автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Ресурсосберегающая технология утилизации продувочной воды испарителей водоподготовительной установки ТЭС на базе электромембранных модулей

На правах рукописи

КОРОЛЕВ АЛЕКСАНДР ГЕННАДЬЕВИЧ

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ УТИЛИЗАЦИИ ПРОДУВОЧНОЙ ВОДЫ ИСПАРИТЕЛЕЙ ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ТЭС НА БАЗЕ ЭЛЕКТРОМЕМБРАННЫХ МОДУЛЕЙ

Специальность 05.14.14 — Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань-2013

005532485

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном учреждении науки Казанский научный центр Российской академии наук Исследовательском центре проблем энергетики (Академэнерго) и в федеральном государственном бюджетном учреждении высшего профессионального образования «Казанский государственный энергетический университет» (КГЭУ).

Научный руководитель: Чичирова Наталия Дмитриевна

доктор химических наук, профессор

Официальные оппоненты: Шарапов Владимир Иванович

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный технический университет», заведующий кафедрой «Теплогазо-снабжения и вентиляции»

Москаленко Николай Иванович

доктор физико-математических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Казанский государственный технический университет», профессор кафедры «Котельные установки и парогенераторы»

Ведущая организация: ОАО «ВНИПИэнергопром», г.Москва

Защита состоится «4 » июля 2013 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.082.02 при ФГБОУ ВПО Казанский государственный энергетический университет по адресу: 420066, г.Казань, ул.Красносельская, д.51, зал заседаний Ученого совета (Д-223).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет».

Автореферат разослан «3» июня 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.082.02 Ок кандидат химических наук, профессор ^ етс

Э.Р.Зверева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Функционирование тепловой электростанции (ТЭС) характеризуется потреблением большого количества природной воды и сбросом сточных вод разного уровня загрязненности. Основным источником сбросов являются водоподготовительные установки (ВПУ).

Минимизация сбросов сточных вод требует повышения коэффициента во-дооборота на тепловых электрических станциях, т. е. создания малоотходных и безотходных схем водопользования. Это должно быть реализовано не только путем усовершенствования многих существующих технико-экономических решений по обработке воды различного состава, необходим также учет экономического влияния примесей технологических потоков, используемых реагентов и конкретные экономическая и социологическая оценки ущерба, причиняемого окружающей среде в результате сбросов.

Реализация концепции создания экологически безопасной ТЭС возможна по двум направлениям.

Первое направление основано на разработке и внедрении экономичных и экологически совершенных технологий подготовки добавочной воды парогенераторов и подпиточной воды теплосети. В этом аспекте разработка эффективных технологических схем водоприготовления на ТЭС с сохранением базисного оборудования является наиболее перспективным направлением, отвечающим поставленным требованиям, в особенности там, где речь идет о расширении и реконструкции функционирующих установок.

Второе направление связано с разработкой и внедрением технологий максимально полной переработки и утилизации образующихся сточных вод с получением и повторным использованием в цикле станции исходных химических реагентов.

Наиболее перспективной является электромембранная технология обработки воды, позволяющая исключить сбросы солей и потребление воды на собственные нужды водоподготовительных установок.

Результатом внедрения разработок с использованием электромембранной технологии является создание замкнутых производственных циклов при минимизации производственных отходов, сокращение удельного потребления природных ресурсов и энергии.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ (госконтракты № 14.В37.21.0335, №14.В37.21.0658) в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» за 2012-2013 годы.

Цель работы - практическая реализация концепции создания бессточной замкнутой системы водопользования на ТЭС на базе электромембранных модулей.

Задачи работы:

• анализ системы водопользования ТЭС на примере Казанской ТЭЦ-3;

• определение истинного состава продувочных вод испарителей термо-обессоливающего комплекса;

• разработка технологии переработки высокоминерализованных продувочных вод испарителей на базе «хвостовой» электромембранной установки;

• создание и внедрение опытно-промышленной установки утилизации продувочных вод испарителей;

• проведение промышленного эксперимента по получению щелочного и умягченного растворов из производственного стока на опытно-промышленной установке;

• разработка документации по эксплуатации установки.

Научная новизна. Для ТЭС с ионитной и термической ВПУ предложены технологические схемы, обеспечивающие бессточность работы ВПУ.

Разработаны технологические решения, позволяющие с использованием «хвостовых» электромембранных модулей перерабатывать продувочную воду испарителей и повторно использовать получаемые ценные компоненты в цикле ВПУ.

На базе электромембранных модулей разработаны схемные решения, позволяющие в результате переработки продувочной воды испарителей выделить ценные сырьевые компоненты, повторно используемые в производственном цикле.

Впервые получены экспериментальные данные опытно-промышленных испытаний электромембранной технологии переработки высокоминерализованных стоков с получением умягченного солевого и щелочного растворов.

Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечивается: в теоретическом плане - использованием научно-обоснованных моделей и методов расчета процессов и аппаратов; в практическом плане - согласованием результатов расчетов с экспериментальными данными промышленных испытаний, выполненных в настоящей работе, и литературными данными. Практическая ценность работы и внедрение её результатов. Результаты исследований, а также разработанные схемы могут быть использованы при создании малоотходных комплексов водопользования как на существующих ТЭС РФ и других производствах в процессе их реконструкции, так и при сооружении новых.

На Казанской ТЭЦ-3 реализована электромембранная технология переработки стоков термообессоливающей установки с извлечением умягченного солевого и щелочного растворов, о чем получен акт внедрения.

За счет повторного использования полученных продуктов в технологическом цикле создан замкнутый цикл водопользования с полным исключением стоков.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Электромембранная технология переработки высокоминерализованных щелочных стоков испарителей с использованием «хвостовой» электромембранной установки.

2. Технологические схемы утилизации высокоминерализованных отходов с получением повторно используемых компонентов на ТЭЦ - щелочного и

умягченного растворов.

3. Конструкция электромембранной установки (ЭМУ).

4. Результаты опытно-промышленных испытаний по получению щелочного раствора из стоков водоподготовительной установки Казанской ТЭЦ-3.

5. Оценка технико-экономической эффективности разработанной технологии.

Личный вклад автора. Основные результаты получены автором лично под руководством д-ра хим.наук, проф. Чичировой Н.Д.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на молодежных международных научных конференциях «Тинчуринские чтения» (Казань, КГЭУ, 2009 г., 2010 г.), III Всероссийском конкурсе молодых специалистов инжинирингового профиля в области энергетики (Дивноморское, Краснодарский край, 2009г.), шестнадцатой и семнадцатой международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов: Радиоэлектроника, электротехника, энергетика (Москва, МЭИ, 2010 г., 2011 г.), VII Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН В.Е. Алемасова (Казань, 2010 г.), международной молодежной научной конференции «XVIII Туполевские чтения» (Казань, 2010 г.), IV молодежной научно-практической конференции ОАО «Генерирующая компания» (Казань, 2009 г.), I молодежной научно-практической конференции ОАО «ТГК-16» (Нижнекамск, 2010 г.), молодежной научно-практической конференции ОАО «Тат-энерго» (Казань, 2010 г.), XV и XVI международных научно-технических конференциях «Состояние и перспективы развития электротехнологий» (Бенардо-совские чтения) (Иваново, ИГЭУ, 2009 г., 2011 г.), международной научной конференции «Современные научно-технические проблемы теплоэнергетики и пути их решения» (Саратов, СГТУ, 2010 г.), XIII Всероссийском студенческом семинаре «Энергетика: эффективность, надежность, безопасность» (Томск, 2011 г.), международной молодежной конференции по естественно-научным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу - творчество молодых» (Йошкар-Ола, 2011 г.)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано шестнадцать печатных работ, из них три в периодических изданиях из перечня ВАК Минобр-науки РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, заключения, акта о внедрении технологии на Казанской ТЭЦ-3 и списка литературы из 158 наименований. Диссертация изложена на 173 страницах машинописного текста, содержит 57 рисунков и схем, 25 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой проблемы, цели и задачи исследования, изложены научная новизна, практическая значимость работы, основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен обзор литературы, в котором рассмотрены основные направления создания экологически безопасных ТЭС, а также результаты практической реализации электромембранных технологий на тепловых электрических станциях.

Приведены данные промышленных испытаний и результаты практического использования технологии электромембранной обработки воды на ряде действующих ТЭС. Отмечено, что, как правило, все исследования были посвящены использованию электромембранных аппаратов (ЭМА) в схемах обессоливания воды для восполнения потерь в цикле ТЭС. Однако, невысокая производительность используемых аппаратов и потребность в предварительной очистке, затраты на которую в ряде случаев превышают затраты на проведение процесса электромембранной обработки, увеличивает себестоимость подготовленной воды и не позволяет рекомендовать эту технологию в качестве альтернативы методам подготовки обессоленной воды, используемым в настоящее время на ТЭС.

Результаты применения электромембранных процессов в схемах утилизации стоков ТЭС весьма малочисленны и, как правило, не выходят за стадию опытно-промышленных исследований.

Задача создания бессточной ТЭС с использованием «хвостовых» ЭМУ для выделения ценных компонентов и возврата их в технологический цикл станции в

литературе не рассматривалась.

Во второй главе рассмотрены этапы реализации бессточной технологии водоподготовки, реализованные на Казанской ТЭЦ-3.

Рис. 1. Принципиальная схема водоподготовки, реализованная на Казанской ТЭЦ-3: СОО - система оборотного охлаждения; СВ - сырая вода; ОС - осветлитель; БИКВ - бак известково-коагулированной воды; БСВВ - бак сбора вод взрыхления; Б-Н - бак нейтрализатор; МФ - механические фильтры; БОВ -бак осветленной воды; Нпрел, Hi - водород-катионитные фильтры; А, - анионитные фильтры; Na,, Nan - натрий катионитные фильтры I и 2 ступени; БНЩ СВ - бак накопления щелочных сточных вод; БЩСВ - бак щелочных сточных вод; BNaKB - бак натрий катионированной воды; ВДА - вакуумный деаэратор; ИМВ -испаритель мгновенного вскипания; ДА - деаэратор атмосферный; МИУ

- многоступенчатая испарительная установка; БПП - бак периодической продувки; БНП - бак накопления продувки; БРР - бак регенерационного раствора; СМ -смеситель; ЦШУ - центробежный шламоуловитель; Б-Р - бак реактор; БССВ - бак сбора сточных вод; Кр - кристаллизатор; КрН - кристаллизатор-нейтрализатор; БЖСВ - бак жестких сточных вод; ТХУ - термохимический умягчитель.

В процессе создания бессточной технологии водоподготовки Казанской ТЭЦ-3 необходимо выделить три основных этапа.

I этап: Оптимизация работы СОО и реконструкция оборудования химического цеха. На данном этапе с целью сокращения объема потребления речной воды было принято решение использовать воду СОО в качестве исходной воды для нужд химводоочистки (ХВО). Тем самым была исключена необходимость периодической продувки СОО и сброс продувочной воды.

ХВО Казанской ТЭЦ-3 состоит из двух очередей: I очередь имеет схему с параллельным включением фильтров - «гребенка», II очередь, с включением фильтров в «цепочку». Обессоливание на I и II очередях выполняется одинаково последовательным пропуском воды через ионитные фильтры первой и второй ступени. Принципиальным отличием является процесс регенерации фильтров. На цепочках смонтирована средняя дренажная система для организации прямоточно-противоточного ионирования с повторным использованием кислых и щелочных регенерационных растворов. Это позволило сократить удельные расходы реагентов кислоты и щелочи на регенерацию фильтров в 2 раза. Расход известково-коагулированной воды и частично обессоленной воды на собственные нужды «цепочек» снизился более чем в 2 раза.

II этап: Внедрение термообессоливающего комплекса (ТОК). Первоначально работа комплекса планировалась на сточных водах ХВО и промливне-вой канализации. Ввиду быстрого заноса греющих секций испарителей от этой идеи отказались и перевели его питание умягченной водой. ТОК производительностью 350 т/ч деминерализованной воды состоит из двух цепочек МИУ по 6 испарителей в каждой и двух ИМВ. Основным преимуществом ТОК является низкое (порядка 8%) потребление воды на собственные нужды и отсутствие необходимости использования химических реагентов.

III этап: Ввнедрение «Установки утилизации сточных вод ХВО». Проведенные реконструкции ХВО и внедрение ТОК не позволяли исключить сброс стоков. Поэтому была разработана комплексная схема переработки минерализованных сточных вод с повторным использованием их в цикле станции, получившая название «Установка утилизации сточных вод ХВО». Основная задача - комплексная переработка высокоминерализованных сточных производственных вод ТОК (продувка испарителей) и ХВО (кислые и щелочные стоки), для использования их в качестве исходной воды ТОК с получением дистиллята для питания энергетических котлов и раствора натриевых солей для регенерации Na-катион итовых фильтров (вместо привозных реагентов). Данная технология разработана специалистами Московского энергетического института во главе с д-ром техн. наук, проф. Седловым A.C. и ОАО «ВНИПИэнергопром» во главе с д-ром техн. наук, проф.

Шищенко В.В., которые являются основными идеологами создания мапосточных технологий в России.

Однако в процессе реализации описанной технологии образуется избыточное количество продувочной воды ТОК, составляющее в среднем 0,8 м3/ч.

Для полного прекращения сброса сточных вод ВПУ необходимо решить вопрос с утилизацией данного избыточного количество продувочной воды

испарителей. _ I

В третьей главе определен истинный солевой состав продувочной воды испарительной установки. Обычные методы анализа не применимы в связи с большой погрешностью анализа. Поэтому для определения состава продувочной воды был применен метод рН метрического титрования.

По данным анализа продувка представляет собой концентрированный раствор, содержащий в основном натриевые соли: сульфаты, хлориды и гидро-ксиды. Общее солесодержание продувки-30 - 70 г/л.

Также, продувочная вода содержит большое количество малорастворимых примесей: соединения железа, меди, кремния. Кроме того, присутствуют природные высокомолекулярные органические соединения.

Все названные примеси содержатся большей частью в коллоидном состоянии, либо будут переходить в коллоидное состояние в процессе обработки воды. Отсюда следует необходимость отделения мало- и нерастворимых примесей до и в процессе обработки.

испарителей.

Следует обратить внимание на высокое содержание щелочи и щелочных компонентов (карбонат натрия) в продувке. Щелочь и сода - дорогостоящие продукты, которые широко используются на ВПУ ТЭС. Отметим также практически полное отсутствие ионов жесткости. В связи с чем была сформулирована идея разделения продувочной воды на щелочной и умягченный растворы и их использования в цикле станции. Ранее были разработаны лабораторные методы электромембранной переработки различных жидких отходов ТЭС, которые изложены в наших совместных работах с Вафиным Т.Ф. и представлены в его диссертационной работе.

Для утилизации избытка продувочной воды испарителей разработана технология с использованием в качестве основного элемента электромембранных аппаратов.

■ примеси

Общ« сомсодержамие......17 - Л г/я Жем»....................0,005 - 0,02 г/я

рН........................13,0-13,7 Мед»........................0 ¿-и»/»

Нлрий.....................5-<0 г/я Кр»вясма« юклота............0,2-0,5 г/я

Срфты..................10 - 30 г/я Шактя ищкта........0,09 - 0,15 г/я

Хлориды...................2 - 5 г/я Нмрт......................0,1 - 03 г/я

Нтрпщ...................0,5 - 2 иг/» Карбонаты..................0« - 0,1 г/я

Рис. 2. Солевой состав продувочной воды

Определен минимально необходимый перечень контролируемых параметров: pH, удельная электропроводимость (УЭП), общая щелочность (LLU, щелочность по фенолфталеину (Щфф), хлориды общие (С1), окисляемость перман-

ганатная (О,), железо общее (Fe).

На первой ступени происходит частичное отделение щелочи от исходного раствора в ЭМА с катион- и анионооб-менными мембранами. Поскольку селективность процесса невысока, в качестве продукта возможно получение щелочного раствора, содержащего соли исходного раствора.

На ЭМА первой ступени получается концентрированный щелочной раствор и ди-люат I. Последний представляет собой более разбавленный раствор исходных солей и оставшейся щелочи. Дипюат I является исходным раствором для ЭМА второй ступени.

ЭМА второй ступени собран с биполярными мембранами и служит для разделения раствора солей на щелочной и кислый растворы. В качестве продуктов на второй ступени образуется дилюат II, представляющий собой более разбавленный раствор исходных солей, неконцентрированные растворы щелочи и смеси кислот.

Дилюат III используется для получения щелочного и кислого растворов на II ступени ЭМУ.

Дилюат II направляется на ЭМА третьей ступени, щелочной раствор - на концентрирование на I ступень или в ЭМА-концентратор щелочи. Кислый раствор, содержащий смесь серной, соляной и азотной кислот, направляется потребителю.

На ЭМА III ступени осуществляется процесс концентрирования-обессоливания дилюата II с получением частично обессоленной воды с концентрацией солей примерно 0,3 г/л (дилюат III) и концентрата.

В схеме (рис.3) используется 3 аппарата с суммарным потреблением электроэнергии 100 кВт ч на 1 тонну обрабатываемого раствора.

В результате обработки образуется 0,4 т щелочного раствора (5% щелочи, 1 % солей) и 0,6 т кислого раствора (1,2 % кислот, 1 % солей).

Промышленный сток

Рис. З.Схема утилизации продувки испарителей с использованием ЭМА и получением щелочного и кислого растворов (сокращенная):

I - ЭМА для отделения щелочи; II - ЭМА с биполярными мембранами; III - концентри-оование. обессоливание.

Представленная схема достаточно гибкая. Возможно последовательное сокращение ступеней, начиная с последней. Если убрать третью ступень ЭМА, частично обессоленную воду для II ступени можно забирать с ВПУ ТЭС. Эквивалентное количество воды в виде дилюата II (раствор натриевых солей) направляется на подпитку теплосети. Таким образом, происходит обмен водой

Дип„а1Щ между водоподготовительной

П|х>ду*и>ч>< «ода

I

кщ

Дипта1I

Дилюл Щ

Кони ент рироеан имй щелочной раствор

Кисло гиыи ' Щепо-мои

ряст *О0 ' р*ст*ор

КК II КЩ

* 1 1

К ои(№ и1рироеаниыи

КИСГЮГИЫИ рЦСТВОр

Конце нтри (КМШ ними щегючмсик рее I вор

Рис. 4. Полная схема утилизации продувки испарителей с использованием ЭМА и получением чистых щелочи и смеси кислот: I -ЭМА с биполярными мембранами; КЩ -электромембранное концентрирование щелочи; КК - электромембранное концентрирование кислот.

Продувочная вода испарителей

Концентрированный щелочной раствор

Рис. 5. Схема утилизации продувки с получе нием чистой концентрированной щелочи и солевого раствора: КЩ - концентратор щелочи. Второй продукт - кислый раствор, содержит исходные соли и смесь серной с включениями соляной и азотной кислот. В зависимости от степени разложения

и электромембранной установками. При сокращении третьей и второй ступеней одновременно на ЭМА I ступени возможно получение щелочного раствора и дилюата I. Щелочной раствор отправляется на концентрирование или непосредственно потребителю. Дилюат I (солевой раствор) можно использовать на регенерацию Ыа-катионитных фильтров, на подпитку теплосети или подпитку испарителей.

Для получения более чистой щелочи и более концентрированного кислотного раствора необходимо установить еще один тип ЭМА-концентратор.

В качестве продуктов на ЭМУ получаются щелочной и кислый растворы.

В зависимости от наличия ступени электромембранного концентрирования щелочи, а также степени разложения солей в биполярном ЭМА, концентрация щелочи в щелочном растворе составит от 4 до 8 масс.%. В качестве примесей присутствуют исходные соли - сульфат- и хлорид натрия до 10 % от массы основного вещества.

солей на II ступени электромембранной обработки концентрация кислот может меняться от 0 до 3 %. В предельном случае при полном разложении солей получаются примерно равные количества щелочного и кислого растворов.

При работе по схеме, показанной на рис.4, образуется 0,3 т щелочного раствора (5% щелочи, 0,5 % солей) и 0,7 т кислого раствора (2% кислот, 0,2% солей). В схеме используется 5 электромембранных аппаратов с суммарным потреблением электроэнергии 120 кВт-ч на 1 тонну обрабатываемого раствора.

В схеме на рис. 5 используется 2 аппарата с суммарным потреблением электроэнергии 13 кВт ч на 1 тонну обрабатываемого раствора.

Продуктами переработки продувочной воды испарителей в этом случае являются 0,1 т щелочного раствора (4% щелочи, 2% солей) и 1 т солевого раствора (2,5% исходных солей), используемые в дальнейшем в цикле станции.

Сравнительно невысокие эксплуатационные затраты делают наиболее целесообразным использование схемы, указанной на рис. 5, для утилизации продувочной воды испарителей с получением концентрированного щелочного и умягченного солевого растворов, которые используются в технологическом цикле станции.

В четвертой главе приводится описание принципиальной технологической схемы переработки продувочной воды испарителей с получением чистого раствора щелочи (рис. 6).

Схема состоит из отдельных технологических блоков, размещенных компактно и выполняющих определенную задачу.

Блок переключения подачи продувочной воды размещается в химическом цехе и включает два вентиля переключения подачи продувки - (П1) на установку получения гипса и (П2) на ЭМУ.

Блок накопления и предварительной очистки продувки включает бак-объёмом 4500 л, который предназначен для сбора и накопления продувочной воды испарителей, а также фильтр предварительной очистки продувочной воды испарителей и насос для её перекачки. Фильтр предназначен для удаления из воды мелкодисперсных частиц и взвесей, снижения содержания в воде железа, марганца, удаления из воды хлора, хлорсодержащих примесей и органических соединений. На момент запуска установки загрузка фильтра составляла:

- активированный уголь ЬШгоПп (50л., 25 кг);

- наполнитель - кварц 2-5 мм.

Блок рециркуляции рабочих растворов включает четыре пластиковых бака рабочей емкостью 750 литров. Первый бак заполняется промывочным раствором, представляющим собой 1 % раствор щелочи в воде. Раствор из данного бака используется для непрерывной промывки приэлектродных камер ЭМА. Второй бак первоначально заполняется обессоленной водой. Используется для получения концентрированного щелочного раствора на II ступени обработки и накопления. Третий бак первоначально заполняется обессоленной водой. Используется на I ступени обработки для отделения щелочи от исходного раствора. Бак № 4 заполняется предочищенной продувочной водой испарителей из бака-накопителя продувки.

Умученный раствор

Рис. 6. Принципиальная технологическая схема переработки продувочной воды испарителей с использованием ЭМА:

ЭМА-1 - электромембранный аппарат для отделения щелочи; ЭМА-2 - электромембранный аппарат-концентратор; 1-3 - насосы циркуляции рабочих растворов; 4 - насос для перекачки щелочного раствора; 5 - насос для перекачки умягченного раствора; 6 - насос подачи продувочной воды; Э-1 - Э-12 - запорная арматура в пределах электромембранных аппаратов; Р-1 - Р-25 - запорная арматура в пределах блока рециркуляции рабочих растворов; Б-1 - Б-8 - запорная арматура в пределах блока предварительной очистки и накопления продувки; ОВ-1, ОВ-2 - арматура на линии подвода обессоленной воды; Н-1,2 - арматура на линии перекачки щелочного и умягченного растворов, соответственно; М-1 — М-11 - манометры; Р-1 - Р-3 - ротаметры (расходомеры); Ф-1 - Ф-3 -патронные фильтры.

Блок электромембранных аппаратов включает стадию отделения щелочи от исходного раствора на аппарате ЭМА-1 и стадию концентрирования щелочного раствора на аппарате ЭМА-2. На первой ступени происходит частичное отделение щелочи от исходного раствора. На ЭМА первой ступени получается концентрированный щелочной и умягченный растворы. Последний представляет собой более разбавленный раствор исходных солей и оставшейся щелочи. Щелочной раствор отправляется на концентрирование, а умягченный раствор используется для подпитки теплосети или подпитки испарителей.

Блок перекачки готовых растворов состоит из двух насосов для умягченного и щелочного раствора.

В главе также описаны условия эксплуатации ЭМА. Приведены опи-

С, ммоль/л

■ Ш(2| О №А<2)

80 100 120 140

—/Ынгйнм (Н>А(?))

Рис. 7. Динамика процессов по I ступени в аппарате ЭМА-120/2 - отделителе щелочи.

С, ммоль/л

1 120 -100 ■ 80 • 60 ■ 1 1 |у - -0.0001^ »ОЛЭЫ» . 21 Яв

> \

\ )

—-л —1" СД_

0 1 1 0 2С 0 3 ----+-—к— 0 400 500 600 700

Рис. 8. Динамика процессов в концентраторе (ЭМАК-120).

Рис. 9. Динамика процесса по непрерывно-последовательной схеме электромембранной утилизации продувки испарителей.

сания технологических процессов выделения и концентрирования щелочи и возврата готовых продуктов в производственный цикл.

В пятой главе представлены результаты промышленного эксперимента на ЭМУ.

В ходе эксперимента проводился анализ рабочих растворов в соответствии с разработанной картой химического контроля.

Полученные результаты показывают, что при переработке продувочной воды испарителей на аппарате ЭМА-120/2 диффузат преимущественно переходит в щелочь, количество которой составляет в среднем 60 % исходного содержания в диализате. Селективность разделения щелочи и соли возрастала по времени работы аппарата (рис.7).

При концентрировании происходил полный перенос щелочи из камер дилюата в камеры концентрата. Далее наблюдался процесс разложения воды с получением в камерах дилюата кислоты. Процесс остановили при рН в баке № 2 - 12,85. Содержание щелочи при этом составило 3,54 г/л (рис.8). Ввиду того, что процесс отделения щелочи по I ступени медленный по результатам промышленных испытаний была проведена модернизация технологической схемы ЭМУ и корректировка режима (рис.9).

Изменение технологической схемы и внесение дополнительных элементов позволили перейти на непрерывную схему работы с последовательным включением аппаратов. При этом общая скорость процесса отделения и концентрирования щелочи возросла в 10 раз по сравнению с ис-

ходной периодической схемой. В схему установки добавлены 3 насоса пониженной мощности. В трубной системе добавлены новые линии и вентили, обеспечивающие непрерывную последовательную работу одновременно двух аппаратов. Внесенные усовершенствования позволяют обеспечить работу установки в непрерывном «безлюдном» режиме.

В результате обработки 1 тонны продувочной воды с общим солесодержа-нием 30 кг/т образуется йщ=0,05 тонн щелочного раствора и £><•,= 1,05 тонн чистого солевого раствора. Для реализации процесса используется £>„в = 0,1 тонны обессоленной воды. Расход электроэнергии 13 кВт*ч.

Стоимость образующейся щелочи в пересчете на концентрацию составляет Сщ=3522 руб/т, стоимость получаемого солевого раствора - С, ■/■= 10 руб/т.

Количество неиспользованной продувки составляет около 30 т/сут зимой и около 7,2 т/сут летом. В течение года количество неиспользованной продувки составляет около ОпрМ=8760 т/год. При обработке указанного объема продувочной воды затраты, связанные с использованием обессоленной воды, составляют 3ов= 1,75 тыс. руб/год.

Экономический эффект от использования ЭМУ с учетом затрат на подготовку обессоленной воды составляет 1,5 млн. руб/год и за счет повторного использования извлекаемых продуктов будет увеличиваться пропорционально росту цен на замещаемые реагенты. Экономический эффект при сокращении сброса промышленных стоков будет увеличиваться пропорционально росту ставок платы за негативное воздействие на окружающую среду.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1) Проведен анализ технологической схемы водоподготовки с ионитной и испарительной ВПУ на примере Казанской ТЭЦ-3. Выполнен расчет солевого состава продувочной воды испарителей с использованием данных по качеству воды.

2) Разработаны схемы электромембранной переработки продувочной воды испарителей, позволяющие выделить ценные сырьевые компоненты, повторно используемые в производственном цикле:

- схема получения щелочного и кислотного растворов из продувочной воды испарителей;

- сокращенная схема получения щелочного и кислотного растворов;

- схема получения щелочного и умягченного раствора.

3) На Казанской ТЭЦ-3 внедрена новая технология переработки жидких отходов водоподготовительной установки с получением и повторным использованием в цикле станции умягченного солевого и щелочного растворов. Создан замкнутый цикл, обеспечивающий бессточность технологии водоподготовки ТЭС. Получен акт внедрения.

4) Впервые получены данные опытно-промышленных испытаний электромембранной технологии переработки высокоминерализованных стоков с

получением умягченного солевого и щелочного растворов, позволяющие создать непрерывно-последовательную схему высокой эффективности.

5) Результаты исследований, а также разработанные схемы могут быть использованы при создании малоотходных комплексов водопользования как на существующих ТЭС и других производствах в процессе их реконструкции, так и при сооружении новых.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях из перечня ВАК Минобрнауки России:

1. Чичирова, Н.Д. Экологическая и экономическая эффективность внедрения ресурсосберегающих технологий на тепловых электрических станциях / Н.Д.Чичирова, А.А.Чичиров, А.Г.Королёв, Т.Ф.Вафин // Труды Академ-энерго. - 2010.- №3. - С. 65-71.

2. Chichirova, N.D. Prospects of environmentally friendly thermal power plant development / N.D.Chichirova, A.A.Chichirov, I.H.Gaifullin, A.G.Korolev // Transactions of Academenergo. - 2010- №4.-c.33-53.

3. Чичирова, H.Д. Разработка и создание ТЭС с высокими экологическими показателями / Н.ДЛичирова, А.А.Чичиров, А.ИЛяпин, А.Г.Королёв, Т.Ф.Вафин // Труды Академэнерго. - 2010.- №1. -С. 34-44.

В других периодических изданиях:

4. Фардиев, И.Ш. Опыт создания комплексной малоотходной системы водопользования на Казанской ТЭЦ-3 / И.Ш.Фардиев, И.А.Закиров, И.Ю.Силов, И.И.Галиев, А.Г.Королев, В.В.Шищенко, А.С.Седлов, И.П.Ильина, С.В.Сидорова, Ф.Р.Хазиахметова // Новое в российской энергетике. -2009.- №3 с.30-37.

В материалах конференций:

5. Королев, А.Г. Ресурсосберегающие технологии утилизации продувочных вод испарителей на базе электромембранной установки с возвратом щелочи в цикл станции. // III Всероссийский конкурс молодых специалистов инжинирингового профиля в области энергетики: материалы докладов. с.Дивноморское, Краснодарский край. - 2009. - с.61-71.

6. Вафин, Т.Ф., Королёв, А.Г., Ляпин, А.И. Электродиализная технология разделения продувочной воды на ТЭЦ // XV Международная научно-техническая конференция «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (Бернардосовские чтения): материалы докладов. - Иваново. -2009. - Т.1. - С.205.

7. Вафин, Т.Ф., Королёв, А.Г. Ляпин, А.И. Электродиализная технология переработки сточных вод ТЭС // IV Международная молодежная научная конференция «Тинчуринские чтения»: материалы докладов. - Казань. -2009. - Т.2. - С. 153-154.

8. Вафин, Т.Ф., Королёв, А.Г. Электродиализная установка для утилизации сточных вод ВПУ ТЭС и генерации щелочи // V Международная молодежная научная конференция «Тинчуринские чтения»: материалы докладов. -Казань. - 2010. - Т.2. - С. 167-168.

w

9. Вафин, Т.Ф., Королёв, А.Г. Утилизация стоков испарительной установки с возвратом щелочи в цикл станции // XVI Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлеюроника, электротехника и энергетика»: материалы докладов. - Москва. - 2010. - Т.З. -С.152-153.

10. Вафин, Т.Ф., Королёв, А.Г., Чичирова, Н.Д., Чичиров, A.A. Внедрение электромембранной технологии для очистки стоков Казанской ТЭЦ-3 // VII Школа-семинар молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН В.Е. Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении»: материалы докладов. - Казань.- 2010.- С. 434-436.

11. Вафин, Т.Ф., Королёв, А.Г. Применение электродиализа для переработки сточных вод // XVIII Международная молодежная научная конференция «Туполевские чтения»: материалы докладов. - Казань. - 2010. - Т.2. - С.230-231.

12. Вафин, Т.Ф., Королёв, А.Г. Технология переработки сточных вод ТЭС с применением электродиализа // Международная научная конференция «Современные научно-технические проблемы теплоэнергетики и пути их решения»: материалы докладов. - Саратов. - 2010.- С.176-177.

13. Вафин, Т.Ф., Королёв, А.Г. Ресурсосберегающая технология переработки промышленных стоков на базе электромембранных модулей II XVII Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»: материалы докладов. - Москва. - 2011. - Т.З. - С. 156-157.

14. Вафин, Т.Ф., Королёв, А.Г. Современные технологии в схеме переработки сточных вод ТЭС И XIII Всероссийский студенческий семинар «Энергетика: эффективность, надежность, безопасность»: сборник трудов. - Томск. -2011. - Т.2. - С.101-102.

15. Вафин, Т.Ф., Королёв, А.Г. Бессточные технологии водоподготовки для экологически безопасных ТЭС // XVI Международная научно-техническая конференция «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (Бернардосовские чтения): материалы докладов. - Иваново. - 2011. - Т.2. -С. 105-106.

16. Вафин, Т.Ф., Королёв, А.Г. Принципиальная технологическая схема переработки сточных вод ВПУ ТЭС // Международная молодежная научная конференция по естественнонаучным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу - творчество молодых»: материалы докладов. - Йошкар-Ола. -2011. - С.138-139.

Изд. лиц. № 00743 от 28.08.2000 г.

Подписано к печати 15.04.2010 Формат 60x84/16

Гарнитура «Times» Вид печати РОМ Бумага офсетная

Физ. печ. л. 1.0 Усл.печ.л. 0.94 Уч.-изд. л. 1.0

Тираж 100 экз._Заказ № 4628_

Типография КГЭУ 420066, Казань, Красносельская, 51.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский государственный энергетический университет»

На правах рукописи

04201360471

Королев Александр Геннадьевич

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ УТИЛИЗАЦИИ ПРОДУВОЧНОЙ ВОДЫ ИСПАРИТЕЛЕЙ ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ТЭС НА БАЗЕ ЭЛЕКТРОМЕМБРАННЫХ МОДУЛЕЙ

Специальность 05.14.14 - Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -

д-р хим. наук, профессор Чичирова Н.Д.

Казань-2013 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Оглавление 2

Список использованных сокращений 5

Введение 6

Глава 1. Применение электромембранных технологий на тепловых 10 электрических станциях (обзор литературы)

1.1 Предпосылки освоения современных ресурсосберегающих техноло- 10 гий водопользования на ТЭС

1.2 Конструкции электромембранных аппаратов (ЭМА) 23

1.2.1 3-камерная конструкция ЭМА 23

1.2.2 Многокамерная конструкция ЭМА 24

1.2.3 Основные факторы, влияющие на эффективность работы ЭМА 25

1.3 Применение электромембранных технологий на ТЭС 26

1.3.1 Достоинства и недостатки технологических схем водоподготовки 26 с использованием электромембранных технологий, применяемых на ТЭС

1.3.2 Схема ЭМУ с УЭО-50-4/12,5 27

1.3.3 Схема ЭМУ Кисловодской ТЭЦ 29

1.3.4 Схема ЭМУ Кемеровской ГРЭС 31

1.3.5 Схема ЭМУ Сибтехэнерго 32

1.3.6 Установка ЭОУ-2-Р21К 34

1.3.7 Схемы ЭМУ с применением аппаратов АЭ-25 36

1.3.8 Схема ЭМУ на Уфимской ТЭЦ-2 с применением аппаратов АЭ-50 41

1.3.9 Схемы комбинированного обессоливания воды на ЭМУ 42

1.4 Применение ЭМА для очистки стоков ТЭС 43

1.4.1 Схемы концентрирования отработанных регенерационных раство- 43 ров

1.4.2 Схемы концентрирования стоков и получения из них кислоты и 50 щелочи в ЭМА

Глава 2. Пути реализации концепции создания бессточной (замкнутой) 58 системы водопользования на примере Казанской ТЭЦ-3.

2.1 Анализ системы водопользования Казанской ТЭЦ №3 58

2.2 Технологии химического обессоливания воды с сокращенными рас- 60 ходами реагентов и сокращенными сбросными стоками

2.3 Технология подготовки воды методом термического обессоливания 66

2.4 Создание замкнутого цикла водопотребления за счет комплексной 71 переработки минерализованных сточных вод с повторным их использованием в технологическом цикле

Глава 3. Разработка технологических схем переработки стоков испари- 76 тельной установки

3.1 Расчет солевого состава продувочной воды испарителей 76

3.2 Технологические схемы утилизации продувочной воды с использо- 79 ванием электромембранных аппаратов

3.3 Конструкция электромембранных модулей и порядок сборки мем- 84 бранного пакета на ступенях обработки

Глава 4. Описание технологической схемы утилизации продувочной 94 воды испарителей с получением щелочного раствора

4.1 Описание технологической схемы 94

4.2 Блок переключения подачи продувочной воды 96

4.3 Блок накопления и предварительной очистки продувки 96

4.4 Блок рециркуляции рабочих растворов 101

4.5 Блок электромембранных аппаратов 102

4.6 Условия эксплуатации электромембранных аппаратов 108 Глава 5. Промышленный эксперимент на Казанской ТЭЦ-3 110 5.1 Запуск в эксплуатацию электромембранной установки 110

5.2 Проведение эксперимента по выделению и концентрированию ще- 112 лочного раствора

5.2.1 Предочистка продувочной воды и заполнение бака-накопителя 112 продувки (БНП)

5.2.2 Заполнение баков блока рециркуляции рабочих растворов исход- 113

ным раствором

5.2.3 Эксперимент по отделению щелочи от продувочного раствора 114

5.2.4 Эксперимент по концентрированию щелочного раствора 116 5.3 Анализ результатов экспериментальных исследований 117

5.4 Внесение дополнений в схему ЭМУ для повышения эффективности 120 её работы

5.5 Технико-экономическая оценка эффективности использования ЭМУ 134

Основные результаты и выводы 137

Список литературы 138

Приложение А 150

Приложение Б 151

Приложение В 152

Приложение Г 159

Приложение Д 167

Приложение Е 167

172

Список использованных сокращений

АЭС - атомная электрическая станция;

БНП - бак-накопитель продувки;

ВПУ - водоподготовительная установка;

ГРЭС - государственная районная электростанция;

КИП — контрольно-измерительные приборы;

МА - мембрана анионообменная;

МБ - мембрана биполярная;

МК - мембрана катионообменная;

Н - блок насосной группы;

ПДС - предельно допустимый сброс;

ППВ - блок переключения подачи продувочной воды;

РРР - блок рециркуляции рабочих растворов;

ТЭС - тепловая электрическая станция;

ТЭЦ - теплоэлектроцентраль;

УКЩ - установка-концентратор щелочи;

УФ - угольный фильтр;

УЭО - установка электромембранная опытная;

УЭП - удельная электропроводность;

ХВО — химическая водоочистка;

ХЦ - химический цех;

ЭДУ - электродиализная установка;

ЭМА - электромембранный аппарат;

ЭМУ - электромембранная установка.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Функционирование тепловой электростанции (ТЭС) характеризуется потреблением большого количества природной воды и сбросом сточных вод разного уровня загрязненности.

Минимизация сбросов сточных вод требует повышения коэффициента водооборота на тепловых электрических станциях, т. е. создания малоотходных и безотходных схем водоснабжения. Это должно быть реализовано не только путем усовершенствования многих существующих технико-экономических решений по обработке воды различного состава, необходим также учет экономического влияния примесей технологических потоков, используемых реагентов и конкретные экономическая и социологическая оценки ущерба, причиняемого окружающей среде в результате сбросов.

Реализация концепции создания экологически безопасной ТЭС возможна по двум направлениям.

Первое направление основано на разработке и внедрении экономичных и экологически совершенных технологий подготовки добавочной воды парогенераторов и подпиточной воды теплосети. В этом аспекте разработка эффективных технологических схем водоприготовления на ТЭС с сохранением базисного оборудования является наиболее перспективным направлением, отвечающим поставленным требованиям, в особенности там, где речь идет о расширении и реконструкции функционирующих установок.

Второе направление связано с разработкой и внедрением технологий максимально полной переработки и утилизации образующихся сточных вод с получением и повторным использованием в цикле станции исходных химических реагентов.

Наиболее перспективными являются электромембранные технологии обработки воды, позволяющие исключить сбросы солей и потребление воды на собственные нужды водоподготовительных установок.

Результатом внедрения разработок с использованием электромембранных технологий является создание замкнутых производственных циклов при мини-

мизации производственных отходов, сокращение удельного потребления природных ресурсов и энергии.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ (госконтракты № 14.В37.21.0335, №14.В37.21.0658) в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» за 2012-2013 годы.

Цель работы - практическая реализация концепции создания бессточной замкнутой системы водопользования на ТЭС на базе электромембранных модулей.

Задачи работы:

• анализ системы водопользования ТЭС на примере Казанской ТЭЦ №3;

• определение истинного состава продувочных вод испарителей термо-обессоливающего комплекса;

• разработка технологии переработки высокоминерализованных продувочных вод испарителей на базе «хвостовой» электромембранной установки;

• создание и внедрение опытно-промышленной установки утилизации продувочных вод испарителей;

• проведение промышленного эксперимента по получению щелочного и умягченного растворов из производственного стока на опытно-промышленной установке;

• разработка документации по эксплуатации установки.

Научная новизна. Для ТЭС с ионитной и термической ВПУ предложены технологические схемы, обеспечивающие бессточность работы ВПУ.

Разработаны технологические решения, позволяющие с использованием «хвостовых» электромембранных модулей, перерабатывать продувочную воду испарителей и повторно использовать получаемые ценные компоненты в цикле ВПУ.

На базе электромембранных модулей разработаны схемные решения, позволяющие в результате переработки продувочной воды испарителей выде-

лить ценные сырьевые компоненты, повторно используемые в производственном цикле.

Впервые получены экспериментальные данные опытно-промышленных испытаний электромембранной технологии переработки высокоминерализованных стоков с получением умягченного солевого и щелочного растворов.

Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечивается: в теоретическом плане - использованием научно-обоснованных моделей и методов расчета процессов и аппаратов; в практическом плане - согласованием результатов расчетов с экспериментальными данными промышленных испытаний, выполненных в настоящей работе, и литературными данными.

Практическая ценность работы и внедрение её результатов.

Результаты исследований, а также разработанные схемы могут быть использованы при создании малоотходных комплексов водопользования как на существующих ТЭС РФ и других производствах в процессе их реконструкции, так и при сооружении новых.

На Казанской ТЭЦ-3 реализована электромембранная технология переработки стоков термообессоливающей установки с извлечением умягченного солевого и щелочного растворов, о чем получен акт внедрения.

За счет повторного использования полученных продуктов в технологическом цикле создан замкнутый цикл водопользования с полным исключением стоков.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Электромембранная технология переработки высокоминерализованных щелочных стоков испарителей с использованием «хвостовой» электромембранной установки.

2. Технологические схемы утилизации высокоминерализованных отходов с получением повторно используемых компонентов на ТЭЦ — щелочного и умягченного растворов.

3. Конструкция электромембранной установки (ЭМУ).

4. Результаты опытно-промышленных испытаний по получению щелочного раствора из стоков водоподготовительной установки Казанской ТЭЦ-3.

5. Оценка технико-экономической эффективности разработанной технологии.

Личный вклад автора. Основные результаты получены автором лично под руководством д.х.н., проф. Чичировой Н.Д.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на молодежных международных научных конференциях «Тинчуринские чтения» (Казань, КГЭУ, 2009 г., 2010 г.), III Всероссийском конкурсе молодых специалистов инжинирингового профиля в области энергетики (Дивноморское, Краснодарский край, 2009г.), шестнадцатой и семнадцатой международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов: Радиоэлектроника, электротехника, энергетика (Москва, МЭИ, 2010 г., 2011 г.), VII Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН В.Е. Алемасова (Казань, 2010 г.), международной молодежной научной конференции «XVIII Туполевские чтения» (Казань, 2010 г.), IV молодежной научно-практической конференции ОАО «Генерирующая компания» (Казань, 2009 г.), I молодежной научно-практической конференции ОАО «ТГК-16» (Нижнекамск, 2010 г.), молодежной научно-практической конференции ОАО «Тат-энерго» (Казань, 2010 г.), XV и XVI международных научно-технических конференциях «Состояние и перспективы развития электротехнологий» (Бенардо-совские чтения) (Иваново, ИГЭУ, 2009 г., 2011 г.), международной научной конференции «Современные научно-технические проблемы теплоэнергетики и пути их решения» (Саратов, СГТУ, 2010 г.), XIII Всероссийском студенческом семинаре «Энергетика: эффективность, надежность, безопасность» (Томск, 2011 г.), международной молодежной конференции по естественнонаучным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу - творчество молодых» (Йошкар-Ола, 2011 г.)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано шестнадцать печатных работ, из них три в периодических изданиях из перечня ВАК Мино-брнауки РФ.

ГЛАВА 1. ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМЕМБРАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЯХ (обзор литературы) 1.1. Предпосылки освоения современных ресурсосберегающих технологий водопользования на ТЭС

Объекты энергетики - одни из основных источников неблагоприятного воздействия на окружающую среду и человека. Они негативно влияют на атмосферу (потребление кислорода, выбросы газов, влаги и твердых частиц), гидросферу (потребление воды, создание искусственных водохранилищ, сбросы загрязненных и нагретых вод, жидких отходов) и на литосферу (потребление ископаемых топлив, изменение ландшафта, выбросы токсичных веществ).

Водоподготовка на электростанциях России в основном осуществляется ионитными методами, термообессоливанием и мембранными методами. При этом исторически [129] подготовка добавочной воды на первых электростанциях велась испарительной дистилляцией, но со строительством крупных теплоэлектроцентралей с большими объемами пара, отдаваемыми промышленным предприятиям, а также с созданием систем централизованного теплоснабжения испарительные установки почти повсеместно были заменены на технологии химического обессоливания.

Водоподготовительные установки ТЭС России ежегодно вырабатывают свыше 260 млн. тонн обессоленной и свыше 870 млн. тонн умягченной во-ды[125]. Традиционная ионообменная технология водоподготовки предусматривает несколько ступеней фильтрования и в течение длительного времени обеспечивает нормативные водно-химические режимы паровых котлов ТЭС и парогенераторов АЭС. Однако эта технология, базирующаяся на применении параллельноточных ионообменных фильтров, морально устарела. Кроме того, для ее реализации ежегодно требуется 150 тыс. тонн серной кислоты, 80 тыс. тонн едкого натра и 240 тыс. тонн хлористого натрия, суммарная стоимость которых превышает 60 млн. долларов США. Поскольку эксплуатационные расходы реагентов в 2-4 раза превосходят необходимое стехиометрическое количество, большая часть их сбрасывается со сточными водами, загрязняя гидросфеРУ-

Двух- и трехступенчатые схемы ионирования воды комплектуются большим количеством параллельноточных ионообменных фильтров с арматурой, контрольно-измерительными приборами (КИП) и фронтовыми трубопроводами. Это требует значительных капиталовложений, привлечения многочисленного эксплуатационного и ремонтного персонала, что усложняет и затрудняет автоматизацию водоподготовительных установок. Для загрузки ионообменных фильтров водоподготовительных установок ТЭС и АЭС ежегодно приобретается 6-7 тыс. тонн отечественных и 2,2-2,8 тыс. тонн импортных ионообменных смол, стоимость которых превышает 20 млн. долларов США. При этом в природной воде постоянно отмечается рост загрязненности техногенными органическими соединениями: удобрениями, гербицидами, нефтепродуктами и т.д. Удаление этих загрязнений с помощью традиционных технологий водоочистки не дает должного эффекта, что приводит к многочисленным нарушениям водно-химических режимов.

Эффективным методом снижения расхода реагентов и соответствующего уменьшения сбора сточных вод и минеральных примесей может стать замена традиционного для отечественной практики многоступенчатого прямоточного химического обессоливания на противоточное. В отечественных противоточ-ных фильтрах верхняя дренажная система размещается в верхнем наиболее мелком слое ионита, и для предотвращения его расширения при подаче реагента снизу в процессе регенерации сверху подается блокирующий поток воды.

За рубежом разработаны и применяются несколько более совершенных противоточных технологий и конструкций фильтров. По технологии Амберпак верхняя дренажная система расположена у верхнего днища и фильтр полностью загружается ионитом, а для взрыхляющих промывок предусмотрен вывод его части в специальную емкость с последующим возвратом в фильтр. По технологиям 8с11\уеЬеЬе11 и UP.CO.RE помимо ионита в фильтр загружается небольшое количество инертного материала определённой фракции, плотность которого меньше, чем у воды. Этот материал концентрируется в области расположения верхней дренажной системы и защищает её от забивания мелкими фракциями ионита. Между ионитом и инертным материалом сохраняется небольшое свободное пространство.

Однако применение даже самых совершенных технологий ионного обмена не может исключить образования сточных вод повышенной минерализации. В связи с этим разработано большое число способов обработки и утилизации регенерационных сточных вод ВПУ, в том числе получение их в виде растворов, пригодных для применения в сельском хозяйстве (в виде удобрений), применение мембранных установок для концентрирования сточных вод