Система ионообменной химической очистки и обратноосмотического обессоливания воды для котлов тепловых электростанций

Изобретение относится к области тепловой и промышленной энергетики и может быть использовано для обеспечения потребителей химочищенной и/или обессоленной водой или их смесью. Система ионообменной химической очистки и обратноосмотического обессоливания воды для котлов тепловых электростанций содержит последовательно включенные установку осветления (УО) воды, установку ионообменных фильтров (УИФ) с линией химочищенной воды и обессоливающую установку обратного осмоса (УОО) с линиями пермеата и концентрата. Кроме того, система содержит дополнительную установку для концентрирования растворов и получения обессоленной воды (УКиО) с линиями концентрата и обессоленной воды. Линия концентрата УОО и линия отвода концентрата от котлов подключены к УКиО, линия концентрата УКиО подключена к УИФ, а линия обессоленной воды от УКиО - к линии питательной воды котлов. Предпочтительно к УКиО при недостаточной производительности ООУ может быть подключена линия химочищенной воды. Изобретение обеспечивает сокращение вплоть до полного сокращения расходов товарного хлорида натрия на регенерацию фильтров УИФ, сокращение вплоть до полного исключения расходов сточных вод, повышение коэффициента получения обессоленной воды из химочищенной воды, уменьшение потребления исходной воды. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области тепловой и промышленной энергетики и может быть использовано для получения химочищенной и/или обессоленной воды или их смеси для котлов тепловых электростанций (ТЭС).

В настоящее время на ряде ТЭС для получения обессоленной воды применяют систему, содержащую последовательно включенные установку осветления (УО) воды, установку химической очистки (обработки) осветленной воды на Na-, H-Na-катионитных или Na-Cl-ионитных фильтрах (УИФ), обессоливающую установку обратного осмоса (УОО) [1] - аналог. Обессоленная вода подается из системы очистки на питание паровых котлов высокого давления (13,8 МПа).

На ряде других ТЭС для получения смеси обессоленной (декремнезованной) и химочищенной воды применяют систему, содержащую последовательно включенные УО, установку химической очистки (обработки) осветленной воды на УИФ (Na-катионитных фильтрах) и обессоливающую УОО [2] - аналог. Полученная смесь также подается на питание котлов высокого давления (9,8 МПа). Недостатками перечисленных известных систем являются: значительный расход товарной NaCl на регенерацию Na-фильтров; повышенный сброс солевых стоков (концентрат УОО, отработанный раствор Na-фильтров); значительный сброс солей с продувочной водой котлов (применительно к аналогу [2]).

Известна ближайшая по назначению и техническому существу к предлагаемому изобретению система ионообменной химической очистки и обратноосмотического обессоливания воды для питания котлов ТЭС, каждый из которых оборудован линией отвода концентрата обессоленной воды, содержащая последовательно включенные УО воды, УИФ с линией химочищенной воды и обессоливающую УОО с линиями пермеата и концентрата [3] - прототип. Согласно последнему умягченная вода после установки Na-катионирования подается на УОО и на питание котлов среднего давления, обессоленная вода после УОО подается на питание котлов высокого давления. Таким образом, на рассматриваемом объекте имеются котлы - потребители как химочищенной, так и обессоленной воды. Недостатки прототипа те же, что у приведенных аналогов: неиспользование имеющегося в системе большого резерва натриевых солей в виде разбавленных растворов (концентрат УОО, продувка котлов среднего давления), повышенные сбросы солевых стоков и расходы воды на собственные нужды. Кроме того, автономность работы по водопотреблению и водоотведению котлов - потребителей обессоленной и химочищенной воды приводит к невысокому значению коэффициента получения обессоленной воды из химочищенной. В целом, система согласно прототипу характеризуется недостаточным экологическим совершенством.

Достигаемыми результатами изобретения являются: значительное сокращение вплоть до полного исключения расходов товарной NaCl на регенерацию Na-фильтров УИФ за счет использования имеющегося в системе резерва натриевых солей в виде разбавленных растворов; существенное сокращение вплоть до полного исключения расходов сточных вод (концентрата от УОО и продувочных вод от котлов - потребителей химочищенной воды); сокращение расходов воды на собственные нужды системы химической очистки и обессоливания воды; повышение коэффициента получения обессоленной воды из химочищенной; уменьшение потребления исходной воды.

Указанные результаты обеспечиваются тем, что система ионообменной химической очистки и обратноосмотического обессоливания воды для питания котлов ТЭС, каждый из которых оборудован линией отвода концентрата обессоленной воды, содержащая последовательно включенные УО воды, УИФ с линией химочищенной воды и УОО с линиями пермеата и концентрата, согласно изобретению, содержит дополнительную установку для концентрирования растворов и получения обессоленной воды (УКиО) с линиями концентрата и обессоленной воды, причем линия концентрата УОО и линия отвода концентрата от котлов подключены к УКиО, линия концентрата УКиО подключена к УИФ, а линия обессоленной воды от УКиО - к линии питательной воды котлов. При этом к УКиО может быть подключена линия химочищенной воды.

На фиг.1 в качестве одного из примеров реализации изобретения схематически изображена система ионообменной химической очистки и обратноосмотического обессоливания воды для питания химочищенной водой УОО и котлов среднего давления и пермеатом УОО - котлов высокого давления. В этой системе дополнительно предусмотрена УКиО; на фиг.2 - в качестве другого примера реализации изобретения - система для питания котлов высокого давления смесью обессоленной и химочищенной воды; на фиг.3 - в качестве еще одного примера реализации изобретения система для питания химочищенной водой УОО и пермеатом УОО - котлов высокого давления.

Система согласно изобретению содержит последовательно включенные УО 1 в составе осветлителя (О) 2, бака осветленной воды (БОВ) 3, механических (осветлительных) фильтров (М) 4, а также линии 5 исходной воды, линии 6 осветленной воды, линии 7 подачи воды на отмывку механических фильтров 4, линии 8 отвода из фильтров 4 отмытых загрязнений; установку УИФ 9 в составе Na-катионитных фильтров (Na) 10, бака умягченной воды (БУВ) 11, линии 12 отвода умягченной воды из Na-катионитных фильтров 10 в БУВ 11, линии 13 химочищенной (умягченной) воды для питания УОО, линии 14 отвода регенерационного раствора (РР) в осветлитель 2, линии 15 отвода излишка РР на сброс и линии 16 химочищенной (умягченной) воды для подачи потребителю; обессоливающую УОО 17 с линиями 18 и 19 соответственно пермеата и концентрата, баком пермеата (БП) 20 и линией 21 отвода пермеата потребителю; дополнительную установку для концентрирования растворов и получения обессоленной воды (УКиО) 22 в составе бака сбора продувочной воды (БСП) 23, испарителя (И) 24, конденсатора (К) 25, бака концентрата испарителя (БКИ) 26, линии 27 подачи продувочной воды из бака 23 в испаритель 24, линии 28 отвода дистиллята через конденсатор 25 к линии 21 отвода пермеата потребителю, линии 29 отвода концентрата испарителя 24 в БКИ 26 и линии 30 подачи указанного концентрата на регенерацию Na-катионитного фильтра 10. Потребитель обессоленной воды на фиг.1 представлен паровым котлом высокого давления (КВД) 31 с деаэратором питательной воды (Д) 32, а потребитель химочищенной воды - паровым котлом среднего давления (КСД) 33 с деаэратором 34. КВД 31 и КСД 33 имеют паропроводы соответственно 35 и 36 острого пара (ОП), а также линии соответственно 37 и 38 продувки котловой воды; деаэраторы 32 и 34 - линии соответственно 39 и 40 подвода греющего пара (ГП), линии соответственно 41 и 42 отвода паровоздушной смеси (ПВС) и линии соответственно 43 и 44 подачи деаэрированной воды в соответствующие котлы. На фиг.2 и 3 потребитель представлен только КВД 31, причем в примерах по фиг.1 и 3 питание этих котлов производится обессоленной водой, а в примере по фиг.2 - смесью обессоленной и химочищенной воды, для чего БУВ 11 соединен с деаэратором 32 линией 16.

Система согласно изобретению (фиг.1, 2, 3) работает следующим образом. Исходная вода предварительно подается в УО 1, где последовательно проходит осветлитель 2 и механические фильтры 4. Осветленная вода поступает на УИФ 9 с Na-катионитными фильтрами 10. Химочищенная (умягченная) вода по линии 13 подается в УОО 17 и по линии 16 в КСД 33 через деаэратор 34 (фиг.1). Пермеат из УОО 17 через БП 20 по линии 21 через деаэратор 32 подается на питание КВД 31, концентрат по линии 19 - на концентрирование в УКиО 22 (в рассматриваемом примере испаритель 24). Туда же поступает продувочная вода (концентрат) КСД 33 по линии 38 (фиг.1) или продувочная вода КВД 31 по линии 37 (фиг.2). Концентрат УКиО 22 по линии 29 подается на регенерацию Na-катионитных фильтров 10. Дистиллят УКиО 22 по линии 28 подается на питание КВД 31. Продувка последнего (фиг.1), фактически являющаяся обессоленной водой, подается по линии 37 на питание КСД 33. При недостаточной производительности УОО 17 (фиг.3) химочищенная вода по линии 13 (показано на фиг.3 пунктиром) подается и на питание УКиО 22, что позволяет увеличить в системе выработку обессоленной воды и концентрата натриевых солей для регенерации Na-катионитных фильтров.

Пример. Вода р. Кама после обработки в УО 1 (фиг.1) поступает в УИФ и проходит Na-катионирование на противоточных фильтрах 10, загруженных сильнокислотным катионитом (КУ-2-8). Далее 30% глубоко умягченной воды подается на обратноосмотическое обессоливание в УОО 17 и 70% на питание КСД 33. УОО 17 оснащена мембранными элементами BW, работающими при давлении до 1,6 МПа. Полученный пермеат подается на питание КВД 31. Концентрат УОО 17 и продувка КСД 33 подаются на питание испарителя 24 УКиО 22. В таблице приведены составы осветленной, Na-катионированной воды, пермеата и концентрата УОО, продувочной воды КСД и концентрата испарителя. Как видно из табл.1, содержание натрия в осветленной воде превышает содержание жесткости в 2,8 раза (в эквивалентных единицах) относительно стехиометрии, что вполне достаточно для регенерации Na-катионитных фильтров. В умягченной воде после Na-катионитных фильтров содержание натрия возрастает на величину жесткости. Таким образом, при условии концентрирования умягченной воды в УОО ˜ в 5 раз и в КСД ˜ в 10 раз и последующего концентрирования смеси этих концентратов в испарителе ˜ в 40 раз получаем концентрат испарителя с содержанием натриевых солей 9,9%.

Таблица 1
Показатели состава	Осветленная вода	Na-катионированная вода	Концентрат ООУ	Продувка КСД	Концентрат испарителя
Жесткость, мг-экв/дм3	1,4	0,005	0,025	0,05	0,15
Са2+, -«-	0,6	0,003	0,015	0,03	0,09
Mg2+, -«-	0,4	0,002	0,01	0,02	0,06
Щелочность, -« -	1,0	1,0	5,0	7,0	16,0
Na, мг/дм3	91,2	137	665	1330	3990
Cl-, -«-	122	122	610	1220	3660
SO4 2-, - « -	43	43	210	420	1260
SiO3 2-, -«-	3,0	3,0	14,8	29,0	87,0
Солесодержание, -«-	318	325	1550	3300	9900
Электропроводн., -«-	-	570	-	-	-
ХПК, мгО/ дм3	1,2	1,0	3,5	5,0	10,0

Указанная концентрация вполне приемлема для регенерации Na-катионитных фильтров, а содержание натрия в концентрате испарителя будет в 3,8 раза превышать количество катионов жесткости, поглощенных Na-катионитными фильтрами в единицу времени. Поскольку указанное количество натрия значительно превышает потребности Na-катионитных фильтров на регенерацию, часть продувочной воды КСД или УОО может использоваться на собственные нужды (взрыхляющие промывки) Na-катионитных фильтров.

Источники информации

1. Опыт внедрения установки обратного осмоса ООУ-166 на Нижнекамской ТЭЦ-1 / Б.Н.Ходырев, Б.С.Федосеев, А.И. Калашников и др. // Электрические станции. 2002, №6, с.51, 61.

2. Опыт эксплуатации установок обратноосмотического обессоливания воды на ТЭС и в промышленных котельных / Аскерния А.А., Малахов И.А., Корабельников В.М. // Теплоэнергетика, 2005, №7, с.20.

3. Опыт эксплуатации установок обратноосмотического обессоливания воды на ТЭС и в промышленных котельных / Аскерния А.А., Малахов И.А., Корабельников В.М. // Теплоэнергетика, 2005, №7, с.24.

1. Система ионообменной химической очистки и обратноосмотического обессоливания воды для питания котлов тепловых электростанций, каждый из которых оборудован линией отвода концентрата обессоленной воды, содержащая последовательно включенные установку осветления (УО) воды, установку обработки осветленной воды на ионообменных фильтрах (УИФ) с линией химочищенной воды и обессоливающую установку обратного осмоса (УОО) с линиями пермеата и концентрата, отличающаяся тем, что она содержит дополнительную установку для концентрирования растворов и получения обессоленной воды (УКиО) с линиями концентрата и обессоленной воды, причем линия концентрата УОО и линия отвода концентрата от котлов подключены к УКиО, линия концентрата УКиО подключена к УИФ, а линия обессоленной воды от УКиО - к линии питательной воды котлов.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что к УКиО подключена линия химочищенной воды.