Внедрение противоточной технологии UPCORE на установке водоподготовки по обессоливанию воды ТЭЦ-12 Мосэнерго

Боровкова И.И., Балаев И. С., Громов С.Л., Шуляев В. А., Сидоров В. А.

Надежность работы энергетического оборудования электростанций непосредственно связана с качеством подпиточной воды котлов. Для подпитки энергетических котлов высоких параметров в основном используется обессоленная вода, при получении которой широко применяется технология водоподготовки на основе ионного обмена по схеме двух- или трехступенчатого химического обессоливания исходной воды на базе параллельноточных ионитных фильтров.

Выгодно отличаются от параллельно-точной технологии химобессоливания воды установки, работающие по принципу противотока. Перевод действующей водоподготовительной установки на противоточную технологию позволит сократить число установленных фильтров, арматуры и трубопроводов и расход химических реагентов в 1,5-2 раза, количество сточных вод в 2-4 раза и количество ионообменных материалов (ионообменных смол) примерно в 1,5 раза.

При всех достоинствах противоточных технологий промышленной водоподготовки по сравнению с прямотоком на сегодняшний день в отечественной практике имеются единичные образцы, работающие по прогрессивной технологии (Среднеуральская ГРЭС, Первоураль­ск ГРЭС, ТЭЦ-27 Мосэнерго).

Основными причинами, сдерживающими широкое внедрение противоточной технологии на системах промышленной водоподготовки, являются следующие:

  • низкое качество осветленной воды после предочистки, требующее надежной промывки ионообменных смол от загрязнения взвешенными веществами;
  • сложные конструкции противоточных фильтров, которые появились только в 1991 г. (разработка ВНИИАМ и ВТИ), и технологические приемы для обеспечения компактности (неподвижности) ионитов при восходящем потоке регенерационного раствора, что снижает надежность их эксплуатации;
  • отсутствие широкого ассортимента отечественных ионитов.

Противоточная технология ионного обмана UPCORE, разработанная компанией "Дау Кемикал" (США), имеет ряд преимуществ, выгодно отличающих ее от имеющихся технологий:

  • простота конструкции ионитного фильтра;
  • эффективная очистка ионитов от взвешенных веществ, задержанных из исходной воды, при взрыхляющей промывке за короткий период (3-5 мин);
  • низкий перепад давления; максимальное использование объема фильтра (ионитами заполнено 80 - 90% объема фильтра).

Конструкция противоточного фильтра для обессоливания воды по технологии UP. CO. RE показана на рис. 1.

Принципиальная схема эксплуатации противоточного ионного фильтра по технологии UP. CO. RE Принципиальная технологическая схема химобессоливания воды на ТЭЦ-12 Мосэнерго

Рис. 1. Принципиальная схема эксплуатации противоточного ионного фильтра по технологии UP. CO. RE:

а - режим работы; б - режим регенерации; 1 - корпус фильтра; 2,3- верхнее и нижнее распредустройство соответственно; 4, 5 - слой ионитов и инертного материала соответственно; 6 — свободное пространство

Рис. 2. Принципиальная технологическая схема химобессоливания воды на ТЭЦ-12 Мосэнерго

1,2 - соответственно фильтр водород-катионитный противоточный (1 шт.) и двухслойный анионитный противоточный (1 шт.) на базе ФИП 1-3,4-0,6


 

Отличительной особенностью данной конструкции противоточного фильтра от параллельноточного, выпускаемого отечественными заводами (ТКЗ, БКЗ), является наличие верхнего распределительного устройства, оснащенного дренажными колпачками с щелями 0,5 мм. Верхнее распределительное устройство служит для подачи исходной воды и отвода отработанного регенерационного раствора. Нижнее дренажное устройство обеспечивает отвод обработанной воды, а также подачу регенерационного раствора и отмывочной воды.

Для защиты верхнего распределительного устройства от забивания (засорения) мелкими частицами ионита предусматривается загрузка в верхнюю часть фильтра инертного материала. Фильтр практически полностью загружается ионитами и инертным материалом.

Эксплуатация противоточного фильтра по технологии UP. CO. RE состоит из следующих операций:

  • фильтрование исходной воды сверху вниз со скоростью потока до 40 м/ч (режим работы);
  • взрыхление и одновременное прижатие ионообменных материалов к инертному материалу за счет подачи обессоленной воды снизу вверх в течение 3-5 мин со скоростью потока, превышающей в несколько раз скорость подачи регенерационного раствора;
  • подача регенерационного раствора снизу вверх с последующей отмывкой в том же направлении обессоленной водой;
  • осаждение слоя ионитов в течение 10 мин; доотмывка ионитов сверху вниз исходной водой.

Для проверки работоспособности технологии UP. CO. RE в системе Мосэнерго в 1997 г. было принято решение о сооружении на ТЭЦ-12 Мосэнерго опытно-промышленной установки производительностью 200 м3 /ч в существующем здании химцеха.

Проектная документация по сооружению опытной установки была выполнена в 1997 г. институтом Теплоэлектропроект, имеющим лицензию от компании "Дау Кемикал" по использованию технологии UP. CO. RE в проектах систем промышленной водоподготовки.

Принципиальная проектная технологическая схема установки показана на рис. 2.

Исходной водой для установки являлась известкованно-коагулированная вода после предочистки следующего химсостава: жесткость 1,6 мг-экв/л. Na(+) 0,7 мг-экв/л, Сl(-) 0,9 мг-экв/л, SО4(2-) 0,6 мг- экв/л, щелочность 0,8 мг-экв/л, SiО2 1,5 мг/л. Содержание органических веществ 4,5 мг/л О2 .

Осветленная вода после предочистки подавалась сверху вниз на противоточный катионитный фильтр, а затем также сверху вниз - на противоточный анионитный фильтр.

В качестве загрузочных материалов были использованы монодисперсные ионообменные смолы марки "Dowex", выпускаемые компанией "Дау Кемикал" и имеющие лучшие характеристики по механической прочности, осмотической стабильности и химической стойкости, а также меньшие значения гидравлического сопротивления слоя ионитов по сравнению с обычными ионитами полидисперсного грансостава. При этом катионитный фильтр был загружен сильнокислотным катионитом Mono С-600, а анионитный фильтр - послойной загрузкой высокоосновного анионита (внизу) Mono А-625 и низкоосновного анионита (вверху) Mono WB-500. В качестве инертного материала использовалась инертная смола марки IF-62.

Подача 1,5 и 3%-ного регенерационных растворов серной кислоты и 4%-ного едкого натра осуществлялась эжекторами фирмы "Триада" (г. Кирово-Чепецк).

Сбросные регенерационные воды с установки направлялись в существующий коллектор дренажных вод, а затем - в баки-нейтрализаторы. Обессоленная вода с установки направлялась в существующие баки обессоленной воды.

В качестве ионитных фильтров были использованы существующие параллельно-точные фильтры (2 шт.) типа ФИП 1-3,4-0,6, изготовленные заводом ТКЗ (г. Таганрог) и реконструированные под технологию UP. CO. RE силами ТЭЦ-12. Конструкторская документация по реконструкции параллельно-точных фильтров в противоточные, а также поставка ионитов, инертного материала и колпачков для дренажно-распределительных устройств были выполнены НПП "Биотехпрогресс" (г, Кириши). Верхние и нижние дренажно-распределительные устройства (коллекторы, лучи) были изготовлены ООО "ИПМ" (г. Москва), а колпачки - фирмой "KSH" (Германия). Противокоррозионная защита фильтров и трубопроводов была выполнена полимерным покрытием ВИКОР, выпускаемым НПО "Рокор" (г. Москва). В качестве запорной и регулирующей арматуры были использованы затворы дисковые и поворотные заслонки с ручным управлением, выпускаемые заводом "Арматэк" (г. Санкт-Петербург).

В январе 1999 г. были завершены монтажные работы на опытно-промышленной установке. К сожалению, пусковые операции затянулись до сентября 1999 п по следующим причинам:

  • из-за ограниченности финансовых средств ТЭЦ для дренажно- распределительных устройств фильтров были использованы трубы иного диаметра, чем требовалось по конструкторской документами, что в свою очередь привело к выносу ионитов через нижние распредустройства фильтров и потребовалась досыпка подстилочного слоя гидроантрацита;
  • попытка использовать гидроантрацит, имеющийся на ТЭЦ, в качестве подстилочного слоя в фильтрах оказалась неудачной из-за высокой его зольности и последующего загрязнения катионированной и обессоленной воды солями жесткости до 5 мкг-экв/л даже при его промывке слабым раствором соляной кислоты.

Только после выгрузки гидроантрацита и устранения дефектов монтажных работ на нижних распредустройствах фильтров (что привело к прекращению выноса ионитов через них) иониты были вновь загружены в фильтры и установка пущена в эксплуатацию. По состоянию на 01.01.2000 г. отработано 10 фильтроциклов.

Перепад давления на ионитных фильтрах составил 0,02 - 0,05 МПа при производительности 120-200 м3 /ч.

Обессоленная вода на выходе с установки имела следующие показатели: 10-20 мкг/кг натрия; 10 - 40 мкг/кг кремнекислоты и электропроводность 0,2 - 0,4 мк-См/см.

Удельные расходы реагентов составили 1,5- 1,6г-экв/г-экв по серной кислоте и 1,4-1,5 г-экв/г-экв по едкому натру. При этом обменная емкость сильнокислотного катионита Mono С-600 составила 750 - 800 г-экв/м3 , средняя обменная емкость двухслойной загрузки анионитного фильтра (Mono WB-500 и Mono А-625) составила 650 - 750 г-экв/м3 .

Таким образом, опыт внедрения противеточной технологий UP. CO. RE. на водоподготовительной установке по обессоливанию воды показал работоспособность этой технологии и высокое качество обессоленной воды (на одной ступени ионирования) при низких удельных расходах реагентов (кислоты и щелочи) на регенерацию ионитов.
Rambler's Top100 Rambler's Top100