автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Совершенствование технологии обработки водного теплоносителя на тепловых и атомных электростанциях на основе использования перспективных ионитов

На правах рукописи

Гостьков Владимир Васильевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ВОДНОГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ НА ТЕПЛОВЫХ И АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИОНИТОВ

Специальности 05 14 14 - Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты 05 14 03 - Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново 2008

2 7 МАР 2008

003166004

Работа выполнена на кафедре Химии и химических технологий в энергетике ГОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет им В И Ленина»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Ларин Борис Михайлович

Официальные оппоненты*

доктор технических наук кандидат технических наук

Юрчевский Евгений Борисович Рябов Михаил Иванович

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Московский энергетический институт (технический университет)»

Защита состоится « 10» апреля 2008 года в 11°° часов на заседании диссертационного совета Д 212 064 01 при Ивановском государственном энергетическом университете по адресу 153003, Иваново, Рабфаковская, 34, корпус «Б», аудитория 237

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим присылать по адресу 153003, Иваново, Рабфаковская, 34, Ученый совет ИГЭУ Тел (4932) 38-57-12, факс (4932) 38-57-01 E-mail npp@als ispu ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского государственного энергетического университета

Автореферат разослан « ^ » Ой-2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета д т н , профессор /

А В Мошкарин

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Энергетическая стратегия России предусматривает почти утроение производства электроэнергии с 2000 до 2020 г с преимущественным ростом атомной энергетики относительная доля выработки электроэнергии на АЭС за этот период должен увеличиваться с 13,8 до 20,8 % Рост выработки электроэнергии на тепловых электростанциях планируется в значительной степени за счет строительства парогазовых блоков Теплоносителем и рабочим телом в тепловом контуре энергоблоков ТЭС и АЭС является обессоленная вода, требования к качеству которой ужесточаются от предыдущего издания нормативных документов к следующему При ухудшении качества исходной (природной) воды, прежде всего по органическим примесям, и появлении на Российском рынке новых техноло-1ий водоподготовки и ионитов возрастает потребность в исследовании их рабочих характеристик, правильной оценке пригодности для обработки воды в разных технологических схемах При этом наибольшая удельная выработка обессоленной воды приходится на установки, использующие технологии ионного обмена Такое состояние сохранится и в ближайшее десятилетие

Особенно высокая потребность в ионите имеет место на АЭС с РБМК, например, на Смоленской АЭС потребность в ионитах разного вида и класса превышает 200 м3/год Использование качественных ионитов повышает эксплуатационную надежность теплоэнергетического оборудования, снижает расходы на их приобретение и сокращает сбросы отработанных регенерационных растворов

Целью диссертации является повышение эксплуатационной надежности водно-химического режима теплоэнергетического оборудования электростанций путем совершенствования технологии обработки воды и химического контроля ионитов на установках очистки водного теплоносителя

Достижение поставленной цели обеспечивается решением следующих задач

1 Разработка и испытание методик входного и оперативного эксплуатационного контроля качества ионитов, обеспечивающих высокую эффективность использования ионитов на ТЭС и АЭС

2 Исследование физико-химических характеристик перспективных ионитов, применяемых в фильтрах химводоочистки и установок очистки турбинного конденсата (КО, БОУ) в условиях повышенного содержания железоорганических веществ в поступающей воде

3 Лабораторные и промышленные исследования по эффективности очистки природных вод с повышенным содержанием органических примесей на установках химводоочистки электростанций

4 Разработка рекомендаций по совершенствованию использования ионитов на установках обработки воды на электростанциях Научная новизна работы:

1 Разработана и испытана в промышленных условиях комтексная методика входного и эксплуатационного контроля ионитов, отличающаяся подбором и способом определения отдельных характеристик и обеспечивающая наблюдение динамики технологических показателей ионитов в течение всего времени их использования

2 Получены новые данные о свойствах перспективных импортных ионитов и предложена эффективная технологическая схема для обработки вод с повышенным содержанием органических примесей

Практическая ценность работы-

1 Разработано и реализовано методическое и техническое обеспечение входного и эксплуатационного контроля качества ионитов для установок ионитной очистки воды на электростанциях

2 Составлена режимная карта эксплуатации анионитов А-845 и А-847 в ОН-анионитных фильтрах первой ступени химобессоливания природной воды

3 Разработаны рекомендации по совершенствованию использования ионитов действующих химводоочисгок

Достоверность изложенных в диссертации положений и полученных результатов обеспечивается применением ГОСТированых методик анализа ионитов и водных сред, аттестованных приборов химического контроля, апробированных расчетных методов а также проверкой характеристик ионитов и качества воды в промышленных условиях эксплуатации установок очистки теплоносителя энергоблоков ТЭС и АЭС

Личное участие автора. Автор принимал активное участие на всех этапах работы, начиная от постановки задач исследования и заканчивая промышленными испытаниями ионитов, технологий и методов химического контроля

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Методика и результаты входного и эксплуатационного контроля качества ионитов

2 Результаты лабораторных исследований и промышленных испытаний перспективных твердых сорбентов

3 Комплекс мероприятий по совершенствованию технологии ионообменной обработки природных и технологических вод с использованием импортных ионитных смол

Апробация работы Результаты докладывались и обсуждались на 6-ом и 7-ом международных научно-технических совещаниях «Водно-

химический режим АЭС» (г Десногорск, 2003 г, г Москва, 2006 г), XIII Бенардосовских чтениях (г Иваново, 2007 г), НТС Смоленской АЭС (2000-2007 г г ), НТС кафедр ХХТЭ и ТЭС ИГЭУ (2007 г )

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 9 печатных работ, в том числе монография (в соавторстве) й учебное пособие

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, списка литературы из 100 наименований и 16 приложений, количество страниц 181 (без приложений), в том числе рисунков 51, таблиц 70

Основное содержание работы

Во введении показана актуальность работы, ее научная новизна и практическая ценность, сформулирована цель исследования и основные положения, вынесенные на защиту

В первой главе приведен обзор литературы по современным проблемам водообработки на тепловых электростанциях

Показано отрицательное влияние органических примесей исходной (природной) воды на иониты и приведены примеры разной степени удаления органики на стадии предочистки, химводосчистки и кон-денсатоочистки Установлено, что значительными проблемами современной ионообменной технологии на ТЭС являются повышенные расходы реагентов на регенерацию ионитов и большой спектр используемых типов ионитов без достаточного обоснования

До 70-4-80-х годов прошлого века на химводоочистках ТЭС и АЭС использовались преимущественно отечественные иониты катио-нит КУ-2-8 и аниониты АН-31 и АВ-17-8 Их свойства хорошо изучены и описаны в руководящих документах и книгах В конце прошлого века отечественный рынок начал интенсивно заполняться импортными ионитами, часто без достаточного технического сопровождения При этом производство отечественных ионитов уменьшалось, не редко со снижением качества продукта В этих условиях возросли требования к входному и эксплуатационному контролю ионитов Однако, существующие методики по ГОСТу отвечали требованиям производства ионитов и мало подходили для характеристики использования ионитов в различных установках, включая установки химического обессоливания природной воды и установки очистки конденсата паровых турбин

Появился первый опыт эксплуатации импортных ионитов на отечественных ТЭС при использовании природных вод средней и малой минерализации при повышенном содержании органических примесей Сложившиеся условия потребовали вновь обратится к разработке ме-

тодик и исследованию технологических показателей перспективных импортных ионитов по сравнению с отечественными ионитами, традиционно используемыми на химводоочистках ТЭС и АЭС

На основании изложенного определены задачи исследования, основными из которых являются разработка методики оперативного контроля качества новых и используемых ионитов, правильный выбор ионитов с учетом специфики обрабатываемой воды и автоматизация химконтроля за обработкой воды на ионитах

Во второй главе представлена методика выполнения исследований, основной частью которых являются исследования технологических характеристик ионитов (входной и эксплуатационный контроль), а также исследования качества обрабатываемой воды и исследования сорбционных методов удаления органических примесей на порошкообразных сорбентах

До конца прошлого века определение показателей качества ионитов при проведении входного и эксплуатационного контроля выполнялось по методикам ГОСТов, отвечающим условиям производства, а не эксплуатации ионитов С участием автора были разработаны и в 2002 году метрологически аттестованы методики выполнения измерений показателей качества ионитов для условий эксплуатации их на АЭС и ТЭС В 2003 году с участием автора был введен в действие руководящий документ РД ЭО 0368-02 «Методики входного и эксплуатационного контроля ионитов на АЭС» РД ЭО 0368-02 устанавливает общие требования к методам физико-химического анализа, обязательным при проведении входного или эксплуатационного контроля качества ионообменных смол на атомных электростанциях Действие настоящего документа распространяется на все АЭС концерна «Росэнергоатом», а также на организации, выполняющие работы и предоставляющие услуги для атомных электростанций в области обеспечения их водно-химического режима

Испытаниям ионитов предшествовал отбор представительной пробы и подготовка пробы к испытаниям (рис 1), а вслед за испытаниями проводилась метрологическая оценка результатов с определением достоверных границ погрешности (А, %) и воспроизводимости результата измерения Например, при определении показателя «осмотическая стабильность» (ОС, %) результат измерений представляется в

виде ОС = ОС ±Д, а решение об удовлетворительной воспроизводимости принималось при выполнении условия

|0С1-0С2|<00ТН ОС 0,01, (1)

где ОСьОС2 - результаты 1-го и 2-го параллельных измерений,

а,

норматив оперативного контроля воспроизводимости,

ос = ОС|+ОС2

^ Слив

- среднее арифметическое значений двух измерений £

Подбор показателей качества ионитов производился на основании предварительных исследований в условиях использования ионитов в схемах водообработки на ТЭС и АЭС с учетом паспортных характеристик производителя Например, перечень основных технологических показателей качества ио-нита при входном контроле составил осмотическая стабильность (ОС, %), полная статическая обменная емкость (ПСОЕ,

ммоль/см3), механическая прочность (МП, г/гранулу), время оседания гранул (с), объемная доля рабочей фракции (%), доля целых гранул (%), эффективный размер зерен (мм), коэффициент однородности, массовая доля влаги (%), динамическая обменная емкость (ДОЕ, моль/м3), содержание примесей При этом ряд методик, например, «определение доли целых гранул» и «осмотическая стабильность» были ужесточены по сравнению с ГОСТом, а другие, например, «определение типа ионита», «механическая прочность», «время оседания гранул» и др разработаны впервые ГОСТов и методик выполнения измерений (МВИ) на них не было

Для оценки качества обрабатываемой воды использовались известные методы химического анализа, лабораторные и промышленные приборы автоматического химконтроля, а для количественного контроля микроконцентраций отдельных примесей - лабораторные при-

Слив

Рис 1 Лабораторная установка для подготовки ионитов к испытаниям

1 - напорная емкость, 2 - трехходовой вентиль, 3 - запорные вентили, 4 - ионообменная колонка, 5 - дренаж, 6 — трубки соединительные

боры тонкого химического анализа такие, как ионохроматографиче-ский анализатор «DIONEX», отечественный аналог «СТАЙЕР», оптический эмиссионный спектометр «Liberty Series II»

В третьей главе представлены результаты лабораторных исследований свойств перспективных импортных ионитов в сравнении с отечественными аналогами

Выбор типа ионитов для исследований был основан на опыте работы с ними в теплоэнергетике, что для ионитов общего назначения нашло свое отражение в перечне, приведенном в табл 1 и рекомендованном для АЭС распоряжением от 16 04 2004

Таблица 1 Перечень импортных ионитов, разрешенных для применения на АЭС

Тип Фирма-производитель

ионита «BAYER» LEWAHT «DOW EUROPE» DOWEX «ROHM and HAAS» «PURO-LITE»

Слабокислотный катионит CNP 80 MAC-3 Amberhte IRC 86 С 104, С 106

Сильнокислотный катионит, тип КУ-2-8 Monoplus S100 Marathon С Monospheie 650 C(H), Monosphere 575 C(H) Amberhte IR 120, Amberiet 1200, Ambenet ¡500H, Amberiet 1600 H, Ambersep252H SGC 100*10, SGC 650

Слабоосновный анионит, тип АН-31 Monoplus MP 64, MP 62 Marathon WBA, Marathon WBA2, Monosphere 66 Amberhte IRA 96, Amberhte IRA 67, Amberhte IRA 70Rr A 100, A 845, A 847, A 123

Сильноосновный анионит, тип AB-I7-8 Monoplus M500, Lewatit S 6328 A Marathon 11, Monospheie 550 A(OH) Amberhte IRA 402CI, Amberjet 4200 CI, Amberjet 4400R OH, Ambersep 900 OH, S04 SGA 600, SGA 550, A 600, A 500P, A860

В лаборатории контроля качества ионитов Смоленской АЭС за 2002-2006 г г по программе входного контроля исследовано около ста проб отечественных и импортных ионитов Усредненные результаты основных характеристик ионитов за один год представлены в табл 2

В среднем входные характеристики отечественных ионитов близки к таковым для импортных ионитов, заметно уступая в показателях осмотическая стабильность и механическая прочность Требования в

полном объеме к качеству вновь загружаемых иоиитов (входной контроль) составлены ВНИИ АЭС с участием автора и вошли в стандарт предприятия С участием автора составлены объем и требования к эксплуатационному контролю ионитов, который должен проводиться

• по истечению ориентировочного срока службы ионита,

• один раз в год после истечения ориентировочного срока службы ионита, в случае продления его эксплуатации,

• при возникновении нарушений качества обрабатываемой воды или нарушений в работе ионообменных установок

Таблица 2 Усредненные изменения характеристик ионитов

Марка Г1СОЕ, Объемная Доля ОС, МП Время

ионита моль/см3 доля целых % г/зерно осаж-

рабочей гранул дения,

фракции, % % с

Катиониты

КУ-2-8чс 1,8-2,3 97-100 95-99 80-99 492-897 5-6

Импортные 1,8-1,9 99-100 98-100 97-100 521-1000 6-7

аналоги

Аниониты

АВ-17-8чс 1,1-1,2 97-100 95-100 50-98 465-800 13-15

Импортные 1 15-1,30 98-100 96-98 96-98 530-1100 12-14

аналоги

Объем эксплуатационного контроля сокращен по сравнению с входным контролем и подчинен основным задачам эксплуатации ионитов в фильтрах ХВО и БОУ (КО) тепловых электростанций по обеспечению требуемого качества теплоносителя На основании множественных испытаний ионитов с участием автора разработаны допустимые изменения качества гранульных ионитов (табл 3) оформленные в виде требований стандарта предприятия Если изменения показателей качества ионообменных смол, загруженных в фильтры данной установки, находятся в допустимых пределах, то они подлежат дальнейшей эксплуатации Если изменение хотя бы одного показателя качества ионита выходит за допустимые пределы - ионит подлежит замене Как видно из табл 3 требования стандарта организации для химводо-очисток (ХВО) и блочных обессоливающих установок (БОУ) ТЭС, существенно слабее, по крайней мере, по нормируемым показателям «динамическая обменная емкость» и «доля цечых гранул», по сравнению с требованиями на качество ионитов для АЭС При этом, наиболее жесткие требования предъявляются к ионитам, работающим в фильтрах смешанного действия (ФСД) установок очистки конденсата

(КО, БОУ) паровых турбин энергоблоков, как последней ступени очистки водного теплоносителя перед парогенератором, от железа, органических и минеральных примесей

Таблица 3 Требования стандарта предприятия (обьсм обязательного эксплуатационного контроля) - допустимые изменения показате ли качества гранульных нонитов по истечении ориентировочного срока службы

Наименование показателя Фильтрующие установки

ХВО ФСД (КО, БОУ)

Первая ступень Вторая ступень ФСД

ROH | RH ROH| RH ROH | RH ROH | RH

Снижение полной статической обменной емкости, %, не более 30 30 20 20

Снижение динамической обменной емкости, %, не более (50) (30) 30 (50) (30) 30 (50) (30) 20 (30) (20)

Снижение дочи целых гранул %, не более чем до 80 (60) 80 (60) 85 (60) 85(80)

Изменение разницы во времени оседания ка-тионита и анионита, с - - Снижение не более чем до 6

Содержание слабоосновных групп в сильноосновном анионите, %, не более - - 10 - 10 - 10 -

Примечание ROH - анионитные фильтры HR - катионитиые фильтры в строках 2 и 3 в скобках приведены соответствующие значения допустимых изменений ДОЕ и «доли целых гранул», рекоменд\емые для ХВО 'ЮС

Как видно из рис 2 ежегодный эксплуатационный контроль ио-нитов фирмы «Purohte» показывает, что в первые 2-3 года эксплуатации в фильтрах смешанного действия БОУ (КО) энергоблоков САЭС основные показатели качества (ПСОЕ и ОС) ионитов SGC 100*10 (ка-тионит) и SGA 550 (анионит) не ухудшаются, а улучшаются Это можно отнести на счет отмывки от некачественных включений В дальнейшем наступает стабилизация и возможно снижение значений отдельных показателей При длительной работе ионитов в ФСД БОУ (КО) особое внимание уделяется таким показателям, как механическая прочность, осмотическая стабильность (ОС) и длительность отмывки после регенерации Исследования показали, что наиболее полно этим

показателям отвечают смолы Purolite класса «Супергель» SGC 100*10 и SGA 550 (рис 2)

а)

б)

Рис 2 Результаты входного и эксплуатационно!о контроля для кашонигл ?ОС100*10 (а) и аниониты 50А550 (б) фирмы «РигоЫе» Д1я работы в фильтрах ФСД БОУ (КО) 1 -ПСОЬ, 2-ОС

На рис 3 приведены в графическом виде показатели отмывки ио-нитов от продуктов регенерации в условиях промышленной эксплуатации смол Откуда видно, что для отмывки катионита из ФСД от кислых продуктов регенерации требуется 100 м' конденсата, или не более 30 м3/м3 загрузки, а для отмывки анионита от щелочных продуктов -не менее 50 м'/м1 загрузки Измерение эчектропроводности эффектив-

но контролирует отмывку ионитов. Результаты эксплуатационного контроля ионитов оформляются протоколом по установленной форме, часть которого представлена в табл. 4.

мкСм/см 800

240

220 700

200 600

180

160 500

140

120- 400

100 80 300

60 200

40

100

20

0 0

К, мкг-экв/дм

30 40 50 60 70 80 90 100 V, м'

Рис. 3. График зависимости показателей отмывки после регенерации катиони-та РигоМе ЯСС 650 от объёма промывочной воды: 1 - кислотность; 2 - удельная электропроводность

Таблица 4. Результат эксплуатационного контроля катионита РигоШе 650 (протокол №85/07)

Наименование показателя

Входного контроля Протокол № 829

Норма по СТП ЭО 0005-01

Дата отбора

Доля целых гранул. %

Объёмная доля рабочей фракции, % МП. г/гранула

11СОЕ. ммоль/см'

21.06.2006 99,00

100.00 648.00 1.90±0.1 3

99 600.00 „72±0Л2

Не менее 90 %

Не менее 350 г/гранул Снижение не более,

чем на 20 % (до 1,44 ммоль/см')

Для химводоочисток тепловых электростанций, использующих природную воду с повышенным содержанием органических примесей,

До регенерации

03.07.2007 98.80

стоит проблема подбора слабоосновного анионита для загрузки в анионитный фильтр первой ступени (Л|) Отечественный анионит АН-31, обладая высокой обменной емкостью по анионам сильных кислот, слабо сорбирует органические примеси и часто не отвечает требованиям по механической прочности Для замены отработавшего анионита АН-31 в данной работе исследовались аниониты Риго1^е А-845 и Риго^е А-847 Сравнительные результаты входного контроля этих анионитов показаны в табл 5 Сравнение технологических показателей этих анионитов в условиях работы в фильтрах А1 химводоочи-стки Смоленской АЭС дало следующее через 2 года эксплуатации анионита АН-31 его обменная емкость снизилась на 40 % (в год в среднем на 20 %), а механическая прочность стала ниже 300 г/гранулу, тогда как через 3 года эксплуатации анионита А-845 показатель ОС не опустился ниже 98 % от исходного, механическая прочность - ниже 650 г/гранулу при сохранении на одном уровне ПСОЕ

Таблица 5 Сравнительные характеристики слабоосновных анионитов

Наименование Тип слабоосновной ионообменной смолы

показателей АН-31 Р и го lite А-845 Purolite А-847

Структура потимерной Поликонденса- Акриловая Акриловая,

матрицы циионная геле-вая (блочный тип гранул) гелевая гелевая

Объемная доля рабочей фракции, % 94 5+0,945 99±0,99 100±1

ПСОЕ ммоль/см3 2 03±0,122 1,636±0,098 1,94±0 1164

Осмотическая (лабильность % 93,4± 1,214 99,5±1,294 100±13

Механическая прочность, г/гранула 350 801±77,647 839,35±81,392

Часто на зарубежных, иногда на отечественных установках очистки турбинного конденсата и конденсата, возвращаемого с производства, встречаются намывные патронные фильтры Основное их назначение - очистка конденсата от продуктов коррозии и от нефтепродуктов, относящихся, как и природная органика, к потенциально кислым веществам В рамках данной работы проведено исследование в лабораторных условиях ионообменного порошкообразного сорбента Mi-croionex MB 210 В (фирмы «Rohm and Haas») для намыва на патроны механического фильтра При концентрации нефтепродуктов в поступающей воде 1,35 мг/л - в фильтрате содержание «стедовых» концентраций нефтепродуктов составляло 130-150 мкг/л, что соответствовало эффективности очистки воды сорбентом фильтрперлитом

В четвертой главе представлены результаты лабораторных и промышленных испытаний по удалению из природных вод железа, органических соединений и минеральных солей на установках химического обессоливания воды

При различном качестве исходной природной воды на химводо-очистках ТЭС и АЭС должна быть получена практически одинаково глубоко обессоленная вода При высоком содержании железо-органических примесей в исходной воде значительная их часть должна быть удалена на стадии предочистки Автором проведен анализ работы предочисток на установках ХВО ряда электростанций, в том числе Киришской ГРЭС, Конаковской ГРЭС, ТЭЦ-ЭВС-2 ОАО «Северсталь» и Смоленской АЭС При очень высоком содержании органических веществ в исходной воде (до 40-50 мгО/л и выше) на ХВО Киришской ГРЭС степень удаления органики на предочистке составляет в среднем 70-80 % и обеспечивается рациональной организацией технологии коагуляции в осветлителях При высоком содержании органики в волжской воде (до 15 мгО/л и выше) на ХВО Конаковской ГРЭС высокий эффект снижения окисляемости воды в осветлителях (до 3-5 мгО/л) достигается автоматизацией дозирования реагентов и химконтроля процессов осветления, а также реконструкцией осветлителей ВТИ Однако, при меньшей окисляемости исходной воды (р Шексна, ПО=8-15 мгО/л) на ХВО ТЭЦ-ЭВС-2 ОАО «Северсталь» и такой же - на ХВО Смоленской АЭС не удавалось получить высокого эффекта снижения концентрации органических примесей и особенно железа в отрабатываемой воде (рис 4) В связи с этим, автором проведено исследование по повышению степени очистки воды от железоор-ганических соединений на стадии предочистки путем совмещения коагуляции и сорбции на твердом порошкообразном сорбенте - фильт-рперлите Было получено снижение содержания железа до 50 % от исходного для воды с исходной концентрацией железа 400 мкг/л и выше Однако, при исходных концентрациях железа 150-200 мкг/л эффект удаления из воды соединений железа резко снижается

В подобных случаях удаление железо-органических примесей из воды осуществляется на ионитных фильтрах ХВО В июле 1098 года в один из анионитных фильтров 1 ступени (А[) ХВО Смоленской АЭС была сделана пробная загрузка слабоосновного анионита Риго^е А-845 (вместо отработавшего АН-3 1) Наблюдение за работой опытного фильтра проводилось при использовании исходной воды (р Десна ) без предварительной очистки в осветлителе, а только прошедшей фильтрацию на механических фичьтрах При объеме загрузки анионита

А-845 равной 7 м количество N8014 на одну регенерацию составило 450-700 кг. Время регенерации - 1 час 10 минут. Фильтроцикл в среднем 5300 м'. Снижение окисляемости воды составило 99 % - в начале фильтрации и 86 % - в конце. Выл сделан вывод о возможности использования анионита РигоШе А-845 взамен АН-31 в фильтрах А, при обработке природной воды без предварительной её обработки в осветлителях.

-Ср., мкг/л

700 -^-т--1 I I | I I I I I I I I I I |

200 ----;—----—I—г—--;—---—Г—

100 —1—---——1———1-----—-----—'—|——-

Ц__и___I __и__

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 12 13 14 15 16 17 Месяц

Рис. 4. Содержание соединений железа в исходной (I) и коагулированной воде (2) (р. Шексна 2002-2003 г.г.)

С 1998 по 2004 год на С'АЭС последовательно все ОН-анионитные фильтры 1 ступени были загружены слабоосновными анионитами РигоШе А-845 (или его аналогом РигоШе А-847). В течение всего времени эксперимента шло сравнение технологических характеристик этих анионитов с анионитом АН-31. Результаты показаны на рис. 5-8. В результате перехода на аниониты РигоШе А-845 и РигоШе А-847 в фильтрах А| получено:

• фильтроциклы фильтров А| возросли до 5500 м';

• возросла степень очистки воды от органических соединении (рис. 5);

СУо мкг/л

ч

- -с;

2

ч. г

-

ф ил ьтро ци кл а ф ил ьтрош I кла

Рис. 5. Глубина удаления органических примесей воды (аов. %) на анионитных фильтрах 1 ступени ХВО САЭС (2002-2004 г.г.)

□ - смола АН-31; й - РигоШе А845; В - РигоШе А847

• в 4 раза сократилось общее количество регенераций фильтров А, (рис. 6);

• в 4 раза сократился общий расход щелочи на регенерации фильтров А] (рис. 7);

• в 4,5 раза сократился объём сбросных вод ХВО (рис. 8).

в^он, м'/год

Г

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Рис. 6. Количество регенераций в год Рис. 7. Годовой расход технической щело-(Т\'год) анионитных фильтров I ступени на чи (Ощаон. м'/год) на регенерацию анио-ХВО САЭС нитных фильтров 1 ступени ХВО САЭС

На рис. 9 приведено изменение перманганатной окисляемосги по ступеням обработки воды на ХВО САЭС в течение года, откуда следует высокая и устойчивая сорбция органики из природной воды на ОН-анионигных фильтрах I ступени, загруженных анионитами РигоШе А-845 и РигоШе А-847.

5000 4000 3000 2000 1000 0

Усток, м'"

>-с ;-

1997 1998 1999 2000

Рис. 8. Изменение объема сбросных вод ХВО

2001

2002

2003

Исх. МФ н, а, Нц А„ ФСД БЗК

Рис. 9. Средне годовые (2006-2007 г.г.) значения окисляемости воды по стациям химобессоливания на ХВО Смоленской АЭС при работе без осветлителей и с загрузкой в фильтр А, анионитов Риго1Ие А-845 и А-847

Автором проведен анализ использования анионитов РигоШе А-845 и Риго1ке А-847 в сравнении с анионитом АтЬеНке 1ЯА-67 на химводоочистках Киришской ГРЭС, ТЭЦ-12 ОАО «Мосэнерго», Кольской АЭС и др. Результаты подтвердили данные автора на ХВО САЭС.

В пятой главе приводятся обобщённые результаты работы в виде рекомендаций по совершенствованию технологии ионного обмена действующих ХВО тепловых электростанций.

Так, рекомендуется использование методики и техники входного и эксплуатационного контроля ионитов. Пробное использование методики было выполнено автором для анализа ионитов ХВО и БОУ ряда ТЭС. Результаты эксплуатационного контроля сильноосновного анио-нита АВ-17-8 из ФСД БОУ и ХВО Конаковской ГРЭС приведены в табл. б.

По данным табл. 6 сделано следующее заключение:

1) Сильноосновный анионит АВ-17-8 из ФСД №2 БОУ-5 не соответствует установленным требованиям по показателям «Доля целых гранул» и «Время оседания гранул»;

2) Сильноосновный анионит АВ-17-8 из ФСД №2 БОУ-3 не соответствует установленным требованиям по показателю «Доля целых гранул», кроме того, отмечается высокое содержание железа, требуется отмывка;

3) Сильноосновный анионит АВ-17-8 из ФСД ХВО не соответствует установленным требованиям по показателю «Время оседания гранул»

(при использовании совместно с катеонитом КУ-2-8, время оседания которого по результатам входного контроля соответствует 5,25—6 сек)

В качестве другого примера можно привести результаты входного контроля партии китайских ионитов В табл 7 представлены некоторые результаты входного контроля в сравнении с данными сертификата

Таблица 6 Результаты эксплуатационного контроля сильноосновного анионита АВ-17-8 из ФСД БОУ и ХВО Конаковской ГРЭС (отбор 03 09 07 г)

Наименование Наименование оборудования Требования

показателя ФСД №2 ФСД №2 ФСД при эксплуата-

БОУ-5 БОУ-3 ХВО ционном

Срок Срок Срок контроле

службы - службы - службы -

11 лет 9 лет 0,5 года

Тип и форма Сильноосновный анионит

товарного иони- технического класса

Внешний вид Сферические зерна коричневого цвета

Объемная доля 99,5 98,5 99,5 Не нормируется

рабочей фракции

(0,315-1,25 мм),

%

Доля целых 85,60 82,50 85,54 Не менее

гранул, % 90-ФСД БОУ

85- ФСД ХВО

ПСОЕ, Не менее

ммоль/см3 1,086±0,08 1,05±0,07 1,17±0,08 0,88 - ФСД БОУ

0,92 - ФСД ХВО

Осмотическая Не менее

стабильность, % 97,20±1,65 89,96±1,53 88,67±1 51 91 - ФСД БОУ

85-ФСД ХВО

Время оседания 10,7 12,4 10,0 Снижение раз-

гранул,с ницы времени

оседания ка-

теонита и анио-

нита не более.

чем до 6 с

Механическая Не менее

прочность, 400,4 454,0 462,5 350-БОУ

г/зерно 250-ХВО

Из данных табл 7 видно, что иониты не отвечают характеристикам сертификата по отдельным показателям Особое опасение вызывает низкая осмотическая стабильность ионита 201x7 - 79,6 % против

95 % заявленных в сертификате Такой анионит быстро потеряет сорб-ционную способность, внося продукты деструкции в обрабатываемую воду Ионит не может использоваться в анионитных фильтрах ФСД БОУ и ХВО

Таблица 7 Результаты входного контроля партии ионитов (2006 г, Киган)

Показатель Тип ионита

контроля 03010- 0313-сла- 201x7- 001x8-

слабоос- боосновной сильноос- сильнокис-

новной анионит новной лотный ка-

анионит (ОН-форма) анионит тионит

(С!-форма) (С!-форма) (Ыа-форма)

ПСОЕ,

мг-экв/см3 1,40+0,03 1,50±0,03 0,90+0,02 1,90±0,03

мг-экв/г 4,0±0,1 4,8+0,1 2,50+0,05 4,9+0,1

ПСОЬ (сертификат), 4,8 - 3,6 4,5

мг-экв/г

Осмотическая 100 94,2+0,1 79,6+0,5 94,5±0,5

стабильность, %

Осмотическая ста- >90 >90 >95 >95

бильность (сертифи-

кат), %

Гранулометрический

состав (метод мок-

рого рассева)

% на сите

N - 1,4 0 0,6 0 0

N-0,8 16 77,0 49,8 18,4

N - 0,63 38,8 13,0 25,2 41,0

N-0,315 45 0 9,2 24,8 40,4

дно 02 0,2 0,2 0,2

Подобная экспертиза качества ионитов была проведена автором для ХВО Владимирской ТЭЦ и ТЭЦ-23 ОАО «Мосэнерго» Результаты переданы персоналу электростанций

Одним из основных результатов данной работы является длительный промышленный эксперимент по работе на ХВО без предочи-стки природной воды в осветлителях, но с использованием органоем-ких анионитов РигоМе А-845 и РигоШе А-847 Химводоочистка Смоленской АЭС устойчиво работает в таком режиме по настоящее время Особую ценность такой опыт имеет для химводоочисток ТЭС, работающих со сниженной нагрузкой

Подтверждением эффективности работы ФСД в составе установок очистки турбинного конденсата энергоблоков при загрузке иссле-

до ванным и ионитами является автоматическая запись качества конденсата турбины №4 (блок №2) САЭС (рис. 10) до (ОК-41) и после (ОК-42) ФСД по показаниям кондуктометра.

Работа конденсатоо чистки ТГ-4 (РигоП1е))

ОК-41

••*• ОК-42

0.180

0,140

4

5 0.100

£

0,040

20 09 20С6 0 00 30 09.2006 0.С0 10 50 2006 0 СС 20 Ю 2006 О ОО 30 10.2006 0 00 09 11 2006 0:00 19 11 2006 0:00 29 11.2006 0 00 ОЭ '2 2006 0.00 I

Цата, время ,

Рис. 10. Работа конденсатоочистки ТГ-4 (загрузка ФСД - иониты фирмы «Риго^е»)

Из рис. 10 видно, что конденсат после ФСД приближается по качеству к абсолютно чистой воде.

В заключительной части работы приведены результаты использования современных методов автоматического химконтроля для оценки качества теплоносителя.

1. Выполнен анализ состояния технологии обессоливания природных вод и конденсатов паровых турбин энергоблоков ТЭС. Показано, что для природных вод невысокой минерализации со средним и повышенным содержанием органических примесей перспективным остаётся метод химического обессоливания воды на ионитах. Отмечено, что в условиях свободного рынка необходим качественный входной контроль ионитов, а при обилии форм и типов ионитов - правильный выбор ионитов для тех или иных установок на базе эффективного эксплуатационного контроля их качества.

2. Разработана комплексная методика контроля качества ионитов, включающая входной и эксплуатационный контроль. Методика со-

Основные выводы и результаты

ставлена на базе ГОСТов по определению отдельных свойств производимых ионитов с учетом специфики их использования для очистки теплоносителя энергоблоков электростанций в установках обессоли-вания природных вод и конденсатов паровых турбин Методика эксплуатационного контротя качества ионитов прямо связана с требованиями стандарта предприятия как к качеству водного теплоносителя, так и к качеству самих ионитов Выполнена метрологическая оценка достоверности и точности каждой методики определения свойств ионитов Укомплектована и аттестована лаборатория анализа ионитов Составлена и реализована программа входного и эксплуатационного контроля каждого поступающего типа ионита на весь период его эксплуатации

3 Сравнение свойств импортных ионитов фирм «Purolite» и «Dowex» с отечественными аналогами позволили рекомендовать перспективные нониты Purolite А-845 и А-847 для замены отработавшего отечественного анионита АН-31 в фильтрах первой ступени обессоливающих установок, а также иониты класса «супергель» SGC-100-10 и SGC-550 - для загрузки в фильтры смешанного действия установок очистки турбинного конденсата

Результаты эксплуатационного контроля качества ионитов, выполненные после 2—4 лет работы их в фильтрах I ступени химводоочи-стки показали осмотическая стабильность (ОС) анионитов А-845 и Л-847 не опускалась ниже 98%, механическая прочность - ниже 650 г/гранулу (при норме - 90 % и 300 г/гранулу соответственно) Полная статическая обменная емкость (ПСОЕ) осталась на одном уровне

Отмечено устойчивое высокое качество катеонитов Purolite (NRB-100 R) и Dowex (650 С) по показателям ПСОЕ, ОС, механическая прочность для загрузки в фильтры установок очистки конденсата

Входной контроль и лабораторные испытания порошкообразного ионита Mikroionexs МВ-210 F (фирмы «Rohm and Haas») показали, что он сопоставим с отечественным фильтрперлитом по степени очистки вод типа конденсата от нефтепродуктов, но дает меньше собственных примесей в обрабатываемую воду

4 Лабораторные исследования и промышленные испытания установок химобессоливания по удалению из природных вод железа, органических соединений и минеральных солей показали, что присутствие в природной воде техногенной органики снижает эффект очистки воды от железоорганических соединений, а при невысоких (менее 200 мкг/л) концентрациях железа в исходной воде не дает желаемого эффекта и добавление к коагуляции в осветлителе порошкообразных твердых сорбентов При этом высокий эффект очистки природной воды от же-

лезоорганических соединений получен на анионитах Putohte А-845 и А-847 Собственные исследования и анализ опыта промышленных испытаний импортных анионитов на Киришской ГРЭС, ТЭЦ-26 ОАО «Мосэнерго», Кольской АЭС позволяет рекомендовать пару анионитов Purolite А-845 (А-847) - Purohte А-500(600), наряду с парой анионитов Amberlite IRA-67 - Amberhte 1RA-900 для загрузки в анионит-ные фильтры I и II ступеней установок химобессоливания при обработке вод с повышенным содержанием органических примесей 5 Проведенные исследования позволяют рекомендовать к широкому применению в теплоэнергетике разработанную методику контроля качества ионитов Анализы проб ионитов из фильтров обессоливающих установок Конаковской ГРЭС, Владимирской ТЭЦ, ТЭЦ-23 ОАО «Мосэнерго» обеспечили своевременную рекомендацию о качестве ионитов и возможности их использования в фильтрах ХВО и БОУ Промышленные испытания свойств анионитов Purohte А-845 и А-847 в фильтрах I ступени анионирования позволили отказаться от предочи-стки природной воды (р Десна) в осветлителях на ХВО Смоленской АЭС, что является ценным практическим опытом в условиях работы ХВО ТЭС и АЭС при сниженных нагрузках Применение отобранных на базе входного и эксплуатационного контроля ионитов для фильтров установки очистки турбинного конденсата дало высокое качество питательной воды энергоблока

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях Научные статьи, опубликованные в изданиях по списку ВАК

1 Гостьков В В , Ларин Б М Контроль и восстановление свойств ионитов блочной обессоливающей установки//Вестник ИГЭУ 2006 Вып 6 С 12-16

2 Анализ ведения водно-химических режимов АЭС с РБМК-1000 и основные направления их совершенствования / В В Гостьков, В Г Крицкий, В Ф Тяп-ковидр //Теплоэнергетика 2005 №7 С 26—35

3 Гостьков В В , Ларин Б М Входной контроль ионитов // Вестник ИГЭУ 2003 Вып 6 С 12-16

4 Гостьков В В , Ларин Б М Обоснование испытания ионообменных смол // Вестник ИГЭУ 2003 Вып 6 С 9-11

Публикации в других изданиях

5 Гостьков В В Эксплуатация и контроль импортных ионитов на электростанциях II Сб тезисов междунар науч-техн конф «Состояние и,перспективы развития электротехнологии» Иваново ИГЭУ 2007 С 209

6 Повышение эксплуатационной надежности и радиационной безопасности АЭС средствами ВХР / БМ Ларин, В В Гостьков, В С Щебнев и тд // Иваново ИГЭУ 2005 192 с

7 Гостьков В В , Ларин Б М Опыт эксплуатации импортных ионитов на ХВО и БОУ / Сб тезисов 7-го междунар совещания «Водно-химический режим АЭС» М ВНИИ АЭС 2006 С 37-38

8 Анализ ведения водно-химического режима АЭС с РБМК и основные направления совершенствования ВХР / В В Гостьков, Т М Егорова, В Ф Тяпков и др // Сб тезисов 7-го междунар совещ, посвященного памяти В А Мамета М ВНИИ АЭС М 2003 С 7-10

9 Гостьков В В Режимы и нормы эксплуатации оборудования по химико-радиационному цеху АЭС Учебное пособие// Иваново, 1999 258 с

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА ПЕРВАЯ. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Загрязнение природных источников водоснабжения электростанций.

1.2. Состояние технологии обработки воды на элекростанциях.

1.3. Перспективные способы и схемы обработки природной воды

1 ) ' ; ' с повышенным содержанием органических примесей.

1.3.1. Исследование сорбции железоорганических соединений на порошкообразных твердых сорбентах.

1.3.2. Опыт использования обратного осмоса и термического обессоливания на установках обработки воды.

1.4. Повышение эффективности работы установок очистки турбинного конденсата.

1.5. Автоматический химконтроль и измерения электропроводности теплоносителя.

1.6. Задачи исследования.

ГЛАВА ВТОРАЯ. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ИОНИТОВ. РАЗРАБОТКА ОПЕРАТИВНОЙ МЕТОДИКИ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИОНИТОВ.

2.1. Методика подготовки проб ионитов к испытаниям и их визуального контроля.

2.1.1. Методика отбора проб ионитов для испытаний.

2.1.2. Методика подготовки проб ионитов к испытаниям.

2.2. Методическое обеспечение входного и эксплуатационного контроля ионитов. Сравнительный анализ ГОСТов и вновь разработанных методик.

2.3. Методы оценки эффективности работы ионитов на установках очистки теплоносителей ТЭС и АЭС.

2.3.1. Методика вычисления количества поглощённых солей фильтрами смешанного действия установок конденсатоочисгок.

2.3.2. Методика промышленных испытаний.

2.4. Методы оценки качества воды при ионном обмене в условиях промышленной эксплуатации. Метрологическая оценка достоверности результатов анализа.

2.4.1. Ионохроматографический метод измерений.

2.4.2. Спектрометрический метод измерений.

2.4.3. Определение удельной электрической проводимости и водородного показателя pH.

2.5. Выводы по второй главе.

ГЛАВА ТРЕТЬЯ. РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СВОЙСТВ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИОНИТОВ В СРАВНЕНИИ

С ОТЕЧЕСТВЕННЫМИ АНАЛОГАМИ.

3.1. Обоснование выбора ионитов для исследований.

3.2. Входной и эксплуатационный контроль качества перспективных ионитов

3.2.1. Входной контроль ионитов.

3.2.2. Эксплуатационный контроль ионитов.

3.3. Результаты входного и эксплуатационного контроля качества ионитов.

3.3.1. Результаты входного и эксплуатационного контроля качества ионитов на примере ионитов фирмы Purolite.

3.3.2. При длительной эксплуатации в фильтрах установок очистки турбинного конденсата (КО, БОУ).

3.3.3. При длительной эксплуатации в фильтрах химводоочистки - установки обессоливания речной воды.

3.4. Лабораторные испытания фильтроперлита и ионообменного порошка Microionex MB 210 F фирмы «ROHM and HAAS».

3.5. Выводы по третьей главе.

ГЛАВА ЧЕТВЁРТАЯ. ЛАБОРАТОРНЫЕ И ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ПО УДАЛЕНИЮ ИЗ ПРИРОДНЫХ ВОД ЖЕЛЕЗА, ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ И МИНЕРАЛЬНЫХ СОЛЕЙ НА УСТАНОВКАХ ХИМИЧЕСКОГО ОБЕССОЛИВАНИЯ.

4.1. Анализ и промышленные испытания по удалению железа и органических соединений на стадии предочистки.

4.1.1. Анализ эффективности удаления природной органики традиционными методами коагуляции в осветлителе.

4.2. Результаты лабораторных испытаний коагуляции совмещенной с абсорбцией на твердом абсорбенте.

4.3. Промышленные испытания ионитов по удалению железа, органики и минеральных солей из природных вод с высокой окисляемостью.

4.4. Результаты промышленных испытаний слабоосновных анионитов Аи А-847 в фильтрах первой ступени схемы химобессоливания речной воды.

4.5. Промышленные испытания перспективных ионитов в условиях работы установок очистки турбинного конденсата.

4.6. Выводы по четвертой главе.

ГЛАВА ПЯТАЯ. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ

ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИИ ИОННОГО ОБМЕНА.

5.1. Использование методики входного и эксплуатационного контроля качества ионитов.

5.2. Совершенствование схемы и выбор ионитов для установок химобессоливания.

5.2.1. Установки химводоочистки.

5.2.2. Установки конденсатоочистки.

5.3. Промышленные исследования намывных ионитных фильтров в схемах очистки вод типа конденсат.

5.4. Совершенствование методов химконтроля за качеством обессоленной воды.

5.5. Выводы по пятой главе.

Актуальность темы. Энергетическая стратегия России предусматривает почти утроение производства электроэнергии с 2000 до 2020 г. с преимущественным ростом атомной энергетики: относительная доля выработки электроэнергии на АЭС за этот период должен увеличиваться с 13,8 до 20,8 %. Рост выработки электроэнергии на тепловых электростанциях планируется в значительной степени за счет строительства парогазовых блоков. Теплоносителем и рабочим телом в тепловом контуре энергоблоков ТЭС и АЭС является обессоленная вода, требования к качеству которой ужесточаются от предыдущего издания нормативных документов к следующему. При ухудшении качества исходной (природной) воды, прежде всего по органическим примесям, и появлении на Российском рынке новых технологий водоподготовки и ионитов возрастает потребность в исследовании их рабочих характеристик, правильной оценке пригодности для обработки воды в разных технологических схемах. При этом наибольшая удельная выработка обессоленной воды приходится на установки, использующие технологии ионного обмена. Такое состояние сохранится и в ближайшее десятилетие.

Особенно высокая потребность в ионите имеет место на АЭС с РБМК, например, на Смоленской АЭС потребность в ионитах разного вида и класса превышает 200 м3/год. Использование качественных ионитов повышает эксплуатационную надежность теплоэнергетического оборудования, снижает расходы на их приобретение и сокращает сбросы отработанных регенерационных растворов.

Целью диссертации является повышение эксплуатационной надежности водно-химического режима теплоэнергетического оборудования электростанций путем совершенствования технологии обработки воды и химического контроля ионитов на установках очистки водного теплоносителя.

Достижение поставленной цели обеспечивается решением следующих задач:

1. Разработка и испытание методик входного и оперативного эксплуатационного контроля качества ионитов, обеспечивающих высокую эффективность использования ионитов на ТЭС и АЭС.

2. Исследование физико-химических характеристик перспективных ионитов, применяемых в фильтрах химводоочистки и установок очистки турбинного конденсата (КО, БОУ) в условиях повышенного содержания железоорганических веществ в поступающей воде.

3. Лабораторные и промышленные исследования по эффективности очистки природных вод с повышенным содержанием органических примесей на установках химводоочистки электростанций.

4. Разработка рекомендаций по совершенствованию использования ионитов на установках обработки воды на электростанциях. Научная новизна работы:

1. Разработана и испытана в промышленных условиях комплексная методика входного и эксплуатационного контроля ионитов, отличающаяся подбором и способом определения отдельных характеристик и обеспечивающая наблюдение динамики технологических показателей ионитов в течение всего времени их использования.

2. Получены новые данные о свойствах перспективных импортных ионитов и предложена эффективная технологическая схема для обработки вод с повышенным содержанием органических примесей.

Практическая ценность работы:

1. Разработано и реализовано методическое и техническое обеспечение входного и эксплуатационного контроля качества ионитов для установок ионитной очистки воды на электростанциях.

2. Составлена режимная карта эксплуатации анионитов А-845 и А-847 в ОН-анионитных фильтрах первой ступени химобессоливания природной воды.

3. Разработаны рекомендации по совершенствованию использования ионитов действующих химводоочисток.

Достоверность изложенных в диссертации положений и полученных результатов обеспечивается применением ГОСТированых методик анализа ионитов и водных сред, аттестованных приборов химического контроля, апробированных расчетных методов, а также проверкой характеристик ионитов и качества воды в промышленных условиях эксплуатации установок очистки теплоносителя энергоблоков ТЭС и АЭС.

Личное участие автора. Автор принимал активное участие на всех этапах работы, начиная от постановки задач исследования и заканчивая промышленными испытаниями ионитов, технологий и методов химического контроля. Основные положения, выносимые на защиту:

1. Методика и результаты входного и эксплуатационного контроля качества ионитов.

2. Результаты лабораторных исследований и промышленных испытаний перспективных твердых сорбентов.

3. Комплекс мероприятий по совершенствованию технологии ионообменной обработки природных и технологических вод с использованием импортных ионитных смол.

Апробация работы. Результаты докладывались и обсуждались на 6-ом и 7-ом международных научно-технических совещаниях «Водно-химический режим

АЭС» (г. Десногорск, 2003 г., г. Москва, 2006 г.), XIII Бенардосовских чтениях (г. Иваново, 2007 г.), НТС Смоленской АЭС (2000-2007 г.г.), НТС кафедр ХХТЭ и ТЭС ИГЭУ (2007 г.).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 9 печатных работ, в том числе монография (в соавторстве) и учебное пособие.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, списка литературы из 100 наименований и 16 приложений, количество страниц 181 (без приложений), в том числе рисунков 51, таблиц 70.

5.5. Выводы по пятой главе

1. Показана на конкретных примерах целесообразность применения входного и эксплуатационного контроля качества ионитов по методике автора.

2. Рекомендованы и проверены в условиях эксплуатации пары анионитов, обеспечивающие глубокую очистку природной воды от железа и органических примесей. Такие пары составляют слабоосновные и сильноосновные аниониты: Amberlite IRA-67 и IRA-900, а также аниониты: Purolite А-845 (А-847) и анионит А-500 (А-600).

Использование пары анионитов А-847 и А-500 позволил на ХВО Смоленской АЭС отказаться от осветлителей и ограничить предочистку лишь фильтрацией исходной воды на механических фильтрах.

3. Правильный подбор ионитов по данным входного контроля обеспечивает качество конденсата паровых турбин после БОУ (КО). Применение ионитов фирм «Dow Chemical» и «Purolite» обосновано высокой устойчивостью этих смол к механическим и осматическим нагрузкам.

4. Расширение производства порошкообразных ионитов позволяет рекомендовать их для использования в намывных фильтрах для очистки вод типа конденсатов от железа и нефтепродуктов.

5. Длительная эксплуатация ионитов в фильтрах ХВО и БОУ (КО) должна сопровождаться восстановительными промывками анионитов, загрязняющихся со временем железоорганическими соединениями и кремнекислотой. Важную роль при этом играет организация надежного автоматического химконтроля, дополненного аппаратом диагностики состояния теплоносителя в водопаровом тракте энергоблока и установках его подготовки и очистки.

Заключение

1. Выполнен анализ состояния технологии обессоливания природных вод, и конденсатов паровых турбин энергоблоков ТЭС. Показано, что для природных вод невысокой минерализации со средним и повышенным содержанием органических примесей перспективным остаётся метод химического обессоливания воды на ио-нитах. Отмечено, что в условиях свободного рынка необходим качественный входной контроль ионитов, а при обилии форм и типов ионитов - правильный выбор ионитов для тех или иных установок на базе эффективного эксплуатационного контроля их качества.

2. Разработана комплексная методика контроля качества ионитов, включающая входной и эксплуатационный контроль. Методика составлена на базе ГОСТов по определению отдельных свойств производимых ионитов с учётом специфики их использования для очистки теплоносителя энергоблоков электростанций в установках обессоливания природных вод и конденсатов паровых турбин. Методика эксплуатационного контроля качества ионитов прямо связана с требованиями стандарта предприятия как к качеству водного теплоносителя, так и к качеству самих ионитов. Выполнена метрологическая оценка достоверности и точности каждой методики определения свойств ионитов. Укомплектована и аттестована лаборатория анализа ионитов. Составлена и реализована программа входного и эксплуатационного контроля каждого поступающего типа ионита на весь период его эксплуатации.

3. Сравнение свойств импортных ионитов фирм «Purolite» и «Dowex» с отечественными аналогами позволили рекомендовать перспективные иониты Purolite А-845 и А-847 для замены отработавшего отечественного анионита АН-31 в фильтрах первой ступени обессоливающих установок, а таюке иониты класса «супергель» SGC-100-10 и SGC-550 - для загрузки в фильтры смешанного действия установок очистки турбинного конденсата.

Результаты эксплуатационного контроля качества ионитов, выполненные после 2-4 лет работы их в фильтрах I ступени химводоочистки показали: осмотическая стабильность (ОС) анионитов А-845 и А-847 не опускалась ниже 98 %, механическая прочность - ниже 650 г/гранулу (при норме - 90 % и 300 г/гранулу соответственно). Полная статическая обменная ёмкость (ПСОЕ) осталась на одном уровне.

Отмечено устойчивое высокое качество катионитов Purolite (NRB-100 R) и Dowex (650 С) по показателям ПСОЕ, ОС, механическая прочность для загрузки в фильтры установок очистки конденсата.

Входной контроль и лабораторные испытания порошкообразного ионита Mik-roionexs МВ-210 F (фирмы «Rohm and Haas») показали, что он сопоставим с отечественным фильтрперлитом по степени очистки вод типа конденсата от нефтепродуктов, но даёт меньше собственных примесей в обрабатываемую воду.

4. Лабораторные исследования и промышленные испытания установок химобессо-ливания по удалению из природных вод железа, органических соединений и минеральных солей показали, что присутствие в природной воде техногенной органики снижает эффект очистки воды от железоорганических соединений, а при невысоких (менее 200 мкг/л) концентрациях железа в исходной воде не даёт желаемого эффекта и добавление к коагуляции в осветлителе порошкообразных твёрдых сорбентов. При этом высокий эффект очистки природной воды от железоорганических соединений получен на анионитах РигоШе А-845 и А-847. Собственные исследования и анализ опыта промышленных испытаний импортных анионитов на Кириш-скойТРЭС, ТЭЦ-26 ОАО «Мосэнерго», Кольской АЭС позволяет рекомендовать пару анионитов: РигоШе А-845 (А-847) - РигоШе А-500(600), наряду с парой анионитов АтЬегШе ША-67 - АтЬегШе ША-900 для загрузки в анионитные фильтры I и II ступеней установок химобессоливания при обработке вод с повышенным содержанием органических примесей.

5. Проведённые исследования позволяют рекомендовать к широкому применению в теплоэнергетике разработанную методику контроля качества ионитов. Анализы проб ионитов из фильтров обессоливающих установок Конаковской ГРЭС, Владимирской ТЭЦ, ТЭЦ-23 ОАО «Мосэнерго» обеспечили своевременную рекомендацию о качестве ионитов и возможности их использования в фильтрах ХВО и БОУ. Промышленные испытания свойств анионитов РигоШе А-845 и А-847 в фильтрах I ступени анионирования позволили отказаться от предочистки природной воды (р. Десна) в осветлителях на ХВО Смоленской АЭС, что является ценным практическим опытом в условиях работы ХВО ТЭС и АЭС при сниженных нагрузках. Применение отобранных на базе входного и эксплуатационного контроля ионитов для фильтров установки очистки турбинного конденсата дало высокое качество питательной воды энергоблока.

1. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей. РД. 34.20.501-95 (15 издание) М. 1996.

2. Методические указания по применению ионитов на водоподготовительных установках тепловых электростанций. РД. 34.37.526-94. 1994. с. 43.

3. Справочник химика-энергетика. т1. Водоподготовка и водный режим парогенераторов. 1972. М. Энергия. С. 44-88.

4. Водно-химический режим атомных станций. Основные требования безопасности. РБ Г-12-43-97.

5. РД ЭО 0161-99. Требования к входному и эксплуатационному контролю ионообменных смол для атомных электростанций с реактором типа ВВЭР.

6. РД-ЭО 0368-02. Методики входного и эксплуатационного контроля ионитов на атомных электростанциях.

7. Ctarkson D.O., Wigglesworth P.E. Cycle chemistry improvement program at Public Service company of Colorado // IV conference EPRI, USA. P. 223-232.

8. Мамет B.A., Назаренко П.Н., Кисвелев Н.Г. и др. Автоматизированная подсистема контроля и управления водно-химическим режимом второго контура АЭС с ВВЭР на базе IBK «Комплекс-Титан-2» // Теплоэнергитика, 1991, № 12, с. 33-38.

9. Живилова JI.M., Максимов В.В., Мураховская Е.И. Автоматизация контроля и управления установками водопрриготовления ВХР ТЭС // Теплоэнергетика, 1991, № 9, с. 42-47.

10. Живилова JI.M., Тарковский В.В. Система и средства автоматизации контроля водно-химического режима тепловых электростанций // Теплоэнергетика, 1998, № 7, с. 14-19.

11. Общие технологические требования к системам химико-технологического мониторинга водно-химических режимов тепловых электростанций (OTT СХТМ ВХР ТЭС). РД 153-34. 1-37. 532.4-2001. М. 2001.

12. Воронов В.Н., Мартынова О.И. и др. Совершенствование химико-технологических процессов в энергетике // Теплоэнергетика. -2000. -№6. С. 46-49.

13. Ларин Б.М., Бушу ев E.H., Козюлина Е.В. Повышение информативности мониторинга водного режима конденсатно-питательного тракта энергоблоков // Теплоэнергетика. -2003. -№7. с. 2-8.

14. Гостьков В.В., Ларин Б.М. Контроль и восстановление свойств ионитов блочной обессоливающей установки // Вестник ИГЭУ. 2006. Вып. 6. С. 12-16.

15. Федосеев Б.С. Современное состояние водоподготовительных установок и вводно-химических режимов ТЭС//Теплоэнергетика. 2005. №7. С. 2-9.

16. Юрчевский Е.Б., Ларин Б.М. Разработка, исследование и внедрение водоподготови-тельного оборудования с улучшенными экологическими характеристика-ми//Теплоэнергетика. 2005. №7. С. 10-16.

17. Гришин A.A. Совершенствование технологии обработки воды, загрязненной органическими веществами на тепловых электростанциях. А/реферат дисс. на соиск. уч. ст. конд. тех. наук. М.:МЭИ. 2004.

18. Водоподготовка. Процессы и аппараты/Под ред. Мартыновой О.И./ М. 1977.

19. Scheldon D. Strauss. Zero Discharge Firmly Entrenched as a Power Plant Design strat-egy//Power. 1994. №10. P.4U48.

20. Стратегия защиты водоемов от сброса сточных вод ТЭС ОАО «Мосэнерго»/ Н.И. Серебряников, Г.В. Прянов, A.M. Храмчихин и др. // Теплоэнергетика. 1998. № 7. с. 2^6.

21. Ларин Б.М., Морыганова Ю.А. Органические соединения в теплоэнергетике. Иваново. 2001.

22. Мартынова О.И. О поведении органики и растворенной углекислоты в пароводяном тракте электростанций/ЛГеплоэнергетика. 2002. №7. с.67-70.

23. О содержании отдельных групп органических веществ рек Европейской территории СССР /А.Д. Семенов, А.П. Пашанова, Т.С. Кишкинова и др. //Гидрохимические материалы.-1966.- Т.42.-С.171.

24. Семенов А.Д., Брызгало В.А. О содержании органических кислот и их сложных эфи-ров в речных водах//Гидрохимические материалы.- 1966.- Т.42.

25. Ларин Б.М., Бушуев E.H., Бушуева Н.В. Технологическое и экологическое совершенствование водоподготовительных установок на ТЭС // Теплоэнергетика. 2001. №8. с. 23-27.

26. Юрчевский «Е.Б. Разработка, исследование и внедрение водоподготовительного оборудования для ТЭС с улучшенными экологическими характеристиками. А/реферат дисс. на соиск. уч. ст. докт. техн. наук. Иваново. 2004.

27. Ларин А.Б. Совершенствование технологии ионирования маломинерализованных вод // Дисс. соиск. уч. ст. канд. техн. наук. Иваново. ИГЭУ. 2006.

28. Зройчиков H.A., Малахов^И.А.,, Амосова Э.Г. и др. Результаты испытаний аниони-тов, поглощающих органические вещества, в схеме химического обессоливания добавочной воды на ТЭЦ//Теплоэнергетика. 1999. №7. С.7-15.

29. Наладка технологических режимов эксплуатации обессоливающей установки ТЭЦ-26 ОАО «Мосэнерго» при использовании импортных ионитов IRC-86, IRA-67, IRA-900/Технический отчет ООО «Энергоэкосервис». М.1999.

30. Abrains J.M. Organic jouling of ion exchenge resins // Physicochem. Mater and Wastewater., Proc. 3 rd 1 nt. Conf. (Lublin, 21-25 sept., 1981)-Fmsterdam, 1982. -p 213*224.

31. Салашенко И.Г., Чермос З.И. Влияние степени отравления органическими веществами высокоосновных ионитов гелевой структуры // Химимя и технология воды. — 1985. — 7, №6. с. 27^-29.

32. Calman С. Recent developments in water treatment by ion exchenge // Reach Polym. -1986.-4, №2-p.l 31*146.

33. Относно относянията на сильнооснония анионит Дауэкс МА-1 при получаването на сверъхчиста вода / А. Звездов, И. Добревски, В.А. Мавров, К. Иванова // Год. Высш. хим. -технол. ин-т Бургас. 1986 (1987) - 21, №1. - с. 35*44.

34. Гришин A.A. Совершенствование технологии обработки воды, загрязненной органическими веществами на тепловых электростанциях. Диссертация на соиск. уч. ст. канд. техн. наук. М. МЭИ. 2004.

35. Pat. 2060430 G.B., MKU BOIJ 49/00. Regeneration of ion exchange resins // J. Roscrow. -Publ. 07.05.81.

36. Буткуте Э.Л. Приготовление обессоленной воды с незначительным количеством органических веществ. Вильнюс, 1983. - 7 с. - Деп. в Лит. НИИНТИ 12.07.83, 10 Ли-Д83.

37. Справочник химика-энергетика; в 2-х т./ Под ред. С.М. Гурвича М.: Энергия, 1972. -Т.1.-455 с.

38. Теоретические основы деминерализации пресных вод/ М.М. Сенявин, Р.Н. Рубинштейн, И.В. Комарова и др. М.: Наука, 1975. - 324 с.

39. Сокращение расходов кислоты и стоков при обессоливании воды / Б.М. Ларин, Г.Л. Дробот, Э.А. Хлебникова и др. / Теплоэнергетика. 1983. - №7 -с. 19*22.

40. Патент № 128176 ПНР, МКИ. COOF 1/42 Регенерация двухслойной шихты анионита для деминерализации воды / В. Марчевская. Опубл. 28.06.85 г.

41. Клячко В.А., Апельцин И.О. Очистка природных вод. М.: 1971.

42. Кастальский Л.А., Минц Д.М. Подготовка воды для питьевого и промышленной водоснабжения. М.: Высшая школа. 1962.

43. Цирульников Д.Л. Исследование методов интенсификации работы и создание новых конструкций механических и ионитных фильтров. Автореферет дис. . к.т.н.

44. Испытания активных углей на Березовской ГРЭС-1 и Омской ТЭЦ-4 для улавливания органических примесей из природной воды на стадии предочистки/Отчет НИР КирНИОЭ. №ГР 069000. Инв. №02880062611. 1988. 81 с.

45. Каталог. Угли активные/Минхимпром, отд. НИИ техню-эк. исс. Чебоксары. 1983. 16 с.

46. Седлов A.C., Шищенко В.В. Водоподготовительные установки с утилизацией сточных вод. Промышленная энергетика. 1992, №10, с. 29 30.

47. Седлов A.C., Шищенко В.В., Чебанов С.Н. и др. Теоретическое и экспериментальное обоснование способов обессоливания с многократным использованием регенерационного раствора.//Теплоэнергетика, 1995, №3, с. 64 68.

48. Водно-химический режим основного технологического контура и вспомогательных систем атомных электростанций с реакторами РБМК-1000. СТП ЭО 0005-01.

49. Ларин Б.М., Короткое А.Н. Испытание промышленного образца системы автоматического химконтроля за обессоливанием воды//Теплоэнергетика. 1993. №7. с.27-29.

50. Ларин Б.М., Короткое А.Н., Опарин М.Ю. Автоматический химконтроль термохимического обессоливания воды//Теплоэнергетика. 1996. №7. с.59-62.

51. ГолубковаН.А., Коротков А.Н:, Ларин Б.М. Способ обессоливания воды. Авторское свидетельство СССР №1248962.

52. ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 1. Основные положения и определения.

53. ГОСТ Р ИСО 5725-2-2002. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 2. Основной метод определения повторяемости и воспроизводимости стандартного метода измерений.

54. ГОСТ Р ИСО 5725-3-2002. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 3. Промежуточные показатели прецизионности стандартного метода измерений.

55. Констрикин Ю.М. Инструкция по эксплуатационному анализу воды, и пара на тепловых электростанциях // СПО ОРГРЭС. 1979. с. 120

56. Ларин Б.М., Лукомская Н.Д. Практические расчеты качества природных и осветленных коагуляцией вод//Энергетик. 1986. №6. С. 33-36.

57. Федосеев Б.С. Современное состояние водоподготовительных установок и вводно-химических режимов ТЭС//Теплоэнергетика. 2005. №7. С. 2-9.

58. О применении хроматографии для контроля качества воды и пара на ТЭС / О.И. Мартынова, В.И. Кашинский, А.Ю. Петрова и др. // Теплоэнергетика. -1996. №8. С.39-42.

59. Гостьков В.В., Ларин Б.М. Входной контроль ионитов на Смоленской АЭС // Вестник ИГЭУ. 2003. Вып. 6. С. 12-16.

60. Гостьков В.В., Ларин Б.М. Обоснование испытания ионообменных смол на Смоленской АЭС // Вестник ИГЭУ. 2003. Вып. 6. С. 9-11.

61. Ларин Б.М., Гостьков В.В., Щебнев B.C., Тяпков В.Ф. Повышение эксплуатационной надежности и радиационной безопасности АЭС средствами ВХР. ISBN 5-89482-407-9. Иваново. ИГЭУ. 2005. 192 с.

62. Механизм-«проскока» органических кислот через ионитные фильтры ХВО и БОУ / Б.Н. Ходырев, Б.С. Федосеев, В.А. Коровин В.А. и др. // Теплоэнергетика. 1999. №7. С.2-6.

63. Гостьков В.В., Ларин Б.М. Опыт эксплуатации импортных ионитов на ХВО и БОУ / Сб. тезисов 7-го междунар. совещания «Водно-химический режим АЭС». М.: ВНИИ АЭС. 2006.

64. Тепловые и атомные электростанции Справочник. Кн. З./Под общ. ред. Клименко A.B. и Зорина В.М. Москва. Издательство МЭИ. 2003.

65. ТУУ 02071045-002-98. Смолы ионообменные. Аниониты. Требования к качеству анионитов Rohm and Haas. Технические условия.

66. Копылов A.C., Лавыгин В.М., Очков В.Ф. Водоподготовка в энергетике. М.: МЭИ. 2003. с. 101-103.

67. Тяпков'В.Ф., Чудакова И.Ю., Тишков В.М. и др. Внедрение намывной ионообменной фильтрации в установках спецводоочисток на действующих АЭС с РБМК // Теплоэнергетика. 2005ю №7. С.36—41.

68. Кншневский В.А. Системы обработки воды в энергетике // Одесса. «Астропринт». 2003.

69. Громов С.Л., Пантелеев A.A. Технология противоточной регенерации ионитов для водоподготовки // Теплоэнергетика. 2006. №8.

70. Юрчевский Е.Б., Первов А.Г., Андрианов А.П. Перспективы использования мембранных технологий водоподготовки для предотвращения загрязнения пароводяных тракtтов ТЭС органическими примесями природных вод // Теплоэнергетика. 2006. №8. С.2-9.

71. Ларин Б.М., Виноградов В.Н., Ларин А.Б., Доможиров В.А. Исследование импортных ионитов для обработки природных вод с повышенным содержанием органических примесей // Теплоэнергетика. 2006. №8. С.10-13.

72. Пирогов А.И., Опарин М.Ю. Ларин А.Б. Испытание перспективной технологии «Швебебет» для умягчения воды на катионите С-100//С6. трудов «Повышение эффективности работы энергосистем» М. Энергоатомиздат. 2003. С. 123-132. , ^

73. Барочкин E.Bi, Опарин М.Ю., Ильичев A.A., Ларин А.Б. Опыт работы автоматизированной установки ионообменного умягчения природной воды//Теплоэнергетика. 2005. №10. с. 18-23.

74. Ларин А.Б. Анализ технологической эффективности схем химического обёссоливания воды в условиях промышленной эксплуатации. Вестник ИГЭУ. 2005. №1. С. 29-34.

75. Дзысюк Л.А., Шапошникова С.Ю. Разработка технологии обезжелезивания исходных вод, применяемых для приготовления добавки к питательной воде. Отчет ВТИ им. Дзернинского. 1961.

76. Гостьков В.В., Егорова Т.М., Тяпков В.Ф. и др. Анализ ведения водно-химического режима АЭС с РБМК и основные направления совершенствования ВХР / Сб. тезисов 7-го междунар. совещ., посвященного памяти В.А, Мамета. М,: ВНИИ АЭС. М.: 2003.

77. Богоявленский Р.Г., Юрчевский Е.Б. Экологическая безопасность энергетики. Тяжелое машиностроение, 1997, №8, с. 5 7.

78. Седлов A.C. Экологические показатели тепловых электростанций. Теплоэнергетика, 1992, №7, с. 5-7.

79. Бородулина H.H., Гришин A.A., Юрчевский Е.Б. Обзор состояния и показатели работы водоподготовительных установок электростанций за 1994—1997 г.г. и основные направления по повышению их технического уровня. М., 1997г.

80. Мамет А.П., Таратута В.А., Юрчевский Е.Б. Принципы создания малоотходных водоподготовительных установок.//Теплоэнергетика, 1992, №7, с. 2 5.

81. Солодянников; В.В., Кострикин Ю;М:, Букин Г.Н: Использование отработавших стоков водоочистки на ТЭЦ. Электрические станции, 1986, №7, с. 33 36.

82. Полетаев Л;Н., Солодянников В.В., Пушель И.В. Переработка минерализованных сточных вод на ТЭС. Обзорн. информ. Сер. 44.31.31. (Тепловые электростанции), Минск, 1991,48 с.

83. Жйвилова Л.М;, Максимов В;В: Состояние и перспективы развития работ по автоматизации; установок водоприготовления и химического контроля теплоносителя ЭС//Электрические станции. 1992. №3. с.56-61.

84. Жнвилова Л.М; Семинар по автоматизации контроля и управления водно-химическим режимом и водоподготовительными установками ТЭС// Энергетик. 2003. №11.

85. Живилова Л.М., Синицин В.П; Приборы автоматического водно-химического контроля//Энергетик. 2004. №4.

86. Опыт разработки систем мониторинга водно-химических режимов ТЭС и АЭС/В.Н. Воронов, П.Н. Назаренко, И.С. Никитина, А.П. Титаренко//Теплоэнергетика. 1994. №1. с.46-50. ,

87. Тарасов? Д.В., Мансуров А.А., Бедрин Б:К. Модернизация АСУ ТП ХВО на ТЭЦ-27//Элетрические станции. 2002. №10.

88. Солодянников В.В., Чупрунов В.П. Лифшиц М.Ю. и др. Опыт внедрения АСУ ТП подотовки воды на Самарской ТЭЦ//Промышленная энергетика. 2000. №12. '

89. Коротков А.Н., Опарин М;Ю., Ларин Б.М. Испытание системы мониторинга Na-катионитных фильтров//Теплоэнергетика. 2000. №1. с.53-55.

90. Козюлина Е.В. Совершенствование мониторинга и диагностики водно-химического режима конденсатно-питательного тракта на ТЭС: автореф. дис. канд. техн. наук.-Иваново., 2004.-20с. ' .

91. ГОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университетим. В.И. Ленина»1. На правах рукописи1. Ю4.20 0.8 1 0 837

92. ГОСТЬКОВ ВЛАДИМИР ВАСИЛЬЕВИЧ

93. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ВОДНОГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ НА ТЕПЛОВЫХ И АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИОНИТОВ