автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Разработка и совершенствование термохимической ВПУ с замкнутым циклом регенерации

На правах рукописи

\

ИЛЬИНА ИРИНА ПЕТРОВНА

РАЗРАБОТКА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ВПУ С ЗАМКНУТЫМ ЦИКЛОМ РЕГЕНЕРАЦИИ

Специальность: 05.14.14 - Тепловые электрические станции (тепловая часть)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА-1998

Работа выполнена на кафедре Тепловых электрических станций Московского энергетического института (Технического университета)

Научный руководитель

доктор технических наук,

профессор

Седлов A.C.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Мошкарин A.B. кандидат технических наук, старший научный сотрудник Богловский A.B.

Ведущая организация:

Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт атомного энергетического машиностроения (ВНИИАМ)

Защита состоится «ЛО » ¿¿¿¿Л- 1998 г. в /У. 00 часов в аудитории 5-ЛОТ- на заседании диссертационного Совета К-053.16.01. при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: Москва, ул. Красноказарменная, 17.

Отзывы на диссертацию (в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения) просим выслать по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., 14, Ученый Совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан ч/б » апреля 1998г.

Ученый секретарь диссертацис Совета, к.т.н., с.н.с.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Наряду с повышением надежности и экономичности в число основных задач современной теплоэнергетики входит задача обеспечения экологической безопасности действующих и проектируемых ТЭС. Защита водоемов от сброса минерализованных и органосо-держащих сточных вод - одна из составляющих этой задачи. Этим определяется актуальность данной работы, посвященной разработке и исследованию малоотходной водоподготовительной установки (ВПУ) для тепловой электростанции, использующей в качестве питательной сточную воду. Применение таких ВПУ позволяет одновременно решать несколько технических и экологических задач, в том числе:

- получение обессоленной добавочной воды котлов (дистиллята), отвечающего нормам Правил технической эксплуатации электростанций и тепловых сетей;

- сокращение объема и количества солевых сбросов ТЭС;

- сокращение расхода или отказ от использования целого ряда реагентов, таких как кислота, щелочь, поваренная соль;

- получение отходов в виде конечных товарных продуктов.

Необходимость разработки таких ВПУ в последнее время связано также с наметившейся тенденцией увеличения стоимости ионнообменных фильтрующих материалов, ростом загрязнения водоемов и ужесточения требований к сбросу сточных вод тепловых электростанций.

Цель работы. Разработать научные основы выбора и обоснования рациональных схем малоотходных ВПУ с замкнутым циклом регенерации. Исследовать процессы отдельных узлов ВПУ и разработать инженерные методики их расчета.

Задачи исследования:

- Анализ и определение основных характеристик малоотходных ВПУ, обоснование их наиболее рациональных схем.

- В лабораторных, стендовых и опытно-промышленных условиях изучить процессы, имеющие место в реальных установках, дать рекомендации по освоению их в промышленных условиях.

Научная новизна работы.

1. Разработаны основы анализа, обоснования выбора технологической схемы малоотходной термохимической ВПУ с замкнутым циклом регенерации, адаптированной к отечественному оборудованию и качеству природных и технологических вод центра России.

2. В лабораторных и стендовых условиях выявлены основные закономерности:

- получения регенерационного раствора из продувок испарителей;

- регенерации катиошпа восстановленным из продувки испарителей раствором соли.

3. В результате опытно-промышленной эксплуатации технологического модуля получены новые экспериментальные данные по: - коррекции щелочного соотношения карбонатной и гидратной щелочности продувки испарителей путем его рекарбонизации; поступлению потенциально-кислых органических веществ в дистиллят испарителей при работе последних на природных и сточных водах.

Достоверность представленных данных и обоснованность результатов исследования обеспечивается применением стандартных методик химического анализа технологических вод, растворов и отложений на ТЭС, использованием современных методов анализа, таких как спектрометрия и ионная хроматография, длительной промышленной эксплуатацией термохимического модуля с замкнутым циклом регенерации при работе на сточных водах Саранской ТЭЦ-2.

Практическая ценность работы определяется прежде всего созданием на Саранской ТЭЦ-2 АО «Мордовэнерго» первой опытно-промышленной ВПУ с замкнутым циклом регенерации, накоплением данных по работе отдельных узлов на сточных водах ТЭС, а также возможностью использования как технологической схемы, так и опыта эксплуатации для реализации установок на других ТЭС России и за рубежом. Существенное практическое значение имеет возможность исследования новых режимов работы штатного оборудования для совершенствования технологии, поиска других экологически и экономически более совершенных решений . Представляют практический интерес данные по коррекции щелочного соотношения продувки многоступенчатой испарительной установки (МИУ) барботажем парогазовой смеси и данные по выносу органических соединений в дистиллят МИУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 научных трудов, одно авторское свидетельство на изобретение и один патент.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены на:

1. Научно-техническом совещании «Проблемы сокращения сточных вод и создания замкнутых систем водопользования», г. Челябинск, 1988 г.

2. Международной конференции «Новые методы и средства экономии энергоресурсов и экологические проблемы энергетики», г. Москва. 1995 г.

3. Международном конгрессе по опреснению и переработке сточных вод, г. Генуя, Италия, 1996 г.

4. Научно-технических семинарах, проводимых в период 1987 -1997 г.г. в АО «Мордовэнерго», кафедрах ТЭС и ТВТ МЭИ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 144 страницах машинописного текста (без приложения). Содержит 37 рисунков, 35 таблиц. Состоит из введения, пяти глав основного текста, выводов, списка литературы из 95 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены цели, методы и задачи исследования, сформулирована научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе проведен анализ проблемы сокращения стоков ТЭС на базе термического и термохимического методов водоподготовки. Рассмотрены наиболее характерные схемы термохимических водоподгото-вок с многократным использованием сточных вод, которые охватывают практически весь спектр возможных решений: от возврата всех стоков в основной цикл водоподготовки до отдельной (от основного цикла) обработки стоков.

Многократное использование стоков в цикле водоподготовитель-ной установки (В1ТУ) выводит технологию подготовки добавочной воды энергетических котлов за известные рамки и отработанные решения. В этой связи встает задача глубокого научно-практического исследования хотя бы на одном конкретном промышленном образце. На основании проведенного обзора литературы сформулированы задачи исследования.

Во второй главе проведен расчетно-теоретический анализ наиболее характерных схем термоводоподготовки с замкнутым циклом регенерации и экспериментальное исследование с целью реализации в лабораторных условиях схемы с многократным использованием сточных вод в цикле ВПУ.

На рис. 1 приведены три характерные схемы ВПУ с замкнутым циклом регенерации. Основным их различием является степень возврата сточных вод в исходную обрабатываемую воду. Так, в схеме № 1 сточные воды полностью возвращаются в осветлитель и смешиваются с исходной водой. В схеме № 3 сточные воды обрабатываются отдельно от исходной воды в собственном цикле. Схема № 2 занимает промежуточное положение и дает широкие возможности в маневре стоками. Для всех трех схем условия работы Иа-катионитных фильтров будут различны из-за различного противоионного эффекта.

На рис. 2 представлена схема лабораторной установки для оценки возможности реализации ВПУ с замкнутым циклом регенерации. Регенерация №-катионитного фильтра по этой схеме ведется рекарбонизованной продувочной водой испарительной установки, питание которой осуществляется содоизвесткованными стоками регенерации этого же фильтра. Истощение фильтра проводилось водой из Мосгорводопровода.

На рис. 3 приведены выходные кривые лабораторного Иа-катионитного фильтра, загруженного сульфоуглем и катионитом КУ-2.

Полученные данные показали, что качество умягченной воды и рабочая обменная емкость практически сохраняются неизменными независимо от того, регенерируется ли фильтр раствором поваренной соли или концентратом отработанных сточных вод этого же фильтра.

нсх. во^

сода—► язвссп»

стоки регснер.

ЧЕТ

продувка

V

+ шл;

I _ ^^^^ ь

(КаСНЫа^О,) :-11,30,

тт

ривиравпнЛ

прод™»

схема 1

1_1

"Т II

I4 |СО,

диет шит отмывку

Рис. 2. Схема лабораторной установки: 1-бак исходной воды; 2-ротаметр; 3- Ыа-катионитный фильтр; 4-емкость содоизвест-ковой обработки стоков; 5-испарительная камера; 6-конденсатор; 7- механический фильтр; 8-емкость для подкисления рассола; 9-бак регенерационного раствора; 10-бак отмывочной воды

УУ

Рис. 1. Схемы термических ВПУ с замкнутым циклом регенерации:

1-осветлитель; 2-Ыа-катионитный фильтр; 3-испарительная установка; 4-узел приготовления регенерационного раствора; 5-узел выведения солей жесткости;6-рекарбонизатор

Таким образом в лабораторных условиях была подтверждена возможность организации ВПУ с замкнутым циклом регенерации.

На основании анализа наиболее характерных схем термохимических ВПУ с многократным использованием стоков и результатов лабораторного эксперимента проведено обоснование и выбор рациональной схемы малоотходной ВПУ для условий Саранской ТЭЦ-2 АО «Мордовэнерго» (рис. 4).

Технологией предусматривается обработка исходной воды известью и коагулянтом в осветлителе 1 с последующим умягчением осветленной воды на натрий-катионитных фильтрах 2. Умягченная натрий-катионированная вода поступает в многоступенчатую испарительную установку (МИУ) 3, дистиллят которой в качестве добавочной воды котлов подается в тепловую схему ТЭЦ. Продувочный концентрат МИУ, предварительно рекарбонизированный диоксидом углерода, содержащимся в

схема 2

мкг-экв/л 20

01 □2 »3 «4 15

сдувочнои парогазовой смеси испарителей, направляется в узел приготовления регенерационного раствора 4. Здесь концентрат обрабатывается кислотой и отстаивается (или смешивается с частью отработанного регенерационного раствора натрий-фильтров). Подготовленный в узле 4 раствор используется для регенерации натрий-каткошггпых фильтров. Неиспользованная часть отработанного регенерационного раствора направляется в

термоумягчитель 5, где происходит выделение в шлам труднорастворимых солей кальция ( в виде Са304) и магния (в виде М§(ОН)2 - в пластинчатом осветлителе б). Умягченные стоки возвращаются в осветлитель 1, сюда же подается маломинерализованная часть отмывочных вод натрий-катионитных фильтров.

ю

3.0

7.0

Рис. 3. Выходная кривая лабораторного №-катионитного фильтра: 1-сульфоуголь; П-КУ-2; 1-после регенерации 7-% раствором N801; 2-после регенерации стоками I поколения; 3-после регенерации стоками II поколения; 4-после регенерации стоками III поколения; 5-после регенерации стоками IV поколения

продувка котлов

Рис. 4. Структурная схема водоподготовки Саранской ТЭЦ-2: 1-осветлитель исходной воды; 2-№-катиомпный фильтр; 3-многоступенчатая испарительная установка; 4-узел приготовления регенерационного раствора; 5-термоумягчитель; 6-пластинчатыЙ осветлитель; 7-узел рекарбонизации

В третьей главе приводятся результаты лабораторных исследований основных узлов технологии, в частности:

- узла приготовления регенерационного раствора (поз.4, рис.4);

- натрий-катионитного фильтра (поз.2, рис.4);

- узла рекарбонизации продувки испарителей (поз.7,рис.4)

- Исследования проводились в лабораторных условиях на реальной продувочной воде испарительной установки Саранской ТЭЦ-2. В таблице 1 приведен состав продувки испарителей, которая представляет собой мягкий щелочной раствор солей натрия, продуктов коррозии, кремне-кислоты, фосфатов, органических соединений.

Таблица 1 .Состав продувочной воды испарителей Саранской ТЭЦ-2

№ про бы Жо Щф/ф/Щ, Fe СГ soj- poj- Si02 рН Окисл.

мг-экв/л мг/л — мг02/л

1 0.11 85/115 4.4 12000 24600 0 280 11.7 256

2 0.6 98/114 3.9 10200 22632 15 200 11.2 177

3 0.56 166/200 6.87 16000 25400 700 300 11.6 200

4 0.15 6/54 7.75 9400 10262 70 250 11.6 144

5 0.3 96/120 2.75 12300 14573 400 300 12 152

Как показали пробные исследования при регенерации катеонита необработанным концентратом такого состава происходит интенсивно« образование осадка в слое катеонита, что приводит к снижению скорости регенерации, повышенному (около 100 объемов воды на 1 объем катеонита) расходу воды на послере генерационную отмывку, значительному снижению средней величины рабочей емкости (для катеонита КУ-2-8 - до 15С г-экв/м3 и для сульфоугля до 120 г-экв/м3).

Эти эксперименты подтвердили необходимость предварительной подготовки продувочной воды испарителей перед ее использованием для регенерации фильтров. Поэтому следующая серия экспериментов была проведена с использованием серной кислоты для нейтрализации щелочности продувочной воды. Доза кислоты варьировалась в интервале, обеспечивающем значение рН подкисленной продувочной воды от 3 до 11.

В результате экспериментов выявлено, что в интервале рН от 3 дс 10 образуется взвешенный осадок с очень низкими седиментационными свойствами. Наибольшее количество осадка образуется в интервале рН = 6,5-5-8,5, а при более низких значениях рН наблюдается растворение раннее выпавшего осадка. Образующийся осадок имеет гелеобразный вид и плохс уплотняется при отстаивании.

После суточного отстоя его объем достигал 25% исходного. По данным ИК-спектрометрии, выполненным Всесоюзным институтом минерального сырья, осадок состоит в основном из Si02 х пН20, а также в небольших количествах других соединений, плохо поддающихся идентификации.

С целью более глубокого удаления примесей были проведены опыты по фильтрации подкисленного и освобожденного от осадка раствора через механический фильтр, загруженный сульфоуглем, и последующего смешения отфильтрованного раствора с отработанным ре генерационным раствором натрий-катионитного фильтра. В результате проведенных опытов обнаружено (рис.5), что:

- при подкислении продувочной воды имеет место снижение содержания коллоидных примесей;

- при фильтрации подкисленного раствора через сульфоугольный фильтр идет дальнейшее снижение концентрации силикатов, фосфатов, железа;

- более глубокое удаление последних обеспечивается при обработке продувки отработанным ре генерационным раствором. Однако при этом увеличивается как количество осадка, так и его объем.

Для регенерации натрий-катионитного фильтра использовался концентрат, обработанный путем подкисления серной кислотой до рН=8, отстаивания, фильтрации через механический сульфоугольный фильтр и разбавления до необходимой концентрации дистиллированной водой.

В связи с тем, что в продувочной воде испарителей содержится значительное количество сульфата натрия, возникала опас-

обраболя

ность образования гипсо-

Рис. 5. Результаты исследований осаждения коллоид- ВЫХ ОТЛОЖСНИЙ В СЛОе ка-ных примесей по стадиям обработки продувки испари- ТИОНИТЗ, ЧТО ведет К нару-телей: 0-исходный раствор; 1-нейтрализация и осветле- шениЮ работы фильтра. В ние; 2-фильтрация через механический фильтр; 3- СВЯЗИ С ЭТИМ ДЛЯ УСЛОВИЙ

смешение с отработанным регенерационным раствором ' - '

максимально приближенным к промышленным, разработан режим регенерации натрий-катионитного фильтра.

Исследования проводились на лабораторном фильтре, выполненном из оргстекла, диаметром 22мм при высоте загрузки катионита 800мм. В качестве катеонитов использовались сульфоуголь марки СК-1 и импортный катионит РШЮЫТЕ марки С 100 (аналог отечественного КУ-2), которые используются в промышленной эксплуатации Саранской ТЭЦ-2.

ЭЮ,. РО„ ре

иг/л

В табл. 2 представлены результаты лабораторных исследований по определению оптимальных условий регенерации катионитов восстановленным из продувочной воды испарителей раствором солей натрия.

Таблица 2. Некоторые результаты лабораторных исследований оптимальных условий регенерации Ыа-катионитного фильтра__

Катионит № Скорость про- Концентрация per. Обменная Удельный

опыта пуска per. раствора раствора в пересчете на NaCl рабочая емкость расход соли

м/ч % г-экв/м3 г-экв/г-экв

1 10 2,9 162 6,2

2 10 2,9 170 5,9

Сульфоуголь 3 7-8 3,6 182 5,4

4 7-8 3,6 194 5,2

5 7-8 3,6 220 5,1

б 7-8 3,6 225 5,0

7 7-8 3,6 220 5,1

PUROLITE 1 8 3,8 1073 2,97

С 100 2 8 3,2 1200 2,17

3 8 3,2 1140 2,28

В результате исследований подобраны оптимальные концентрации восстановленного раствора смеси солей сульфата и хлорида натрия, которые легли в диапазон (3,5-54,0)% по массе и оптимальные скорости регенерации (7-5- 8) м/час, при которых не происходит образование гипсовых отложений в слое катионита. При этих условиях регенерации значения рабочих обменных емкостей составили:~220г-экв/мг - для СК-1 (что на 30-40% ниже регламентируемой) и - (1000-1200)г-экв/м3 для Р1ЛЮ1ЛТЕ С100 (что находится в пределах регламентируемой емкости свежего катионита).

Для снижения дозы кислоты при приготовлении регенерационного раствора из концентрата испарителей возможно проведение предварительной его рекарбонизации (насыщение раствора углекислотой). Рекарбонизацию продувки можно проводить как от постороннего источника, так и сду-вочной газовой смесью той же испарительной установки.

Источником углекислоты в сдувочной газовой смеси испарительной установки является процесс термолиза ионов угольной кислоты, т.е.

2НСОъ + Н20-^С0\- + С02 Т +2НгО (1)

СО]- + 2Н20 —^ ЮН' + СОг Т +Н20 (2)

При рекарбонизации идет процесс перехода гидратов в карбонаты и далее (при достаточном количестве углекислоты) - в бикарбонаты.

он - + н2соъ -> н2о+нсо;

(3)

Для реализации этого процесса были проведены лабораторные эксперименты по исследованию возможности рекарбонизации щелочной продувки испарителей.

Продувка МИУ Саранской ТЭЦ-2, подогретая до температуры 30т60°С (что приближает к реальным условиям) помещалась в трубку из органического стекла диаметром 0,02м и высотой 2,0м. В первой серии опытов углекислый газ из баллона подавался снизу через распределительное устройство, обеспечивающие равномерное распределение пузырьков газа по всему объему трубки.

В результате барботажнош прохождения углекислого газа через слой продувочной воды происходило насыщение последней углекислотой и, как следствие этого, изменение форм щелочности. Ввиду того, что в промышленных условиях возможны режимы прокачки парогазовой смеси с относительно небольшим содержанием диоксида углерода, или при малом времени контакта газа с раствором, значительное внимание в этой части лабораторного эксперимента уделялось выбору оптимальных условий смешения сред и выбору типа распределительных устройств.

В результате эксперимента было установлено, что наиболее простым распределительным устройством, обеспечивающим устойчивый развитый двухфазный слой является тонкий металлический лист с отверстиями круглой формы. Вторая серия опытов проводилась для различных температур исходного раствора (продувки испарителей) общей щелочностью 86 мг-экв/л (ОН" = 70мг-экв/л;СО|~ =16мг-экв/л). Результаты эксперимента (рис. 6) показали, что глубина протекания процесса рекарбонизации продувки диоксидом углерода зависит от температуры и времени контакта газа в раствором.

В четвертой главе проведен анализ эффективности работы многоступенчатых испарительных установок (МИУ) при работе их как на при-

100

90

■О

родных так и на сточных водах ТЭС.

Рассмотр

■а

енные в гл.2 схемы с утилизацией сточных вод базируются на термическом методе водоподготовки с

о

5

10

15 Т, МИН

использованием

вертикально'

Рис. 6. Изменение формы щелочности при рекарбонизации продувки диоксидом углерода:

—о—1=60°С —х—1=50°С —о— 1=30°С

трубчатых испарителей. На рис. 7 приведена схема

унифицирован-

Рис. 7. Схема унифицированной автономной испарительной установки: И-испаритель; Д-деаэратор; РД-расшириТель дистиллята; ПД-подогреватель дистиллята; ППВ-подогреватель питательной воды; ПХОВ-подогреватель химочшценной воды; ПСВ-подогреватель сырой воды (технологический теплообменник); ХВО-химводоочистка

ной автономной испарительной установки, полностью «замкнутой на себя», (т.е. без отвода тепла из схемы с избыточным паром). Испарительная установка должна эксплуатироваться в широком диапазоне изменения производительности, что реализуется обычно изменением давления греющего пара. Однако для МИУ, имеющей регенеративные подогреватели, необходимо учитывать, что при их отключении (по различным причинам) увеличивается удельный расход избыточного низкопотенциального пара. Для установки «замкнутой на себя», когда весь избыточный пар утилизируется в схеме МИУ, это приведет к росту давления пара в последнем корпусе установки и к значительному снижению ее производительности. То же самое будет наблюдаться на МИУ не «замкнутой на себя» при невозможности увеличить на ТЭС нагрузки низкопотенциальных потребителей тепла. Для обеспечения высокой устойчивости и управляемости МИУ в условиях реальной эксплуатации представляется целесообразным установка на МИУ технологического теплообменника, предназначенного для утилизации избыточного низкопотенциального тепла как в расчетном, так и нерасчетном режимах эксплуатации.

В качестве такого теплообменника целесообразно использовать водо-водяной теплообменник, а охлаждаемой средой - питательную воду МИУ, взятую после деаэратора. При этом через подогреватель химочищенной воды (ПХОВ) и деаэратор МИУ прокачивается большее количество воды, чем требуется для получения дистиллята. Затем это дополнительное (избыточное) количество воды охлаждается в технологическом конденсаторе, в качестве которого может использоваться подогреватель сырой воды

(ПСВ). Наличие такого теплообменника позволяет существенно повысить маневренные характеристики МИУ и исключить резкое снижение ее производительности при отключении регенеративных подогревателей и других эксплуатационных изменениях в схемах установки.

Для анализа изменений основных характеристик МИУ при различных режимах ее работы целесообразно создать диаграмму режимов работы конкретной установки. Для этого была разработана методика теплового расчета МИУ, которая позволяет определить основные показатели и эксплуатационные характеристики установки.

Суть данной методики заключается в том, что на базе уравнений теплового баланса выведена рекурентная зависимость для расчета температурного напора Д1 любого корпуса многоступенчатой испарительной установки.

где кг коэффициент теплопередачи в ¡-ом корпусе установки, кВт/(м2оС);

Р,- теплообменная поверхность I -го корпуса, м2; Л!,- температурный напор в 1 -ом корпусе установки, °С.

д. •©,.+!)„.(/;;-/»;) (5)

где /)ие,- - расход питательной воды 1 -го корпуса, кг/с;

0, - недогрев питательной воды до температуры вторичного пара и его

конденсата в 1 -ом корпусе, кДж/кг;

Ср - теплоемкость питательной воды, кДж/(кг °С);

н I

Л,-энтальпии вторичного пара и его конденсата в \ -ом корпусе, кДж/кг.

Рекуррентная зависимость ( 4 ) задает числовой ряд с первым членом, равным температурному напору в первом корпусе установки Д^. Выразив каждый член этого ряда через его первый член и учитывая то, что суммарный перепад температур на установку определяется с одной стороны суммой температурных напоров всех корпусов, а с другой стороны -разностью температур насыщения, соответствующих давлений греющего пара первого корпуса и вторичного пара последнего корпуса, можно определить температурный напор в первом корпусе. ¡=1

А'г = —(6)

¡=1 2

Таким образом для заданных давлений греющего и вторичного пара МИУ по вышеописанной методике определяются давления и температуры пара в корпусах установки (значениями коэффициентов теплопередачи в корпусах к, и значениями А; в первом приближении задаемся).

Используя выше приведенную методику теплового расчета испарителей, можно рассчитать и представить диаграмму режимов работы любой схемы МИУ. На рис. 8 приведена диаграмма режимов шестиступенча-той МИУ производительностью 100 т/час. В первом квадранте изображена зависимость производительности МИУ от давления греющего пара (при условии «замкнута на себя» МИУ). Нижняя кривая показывает производительность МИУ при нулевом расходе через технологический теплообменник. Производительность МИУ при расходе через технологический теплообменник равном 0,1 и 0,2 от номинального )представлена двумя верхними кривыми. Во втором квадранте диаграммы режимов показано уменьшение производительности МИУ при отключении одного из подогревателей питательной воды. В третьем квадранте показано уменьшение производительности МИУ при отключении одного из подогревателей дистиллята или всей системы подогрева дистиллята.

При отключении одной из секций МИУ (трех первых или трех последних ступеней) практически невозможно без существенного увеличения количества воды, прокачиваемой через технологический теплообменник, избежать избытков вторичного пара. Кривые, приведенные в четвертом квадранте диаграммы режимов, показывают уменьшение производительно-

Рис. 8. Диаграмма режимов шести ступенчатой МИУ

сти МИУ при отключении одной из секций при условии, что от МИУ отводится вторичный пар в количестве 10 т/ч.

Таким образом, составив диаграмму режимов работы конкретной реальной схемы МИУ, можно проводить анализ изменения основных характеристик установки при различных режимах ее работы.

В пятой главе приводятся результаты испытаний основных технологических узлов опытно-промышленной ВГТУ Саранской ТЭЦ-2, а также исследуются пути совершенствования технологии с целью повышения ее надежности и экологичности.

На основании положительных результатов лабораторных исследований по регенерации натрий-катионитных фильтров восстановленным из продувки МИУ раствором соли, была смонтирована опытно-промышленная установка (модуль) на Саранской ТЭЦ-2, включающая в себя узел приготовления регенерационного раствора, натрий-катионитную установку, испарительную установку с узлом рекарбонизации. Производительность модуля - 100т/час.

Условия проведения и стадии промышленного эксперимента также соответствовали условиям и стадиям лабораторного.

На первом этапе были определены основные факторы, влияющие на глубину протекания процесса при подкислении продувочной воды МИУ и на интенсивность выпадения коллоидного осадка. Выявлено, что оптимальная доза кислоты соответствует величине рН= (6,5+8,0), при этом выделяется максимальное количество коллоидного осадка и идет снижение концентраций коллоидных примесей (железа, силикатов, фосфатов) и органических соединений , что полностью соответствует результатам лабораторного эксперимента. Однако в промышленных условиях объем образовавшегося коллоидного осадка при подкислении продувки сравнительно небольшой: после суточного отстоя он составил (2+5)% от исходного объема. ИК-спектрометрия осадка показала, что основным компонентом является 8Ю2 х и-Н20.

Исследования по фильтрации подкисленного и осветленного раствора через механический сульфоугольный фильтр (второй этап опытно-промышленного эксперимента) не дали однозначной картины по снижению концентраций коллоидных примесей, однако в целом фильтрация дает положительный эффект по сглаживанию «пиков» концентраций компонентов при оптимальной величине рН= 7+8.

Третий этап опытно-промышленного эксперимента был посвящен исследованию основных показателей работы натрий-катионитного фильтра при регенерации его нейтрализованной продувкой испарительной установки. Режим регенерации подбирался близким к лабораторному. Исследовались два вида катионита: сульфоуголь СК-1 и Р1Ж0ЫТЕ марки С-100. Результаты представлены на рис. 9 и 10, из которых видно, что промышленные и лабораторные результаты хорошо согласуются: при концентрации регенерационного раствора (3 + 5)% по масе, скоростях фильтрации (7 + 8)

ж,

мг-экв/л 200Г

100

/ 4 У> // / > . \ Т^Ч 2 «ч NN

10

20

30

40

50

60

У,м3

м/час средние обменные емкости катеонитов составили 200 г-экв/м3 и 1100 г-экв/м для СК-1 и РШЮЫТЕ С-100 соответственно. При этом средний удельный расход соли составил для СК-1 -6,75 г-экв/г-экв и для РШЮЫТЕ С-100 -1,86 г-экв/г-экв.

Кроме этого в рамках промышленного эксперимента проведено исследование по изменению концентрации коллоидных примесей в процессе регенерации фильтра, загруженного катионитом Р1Ж01ЛТЕ С-100. Определено, что содержащиеся в реге-нерационном растворе примеси ( Ре, РО]~, БЮ1~ ) и органические соединения не снижают обменной емкости катионита, так как транзитом проходят через фильтрующий материал и выводятся с отработанным регенерационным раствором и отмы-вочной водой.

Четвертый этап промышленных испытаний посвящен исследованию процесса рекарбонизации концентрата МИУ сдувочной парогазовой смесью корпусов испарителей.

В технологическом цикле продувка МИУ собирается по двум самостоятельным линиям в баке сбора концентрата МИУ: по линии непрерывной

Рис. 9. Выходные кривые регенерации сульфоугля СК-1:

Еретр.р./Еистош^ 199/156 г-экв/м'; Ер», МУЕ„СТ„,„=209/233 г-экв/м'

Ж, мг-экв/л

Рис. 10. Выходные кривые регенерации катионита РШШЫТЕ С100:

1 - 7-номер фильтроцикла; О-® - 2 ' *-6

А - 4,7 а - 5

\У=6,5 м/ч - для 1,2,3; \У=8 м/ч - для 4,5,6,7

Непрерывная продувка

. ^ . Лоток сбора

концентрата

Перелив 6=

I

Пер додическая-I родувка

царогаэоьая смесь"-

ЮЕ

В химцех

У

Рис. 11. Схема опытно-промышленного узла рекарбонизации продувочной воды МИУ

продувки корпусов через пробоотборные точки концентрата и по линии периодической продувки корпусов (рис. 11).

Сдувочная парогазовая смесь из 2-го, 3-го и 4-го корпусов МИУ отводится из греющих секций каждого корпуса и направляется в бак под нижний уровень воды.

Испытания проводились в двух режимах: статическом и динамическом. В статическом режиме

бак заполнялся продувочной водой, которая перемешивалась циркуляционным насосом. Затем включалась подача сдувочной газовой смеси из корпусов испарительной установки.

В динамическом режиме одновременно шло заполнение бака продувочной водой через пробоотборные точки и подача газовой смеси из системы отвода неконденсирующихся газов. Средний расход продувочной воды составлял 0,5 м3/час; объем ее -20м3 (определялся уровнем перелива). Результаты испытаний (рис.12) показали, что в статическом режиме рекарбонизация до необхо-

со,1-, оп-,

димого

(СО,2"

Рис. 12. Изменение формы щелочности в статическом режиме рекарбонизации продувки

уровня 0#~) проходила приблизительно за 20 часов. В динамическом режиме - процесс рекарбонизации резко ухудшался.

Таким образом установлено, что для газовой смеси с низким содержанием диоксида углерода требуется длительное время контакта с щелочным раствором продувки.

При эксплуатации испарительных установок на минерализованных и органосодержащих сточных водах особенное внимание необходимо уделить исследованию процесса выноса в дистиллят органических потенциально-кислых соединений, способных в условиях высоких температур и давлений приводить к интенсивной коррозии конструкционных материалов. В качестве объектов исследования выбраны две ТЭЦ с термическим методом подготовки добавочной воды: ТЭЦ-7 АО «Ленэнерго», где с 1995 г. находится в эксплуатации МИУ производительностью 120 т/час и паро-преобразовательная установка (ППУ), работающие на умягченной воде р. Невы и Саранская ТЭЦ-2 АО «Мордовэнерго», где с 1991 года МИУ производительностью 100 т/час переведена на питание умягченными сточными водами ТЭЦ. Опыты проводились путем анализа тщательно отобранных проб разных потоков рабочего тела в период 1995-1997 г.г.

В качестве анализатора использовался ионный хроматограф DIONEX 4000 1 с высокой разрешающей способностью. Методом градиентного элюирования определялись следующие вещества: фториды ( F ), уксусная кислота ( Ас ), муравьиная кислота ( Form), хлориды ( С1), нитраты (N03), фосфаты (Р04) и сульфаты ( S04).

Вопрос о допустимых концентрациях органически кислых веществ в перегретом паре, вызывающих коррозионные разрушения в турбине, пока остается открытым. Здесь можно лишь ориентироваться на опубликованные данные, в частности, по ТЭЦ-22 АО «Мосэнерго», получающей добавочную воду на установке химического обесссшивания, где попадание «органики» в пароводяной тракт с добавочной водой приводило к коррозии лопаток турбины Т-100-130.

В табл. 3 приведены опытные данные по содержанию органических примесей в термически обессоленной воде на исследуемых энергетических объектах.

Таблица 3. Содержание органических примесей в дистилляте

МИУ, питательной воде и перегретом паре котлов

№ Показа- Размер- ТЭЦ-7 АО «Ленэнерго Саранская ТЭЦ-2

п/п тель ность Дис. МИУ Пар ППУ Пит. вода Дис. МИУ Пит. . вода Пер. пар

1 F мкг/кг <2 <2 3.3 8.9 26.5 15.1

2 Ас мкг/кг 20.9 37.3 4.5 <2 6.8 8.0

3 Form мкг/кг <2 34.0 2.2 <2 <2 <2

4 СГ мкг/кг 4.0 8.8 7.0 68.6 85.6 16.6

5 NO," мкг/кг <2 <2 <2 <2 <2 <2

6 Р04г мкг/кг <2 <2 <2 <2 <2 <2

7 S042- мкг/кг 18.4 29.2 12.5 8.7 12.0 <2

Полученные результаты позволяют сделать заключение, что для условий эксплуатации термических ВПУ (Саранской ТЭЦ-2 и ТЭЦ-7 Ленэнерго) содержание потенциально кислых веществ не достигают опасных с точки зрения коррозии значений по сравнению с ТЭЦ-22 АО «Мосэнерго»,

где суммарное содержание органически кислых соединений составляют соответственно 110, 310 и 960 мкг/кг в добавочной обессоленной воде, питательной воде котлов и перегретом паре.

ВЫВОДЫ

Основными результатами работы следует считать:

1. Предложена методика анализа и обоснована рациональная технологическая схема термохимической ВПУ с замкнутым циклом регенерации.

2. При исследованиях на реальных технологических водах и растворах выявлены основные факторы, влияющие на глубину и интенсивность процессов, в частности, для обработки продувок МИУ выявлен оптимальный диапазон подкисления в пределах величины рН = 6,5+8,0.

Для регенерации катионита восстановленным из продувки МИУ раствором соли:

- подобраны оптимальные концентрации регенерационного раствора, с учетом соотношения сульфатов н хлоридов, которые составили 3,5+4,0% по массе;

- определены значения рабочих обменных емкостей для отечественного катионита СК-1 и распространенного импортного катионита Р1Ж01ЛТЕ (аналогия отечественного КУ-2), которые составили соответственно 220 г-экв/м3 и 1100 г-экв/м3 при оптимальных скоростях фильтрации 7 + 8 м/ч.

3. Промышленные испытания предложенной технологии на опытно-промышленном модуле Саранской ТЭЦ-2 подтвердили результаты лабораторных исследований, а также позволили выявить новые технологические факторы исследуемых процессов: в частности, что наличие примесей в регенерационном растворе, приготовленном из продувки МИУ, не мешают процессу регенерации натрий-катионитного фильтра и не снижают его рабочей обменной емкости.

4. Предложена методика расчета многоступенчатых испарительных установок, которая позволит оценить основные показатели и эксплуатационные характеристики МИУ.

5.Выявлена принципиальная возможность коррекции щелочного соотношения продувки МИУ барботажем газовой смеси, содержащей диоксид углерода; определен тип смешивающего устройства и время контакта газовой смеси с раствором.

6. Исследован вынос потенциально-кислых веществ со вторичным паром МИУ. В рамках этого аспекта проведенные исследования позволяют сделать заключения, что для условий эксплуатации термохимических ВПУ (Саранская ТЭЦ-2, ТЭЦ-7 Ленэнерго) содержание потенциально-кислых веществ в дистилляте МИУ , питательной воде и перегретом паре не достигают опасных с точки зрения коррозии значений.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы:

1. Седлов A.C., Васина Л.Г., Ильина И.П. Многократное использование сточных вод в схеме водоподготовки //Теплоэнергетика.-1987.-№9.-С.57-59.

2. Седлов A.C., Шищенко В.В., Егоров C.JI.,Ильина И.П. Термическая во-доподготовка и переработка сточных вод для производств с высокими экологическими показателями //Промышленная энергетика.-1993.-№7,-С. 18-22.

3. Седлов A.C., Шищенко В.В., Фейзиев Г.К., Ильина И.П. Исследование и отработка процесса использования продувочной воды многоступенчатой испарительной установки в цикле водоподготовки //Теплоэнергетика.-1991 .-№7.-С.22-26.

4. Седлов A.C., Абрамов А.И., Ильина И.П. и др. Разработка термических водоподготовительных установок для промышленных и промышленно-отопительных ТЭС // Вестник МЭИ.-1995.-№5.-С. 19-23.

5. Седлов A.C., Шищенко В.В., Чебанов С.Н., Ильина И.П. Малоотходная технология переработки сточных вод на базе термического обессалива-ния //Вестник МЭИ.-1995.-№3.-С.23-28.

6. Патент №2074122 РФ, МКИ3 С02 1/42. Способ термического обессоли-вания воды /A.C. Седлов, В.В. Шищенко, И.П. Ильина, E.H. Потапкина (РФ). -4С.

Псч. л. IZS Тираж (00 Заказ ХЮ-9

Типография (МЭИ, Красноказарменная, 1,3.