Насосное оборудование в системах водоподготовки для потребностей энергетики

что Существует сегодня в России объективная нехватка энергетических (електро- и тепловых) мощностей вызвана, во многом, не только недостаточностью строительства новых генерирующих станций, но и значительным сносом уже существующих, ТЕС. Среди множества причин, которые вызывали этот снос, одну из ключевых ролей играет плохое качество теплоносителя – воды. Эта проблема остается актуальной, несмотря на то, что сегодня разработанный и широко используется целый арсенал средств для водоподготовки. Установлено, что мероприятия по водоподготовке дают экономию топлива от 20 до 40%, увеличивается срок работы казанов и котельного оборудования до 25-30 годов.

Однако сложность ситуации заключается в том, что при больших объемах воды, достигающих нескольких тысяч м3/ч, ее очистка и подготовка является сложным и многофакторным заданием, которое включает технические, экономические и экологические аспекты. При этом придется учитывать непрерывный рост цен на реактивы и электроэнергию, затрата которых в данных процессах очень большая. Стоит также принять во внимание, что расходы на электроэнергию для насосов в системах водоподготовки достигают 40% от общей потребности.

Очевидно, что одним из способов снижения расходов и черточек есть применение в установках водоподготовки (ВПУ) современных физико-химических методов и энергоэффективного оборудования, в частности – насосов разного назначения.

Предочистка

Значительное количество примесей разной дисперсности в естественных водах определяет необходимость их многостадийной подготовки. На первом этапе проводится очистка от грубодисперсных (ГДП) и коллоидных частиц. Следует учитывать, что ошибки на этом этапе становятся причиной снижения эффективности последующих стадий (например, органические загрязнители могут послужить причиной "отравления" ионообменных смол), а также приводят к появлению отложений на поверхности нагрева и коррозии металлических элементов. Но если ГДП достаточно легко отдаляются физико-механическими способами (отстаиванием и фильтрацией), то агрегатно-стойкие коллоиды требуют физико-химических методов, а именно – коагуляции, при которой происходит дестабилизация дисперсной системы с укрупнением и последующим выпадением хлопьев (флокул). Полученная твердая фаза выделяется из воды в осветлителях и осветительных фильтрах.

На практике как коагулянт используют полигидрати солей алюминия и железа, например, полиалюмогидрохлорид или полиалюмогидросульфат, или полигидрат сульфату железа (II). Последний реагент применяется при сочетании процессов коагуляции и известкования.

Процесс освещения коагуляцией – сложное физико-химическое явление, успех которого зависит от массы параметров. Однако, можно выделить четыре основных фактора, которые определяют скорость и качество протекания реакции.

1 Скорость потока. Поскольку глубина процесса детерминирована временами образования и укрупнения флокул, следует учитывать, что режим потока может существенно влиять на возникающие первичные рыхлые хлопья. В пределе, они могут даже разрушаться. Поэтому скорость потока воды в зоне реакции и отстаивания не должна превышать 1-1,5 мм/с.

2 рн среды. В связи с тем, что скорость и глубину гидролиза коагулянта определяет кислотность среды, она должна находиться в заданных для данного реагента параметрах. Например, для сульфата алюминия эмпирическое значение оптимального рн находится в пределах 5,5-7,5. В более кислой (рн 4,5) среде гидролиз реагента не происходит, а в более щелочной (свыше 8) гидроксид алюминия, который вышел, благодаря амфотерности металлу, диссоциирует, как кислота, в результате чего эффективность процесса падает.

3 Температура. Подогрев (до 40 Из) и перемешивание воды, которая очищается, увеличивает скорость процесса и повышает размер флокул.

4 Дозирования коагулянта. Оптимальное дозирование коагулянта определяется на основе анализа естественной воды и может варьировать в достаточно широких пределах, в зависимости от времени года и др.

Следует заметил, что последний фактор может иметь решающее значение в стоимости первичной обработки воды, поскольку реагенты для такой обработки достаточно дороги. Для снижения расходов оптимальным выходом становится внедрение автоматизированных систем первичной обработки. Они позволяют существенно сократить затрату химикатов (за счет высокой точности подачи – до 1-1,5% по объему) и оптимизировать процессы первичной очистки. Такие системы сегодня нашли достаточно широкое приложение в водозаборах. Например, на Западном водозаборе м. Москвы, откуда вода поступает, в частности, и на ТЭЦ, вода из реки проходит обработку флокулянтами (полиалюмогидрохлорид) с помощью установок GRUNDFOS POLYDOS, при этом станция также самостоятельно поддерживает оптимальный рн. Система полностью автоматизирована и контролируется, через специальные шкафы управления, из центрального диспетчерского пункта.

Ионный обмен и мембранные технологии

Если вода используется для питания казанов высокого давления, которые работают при Р 70 атм. (Температура кипения воды в этом случае сверху 285°с), она нуждается в деминерализации (глубоком смягчении). Сегодня в этих случаях применяют многоступенчатый ионный обмен на базе использования синтетических органических катионообменных и анионообменных смол и мембранные методы – обратный осмос.

Наиболее широкого распространения до настоящего времени приобрел ионообмен. Принцип действия метода основан на возможности ионитов изменять состав обрабатываемой воды в необходимом направлении. Реакция происходит на поверхности ионита – полимеру, в состав которого входят функциональные группы, способные поглощать из раствора ионы определенного заряда в обмен на эквивалентные количества других ионов того же заряда. При этом выбор типа смолы (анионит или катионит) непосредственно зависит от состава и качества воды, которая очищается.

В общих чертах, метод заключается в прокачке воды через колонки с ионитом. При этом в зоне фильтрации (фронт фильтрации), которая формируется, и происходит реакция ионообмена. После достижения предела емкости ионита (возникновение проскока иона, который поглощается) колонка требует регенерации.

Следует отметить, что ионообмен, несмотря на эффективность, имеет ряд недостатков, которые снижают ценность технологии в глобальной перспективе.

Во-первых, большие расходы на регенерацию фильтров и досыпание ионитов. Во-вторых, ряд экологичность метода из-за образования значительного количества солевых стоков опасной концентрации. Например, для смягчения при жесткости начальной воды 7 миллиграмм екв/л и затрате смягченной воды 1000 т/ч затрата реагентов для регенерации фильтров (Nacl) достигает 30 т/сут. При этом сброс опасных засоленных стоков (в пересчете на твердые соли), который поступает в поверхностные водоемы, также отвечает этой цифре, следовательно, нужны мероприятия по их обезвреживанию. В-третьих, большая достоверность "отравления" ионитов органическими соединениями, растворенными в воде, и, как следствие, снижение эффективности установки. Кроме того, неполярные органические соединения практически не задерживается на колоннах. В результате они попадает в казаны и трубопроводы, вызывая коррозию оборудования.

В связи с этим более перспективным выглядит применение мембранных и комбинированных технологий, таких как обратный осмос. Несмотря на то, что этот метод является достаточно расходным на этапе первичных вложений, доказано, что при высокой окисляемости начальной воды или содержании солей выше 300 миллиграмм/л эксплуатация обратноосмотических установок становится более экономически выгодной, чем ионный обмен (даны ВТИ).

за Безусловное преимущество обратного осмоса можно считать возможность полной комплексной очистки от всех видов загрязнений, отсутствие необходимости регенерации ионитов и, как следствие, отсутствие больших количеств опасных стоков, компактность и простота, в обслуживании.

В целом, мембранная фильтрация – процесс разделения веществ на полупроницаемой мембране. Их особенностью является способность пропускать молекулы растворителя, задерживая молекулы растворенного вещества. В настоящее время для изготовления таких мембран используют целый ряд современных материалов, например – дифторид поливинилдиена и полисульфон.

Наиболее широко употребимый в промышленности обратный осмос использует в качестве движущую силу внешнее (создаваемое насосом) давление. Для разних конечной цели подбирают разные варианты компоновки мембран и насосов, причем от надежности и эффективности последних зависит функционирование всей системы.

Вообще, в установках мембранной фильтрации обычно присутствуют несколько видов насосов. Это что повышают (для повышения давления на входе в систему). Они призваны поддерживать постоянное давление (0,5–6 Панив) в магистрали предфильтрации. Для создания противодавления в мембране используются нагнетающие агрегаты, а для распределения воды по потребителям применяются распределительные устройства.

Подбор насосов сложен и определяется другим оборудованием, которое используется для непосредственной водоочистки, например - типом обратноосмотических мембран, выбор которых определяется составом начальной воды. В этой связи сегодня наибольшее распространение получили готовые (блочные) обратноосмотические модули. Например, такие модули на основе материалов и оборудования ведущих мировых производителей проводят российские компании LENRO и ЕКОДАР.

Как правило, особенное внимание при пидбори насосов уделяется качеству и материалу выполнения, поскольку особенностью насосного оборудования для мембранных технологий очистки является необходимость создания больших натисков для поддержки потока через мембрану. Высокие требования предъявляются и к коррозионностойкости насосам, особенно для перекачивания концентрата.

По этим причинам при выборе насосного оборудования рекомендуется отдать преимущество нержавеющей стали (с содержанием хрома не менее 12%) или титану. Кроме коррозионностойкости, эти материалы, благодаря пленке окисла на поверхности деталей, успешно противостоят очень высоким скоростям потока, не поддаваясь эрозии. Необходимо отметить, что в данном случае очень важно и качество (снижение шероховатости) поверхности. Этим требованиям отвечают, например, многоступенчатые центробежные насосы GRUNDFOS серии CRN, которые собираются и в России.

Отметим, что если в схеме предусмотрена промывка мембраны специальными кислотосодержащими растворами, возможно применение насосов из современных композитных материалов.

Сегодня можно уверенно утверждать, что использование современных технологий и оборудование, в частности – насосов, на предприятиях, безусловно, ведет к оптимизации работы этого производства и снижения расходов, а, значит, и снижению себестоимости производимой энергии. Кроме того, применение подобной техники снижает экологическую нагрузку на окружающую среду, что в современных условиях также важно.

Пресс-служба ООО "ГРУНДФОС"

Карта сайта.