автореферат диссертации по энергетике, 05.14.01, диссертация на тему:Технологическое совершенствование процессов обработки пресных и минерализованных природных вод в теплоэнергетике

На правах рукописи

Стоянов Николай Иванович

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ПРЕСНЫХ И МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ПРИРОДНЫХ ВОД В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ

Специальность 05.14.01. - Энергетические системы и комплексы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Новочеркасск, 2006

Работа выполнена на кафедре «Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Северо-Кавказский государственный технический университет»

Официальный оппоненты:

доктор технических наук, профессор доктор технических наук, профессор доктор технических наук, профессор

Ведущая организация:

Шищенко Валерий Витальевич; Ларин Борис Михайлович; Бубликов Игорь Альбертович

Ростовский государственный строительный университет (РГСУ) г. Ростов-на-Дону

Защита диссертации состоится «17» ноября 2006 г. на заседании диссертационного Совета Д 212.304.08 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» в 107 ауд. главного корпуса по адресу: 346428, г. Новочеркасск Ростовской обл., ГСП-1, ул. Просвещения, д. 132.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «ЮжноРоссийский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)».

Автореферат разослан « ей. октября 2006 V.

Ученый секретарь диссертационного Совета кандидат технических наук, доцент

С. В. Скубиенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность диссертационной работы. В современных условиях индустриализации общества, роста объемов промышленного производства, развития энергетики, повышения требований к, качеству воды п энергетических системах и комплексах и повышения уровня комфортности среды обитания человека, проблемы водоснабжения населения и индустриальных центров приобретают все нарастающую остроту.

Однако проблема водоснабжения не сводится лишь к устранению дефицита пресной воды. Рост водонотребления приводит к увеличению объемов сточных вод, которые, попадая в природные водоемы, повышают их общее со-лесодержание.

Основными потребителями технической воды в энергетических системах и комплексах являются системы оборотного охлаждения и водоподготовитель-ные установки. Указанные потребители являются источниками минерализованных сточных вод, обезвреживание которых осуществляется в основном разбавлением, а обработка воды связана с затратами на реагенты. В связи с этим как во всем мире, так и в России ощущается дефицит пресной воды и глобальное экологическое загрязнение поверхностных и подземных вод, поэтому все большее признание получает концепция внедрения малоотходных технологий, замкнутых производственных циклов, широкое использование вторичных ресурсов и т. п.

Отсутствие достаточных ресурсов пресной воды в районах нефтедобычи ограничивает возможность применения паротепловых методов повышения нефтеотдачи истощенных месторождений. Но в этих районах обычно имеются достаточные ресурсы минерализованных вод, поэтому их использование для питания парогенераторов в теплоэнергетике является весьма перспективным, несмотря на более высокие затраты на обработку минерализованных вод по сравнению с пресными.

Таким образом, проблема дефицита пресной воды может быть также решена получением ее из морских и пластовых вод.

Объект исследования. Способы подготовки питательной воды в теплоэнергетике. Термоопреснительные установки и тепловые схемы ТЭС, ТЭЦ, паровых котельных и нефтепромысловых теплогенераторов. Природные воды (пресные и минерализованные) различных классов и сточные воды ХВО. Процессы в установках непрерывного ионного обмена с неподвижным слоем иопи-та. Синтетический катионит КУ-2-8. Электролизер.

Изучаемые явления. Процессы комплексной обработки пресных и минерализованных природных вод и сточных вод ХВО: осаждение при электролизной обработке растворов; термодинамический анализ работы термоопресни-тельпых установок в тепловых схемах ТЭС, ТЭЦ, паровых котельных и нефтепромысловых теплогенераторов; использование продувки ТОУ для регенерации катиопига; ионный обмен при сорбционпых и дссорбционных процессах в колоннах в процессах непрерывного ионного обмена.

Цель исследования. Разработка научно-обоснованных техническо-экономических и технологических решений по обработке воды в энергетических системах и комплексах, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие экономики страны.

Задачи исследования:

- разработка, на основе системного анализа, классификации вод и структуры комплекса технологических процессов и оборудования для совершенствования процессов обработки пресных и минерализованных природных и сточных вод ХВО в теплоэнергетике;

- разработка и анализ способов экологического и технико-экономического совершенствования процессов обработки пресных и минерализованных природных и сточных вод ХВО в теплоэнергетике;

- разработка методики расчета термоопрссиителыюй установки;

- разработка методик исследования и расчета процесса умягчения минерализованных вод иоиитами как физико-химической системы, включающих: методики исследования и расчета ионообменного равновесия системы Na* — Са2* - Mg2i с катионитом; методику расчета рабочей обменной емкости поглощения катионита КУ-2-8 при натрий-катионитовом умягчении минерализованных вод; методику расчета коэффициентов внешней и внутренней диффузии парного обмена C(i2i- Na и Mg2*— Na+ при работе ионообменного фильтра для катионита КУ-2-8; методику расчета высоты «работающего» слоя катионита КУ-2-8 в колонне в динамических условиях.

Научная новизна выполненной работы заключается в следующем:

- предложена классификация вод и структура комплекса технологических процессов и оборудования для совершенствования процессов обработки пресных и минерализованных природных и сточных вод ХВО, включающая известные и вновь разрабатываемые технологические процессы;

- разработан способ, отличающийся от известных тем, что для его реализации впервые используется в содово-регенерациошгом методе обработки воды на предочистке станции электролизная обработка продувочной воды теплогенератора или термоопрссиителыюй установки;

- разработан метод термоопреснения минерализованных вод, отличающийся тем, что осуществляется с глубоким-умягчением минерализованных вод па установке непрерывного ионного обмена с неподвижным слоем ионита, регенерируемого продувочной водой термоопрссиителыюй установки, а параметры пара вторичного вскипания последней ступени опреснения позволяют полезно использовать теплоту в тепловых схемах ТЭЦ, паровых котельных и нефтепромысловых теплогенераторов;

- предложена методика расчета тсрмоопрсенительных установок мгновенного вскипания, которая позволяет выполнять инвариантные расчеты без усреднения параметров циркулирующего раствора для различных целевых функций (одинаковые поверхности нагрева ступеней ТОУ; минимальная общая поверхность; достаточность величины продувки для обеспечения регенерации

фильтров; полное использование теплоты в тепловой схеме энергетического комплекса);

- построена математическая модель электролизной обработки растворов, позволяющая оптимизировать процесс;

- разработана методика исследования ионообменных процессов в электролитах с концентрацией от 0,1 до 2,5 Н, учитывающая влияние активности ионов в растворе и катионите при высоких концентрациях;

- получены для разработанных математических моделей: методики расчета равновесного состояния в системе «раствор-катионит», характерного для работы фильтров непрерывного действия с неподвижным слоем катеонита; методика расчета рабочей обменной емкости поглощения катионита КУ-2-8 при натрий-катионитовом умягчении минерализованных вод; методика расчета коэффициентов внешней и внутренней диффузии парного обмена Са3*— Л/а+ и Л/^ -Л/а при работе ионообменного фильтра для катионита КУ-2-8; методика расчета высоты «работающего» слоя катионита КУ-2-8 в колонне в динамических условиях.

Достоверность научных положений и полученных в работе результатов основана на корректности постановки задач исследования и принятых упрощающих допущений; подтверждается применением физически обоснованных математических моделей и удовлетворительным соответствием регрессионных уравнений и аналитических расчетов с данными, полученными экспериментально на опытных и пилотных установках, как автором, так и другими исследователями, а также достаточно широкой публикацией результатов работы и их обсуждением на научных конференциях различного уровня. ,

Формы внедрения. Методические рекомендации и программы расчета технологических схем обработки воды, процессов электролизного и катионного обмена и аппаратов для осуществления процессов ионного обмена.

Эколого-социальная и экономическая эффективность. Внедрение результатов научного исследования позволят более эффективно использовать установки для обработки воды: снизить энергетические затраты па опреснение воды; сократить расход реагентов при умягчении воды; сократить количество загрязненных реагентами сточных вод; расширить область применения минерализованных вод.

Практическое использование результатов^ полученных автором:

- даны рекомендации Рижскому отделению Всесоюзного государственного научно-исследовательского и проектно-изыскательского института «Атомтеплоэлсктропроект» по переводу на режим непрерывного копирования химводоочистки Литовской ГРЭС;

- рекомендованы к внедрению: па Ставропольской ГРЭС - на предочи-стке с использованием продувки котлов и дымовых газов; на котельных Ставропольского теплоэнергетического комплекса «Крайтеплоэнерго» — термоопреснительные установки в засушливых районах Ставропольского края;

- изготовлена и испытана опытная установка непрерывного ионного обмена на котельной объединения «Ставропольтсплоэиерго»;

- внедрена технология непрерывного ионного обмена на котельной тепличного комбината «Южный» г. Усть-Джегуты КЧР, котельной завода «Поршневых колец» г. Ставрополя и котельной Зеленокумского завода силикатного кирпича.

- разработана техническая документация: на установку непрерывного ионного обмена для нефтепромыслового парогенератора по заказу НПО «Со-юзтермнефть», г. Краснодар; на термоопреснительную установку для электротехнической промышленности завода «Атлант» г. Изобильного Ставропольского края; па установку для очистки буровых промстоков по заказу треста «Тю-меннефть», г. Ухта.

Предложенные способы и устройства защищены авторскими свидетельствами и патентами.

Использование теоретических и практических результатов в учебных целях по дисциплинам «Теплогенсрирующие установки», «Водоподготовка и водно-химический режим объектов ТГВ» и «Энергоаудит» для студентов специальности 290700 (270109) «Теплогазоснабжение и вентиляция» позволит развивать и совершенствовать экологическое мышление и технологическую подготовку будущих специалистов в области теплоэнергетики.

Апробации работы. Тематика диссертации удовлетворяет Федерально-целевой научно-технической программе «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения», подпрограмма «Экологически чистая энергетика». Основные результаты работы докладывались и обсуждались: на ежегодных научно-технических конференциях по результатам научно-исследовательской работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов Северо-Кавказского государственного технического университета и региональных научно-технических конференциях «Вузовская паука - Северо-Кавказскому региону»; на 3-й Всесоюзной научной конференция по проблемам энергетики и теплотехнологии «Интенсивное энергосбережение в промышленной теплотехнологии» (Москва, МЭИ, 1991); на научно-практической конференции специалистов СНГ «Совершенствование систем водоснабжения и канализации НПЗ и 11X3» (Уфа, 1992); на международной научно-практической конференции «Строительство» (Ростов н/Д: Рост. гос. строит, ун-т, 2001); на международной научно-технической конференции «Технология, строительство и эксплуатация инженерных систем» (Санкт-Петербург, 2002); на научно-технической конференции «XXV Российская школа по проблемам науки и технологий, посвященная 60-летию Победы» (Екатеринбург, УрО РАН, 2005); на первой всероссийской заочной конференции «Проблемы повышения газонефтеотдачи месторождений па завершающей стадии эксплуатации ПХГ» (Ставрополь, СевКавГТУ, 2005); на международной научно-практической конференции «Строительство-2006» (Ростов-на-Дону, РГСУ, 2006.

Работа проводилась по планам госбюджетных и хоздоговорных НИР Северо-Кавказского государственного технического университета.

Ни защиту выносятся следующие осиопиые положения н результаты:

- структура комплекса технологических процессов и оборудования обработки пресных и минерализован них природных вод в теплоэнергетике, выполненная на основе классификации вод;

- новый способ и разработанные ца его основе малоотходные технологические схемы обработки пресных и минерализованых природных вод и сточных вод ХВО в теплоэнергетике;

- новые эффективные способы термического опреснения минерализованных вод в тепловых схемах ТЭЦ, паровых котельных и нефтепромысловых теплогенераторов с глубоким умягчением минерализованных вод на установке непрерывного ионного обмена с неподвижным слоем ионита; .

- методика расчета термоопреснительных установок мгновенного вскипания;

- теоретическое обоснование и результаты исследования ионообменного умягчения минерализованных вод.

Работу можно охарактеризовать, как комплекс научно-обоснованных техническо-экономических и технологических решений по совершенствованию процессов обработки воды для питания теплогенераторов с вовлечением в хозяйственный оборот минерализованных природных вод, внедрение которых может внести значительный вклад в развитие и повышение эффективности теплоэнергетики. . ■ ... ,

Публикации. По теме диссертации опубликовано 46 работ, в том числе: 3 статьи в центральных журналах; б статей в реферируемых научно-технических журналах; 4 статьи в «Вестнике Северо-Кавказского государственного технического университета» серия «Физико-химическая»; 1 научное сообщение в «Сборнике научных трудов» серия «Естественнонаучная» СтГТУ; 1 статья в сборнике «Научные школы и направления СевКавГТУ; получено 6 авторских свидетельств и 2 патента; сделано 22 доклада на научно-технических конференциях различного уровня, по которым опубликованы материалы докладов. .

Структура и объем работы: введение, 6 глав, заключение, список литературы из 189 наименований и приложения. Общий объем диссертационной работы 294 е., включая 29 таблиц и 54 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы, научная новизна, практическая значимость диссертационной работы, приведены основные положения и результаты, выносимые па защиту.

Глава I. Анализ методов экологической и технико-экономической оценки водоподготовнтельных установок.

Анализ методов экологической оценки аодоподготовительных установок.

. Критерием совершенства технологии, экологической приемлемости функционирования энергетического объекта служит степень сбалансированности экономических, экологических, социальных потребностей общества и экономических, технологических возможностей энергопредприятия. Одной из наиболее важных подсистем взаимодействия эпергопредприягий с антропогси-

ио-природной средой является использование воды, проходящей определенную подготовку, связанную с применением реагентов и сбросом загрязненных сточных вод.

Приведенные в литературе экологические показатели не отражают в полной мере влияния па окружающую среду, но дают направление совершенствования технологических процессов и аппаратов, т. е. предопределяют сокращение сброса в окружающую среду реагентов при обработке вод. Как оптимизация технологических процессов, предусматривающая стехиометрические расходы реагентов, так и безреагентные технологии и технологии утилизации сточных вод ХВО, затрагивает вопросы сокращения выбросов и стоков - снижение величины продувки, снижение выбросов СО; и других газов. Выбор методов определяется экономическими показателями окупаемости средств, вложенных в данную технологию и оборудование.

Анализ методов технико-экономической оценки водоподготовительных установок. Эффективное решение многоплановых проблем технологического совершенствования процессов обработки воды па ВПУ теплоэнергетических установок возможно при комплексном подходе, при котором решается ряд важных проблем: технологическое обеспечение (исследования и научно-технические разработки экологически эффективных технологий и оборудования, наличие рынка природоохранного оборудования и технологий); организация современных технологических процессов; государственная гарантия инвестиционных вложений в энерго-ресурсосбережение; обоснованная мотивация технологического совершенствования экологических и технико-экономических показателей процессов обработки воды на ВПУ теплоэнергетических установок, включающая побудительные механизмы (льготы производителям энергетических ресурсов).

Технические показатели работы водоподготовительных установок, такие как удельный расход реагентов, расход воды на собственные нужды, расходы тепловой и электрической энергии, стоимость материалов, отчисления на зарплату и др., определяющие эксплуатационные затраты и, стоимость оборудования, стоимость строительно-монтажных работ и др., определяющие приведенные капитальные затраты, в целом характеризуются себестоимостью получаемой питательной воды.

Немаловажное значение имеет уровень автоматизации технологических процессов, который предопределяется как уровнем развития средств и прибо-рон автоматизации, так и организацией технологических процессов позволяющей эффективно использовать указанные средства автоматизации.

Успешная реализация проектов по энерго-ресурсосбсрежепию предполагает достаточно подробный экономический и финансовый анализ, как проводимых мероприятий, так й всего проекта в целом. При этом необходимо осуществить экономически обоснованный выбор самих мероприятий, схемы их проведения и конкретного оборудования.

Глав:) 2. Анализ состояния вопросов и тенденции развития методов обработки воды в теплоэнергетике.

Анализ методов обработки воды на предочистке тепловых злектриче-ских станций. Предочистка играет важную роль в процессах водоподготовки, независимо от способа обработки воды после нее. Обработка воды на иредочи-стке требует значительных расходов реагентов (известкование, содо-известкование, едконатровое умягчение). Для снижения расхода реагентов при обработке воды реагентами-осадителями в осветлитель подают продувочную воду котлов или испарителей для использования содержащихся в пей щелочных реагентов - едкого натра и кальцинированной соды (содово-регенерационный метод). Однако рециркуляция котловой воды в этом процессе приводит к увеличению солесодержания умягченной воды и приводит к увеличению размера продувки, что связано с потерей тепла.

Анализ термических методов обработки природной воды и стоков в теплоэнергетике. Минерализованные стоки промышленных предприятий в большинстве своем представлены системами из хлоридов, сульфатов, карбонатов натрия, кальция, магния и ионов тяжелых металлов и, как показывает опыт, использование технологии термического опреснения позволяет наиболее экономичным способом перерабатывать такие воды с получением дистиллята и соле-продуктов пригодных к утилизации.

Анализ методов ионообменной обработки минерализованных природных вод в теплоэнергетике. Большие перспективы имеет использование глубоко умягченной минерализованной воды для питания парогенераторов и термоопреснительных установок в котельных низкого и среднего давления пара, нефтепромысловых парогенераторов высокого давления, используемых для паро-тепловой обработки нефтяных скважин с целью повышения их нефтеотдачи, что позволит получать большое количество пресной воды из минерализованной с минимальными затратами.

Возможность и эффективность использования глубоко умягченной минерализованной воды для питания парогенераторов и тсрмоопреснительных установок, в первую очередь, зависит от надежной и эффективной работы водо-подготовительной установки для глубокого умягчения минерализованной воды натрий-катионированием.

Анализ электрохимических и мембранных методов обработки воды в те- плоэнергетике. Установлено, что методы обратноосмотического опреснения и электродиализ являются эффективными, но также требуют предварительной обработки воды (прсдочистки), т. к. мембраны чувствительны к механическому и биологическому загрязнению и «отравлению».

Классификация вод и структура комплекса технологических процессов и оборудования. На основе проведенного теоретического анализа технико-экономических и экологических характеристик обработки воды выполнена классификация вод и определена структура комплекса технологических процессов и оборудования для совершенствования процессов обработки пресных и минерализованных природных вод в теплоэнергетике, которая приведена на рис. 1. Классификация природных вод выполнена исходя: из их солесодержания, общей жесткости и содержания нефтепродуктов; из соотношения

Сы„*к/Сс„*щ, мгж*/л для минерализованных вод, определяющего возможность

ли' ЭМ I .'I

использования продувочной воды термоопреснитсля для регенерации ионита.

Природные воды

Характеристика вод Пресные Минерализованные Пластовые

морские океанские

Солссодсржанис, г/л до 1 10-30 30-40 20-35

Жесткость общая, мг экв/л до 10 70- 170 128,5 60-85

Соотношение С|ч,1»к/Сс»+ме. "!жа1л .иг же/л до 1,1 1,7-3,58 3,67 5,8 - 7,4

Рис. 1- Классификация иол н структура комплекса технологических процессов н оборудования

Структура комплекса технологических процессов и оборудования совершенствования процессов обработки пресных и минерализованных природных вод включает 3 уровня: I - обработка природных вод на прсдочистке, которая необходима при любом дальнейшем способе обработки воды; II -i глубокое ионообменное умягчение воды на фильтрах непрерывного действия с неподвижным слоем ионита (ФНД); III — использование вторичных энергетических ресурсов в термоопреснительной установке (ТОУ) и реагентов на предочистке и в ФНД.

В результате анализа методов совершенствования обработки воды сделаны следующие основные выводы. Одной из острейших проблем XXI века станет нехватка пресной воды. С целью снижения потребления пресной воды в энергетике и промышленности встает проблема вовлечения в хозяйственный оборот минерализованных (морских) природных и сточных вод XDO. И; здесь на первое место выходят проблемы повышения экологических и технико-экономических показателей опреснения этих вод.

Известен ряд методов и отработанных технологий, позволяющих, обеспечить решение поставленных задач. При этом, как полагают специалисты, будущее принадлежит именно комбинированным комплексам, т. к. ни одна из технологий не позволяет в полной мере решить поставленные задачи.

На основе проведенного обзора в работе рассматриваются следующие вопросы: .........

- обработки npecEibix вод: использование на предочистке для осаждения жесткости и удаления коллоидных частиц за счет коагуляции гидроокисью магния дымовых газов и продувки, обработанной в электролизере;

- обработки сточных вод ХВО с использованием дымовых газов и продувки, обработанной в электролизере;

- обработки минерализованных вод: на базе термоопреснителышх установок мгновенного вскипания в тепловых схемах ТЭЦ, паровых котельных и нефтепромысловых теплогенераторов с понижением потенциала тепла и питанием умягченной водой с использованием ионообменного умягчения на фильтрах непрерывного действия с неподвижным слоем катионита с.регенерацией катионита продувкой ТОУ;

— вопросы связанные с особенностью решаемых задач (высокой минерализацией воды) - теоретическое обоснование ионообменной обработки минерализованных вод и результаты экспериментальных исследований: а) необменного (сверхэквивалсптиого) поглощения ионов катионитом; б) констант термодинамического равновесия системы Na* - Сег* - с катионитом КУ-2-8; в) кинетических характеристик реакций ионного обмена , на границе катионит-раствор; г) гранулометрических характеристик катионита Ку-2-8 и их влияния па динамические характеристики ионного обмена; д) показателей оптимизации работы электролизера в схемах обработки воды. 1

Глава 3. Синтез технологических способов экологического и технико-экономического совершенствования процессов обработки воды и их теоретический анализ.

Совершенствование способа обработки пресной воды на предочистке ГЭС,-Как было установлено, предочистка имеет важное значение при любом последующем методе обработки воды и имеет достаточно низкие экологические и технико-экономические показатели, т. к. эти процессы связаны с использованием реагентов, дозировка которых зависит от многих факторов, трудно поддающихся измерению и автоматизации.

Б основу предлагаемого способа обработки растворов положены сте-хиометрическис уравнения химических реакций, протекающих в электролизере и осветлителе.

Образование карбонатных ионов при электролизной обработке растворов происходит но следующей схеме.

Диссоциация воды: H¡0 о //' + OI Г.

Растворение в воде диоксида углерода в связи с его диссоциацией (с промежуточной стадией образования бикарбонатного иона):

СОг + 20/Г СОз г" + 1I¡0; С02 + 20П <s> /Г + //СО/; //СО/ + 0!Г <■> COs + IhO.

Далее при обработке в ка тодной камере электролизера:

201Г + COi<* СО i + H¡0; i¡СО/ + ОН <=> СО,+ Ц20.

В осветлителе, в результате насыщения раствора углекислым газом, происходит удаление ионов кальция:

СаЗУ + CO¡2' oCaCO¡¿; Са + 201Г + С02 oCaCOj + II¡O.

Синтезированный технологический способ отличается от известных тем, что предусматривается установка Н-катионитного фильтра, который снижает солесодержание исходной воды на величину (z/Q, эквивалентную нарабатываемой в электролизере кислоте. Так как с величиной продувки связаны потери тепла, то желательно уменьшить величину продувки, а недостаток щелочных реагентов в ней, требуемых для осаждения жесткости исходной воды, компенсируется работой электролизера. Получаемый попутно в анодной камере электролизера анолит используется для регенерации Н-катионитного фильтра. При недостатке соды для осаждения ионов кальция, через воду пропускают С02, для чего используются дымовые газы котельной. При недостатке в исходной воде ионов кальция для полного связывания образующейся соды в результате распада бикарбонат-иона, возможны два режима: 1) в осветлитель добавляется часть отработанного регенерационного раствора Na-катиоиитных фильтров;-2) образующийся избыток соды нейтрализуется в Н-катиопитном фильтре. Образующуюся при этом двуокись углерода необходимо удагсять в декарбопизаторе или в деаэраторе, предусмотрев для пего повышенную нагрузку.

Дополнительное количество щелочи, нарабатываемое в электролизере определяется по балансу по NajCOj из уравнения:

dca,m = а„н(Сса + Р) - сс„„ (2ЖК + С<ш)-р„ Щк<р2, (1)

где Жк - карбонатная жесткость обрабатываемой воды, мг экп/кг; Щк — щелочность карбонатная; схм — доля добавки обрабатываемой воды в питательную систему; /?- избыток ионов СО/* в умягченной воде; р„ - доля продувки по

питательной воде;- (р2 - доля продувки по балансу щелочи; С(„, Сл^, - концентрация ионов кальция и магния в исходной воде.

Схема обработки природной воды приведена на рис. 2.

Рис. 2 - Технологическая схема обработки пресной воды

с сокращенными стоками О — осветлитель; - Ыа -Ыа-катионитиый фильгр; Н — Н-катионитный филыр; Э - элек-' тролизср; Кт — котел; ИВ — исходная вола; У - умягченная, вода из осветлителя; ОВ - обработанная вода; ВК - возврат конденсата; ПВ - питательная вода; П - пар; рт- продувка котла; К - католит; А - анолит; ЫаС1 - добавка со ли со стороны; СО2 - продувка диоксидом углерода.

В дренаж . ■ .

Работа электролизера легко поддается автоматизации, что позволяет достаточно гибко обеспечивать стабильный режим работы осветлителя. Реакционная способность ионов, полученных электрическим способом выше, чем, полученных химическим способом. Эти особенности позволяют добиться оптимального ведения процесса обработки воды на предочистке с минимальными затратами. .

Совершенствование способа обработки сточных вод хш<водоочистки. Стоки ХВО представляют собой концентрированные растворы минеральных солей, находящихся в диссоциированном состоянии. Процессы обработки растворов описываются стехиометрическими уравнениями электрохимических реакций.

В результате электролизной обработки продувочной воды, содержащей ионы Л'я+, СГ, 50.,01Г, в катодной камере образуется щелочь;

■.._.. ОН ЗОН 1

3 'А К'а2 '/, 2 С! -»электролиз->3 Ыа '/, + С12Т

Б04 804

Для обработки сточных вод ХВО используется продувочная вода испарителей с последующей электролизной обработкой и продувка диоксидом углерода.стоков. При продувке в осветлителе щелочного раствора дымовыми газами образуется раствор соды:

2 ЫаОП + СО2 о Ка2СО, + НЮ; На:СО} <=>2Ш* + СО} При смешивании отработанного регенерационного раствора с раствором соды происходит осаждение ионов кальция в виде СаСОз. Осветлитель разделен па два отсека с той целью, чтобы не было растворения образовавшегося осадка М;>(ОП):, который высаживается в первой камере осветлителя:

М!С1

Ca2i 4 COj CaCO) i; Mg 2+ + OH ' Mg(OII}2 4-, Реализация указанного технологического способа дана на рис. 3.

ив

L, i

Рис. 3 - Технологическая схема обработки сточных вод ХВО

(1 -2 У

ТОУ

э

Р

Н - водород-катионитный фильтр с «голодной» регенерацией; Na - на-трнй-катионитный фильтр; ТОУ -тсрмоопреснительная установка; Э — элск!роли >ср; ИВ — исходная вода; У -умягченная вода; ДВ -деминерализованная вода; р - продувка ТОУ; К -католит; А - анолнт; СОг - продувка диоксидом углерода.

Основными компонентами шлама являются карбонат каль-

ция и гидроксид магния, пути утилизации которых известны.

Поиск технических решений по обработке нефтепромысловых пластовых вод на предочистке. Использование минерализованных пластовых вод для питания нефтепромысловых парогенераторов ставит сложные задачи по работе блока предочистки, связанные с наличием в такой воде нефтепродуктов, механических и органических примесей. При этом в связи с обособленностью таких установок, физико-химическая обработка воды не должна быть связана с использованием привозных реагентов, т. к. это экономически нецелесообразно и приводит к загрязнению окружающей среды стоками.

Применительно к созданию бессточной и экологически чистой технологии водоснабжения, с возвратом очищенных стоков в технологический цикл выполнена компоновка технологического оборудования, включающая устройства сорбционной очистки и электрофлотокоагуляцию.

Совершенствование способов опреснения минерапизованных вод на термоопреснительных установках (ТОУ) в теплоэнергетике и их анализ.

Проблема опреснения минерализованной глубокоумягченпой воды может быть успешно решена при использовании греющего пара такого давления, при котором давление вторичного пара последней ступени испарсиия будет выше атмосферного. Тогда теплота конденсации вторичного пара последней ступени испарения используют для подогрева исходной воды в тепловой схеме парогенератора. Повышение начальных и конечных параметров вторичного пара увеличивает температурный напор на теплообменниках, что позволяет уменьшить теплопередающую поверхность аппаратов и, соответственно, их габариты и стоимость, а возможность использовать теплоту пара из последней ступени позволяет снизить число ступеней. Образующийся в процессе работы ТОУ концентрированный раствор упаренных «мягких» солей используется на ХВО для регенерации ионообменных фильтров.

Производительность и экономичность термоопреснительной установки (ТОУ), включаемой в тепловую схему котельной, ТЭЦ, ТЭС зависит от правильного выбора типа ТОУ и числа ступеней испарения в ней.

Лначиз методики расчета термоопреснительной установки. В схемах подготовки питательной воды из минерализованных вод, принята термоопреснительная установка с многоступенчатыми циркуляционными адиабатными испарителями с последовательным питанием испарителей. Па рис. 4 приведена расчетная схема такой установки. Исследование указанных схем, выполненное в работе позволило получить для них основные расчетные зависимости, которые являются приближенными и получены при некоторых упрощающих предположениях: теплота испарения и перепады температур по ступеням усреднялись во всем интервале температур, а потери тепла и утечки воды и пара не учитывались.

с,« ь,»

©

см

Ё1 (.,+Д,; Ь'п+А',,.

Qlnc КпсД

4 XI..

~ й1

/

Ь'.-Ац,;

.Л».

/

Ь'. гДЬпп; Ь'пн-Л'Чи

а,,.,

1Г,

Ь'.-аъ,;

-<-- ^_____ ^__

Яп.1 &.-3 g, 8.-1

1п.2+Д,з; ц+д,-; . «ил,;

Ь,,-лЬ„.

«1« 1« IV.

4,

1о

ь»

Рис. 4 - Схема термоопреснительной установки с многоступенчатыми циркуляционными адиабатными испарителями с последовательным питанием испарителей

В основу предлагаемой балансовой модели положены уравнения материального и энергетического балансов, которые позволяют дать качественную (в связи с указанными выше допущениями) оценку эффективности работы ТОУ в различных тепловых схемах.

Принятые обозначения: Л - температура насыщенного пара по ступеням, ."С; Р> - давление 'насыщенного пара по е о пеням, бар; с1 - расход пара ш расширите ля /-он ступени, № ~ расход раствора на выходе из расширителя в /-оП ступени, кг/с; И",, Л5~ энтальпии насыщенного пара и конденсата 8 ¡-ой ступени, кДж/кг; А- недогрев раствора в подогревателе (-он ступени, "С; ¿1Л,- соответствующее /^уменьшение энтальпии раствора, кДж/кг; >\ -

теплота испарения воды мри температуре , к Д ж/к г; А,- энтальпия раствора при температуре II, кДж/кг; Д - температурная депрессия кипящего раствора при давлении , °С; Л'г соответствующее Д увеличение энталыжи кипящего раствора, кДж/кг; Л', - солесодержание кипящего раствора в /-той ступени, г/л; 5п - солесодержание раствора, проходящего через все подогреватели, г/л; £„ - солесодержание питательной воды, подаваемой в контур ТОУ, г/л; Я»,, - солесодержание продуваемой воды, удаляемой из контура ТОУ, г/л; 5* / - солесодержание подогревателя I -той ступени ТОУ, г/л; £о - расход раствора, проходящего через все подогреватели, кг/с; £к — расход конденсата подогревателей(опрсснения воды), удаляемого из контура ТОУ потребителю, кг/с; - расход питательной воды (минерализированная вода), добавляемой в контур ТОУ, кг/с; £„,, - расход продувочной воды (концентрированный раствор солей) удаляемой из кожура ТОУ, (для регенерации фильтров), кг/с; Отс - расход тепловой энергии удаляемой из последней ступени ТОУ для целей теплоснабжения, кВт; Qmг — расход тепловой энергии, затрачиваемой на работу ТОУ из теплогенератора (исходный, подогрева! ель ГШП, теплогенератор ТГ и т. д.), кВт; /»-температура исходного насыщенного греющего пара в ПИП или нагрева воды в ТГ и т. д., "С; Ао" Иа'~ энтальпии пара и конденсата в исходном ПВП; <57, = - и - перепад температур между ступенями ТОУ, °С; я - число ступеней испарения ТОУ.

Уравнение теплового баланса для конечного подогревателя циркулирующей питательной воды:

«й Го= 8о 0 о с= с. (2)

Тепловой баланс расширителя п-ой (последней) ступени испарения:

М А!

-У- = + (-У-1 ~ (5)

е„

Общая выработка опресненной воды (конденсата):

с/* = с/, +с!г +... + £/„. (6)

Общий солевой баланс ТОУ в целом:

- баланс солевой п контуре циркуляции:

; (7)

8 о

- баланс соленой по продувке:

8„Р=-~^.— '¿к. (8)

"пр пп

Способ опреснения минерализованных вод в тепловой схеме паровой котельной или ТЭЦ. Па рис. 5 показана новая технологическая схема котельной, в которой осуществляется комбинированная выработка тепловой энергии (для промышленных и коммунальных нужд) и обессоленная вода (для технологических нужд и выработки из пес питьевой поды). Разработанная схема позволяет осуществлять работу котельной па опресненной минерализованной иоде с сохранением заданной тсплопроизводитслыюсти (указанная схема может быть

использована на ТЭЦ). Регенерация фильтров блока ионитного глубокого умягчения осуществляется продувочной водой ТОУ.

Производительность ТОУ определяется по результатам расчета химводо-очистки, исходя из потребности в регенерационном растворе. Избыток деминерализованной воды, вырабатываемый ТОУ, смешивается с глубокоумягченной водой и подается на подогреватели для нагрева до установленных параметров и закачки в пласт.

Рис. 5 - Принципиальная расчетная тепловая схема

паровой котельной

1 - парогенератор Рр.6. =1,3 МПа; 2 - термоопреснительная установка; 3 - основной бойлер; 4 - пиковый бойлер; 5 - циркуляционный сетевой насос; 6 - расширитель продувки котлов; 7 - деаэратор питательной воды; 8 - питательный насос; 9 - химводо-очистка; 10 - по-

верхностный теплообменник; 11 — станция приготовления питьевой воды; 12 — редукционная установка; 13 — деаэратор котельной

В пересчете па I ГДж отпускаемой тепловой энергии, выработка конденсата в котельной составит:

Вк=Дк+(Цо+Л/)а+^4'„„), (9)

где - соответственно относительная величина продувки теплогене-

раторов котельной и испарителей ТОУ; к,, - коэффициент расширения,' учитывающий вторичное вскипание продувочной воды теплогенераторов в расширителе продувки; кси— коэффициент собственных нужд котельной, учитывающий расход воды на собственные нужды химводоочистки.

Описание изобретенных способов подготовки питательной соды из минерализованных вод для установок термического воздействия на нефтяной пласт. Разработанная схема установки предназначена для подготовки питательной воды из высокомпнералйзоваппых вод для парогенератор!нлх установок термического воздействия па нефтяной пласт (рис. 6). Характерной особенностью предлагаемой схемы является то, что в отличие от известных способов

ЬШ-тШ-Ш-1

подготовки в пей генерация пара в парогенераторе 4 осуществляется из обессоленной воды, получаемой в ТОУ 3. Повышение конечных параметров пара моРис. 6 -Схема установки для подготовки питательной воды из высокоминерализованных вод для закачки пара в пласт

В СВЯЗИ С колебаниями нагрузки и температуры пластовой воды, оптимальная работа ТОУ совместно с тепловой схемой парогенератора определяется величиной недогре-ва в головном

подогревателе ТОУ, т. к. она непосредственно влияет на расход пара из последней ступени ТОУ и температуру конденсата. Схема установки получения горячей воды для закачки в пласт дана на рис. 7. Так как подстраивать к указанным изменениям блок ТОУ сложно, то более рациональным является, когда установка работает в поминальном режиме, а корректировку выполняет дополнительный теплообменник.

Таким образом, использование в схеме термоопреснительной установки этих технологических решений позволяет: обеспечить надежную работу парогенератора за счет его питания деминерализованной водой; организовать работу ТОУ практически без потерь, т. к. остаток теплового потенциала последней ступени возвращается в тепловую схему.

Анализ работы ТОУ в схеме подготовки питательной воды из минерализованных вод для установок термического воздействия на нефтяной пласт при переменном режиме. Результаты расчета ТОУ при переменной нагрузке, позволяющие определить мощность ТОУ, даны па рис. 8. Па рис. 9 приведена зависимость поверхности теплообмена ог степени нслогрсва в головном подогревателе и числа ступеней ТОУ, характеризующая капитальные затраты па установку.

жет быть достигнуто термокомпрессией пара.

jut,

Рис. 7 - Схема установки получения горячей воды для закачки в нефтяной пласт Разработка методики расчета и оптимизации режима работы термоопреснительной установки. Предлагается полый подход к решению задачи. Расчет ТОУ выполняется на основе пошагового решения уравнений теплового и материального балансов корпусов ТОУ и общих уравнений балансов всей ТОУ. При этом определяются значения Л, г„ Д, A', Sh для каждого корпуса и Q„„, £>,„,,, di, So. g,,,, - для всей установки. На основе предложенной методики составлена блок-схема алгоритма расчета и программа расчета основных показателей опреснения. Результаты расчета многоступенчатой ТОУ для 2-12 ступеней при различных температурах теплоносителя даны на рис. 10.

Глава 4. Описание изобретенных способов и устройств технологического оборудования для умягчения минерализованных код.

Способ непрерывного ионного обмена в фильтрах непрерывного действия (ФНД) с неподвижным слоем ионита. Одним из наиболее экономичных и экологичных методов умягчения является непрерывное многоступенчатое умягчение ма основе технологии фильтров непрерывного действия с неподвижным слоем ионита (ФПД). ФНД обеспечивает более полное использование регепе-раииопного раствора за счет применения етупенчато-противогочной схемы регенерации, а также полное «срабатывание» располагаемом рабочей емкости поглощения ионита в цепи нескольких последовательно включенных фильтров, работающих н режиме истощения.

Рис, К - Плиянне числа ступеней ТОУ и ere- ,>ис 9 _ Зависимость суммарной повсрхно-

исни недогрсна на условия баланса тепловой tTI, теплообменников ТОУ от числа сгупс-

схемы (сплошная линия - лет ниП режим; 11ей „ clt.,R.,IM „сдогрева штриховая - тимнпП режим)

Рис. 10 - ОбщиП расход теплоты на установку <3тг н отпускаемой потребителю Отс. кВт

1 - при температуре (о =150°С;

2 - при температуре 1с1 = 19(>°С;

3 - при температуре Со ~220°С.

Установлено, что установки непрерывного ионного обмена с неподвижным слоем ионита, с одной стороны включают в себя преимущества фильтров периодического действия (традиционная, хорошо отработанная конструктивно аппаратура, обычные иоииты, простое регулирование потоков, низкий износ ионитов), а с другой стороны преимущества установок непрерывною ионного обмена (снижение расхода реагентов, воды на собственные нужды, улучшение условий автоматизации в результате строгой цикличности работы установки, уменьшение количества загрузки ионита и высокая интенсивность его использования, уменьшение капитальных и эксплуатационных затрат).

Технология непрерывного умягчения повышает технико-экономические и экологические показатели обработки природных вод любых классов, но наиболее полно эти преимущества выявляются при обработке минерализованных вод, т. к. затраты на обработку возрастают пропорционально увеличению со-лесодержаиия и жесткости исходной воды. С целыо повышения технико-экономических показателей процесса ионообменной обработки воды, при условии применения ФНД, появляется возможность интенсификации использования ионита, т. к. зона ионного обмена в ФПД перемещается из одною фильтра в другой, включенный последовательно. Исследования, проведенные на синтетическом катиопитс КУ-2-8, показали, что скорость фильтрования при умягчении может быть доведена до 50 - 100 м/ч в зависимост и от солесодержания обрабатываемой воды. Последнее потребовало решения следующих вопросов: конструкционных изменений фильтров, направленных па гидродинамическое совершенствование работы слоя ионита (снижение сопротивления слоя и исключение «перекоса» фронта ионного обмена); полной автоматизации работы фильтров.

Конструктивное совершенствование фильтров. В соответствии с поставленной задачей разработана авторская конструкция ионообменного фильтра: уменьшена высота фильтра из-за уменьшения высоты слоя загрузки ионита в фильтре; осуществлена подача регенерационного раствора непосредственно на слой ионита; изменена конструкция дрснажпо-распределтельпого устройства.

Разработанная конструкция дрепажно-распрсдели тельного устройства позволяет использовать его как водораспределительное, так и как дренажное.

Особенностью работы устройства в том, что потоки жидкости через смежные щели направлены под одинаковым у тлом к основному направлению потока, но в разные стороны. В известной степени это улучшает условия работы фильтра.

Способы совершенствования принципов автоматизации ФНД. Разработанная теория непрерывной ионообменной обработки воды создаст благоприятные условия для автоматизации установки. Разработаны алгоритмы управления, которые реализованы в технических решениях и закреплены авторскими свидетельствами.

Многоходовой мпогопозицнонпып кран применяется для управления транспортабельными ФПД небольшой производительности, т. к. он имеет вы-

сокую надежность в тяжелых эксплуатационных условиях. Многоходовой многопозиционный крап имеет поворотный коммутациоппо-регулирующий диск, который разделен на секторы и имеет фиксированные положения по числу технологических стадий фильТроцикла ФНД и выполнен из набора пластин с системами пазов и отверстий, образующих изолированные коммутационно-регулирующие каналы, которыми соединяются подводящие и отводящие патрубки в каждом фиксированном положении в соответствии с технологическим состоянием фильтров ФНД и регулируются технологические потоки.

Для повышения гибкости' режимов работы ФНД, с целью снижения расхода реагентов и расхода воды па собственные нужды па трубопроводах, соединяющих фильтры, устанавливаются регулирующие узлы двунаправленного действия, позволяющие регулировать подачу регенерационного раствора, взрыхляющей и отмывочной воды. •

Глава 5. Результаты экспериментальных исследований.

Плакирование и экспериментальное исследование электролизной обработки растворов. Целыо эксперимента является определение расхода электроэнергии для ведения процесса электролизной обработки п'зависимости от состава воды и технологических характеристик процесса.

Определяющие факторы характеризующие особенности технологических эксплуатационных режимов: плотность тока /, А/дм1; удельный расход обрабатываемых стоков g, л/(ч-дм3); соотношение расходов в камерах gt:/(gk+gj, i де gk - расход католита; g„ — расход анолита. Состав обрабатываемой воды:

Ж„=10,0 мг экв/л; Са2* = 8 мг экв/л (Са2' /Mg2*=4/1); СГ = SO/'=18,2 мг экв/л; i ICO ¡ = 4 мг экв/л.

И ксльх сокращения общего количества опытов, при сохранении точности описания всех областей изменения определяющих факторов, применена теория планирования эксперимента на уровне центрального пекомпозиционно-го плана второго порядка.

Схема экспериментальной установки для электрохимической обработки воды показана на рис. 11.

Полученные экспериментальные данные обработаны методами математической статистики:

К = 10,982 - 31,961-1 + ¡,767-g + 22,37-dk - 0,375-l-g + (10) + ll,667-Idk+i,756g-dk + 17.88-11 -32,452-d2:' " ''

Щ = -34,745 + 46,317-! + 3,078-g + 75.178-dk + 4,307-I-g + (11) +2,9 ¡7-¡-dk + 2.458-g-dk - 21,17912 - 86,959-dk2;

Э = -0,088 + 0,708-1 + 0,016-g~0,59-dk-0,073-1-g-0,328-dt- (12)

-О.ЮГ-g-dk + 1,335dk

где К - количество кислоты, мг экв/(ч дм2); Щ - количество щелочи, мг :зкв/(ч дм2); Э- количество электроэнерг ии в зависимости от щелочности ка-то.тита, (кВт'ч)/(г экв дм2).

При проведении лабораторных исследований наблюдалась наиболее стабильная работа электролизера при одинаковых расходах через анодную н ка-

тодную камеру (¿4 =0,5). Из уравнения (11) определена плотность тока /, Л/дм2, при которой выход щелочи будет максимальным:

/ = ^(46,317 + 4,307 ц + 2,917-<1,)/( 2-21,179). (13)

Рис. 11 - Схема экспериментальной установки для электрохимическоЛ обработки воды

1 - емкость для приготовления имкгата;

2 - насос для гюдачи исходного раствора; 3 - лабораторный электролизер; 4 -источник постоянного тока; 5 - амперметр; 6 - вольтметр; 7 - мерные цилиндры; 8 — р! 1-метр.

Полученные результаты использованы при разработке принципиальной технологической схемы утилизации сточных вод ХВО котельной.

Теоретическое и экспериментальное исследование ионообменного умягчения минерализованных вод. Исследовались следующие вопросы влияющие на динамику ионного обмена в слое ионита: размеры зерен иопита; влияние необ-менно-поглощенных ионов на равновесие ионного обмена; ионообменное равновесие в системе в растворах хлоридов и сульфатов повышенной концентрации; зависимость кинетики ионного обмена от факторов, независимо влияющих па процесс: концентрации обменивающихся ионов, как в фазе раствора, так и в катионите; диффузионных параметров (коэффициентов кинетической диффузии, температуры, скорости и плотности потока раствора); параметров, учитывающих химическую стадию ионного обмена (коэффициенты химической диффузии).

В общем виде эти зависимости представляются уравнением кинетики:

5-=<с,, Г, IV, А А.А),' (,4)

где С(,е,— объемные концентрации /-того компонента в растворе и слос ионита; 7'- температура; н> - средняя приведенная скорость раствора в слос ионита; р -плотность раствора; А > Д> - коэффициенты диффузии в растворе и зерне ионита; I - время.

Экспериментальное исследование гранулометрического состава катио-пита 1\У-2-8.11а практике зернистый слой рассматривается усреднспно, как однородная изотропная среда, свойства которой характеризуются усредненными обобщенными характеристиками, зависящими от фракционного состава и формы зерен. Гранулометрический состав катионнта определяет условия моделирования ионообменных процессов в динамической колонне.

-с£з

-СЮ-

1

Г

■А

¿К

ЙЬ

.....

По результатам рассева определены характеристики: средний эквивалентный диаметр зерен катионита по объему, с1зу =0,5999±0,01143 мм; средний эквивалентный диаметр зерен по поверхности, <3-13 = 0,5469±0,0069 мм; эффективный диаметр зерен катеонита, с110 = 0,5017±0,0183 мм, с1цо = 0,8336 мм; коэффициент неравномерности фракционного состава катионита, Кн = 1,6675 ± 0,02833 мм; плотность набухшего катионита в слое, рк — 475 граммов сухого катионита в Л^а-форме на литр слоя.

Методика моделирования и экспериментальное исследование необменной (сверхэквивалентной) емкости катионита КУ-2-8. Поскольку уравнение, описывающее равновесие при необменном распределении ионов в системе ионит-раствор (равновесие Доннана), по форме аналогично уравнению, описывающему равновесие ионного обмена (по закону действу ющих масс), целесообразно описывать полное равновесие иопит-раствор одним уравнением (в соответствии с законом действующих масс) с одной константой.

Результаты экспериментов обработаны по методу наименьших квадратов и получена зависимость величины необменного поглощения от концентрации равновесного раствора:

е„о = 0,132 • ■ 10"3 + 0,022 • (с/( • 10"3 ^, М1 к (15)

где Ср — концентрации раствора после установления равновесия, гэкв/л.

Методика моделирования и экспериментальное исследование ионообменного равновесия при натрий-катионитовом умягчении минерализованных вод. Экспериментальные исследования ионообменного равновесия проводились в статических условиях на катионите КУ-2-8 в диапазоне концентраций от 0,04 до 2,5 N для парного и тройного ионного обмена на катионите в Иа-, Са- и формах.

Для описания ионообменного равновесия в данной системе было принято первое приближение уравнения Б. П. Никольского, основанного на законе «действующих масс».

Теоретическое и практическое исследование влияния указанных усложняющих систему факторов показали, что с достаточной для практических расчетов точностью можно принять для ионообменного равновесия в системе Иа - Са2* - на катионите КУ-2-8 следующие упрощающие положения:

- ионообменное равновесие в системе К'а* - Са2* - Mg2* рассматривается как сумма двух независимых парных ионных обменов Мз+ - Са2* и Ыа*- Л Л,''*;

- кажущиеся константы парных ионных обменов К ^ (/С,) и

К „ (К-,) имеют постоянное значение для данной ионной силы (концентрации) раствора и меняются лишь с изменением концентраций (ионной силы) раствора.

С учетом принятых упрощений принята математическая модель для описаний ионообменного равновесия N0* -Са'* - Mg2* на катионите КУ-2-8 в виде системы из четырех уравнений:

— два независимых уравнения парного ионного обмена Са2* - и Мц2* -Ыа* на основе кажущейся константы ионообменного равновесия:

р _ак1 арЗ Ср-[0'} /Дл ? 2 аР> Ср'10~} /Д<

-два уравнения - эквивалентности и электронейтралыюсти ионного обмена в растворе и катионите:

а„+ан + аы = 1. (1в), (19)

В этих уравнениях приняты следующие обозначения: а - относительная концентрация ионов соответственно индексу: р — в равновесном растворе; к - в равновесном катионите; I — ионы Са2+\ 2 - ионы 3 - ионы Сг, сум-

марная концентрация всех катионов в равновесном растворе, мг экв/л; а, суммарная концентрация всех катионов в равновесном катиопте, мг экв/г с.к.; ¿¿с ,

- отношение коэффициентов активности соответствующих ионов в фазе

V

раствора.

Величина ар в уравнениях (16) - (19) определяется из следующих соотношений:

а - - С'п /у -- С!>2 г, = -а Г20>

ар\~Г ~ г •"р2- г -~рГ'аръ~ г ~ г -1 ар\ аР1>

^р ^р

аналогично определяются ап,акг,ак}.

Отношения коэффициентов активности обменивающихся катионов в равновесном растворе определяются из следующих уравнений:

( г1 Л ( Г 4

18 М^Лко -318(Л)«.н; 18

у 'Си1' )

=41е(/;),.«-з1ё(/;)м„а2, (21)

где )/шС!, (/, )с„а,. (/±)А(,,С), - средние суммарные коэффициенты активности

хлоридов натрия, кальция и магния. С учетом высокой минерализации, определяются по третьему приближению уравнения Дсбая-Хюккеля. Всего было выполнено 456 опытов.

Используя уравнения (¡6) и (17), на основе статистической обработки результатов эксперимента, получены следующие расчетные уравнения для кажущихся констант ионообменного равновесия в зависимости от концентрации раствора:

Л", = 1,5223+ 0,7149-(С,, • 10')-0,0704-(с,, -Ю"5)2, (22)

Л-2 =0,6336 + 0,0689 (с/,-10-5)-0,080к(с„-Ю"1 (23)

Методика моделирования и экспериментальное исследование кинетики процесса при установившемся режиме ионного обмена в «бесконечной» колон-

не. 1 Га основе уравнения (14), описывающего неравновесную фронтальную динамику парного ионного обмена для установившегося режима в ионообменном фильтре, с учётом принятых упрощений, разработана математическая модель, включающая систему уравнений:

- уравнение материального баланса поглощаемого иона для элементарного слоя катионита в фильтре:

д С, де, дС. . ,„,ч

™°т+-эГ+£°-аГ=0; (24)

- два уравнения кинетики ионного обмена на поверхности раздела фаз ионита и раствора, учитывающие внешнюю и внутреннюю диффузию:

^- = Д(С1-Сш)=/?1(еш-е1); (25,26)

- уравнение изотермы ионообменного равновесия на поверхности раздела фаз (уравнение Б. П. Никольского):

р21 ~ С21

= К .(27)

I, 1 2 сц . V /

2/7 °2/7

- уравнение подобия кривых изменения концентрации поглощаемого иона в фазах раствора и ионита по высоте слоя (уравнение Л. Б. Зельдовича):

(,1 - <-'ю е\н ~ею

- два уравнения — электропейтральности раствора и эквивалентности ионного обмена в фазе катионита:

С,=С,+С2=С1/7+С2/7, ек =е,+е2=е,//+е2„. (29), (30)

В приведенных уравнениях приняты обозначения: //- переменная координата высоты слоя катионита вдоль оси фильтра, м; еп - порочность слоя ионита в фильтре; Ст и С2, Сщ и С2п - переменные концентрации обменивающихся ионов в фазе раствора в объеме протекающего раствора и на поверхности раздела фаз, мг экв/л; е\ и с2, е\ц и е-щ — переменные концентрации обменивающихся ионов в фазе ионита, средняя по всему элементарному слою и локальная на поверхности зерна, мг экв/л; г\ и ¿¡ — заряды обменивающихся ионов; С,, и ек - полные, суммарные концентрации всех катионов в фазе раствора и ионита, мг экв/л; Л'|_2 — кажущаяся константа равновесия парного ионного обмена на границе раздела фаз; С\ц и Сю, С|// и еш - предельные начальная и конечная остаточная концентрация поглощаемого иона в фазах раствора и ионита, мг экв/л.

Уравнения (24) - (30) образуют систему, решая которую получены основные динамические, характеристики процесса истощения ионообменного фильтра: вид кривой истощения ионообменного фильтра; рабочая емкость поглощения катионита Ер; высота «работающего слоя» катионита в фильтре — //„.

Уравнение выходной кривой истощения ионообменного фильтра:

Р\ Суи ~ С,о С\о+&С решение которой выполнено следующим образом. Объединяя все постоянные величины в комплексы, получена следующая система уравнений:

а — . а1 ¿а»

г = м ' = (32),(33)

О"««») "(•»

<хт-а, = В{ар -ар„); ак-ак0 = <р{ар-ар0), (34), (35)

где 5 - соответствующий интеграл; В,ф и М - комплексы из постоянных величин, равные:

В = &~ С" ; ; М = (36)

Рг <?„., ' А, - «л» Д С/>

/Г 1-2 - коэффициент равновесия парного ионного обмена на границе раздела фаз равный:

К

" <••,•">*. (37)

Уравнения (31) - (37) образуют систему из 4-х уравнений с 5-ю неизвестными переменными величинами (V, ар, ак, а/т и аА.„), решая которую получена функция ар = /(У), описывающая вид выходной кривой истощения ионообменного фильтра.

Решение системы уравнений (31)- (37) получено путем вычисления интеграла 5 численным методом с использованием малых конечных приращений независимых переменных величин. Для расчета и построения зависимости ар = /(К) численными методами за основную переменную величину был выбран объем протекающего раствора - V, что обеспечивает точность определения и суммирования всех последовательных значений конечных объемов, протекающего через фильтр раствора.

Построение выходной кривой истощения, а также подбор эффективных коэффициентов диффузии (/?, и /?>) по результатам экспериментальных исследований осуществляется па ПК. Расчёт оптимальных значений эффективных коэффициентов диффузии и Д выполнен по данным экспериментальных исследований выходных кривых истощения лабораторного ионообменного фильтра, которые проводились при следующих условиях: катионит - КУ-2-8; диаметр фильтра 32 мм; высота слоя катиопита 640 мм. Всего были обработаны данные 60 опытов, из них 43 опыта для парного обмена Са1л-Ыа* и 13 опытов для парного обмена Экспериментальные исследования проводились в

диапазоне скоростей фильтрования и'0 =15-5-110 м/ч и концентрации раствора Ср =40 + 310 мгэкв/л.

Для парного обмена Са2*-А'а+:

Д = 23,94 • • + 23,83 • + 0,7 ■ Ср -0,0849; (38)

. — [13,41 • и>0 ~ 10,692,106-Ср + ОД Iб]-10"2. (39)

Для парного обмена *-N11 \

/?,= 50,05 • - Ср +■16,46 -и>0 + 1,469 Ср+ 0,0307; (40)

рг =[73,886,023 ^+0,345-Ср + 0,387]-10"2. (41)

Средние квадратичные отклонения экспериментальных данных от их математического описания приведенными уравнениями не превышают 14 %.

В качестве примера на рис. 12 нанесены экспериментальные точки и расчетные выходные кривые истощения лабораторного ионообменного фильтра для средних коэффициентов эффективных диффузии Д и Д при ионном обмене Са2*-Ыа* при Ср =50 мг экв/л, С„ =40 мг экв/л.

с,

Рис. 12 - Выходные кривые истощения лабораторного ионообменного фильтра для оптимальных эффективных коэффициентов диффузии рх и /?г при ионном обмене Са2*-Ыа* •

Глава 6. Рекомендации и практическое использование полученных результатов

Разработка методик расчета умягчения минерализованных вод. Методика расчета ионообменного равновесия системы ¡Уа* - Са2> - А/е~* с ка-тионитом. Принятая система из четырех уравнений (16) - (19) содержит 6 неизвестных величин относительных концентраций катионов в фазе раствора и катионита.

Для решения принятой системы уравнений введены следующие обозначения: коэффициенты равновесия ионного обмена Са2*- Ма*(Ку), и (Кг), полученные из уравнения (37):

доля концентрации ионов Са2* в общей концентрации ионов жесткости в растворе и в катионите соответственно:

(«)

ар ак

С учетом принятых обозначений (42) и (43), эквивалентности и электронейтральности ионного обмена в растворе и катионите получено:

ар1=ар-Чр\ арг=<*р^-<1р}> ар1=\-ар-,

=«*•<?*; ап =«* 0-9*); «и = 1-е*-

Подставляя полученные соотношения (42)- (44) в уравнения (16) и (17), получена новая система из 2-х уравнений для описания ионообменного равновесия:

(45>

1. Расчет равновесного состава катионита по заданному равновесному составу раствора.

Исходные данные для расчета: арХ,ар1,арЪ и С,,.

Из уравнений (43) и (44) получаем значения а,, и др. Величина с* определяется по равновесному значению величины Ср. Равновесное значение величины ак определяется, почленным суммированием уравнений (45):

, лД+О25-0,5

----, (46)

А

где а - [а7, ч + Кг ■ (| - )]• / а'' у - вспомогательная величина, полученная при

Р " О-«/»Г

почленном суммировании уравнения (45).

Равновесное значение величины (р получено, почленным делением уравнения (45):

9> \кг (47)

Л1

2. Расчет равновесного состава раствора по заданному равновесному составу катионита.

Исходные данные для расчета: ац.ак2,а,.} и Ср.

Из уравнений (43) и (44) получаем значения «< и дк. Величина ек определяется по равновесному значению величины Ср. Равновесное значение ар получено возведением в степень (-1) обеих частей уравнений (45) и их почленным суммированием:

(48)

где д-\31.4 ). а> - вспомогательная величина, полученная при прсоб-

I**, Ъ ) О-«»)3

разоваиии уравнений (45).

Равновесное значение величины находится из уравнения (47): (/ =--

" (\ \ к\ (49)

Як +('-?*)• -¡г

Определение рабочей обменной емкости поглощения катионита при на-трий-катионитовом умягчении минерализованных вод. Величина Е„ — полная обменная емкость поглощения с учетом динамических факторов ионообменного процесса, может быть реально использована в расчете ФНД и, которая зависит только от ионообменного равновесия между исходной умягченной водой и катионитом:

¡V ,

Е„ = Е" - Е/ = « - - е)(1 - (50)

где Ек" и £/ - емкость поглощения катионита, равновесного соответственно с исходной и умягченной водой; ауу" и аКу — относительная концентрация ионов жесткости в истощенном и отрегенерированном катионите, причем ак"=(1--пр) а^; пр- степень регенерации катионита.

Методика расчета высоты «работаюгиего» слоя катионита КУ-2-8 в колонне в динамических условиях. Подбор расчетных уравнений для определения величины Нр проводился по методу некомпозиционного плана эксперимента, где в качестве экспериментальных значений выступают расчетные значения Н,„ определенные по программе предназначенной для расчета и сравнения выходных кривых «истощения» фильтра с экспериментальными данными и определения значений эффективных коэффициентов диффузии (38) - (41), а в качестве независимых характеристик режима работы фильтра используются: IV,, — скорость фильтрования, м/ч; Ср — общая концентрация раствора, мг экв/л и соотносительная начальная концентрация поглощаемого иона а„ = С„/ Ср. Уравнение для парного обмена Ыа+~Са2+: Нр =0.5649-1.393 •10"3-С/) + 6.719-Ю"3-^ +0.618-ар + + 3,440 -10 5 - С„ ■ к + 2,217 -10 3 • С, • а, + 9,880 ■ 10 1 - • а, + (51)

+ 5,389-10"' -с/ + 2,17810"5 • + 0,3405• а/, м. Уравнение для парного обмена Я „ = 6,594 ■ 10"г -1,461 • 10"' • С„ + 4,693 • 10 5 - - 0,5284 • а, +

+ 2,794 ■ 10 ! • С„ И'„ +1.926 -10 ■ С, ■ а, + 6,192 • 10"5 • 1У0 ■ ар + (52)

+ 1,019• 10"* • С,,3 -4,725■ 10"' • IV* + 0,3844• а/, М. Средняя ошибка расхождения расчетных точек но профамме, предназначенной для расчета и сравнения выходных кривых «истощения» фильтра с экспериментальными данными и определения значений эффективных коэффициентов диффузии, и по уравнению (51) составила 2,1 %, по уравнению (52) -2,5%, что приемлемо для инженерных расчетов. Область применения расчетных уравнений: XV,, =25+100 м/ч, с =50+300 мг экв/л, а. = 0,2 + 0,5.'

На рис. 13 представлена зависимость НР=^1У0\ СД вычисленная По про-

грамме, предназначенной для расчета и сравнения выходных кривых «истощения» фильтра с экспериментальными данными и определения значений эффективных коэффициентов диффузии (в виде точек), и по упрощенному уравнению (51) (в виде сплошных линий), при а„= 0,4, для парного обмена Ыа+-Са2\

Рис. 13 - Зависимость высоты работающего слоя кагиошпа от скорости фильтрования и со-лесодержаиия волы

По расчетным уравнениям (51) и (52) с использованием уравнения (53)

определяется значение рабочей обменной

емкости ступени

катиопитного фильтра £,, при умягчении минерализованных вод для различных режимов его работы в зависимости от общей высоты слоя катионита //»:

е н Л

1-0,5—, гэкв/м" кат. (53)

ч 'Л,- )

В приложении приведены табличные данные расчетов, лабораторных исследований и промышленных испытаний, акты внедрения.

Основные результаты и выводы.

Получены научно-обоснованные технические и технологические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие экономики страны.

1. Разработана классификация вод и структура комплекса технологических процессов и оборудования для совершенствования процессов обработки пресных и минерализованных природных и сточных вод ХВО в теплоэнергетике, включающая известные и вновь разрабатываемые технологические процессы:

- разработан технологический процесс, отличающийся от извест ных тем, что для его реализации впервые используется в содово-рсгенерационном методе обработки воды на прсдочисткс станции электролизная обработка продувочной воды теплогенератора или тсрмоопреснителыюй установки;

- разработан новый технологический процесс и выполнено обоснование его применения при обработке сточных вод ХВО с использованием дымовых газов и продувки котлоп, обработанной в электролизере.

Разработанные технологические процессы позволяют сократить расходы реагентов на умягчение воды за счет использования щелочности продувочной воды котлов и за счет повторного использования регенерациониого раствора

до 25 %; снизить величину продувки котлов, а, соответственно, и потерь тепла; уменьшить объем сточных вод; сократить выбросы в атмосферу диоксида углерода.

2. Разработан метод термоопреснения минерализованных вод, отличающийся тем, что осуществляется с глубоким умягчением минерализованных вод на установке непрерывного ионного обмена с неподвижным слоем ионита, регенерируемого продувочной водой термоопреснительной установки, а параметры пара вторичного вскипания последней ступени опреснения позволяют полезно использовать теплоту в тепловых схемах ТЭЦ, паровых котельных и нефтепромысловых теплогенераторов. Выполнена оптимизация технологических процессов обработки минерализованных природных вод: а) при работе ТОУ в схеме паровой котельной или ТЭЦ, позволяющая утилизировать сброшенное тепло в тепловой схеме; б) при работе 'ГОУ в схеме нефтепромыслового теплогенератора, с корректировкой работы ТОУ в связи с колебаниями нагрузки потребителя и температуры пластовой воды. Оптимальная работа ТОУ совместно с тепловой схемой парогенератора характеризуется величиной недогрева в головном подогревателе ТОУ, определяющего суммарную поверхность теплообменников ТОУ и, соответственно, капитальные затраты на установку. Себестоимость обработанной воды снизится в 1,5-2 раза.

3. Разработана методика расчета термоопреснительной установки мгновенного вскипания на основе пошагового решения уравнений теплового и материального балансов корпусов 'ГОУ и общих уравнений балансов всей ТОУ, которая позволяет выполнять инвариантные расчеты без усреднений параметров для различныхцелевых функций (одинаковые поверхности нагрева ступеней ТОУ; минимальная общая поверхность; достаточность величины продувки для обеспечения регенерации фильтров; полное использование теплоты в тепловой схеме энергетического комплекса).

4. Получены результаты экспериментальных исследований:

а) построена математическая модель электролизной обработки растворов, на основе которой получены регрессионные уравнения, позволяющие определить количество нарабатываемой кислоты, щелочи и расход электроэнергии, а также оптимальную плотность тока в электролизере;

б) необменного (сверхэквивалентного) поглощения ионов катионитом КУ-2-8. Получено регрессионное уравнение зависимости необменного поглощения в зависимости от солесодержания воды, позволяющее рассчитать полную емкость поглощения катиопита КУ-2-8 при умягчении минерализованных природных вод;

в) гранулометрических характеристик катиопита КУ-2-8, что позволяет определить оптимальные размеры зерен катиопита, влияющие на условия моделирования процессов и динамики ионного обмена в колоннах;

г) термодинамического равновесия системы Na*, Ся'+ и Mg2> с катионитом КУ-2-8. Полученные константы ионообменного равновесия позволяют выполнять расчеты ионообменного равновесия в системе обменивающихся ионов

Na*- Ca2*- Mg2* и катеонита КУ-2-8, которая наиболее характерна для процесса натрий-катионитового умягчения минерализованных вод;

д) ионообменного умягчения минерализованных вод в динамических условиях на катионите КУ-2-8 в диапазоне концентраций ионов Ca2* и Mg2* 0,05 - 0,3 H и кинетических характеристик реакций ионного обмена на границе ио-нит-раствор.

5. Дано теоретическое обоснование ионообменной обработки минерализованных вод:

- разработана обобщенная методика расчета состава равновесного раствора и равновесного катионита в системе Na*, Ca2* и Mg2* и катионит КУ-2-8;

- разработана методика определения коэффициентов внешней и внутренней диффузии парного обмена Ca2*-Na* и M¡f*-Na* при работе ионообменного фильтра для катионита КУ-2-8;

- разработана методика определения рабочей обменной емкости поглощения катионита КУ-2-8 при натрий-катионитовом умягчении минерализованных вод;

- получены уравнения в инженерном виде для расчета высоты рабочего слоя ионита в рабочей колонне при умягчении минерализованных вод па катионите КУ-2-8.

Основные положения диссертации изложены в опубликованных работах:

Публикации в периодических научных и научно-технических изданиях, в которых рекомендуется публикация основных результатов докторских диссертант! (по решению ВАК Минобразования России)

1. Стоянов Н. И. Экологическое совершенствование технологии обработки воды на ТЭС // XXV Российская школа по проблемам науки и технологий, посвященная 60-летию Победы. Краткие сообщения. - Екатеринбург: УрО РА11,2005. - С. 226 - 229.

2. Стоянов П. И. Экологическое совершенствование технологии обработки воды на ТЭС // Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета, Ставрополь: СевКавГТУ, 2005. №3. - С. 40 - 50.

3. Стоянов Н. И., Гейвандов И. А., Воронин А. И. и др. Совершенствование технологии получения питательной воды из высокоминералитованных вод для нефтепромысловых парогенераторов // Нефтепромысловое дело. Ежемесячный иаучио-техннческиП журнал. -М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2005,№1!.-С. 61-63.

4. Стоянов H.H., Гейвандов И.А., Воронин А.И. и др. Повышение эффективности на-триЛ-катмонитового умягчения минерализованных вод для нефтепромысловых парог енераторов // Нефтепромысловое дело. Ежемесячный научно-технический журнал. - М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2005, Ksi 1. - С. 71-74.

5. Стоянов П. П., Гейвандов И. А., Воронин А. И. и др. Определение рабочей обменной емкости поглощения катионита при натрий-катионитовом умягчении минерализованных вод // Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета, Ставрополь: СевКавГТУ, 2005. №4. - С. 56 - 62.

6. Стоянов Н И., Гейвандов H.A., Воронин А.И. и др. Результаты экспериментальных исследований динамики парного ионного обмена при умягчении минерализованных вол и методика расчета физико-химических параметров процесса// Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета, Ставрополь: СевКавГТУ, 2006. №2. - С. 27 -30.

Публикации в ведущих научных изданиях

7.Гсйвандов И. А., Воронин А. И., Стоянов Н. И. и др.. Методика расчета показателей ионообменного умягчения минерализованных вод на катионите КУ-2 II Химия и технология воды,-Киев, 1991. Т. 13, №6. - С. 499 - 503.

8.Стоянов Н. И., Гейвандов И. А., Воронин А. И. и др. .Анализ закономерностей технологических циклов установок непрерывного ионного обмена с неподвижным слоем ионита // Химия и технология воды. Киев, Академия наук Украинской ССР, 1991. Т. 13, № 7. - С. 614-618.

9. Сокращение потерь тепла при получении питательной воды из высокоминерализованных вод / И. А. Гейвандов, А. И. Воронин, Н. И. Стоянов, А. Н. Вислогузов // Кокс и химия. 1992.№7.-С.ЗЗ-35.

10. Стоянов Н. И., Гейвандов И. А. Исследование влияния фактора необменного поглощения в реакциях ионного обмена в растворах сильных электролитов на катионите КУ-2-8 // Сборник научных трудов. Серия «Естественнонаучная». Выпуск 1. Ставрополь, СтГТУ. 1998.-С. 251-258.

11. Стоянов Н. И., Гейвандов И. А. Исследование геометрических характеристик синтетических ионитов // Сборник научных трудов. Серия «Физико-химическая». Выпуск 3. Ставрополь, СтГТУ. 1999. - С. 90 - 94.

12. Стоянов Н. И., Гейвандов И. А., Вислогузов А. Н. Исследование необменного поглощения в реакциях ионного обмена на катионите КУ-2х8 // Научные щколы и научные направления СевКавГТУ. Ставрополь: СевКавГТУ,2001С. 238-241.

13. Вислогузов А. Н., Гейвандов И. А., Стоянов Н.И. и др. Исследование ионообменного равновесия при натрий-катионитовом умягчении минерализованных вод. // Вестник СсиКавГГУ. Серия пф1пни>химическая» №1(7). - Ставрополь: СевКавГТУ, 2003,-С. 35 -40.

14. Гейвандов И. А., Вислогузов А. Н., Стоянов Н.И. и др. Расчет концентрации ионов Са1*, М^*и N1в катионите и равновесном с ним растворе по данным экспериментальных исследований // Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. Серия «Физико-химическая» №1(8). СевКавГТУ, 2004. - С. 50 - 55.

15. Гейвандов И. А., Вислогузов А. Н., Стоянов Н.И. и др. Основные технологические показатели и характеристики процесса натрий катионитового умягчения минерализованных вод // Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. Серия «Физико-химическая» №1(8). СевКавГТУ, 2004. - С. 55 - 60.

16. Стоянов Н. И. Методика расчета термоопрееннтельных установок // Сборник научных трудов. Серия «Естественнонаучная». Выпуск 2. Ставрополь, СевКавГТУ. 2006. - С. 87-93.

Материалы и тезисы докладов Международных и Российских конференций

17.Гейвандов И. А., Воронин А. И., Стоянов Н. Й. и др. Сокращение потерь теплоты при получении питательной воды из высокоминсралнзованных вод 3-я Всесоюзная научная конференция по проблемам энергетики теплотехнологии "Интенсивное энергосбережение в промышленной теплотехнологни". М.: МЭИ, 1991.

18. Гейвандов И. А., Воронин А. И., Стоянов Н. И. и др. Использование пластовых высокоминсралнзованных вод в тепловых методах повышения нефтеотдачи /I Совершенствование систем водоснабжения и канализации НПЗ и НХЗ. Материалы научно-практической конференции специалистов СНГ. Уфа, 1992.

19. Стоянов Н. И., Гейвандов И. А., Грон Л. В. и др. Разработка и использование схем водоподготовки с сокращенными стоками для котельных с паровыми котлами // Тезисы докладов XXV научно-технической конференции по результатам научно-исследовательской ра-

боты профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов за 1994 г. T.III. Ставрополь, СтГТУ,1995.

20. Стоянов Н. И., Воронин А. И., Москаленко Ю. П. Разработка и исследование схемы водоподготовки с безреагентной утилизацией стоков // Тезисы докладов XXV научно-технической конференции по результатам научно-исследовательской работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов за 1994 г. ТЛИ. Ставрополь, СтГТУ, 1995.

21. Стоянов Н. И., Гейвандов И. А., Кош кош В. И. Получение обессоленной и пресной воды в двухцелевых котельных (тезисы) // Материалы региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону». СтГТУ, Ставрополь. 1997. -С. 94 - 95.

22. Стоянов 11. И, Черновский М. JI., Грои J1. В. и др. Модернизация технологической схемы химводоочистки // Материалы региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону». СтГТУ, Ставрополь. 1997.-С. 100- 101.

23. Стоянов П. И., Гейвандов И. А. Методика экспериментального исследования ионообменного равновесия // Материалы XXX научно-технической конференции по результатам работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов СевКавГТУ за 1999год. Ставрополь, 2000. - С. 129.

24. Стоянов П. И., Гейвандов И. А. Методика обработки экспериментальных исследований ионообменного равновесия // Материалы XXX научно-технической конференции по результатам работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов СевКавГТУ за 1999год. Ставрополь, 2000. - С. 128 - 129.

25. Стоянов Н. П., Смирнова А. В., Пименов В. И. Оценка эффективности инвестиционных проектов по энергосбережению. / Технология, строительство н эксплуатация инженерных систем // Материалы международной научно-технической конференции. Санкт-Петербург, 2002. -С.172- 174.

26. Гейвандов И. А., Вислогузов А. Н., Стоянов 11, И. и др. Расчет равновесных составов фазы катнонита и раствора при натрий-катионнтовом умягчении минерализованных вод// Материалы XXXII научно-технической конференции по результатам работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов СевКавГТУ за 2002 год. Т,2. Прикладные и технические науки. Ставрополь, 2003. - С. 82 - 83.

27. Гейвандов И. А., Вислогузов А. П., Стоянов II. И. и др. Расчет технологических показателей натрнй-катионитового умягчения минерализованных вод я ионообменной колонке// Материалы XXXII научно-технической конференции по результатам работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов СевКавГТУ за 2002 год. Т.2. Прикладные и технические науки. Ставрополь, 2003. - С. 83.

28. Гейвандов И. А., Вислогузов А. П., Стояиов П. И. и др. Определение динамических характеристик процесса натрнй-катионитового умягчения минерализованных вод// Материалы VII региональной научно-технической конференции «Вузовская паука - СевероКавказскому региону». Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. T.I. Ставрополь, СевКавГТУ. 2003.-С. 123-124.

29. Воронин А. И., Стоянов II. И. Разработка инженерных алгоритмов расчета технологических показателей умягчения высокомипсрализовапных вод Н Материалы VII региональной научно-технической конференции "Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону". Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. Т. I. Ставрополь, СевКавГТУ. 2003.-С. 122-123.

30. Стоянов П. И., Гейвандов И. А., Воронин А. И. и др. Расчет выходных кривых истощения ионообменных фильтров при умягчении минерализованных вод// Вузовская паука - Северо-Кавказскому региону / Материалы VIII региональной научно-технической конференции. Ставрополь: СевКавГТУ, 2004. - С. 193 - 194.

31. Внслогузов А. Н., Гейвандов И. А., Стоянов И. И. и др. Результаты экспериментального определения коэффициентов внутренней и внешней диффузии при Ыа-катиоштгном умягчении минерализованных вод // Материалы VI11 региональной научно-технической конференции "Вузовская наука — Северо-Кавказскому региону". Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. Т. 1. Ставрополь, СевКавГТУ. 2004. - С. 192- 193.

32. Гейвандов И. А., Стоянов Н. И., Аборнсв Д. В. и др. Исследование динамики процесса отмывки катионита в фильтре при ионообменном умягчении минерализованных вод // Материалы IX региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - СевероКавказскому региону». Естественные и точные науки. Технические и прикладные наукн. Т.1, Ставрополь, СепКавГГУ. 2005. - С. 189 -190.

33. Гейвандов И. А., Стоянов Н. И., Лборнев Д. В. и др. Программа «Режим» для решения системы уравнений неравновесной ионообменной динамики нестационарного фронта // Материалы IX региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону». Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. Т.1. Ставрополь, СсвКавГГУ. 2005.-С. 191-192.

34. Стоянов П. И., Гейвандов И. А., Воронин А. И. и др. Совершенствование технологии получения питательной воды из высокоминерализоваиных вод для нефтепромысловых парогенера горов / Первая всероссийская заочная конференция «Проблемы повышения газонефтеотдачи месторождении на завершающей стадии их разработки и эксплуатации ПХГ» © Северо-Кавказский государственный технический университет, 2005. - http://lib.ncstu.ru.

35. Стоянов Н.И., Гейвандов И.А., Воронин А.И., и др. Повышение эффективности нагрнй-катионитового умягчения минерализованных вод для нефтепромысловых парогене-. раторов / Первая всероссийская заочная конференция «Проблемы повышения газонефгеот-дачи месторождений на завершающей стадии их разработки и эксплуатации ПХГ» © СевероКавказский государственный технический университет, 2005. — http://lib.ncstu.ru.

Другие издания

36. Гейвандов И. А., Воронин А. И., Стоянов 11. И. Технология непрерывного иониро-вания воды на фильтрах с неподвижным слоем ионита / Сгавроп. политехи, ин-т. Ставрополь. 1987. 12 с. Деп. в Информ-энерго, №2629эн-11.

37. Гейвандов И. А., Воронин А. И., Стоянов Н. И. Расчет и оптимизация режима работы установок непрерывного ионного обмена с неподвижным слоем ионита / Сгавроп. политехи. ин-т. Ставрополь. 1988. 22 с. Центр научно-технической информации по энергетике и электрификации К» 22902-Э11 88.

38. Гейвандов И. А., Воронин А. И.; Стоянов И. И. Управление работой установок непрерывного ионного обмена с неподвижным слоем ионита в нерасчетном режиме/ Ставроп. политехи, ин-т. Ставрополь. 1989. 12 с. Центр научно-технической информации по энергетике и электрификации № 3116-ЭН 89.

Изобретения

39. Патент 1 807 003 СССР. МКИ С 02 р 1/04. Способ подготовки питательной воды из высокоминерализоваиных вод/ II. И. Стоянов, И. А. Гейвандов, А. П. Внслогузов и др. -4928396/26; Заявлено 15.04.91; Опубл. 15.06.94, Бюл. 11.

40. Патент 2 014 283 РФ. МКИ С 02 Р 1/04. Способ получения горячей воды из высокоминерализоваиных вод / 11. И. Стоянов, И. А. Гейвандов, А. II. Внслогузов и др. 4928396/26; Заявлено 15.04.91; Опубл. 15.06.94, Ьюл. 11.

41. А. с. 1270118, СССР. МКИ С 02 Р 1/42. Способ непрерывной ионообменной очистки воды / Стоянов П. И., Гейвандов И. А., Воронин А. И. - 3825981/31-26; Заявлено 13.12.84; Опубл. 15.11.86, Бюл. № 42.

42. А. с. 1261706, СССР. МКИ В 01 .1 49/00. Способ регенерации неподвижного слоя попита в установках непрерывного действия, состоящих из группы последовательно соеди-

ценных фильтров / Стоянов Н. И., Гейвандов И. А., Воронин Л. И. и др. - 3744702/31-26; Заявлено 29.03.84; Опубл. 07.10.86, Бюл. № 37.

43. А. с. 1433902, СССР. МКИ С 02 I 1/42. Способ управления процессом непрерывной ионообменной очистки воды / Стоянов Н. И., Гейвандов И. А., Воронин А. И. и др. -3744702/31-26; Заявлено 29.03.84; Опубл. 07.10.86, Бюл. № 37.

44. А. с. 1289531, СССР. МКИ В 01 О 23/20. Водораспределительное уст|к>йсгво / Стоянов II. И., Гейвандов И. А., Воронин А. И. и др. - 3541273/31-26; Заявлено 13.01.83; Опубл. 15.02.87, Бюл. № 6.

45. А. с. 1691314, СССР. МКИ С 02 Р 1/42, Р 16 К 11/074; О 05 О 27/00. Многоходовой многопозиционный кран преимущественно для установок ионообменной очистки воды I Стоянов Н. И., Гейвандов И. А., Воронин А. И. и др. - 4670249/26; Заявлено 30.03.90; Опубл. 15.11.91, Бюл. №42.

46. А. с. 1389838, СССР. МКИ В 01 ] 47/02. Установка для ионообменной очистки воды / Стоянов Н. И., Гейвандов И. А., Воронин А. И. и др. - 4076649/23-26; Заявлено 12.06.86; Опубл. 23.04.88, Бюл. № 15.

' Личный вклад автора в результаты работ, опубликованных в соавторстве: разработана методика расчета ТОУ [3, 21, 34]; разработана методика расчета показателей умягчения минерализованных вод [4, 7, 15, 27 - 30, 35, 38]; разработана методика определения рабочей емкости и высоты «работающего» слоя катнопита в динамических условиях, получены уравнения для инженерных расчетов [5, 33]; проведено экспериментальное исследование процессов ионообменной обработки и разработана методика расчета динамики парного ионного обмена при умягчении минерализованных вод [6, 10 - 14, 23 - 26, 31, 32, 37]; выполнено теоретическое исследование технологических циклов ФНД и алгоритмов управления [8, 22, 36, 41 — 46]; выполнено обоснование применения ТОУ для опреснения минерализованных вод и использования в тепловой схеме пароструйного эжектора [9, 17, 18, 39, 40]; идея использования электролизной обработки продувки котлов и использования дымовых газов для осаждения и ее обоснование, синтез технологических процессов [19, 20].

Подписано в печать 26.09.2006 г. Формат 60x84 1/16 Усл. печ. л. - 2,5 Уч.- изд. л. - 1,6 Бумага офсетная. Печать офсетная. Заказ 610 Тираж 100 экз ГОУ ВПО «Северо-Кавказский государственный технический университет»

_____355029 г. Ставрополь пр. Кулакова. 2 ______

Издательство Северо-Кавказского государственного технического университета Отпечатано в типографии СевКавГТУ

Основные условные обозначения и сокращения

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

1.1 Анализ методов экологической оценки водоподготовительных установок

1.2 Анализ методов технико-экономической оценки водоподготовительных установок

В современных условиях индустриализации общества, роста объемов промышленного производства, развития энергетики, повышения требований к качеству воды на ТЭС и повышения уровня комфортности среды обитания человека, проблемы водоснабжения населения и индустриальных центров приобретают все нарастающую остроту.

В настоящее время дефицит пресной воды ощущается в ряде экономических районов России, среди которых в первую очередь следует отметить такие как Дальний Восток, районы Крайнего Севера, Северный Кавказ.

Однако проблема водоснабжения не сводится лишь к устранению дефицита пресной воды. Рост водопотребления приводит к увеличению объемов сточных вод, которые, попадая в природные водоемы, повышают их общее со-лесодержание. Ущерб, наносимый окружающей среде в результате загрязнения водоемов, оценивается миллиардами рублей в год.

Основными потребителями технической воды на тепловых электрических станциях (ТЭС) являются системы оборотного охлаждения и водоподго-товительные установки, на которые приходится около 70 % общего объема потребления промышленностью пресной воды. Указанные потребители являются источниками минерализованных сточных вод, обезвреживание которых осуществляется в основном разбавлением, а обработка воды связана с затратами на реагенты. В связи с этим как во всем мире, так и в России ощущается дефицит пресной воды и глобальное экологическое загрязнение поверхностных и подземных вод, поэтому все большее признание получает концепция, внедрения малоотходных технологий, замкнутых производственных циклов, широкое использование вторичных ресурсов и т. п. [1 - 5].

Отсутствие достаточных ресурсов пресной воды в районах нефтедобычи (морские и приморские районы, пустынные и полупустынные местности и т. п.) ограничивает возможность применения паротепловых методов повышения нефтеотдачи истощенных месторождений. Но в этих районах обычно имеются достаточные ресурсы минерализованных вод (морской воды, воды соленых озер, минерализованных пластовых вод, попадающих на поверхность земли вместе с добываемой нефтью и др.). Поэтому использование минерализованных вод для питания нефтепромысловых парогенераторов является весьма перспективным, несмотря на более высокие затраты на обработку минерализованных вод по сравнению с пресными. Известно, что паротепловая обработка нефтяных скважин и пластов дает прирост нефтедобычи на 1,0 - 1,5 т нефти на 1 т закачиваемого в пласт пара, что с избытком окупает все дополнительные затраты [6].

Проблема дефицита пресной воды может быть решена получением ее из морских, пластовых, а также сточных вод химводоочисток (ХВО) объектов теплоэнергетики. Техническое решение поставленной задачи не имеет принципиальных препятствий, однако, широкой реализации поставленной задачи препятствуют соображения экономического характера. Это обусловлено тем обстоятельством, что на ряде объектов теплоэнергетики поставленная задача решается не комплексно, а отдельными технологическими приемами.

Одним из путей создания малоотходных технологий и замкнутых производственных циклов является использование на ХВО продувочной воды (повторное использование реагентов) и дымовых газов котлов и применение электролизной обработки растворов.

При обработке пресных вод использование продувочной воды и дымовых газов ограничивается солесодержанием исходной воды и необходимостью дополнительного применения реагентов. Решение данной проблемы может быть найдено путем применения электролизной обработки продувочной воды испарителей, с образованием твердых отходов в виде шлама, снижения выбросов парникового газа СО2 и обеззараживания воды продуктами электролизной обработки водных растворов.

Получение обессоленной воды из минерализованных вод на термоопреснительных установках (ТОУ) может осуществляться с понижением потенциала теплоты, что связано с проблемой энергоэффективности этого процесса, и требует предварительного глубокого умягчения воды для надежной работы тепло-обменных аппаратов ТОУ.

При обработке минерализованных морских, пластовых и сточных вод ХВО для эффективного умягчения необходима непрерывная организация технологического процесса ионообменной обработки и использование продувочной воды испарителей с последующей электролизной обработкой стоков ХВО.

Состояние теории ионного обмена на современном этапе не позволяет производить расчеты статического равновесия, кинетики и динамики процессов ионного обмена в колоннах для системы Na+, Са2+, Mg2+ в диапазоне концентраций от 0,1 до 2,5 Н. В настоящее время теория динамики сорбции разработана лишь для некоторых случаев, к которым относится ионный обмен из разбавленных растворов, когда скорость процессов лимитируется внешней диффузией. Практически приемлемые решения здесь получены лишь для режима параллельного переноса.

В области концентрированных растворов в теории динамики имеются приближенные решения для линейной изотермы обмена. Возможность применения результатов этой теории зависит от того, насколько изотермы обмена Na , Cct2+, Mg2+ будут близкими к линейным и в какой мере кинетику процесса можно описать уравнением с постоянным коэффициентом внутренней диффузии.

В последнее время широкое применение для решения ряда задач динамики сорбции, особенно в системах с несколькими ионами, находит послойный метод расчета, при условии знания кинетических закономерностей процесса. '

В зависимости от условий проведения процесса, лимитирующей стадией может быть или диффузия в пограничном слое, или диффузия внутри зерна ионита, или оба вида диффузии вместе. Для последнего вида кинетики в случае динамической задачи мы имеем дело с граничными условиями четвертого рода, для которых приемлемые решения практически отсутствуют.

Тематика диссертации удовлетворяет Федерально-целевой научно-технической программе «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения», подпрограмма «Экологически чистая энергетика».

Цель исследования. Разработка научно-обоснованных техническо-экономических и технологических решений по обработке воды для энергетических систем и комплексов, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие экономики страны.

Задачи исследования:

- разработка, на основе системного анализа, классификации вод и структуры комплекса технологических процессов и оборудования для совершенствования процессов обработки пресных и минерализованных природных и сточных вод ХВО;

- разработка и анализ способов экологического и технико-экономического совершенствования процессов обработки пресных и минерализованных природных и сточных вод ХВО;

- разработка методики расчета термоопреснительной установки;

- разработка методик исследования и расчёта процесса умягчения, минерализованных вод как физико-химической системы, включающих: методики исследования и расчета ионообменного равновесия системы Na+ - Са2+ - Mg2+ с катеонитом; методику расчета рабочей обменной емкости поглощения катеонита КУ-2-8 при натрий-катионитовом умягчении минерализованных вод; методику расчета коэффициентов внешней и внутренней диффузии парного обмена Са2+- Na и Mg2+- Na при работе ионообменного фильтра для катеонита КУ-2-8; методику расчета высоты «работающего» слоя катеонита КУ-2-8 в колонне в динамических условиях.

Изучаемые явления. Процессы комплексной обработки пресных и минерализованных природных вод и сточных вод ХВО: осаждение при электролизной обработке растворов; термодинамический анализ работы термоопреснительных установок в тепловых схемах ТЭС, ТЭЦ, паровых котельных и нефтепромысловых теплогенераторов; использование продувки ТОУ для регенерации катионита; ионный обмен при сорбционных и десорбционных процессах в колоннах в процессах непрерывного ионного обмена.

Объект исследования. Энергетические системы и комплексы.

Природные воды (пресные и минерализованные) различных классов и сточные воды ХВО.

Способы подготовки питательной воды в теплоэнергетике.

Термоопреснительные установки и тепловые схемы ТЭС, ТЭЦ, паровых котельных и нефтепромысловых теплогенераторов.

Процессы в установках непрерывного ионного обмена с неподвижным слоем ионита.

Синтетический катионит КУ-2-8.

Электролизер.

Используемые средства. Динамическая колонка, установка непрерывного ионного обмена с неподвижным слоем ионита, электролизер, осветлитель, аналитические весы, иономер с ионселективными электродами, встряхиватель, рассеиватель с набором сит, центрифуга, вакуумная сушилка, фотоколориметр, аппаратура и реактивы для химического и кондуктометрического анализа воды, пакет прикладных программ для статистической обработки результатов экспериментов.

Методы исследования. В работе использованы методы теории подобия, интегрального и дифференциального исчисления, математической статистики, методы оптимизации и системный анализ, а также наряду с аналитическими и экспериментальными методами в исследованиях применялось компьютерное моделирование.

Научная новизна исследования:

- предложена классификация вод и структура комплекса технологических процессов и оборудования для совершенствования процессов обработки пресных и минерализованных природных и сточных вод ХВО, включающая известные и вновь разрабатываемые технологические решения;

- разработан способ, отличающийся от известных тем, что для его реализации впервые используется в содово-регенерационном методе обработки воды на предочистке станции электролизная обработка продувочной воды теплогенератора или термоопреснительной установки;

- разработан способ термоопреснения минерализованных вод, отличающийся тем, что осуществляется с глубоким умягчением минерализованных вод на установке непрерывного ионного обмена с неподвижным слоем ионита, регенерируемого продувочной водой термоопреснительной установки, а параметры пара вторичного вскипания последней ступени опреснения позволяют полезно использовать теплоту в тепловых схемах ТЭЦ, паровых котельных и нефтепромысловых теплогенераторов;

- предложена методика расчета термоопреснительных установок мгновенного вскипания, которая позволяет выполнять инвариантные расчеты без усреднения параметров циркулирующего раствора для различных целевых функций (одинаковые поверхности нагрева ступеней ТОУ; минимальная общая поверхность; достаточность величины продувки для обеспечения регенерации фильтров; полное использование теплоты в тепловой схеме энергетического комплекса);

- построена математическая модель электролизной обработки растворов, позволяющая оптимизировать процесс;

- разработана методика исследования ионообменных процессов в электролитах с концентрацией от 0,1 до 2,5 Н, учитывающая влияние активности ионов в растворе и катионите при высоких концентрациях;

- получены для разработанных математических моделей: методики расчета равновесного состояния в системе «раствор-катионит», характерного для работы фильтров непрерывного действия с неподвижным слоем катионита; методика расчета рабочей обменной емкости поглощения катионита КУ-2-8 при натрий-катионитовом умягчении минерализованных вод; методика расчета коэффициентов внешней и внутренней диффузии парного обмена Са2+- Na и-Mg2+- Na при работе ионообменного фильтра для катионита КУ-2-8; методика расчета высоты «работающего» слоя катионита КУ-2-8 в колонне в динамических условиях.

На основании результатов работы получены с высокими экологическими и технико-экономическими показателями технологические схемы обработки воды; новые данные о механизме электролизной обработки растворов и ионного обмена и влиянии на эти процессы различных факторов. Это позволит осуществлять расчеты и внедрять процессы обработки воды, с целью их интенсификации, снижения энергетических затрат, снижения расхода реагентов и сокращения объема сточных вод.

Достоверность научных положений и полученных в работе результатов основана на корректности постановки задач исследования и принятых упрощающих допущений; подтверждается применением физически обоснованных математических моделей и удовлетворительным соответствием регрессионных уравнений и аналитических расчетов с данными, полученными экспериментально на опытных и пилотных установках, как автором, так и другими исследователями, а также достаточно широкой публикацией результатов работы и их обсуждением на научных конференциях различного уровня.

На защиту выносятся следующие основные положения и результаты:

- структура комплекса технологических процессов и оборудования, выполненная на основе классификации вод;

- новый способ и разработанные на его основе малоотходные технологические схемы обработки пресных и минерализованных природных вод' и сточных вод ХВО;

- новые эффективные способы термического опреснения минерализованных вод в тепловых схемах ТЭЦ, паровых котельных и нефтепромысловых теплогенераторов с глубоким умягчением минерализованных вод на установке непрерывного ионного обмена с неподвижным слоем ионита;

- методика расчета термоопреснительных установок мгновенного вскипания;

- теоретическое обоснование и результаты исследования ионообменного умягчения минерализованных вод.

Работу можно охарактеризовать, как комплекс научно-обоснованных техническо-экономических и технологических решений по совершенствованию процессов обработки воды для питания котлов ТЭС и других теплогенераторов с вовлечением в хозяйственный оборот минерализованных природных и сточных вод ХВО, внедрение которых может внести значительный вклад в развитие и повышение эффективности теплоэнергетики.

Эколого-социальная и экономическая эффективность. Внедрение результатов научного исследования позволят более эффективно использовать установки для обработки воды:

- сократить расход химических реагентов на обработку воды;

- снизить затраты тепла на получение питательной воды для энергетических и промышленных теплогенераторов;

- сократить количество загрязненных реагентами сточных вод ХВО;

- сократить потребление' пресной воды для нужд теплоэнергетики.

Использование теоретических и практических результатов в учебных целях по дисциплинам «Теплогенерирующие установки», «Водоподготовка и водно-химический режим объектов ТГВ» и «Энергоаудит» для студентов специальности 290700 (270109) «Теплогазоснабжение и вентиляция» позволит развивать и совершенствовать экологическое мышление и технологическую подготовку будущих специалистов в области теплоэнергетики.

Формы внедрения. Методические рекомендации и программы расчета технологических схем обработки воды с сокращенными стоками, процессов электролизного и ионного обмена и аппаратов для осуществления процессов ионного обмена.

Публикации. По данной теме опубликовано 46 работ, в которых достаточно полно отражены материалы диссертации, в том числе: 3 статьи в центральных журналах; 6 статей в реферируемых научно-технических журналах; 4 статьи в «Вестнике Северо-Кавказского государственного технического университета» серия «Физико-химическая»; 1 научное сообщение в «Сборнике на-' учных трудов» серия «Естественнонаучная» СтГТУ; 1 статья в сборнике «Научные школы и направления СевКавГТУ; получено 6 авторских свидетельств и 2 патента; сделано 22 доклада на научно-технических конференциях различного уровня, по которым опубликованы материалы докладов.

Автор выражает благодарность за помощь в работе коллегам по кафедре «Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция» Северо-Кавказского государственного технического университета Гейвандову И. А. и Воронину А. И.

Основные результаты и выводы.

1. Разработана классификация вод и структура комплекса технологических процессов и оборудования для совершенствования процессов обработки пресных и минерализованных природных и сточных вод ХВО, включающая известные и вновь разрабатываемые технологические процессы:

- разработан технологический процесс, отличающийся от известных тем, что для его реализации впервые используется в содово-регенерационном методе обработки воды на предочистке станции электролизная обработка продувочной воды теплогенератора или термоопреснительной установки;

- разработан новый технологический процесс и выполнено обоснование его применения при обработке сточных вод ХВО с использованием дымовых газов и продувки котлов, обработанной в электролизере.

Разработанные технологические процессы позволяют сократить расходы реагентов на умягчение воды за счет использования щелочности продувочной воды котлов и за счет повторного использования регенерационного раствора до 25 %; снизить величину продувки котлов, а, соответственно, и потерь тепла; уменьшить объем сточных вод; сократить выбросы в атмосферу диоксида углерода.

2. Разработан метод термоопреснения минерализованных вод, отличающийся тем, что осуществляется с глубоким умягчением минерализованных вод на установке непрерывного ионного обмена с неподвижным слоем ионита, регенерируемого продувочной водой термоопреснительной установки, а параметры пара вторичного вскипания последней ступени опреснения позволяют полезно использовать теплоту в тепловых схемах ТЭЦ, паровых котельных и нефтепромысловых теплогенераторов. Выполнена оптимизация технологических процессов обработки минерализованых природных вод: а) при работе ТОУ в схеме паровой котельной или ТЭЦ, позволяющая утилизировать сброшенное тепло в тепловой схеме; б) при работе ТОУ в схеме нефтепромыслового теплогенератора, с корректировкой работы ТОУ в связи с колебаниями нагрузки потребителя и температуры пластовой воды. Оптимальная работа ТОУ совместно с тепловой схемой парогенератора характеризуется величиной недогрева в головном подогревателе ТОУ, определяющего суммарную поверхность теплообменников ТОУ и, соответственно, капитальные затраты на установку. Себестоимость обработанной воды снизится в 1,5-2 раза.

3. Разработана методика расчета термоопреснительной установки мгновенного вскипания на основе пошагового решения уравнений теплового и материального балансов корпусов ТОУ и общих уравнений балансов всей ТОУ, которая позволяет выполнять инвариантные расчеты без усреднений параметров для различных целевых функций (одинаковые поверхности нагрева ступеней ТОУ; минимальная общая поверхность; достаточность величины продувки для обеспечения регенерации фильтров; полное использование теплоты в тепловой схеме энергетического комплекса).

4. Получены результаты экспериментальных исследований: а) построена математическая модель электролизной обработки растворов, позволяющая оптимизировать процесс. Получены регрессионные уравнения, позволяющие определить количество нарабатываемой кислоты, щелочи и расход электроэнергии, а также оптимальную плотность тока в электролизере; б) необменного (сверхэквивалентного) поглощения ионов катионитом КУ-2-8. Получено регрессионное уравнение зависимости необменного поглощения в зависимости от солесодержания воды, позволяющее рассчитать полную емкость поглощения катионита КУ-2-8 при умягчении минерализованных природных вод; в) гранулометрических характеристик катионита КУ-2-8, что позволяет определить оптимальные размеры зерен катионита, влияющие на условия моделирования процессов и динамики ионного обмена в колоннах; г) термодинамического равновесия системы Na+, Са2+ и Mg2+ с катионитом КУ-2-8. Полученные константы ионообменного равновесия позволяют выполнять расчеты ионообменного равновесия в системе обменивающихся ионов Na- Са2+- Mg2+ и катионита КУ-2-8, которая наиболее характерна для процесса натрий-катионитового умягчения минерализованных вод; д) ионообменного умягчения минерализованных вод в динамических условиях на катионите КУ-2-8 в диапазоне концентраций ионов Са2+ и Mg2+ 0,05 - 0,3 Н и кинетических характеристик реакций ионного обмена на границе ионит-раствор.

5. Дано теоретическое обоснование ионообменной обработки минерализованных вод:

- разработана обобщенная методика расчета состава равновесного раствора и равновесного катионита в системе Na+, Са2+ и Mg2+ и катионит КУ-2-8;

- разработана методика определения коэффициентов внешней и внутренней диффузии парного обмена Ca2+-Na+ и Mg2+-Na при работе ионообменного фильтра для катионита КУ-2-8;

- разработана методика определения рабочей обменной емкости поглощения катионита КУ-2-8 при натрий-катионитовом умягчении минерализованных вод;

- получены уравнения в инженерном виде для расчета высоты рабочего слоя ионита в рабочей колонне при умягчении минерализованных вод на катионите КУ-2-8.

Полученные результаты теоретически обоснованы, прошли достаточную апробацию и рекомендуются к внедрению, как для практических целей, так и в учебно-методической работе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сформулированные проблемы технологического совершенствования экологических и технико-экономических показателей обработки пресных и минерализованных природных вод ориентированы прежде всего на практическую деятельность существующих объектов теплоэнергетики. Получены научно-обоснованные технические и технологические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие экономики страны.

Рассматривая результаты работы по уровням классификационной схемы (рисунок 2.1), получены следующие показатели технико-экономического совершенствования процессов обработки воды в теплоэнергетике.

I уровень:

- расход реагентов сокращается до 25 % в зависимости от состава исходной воды, что в свою очередь приведет к сокращению количества сточных вод, при расходе электроэнергии 5-11 кВт ч/м ;

- сокращаются потери тепла с продувкой котлов;

- продувка воды дымовыми газами дает экологический эффект, т. к. позволяет снизить выбросы в атмосферу углекислого газа, создающего парниковый эффект и выбросов сернистого ангидрида, образующегося при сжигании топлив с содержанием серы.

II уровень:

- снижение расхода соли на регенерацию фильтров - на 30 %;

- сокращение количества сточных вод ХВО - в 3 раза;

- увеличение рабочей емкости поглощения катионита на 40 - 50 %, а интенсивности использования катионита - в 2.5 раз. Это позволяет в несколько раз снизить объем загрузки катионита в фильтры, а, следовательно, и снизить эксплуатационные затраты;

- использование катионита КУ-2-8 по сравнению с импортными аналогами, имеющими одинаковые физико-химические показатели, в 2 - 3 раза дешевле. При этом катионит КУ-2-8 способен к длительной (до 15 лет) эксплуатации.

III уровень:

- использование продувки термоопреснительной установки позволяет получать обессоленную воду из минерализованной без затрат привозной соли;

- повышение параметров пара на выходе из последней ступени ТОУ позволяет практически полностью полезно использовать теплоту потребителем.

Таким образом, вовлечение в хозяйственный оборот минерализованных вод за счет комплексного решения задачи позволит снизить себестоимость обработанной воды в 1,5 - 2 раза.

1. Rode М. D., Mohn N. С. Minimizing wastewater with botton ash recirculation system // Power Eng., USA. 1984, №6. - P. 50 - 53.

2. Scheldon D. Strauss. Zero Discharge Firmly Entrenched as a Power Plant Design Strategy // Power. 1994, №10. - P. 41- 48.

3. Sinha R. K., Weidinges G. F., Van Wyk J. E. Stage Cooling Provides Low Cost Zero Discharge // Power. 1994, №11. - P. 216.

4. Энергетическая стратегия России на период до 2020 года. Утв. распоряжением Правительства РФ от 28.08.03 г. №1234-р.

5. Экологическая доктрина Российской Федерации. Одобрена распоряжением Правительства РФ от 31.08.03 г. №1225-р.

6. Желтов Ю. П. Обзор результатов опытно-промышленных работ в области тепловых методов повышения нефтеотдачи пластов // Тепловые методы добычи нефти. М.: Изд. Наука, 1975. - 180 с.

7. Экология. Охрана природы. Экологическая безопасность / Под ред. А. Г. Никитина, С. А. Степанова. М.: Новь, 2000. - 273 с.

8. Глебов В. П., Чугаева А. Н., Орлов А. В. «Экологическая программа» РАО «ЕЭС России» и государственная политика в области охраны окружающей среды // Теплоэнергетика. 2004, №12. - С. 2 - 5.

9. Шищенко В. В., Седлов А. С., Федосеев Б. С. и др. Выбор оптимального метода водоподготовки для тепловых электростанций // Теплоэнергетика. -2005,№4.-С. 54-60.

10. Шищенко В. В., Седлов А. С., Ильина И. П. и др. Опыт создания малоотходных систем водопользования на ТЭС // Теплоэнергетика. 2005, №4. -С. 35-38.

11. Седлов А. С. Экологические показатели тепловых электростанций // Теплоэнергетика. .1992, №7. - С. 5-7.

12. Кострикин Ю. М., Кремневская Е. А., Федосеев Б. С. Об экологично-сти технологий водоприготовления // Электрические станции. 1990, №6. -С.33-36.

13. Кремневская Е. А. Мембранная технология обессоливания воды. М.: Энергоатомиздат, 1994. -160 с.

14. Справочник помощника санитарного врача и помощника эпидемиолога / Д.П. Никитин, Ю. В. Новиков, А. В. Рощин и др.; Под ред. Д. П. Никитина, А. И. Заиченко. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Медицина, 1990. - 512 с.

15. Бушуев Е. Н. Технологическое и экологическое совершенствование водоподготовительных установок на ТЭС: Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук. Иваново, 2000. - 149 с.

16. Храмчихин А. М. Технологическое и экологическое совершенствование водоподготовительных установок на ТЭС АО Моэнерго: Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук. М., 2000. - 159 с.

17. Потапкина Е. Н. Разработка и исследование унифицированных решений малоотходной технологии водоподготовки и переработки сточных вод на ТЭС: Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук. М., 1998. - 137 с.

18. Программа обновления основного оборудования ТЭС РАО «ЕЭС России» на период до 2010 г. и прогнозная оценка до 2015 г. М.: РАО «ЕЭС России» - ОАО «Институт Теплоэлектропроект», 2003.

19. Ковалев В. В. Методы оценки инвестиционных проектов. М.: Финансы и статистика, 2000. - 144 с.

20. Стоянов Н. И., Смирнова А. В., Вислогузов А. Н. Энергоаудит (учебное пособие). Ставрополь: Северо-Кавказский государственный технический университет, 2005. - 114 с.

21. Белан Ф. И. Водоподготовка. М.: Энергия, 1980. - 256 с.

22. Обработка воды на тепловых электростанциях / А. И. Баулина, С. М. Гурвич, В. М. Квятковский и др.; Под ред. В. А. Голубцова. М.: Энергия, 1966.-448 с.

23. Апельцин И. Э., Клячко В. А. Опреснение воды. М.: Стройиздат, 1968.-222 с.

24. Дыхно А. Ю. Использование морской воды на тепловых электростанциях. М.: Энергия, 1974. - 272 с.

25. Сень JI. И., Якубовский Ю. В. Парогенераторные установки на морской воде. Д.: Судостроение, 1979. - 232 с.

26. Макинский И. 3., Байрам-Заде А. Б. Умягчение морской воды для тепловых электростанций // Опыт эксплуатации теплосилового оборудования в системе Азэнерго / БТИ ОРГРЭС. М.: Госэнергоиздат, 1961. - 80 с.

27. Шищенко В. В. Термохимическая обработка минерализованных и сточных вод в теплоэнергетике: Автореф. диссертации на соискание ученой степени д-ра техн. наук. М., 1985 . - 48 с.

28. Шищенко В. В., Седлов А. С. Водоподготовительные установки с утилизацией сточных вод // Промышленная энергетика. 1992, № 10. - С. 29 -30.

29. Шищенко В. В., Седлов А. С., Ильина И. П. и др. Термическая водо-иодготовка и переработка сточных вод для производства с высокими экологическими показателями // Промышленная энергетика. 1993, № 7. - С. 18 -22.

30. Седлов А. С., Шищенко В. В., Игрушкин Е. М. К вопросу о термической водоподготовке и переработке сточных вод для производств с высокими экологическими показателями // Промышленная энергетика. 1996, №6. - С. 45 -47.

31. Хазиахметова Д. Р., Шищенко В. В. Обработка и утилизация минерализованных сточных вод химобессоливающих установок // Теплоэнергетика. -2004, №11.-С. 66-70.

32. Седлов А. С., Шищенко В. В., Сидорова С. В. и др. Опыт освоения малоотходной технологии водоподготовки на Саранской ТЭЦ-2 // Электрические станции. 2000, №4. - С. 33 - 37.

33. Моисейцев Ю. В., Шищенко В. В. Сокращение водопотребления и водоотведения на ТЭС // Теплоэнергетика. 2001, №10. - С. 71 - 75.

34. Слесаренко В. Н. Дистилляционные опреснительные установки. М.:1. Энергия, 1980.-248 с.

35. Слесаренко В. Н. Современные методы опреснения морских и солоноватых вод. М.: Энергия, 1973. - 248 с.

36. Колодин М. В., Дыхно А. Ю. и др. Современные методы опреснения воды. Ашхабад: Изд. Ылым АН ТССР, 1967. - 182 с.

37. Сейиткурбанов С., Фатеева Г. С. Опреснение воды с использованием отбросного тепла энергетических установок. Ашхабад: Изд. Ылым АН ТССР, 1973.-92 с.

38. Аксенов В. И., Никулин П. Р., Подберезный В. JI. Использование обессоливающих установок в замкнутых системах водопользования // Водоснабжение и санитарная техника. 2000, №1. - С. 9.

39. Котельников А. Б., Подберезный В. Л., Шипилов В. Ю. Современное состояние техники термодистилляционного опреснения в России // Мир воды / Труды Международного научно-практического семинара 12-14 мая 2003 г. Обнинск, Россия. М., 2003. - 124 с.

40. Седлов А. С., Шищенко В. В., Фардиев И. Ш. и др. Комплексная малоотходная ресурсосберегающая технология подготовки воды на Казанской ТЭЦ-3 // Теплоэнергетика. 2004, №12. - С. 19 - 22.

41. Колодин М. В. Опреснение воды замораживанием. Ашхабад: Издательство Ылым, 1977. - 244 с.

42. Прохоров Ф. Г., Янковский К. А. Умягчение морской воды // Электрические станции. 1946. №3. - С. 5 - 9.

43. Макинский И. 3. Перспективы использования высоко минерализованных вод для выработки пресной воды на тепловых электростанциях // Обессо-ливание и опреснение соленых и солоноватых вод. М.: Госстройиздат, 1960. -160 с.

44. Фейзиев Г. К. Высокоэффективные методы умягчения, опреснения и обессоливания воды. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 192 с.

45. Макинский И. 3., Гейвандов И. А. Исследование глубокого умягчения морской воды для питания парогенераторов различных параметров // Опыт эксплуатации теплосилового оборудования в системе Азглавэнерго / БТИ ОРГРЭС. -М.: Энергия, 1970. 118 с.

46. Фейзиев Г. К. Исследование умягчения воды натрий-катионированием с развитой регенерацией // Изв. Вузов / сер. Энергетика. -1976, №6. -С. 15-19.

47. Абдулаев К. М., Фейзиев Г. К. и др. Исследования умягчения воды Каспийского моря натрий-катионированием на ГРЭС «Северная» // Теплоэнергетика. 1977. №3. - С. 21 - 26.

48. Абдулаев К. М., Фейзиев Г. К. Установка частичного и глубокого умягчения морской воды // Энергетик. 1978. №4. - С. 24 - 27.

49. Абдулаев К. М., Агамалиев М. М. и др. Глубокое умягчение морской воды ступенчато-противоточным натрий-катионированием // Химия и технология воды. -1987. Т. 9, №6. С. 6 - 9.

50. Прохорова А. М., Алексеева Т. В. О перспективе применения отечественных карбоксильных катионитов при ступенчато-противоточном катионировании воды // Теплоэнергетика. 1976. №9. - С. 23 - 26.

51. Макинский И. 3., Дыхно А. Ю. Экспериментальное исследованиециркуляции при высоком солесодержании котловой воды. / В кн. Труды ЦКТИ.- Л.: 1965. Вып. №59. С. 7 - 12.

52. Макинский И. 3., Байрам-Заде А. Б. Использование высокоминерализованных вод для питания котлов высоких и сверхвысоких параметров // Опыт эксплуатации теплосилового оборудования в системе Азэнерго / БТИ ОРГРЭС.- М.: Госэнергоиздат, 1961. 80 с.

53. Макинский И. 3., Симонов П. П. и др. Питание котлоагрегатов высокого и среднего давления высокоминерализованной водой. Энергомашиностроение. 1966. №4. - С. 11 - 13.

54. Макинский И. 3. Умягчение морской воды и использование ее для питания испарителей и паровых котлов // Водоподготовка, водный режим и хим-контроль на паросиловых установках. М.: Энергия, 1966. Вып. 2.-281 с.

55. Водоподготовка. Процессы и аппараты / А. А. Громогласов, А. С. Копылов и др.; Под ред. О. И. Мартыновой. М.: Атомиздат, 1977. - 352 с.

56. Водно-химический режим парогенераторов и водонагревателей на высокоминерализованной воде. Обзорная информация. / А. И. Бронштейн, В. Д. Юсуфова и др. М.: Информэнерго, 1987. - 44 с.

57. Макинский И. 3., Абдулаев К. М., Дыхно А. Ю. Экспериментальные исследования внутрикотловых процессов в котлах среднего давления при высоких солесодержаниях // За технический прогресс. Баку, 1964, №10. С. 6 - 12.

58. Дыхно А. Ю. Первый промышленный опыт непосредственного питания котлоагрегата умягченной морской водой // Труды МИРЭК. Т VII. М.: 1969. Т. 8.

59. Макинский И. 3., Симонов П. П. и др. Исследование режима работы испарителей при питании их умягченной морской водой // Опыт эксплуатации теплосилового оборудования в системе Азглавэнерго / БТИ ОРГРЭС. М.: Энергия, 1970.- 118 с.

60. Макинский И. 3., Шищенко В. В., Гейвандов И. А. Методика расчета условий безнакипного режима работы испарителей и подогревателей на морской воде // Изв. вузов. Энергетика. Баку, 1971. №2.

61. Шищенко В. В., Крикун М. М. Расчет допустимой концентрации сульфата кальция при питании парогенераторов и испарителей минерализованной водой // Пром. Энергетика. Баку, 1979. №1.

62. Макинский И. 3., Симонов П. П. Качество пара при питании котлов высокого давления минерализованной водой // Изв. вузов. Нефть и газ. Баку, 1960. №2.

63. Макинский И. 3., Абдулаев К. М., Симонов П. П. Результаты испытания сепарационного устройства котла среднего давления ЦКТИ-75-39 Ф при питании его сверх минерализованной водой // БТИ ОРГРЭС. М.: Изд. Энергия, 1966.-160 с.

64. Дыхно А. Ю., Савченко В. В. Эксплуатация котлоагрегата среднего давления при непосредственном питании его умягченной морской водой. // М.: Энергия, 1969. №4.

65. Логинова С. А., Абдулаев К. М. Исследование коррозии стали в высокоминерализованной воде // Опыт эксплуатации теплосилового оборудования в системе Азглавэнерго / БТИ ОРГРЭС. М.: Энергия, 1970. - 118 с.

66. Дыхно А. Ю. Исследование влияния высоких солесодержаний на циркуляцию и теплообмен в котлоагрегатах // Изв. вузов. Нефть и газ. Баку, 1964. №9.

67. Бронштейн А. И., Угрехелидзе Г. П. Теплообмен при развитом кипении водо-солевых растворов в трубах при повышенных давлениях // Техника высоких температур. 1983. Т. 21. №2.

68. Бронштейн А. И., Мирзоева Н. К. Экспериментальное исследование ПДК соединений кальция в высокоминерализованной питательной воде // Теплоэнергетика. 1985, №3.

69. Дыхно А. Ю., Савченко В. В. Производство дистиллята из морской воды на тепловых электростанциях при работе по разомкнутой схеме // Труды III Международного симпозиума по опреснению. Дубровник. 1970.

70. Дыхно А. Ю., Кегамян Ю. Ш. и др. Технико-экономическое сопоставление двух схем опреснения морской воды на многоцелевых ТЭЦ // Водоснабжение и санитарная техника. 1972. №1.

71. Увеличение нефтеотдачи пластов путем воздействия на них паром // -М.: ВНИИОЭНГ, 1970.

72. Сергеев А. Н., Целиков А. А., Ялов Ю. Н. Анализ эффективности использования парогенерирующего оборудования и пути ее повышения // Тепловые методы добычи нефти. М.: Изд. Наука, 1978. - 180 с.

73. Стельмаков В. П., Стрельников А. П. О создании транспортабельного нефтепромыслового парогенерирующего оборудования // РНТС ВНИИОЭНГ. Нефтепромысловое дело. 1977. №1.

74. Берштейн М. А., Симонов П. П., Гейвандов И. А. Передвижная установка глубокого умягчения высокоминерализованных вод для питания нефтепромысловых парогенераторов высокого давления // Тепловые методы добычи нефти. М.: Изд. Наука, 1975. - 180 с.

75. Берштейн М. А., Симонов П. П., Гейвандов И. А. Использование высокоминерализованных нефтепромысловых сточных вод для приготовления теплоносителей // РНТС ВНИИОЭНГ. Нефтепромысловое дело. 1977, №1.

76. Сокращение потерь тепла при получении питательной воды из высокоминерализованных вод / И. А. Гейвандов, А. И. Воронин, Н. И. Стоянов, А. Н. Вислогузов // Кокс и химия. 1992. №7. С.ЗЗ - 35.

77. Патент 1 807 003 СССР. МКИ С 02 F 1/04. Способ подготовки питательной воды из высокоминерализованных вод / Н. И. Стоянов, И. А. Гейвандов, А. Н. Вислогузов и др. 4928396/26; Заявлено 15.04.91; Опубл. 15.06.94, Бюл. 11.

78. Патент 2 014 283 РФ. МКИ С 02 F 1/04. Способ получения горячей воды из высокоминерализованных вод / Н. И. Стоянов, И. А. Гейвандов, А. Н. Вислогузов и др. -4928396/26; Заявлено 15.04.91; Опубл. 15.06.94, Бюл. 11.

79. Симонов П. П., Гейвандов И. А., Кошкош В. И. Использование высокоминерализованных природных вод в промышленных и коммунальных котельных // Общие вопросы строительства. 1974, №5.

80. Гейвандов И. А., Кошкош В. И. Выбор оптимальной схемы термоопреснительной установки, включаемой в схему отопительной котельной // Общие вопросы строительства. 1974, №12.

81. Кошкош В. И., Гейвандов И. А. Опреснение высокоминерализованных природных вод в промышленных и отопительных котельных // Водоснабжение и санитарная техника. 1979, №7.

82. А. с. 1 035 990 СССР. МКИ С 02 F 1/00, F 01 К 7/44. Энергетическая установка / И. А. Гейвандов, П. П. Симонов и др.

83. Гейвандов И. А., Воронин А. И., Стоянов Н. И. Технология непрерывного ионирования воды на фильтрах с неподвижным слоем ионита / Ставроп. политехи, ин-т. Ставрополь. 1987. Деп. в Информ-энерго, №2629эн-11. - 12 с.

84. Высоцкий С. П. Мембранная и ионитная технологии водоподготовки в энергетике. Киев: Техника, 1989. - 176 с.

85. Скорчеллетти В. В. Теоретическая электрохимия. Л.: Химия, Ле-нингр. отд-ние, 1970. - 608 с.

86. Яковлев С. В., Краснобородько И. Г., Рогов В. М. Технология электрохимической очистки воды. Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1987. -312 с.

87. Заболоцкий В. И., Березина Н. П., Никоненко В. В. и др. Развитие электродиализа в России // Серия «Критические технологии» / Мембраны. М., 1999, №4.-25 с.

88. Шапошник В. А., Григорчук О. В. Кинетика деминерализации воды электродиализом с ионообменными мембранами // Вестник ВГУ. Серия «Химия, биология». 2000. - С. 13 - 19.

89. Шапошник В. А. Диффузия и электропроводность в водных растворах сильных электролитов // Электрохимия. 1994. Т.30, №5. - С. 638 - 643.

90. Шапошник В. А. Мембранная электрохимия // Соросовский образовательный журнал. 1999, №2, - С.71 - 77.

91. Хуторский М. Д. Зволинский В. П., Рассказов А. А. Мониторинг и прогнозирование геофизических процессов и природных катастроф М., Изд-во Российского университета дружбы народов, 1999. - 222 с.

92. Крушенко Г. Г., Сабирова Д. Р., Петров С. А. и др. Проблема воды // Вода и экология. 2000, №3.

93. Тияров М. А., Константинова Н. А., Шаров Ю. В. и др. Современные комплексы оборудования для получения обессоленной и деионизированной воды // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2004, №7. - С. 3 - 5.

94. Ноев В. В., Быстрова Т. Ф., Ситняковский Ю. А. и др. Экономическое сравнение технологий обессоливания воды энергетических котлов высокого давления // Энергосбережение и водоподготовка. 1998, №1. - С. 47 - 51.

95. Мамет А. П., Ситняковский Ю. А. Применение обратного осмоса при обессоливании воды для питания парогенераторов ТЭС и АЭС // Теплоэнергетика. 2000, №7. - С. 20 - 22.

96. Мамет А. П., Ситняковский Ю. А. Сравнение экономичности ио-нитного и обратноосмотического обессоливания воды // Электрические станции. 2002, №6. - С. 63-66.

97. Малахов И. А., Аскерния А. А., Боровкова И. И. и др. Технологические аспекты выбора оптимальных схем обессоливания питательной воды парогенераторов ТЭС и промышленных предприятий // Теплоэнергетика. 2004, №7.-С. 19-24.

98. Юрчевский Е. Б., Первое А. Г. Применение ультрафильтрации в сочетании с обратноосмотической технологией для обессоливания добавочной воды ТЭС // Теплоэнергетика. 2004, №7. - С. 25 - 31.

99. Капица С. П. Главная проблема человечества // Вестник РАН. -1998. Т. 68, №3.-С. 234-241.

100. Дегерменджи А. Г. Биофизика водных систем // Вестник РАН. -1998. Т. 68, №12.-С. 1072-1076.

101. Wine R. D., Morrison R. D. Effective use of carbon dioxide for pH control in utility service and waste waters // Proc. Amer. Power Conf. Vol. 48 : 48th Annu. Meet., Chicago, 3., Apr. 14-16,1986 / Chicago, 3., 1986. P. 1042 - 1045.

102. Казарян А. С. Комплексная очистка дымовых газов теплогенери-рующих установок: Автореф. диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. Ростов-на-Дону, 2005. - 26 с.

103. Стоянов Н. И. Экологическое совершенствование технологии обработки воды на ТЭС // XXV Российская школа по проблемам науки и технологий, посвященная 60-летию Победы. Краткие сообщения. Екатеринбург: УрО РАН, 2005.-С. 226-229.

104. Стоянов Н. И. Экологическое совершенствование технологии обработки воды на ТЭС // Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. Ставрополь: СевКавГТУ, 2005. №3. - С. 40 - 50.

105. Стоянов Н. И. Водоподготовка и водно-химический режим объектов ТГВ (учебное пособие). Ставрополь: Северо-Кавказский государственный технический университет, 2006. - 118 с.

106. А. с. 1270118, СССР. МКИ С 02 F 1/42. Способ непрерывной ионообменной очистки воды / Стоянов Н. И., Гейвандов И. А., Воронин А. И. -3825981/31-26; Заявлено 13.12.84; Опубл. 15.11.86, Бюл. № 42.

107. Кошкош В. И. Разработка и иследование схем двухцелевых котельных для теплоснабжения населенных мест в районах с ограниченными ресурсами пресных вод. Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук. М., 1978.- 144 с.

108. Стоянов Н. И., Гейвандов И. А., Кошкош В. И. Получение обессоленной и пресной воды в двухцелевых котельных // Материалы региональной научно-технической конференции «Вузовская наука Северо-Кавказскому региону». - Ставрополь: СтГТУ, 1997. - С. 94 - 95.

109. Мороков В. Ф. Тепловой расчет систем контактной регенерации паровых турбин. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 136 с.

110. Таубман Е. И., Пастушенко Б. JI. Процессы и установки мгновенного вскипания. -М.: Энергоатомиздат, 1990. 183 с.

111. Стоянов Н. И. Повышение эффективности непрерывного ионирова-ния при обработке природных и сточных вод: Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук. Баку, АзИНефтеХим, 1988. - 160 с.

112. А. с. 1433902, СССР. МКИ С 02 F 1/42. Способ управления процессом непрерывной ионообменной очистки воды / Стоянов Н. И., Гейвандов И. А., Воронин А. И. и др. 4034122/31-26; Заявлено 06.03.86; Опубл. 30.10.88, Бюл. № 40.

113. А. с. 1289531, СССР. МКИ В 01 D 23/20. Водораспределительное устройство / Стоянов Н. И., Гейвандов И. А., Воронин А. И. и др. 3541273/3126; Заявлено 13.01.83; Опубл. 15.02.87, Бюл. № 6.

114. А. с. 1389838, СССР. МКИ В 01 J 47/02. Установка для ионообменной очистки воды / Стоянов Н. И., Гейвандов И. А., Воронин А. И. и др. -4076649/23-26; Заявлено 12.06.86; Опубл. 23.04.88, Бюл. № 15.

115. Живилова Л. М., Ефимов Г. В., Максимов В. В. Автоматизация во-доподготовительных установок тепловых электростанций. М.: Энергия 1976.- 153 с.

116. Химический контроль на тепловых и атомных электростанциях / Под ред. О. И. Мартыновой. М.: Энергия, 1980. - 320 с.

117. Герзон В. М., Мамет А. П., Юрчевский Е. Б. Управление водопод-готовительным оборудованием и установками. М.: Энергоатомиздат, 1985. -232 с.

118. Живилова Jl. М., Максимов В. В., Мураховская Е. И. Автоматизация контроля и управления водоприготовления и ВХР ТЭС // Теплоэнергетика. -1991, №9.-С. 42-47.

119. Ларин Б. М., Коротков А. Н., Опарин М. Ю. Электропроводность водных растворов регенерационных агентов // Теплоэнергетика. 1995, №7. -С. 25 - 28.

120. Кульский Л. А., Чепцов А. С. и др. Новые методы опреснения воды.- Киев: Изд. Наукова думка, АН УССР, 1974. 190 с.

121. Полянский Н. Г., Горбунов Г. В., Полянская Н. Л. Методы исследования ионитов. М.: Химия, 1976. - 208 с.

122. Кремлев Д. В. Определение динамических характеристик процесса натрий-катионитового умягчения высокоминерализованных вод при стационарном режиме. Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук. Ставрополь, 2004.- 177 с.

123. Аэров М. Э., Тодес О. М., Наринский Д. А. Аппараты со стационарным зернистым слоем: Гидравлические и тепловые основы работы. Л.: Химия, 1979.-176 с.

124. Сенявин М. М. Ионный обмен в технологии и анализе неорганических веществ. М.: Химия., 1980. - 272 с.

125. Стоянов Н. И., Гейвандов И. А. Исследование геометрических характеристик синтетических ионитов // Сборник научных трудов. Серия «Физико-химическая». Выпуск 3. Ставрополь, СтГТУ. 1999. - С. 90 - 94.

126. Кульский Л. А., Гороновский И. Г. Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды. 4.1. Киев: Наукова думка, 1980. - 680 с.

127. Кокотов Ю. А. Иониты и ионный обмен. Л.: Химия, 1980. - 152 с.

128. Кокотов Ю. А., Пасечник В. Н. Равновесие и кинетика ионного обмена- М.: Химия, 1970. 336 с.

129. Венецианов Е. В., Рубинштейн Р. Н. Динамика сорбции из жидких сред.- М.: Наука, 1983.-238 с.

130. Гейвандов И. А., Воронин А. И., Стоянов Н. И. и др. Методика расчета показателей ионообменного умягчения минерализованных вод на катионите КУ-2 // Химия и технология воды.- Киев, 1991. Т. 13, №6. С. 499 - 503.

131. Кострикин Ю. М. Инструкция по анализу воды, пара и отложений в теплосиловом хозяйстве. М.: Высшая школа, 1962. - 386 с.

132. Стоянов Н. И., Гейвандов И. А., Вислогузов А. Н. Исследование необменного поглощения в реакциях ионного обмена на катионите КУ-2х8 //

133. Научные школы и научные направления СевКавГТУ. Ставрополь, СевКав-ГТУ. 2001.-С. 238-241.

134. Солдатов В. С., Бычкова В. А. Ионообменное равновесие в многокомпонентных системах. Минск: Наука и техника, 1998. - 360 с.

135. Кокотов Ю. А., Золотарев П. П., Елькин Г. Э. Теоретические основы ионного обмена: Сложные ионообменные системы. Л.: Химия, 1986. - 280 с.

136. Солдатов В. С. Простые ионообменные равновесия. Минск: Наука и техника, 1972. 218 с.

137. Соколова Н. П., Архангельский Л. К. О факторах, влияющих на величины кажущихся констант ионообменного равновесия в концентрированных растворах электролитов // Изв. СО АН СССР / Сер. хим. наук. 1972. №7.Вып. 3.

138. Гнусин Н. П., Карпенко Л. В. Расчет константы ионообменного равновесия сульфокатионитовой мембраны МК-40 по данным кондуктометри-ческих измерений. // Журн. физ. химии. Т. 75. 2001. №9. - С. 1697 - 1701.

139. Альтшуллер Г. Н., Альтшуллер О. Г. Расчет состава фазы ионита в равновесии с многокомпонентным раствором электролитов. // Журн. физ. химии. Т.75. 2001. №12. - С. 2237 - 2241.

140. Справочник химика. В 5 томах / Под ред. Б. П. Никольского -Изд. 2-ое перераб. и доп. - М. - Л.: Химия, 1965. - Т.З. - 1167 с.

141. Вислогузов А. Н., Гейвандов И. А., Стоянов Н.И. и др. Исследование ионообменного равновесия при натрий-катионитовом умягчении минерализованных вод. // Вестник СевКавГТУ. Серия «Физико-химическая» №1(7). -Ставрополь: СевКавГТУ, 2003. С. 35 - 40.

142. Математические методы в химической технике / Батунер JI. М., По-зин М. Е.; Под общ. ред. М. Е. Позина. JL: Химия, 1968. - 824 с.

143. Мещерский Н. А. Эксплуатация водоподготовительных установокэлектростанций высокого давления. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 408 с.

144. Ларин А. В. Моделирование динамики адсорбции в слоях адсорбента малой длинны. Оценка концентрационной области соблюдения равенства Зельдовича // Изв. РАН. Сер. «Химия». -2001. № 9. С. 1502 - 1504.

145. Закгейм А. Ю. Введение в моделирование химико-технологических процессов. Математическое описание процессов. -М.: Химия, 1973. 224 с.

146. Стоянов Н. И, Черновский М. JL, Грон JI. В. и др. Модернизация технологической схемы химводоочистки // Материалы региональной научно-технической конференции «Вузовская наука Северо-Кавказскому региону». -Ставрополь: СтГТУ. 1997.- С.100- 101.

147. Стоянов Н. И. Обессоливание минерализованных вод в двухцелевых котельных // Материалы международной научно-практической конференции «Строительство-2006».- Ростов-на-Дону, РГСУ. 2006. С. 308 - 309.

148. Стоянов Н. И., Гейвандов И. А., Аборнев Д. В. и др. Глубокое умягчение минерализованных вод для двухцелевых котельных // Материалы международной научно-практической конференции «Строительство-2006». Ростов-на-Дону, РГСУ. 2006. - С. 310 - 311.

149. Стоянов Н. И. Методика расчета термоопреснительных установок // Сборник научных трудов. Серия «Естественнонаучная». Выпуск 2. Ставрополь, СевКавГТУ. 2006. С. 87 - 93.

150. Веселовская Е. В. О совершенствовании водно-химических режимов блоков 300 МВт //Изв. вузов. Сев.-Кав. Регион. Техн. науки. 2005. Спецвыпуск. -С. 21-25.

151. Коган В. Б., Волков А. Д. Процессы и аппараты целлюлозно-бумажной промышленности: Учебное пособие для вузов. М.: Лесная пром-сть, 1980.-576 с.

152. Ионообменные смолы современное положение // Информационный промышленный вестник. 2006, №5 (71). - С. 72 - 75.

153. Веселовская Е. В., Лысенко С. Е., Ларин А. А. Модернизация водо-подготовительного оборудования Новочеркасской ГРЭС // Изв. вузов. Сев.-Кав. Регион. Техн. науки. 2005. Спецвыпуск. С. 17-20.

154. Исаченко В. П. и др. Теплопередача: Учебник для вузов / В. П. Исаченко, В. А. Осипова, А. С. Сукомел. М.: Энергоиздат, 1981. - 416 с.