ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат»

ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ

по реконструкции водоподготовительных установок ПВС

Москва, 2005 г.

СОДЕРЖАНИЕ

1. исходные данные и положения.. 3

1.1. КАЧЕСТВО ИСХОДНОЙ ВОДЫ: 3

1.2. КАЧЕСТВО ИСХОДНОЙ ВОДЫ ИЗ РЕКИ ТОМЬ: 3

1.3. КАЧЕСТВО ВОДЫ ПОСЛЕ ОСВЕТЛИТЕЛЕЙ.. 4

2. предложения ООО «Промышленные системы». 7

3. выводы... 14

1. исходные данные и положения

1.1. КАЧЕСТВО ИСХОДНОЙ ВОДЫ:

Основа разработок ООО «Промышленные системы» - комплексное решение водных проблем Заказчика. Под комплексностью решений подразумевается то, что ООО «Промышленные системы» может выполнить полностью работу «под ключ», обследование (если нужно), проектирование, поставка материалов и оборудования, монтаж или только шеф-монтаж, пуско-наладочные работы с выдачей регламентов, обучения эксплуатационного персонала.

1.2. КАЧЕСТВО ИСХОДНОЙ ВОДЫ ИЗ РЕКИ ТОМЬ:

Наименование показателя	Ед. изм.
Жесткость общая	ммоль/дм	1,55
Щелочность общая	ммоль/дм³	1,6
Окисляемость перманганатная	мгО/дм³	3,12
Содержание взвешенных веществ	мг/дм³	12,8
_РН		8,39
Содержание
кальция Са²⁺	мг/дм	28,06
магния Mg²⁺	мг/дм	2,43
железа общего	мг/дм	0,385
сульфатов SO4 "	мг/дм	11,85
хлоридов СГ	мг/дм	3,55
кремнекислоты SiO2	мг/дм	6,2
сухой остаток	мг/дм	119

1.3. КАЧЕСТВО ВОДЫ ПОСЛЕ ОСВЕТЛИТЕЛЕЙ

Наименование показателя	Ед. изм.
Жесткость общая	ммоль/дм	1,6
Щелочность общая	ммоль/дм³	1,4
Окисляемость перманганатная	мгО/дм³	2,4
Содержание взвешенных веществ	мг/дм³	7,2
_РН		8,39

Производительность водоподготовки по обессоленной воде – 250 м³/час. Производительность водоподготовки по умягченной воде - 700 м³/ч.

Кроме того, необходимо отдельно рассмотреть возможность реконструкции двух натрий-катионитных фильтров.

1.5. Технологическая схема существующей водоподготовки и основное оборудование: коагулирование в осветлителях - осветлительное фильтрование, двухступенчатое обессоливание ионированием - для обессоленной воды и двухступенчатое умягчение натрий-катионированием для умягченной воды.

Осветлители - ЦНКИ МПС - 1А - 4 шт.;

Осветлительные фильтры - диаметр 3400 - 5 шт.;

Водород-катионитные фильтры I ступени - диаметр 3000 - 7 шт.;

Водород-катионитные фильтры II ступени - диаметр 3000 - 6 шт.;

Гидроксид-анионитные фильтры I ступени - диаметром 3000 - 5 шт.;

Гидроксид-анионитные фильтры II ступени - диаметром 3000 - 6 шт.;

Натрий-катионитные фильтры I ступени - диаметром 3000 - 10 шт.;

Натрий-катионитные фильтры II ступени - диаметром 3000 - 5 шт.

Сброс сточных вод водоподготовительных установок осуществляется в систему ГЗУ.

1.6. Качество обессоленной воды до деаэратора - для паровых котлов ПВС давлением 9,8 МПа (по заданию и согласно «Правилом технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. РД 34.20.501-95.15-е изд. перераб. и доп.» РАО «ЕЭС России и Минтопэнерго РФ), не более:

жесткость общая - 3 мкмоль/дм³;

содержание соединений железа (Fe) - 30 мкг/дм³;

содержание соединений меди (Си) - 5 мкг/дм³;

содержание нефтепродуктов - 0,3 мг/дм³;

значение рН при 25°С - 9,1 ±0,1;

содержание кремниесоединений (SiO₃²") - 120 мкг/дм³.

1.7. Качество умягченной воды до деаэратора - для паровых котлов-утилизаторов давлением до 3,8 МПа системы вторичных энергоресурсов (ВЭР) металлургического производства (по заданию и согласно РД 24.032.01-91 «Котлы паровые стационарные - утилизаторы и энерготехнологические» б. Минэнер-гомаша и «Правилам устройство и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов» Госгортехнидзора России), не более:

прозрачность по шрифту, не менее - 40 см;

жесткость общая - 5 мкмоль/дм ;

содержание соединений железа (Fe) - 100 мкг/дм³;

значение рН при 25°С - 8,5-9,5;

содержание нефтепродуктов - 1 мг/дм .

1.8. Цель предлагаемой реконструкции по желанию Заказчика:

- уменьшение содержания соединений железа в обработанной воде;

- уменьшение расхода воды на собственные нужды и количества сточных вод;

- уменьшение расхода реагентов;

- автоматизация процессов регенерации фильтров.

Одновременно - вследствие выбранных предлагаемых технологии и оборудования - будет радикально уменьшено количество работающих ионообменных фильтров с обеспечением необходимого количества и качество обессоленной и умягченной воды.

2. предложения ООО «Промышленные системы»

2.1. Деминерализацию (обессоливание) и умягчение воды, как и указывалось в прежнем Техническом предложении, предполагается обеспечивать ионированием в противоточных фильтрах.

Преимущества противоточного фильтрования были известны давно, но промышленное применение оно нашло лишь с появление специальных конструкций фильтров и развитого производства разнообразных высокоэффективных ионитов.

При противоточной технологии ионирования наиболее хорошо отрегенерированный ионит расположен в том слое, который находится на выходе обрабатываемой воды из фильтра. Обрабатываемая вода проходит слои ионита со все более увеличивающей глубиной регенерации, то есть концентрационный напор сохраняется по всему пути воды. Тем самым обеспечивается высокое качество умягчения и деминерализации, наиболее полно используется рабочая обменная емкость ионита, уменьшается расход регенерантов, воды на собственные нужды и сточных вод - по сравнению с традиционным параллельноточным фильтрованием.

В настоящее время известны несколько конструкций противоточного фильтрования. Принципиально они различаются по направлениям потоков: поток воды - снизу вверх, регенерация - сверху вниз; поток воды - сверху вниз, регенерация - снизу вверх.

Одной из первых запатентованных противоточных технологий была технология Швебебет (разновидности: Лифтбет, Ринзебет, Мультистеп) фирмы «Байер АГ».

Обрабатываемая вода в фильтре направляется снизу вверх, регенерационный раствор - сверху вниз. Этой технологии присущи принципиальные недостатки:

слой ионита очень чувствителен к изменению расхода обрабатываемой воды, к перерывам в работе: в этих случаях наблюдается внутрислойное перемешивание, сто уменьшает эффект противоточного ионирования;

необходимо регулярно производить взрыхляющие промывки, т.к. «мелочь» и загрязнения, скапливающиеся в верхней части слоя, будут унесены во время рабочего цикла в следующий фильтр или потребителю, если предварительно не взрыхлить и не отмыть слой ионита;

взрыхление вынуждено проводить в специальной емкости, то есть неизбежно увеличение капитальных затрат.

Технология противоточного ионирования со свешенным (плавающим) слоем ионита в восходящем потоке обработанной воды также воплощена в конструкциях системы АМБЕРПАК фирмы «Ром и Хаас». Этой технологии присущи примерно те же достоинства и недостатки, как и технологии Швебебет.

Противоточное фильтрование с блокировкой слоя ионита воздухом или - чаще - водой (так, например, устроена конструкция ВНИИАМа) сохраняет основные преимущества этого вида ионирования: хорошее качество обработанной воды, малый расход регенерантов. В этой конструкции обрабатываемая вода проходит слой ионита сверху вниз.

Однако в фильтре требуются большие объемы воды для удерживания регенерируемого зажатого слоя ионита в восходящем потоке раствора реагента. Фильтр нельзя заполнить полностью ионитом: нужно свободное пространство над средним распределительным устройством, так как это пространство заполняется ионитом во время взрыхления слоя.

Кроме того, среднее распределительное устройство, испытывающее давление с двух сторон — регенерирующего и блокирующего потоков — может повреждаться. Требуются дополнительные расходы воды для блокировки, для периодической промывки ионита от взвешенных примесей и «мелочи» ионита, дополнительный расход материалов для изготовления среднего распределительного устройства.

Есть и другие способы противоточного ионирования, принципиально не отличающиеся от описанных выше.

Приблизительно, в начале 90-х годов фирма «Дау Кемикал Компани» (США) разработала технологию противоточного ионирования UP.CO.RE. (UPflow COurtercurrent REgeneration: Противоточная регенерация восходящим потоком) далее - АПКОРЕ.

В фильтре, работающем по этой технологии, обрабатываемая вода движется сверху вниз, регенерационный раствор - снизу вверх.

Эта технология обладает всеми преимуществами противоточных технологий и в то же время лишена недостатков описанных выше технологии.

Так как во время рабочего цикла вода движется сверху вниз, то слой ионита остается зажатым при любых колебаниях нагрузки, даже при полном прекращении подачи воды. Таким образом, хорошо отрегенерированный слой ионита в нижней части фильтра не разрушается.

Перед подачей в фильтр регенерационного раствора слой ионита в течение нескольких минут большим потоком воды поднимается вверх - до соприкосновения с инертным материалом. Наличие этого материала - одна из принципиальных особенностей технологии. Верхнее дренажно-распределительное устройство прикрыто и как бы погружено в слой плавающего слоя инертного материала. Через этот слой свободно проходят вода, взвешенные примеси, ионитная «мелочь», а целые гранулы ионита задерживаются.

Регенерационный раствор пропускается снизу вверх с такой скоростью, что поднятый в предыдущей операции слой ионита остается прижатым к слою инертного материала

Две эти операции, помимо своих прямых функций, отменяют необходимость взрыхляющей промывки. Во время этих операций ионит хорошо очищается от возможных взвешенных примесей, то есть, не нужны дополнительные емкости для очистки ионитов.

Весьма важная особенность технологии АПКОРЕ: возможность осуществления послойной загрузки анионитов в одном фильтре без каких-либо разделяющих устройств. За счет специального подбора слабоосновного и сильноосновного анионитов, защищая последний от отравления органическими веществами.

Наконец, простота технологи, универсальность конструкции позволяют использовать стандартные параллельно-точные фильтры для противоточного фильтрования, заменяя только внутренние дренажно-распределительные устройства.

Специально для технологии АПКОРЕ фирма «Дау Кемикал Компани» разработала и поставляет на рынок серию ионообменных смол с прекрасным гранулометрическими (монодисперсные), физико-механическими и кинетическими свойства. В частности, не менее 90% гранул ионита имеют размеры не более ± 10% средних значений размеров. Особенно это значимо при двухслойной загрузке фильтров.

В конечном счете, описанные свойства технологии и некоторые другие, здесь не упомянутые, свойства обеспечивают следующие показатели:

уменьшение количества эксплуатируемых фильтров в 1,5-2,5 раза (скорость фильтрования воды 30-40 м/ч);

уменьшение расхода реагентов примерно в 2 раза (удельный расход кислоты 1,3-1,6 моль/моль, щелочи 1,4-1,5 моль/моль); увеличение почти в два раза рабочей обменной емкости фильтра за счет свойств смолы и возможности почти полностью заполнять фильтр ионитом;

уменьшение расхода на собственные нужды примерно вдвое и следовательно, вдвое уменьшение количества сточных вод; нормативное качество обработанной воды, получаемое при одноступенчатом фильтровании, не хуже (подчас лучше), чем при двухступенчатом фильтровании.

Все описанные положительные свойства технологии АПКОРЕ подтверждаются уже трехлетней работой ионитных фильтров на московской ТЭЦ-12. Наладку работы этих фильтров осуществляли сотрудники ООО «Промышленные системы».

В настоящее время ООО «Промышленные системы» имеет от «Дау Кемикал Компани» лицензию на право внедрения описанной технологии на территории России и других стран СНГ и собственную конструкцию фильтров. В соответствии с этой лицензией технологию внедряется примерно на десяти объектах.

2.2. Реконструкцию обессоливающей установки предлагается выполнить по технологии АПКОРЕ.

В качестве противоточных водород-катионитных и гидроксид-анионитных фильтров используются по четыре фильтра I ступени диаметром 3000 мм, исходя из следующих режимов работы:

два водород-катионитных фильтра (Нпрот.) находятся в работе; два гидроксид-анионитных фильтра (Апрот.) находятся в работе; по одному Нпрот. и Апрот- - на регенерации; по одному Нпрот. и Апрот. - в резерве.

В три противоточных водород-катионитных фильтра загружается сильнокислотный катионит монодисперсного типа Дауэкс Моно С-600.

В три противоточных анионитных фильтра загружаются сильноосновный анионит Дауэкс Моно WB-500 (верхний слой) и сильноосновный анионит Дауэкс Моно А-625 (нижний слой).

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

Скорость фильтрования через ионитные фильтры 18-25 м/ч.

Регенерация фильтров Нпрот Производится 1,5-3%-ным раствором серной кислоты с удельным расходом 60-80 г/моль, а регенерация Апрот - 4%-ым раствором едкого натра с удельным расходом 60-80 г/моль.

Указанные расходы реагентов, по крайней мере, в два раза меньше, чем при существующей схеме двухступенчатого обессоливания.

Расход обессоленной воды на собственные нужды ВПУ составит не более 7% (17,5 м3/ч) проектной производительности установки (250 м³/ч).

Необходимые объемы загрузочных материалов, м:

Катионит Моно С-600 -55 м³

Анионит Моно WB-500 -16 м³

Анионит Моно А-625 -37м.

Норма на ежегодную досыпку ионитов монодисперсного типа составляет не более 2%. Для предотвращения выноса ионитов из фильтров во время регенерации, а также для защиты колпачков верхнего распределительного устройства от забивания ионитами применяется инертный материал IF-62 в количестве 26 м3 на 6 фильтров (Нпрот и Апрот).

2.3. Объем работ, необходимых при реконструкции обессоливающей установки:

заменить верхние и нижние распределительные устройства

ионитных фильтров для их перевода в противоточные;

установить смотровые окна на ионитных фильтрах для контроля

нижней границы инертного материала и верхней границы ионита;

установить на ионитных фильтрах дополнительные штуцеры для

загрузки инертного слоя;

выполнить химзащиту фильтров;

загрузить в реконструированные фильтры иониты и инертный

материал;

реконструировать трубопроводные системы;

установить ловушки ионитов;

установить запорную и регулирующую арматуру - поворотные

затворы отечественного производства;

заменить существующие насосы (по согласованию с Заказчиком). Структурная схема обессоливающей установки после реконструкции представлена на рис. 1.

Схематическое изображение работы реконструированного ионитного фильтра показано на рис. 2.

Опыт внедрения технологии АПКОРЕ:

Киевская ТЭЦ-5 с 1996г.;

ТЭЦ-12 «Мосэнерго» с 1998г.;

ОАО «НЛМК» 2004г.;

Калининская АЭС 2004г.;

Белоярская АЭС 2003г.

2.4. Реконструкцию установки приготовления умягченной воды для паровых котлов - утилизаторов давлением до 3,8 МПа предлагается также выполнить по технологии АПКОРЕ.

В качестве противоточных натрий-катионитных фильтров используются существующие реконструируемые натрий-катионитные фильтры I ступени диаметром 3000 мм, исходя из следующих режимов работы:

три противоточных натрий-катионитных фильтра (Nanp0T.) находят
ся в работе;

один Nanp0T. - в регенерации;

один Nanp0T. - в резерве.

В четыре натрий-катионитных фильтра загружается катионит Моно С-600 в количестве 73 м³ и инертный материал IF-62 в количестве 17 м³.

Скорость фильтрования через Nanp0T. 30-35 м/ч.

Регенерация фильтров осуществляется 8%-ным раствором поваренной соли с удельным расходом 80-90 г/моль.

Расход умягченной воды на собственные нужды установки составит и 1,2% (8,5 м³/ч) от проектной производительности 700 м³/ч.

3. выводы

Реконструкция обессоливающей и умягчительной установок по противоточной технологии АПКОРЕ по сравнению с существующей схемой позволит:

уменьшить количество ступеней обессоливания и умягчения;

сократить количество ионитных фильтров в 3,4 раза с 44 шт. до 13
шт.;

сократить расход химических реагентов (серная кислота, едкий
натр), как минимум в два раза;

уменьшить количество сточных вод (собственные нужды ВПУ) в три
раза (обессоливание) и десять раз (умягчение);

сократить объем загрузочных ионитов в 2,6 раза с 285 м³ до 108 м³;

сократить объем ежегодной досыпки загрузочных материалов до 2,2
м³ вместо 45 м³;

обеспечить нормативное качество обессоленной и умягченной воды
при одноступенчатой схеме.

4. С целью отработки в эксплуатации технологии АПКОРЕ предлагается использовать два незадействованных натрий-катионитных фильтра диаметром 3000 мм.

Высоты фильтров 5,46 м и 4,37 мм. Для осуществления процесса натрий-катионирования по противоточной технологии АПКОРЕ необходимо нарастить второй фильтр до высоты первого фильтра.

Объем загрузки сильнокислотного катионита Моно С-600 в двух натрий-катионитных противоточных фильтрах составляет 46 м³, инертного материала IF-62 - 8,5 м³.

Расчетный фильтроцикл одного фильтра составляет 90 часов, скорость фильтрования 20-25 м/ч. Производительность одного фильтра при этом 145-170 м³/ч. Расход поваренной соли на одну регенерацию - 2,04 т (100%).

Расход осветленной воды на операцию уплотнения 17 м³ в течение 3-х минут, расход умягченной воды на отмывку противотоком 45 м в течение 35 минут.

5. ООО «Промышленные системы» имеет возможность и готово выполнить комплекс работ по реконструкции обессоливающей и умягчительной установкам «под ключ», а именно:

проектно-сметную и конструкторскую документацию; изготовление и поставку конструкций, оборудования, устройств и материалов;

шеф-монтаж и авторский надзор;

пуско-наладочные работы и сдачу установки в эксплуатацию с передачей Заказчику режимной карты и инструкции по эксплуатации.