Аммофос

ОАО «Аммофос»

Реконструкция водоподготовительной

установки умягчения воды

Техническое предложение

ОАО «Аммофос»

Реконструкция водоподготовительной

установки умягчения воды

Техническое предложение

Москва, 2002г.

СОДЕРЖАНИЕ


1.	Описание существующей ВПУ по умягчению……………………..	4
2	Нормативные данные ……………………………………………...	5
3.	Существующие передовые противоточные технологии ионного обмена…………………………………………………………………	5
4.	Описание работы ВПУ после реконструкции…….………………..	7
5.	Описание конструкции противоточного фильтра...……………….	13
6.	Эксплуатация противоточного фильтра……………..…..…………	13
7.	Объемы реконструкции существующей ВПУ …………………….	14
8.	Сравнительная таблица стоимостей реконструкции ВПУ умягчения воды………………………………………………………………	16
9.	Выводы……………………………………………………………….	17
10.	Этапы выполнения работ……………………………………………	17

	Приложения.
Рис. 1.	Структурная схема реконструируемой ВПУ. Вариант I.
Рис.2.	Структурная схема реконструируемой ВПУ. Вариант.2.
Рис. 3.	Схематическое изображение работы противоточного фильтра по технологии АПКОРЕ.
Рис.4.	Схематическое изображение работы натрий-хлор-ионитного противоточного фильтра

1. Описание существующей ВПУ по умягчению.

В настоящее время на ТЭЦ ОАО «Аммофос» эксплуатируется ВПУ по умягчению для подпитки котлов-утилизаторов, работающая по схеме двухступенчатого натрий-катионирования. Производительность ВПУ – 600 м³/час.

Состав основного оборудования ВПУ и его техническая характеристика представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Состав основного оборудования ВПУ и его техническая

характеристика.

.№№ п/п	Наименование	Кол-во, шт.	Диаметр, мм	Тип, марка
1.	Осветлители	4		ЦНИИ-230
2.	Механический фильтр	10	3400	ФОВ-3,4-0,6
3.	Натрий-катионитный фильтр I ступени	4 4	3000 (h=2,5) 3400 (h=2,5)	ФИПа I-3,0-0,6 ФИПа I-3,4-0,6
4.	Натрий - катионитный фильтр II ступени	6	3000 (h=1,5)	ФИПа II-3,0-0,6
	ИТОГО фильтров:	24

Исходная вода – речная.

Качество исходной воды:

^-жесткость общая, ммоль/дм³-1,0-5,0;

- щелочность общая, ммоль/дм³-0,3-3,5;

- перманганатная окисляемость, мг О/дм³ -9,5-38;

- рН -7,0-8,0.

Содержание:

- кальция Ca²⁺, мг/дм³-12-68;

^-железа общего, мг/дм³-0,9-2,0;

- хлоридов Cl^-, ммоль/дм³ -0,2-2,0;

- сульфатов SO₄^2-, мг/дм³-32-67;

- солесодержание, мг/дм^{3 -}55-300.

Сброс сточных вод ХВО осуществляется в ливневую канализацию.

2. Нормативные данные.

В соответствии с РД 34.20-501-95 «Правила технической эксплуатации электростанций и сетей РФ» и ГОСТ 20995-75* «Котлы паровые стационарные давлением до 4 МПа» качество добавочной воды для подпитки котлов должно быть таким, чтобы обеспечить соблюдение норм качества питательной воды.

Качество питательной воды для подпитки котлов давлением 3,9 МПа должно удовлетворять следующим нормам:

- прозрачность по шрифту, см, не менее – 40;

- общая жесткость, ммоль/дм³, не более – 5;

- содержание соединений железа, мкг/дм³, не более –50;

- содержание соединений меди, мкг/дм³, не более – 10;

- содержание растворенного кислорода, мкг/дм³, не более - 20;

- значение рН –8,5-10,5;

- содержание нефтепродуктов, мкг/дм³, не более –0,5.

3. Существующие передовые противоточные технологии ионного обмена.

Надежность работы энергетического оборудования промпредприятий непосредственно связана с качеством подпиточной воды котлов.

Для подпитки энергетических котлов давлением до 4 МПа в основном используется умягченная вода, при получении которой широко применяется технология ионного обмена по схеме 2-х ступенчатого натрий-катионирования исходной воды на базе параллельно-точных ионитных фильтров.

Развитие ионообменных технологий требует решения ряда взаимосвязанных технологических и экологических проблем, главная из которых - переход на прогрессивные технологии противоточного ионирования.

Перевод действующей ВПУ на противоточную технологию позволит сократить:

· количество установленных фильтров, арматуры и трубопроводов в 1,5-2 раза;

· расход химических реагентов в 1,5-2 раза;

· количество сточных вод в 2 - 4 раза;

· количество ионообменных материалов (ионитов) в 1,5 раза.

При всех достоинствах противоточных технологий по сравнению с прямотоком на сегодняшний день в отечественной энергетике имеются лишь единичные образцы, работающие по одной из таких технологий (разработка ВТИ и ВНИИАМ) - Среднеуральская ГРЭС, Первоуральская ТЭЦ, ТЭЦ-27 «Мосэнерго».

Основными причинами, сдерживающими широкое внедрение отечественной противоточной технологии ВПУ, являются следующие:

· низкое качество осветленной воды после предочистки, требующее надежной промывки ионитов от загрязнения взвешенными веществами;

· сложные конструкции противоточных фильтров и технологические приемы для обеспечения неподвижности ионитов при восходящем потоке регенерационного раствора, что снижает надежность их эксплуатации;

· отсутствие широкого ассортимента отечественных ионитов.

Используемые в схемах ВПУ отечественных ТЭС гелевые полистирольные иониты не только не обеспечивают необходимую степень очистки добавочной воды, но и подвержены необратимому загрязнению органическими соединениями. Негативные последствия этого загрязнения существенно влияют на технико-экономические и экологические показатели химобессоливания.

Как показал опыт промышленных испытаний на российских ТЭС
зарубежных органопоглощающих слабоосновных анионитов, главными факторами
успешного их применения являются правильный выбор смолы (исходя из
допустимого индекса загрязнения обрабатываемой воды и максимальной
органической нагрузки на смолу) и своевременность проведения химических очисток.

В настоящее время на ряде ТЭС России и стран СНГ находятся в эксплуатации западные различные технологии противоточного ионирования, такие как АПКОРЕ. (ТЭЦ-12 АО Мосэнерго, Тольяттиазот, Киевсая ТЭЦ-5), АМБЕРПАК (ГЭС-1 АО «Мосэнерго», Тбилисская ТЭЦ), ШВЕБЕБЕД (Куйбышевазот, Акрон).

Эффективность той или иной из указанных противоточных технологий обусловлена целым рядом факторов и особенностей технологического и конструктивного характера, а также типом и технологическими характеристиками ионитов. Стоит также отметить их значительную зависимость от качества поступающей воды.

При неэффективной работе предочистки, в частности возможности выноса шлама из осветлителей, работа противоточных фильтров резко ухудшается. Особенно это актуально для технологий АМБЕРПАК и ШВЕБЕБЕД (содержание взвешенных веществ после предочистки не должно превышать 0,5 мг/л). Прежде чем приступать к освоению прогрессивных противоточных технологий, необходимо предварительно наладить режимы работы осветлителей и механических фильтров.

Согласно данным фирмы ДАУ КЭМИКАЛ (США) и по опыту эксплуатации ВПУ на ТЭЦ-12 технология АПКОРЕ наименее зависима от эффективности работы предочистки.

Дополнительно необходимо отметить, что для использования противоточной технологии АПКОРЕ используется отечественное оборудование (фильтры типа ФИПа I) с незначительной их реконструкцией.

4. Описание работы ВПУ после реконструкции.

В настоящем техническом предложении предлагаются к рассмотрению два варианта, основанные на использовании противоточной технологии ионирования АПКОРЕ фирмы «Дау Кемикал» (США), при реконструкции ВПУ подпитки паровых котлов.

4.1. Первый вариант реконструкции предусматривает работу установки по схеме: «Коагуляция в осветлителях, механическая фильтрация на осветлительных фильтрах, натрий-катионирование на противоточных фильтрах».

Производительность установки 600 м³/ч.

4.1.1. Для повышения качества очистки воды в осветителях предлагается установить в них тонкослойные модули (сотоблоки), которые используются для повышения эффективности процессов хлопьеобразования, осаждения и уплотнения осадков. Осветлители конструкции ВТИ с установленными тонкослойными модулями длительное время работают на Каширской ГРЭС.

4.1.2. Осуществить загрузку сушествующих осветлительных фильтров гидроантрацитом, имеющим лучшие технические характеристики по сравнению с традиционным антрацитом (однородный гранулометрический состав, лучшая гидравлическая и механическая прочность, высокая грязеемкость).

Режим работы осветлительных фильтров:

- пять фильтров находятся в работе;

- один фильтр – на регенерации;

- один фильтр – в резерве.

4.1.3. Требуемое количество Na-катионитных противоточных фильтров для обеспечения проектной производительности составит 4 шт. (существующие фильтры I ступени) с учетом следующих режимов:

- два фильтра – находятся в работе;

- один фильтр – на регенерации;

- один фильтр – в резерве.

В качестве натрий-катионитных противоточных фильтров предлагается использовать существующие фильтры ФИПа I-3,4-0,6 с незначительной их реконструкцией (см.п.5).

Натрий-катионитные фильтры загрузить сильнокислотным катионитом монодисперсного типа «Дауэкс» Моно С-600 фирмы «Дау».

Необходимо отметить, что монодисперсные иониты обладают лучшими техническими характеристиками по сравнению с ионитами полидисперсного типа КУ-2-8 (однородный гранулометрический состав, хорошая осмотическая и механическая прочность, лучшие гидравлические характеристики, высокая обменная емкость).

Регенерацию натрий-катионитных фильтров производить 8-10%-ным раствором поваренной соли с удельным расходом 80-100 г/моль.

Расход умягченной воды на собственные нужды » 3,15% от производительности ВПУ по умягчению (19 м³/ч).

Норма на ежегодную досыпку катионита Моно С-600 составит не более 2% (норма на ежегодную досыпку катионита КУ-2-8 составляет 10%, а для сульфоугля – 20%).

Для предотвращения выноса ионитов из фильтров во время регенерации, а также для защиты колпачков верхнего распределительного устройства от забивания ионитом, применять инертный материал IF-62 в количестве 16 м³.

Структурная схема реконструируемой ВПУ (вариант I) представлена на (рис.1.)

Схематическое изображение работы противоточного фильтра по технологии АПКОРЕ представлено на (рис.3).

4.2. Схема работы ВПУ по второму варианту реконструкции: «Механическая фильтрация на осветлительных фильтрах, умягчение воды на катионите и снятие органики на анионите (органопоглотителе) в двухслойных натрий-катионитных противоточных фильтрах»

4.2.1. Принципиально новым решением является отказ от использования традиционных осветлителей с взвешенным слоем типа ЦНИИ или ВТИ.

Данное решение связано со значительными трудозатратами по эксплуатации данных осветлителей и низкой надежности их работы.

В тоже время основное функциональное назначение осветлителей (удаление органики) при отказе от их использования в настоящее время может быть переориентировано на внедрение органоемких анионитов (скаванжеры).

На ТЭЦ-20 "Мосэнерго" с 1996г. в эксплуатации находится установка предочистки, работающая по схеме: «фильтрация на осветлительных фильтрах и последующая фильтрация на анионитных фильтрах, загруженных сильноосновным органоемким анионитом».

При окисляемости исходной воды 6-11 мгО/дм³ очищенная от органических примесей вода после анионитного фильтра-скаванжера имела окисляемость не более 2,5 мгО/дм³ (см. статью «Использование органопоглощающих ионитов в схеме приготовления обессоленной воды» в журнале «Энергетик» №8 2001г.).

4.2.2. Механическую фильтрацию осуществлять на девяти осветлительных фильтрах (7 рабочих, 1-на регенерации,1-в резерве), загруженных гидроантрацитом.

4.2.3. ООО «Промышленные системы» разработало собственную технологию противоточного ионирования, (на базе технологии АПКОРЕ), которая позволяет максимально использовать все составляющие регенерационного раствора поваренной соли (NaCl) при удалении из исходной воды органических веществ с одновременным умягчением обрабатываемой воды.

Принцип работы данного фильтра представлен на рис. 4.

В противоточный фильтр загружается послойно (снизу вверх) слой сильнокислотного катионита монодисперсного типа «Дауэкс» Moнo C-600 на высоту 1,7 м, слой анионита-органопоглотителя монодисперсного типа «Дауэкс» WBA-500 на высоту 0,9 м и слой инертного (плавающего) материала на высоту 0,3 м. При этом между слоем анионита и инертным материалом имеется свободное пространство в пределах 100-150 мм.

Послойная загрузка обеспечивается значительной разницей между плотностью зерен ионитов: C-600– 1,25÷1,28 г/см³; WBA-500 –1,05 –1,06 г/см³.

При работе противоточного фильтра обеспечивается удаление органики и умягчение воды, а при восходящей подаче регенерационного раствора восстановление обменной емкости катионита и органоемкости анионита-скаванжера. При этом катионы (Na⁺) регенерационного раствора вытесняет соли жесткости из катионита, а анионы (Cl^-) удаляют задержанную органику из анионита.

Расход умягченной воды на собственные нужды » 4,22% от производительности ВПУ по умягчению (25,3 м³/ч).

Структурная схема реконструируемой ВПУ (вариант II) представлена на (рис.2).

Норма на ежегодную досыпку составит не более 2%.

4.2.4. В качестве противоточных натрий-хлор-ионитных фильтров используются отечественные фильтры типа ФИПа I-3,4-0,6 с незначительной из реконструкцией (замена верхних и нижних распредустройств, установка смотровых окон для контроля границ ионитов) и в количестве 4 шт., исходя из следующих режимов работы:

- два фильтра находятся в работе;

- один фильтр – на регенерации;

- один фильтр – в резерве (пустой без загрузки ионитов) для гидроперегрузки на случай ремонта.

4.2.5. Качество воды на выходе с установки:

- содержание взвешенных веществ на выходе с установки < 0,5 мг/дм³;

- перманганатная окисляемость 3-4 мгО/дм³;

- железо – 100 мкг/дм³;

- общая жесткость - 0,005ммоль/дм³.

4.2.6. Данные по работе реконструируемой ВПУ (вариант I и II) представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Данные по работе реконструируемой ВПУ (вариант I и II)

	I вариант	II вариант
1. Принципиальная схема	О-М-Na _про	М-Na _про+О_рг
2.Осветлительные фильтры: - диаметр, мм - количество, шт - материал загрузки - объем загрузки, м³ - скорость фильтрования, м/ч - общее количество промывок в сутки, пром/сут. - собственные нужды, м³/ч %	3 400 5_раб+1_пром+1_рез гидроантрацит 54,6 15 6 38 6,33	3 400 7_раб+1_пром+1_рез гидроантрацит 72,8 10 8,3 53 8,83
5. Натрий-катионитные фильтры (противоточные): - диаметр, мм - количество, шт - материал загрузки - объем загрузки, м³ - скорость фильтрования, м/ч - общее количество регенераций в сутки, рег/сут - расход поваренной соли (100%), кг/сут - собственные нужды, м³/ч % - сбросные воды в ливневую канализацию, м³/ч - солесодержание сбросных вод мг/дм³	3 400 2_раб.+1_рег.+1_рез. Моно С–600 69,1 33,6 2,76 5705 18,9 3,15 5,6 39567	3 400 2_раб.+1_рег.+1_рез. МоноС-600+WBA-500 44,5+24,6 33,6 4,36 5820 25,3 4,22 25,3 11636

5. Описание конструкции противоточного фильтра.

Отличием данной конструкции фильтра от параллельноточной, выпускаемой заводом ТКЗ (г. Таганрог), является наличие верхнего распределительного устройства, оснащенного дренажными колпачками или трубной системой с щелями в пределах 0,5 мм (рис.2). Верхнее распределительное устройство служит для подачи исходной (осветленной) воды и отвода отработанного регенерационного раствора. Нижнее дренажное устройство обеспечивает отвод обработанной воды и подачу регенерационного раствора и отмывочной воды.

Для защиты верхнего распределительного устройства от забивания (засорения) мелкими частицами ионитов при регенерации и последующей отмывки предусматривается загрузка в верхнюю часть фильтра инертной смолы на высоту 200-300 мм.

Фильтр практически полностью загружается ионитами и инертной смолой из расчета обеспечения свободного пространства над слоем ионитов в пределах 50-200 мм.

6. Эксплуатация противоточного фильтра.

Эксплуатация противоточного фильтра по технологии АПКОРЕ состоит из следующих операций:

- фильтрование исходной воды (режим работы) сверху вниз со скоростью 30- 40 м/ч;

- взрыхление и одновременное прижатие ионообменных материалов к верхнему дренажно-распределительному устройству за счет подачи умягченной воды снизу вверх со скоростью потока – 40-50 м/ч. Продолжительность данной операции 3-5 минут;

- регенерация ионитов 8-10%-ным раствором поваренной соли снизу вверх при скорости потока~10-12 м/ч в течение 20-40 минут;

- отмывка ионитов от остатков регенерационного раствора в том же направлении со скоростью ~ 10-12 м/ч в течение 30 минут;

- оседание слоя ионитов при отключении подачи отмывочной воды в течение 5-10 минут;

- отмывка ионитов сверху вниз по линии рециркуляции со скоростью 20-30 м/ч в течение 20-40 минут.

7. Объемы реконструкции существующей ВПУ.

7.1. Вариант 1.

При реконструкции необходимо выполнить следующие работы:

- заменить верхние и нижние распределительные устройства на существующих параллельноточных ионитных фильтрах (четыре натрий-катионитных фильтра) для перевода в противоточные;

- установить смотровые окна на ионитных фильтрах для контроля нижней границы инертного материала и верхней границы ионитов;

- установить дополнительные штуцера для гидровыгрузки инертного материала;

- переобвязать трубопроводами вышеуказанные фильтры, если расчетом будет доказана необходимость этого мероприятия;

- установить ловушки ионитов после ионитных фильтров;

- установить насосы раствора поваренной соли;

- выполнить химзащиту внутренних поверхностей ионитных фильтров и баков умягченной воды;

- загрузить в ионитные противоточные реконструированные фильтры ионит марки «Дауэкс» Moнo C-600 (Na);

- установить на ионитных фильтрах арматуру - затворы поворотные отечественного производства с электроприводом (для возможности последующей автоматизации);

- установить контрольно-измерительные приборы и приборы химконтроля;

- загрузить гидроантрацит в осветлительные фильтры;

- установить тонкослойные модули в осветлители.

7.2. Вариант 2.

При реконструкции необходимо выполнить следующие работы:

- установить дополнительные штуцеры для гидровыгрузки инертного материала;

- установить ловушки ионитов после ионитных фильтров;

- установить насосы раствора поваренной соли;

- выполнить химзащиту внутренних поверхностей ионитных фильтров и баков умягченной воды;

- загрузить в ионитные противоточные реконструированные фильтры иониты марки «Дауэкс» Моно С-600 (Nа) и WBA-500;

- установить на ионитных фильтрах арматуру – затворы поворотные отечественного производства с электроприводом (для возможности последующей автоматизации);

- установить контрольно-измерительные приборы и приборы химконтроля.

8. Сравнительная таблица стоимостей реконструкции

водоподготовительной установки умягчения воды.

	Наименование работ	Вариант 1		Вариант 2		Примечание
	Наименование работ	Стоимость тыс. руб. с НДС 20%	Срок Исполне-ния	Стоимость тыс. руб. с НДС 20%	Срок исполнен	Примечание
1.	СМР, оборудование, прочие работы и затраты	28 437	8 мес.	28 756	8 мес.
2.	Проектные работы на стадии рабочий проект	1 747	6 мес.	1 432	5 мес.

В таблице приведена ориентировочная стоимость и сроки выполнения строительно-монтажных и проектных работ.

Окончательная стоимость и сроки выполнения работ будут определены при заключении договора.

9. Выводы.

Рассмотрев варианты реконструкции ВПУ, можно сделать выводы, что

перевод существующей ВПУ по умягчению на противоточную технологию позволяет сократить:

- количество воды на собственные нужды ~ в 3 раза;

- расход реагента (NaCl, 100%) в 1,5раза;

- количество используемых ионитов (загруженных в фильтры) на ВПУ почти в 2,5 раза;

- потребность в ежегодной досыпке почти в 12 раз;

- количество установленных ионитных фильтров в 3,5 раза с соответствующим уменьшением количества арматуры и трубопроводов, что позволяет сократить затраты на ремонтные работы.

Дополнительно следует отметить, что реконструкция ВПУ по варианту 2 дополнительно позволит отказаться от использования осветлителей с соответствующими проблемами (склад коагулянта, шламовые сбросы, высокие трудозатраты по эксплуатации и т.п.). При этом высвобождаемые осветлители и баки коагулированной воды могут быть использованы в качестве резервных емкостей исходной воды (речной) и умягченной воды.

10.Этапы выполнения работ.

10.1. Выполнение проектной документации ВПУ.

Стадия проектирования - рабочий проект, выполняемый в два этапа.

1 этап - утверждаемая часть, в составе которой разрабатываются принципиальные технические решения, технологическая схема ВПУ, описание работы ВПУ, строительные, электротехнические решения, КИП и химконтроль, охрана окружающей среды, а также перечень оборудования, конструкций, трубопроводов, материалов.

В утверждаемой части определяются объемы строительно-монтажных работ, и выполняется расчет стоимости реконструкции, представляются расчетные показатели по качеству очищенной воды, расходы химических реагентов, количество и качество сточных вод с ВПУ.

2 этап - рабочая документация, разрабатываемая по принятой Заказчиком утверждаемой части в составе рабочих чертежей и спецификаций по технологической, электротехнической, строительной части и КИП. По объемам рабочих чертежей и спецификаций составляются локальные сметы.

В состав рабочего проекта не входят проектные решения по
отоплению, вентиляции и электроосвещению.

При этом разработка программно-технического комплекса автоматизации ВПУ на базе микропроцессорной техники, включая программное обеспечение и его поставку, будет осуществляться по отдельному договору.

10.2. Конструкторская документация по реконструкции параллельно-точного ионитного фильтра ФИПа I-3,4-0,6 в противоточный (по технологии АПКОРЕ).

10.3. Монтаж оборудования, трубопроводов, электротехнических устройств и КИПиА; поставка необходимых материалов, устройств, оборудования и приборов, а также выполнение химпокрытий оборудования и трубопроводов.

Стоимость вышеуказанных работ будет определена при выполнении 1 этапа (утверждаемая часть) рабочего проекта.

9.4. Авторский надзор за выполнением строительных работ, монтажных работ по всем конструктивам скорректированного проекта.

Стоимость авторского надзора будет определена по трудозатратам привлеченных специалистов ООО «Промышленные системы» по факту с учетом должностных окладов и командировочных затрат, так как данные затраты связаны с продолжительностью строительных и монтажных работ.

10.5. Выполнения пускно-наладочных работ с выдачей режимных карт,

инструкций по эксплуатации и сдачей объекта в эксплуатацию.

Стоимость данных работ будет определена на основании «Прейскуранта на экспериментально-наладочные работы и работы по совершенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей», том 3, раздел 10, СПО ОРГРЭС, Москва, 1992 г. с учетом поправочных коэффициентов РАО «ЕЭС России».