Состояние и перспективы развития водоподготовки в российской энергетике Б.М. Ларин, А.Б. Ларин Ивановский государственный энергетический университет (ИГЭУ) - презентация

1 Состояние и перспективы развития водоподготовки в российской энергетике Б.М. Ларин, А.Б. Ларин Ивановский государственный энергетический университет (ИГЭУ) г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34

2 Нормы качества добавочной воды 2 Для барабанных котлов СВД Для прямоточных котлов СКД Показатели Питате льная вода Конденсат турбины Общая жесткость, мкг-экв/дм 3 1,0 Содержание соединений железа мкг/дм 3 20 – Содержание соединений меди, мкг/дм 3 5 – Содержание растворенного кислорода, мкг/дм Значение рН 9,1 0,1 – Содержание кремниевой кислоты, мкг/дм 3 60 – Содержание соединений натрия, мкг/дм 3 50 – Удельная электропроводимость Н-катионированной пробы, мк См/см 1,5 1,0 Содержание гидразина, мкг/дм – Содержание аммиака, мкг/дм – Суммарное содержание нитратов и нитритов, мкг/дм 3 20 – Содержание нефтепродуктов, мкг/дм 3 0,3 – Показатели Питатель ная вода Конденсат Общая жесткость, мкг- экв/л 0,2 0,5 Содержание железа, мкг/л 1,0 - Содержание меди, мкг/л 5,0 - Окисляемость, мкг/л 100÷ рН 7,7 0,2 - Содержание соединений натрия, мкг/л 5,0 - Электропроводность H–катионированной пробы, мк См/см - 0,5 Электропроводность прямой пробы, мк См/см 0,3 -

3 Принципиальные схемы ВПУ 3 Схема традиционного двухступенчатого химического обессоливания воды Обессоливание на базе термического метода обессоливания воды Мембранные технологии

4 Схемы осветлителей 4 Осветлитель вертикальный ВТИ Осветлитель горизонтальный АКТИФЛО

5 Рекомендуемое качество осветленной воды для схем обессоливания 5 Показатель РазмерностьСхемы ХОВ и Терм ОВСхемы с УОО Взв. в-ва Fe Al pH Индекс SDI мг/дм 3 ед. рН ед. SDI 5 (до 10) < 100 (до 200) не норм. отс. < 100 (< 50) < 10,0 (< 9,0) < 3-5 (< 3)

6 Исследование эфективности коагуляции природных вод с повышенным содержанием Fe-органики 6 Тип ЩрН 25 Ок Цветность Пример характерного источника мг- экв/дм 3 -мгО 2 /дм 3 град. Pt-Co 12,2-3,27,6-8, р. Волга (Пироговское водохранилище), р. Уводь (г. Иваново) 21,5-2,27,6-8, р. Москва, р. Волга (г. Ярославль), р. Шексна (г. Череповец) 30,5-1,56,8-7, р. Шелонь и реки северных регионов, р. Нигозеро (г. Кондапога) Характеристика различных типов исследованных вод

7 7 Марка флокулянта Относительная плотность заряда, % Тип активности Молекулярная масса, а. е. м. АР 1130 р 50Анионактивныйот до АР 1120 р 40Анионактивныйот до АР 1100 р 10Анионактивныйот до АР 1111 р 3Анионактивныйот до АР 11400Неионогенныйот 1,510 6 до СР 11525Катионактивныйот до СР Катионактивныйот до СР Катионактивныйот до СР Катионактивныйот до СР Катионактивныйот до Флокулянты, использованные в испытаниях Влияние флокулянта Зависимость эфективности удаления из воды при коагуляции сульфатом алюминия органических соединений (определена по окисляемости) и соединений железа от знака и плотности заряда флокулянтов марок АР и СР (представлены фирмой GE). Вода типа 2: солесодержание 160 мг/дм 3, щёлочность 2,4 мг-экв/дм 3, Ок=23,2 мг/дм 3, Fe = 1,8 мг/дм 3, доза коагулянта 1,9 мг-экв/дм 3, доза флокулянта 0,2 мг/дм 3, температура 30 о С, длительность отстаивания 1 ч, отбор пробы из мерного цилиндра вместимостью 1 дм 3 сифоном с глубины 5 см, без фильтрации.

8 Общие результаты исследований Влияние времени отстаивания, длительности барботажной аэрации и флокулянта на объём осевшего шлама Условная сорбционная емкость шлама при коагуляции сульфатом алюминия, г/г Результаты лабораторных исследований (тип 2) Результаты промышленных испытаний 8

9 Доочистка (осветление) воды на УУФ (ТЭЦ-20 Мосэнерго) Проба Водный поток рН Щ о, мг-экв/л С Fe, мкг/л Ок, мгО/л С Al, мкг/л SDI 1. Исходная вода 8,703,152696,088– 2. Фильтрат УУФ (без коагуляции) 8,493,052366,247>6,67 3. Фильтрат УУФ (Д к =7 мгAl/л; =15 мин) 7,262,60734,48482,2 4. Фильтрат УУФ (Д к =8 мгAl/л; =5 мин) 7,752,50844,32152– Результаты лабораторных исследований УУФ Изменение перманганатной окисляемости исходной воды (1) и фильтрата УУФ (2) в ходе эксперимента 9

10 Деминерализация осветленной воды 10 Показатель Размерность Прямоточные котлы СКДБарабанные котлы (Р6,9МПа) в т.ч блоки ПГУ Норма [1] Костромская ГРЭС Норма [1] С.-З.ТЭЦ (г. С.-Петербург) Гусиноозерская ГРЭС 1.Уд.электропроводностьмк См/см 0,20,1 0,2 0,6 2. Кремнесодержание (SiO 2 )мкг/дм Натрий (Na + )мкг/дм Общая жесткость (Ж 0 )мкг-экв/дм 3 отс - Показатели качества обессоленной воды - добавочной воды энергоблоков ТЭС. Обессоленная вода Схема двухступенчатого химического обессоливания

11 11 Пути совершенствования технологии ХОВ Ступенчатая регенерация Н I ; Регенерация A II с выдержкой щелочи; Кислотно-соле-щелочная отмывка анионита в A I ; Входной и эксплуатационный контроль ионитов; Противоточная технология ионного обмена.

12 Ступенчатая регенерация Н I 12 Зависимость характеристик стандартной регенерации Н-катионитного фильтра I ступени 4: 1 – кислотность на входе; 2 – кислотность на выходе; 3 – общая жесткость на выходе Зависимость характеристик опытной ступенчатой регенерации Н-катионитного фильтра I ступени 10 на ТЭЦ-ЭВС-2: 1 – кислотность на входе; 2 – кислотность на выходе; 3 – общая жесткость на выходе

13 13 Характеристики регенерации анионитного фильтра II ступени 3: 1 – общая щелочность на входе, мг-экв/л; 2 – общая щелочность на выходе, мг-экв/л; 3 – суммарная концентрация солей на выходе, мг-экв/л Динамика распределения концентраций ионов хлора и соединений кремниевой кислоты: 1 – концентрация соединений кремниевой кислоты, мг/л; 2 – концентрация хлоридов, мг/л Регенерация А II с выдержкой щелочи

14 14 Кислотно-соле-щелочная отмывка анионита в A I Показатель Дата испытаний Объем обработанной воды, Рабочая обменная емкость по анионам сильных кислот, г-экв/м Органическая нагрузка фильтрата, (ПО) кг KMnO 4 /м Удельный расход NaOH на регенерацию, кг/м Расход воды на отмывку, м 3 /м 3 15– Технологические показатели акрилового анионита IRA-67 за 7,5 лет эксплуатации на химводоочистке ТЭЦ-26 «Мосэнерго» (фильтр 5 первой ступени)

15 15 Входной и эксплуатационный контроль ионитов Наименование показателей Характеристика анионитов АН-31 PUROLITE А-845 PUROLITE А-847 Структура полимерной матрицы Поликонденсационная, гелевая (блочный тип гранул) Акриловая, гелевая Акриловая, гелевая Объемная доля рабочей фракции, % 94,5±0,94599±0,99100±1 ПСОЕ, ммоль/см 3 2,03±0,1221,636±0,0981,94±0,1164 Осмотическая стабильность, % 93,4±1,21499,5±1,294100±1,3 Механическая прочность, г/гранула ±77,647839,35±81,392 Сравнительные характеристики слабоосновных анионитов

16 16 Противоточная технология ионного обмена Рабочие характеристики: Q max =585 м 3 /ч E p =1400 г-экв/м 3 Ж 0 умягчи 2 мкг-экв/дм 3 q NaCl =110 г/г-экв

17 Результаты испытаний мембранной технологии обессоливания воды 17 Схема комбинированной установки для подготовки глубоко обессоленной воды с применением ионообменной доочистки: ВО – воздухоотделитель; БР – емкость разрыва струи; СМФ – самопромывные механические фильтры; ББ – буферные емкости; УФФ – узел ультрафильтрации; Д – декарбонизатор; БЧОВ – бак частично обессоленной воды После реконструкции по комбинированной схеме ВПУ Шатурской ГРЭС, имеющей номинальную производительность 250 м 3 /ч, потребность в кислоте уменьшилось с 950 до 40 т/год, а щелочи – с 450 до 12 т/год, по сравнению с технологией традиционного химического обессоливания, что позволило сэкономить 50 млн руб. в год. При этом обеспечивалось содержание в обессоленной воде: C Na+ 15 мкг/дм 3, C SiO2 20 мкг/дм 3, а 0,5 мк См/см.

18 Результаты испытаний мембранной технологии обессоливания воды 18 Схема комплексной установки для подготовки глубоко обессоленной воды с применением доочистки электроде ионизацией: УЭДИ – узел доочистки электроде ионизацией Суммарная стоимость ВПУ по сравнению с вариантом с одной ступенью обратного осмоса при этом увеличивается на 10 – 15 %, но остается все же ниже, чем стоимость комбинированной установки с ионным обменом в случае нового строительства. Такая схема обеспечивает минимальный расход реагентов и наивысшую экологичность (минимальные сбросы солей) водоподготовки при высоком качестве обессоленной воды.

19 Технико-экономическое обоснование и экологический эфект Удельный сброс солей без учета сброса солей поступающей с исходной водой в зависимости от метода обессоливания и минерализации исходной воды: 1 – традиционное химическое обессоливание (литературные данные); 2 – комбинированная схема; 3 – комплексная схема 19 Зависимость основных эксплуатационных затрат на обессоливание воды для ионообменной (1, 2), обратноосмотической (3) и термической (4) технологии от содержания анионов сильных кислот в исходной воде: 1 – ионный обмен, цены г. Москвы; 2 – ионный обмен, цены Запада

20 Выводы Повышение эфективности осветления воды на предочистке – обязательное условие совершенствования водоподготовки ТЭС. Химическое обессоливание воды – предпочтительная технология для маломинерализованных вод с повышенным содержанием Fe-органики. Положительная перспектива использования мембранных технологий базируется на высококачественной предочистке природной воды при повышении качества и снижении стоимости мембран УУФ и УОО. 20

21 21 Разделение и утилизация стоков ВПУ - ХОВ Принципиальная технологическая схема водоподготовительной установки (ВПУ) Костромской ГРЭС: МФ – механический фильтр; Н 1 пр, Н 1 осн – Н-катионитные фильтры первой ступени (предвключенный и основной); Н 2, Н 3 – Н-катионитные фильтры второй и третьей ступени; А 1, А 2, А 3 – ОН-анионитные фильтры первой, второй и третьей ступеней; Д – декарбонизатор. п/п Наименование показателя РазмерностьИсходная вода Сток 1Жесткость общая мг-экв/дм 3 1,9710,5 2Жесткость кальциевая мг-экв/дм 3 1,27,6 3Жесткость магниевая мг-экв/дм 3 0,732,9 4Щелочность ф/общая мг-экв/дм 3 1,780,6 5pH-7,77,1 – 8,2 6Содержание натрия мг/дм 3 14,7811 7Содержание хлоридов мг/дм 3 4, Содержание сульфатовмг/дм 3 17, Содержание кремниевой кислотымг/дм 3 5,1- 10Содержание нитратовмг/дм 3 2,9- 11Содержание нитритовмг/дм 3 0, Содержание аммиакамг/дм 3 0,5413,1 13Окисляемость перманганатнаямгО/дм 3 8,2916,0 14Содержание взвешенных веществмг/дм 3 4,8721,6 15Содержание соединений железамг/дм 3 0,5331,04 16Солесодержаниемг/дм Среднегодовые показатели качества исходной и сточной воды КГРЭС (2012 год)

22 22 Разделение и утилизация стоков ВПУ - ХОВ Выходные кривые щелочной регенерации БФ-1 КГРЭС (выход А I ): 1 – Q, м 3 /ч; 2 - АI вых 10, м См/см; 3 – С СОЛИ, мг-экв/л; 4 – С NaOH, мг-экв/л. Выходные кривые кислотной регенерации БФ-1 КГРЭС (выход Н I пр ): 1 – Q, м 3 ; 2 - 5, м См/см; 3 – С Na2SO4, мг-экв/л; 4 – С H2SO4, мг-экв/л.

23 23 Разделение и утилизация стоков ВПУ - ХОВ Кислотный сток может быть разделен на два потока: условно чистый сток с удельной электропроводностью менее 500 мк См/см объемом около 140 м 3 и минерализованный сток с концентрацией солей Na 2 SO 4, CaSO 4, MgSO 4 до 150 мг-экв/л и такой же концентрацией серной кислоты объемом 80 м 3 ; Также существует возможность разделения щелочного стока на условно чистый с концентрацией солей до 2 – 3 мг-экв/л и остатками щелочи (С NaOH менее 20 мг-экв/л) общим объемом 90 – 100 м 3 и минерализованный, с концентрацией солей 250 – 300 мг-экв/л, концентрацией щелочи 40 – 50 мг-экв/л общим объемом около 70 м 3. Критерием разделения потоков можно принять значение удельной электропроводности в 400 – 500 мк См/см; При наличии нескольких баков-нейтрализаторов, как на КГРЭС, появляется возможность собирать условно чистые стоки кислотной и щелочной регенерации в один бак-нейтрализатор (общий объем стока составит 220 – 250 м 3 ), а минерализованные стоки кислотной и щелочной регенераций объемом около 150 м 3 и минерализацией около 20 г/л – в другой бак- нейтрализатор.

24 24 Утилизация стока ВПУ - ХОВ Принципиальная схема разделения и утилизации регенерационных вод обессоливающей установки: БН-1, БН-2 – баки-нейтрализаторы химцеха; – датчик измерения удельной электропроводности; АВ – выпарной аппарат; К – конденсатор; ПК – паровой компрессор; Ц – центрифуга; БМ – бак с мешалкой; БУ – бак упаренного раствора; ВН – вакуумный насос.

25 25Выводы Солевой и объемный сброс сточных вод химводоочисток ТЭС может быть сокращен вплоть до полной утилизации. Разделение и утилизация стоков обессоливающих установок обеспечивается автоматическим контролем электропроводности стоков и использованием выпарных аппаратов.

26 26

27 Спасибо за внимание! Докладчики: Ларин Борис Михайлович, д.т.н., профессор Ларин Андрей Борисович, к.т.н., доцент Ивановский государственный энергетический университет (ИГЭУ) г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34 27

28 Совершенствование химконтроля водного режима на ТЭС на основе измерений электропроводности и рН Б.М. Ларин, А.Б. Ларин Ивановский государственный энергетический университет (ИГЭУ) г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34

29 Новые отечественные приборы АХК для ТЭС и АЭС 29 Марк-602 «ВЗОР» КПЦ-026 pNa-мер

30 Новые зарубежные приборы АХК 30 SWAN – Швейцария AMI Deltacon Power Год выпуска: 2013 г. Измеряет: и Н Рассчитывает: рН и NH 3 SWAN – Швейцария FAM Deltacon pH Год выпуска: 1990 г. Измеряет: и Н Рассчитывает: рН

31 Расчетные определения показателей ВХР по измерениям электропроводности и рН 31 п/п Технологическая среда Измеряемые параметры АХК Расчетные параметры АХК Объект применения 1Питательная вода и конденсат пара, Н, рН [NH 3 ], [Cl - ], [Na + ], Щ О Барабанные котлы СВД (р б = 13,8 МПа), прямоточные котлы СКД, КУ блоков ПГУ 2Питательная вода Котловая вода, Н, рН Н, рН [NH 3 ], [Cl - ], [Na + ], Щ О [PO 4 3- ], NaCl Барабанные котлы СВД, КУ блоков ПГУ 3Питательная вода Острый пар Н ПКВ в расчете на уксусную кислоту Прямоточные котлы СКД, прямоточные котлы ССКП 4Технологические потоки обессоленной воды и конденсата, рН - Конц. [Na + ], [Cl - ]; - Эфективность декарбонизации; - Автоматическое регулирование рН оборотных систем Установки химического обессоливания, атмосферные деаэраторы, системы охлаждения статора ЭГ

32 32 АПК-051Лидер-К Принципиальные схемы анализаторов примесей теплоносителя

33 33 Разработки ИГЭУ Россия – ИГЭУ + НПП «Техноприбор» «Лидер-К» Год выпуска: 2014 г. Измеряет: и Н Рассчитывает: рН, NH 3, Cl -, Na + Россия – ИГЭУ + НПП «Техноприбор» АПК-051 Год выпуска: 2007 г. Измеряет: и Н, рН Рассчитывает: NH 3, Cl -, Na +

34 Диагностика качества котловой воды по измерениям электропроводности и рН 34

35 Результаты мониторинга питательной и котловой воды –ИвТЭЦ-3 35

36 Диаграмма состояния [РО 4 3- ] – рН ИвТЭЦ-3 36

37 37 Структурная схема измеряемых и расчетных величин

38 38 Схема дозирования раствора тринатрий фосфата в котловую воду барабанных котлов СВД

39 Патентная защита международных разработок 39

40 40 Премии международных салонов

41 Расчетная оценка ПКВ питательной воды прямоточного котла 41 Принципиальная схема блока с прямоточным котлом

42 Новая монография 42

43 Выводы 1. Приборы и системы АХК с расчетным определением параметров состояния ВХР – системы химико- технологического мониторинга нового поколения. 2. Измерение, Н, рН питательной, котловой воды и пара обеспечивает количественное определение концентраций минеральных и органических примесей, диагностику и регулирование ВХР основного и вспомогательных контуров ТЭС. 43 Наши реквизиты: Кафедра: «Химия и химические технологии в энергетике» Тел./факс: (4932)

44 Спасибо за внимание! Докладчики: Ларин Борис Михайлович, д.т.н., профессор Ларин Андрей Борисович, к.т.н., доцент Ивановский государственный энергетический университет (ИГЭУ) г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34 44

45 45 ТЭС, котел, дата Измеренные параметры Расчетные параметры 25, мк См/см Н 25, мк См/см рНNH 3, мкг/дм 3 [Cl - ], мкг/дм 3 [Na + ] УСЛ, мкг/дм 3 [NH 3 ], мкг/дм 3 ИвТЭЦ-3 ( ) 3,870,319,18-20,511,86427,3 3,910,178,99-14,516,37431,8 С.-З. ТЭЦ С.-Петербурга П-90 ( ) 8,010,189,47-10,36,771260,5 8,040,199, ,97, Гусино-Озерская ГРЭС Бл ,050,49,148622,915, ,220,459,1-25,817,54326 Саранская ТЭЦ-2 Бл-2 ( ) 5,420,99,270051,537,18698,04 3,970,98,950051,537,17446 ТЭЦ-26 "МЭ" Бл-1, ТГМЕ-96Б ( ) 6,640,929,42-52,738,10950,11 4,440,729,13-41,229,07517,76 Конаковская ГРЭС Бл-6 ( ) 0,1950,1837,64-10,56,3912,07 0,1960,1877,62-10,76,5412,13 Пермская ГРЭС Бл-1, 2 ( ) 0,280,087,99-4,62,7217,91 0,270,097,99-5,23,0917,21 Расчет концентраций ионных примесей питательной воды и пара энергетических котлов СВД и СКД Сравнение измеренных и расчетных параметров