Ни для кого не секрет, что требования к качеству воды достаточно высоки. По данным Российской Федерации, доля растворённых веществ в воде должна составлять не более 10 мкг/л. Удовлетворение требований к качеству требует осуществления специальной физико-химической обработки воды. Водоподготовка ТЭС производится в цехе «химводоочистки», организующем контроль за водно-химическим режимом, и состоит из нескольких этапов. Первый этап - предварительное умягчение воды, благодаря которому снижается концентрация примесей (добавляются реагенты, а также коагулянты, флокулянты). Стоит отметить, что методы обработки, особенности технологического процесса, определение требований качества напрямую зависят от исходного состава вод, типа и параметров электростанции. Второй этап ТЭС - осветление. Вода проходит через множество фильтров, в том числе песочные и ионные, что позволяет достичь желаемого результата - 10 мкг примесей на один литр. Не стоит забывать и о постоянном интенсивном перемешивании воды с реагентами. Это важнейшая необходимость. Очевидно, что задача водоподготовки ТЭС сложна, но вполне решаема. Опыт многолетнего использования энергоблоков в России и за рубежом показывает, что важнейшим условием длительной, экономичной и наиболее надёжной эксплуатации тепловых электростанций является организация водного режима и водоподготовки. Целями и задачами последних являются:

• предотвращение отложений: кальцевидных и окислов железа - на внутренних поверхностях пароперегревательных (или парообразующих) труб, меди, кремниевой кислоты, натрия - в проточной части паровых турбин;
• защита оборудования, основного и вспомогательного, от коррозии при контакте с паром и водой, а также при нахождении в резерве (применение качественного водного теплоносителя минимизирует скорость коррозии материалов котлов, турбин, оборудования конденсатно-питательного тракта).

Химические способы очистки сточных вод и воды для использования на ТЭС является сырьём, которое далее применяется как исходное вещество для образования пара в котлах и испарителях, конденсации отработанного пара, охлаждения агрегатов. Также она используется в качестве теплоносителя (в системе горячего водоснабжения и тепловых сетях).

Работа парогенератора в течение приблизительно пяти часов без отложений требует осуществления особых методов водоподготовки ТЭС. В интересах тепловой электростанции проводить данную операцию при минимальных капитальных затратах не только на организацию водоочистительных установок, но и на их эксплуатацию. Экономичность термических методов водообработки ТЭС в значительной степени зависят от характеристик и параметров оборудования . Наряду с материальной выгодой пред тепловыми электростанциями поставлен целый ряд задач, в числе которых увеличение экономичности электростанций, уменьшение числа обслуживающего персонала, внедрение технических новинок (механизация и автоматизация). Но одной из первоочередных задач всё же остаётся подготовка воды, осуществляемая на достаточно высоком уровне.

Очищая большие объёмы природной воды, ТЭС не должны забывать ещё об одном аспекте, а именно решении проблемы утилизации образующихся в процессе сточных вод. Они содержат шлам, состоящий из карбонатов магния и кальция, гидроксида магния, железа, алюминия, песка, органических веществ, различных солей серной и соляной кислот, при регенерации фильтров перемещающиеся в стоки. Это необходимо для обеспечения защиты от загрязнения источников промышленного и питьевого водоснабжения.

Итак, ТЭС потребляют значительное количество воды, основными потребителями которой являются конденсаторы турбин. Вода применяется для охлаждения подшипников вспомогательных механизмов и водорода генераторов, охлаждения воздуха электродвигателей, восполнения потерь пара и конденсата в цикле станции. Вода в данном случае является «жизненной необходимостью». Очевидно, что водоподготовка ТЭС требует особо пристального внимания и контроля.

Жидкость, используемая в теплоэнергетике, подлежит обязательному очищению? как перед ее применением, так и после него. Прохождение через очистительные сооружения позволяет защитить трубы и котлы от возникновения коррозий, образования накипи, а также обеззаразить стоки для дальнейшего их возврата в окружающую среду. Только специалист сможет определить этапы и что применяется для водоподготовки на ТЭЦ после полного химико-биологического анализа. Это позволит выявить необходимость использования определенных реагентов и составить оптимальную схему очистительного сооружения.

На сегодняшний день цель реконструкции системы химической водоподготовки ТЭЦ заключается в получении более качественного сырья при минимальной затрате средств. Учеными предлагаются новые способы фильтрации жидкости, применение безопасных окислителей и нейтрализаторов. Одним из популярных методов является обратный осмос, часто используемый в различных сферах производства. Стандартная схема, типовая инструкция для водоподготовки обратного осмоса позволяет избавиться от растворенных солей, металлов и примесей. Принцип ее действия заключается в прогоне жидкости через мембраны с ячейками, размер которых зависит от типа загрязнения. Благодаря своей высокой эффективности данная схема водоподготовки на ТЭС, ктэц 3 для бутилированной воды с успехом применяется на многих предприятиях. Конечным этапом очищения жидкости для этих целей становится прохождение ее через современный стерилизатор паровой с водоподготовкой и с комплектом запчастей, который благодаря высокому давлению пара обеспечивает полное очищение ее от всевозможных бактерий.

Процессы водоподготовки на ТЭЦ и ТЭС

Одним из самых современных, эффективных и безопасных методов является водоподготовка озонированием для получения деминерализованной воды производительность 100 л/час, активно использующая высокие окислительные свойства озона. Он способен окислить как растворенные соли, так и металлы. При этом предотвращается опасность использования препаратов хлора, озонирование воды очищенной в системах водоподготовки позволяет не только обезвредить химикаты, но и насытить жидкость кислородом, образующимся в результате реакции окисления. Такой способ дает возможность избежать применения таких химикатов, как хлор, гипохлорит натрия и др. Он решает главную проблему фильтрации Н2О для ТЭЦ - это ее обессоливание и обезжелезивание. Применяемые картриджи для станции озоновой водоподготовки Feed Water практически полностью очищают жидкость до состояния готовой к употреблению. Метод не получил повсеместного распространения из-за своей высокой энергозатратности. Постоянная выработка оборудованием озона требует большого количества электричества, что для многих предприятий слишком дорого.

С целью снижения расходов многие предприятия отдают предпочтение автоматическому управлению процессом водоподготовки для ТЭС, doc сертификаты которых говорят о соответствии техники всем установленным стандартам. Применение современных фильтров для обессоливания или осветления Н2О обеспечивает высокие результаты, которые уберегут технику от образования накипи и коррозий. Многие процессы и аппараты, расчет оборудования и устройств водоподготовки на ТЭС способны не только полностью очистить жидкость, но и значительно сократить издержки, поскольку даже тонкий слой накипи на трубах способствует увеличению энергозатрат для нагрева их до нужной температуры. Одной из важнейших задач водоподготовка на ТЭЦ ставит устранение известкового налета. Для решения этой проблемы используют приборы для водоподготовки обессоливания в паровом котле при помощи коагулянтов или флокулянтов. Наиболее распространенным является термический метод. Суть его заключается в увеличении температуры жидкости до такого показателя, при котором будут разрушаться соли вредных веществ. Метод подходит не для всех случаев, потому что растворяет лишь часть химикатов. Более действенным считается магнитная водоподготовка, использование ультразвука для ТЭЦ, которые не только разрушают соли кальция и магния при помощи постоянного магнитного поля, но и не дают им оседать на сорбционных элементах. Они откладываются в виде мягкого шлама в специальных резервуарах. Данный метод эффективен не только для умягчения жидкости, но также хорошо зарекомендовал себя в борьбе с бактериями и другими химическими веществами.

Водоподготовка парогенераторов на ТЭЦ

Очень важным моментом является причины и последствия загрязнения насыщенного пара в водоподготовке, исправность парогенератора, выбор метода фильтрации Н2О. Требования, предъявляемые к жидкости, зависят от страны-производителя парогенератора. Так, для иностранной техники могут не подойти отечественные водоочистные сооружения. В результате недостаточной фильтрации Н2О может произойти поломка аппарата. По этой причине очень важно не допускать остатка в жидкости солей, железа, бактерий и прочих загрязнителей. Очень важно контролировать баланс воды, установки GENODOS тип dm1/20 s для комплексонатной водоподготовки позволяют точно дозировать химические реагенты, достигая их оптимальной концентрации. О том, какие новые реагенты, дозирующие установки сейчас используются на станциях можно проконсультироваться у специалистов нашей компании. Ими будет предложена оптимальная водоподготовка на ТЭС , включая наиболее эффективные методы и реагенты.

Помимо устранения солей из жидкостей очень важной для ТЭЦ является нейтрализация железа, находящегося в ней. Его присутствие может привести к поломке парогенератора.. Для решения этой проблемы можно использовать аппарат электромагнитной водоподготовки Т 20, который при помощи ионного обмена нейтрализует анионы и катионы железа. Кроме устранения этого вещества, аппарат справляется также с множеством других видов загрязнений. Такие процессы, как деминерализация, обеззараживание оборотной воды на ТЭЦ могут осуществляться при помощи УФ-излучения. Для этого необходимы специальные камеры с входом и выходом для Н2О и лампой, которая и будет основным элементом этой схемы. Жидкость, подвергшаяся воздействию УФ-лучей, будет направляться в парогенератор, а образовавшийся шлам удаляется из резервуара. Метод настолько же прост, насколько и эффективен. Стандартная водоподготовка на ТЭЦ хво обезжелезивание, при которой является обязательной процедурой, может проходить как с использованием реагентов, так и без них. Для фильтрации железа можно применять системы обратного осмоса, озонирование, ионообменный метод и другие. Выбор зависит от объемов используемой жидкости и степени ее загрязнения. Нельзя говорить об универсальности какого-либо способа, потому что каждый из них имеет свои плюсы и минусы, характерные только для него.

Деминерализация и водоподготовка на ТЭЦ

Общая стоимость монтажа водоподготовки для деминерализованной минеральной воды парогенераторов зависит от факторов, упомянутых выше. Она рассчитывается индивидуально и может возрастать в зависимости от роста требований к качеству конечного продукта, предъявляемыми надзорными организациями и самими руководителями ТЭЦ.

Для водоподготовки на заводах по выпуску минеральных вод обязательным будет ее обеззараживание при помощи УФ-излучения или озонирования. Система фильтрации будет в этом случае состоять из нескольких этапов, на каждом из которых задействована своя методика. Необходимо также учитывать инженерно экологические аспекты водоподготовки, их влияние на окружающую среду и здоровье человека.

Стоки, образующиеся в ходе использования жидкости, не должны содержать веществ, угрожающих экологическому равновесию природного комплекса. Все токсичные и опасные вещества должны быть удалены еще до сброса вод в водоемы. Главное, что обязана учитывать водоподготовка в тепловых сетях, теплоэнергетике, теплоснабжении, - это фильтрация жидкости от солей кальция, магния и железа. Именно эти вещества становятся причиной порчи техники и увеличение расходов на осуществление теплообменных реакций. Очищение жидкости перед использованием ее на ТЭЦ является не только необходимой мерой для соблюдения предписаний санитарных служб, но и реальной возможностью значительно сократить расходы организации. Это происходит благодаря повторному использованию Н2О, сохранности парогенераторов, котлов и прочей техники. Современные руководители уже давно поняли, что вложения в очистительные сооружения очень быстро окупаются и помогают повысить рентабельность предприятия.

Главный «враг» энергопредприятий – это вода с большим содержанием солей жесткости. Именно поэтому ионообменное, сорбционное или мембранное оборудование на ТЭЦ, ГРЭС, ТЭС является основой системы водоподготовки предприятия.

Водоочистка и водоподготовка в энергетике является одним из основных этапов организации деятельности теплоэлектростанции. Существующие ТЭС вырабатывают тепло за счет нагрева воды и последующей конденсации пара. Именно от исходного состава подпиточного агента и зависит срок службы парогенератора теплоэлектростанции.

В чем отличие фильтров для ТЭЦ, ГРЭС и ТЭС? И как продлить срок службы дорогостоящего оборудования, предназначенного для обогрева жилых домов и промышленных сооружений?

Отличие систем водоподготовки для ТЭЦ, ГРЭС и ТЭС

Большая часть существующего оборудования ТЭЦ, ГРЭС и ТЭС изготавливается из металлических сплавов. Именно поэтому главный «враг» энергопредприятий – это склонные к солеобразованию примеси, содержащиеся в подпиточной воде (соли жесткости и железа).

Все существующие теплоэлектростанции можно разделить на несколько типов (рисунок 1.). Главное отличие ТЭЦ от КЭС в том, что теплоэлектроцентрали производят тепло (в виде поступающей к потребителям горячей воды) и электроэнергию, в то время, как конденсационные теплоэлектростанции за счет многократного конденсационного цикла осуществляют выработку только электроэнергии.

Рисунок 1. Типы теплоэлектростанций

Вода на ГРЭС и АЭС используется для хозяйственно-питьевых нужд (охлаждения реактора или активной рабочей зоны). Вследствие этого система водоподготовки на подобных предприятиях ограничивается фильтрами-умягчителями и обессоливателями, улавливающими соли жесткости и оксиды железа, разрушающие трубопроводную систему.

Отличия систем водоподготовки различных типов теплоэлектростанций обусловлены особенностями технологического процесса предприятия. Так, отработанная горячая вода ТЭС просто сбрасывается. Таким образом, наиболее мощные фильтры паротурбинной теплоэлектростанции используются именно для очистки поступающего сырья. Горячая вода ТЭЦ используется для отопления жилых домов и производственных корпусов. Именно поэтому система водоочистки теплоэлектроцентрали включает в себя дополнительные модули, предназначенные для улавливания загрязнений, способных привести к коррозии не только барабанов котлов, но и бытовых линий коммуникаций.

Фильтрационные системы для ТЭС

Система водоподготовки энергопредприятий включает несколько этапов очистки от загрязнений.

Таблица 2. Типы системы водоподготовки для энергопредприятий

Этап водоподготовки	Используемые фильтры
Осветление воды	Отстойники и механические фильтры с добавлением коагулянтов и флокулянтов
Обеззараживание	Озонирование, хлорирование
Умягчение воды	Реагентное отстаивание, катионные фильтры
Обессоливание воды	Анионные фильтры, декарбонизатор, электродиадизатор, обратный осмос, испарители
Деаэрация воды (удаление газообразных веществ)	Термические деаэраторы, вакуумные деаэраторы, атмосферные деаэраторы
Продувка котла	Промывные фильтры
Промывка пара	Специальные реагенты-обессоливатели

На европейских теплоэнергетических предприятиях КПД потерь составляет всего 0,25% в день. Такие высокие результаты работы достигаются за счет комбинации нескольких традиционных и инновационных методов обессоливания и очистки используемого сырья и подпиточной воды. Срок службы оборудования предприятий теплоэнергетики при таких условиях достигает 30-50 лет.

Используемые источники:

1. «Экологически безопасные ТЭС». Электронный журнал энергосервисной компании «Экологические системы»

2. Копылов А.С., Лавыгин В.М. Водоподготовка в энергетике

Г. Москва;
д.т.н. Е.Н. Бушуев, профессор,
к.т.н. Н.А. Еремина, доцент,
ФГБОУВПО ИГЭУ, г. Иваново

Водоподготовительная установка (ВПУ) на ТЭС призвана восполнять потери водного теплоносителя в основном контуре. Существует большое количество возможных вариантов схем водоподготовки для получения обессоленной воды на ТЭС.

Наибольшее распространение в нашей стране получила технология химического обессоливания на базе прямоточных ионитных фильтров. Эта технология применяется уже несколько десятилетий и показала себя вполне надежной для вод малой и средней минерализации (+<5 мг-экв/дм 3). Для вод с высокой минерализацией (+>5 мг- экв/дм 3) или при повышенном содержании органических соединений (Ок>20 мгО/дм 3) используют термическое обессоливание .

В природной воде постоянно отмечается рост загрязненности техногенными органическими соединениями: удобрениями, ядохимикатами, нефтепродуктами и т.д. Традиционные химические технологии водоподготовки удаляют эти загрязнения недостаточно эффективно, что приводит к образованию в конденсатно-питательном тракте потенциально кислых веществ, и, как следствие, к многочисленным фактам нарушения ВХР .

Ужесточение экологических требований к сточным водам водоподготовительных установок, с одной стороны, ухудшение качества обрабатываемой воды, с другой, удорожание реагентов, ионитов, а также высокие эксплуатационные затраты привели к необходимости совершенствования традиционных технологий и созданию новых схем обессоливания.

Наиболее перспективными технологиями обработки вод невысокой минерализации с повышенным содержанием органических примесей, что характерно для поверхностных вод центра и севера России, являются: противоточное ионирование и обессоливание на основе мембранных методов.

Новые ВПУ, основанные на противоточных технологиях, внедрены на Калининской АЭС, ТЭЦ-ЭВС-2 ОАО «Северсталь» и др. В настоящее время накоплен первый опыт эксплуатации новых установок, частично или полностью укомплектованных импортным оборудованием и фильтрующими материалами, не всегда учитывающих особенности примесей природных вод, иногда упрощенных в целях снижения капитальных затрат.

ВПУ номинальной производительностью 1700 м 3 /ч находится в эксплуатации на ТЭЦ- ЭВС-2 ОАО «Северсталь». Установка предназначена для выработки глубоко умягченной воды (Жо<10 мкг-экв/дм 3) и включает две стадии обработки исходной (р. Шексна) воды: осветление на механических однокамерных фильтрах (12 шт. с единичной производительностью 145 м 3 /ч) с периодическим подключением контактной коагуляции и Na-катионирование на противоточных фильтрах (4 шт. с единичной производительностью 585 м 3 /ч).

Противоточный Na-катионитный фильтр предполагает фильтрацию осветленной воды снизу вверх с расходом от 170 до 585 м 3 /ч. Фильтр представляет собой двухкамерный аппарат (D=3,8 м) с тремя дренажными устройствами типа «ложное дно» и тысячей колпачковых элементов в каждом устройстве, перекрывающем все поперечное сечение фильтра. Фильтр загружен катионитом С-100 (объем ионита - 30 м 3: 10 - внизу и 20 - сверху) с плавающим слоем инерта.

По результатам лабораторных исследований и промышленных испытаний было установлено, что данный катионит устойчиво работает с рабочей обменной емкостью Ер=1200÷1400 г-экв/м 3 при удельном расходе соли на регенерацию 100 г/г экв. При нагрузке в диапазоне 170÷500 м 3 /ч на один фильтр (скорость фильтрации до 50 м/ч, диаметр 3,8 м) жесткость умягченной воды держится на уровне 2 мкг-экв/дм 3 . Первые фильтроциклы составили 25000 м 3 , через год фильтроцикл снизился до 18000-20000 м 3 .

Высокое качество химочищенной воды при большой единичной производительности ионитных фильтров обеспечивается глубокой автоматизацией управления, как отдельными фильтрами, так и всей установки в целом. Установка может работать и периодически работает в полностью автоматическом режиме. При этом оперативный персонал контролирует состояние технологического процесса по компьютерным экранным формам визуализации и в любой момент может переключить управление установкой на ручной режим.

Данная установка отработала под контролем сотрудников кафедры ХХТЭ ИГЭУ почти год большей частью в автоматическом режиме . Выработка умягченной воды за фильтроцикл составила 20000 м 3 , против 6000-8000 м 3 на традиционных прямоточных фильтрах в равных условиях. Удельные расходы соли снижены на 20%, расход воды на собственные нужды Nа-катионитного фильтра составил 1% по сравнению с 35% по традиционной технологии.

Опыт эксплуатации противоточных технологий доказывает их преимущества по сравнению с традиционными: снижение количества необходимого водоподготовительного оборудования; высокие обменные емкости ионитов; высокое качество фильтрата, которое обеспечивается при небольших расходах реагентов на регенерацию - 1,8-2,2 г-экв/г-экв; уменьшение количества высокоминерализованных сточных вод.

Однако, из-за отсутствия второй (барьерной) ступени и трудности определения момента вывода на регенерацию отключение противоточного фильтра часто проводится по количеству пропущенной воды со значительным запасом, что ведет к недовыработке обессоленной воды. При противоточной регенерации увеличивается интенсивность регенерации и, как следствие, количество переключений, что требует высокой культуры обслуживания таких установок, надежной арматуры, средств автоматизации и контроля. Все они требуют применения осветленной воды, глубоко очищенной от взвешенных, органических веществ, а также соединений железа. Эффективность применения противотока тем выше, чем качественнее поступающая на фильтры вода.

В последнее время большое внимание уделяется малореагентным методам и прежде всего мембранным технологиям.

Некоторые новые ВПУ основаны на применении обратного осмоса для деминерализации воды с использованием в качестве предочистки традиционных технологий (осветлителей, механических фильтров). Примерами таковых являются ВПУ , ТЭЦ ОАО «Северсталь», (рис. 1). Использование обратного осмоса дает возможность извлекать на одной ступени очистки до 96-98% солей, что близко к эффективности одной ступени ионного обмена.

Система доочистки пермеата может состоять из ступени ионного обмена с раздельным Н- и ОН-ионированием (прямоточным или противоточным), и (или) с фильтром смешанного действия. Поскольку на такую установку поступает частично обессоленная вода, ресурс фильтров значителен и достигает десятков и сотен тысяч кубических метров.

Сравнение экономической эффективности обессоливания воды ионным обменом и обратным осмосом показало, что при солесодержании более 150-300 мг/л обратный осмос экономичнее даже противоточного ионирования .

Имеющийся опыт эксплуатации установок обратного осмоса (УОО) свидетельствует о том, что основным фактором, от которого зависит работа мембран, является соблюдение норм качества воды, подаваемой на обработку. Производителями мембран к питательной воде, идущей на УОО, предъявляют требования, представленные в табл. 1 .

Таблица 1. Требования к воде, поступающей на УОО.

Анализ этих требований показывает, что нет ограничений на содержание солей, содержащихся в поверхностных водоисточниках, на работу в широком диапазоне показателя рН. Ограничивается лишь содержание тех веществ, которые могут привести к отравлению или забиванию мембран. Традиционные для водоподготовки показатели качества осветления воды (концентрация взвешенных веществ, мутность по «кресту», прозрачность, цветность, окисляемость) не дают адекватного представления о взаимосвязи между производительностью мембран и загрязнением их поверхности и пор осадками взвешенных и коллоидных частиц. Фирмы- производители обратноосмотических элементов оценивают качество обрабатываемой воды, прежде всего, показателем SDI . Предельно допустимое SDI - 5, а при значениях SDI от 3 до 5 производители относят такие воды к проблемным, устойчивая работа обратноосмотического элемента гарантируется при SDI<3.

Однако, опыт показывает, что в схемах с традиционной технологией предочистки, качество воды, поступающей на УОО, часто не отвечает требованиям по содержанию железа и окисляемости. Необходимое качество такой воды может быть достигнуто применением ультрафильтрации на стадии предочистки (рис. 2).

Ультрафильтрация (УФ) позволяет не только получать воду, практически свободную от механических примесей, но и совместно с коагуляцией удалять значительное количество органики (до 60% от исходного количества), а также кремниевую кислоту. В качестве примера можно привести результаты работы установки ультрафильтрации на (источник водоснабжения - река Суда) (табл. 2).

Таблица 2. Результаты работы установки УФ.

Внедрение УФ на стадии предочистки значительно увеличило производительность обратноосмотических мембран, в несколько раз сократило частоту химических промывок, высвободило производственные площади, уменьшило расход коагулянта, обеспечило возможность отказа от извести.

Совместное использование ультрафильтрации и обратного осмоса дает возможность создать малореагентную систему водоподготовки для получения фильтрата с удельной электропроводностью на уровне 1-5 мкСм/см. В таких схемах дальнейшее доведение качества воды до нормативных значений обычно производится ионообменным (рис. 2) методом.

Надежность комбинированной мембранноионообменной установки (рис. 2) большая, поскольку даже при возможных нарушениях работы системы обратного осмоса, узел доочистки обеспечит заданное качество воды. Вместе с тем, сохраняется необходимость в использовании кислоты и щелочи, поэтому данная технология, хоть и в меньшей степени, имеет те же недостатки, что и традиционная. Такая технология применяется на , и т.д.

Основным недостатком всех мембранных систем является достаточно низкий коэффициент использования исходной воды. Если в традиционной ионообменной схеме с коагуляцией и механической фильтрацией собственные нужды составляют 10-20%, то для типичного сочетания ультрафильтрации и обратного осмоса этот показатель 40-50%. Однако следует учитывать, что концентраты от установок ультрафильтрации и обратного осмоса по солесодержанию часто находятся в пределах нормируемых значений и могут быть беспрепятственно сброшены.

Комбинированные мембранно-ионообменные схемы, имеющие высокую степень экономической эффективности и надежности, являются оптимальным и рекомендуемым методом при реконструкции существующих ВПУ, где уже имеются ионообменные фильтры, реагентное хозяйство и системы сбора и нейтрализации стоков. Количество концентрированных сточных вод и расход реагентов в этом случае в десятки раз меньше, чем при чисто ионообменной схеме. Полученные сточные воды могут быть разбавлены до допустимых норм концентратом мембранных установок.

С точки зрения обеспечения минимального расхода реагентов и наивысшей экологичности при высоком качестве обессоленной воды наибольшую эффективность имеют комплексные ВПУ, состоящие исключительно из мембранных модулей различного назначения: ультра- и нанофильтрации, обратного осмоса, мембранной дегазации и электродеионизации, называемых в целом - интегрированные мембранные технологии (ИМТ) .

В комплексной мембранной установке (рис. 3) вода доочищается на узле электродеионизации. Электродеионизация (ЭДИ, EDI) - это процесс непрерывного обессоливания воды с использованием ионообменных смол, ионоселективных мембран и постоянного электрического поля.

При степени использования исходной воды 90-95% очищенная вода имеет удельную электропроводность на уровне 0,1 мкСм/см (табл. 3), а также минимальное кремнесодержание и общий органический углерод. При этом солесодержание концентрата обычно ниже, чем солесодержание воды, подаваемой на установку обратного осмоса, поэтому он весь возвращается на вход этой установки на повторное использование.

Таблица 3. Характеристики работы установок электродеионизации.

Все производители установок электродеионизации предъявляют очень высокие требования к воде, подаваемой на установку ЭДИ вне зависимости от ее конструкции (табл. 4).

Таблица 4. Типичные требования производителей к питающей воде установок ЭДИ.

Для повышения надежности работы комплексных мембранных систем водоподготовки на базе ИМТ требуется использование на стадии предварительного обессоливания двухступенчатого обратного осмоса. В этом случае качество воды, питающей установку электродеионизации, заведомо выше требований производителей и любые нарушения в работе установок обратного осмоса становятся некритичными. При ухудшении эффективности работы первой ступени (естественно в допустимых пределах) заданное качество гарантированно обеспечит вторая ступень.

Комплексная мембранная установка для подготовки глубоко обессоленной воды, выполненная в соответствии с данной схемой, обеспечивает минимальный объем отходов. Отпадает необходимость в кислотно-щелочном хозяйстве, снижаются эксплуатационные расходы и резко улучшаются экологические параметры.

Такие установки наиболее целесообразны для вновь строящихся объектов. Особенно это актуально для труднодоступных районов, куда затруднен подвоз реагентов. Комплексная мембранная установка успешно эксплуатируется на .

Общим элементом во всех рассмотренных схемах обессоливания на основе мембранных методов является установка обратного осмоса. При эксплуатации водоподготовительной установки производительность постоянно меняется. Часто возникает значительное снижение производительности, связанное с остановом части теплоэнергетического оборудования или прекращения отдачи производственного пара потребителю, что ведет к проблеме обеспечения минимального расхода обрабатываемой воды через УОО.

При неполной загрузке основного оборудования блоков ПГУ-325 на снижается потребность в обессоленной воде. Это обуславливает неполную загрузку УОО. Изначально на ИвПГУ было спроектировано и эксплуатировалось 2 параллельно работающих УОО (рис. 4,а). Во время простоя одной из УОО, она либо ставится на консервацию, либо ежедневно производится циркуляция воды по корпусам УОО для предотвращения возникновения отложений. Это приводит к дополнительным потерям и увеличению себестоимости обессоленной воды.

Поскольку реагенты, используемые для консервации УОО, имеют достаточно высокую стоимость, и периодически требуется подключение второй установки обратного осмоса, то при работе одного из блоков консервация является неэффективным мероприятием.

Для предотвращения потерь, экономии химических реагентов для регенерации ФСД были предусмотрены мероприятия, позволяющие снизить дополнительные потери при простое оборудования: последовательное включение УОО 1 и УОО 2 в работу (рис. 4,б). Каждая установка включает 4 корпуса, также работающие по двухступенчатой схеме (рис. 5).

При последовательном включении установок обратного осмоса (рис. 4) пермеат с УОО 2, работающей как I ступень, подается на УОО 1 (II ступень). При этом концентрат с УОО 2 сбрасывается в канализацию, а с УОО 1 смешивается с исходной водой, подаваемой на I ступень.

Исходная вода подается на установку обратного осмоса на корпуса АО1-АО3 (рис. 5), затем пермеат подается на ФСД, а концентрат подается на АО4, где также разделяется на пермеат и концентрат. Пермеат подается на ФСД, а концентрат сбрасывается в канализацию.

После предварительных расчетов в феврале 2012 г. были проведены промышленные испытания работы УОО 1 и УОО 2, включенных последовательно. Результаты расчетов приведены в табл. 5, на рис. 6 приведены результаты испытаний.

Показатель	Известкование+коагуля ция сульфатом железа		Коагуляция сульфатом алюминия
	при включении УОО в одну ступень		при включении УОО в две ступени
Производительность установки, м 3 /ч	18	18	18
Суммарный часовой расход воды, поступающей на УОО, м 3 /ч	22,06	21,96	21,96
Производительность осветлителя ВТИ-100, м 3 /ч	30,2	28,65	30,03
Фильтроцикл ФСД, м 3	21240	63720	63720
Расход кислоты на регенерацию, т/год	0,54	0,16	0,16
Расход щелочи на регенерацию, т/год	0,54	0,16	0,16

Полученные данные доказывают повышение качества обессоленной воды после второй ступени обработки на УОО. Содержание ионов натрия, кремнекислоты и электропроводность снижаются более чем в 3 раза, также снижается содержание соединений железа и хлоридов.

Прослеживая динамику изменения качества обессоленной воды, можно отметить, что двухступенчатое обессоливание на УОО не позволяет достаточно снизить значение электропроводности, однако, позволяет получить требуемые параметры качества воды по содержанию соединений кремнекислоты и натрия для добавочной воды для подпитки котлов-утилизаторов. Повышение качества исходной воды для ФСД позволяет снизить ионную нагрузку на них более, чем в 3 раза, что приводит к значительному увеличению фильтроцикла, уменьшению количества воды, используемой на собственные нужды ВПУ, снижению потребности в кислоте и щелочи для регенерации. Следовательно, снижается экологический ущерб, наносимый окружающее среде.

Испытания с коагулянтом - сульфатом алюминия при двухступенчатой схеме работы установок обратного осмоса показали, что существует возможность улучшить качество воды, идущей на УОО, и повысить ресурс работы патронных фильтрующих элементов для УОО.

Таким образом, на отечественном энергетическом рынке появилось большое количество нового водоподготовительного оборудования с высокими экологическими характеристиками. Широкому внедрению их в производство мешает отсутствие нормативной базы на их использование и противоречивый опыт эксплуатации головных установок на отечественных ТЭС, особенно для вод с повышенным содержанием органических веществ.

Литература

1. СО 153-34.20.501-2003 (РД 34.20.501-95). Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. Утв. Приказом Министерства энергетики Российской Федерации от 19 июня 2003 г. № 229. - М.: СПО ОРГРЭС, 2003.

2. Ходырев Б.Н., Кривчевцов А.Л., Соколюк А.А. Исследование процессов окисления органических веществ в теплоносителе ТЭС и АЭС // Теплоэнергетика. 2010. С. 11-16.

3. Опыт освоения новых технологий обработки воды на ТЭС / Б.М. Ларин, А.Н. Коротков, М.Ю. Опарин и др. // Теплоэнергетика. № 8. 2010. С. 8-13.

4. Проектные решения водоподготовительных установок на основе мембранных технологий / А.А. Пантелеев, Б.Е. Рябчиков, А.В.Жадан и др. // Теплоэнергетика. 2012. № 7. С. 30-36.

5. Пуск системы водоподготовки ПГУ-410 на Краснодарской ТЭЦ / А.А. Пантелеев, А.В.Жадан, С.Л. Громов и др. // Теплоэнергетика. 2012. № 7.

Одним из самых важных вопросов в энергетике была и остается водоподготовка на ТЭЦ. Для предприятий энергетики вода - основной источник их работы и потому к ее содержанию предьявляются очень высокие требования. Поскольку Россия - страна с холодным климатом, постоянными сильными морозами, то работа ТЭЦ - это, то от чего зависит жизнь людей. Качество воды, подаваемой на теплоэгергоцентраль влияет очень сильно на ее работу. Жесткая вода выливается в очень серьезную проблему для паровых и газовых котельных, а также паровых турбин ТЭЦ, которые обеспечивают город теплом и горячей водой. Чтобы четко понимать, как и на что именно отрицательно влияет жесткая вода, не мешало бы сперва разобраться, что такое ТЭЦ? И с чем ее "едят"? Итак, ТЭЦ - теплоэнергоцентраль - это разновидность тепловой станции, которая не только обеспечивает теплом город, но и поставляет в наши дома и на предприятия горячую воду. Такая электростанция устроена как конденсационная электростанция, но отличается от нее тем, что может отобрать часть теплового пара, уже после того, как он отдал свою энергию.

Паровые турбины бывают разными. В зависимости от вида турбины и отбирается пар с различными показателями. Турбины на энергоцентрали позволяют регулировать количество отбираемого пара. Пар, который был отобран, проходит конденсацию в сетевом подогревателе или подогревателях. Вся энергия из него передается сетевой воде. Вода в свою очередь идет на пиковые водогрейные как котельные, так и тепловые пункты. Если на ТЭЦ перекрываются пути отбора пара, она становится обычной КЭС. Таким образом, теплоэнергоцентраль может работать по двум различным графикам нагрузки:

• · тепловой график - прямопропорциональная зависимость электрической нагрузки от тепловой;
• · электрический график - тепловой нагрузки либо нет вообще, либо электрическая нагрузка от нее не зависит. Достоинство ТЭЦ состоит в том, что она совмещает как тепловую энергию, так и электрическую. В отличии от КЭС, оставшееся тепло не пропадает, а идет на отопление. В результате растет коэффициент полезного действия электростанции. У водоподготовки на ТЭЦ он составляет 80 процентов против 30 процентов у КЭС. Правда, об экономичности теплоэнергоцентрали это не говорит. Здесь в цене другие показатели - удельная выработка электричества и КПДцикла. К особенностям расположения ТЭЦ следует отнести тот факт, что строить ее следует в черте города. Дело в том, что передача тепла на расстояния нецелесообразна и невозможна. Поэтому водоподготовка на ТЭЦ всегда строят рядом с потребителями электроэнергии и тепла. Из чего состоит оборудование водоподготовки для ТЭЦ? Это турбины и котлы. Котлы производят пар для турбин, турбины из энергии пара производят энергию электричества. Турбогенератор включает в себя паровую турбину и синхронный генератор. Пар в турбинах получают за счет применения мазута и газа. Эти вещества и нагревают воду в котле. Пар под давлением прокручивает турбину и на выходе получается электроэнергия. Отработанный пар поступает в дома в виде горячей воды для бытовых нужд. Потому то, отработанный пар и должен иметь определенные свойства. Жесткая вода со множеством примесей не даст получить качественный пар, который к тому же можно потом поставить людям для использования в быту. Если пар не отправляют на поставку горячей воды, то его тут же в ТЭЦ охлаждают в градирнях. Если вы видели когда-нибудь огромные трубы на тепловых станциях и как их них валит дым, то это и есть градирни, а дым, вовсе не дым, а пар, который подымается от них, когда происходит конденсация и охлаждение. Как работает водоподготовка на ТЭ? Больше всего влиянию жесткой воды здесь поддается турбина и, конечно же, котлы, которые преобразовывают воду в пар. Главная задача любой ТЭЦ получить в котле чистую воду. Чем так плоха жесткая вода? Каковы ее последствия и почему они обходятся нам так дорого? Жесткая вода отличается от обычной высоким содержанием солей кальция и магния. Именно эти соли под воздействием температуры оседают на нагревательном элементе и стенках бытовых приборов. То же относится и к паровым котлам. Накипь образовывается в месте нагрева и точке кипения по краям самого котла. Удаление накипи в теплообменнике в таком случае затруднено, т.к. накипь нарастает на огромном оборудовании, внутри труб, всевозможных датчиков, систем автоматизации. Промывка котла от накипи на таком оборудовании - это целая многоэтапная система, которая может даже проводится при разборе оборудования. Но это в случае высокой плотности накипи и больших ее залежей. Обычное средство от накипи в таких условиях конечно не поможет. Если говорить о последствиях жесткой воды для быта, то это и влияние на здоровье человека и удорожание использования бытовых приборов. К тому же жесткая вода очень плохо контактирует с моющими средствами. Вы станете использовать на 60 процентов больше порошка, мыла. Расходы будут расти как на дрожжах. Умягчение воды потому и было придумано, чтобы нейтрализовать жесткую воду, ставишь себе в квартиру один умягчитель воды и забываешь, что есть очистка от накипи, средство от накипи.

Накипь отличается еще и плохой теплопроводимостью. Этот ее недостаток главная причина поломок дорогой бытовой техники. Покрытый накипью тепловой элемент просто перегорает, силясь отдать тепло воде. Плюс из-за плохой растворимости моющих средств, стиральную машинку нужно дополнительно включать на полоскание. Это расходы воды, электричества. С любой стороны, умягчение воды - самый верный и экономически выгодный вариант предотвращения образования накипи. А теперь представьте что такое водоподготовка на ТЭЦ в промышленных масштабах? Там средство от накипи используется галлонами. Промывка котла от накипи проводится периодически. Бывает регулярной и ремонтной. Чтобы удаление накипи проходило более безболезненно и нужна водоподготовка. Она поможет предотвратить образование накипи, защитит и трубы и оборудование. С ней жесткая вода не будет оказывать свое разрушительное воздействие в таких угрожающихмасштабах. Если говорить о промышленности и энергетике, то больше всего жесткая вода приносит неприятностей ТЭЦ и котельным. То есть в тех областях, где происходит непосредственно водоподготовка и нагрев воды и перемещение этой теплой воды по трубам водоснабжения. Умягчение воды здесь необходимо, как воздух. Но поскольку водоподготовка на ТЭЦ это работа с огромными обьемами воды, водоподготовка должна быть тщательно просчитана и продумана с учетом всевозможным нюансов. От анализа химического состава воды да места расположения того или иного умягчителя воды. В ТЭЦ водоподготовка - это не только умягчитель воды, это еще и обслуживание оборудования после. Ведь удаление накипи все равно в этом производственном процессе придется делать, с определенной периодичностью. Здесь применяется не одно средство от накипи. Это может быть и муравьиная кислота, и лимонная, и серная. В различной концентрации, обязательно в виде раствора. И применяют тот или иной раствор кислот в зависимости от того из каких составных частей сделан котел, трубы, контроллер и датчики. Итак, на каких обьектах энергетики нужна водоподготовка? Это котельные станции, котлы, это тоже часть ТЭЦ, водонагревательные установки, трубопроводы. Самыми слабыми местами и ТЭЦ в том числе, остаются трубопроводы. Накапливающаяся здесь накипь может привести и к истощению труб и их разрыву. Когда накипь не удаляется во время, то она просто не дает воде нормально проходить по трубам и перегревает их. Наряду с накипью второй проблемой оборудования в ТЭЦ является коррозия. Ее также нельзя спускать на самотек. К чему может привести толстый слой накипи в трубах, которые подводят воду на ТЭЦ? Это сложный вопрос, но ответим на него мы теперь зная, что такое водоподготовка на ТЭЦ. Поскольку накипь - отменный теплоизолятор, то и расход тепла резко растет, а теплоотдача наоборот снижается. КПД котельного оборудования падает в разы, все это в результате может привести и к разрыву труб и взрыву котла.

Водоподготовка воды на ТЭЦ, это то, на чем нельзя экономить. Если в быту, вы все же подумаете, купить ли умягчитель воды или выбрать средство от накипи, то для теплового оборудования такой торг недопустим. На теплоэнергоцентралях подсчитывают каждую копейку, поэтому очистка от накипи при отсутствии системы умягчения обойдется куда дороже. Да и сохранность приборов, их долговечность и надежная эксплуатация тоже играют свою роль. Очищенное от накипи оборудование, трубы, котлы работают на 20-40 процентов эффективнее, чем оборудование не прошедшее очистку или работающее без системы умягчения. Главная особенность водоподготовки воды на ТЭЦ состоит в том, что здесь требуется глубоко обессоленная вода. Для этого нужно использовать точное автоматизированное оборудование. На таком производстве чаще всего применяют установки обратного осмоса и нанофильтрации, а также электродеионизации. Какие этапы включает в себя водоподготовка в энергетике в том числе и на теплоэнергцентрали? Первый этап включает в себя механическую очистку от всевозможных примесей. На этом этапе из воды удаляются все взвешенные примеси, вплоть до песка и микроскопических частиц ржавчины и т.п. Это так называемая грубая очистка. После нее вода выходит чистой для глаз человека. В ней остаются только растворенные соли жесткости, железистые соединения, бактерии и вирусы и жидкие газы.

Разрабатывая систему водоподготовки воды нужно учитывать такой нюанс, как источник водопоставки. Это водопроводная вода из систем централизованного водоснабжения или это вода из первичного источника? Разница в водоподготовке состоит в том, что вода из систем водоснабжения уже прошла первичную очистку. Из нее нужно убирать только соли жесткости, и обезжелезивать при необходимости. Вода из первичных источников - это вода абсолютно не обработанная. То есть, имеем дело с целым букетом. Здесь обязательно нужно проводить химический анализ воды, чтобы понимать с какими примесями имеем дело и какие фильтры ставить для умягчения воды и в какой последовательности. После грубой очистки в системе идет следующий этап под названием ионообменное обезсоливание. Здесь устанавливают ионообменный фильтр. Работает на основе ионообменных процессов. Главный элемент - ионообменная смола, которая включает в себя натрий. Он образует со смолой непрочные соединения. Как только жесткая вода на ТЭЦ попадает в такой умягчитель, то соли жесткости мгновенно выбивают натрий из структуры и прочно встают на его место. Восстанавливается такой фильтр очень просто. Картридж со смолой перемещается в бак регенерации, где находится насыщенный соляной раствор. Натрий снова занимает свое место, а соли жесткости вымываются в дренаж. Следующий этап - это получение воды с заданными характеристиками. Здесь применяют установку водоподготовки воды на ТЭЦ. Главное ее достоинство - получение 100-процентно чистой воды, с заданными показателями щелочности, кислотности, уровнем минерализации. Если предприятию нужна техническая вода, то установка обратного осмоса создавалась именно на такие случаи.

Главной составляющей частью этой установки является полунепроницаемая мембрана. Селективность мембраны меняется, в зависимости от ее сечения можно получить воду с разными характеристиками. Эта мембрана разделяет бак на два части. В одной части находится жидкость с высоким содержанием примесей, в другой части жидкость с низким содержанием примесей. Воду запускают в высококонцентрированный раствор, она медленно просачивается через мембрану. На установку подается давление, под воздействием его вода останавливается. Потом давление резко увеличивают, и вода начинает течь обратно. Разность этих давлений называют осматическим давлением. На выходе получается идеально чистая вода, а все отложения остаются в менее концентрированном растворе и выводятся в дренаж.

Нанофильтрация по сути тот же обратный осмос, только низконапорный. Поэтому принцип действия тот же, только напор воды меньше. Следующий этап - устранение из воды, растворенных в ней газов. Поскольку в ТЭЦ нужен чистый пар без примесей, очень важно удалить из воды, растворенные в ней кислород, водород и углекислый газ. Устранение примесей жидких газов в воде называется декарбонацией и деаэрацией. После этого этапа вода готова для подачи в котлы. Пар получается именно той концентрации и температуры, которая необходима.

Как видно, из всего вышеописанного, водоподготовка воды в ТЭЦ - один самых главных составляющих производственного процесса. Без чистой воды, не будет качественного хорошего пара, а значит, не будет электричества в нужном обьеме. Поэтому водоподготовкой в теплоэнергоцентралях нужно заниматься плотно, доверять эту службу исключительно профессионалам. Правильно спроектированная система водоподготовки - это гарантия долгосрочной службы оборудования и получения качественных услуг энергопоставок.