Совершенствование метода приготовления добавочной воды для тепловых станций с применением баромембранных технологий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.04, кандидат технических наук Цабилев, Олег Викторович

• Цабилев, Олег Викторович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Цабилев, Олег Викторович

Введение.

1 .Современное состояние вопроса подготовки природных вод для нужд энергетики.

1.1.Техно логические схемы и особенности применяемых способов водоподготовки в энергетике.

1.1.1 .Предварительная очистка.

1.1.2.Удаление растворённых электролитов.

Подготовка воды методом ионного обмена.

Обессоливание воды методом обратного осмоса.

1.2.Малоотходные системы водопользования при подготовке воды в энергетике.

1.3 .Теоретические предпосылки использования бароомембранных методов для очистки природных вод в энергетике.

1.3.1 .Микрофильтрация и ультрафильтрация.

1.3.2.Обратный осмос.

Выводы.

2. Исследования схемы подготовки воды.

2.1. Цели и задачи.

2.2. Описание обратноосмотической установки. Исходные и расчетные данные.

2.3. Запуск и опробование установки обратного осмоса в составе исследуемой схемы.

2.3.1. Определение качества получаемого пермеата в зависимости от значения выхода фильтрата.

2.3.2. Анализ результатов.

Выводы.

3. Экспериментальные исследования.

3.1. Постановка эксперимента. Методика проведения эксперимента.

3.2.1. Определение качества получаемого пермеата в зависимости от качества исходной воды.

3.2.2. Анализ результатов эксперимента.

Выводы.

4.0ценка результатов длительной эксплуатации установки обратноосмотического обессоливания в производственых условиях.

Выводы.

5.Технико-экономическая оценка.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование метода приготовления добавочной воды для тепловых станций с применением баромембранных технологий»

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-преобразователях; б) конденсация отработавшего в паровых турбинах пара; в) охлаждение различных аппаратов и агрегатов ТЭС и АЭС; г) 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, адекватно- описываемые 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/сут; ООО «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)2x300 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,

Заключение диссертации по теме «Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов», Цабилев, Олег Викторович

7. Результаты работы были использованы при проектировании и эксплуатации ряда объектов, а также при разработке конструкции мембранных аппаратов.

12 6

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Цабилев, Олег Викторович, 2011 год

1. A.c. 851893 (СССР). Асфальтобетонная смесь Текст. / С.И. Самодуров, Г.Н. Растегаев, ' В.Ю. Лебедев //БИ. 1981. - № 28.

2. Апель, П.Ю. Пористая структура, селективность и производительность ядерных фильтров с i ультратонким селективным слоем Текст. / П.Ю.Апель, В.М.Коликов, В.И.Кузнецов, и др.

3. Аскерния, A.A. О результатах эксплуатации установок обратноосмотического обессолива-' ния в схемах водоподготовки ТЭС и котельных Текст. / A.A. Аскерния,

4. В.М. Корабельников, И.И. Боровкова // Энергосбережение и водоподготовка. 2005. - № 3.-С. 3-5.f

5. Белоусов, Н.П. Типовая инструкция по обслуживанию водоподготовительных установок,работающих по схеме химического обессоливания Текст. / Н.П. Белоусов, М.М. Браудо, : Г.А. Зачинский. М.: СЦНТИ ОРГРЭС, 1975.

6. Бишимбаев, В.К. Теория, технология, практическое применение процессов озонирования имембранной очистки водных систем Текст. / В.К. Бишимбаев, Б.Н. Алмагамбетов,

7. М.Колдас, В.П. Шерышев, У. Бестереков. Шымкент, 2007.

8. С 15. Брок, Т. Мембранная фильтрация: пер. с англ. Текст. / Т. Брок. М.: Мир, 1987.

9. Брык, М.Т. Мембранная технология в промышленности Текст. / М.Т. Брык, Е.А. Цапюк, A.A. Твердый. Киев: Тэхника, 1990.

10. Васина, JI.Г. Предотвращение накипеобразования с помощью антинакипинов Текст. / Л.Г. Васина, О.В. Гусева И Теплоэнергетика. 1999. - № 7. - С. 35-38:

11. Вейцер, Ю.И. Методы и способы регенерации коагулянта из осадков Текст. / Ю.И. Вейцер // Водоснабжение и канализация. М.: ЦБНТИ МКХ, 1971. - С. 42-54.

12. Вейцер, Ю.И. Регенерация коагулянта из осадков водопроводных станций Текст. / Ю.И. Вейцер, З.А. Колобова // Водоснабжение и санитарная техника. -1974. -№ 4. -С. 10-13.

13. Верхошенцева, H.H. Опыт эксплуатации установок обратного осмоса в системах водопод-готовки энергетических и металлургических объектов ОАО «ММК» Текст. / H.H. Верхошенцева, Г.И. Давлетшина II Энергосбережение и водоподготовка. — 2006. -№5(43).-С. 25-27.

14. Внедрение осветлителя новой конструкции ОРАШ-ЗОО на ТЭЦ-22 Текст. / И.М. Козлов, Л.Н. Ткачева, Б.С. Федосеев и др. // Электрические станции. 2001. - № 11. — С. 53-55.

15. Внедрение иротивоточной технологии химобессоливания UPCORE на ВПУ Новгородской ТЭЦ Текст. / И.А. Малахов, В.И. Сосинович, А.Ф. Голуб и др. // Энергосбережение и водоподготовка. 2005. - № 4. - С. 3-5.

16. Вольфтруб, Л.И. Опыт модернизации отстойников и осветлителей на станциях водоподго-товки Текст. / Л.И. Вольфтруб, В.М. Корабельников, А.Е. Гудошникова // Водоснабжение и санитарная техника. 2010. - № 5. - С. 47-52.

17. Выбор оптимального метода водоподготовки для тепловых электростанций Текст. / A.C. Седлов, В.В. Шищенко, Б.С. Федосеев и др. // Теплоэнергетика. -2005. -№ 4. -С. 54-60.

18. Гапас, И.В. Обессоливание добавочной воды котлов на ТЭЦ-23 обратным осмосом Текст. / И.В. Галас, Е.Ф. Чернов, Ю.А. Ситняковский // Электрические станции. 2002. - №2. -С. 16-21.

19. Гребенюк, В.Д. Обессоливание воды ионитами Текст. / В.Д. Гребенюк, A.A. Мазо. М.: Химия, 1980.

20. Грисбах, Р. Теория и практика ионного обмена Текст. / Р. Грисбах. М.: ИЛ, 1963.

21. Дворкин, Л. И. Строительные материалы из отходов промышленности: учебно-справочное пособие Текст. / Л.И. Дворкин, О.Л. Дворкин. -М.: Феникс, 2007.

22. Десятое, А. В. Опыт использования мембранных технологий для очистки и опреснения воды Текст. / A.B. Десятое, А.Е. Баранов, Е.А. Баранов, и др.; под ред. A.C. Коротеева. М.: Химия, 2008.

23. Дмитриев, Е.А. Исследование явления концентрационной поляризации и его учет в процессах разделения растворов обратным осмосом: дис. . канд. техн. наук Текст. / Е.А. Дмитриев. М.: МХТИ им. Д.И. Менделеева, 1980. - 120 с.

24. Дытнерский, Ю.И. Баромембранные процессы. Теория и расчет Текст. / Ю.И. Дытнерский. -М.: Химия, 1986.

25. Дытнерский, Ю. И. Мембранные процессы разделения жидких смесей Текст. / Ю.И. Дытнерский. М.: Химия, 1975.

26. Дытнерский, Ю. И. Обратный осмос и ультрафильтрация Текст. / Ю.И. Дытнерский. М.: Химия, 1978.

27. Дытнерский, Ю. И. Баромембранное разделение методом обратного осмоса Текст. / Ю.И. Дытнерский, Г.В. Поляков, Л.С. Лукавый // ТОХТ. 1972. - №4. - С. 628-641.

28. Емельянов, А.Н. Термодинамический анализ регенерации извести из шламов химводопод-готовки на ТЭЦ Текст. / А.Н. Емельянов, В.В. Солодянников // Электрические станции. -1999.-№1.-С. 40-42.

29. Журба, М.Г. Пенополистирольные фильтры Текст. / М.Г. Журба. М.: Стройиздат, 1992.

30. Зелинская, Е.В. Теоретические аспекты использования гидроминерального сырья Текст. / Е.В. Зелинская, Е.Ю. Воронина. -М.: Академия Естествознания, 2009.

31. Иониты: Каталог Текст. / Научно-исследовательский институт пластических масс им. Г.С.Петрова. М., 1995.40.