе существующей схемы и проверка достоверности расчетных данных при использовании программного обеспечения, предлагаемого производителем мембран.
Научная новизна работы заключается в следующем:
— впервые предложена и научно обоснована технологическая схема, включающая обратный осмос, исходной водой для которого является вода с показателями качества выше предела, установленного производителями мембран, по значениям 8Б1, рН и температуре;
— экспериментально установлена и подтверждена исследованиями высокая надежность и эффективность работы предлагаемой технологической схемы на воде Средней Волги в условиях высоких значений рН, и температуры воды, подаваемой на установку обратного осмоса;
— получены зависимости селективности обратноосмотических мембранных элементов от качества подаваемой на установку воды и режимов работы установки обратного осмоса, адекватноописываемые теоретическими уравнениями, с учетом выявленных в ходе экспериментов расхождений при эксплуатации установки в производственных условиях;
— определены оптимальные конструктивные и технологические особенности и режимы работы установки обратного осмоса в составе рассматриваемой схемы, а именно: компоновка мембранного модуля, наличие гидравлических промывок, их временные параметры и алгоритмы, значение выхода фильтрата, значение рециркуляции, периодичность проведения химических промывок.
Практическая значимость состоит в следующем: -в результате исследований установлена целесообразность деминерализации добавочной воды паровых котлов с давлением 40 кгс/см. Разработанная технологическая схема позволяет отказаться от реагентов и утилизировать концентрированные сточные воды при получении добавочной воды. Использование деминерализованной добавочной воды позволяет снизить количество продувочной воды паровых котлов и перейти на использование современного реагента для корректировки водно-химического режима и одновременного обеспечения консервации котельного оборудования при его остановах;
— показана возможность и перспективность применения метода обратного осмоса, с учетом принятых конструктивных особенностей, для модернизации существующих схем подготовки воды в условиях высоких значений рН, ЗБТ и температуры при использовании стандартных мембранных элементов;
— проверена достоверность расчетных данных существующего программного обеспечения и методик расчета качественных показателей пер-меата установок обратноосмотического обессоливания в условиях рассматриваемой схемы предварительной очистки;
— построенные графические зависимости расхождений исследованной области (рН, 8Б1 и температура) позволяют вносить коррективы в значения качественного состава пермеата, полученного расчетом при использовании программного обеспечения;
— экспериментально изучены взаимное влияние селективности по основным ионам в присутствии гидрат аниона и взаимозависимость качественного состава исходной воды и пермеата при изменении указанных параметров;
— выполнена технико-экономическая оценка предлагаемой схемы подготовки воды по сравнению с традиционной.
Достоверность полученных результатов подтверждается большим объемом и длительностью экспериментальных исследований на промышленной установке, сходимостью расчетных и экспериментальных результатов с учетом полученных поправок, применением стандартизированных методов измерений и анализа, статистической обработкой результатов.
Обоснованность предлагаемых технологических и конструктивных решений подтверждена промышленными испытаниями при длительной эксплуатации.
Апробация работы и публикации. Основные результаты данной работы докладывались на конференциях:
Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре: 66-я Всероссийская научно — техническая конференция / СГАСУ. — Самара, 2009;
Традиции и инновации в строительстве и архитектуре: 67-я Всероссийская научно — техническая конференция / СГАСУ. — Самара, 2010;
Традиции и инновации в строительстве и архитектуре: 68-я Всероссийская научно — техническая конференция / СГАСУ. — Самара, 2011.
По теме выполненных исследований опубликовано 13 работ, в том числе 6 — в журналах, рекомендованных ВАК.
Реализация результатов исследований. Разработан и реализован проект модернизации существующей схемы подготовки воды цеха ХВО Самарской ГРЭС. Разработаны технический отчет по результатам пусконаладочных работ и технический отчет по результатам длительной эксплуатации установки обратного осмоса.
С использованием результатов исследований были разработаны технические условия и конструкторская документация на типовой ряд установок обратного осмоса. Спроектированы, реализованы и эксплуатируются станции подготовки воды, включающие обратноосмотическое обессоливание, для гальванического производства (ООО «Самарский резервуарный завод», проо изводительность 110 м /сут), для производства керамических изделий (ООО «Сызранская керамика», производительность 45 м3/сутООО «Самарский стройфарфор», производительность 80 м /сут). Результаты работы были использованы при проектировании очистных сооружений поселка Аэропорт-2, г. Самара (производительность 1750 м /сут), строительство которых ведется в настоящее время.
На защиту выносятся:
— результаты исследований по обоснованию целесообразности и эффективности применения технологии обратного осмоса в составе рас-сматриваемои технологической схемы;
— результаты исследований основных закономерностей процесса обратного осмоса в условиях высоких значений рН, ЗБГ и температуры подаваемой на обессоливание воды;
— технологические параметры установки обратного осмоса УМФ-(0)2×300 в составе рассматриваемой технологической схемы и в производственных условиях цеха ХВО;
— рекомендации по использованию программного обеспечения для проведения технологических расчетов установок обратного осмоса и особенностям их конструирования и проектирования в составе существующих схем водоподготовки, включающих известкование. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав,.
7. Результаты работы были использованы при проектировании и эксплуатации ряда объектов, а также при разработке конструкции мембранных аппаратов.
12 6.
