1.     Исходные данные

1.1.         Производительность ХВО:

-         по химоочищенной воде для подпитки паровых котлов – 100 м³/час;

-         по умягченной воде для подпитки теплосети – 100м³/час.

 

1.2.         Исходная вода – речная р. Оскол следующего качества:

-         жесткость,                                       - 5,3;

-         щелочность,                                    - 4,6;

-         кальций,                                          - 80,2;

-         магний,                                           - 15,8;

-         натрий,                                            - 33,6;

-         окислы железа,                               - 0,45;

-         хлориды,                                        - 26;

-         сульфаты,                                       - 54;

-         солесодержание,                             - 475;

-         окисляемость,                                 - 11,0;

-         взвешенные вещества,                    - 3,9;

-         величина рН                                   – 8,0;

 

1.3.         Реконструкция ХВО производится с целью:

-         сокращение эксплуатационных затрат (расходы реагентов, количество сточных вод, загрузочные материалы);

-         сокращение количества установленного оборудования;

-         снижения карбонатной щелочности в химоочищенной воде и соответственно уменьшение непрерывной продувки паровых котлов и уменьшение СО₂ в паре (повышение величины рН в конденсате).

 

2.     Описание существующей ХВО.

 

Для теплосилового цеха ОАО «Оскольский электрометаллургический  комбинат» была запроектирована ХВО по следующей схеме: «Известкование с коагуляцией в осветлителях, фильтрация на осветленных фильтрах (3 шт. ФОВ-2К-3,4-0,6), натрий-катионирование I ступени (4шт. ФИПаI-3,4-0,6) и натрий-катионирование II ступени (2 шт. ФИПаI-3,4-0,6)».

Исходная вода для ХВО – р. Оскол

На подпитку теплосети направляется умягченная вода после натрий – фильтров I ступени, а на подпитку паровых котлов – химочищенная вода после натрий –фильтров II ступени.

В настоящее время ХВО эксплуатируется по упрощенной схеме, а именно: стадия известкования воды в осветлителях отсутствует, что приводит к следующим последствиям:

-         карбонатная щелочность исходной воды (4,6 ) не снижается на ХВО, поэтому в котловой воде паровых котлов данная щелочность разрушается на NaOH и СО₂.   Следствием является –необходимость в увеличенной непрерывной продувке котлов и высокое содержание углекислоты в паре (коррозия конденсатопроводов);

-         высокая окисляемость исходной воды (11 мг О/л) проходит транзитом через ХВО и при нагреве  (котловая вода) разлагается на гуминовые кислоты и фульвокислоты, что также является источником образования углекислоты в паре.

Настоящее техническое предложение предусматривает реконструкцию ХВО с устранением вышеуказанных недостатков.

 

3.     Обоснование выбора технологии обработки воды на ХВО для подпитки паровых котлов.

 

3.1.         Для подпитки паровых энергетических котлов среднего давления в основном используется умягченная вода, при получении которой на ХВО в отечественной практике широко применяется традиционная технология ионного обмена по схеме 2-х ступенчатого химумягчения исходной воды на базе серийных параллельно-точных ионитных фильтров отечественного производства. При этом используемые в схемах ХВО отечественные гелевые полистирольные иониты не только не обеспечивают необходимую степень очистки подпиточной воды до требований ПТЭ (РД 34.20.501-95), но и подвержены необратимому загрязнению органическими соединениями, что в свою очередь приводит к их старению («отравлению») и к снижению их срока эксплуатации. Негативные последствия этого загрязнения существенно влияют на технико-экономические и экологические показатели химобессоливания.

Опыты внедрения прогрессивных технологий противоточного ионирования с использованием зарубежных ионитов (монодисперсные по грансоставу и т.п.) позволяет (по сравнению с существующей параллельно-точной технологией) обеспечить:

-         снижение расходов химических реагентов (кислота, щелочь, соль) в 1,5 – 2 раза;

-         сокращение количества установленного оборудования (фильтры, насосы, баки), арматуры и трубопроводов в 2 – 3 раза;

-         снижение количества воды на собственные нужды ХВО и соответственно количество сточных вод, сбрасываемых в поверхностные водоемы в 3 – 4 раза;

-         снижение потребности в ежегодной досыпке ионитов в ионитные фильтры ВПУ в 4 – 6 раз.

При этом качество умягченной воды, получаемой при одноступенчатой схеме противоточного ионирования, соответствует нормативным требованиям ПТЭ.

 

К сожалению, при всех достоинствах противотока, на сегодняшний день в эксплуатации находится незначительное число ВПУ, которые работают либо по отечественной противоточной технологии (разработка ВТИ, ВНИИАМ и ТКЗ) – Нижнекамская ТЭЦ-1, Первоуральская ТЭЦ, ТЭЦ-27 Мосэнерго, либо по зарубежным технологиям, таким как АМБЕРПАК (ГЭС-1 Мосэнерго, Тбилисская ГРЭС), ШВЕБЕБЕД («Акрон», «Куйбышевазот»), UP.CO.RE (Киевская ТЭЦ-5, ТЭЦ-12 Мосэнерго, «Тольяттиазот»).

Основными из причин, сдерживающих широкое внедрение противоточных технологий на ХВО, являются следующие:

-         низкое качество осветленной воды после стадии предварительной очистки воды (осветлители типа ВТИ или ЦНИИ), а именно высокое содержание взвешенных веществ (более 5 мг/дм³), что в свою очередь исключает использование технологий ШВЕБЕБЕД и АМБЕРПАК, для которых содержание взвеси не должно превышать 0,5 мг/дм³;

-         сложная конструкция противоточных фильтров (разработка ВТИ, ВНИИАМ, ТКЗ) и технологические приемы по обеспечению неподвижности слоя ионитов при восходящем потоке регенерационного раствора, что снижает надежность их эксплуатации;

-         низкий уровень эксплуатационного персонала, а также узкий круг специализованных организаций, имеющих опыт по внедрению противоточных технологий.

ООО «Промышленные системы» является одной из немногих организаций, имеющей опыт и возможность по выполнению реконструкции ВПУ «под ключ» в полном объеме (проект, изготовление необходимых устройств, поставка оборудования и материалов, шеф-монтаж и авторский надзор, пуско-наладочные работы).

 

3.2. В соответствии со СНИП II-35-76 «Котельные установки» для питания паровых котлов давлением менее 3,9 МПа следует принимать следующие способы обработки воды (для условий ОАО «Оскольский электрометаллургический комбинат»):

3.2.1. Известкование с коагуляцией в осветлителях, фильтрование на осветлительных фильтрах (уменьшение щелочности, содержания соединений железа и органических веществ) и последующее двухступенчатое натрий-катионирование (удаление общей жесткости).

3.2.2. Фильтрование на осветлительных фильтрах (удаление взвешенных веществ) и последующее водород-катионирование и натрий-катионирование (снижение щелочности и удаление жесткости).

3.2.3. Фильтрование на осветлительных фильтрах (удаление взвешенных веществ) и последующее натрий-хлор-ионирование (уменьшение карбонатной жесткости и содержания углекислоты в паре и удаление общей жесткости).

 

3.3. Первая схема была запроектирована для существующей ХВО теплового цеха, но не реализована в полном объеме (отсутствует стадия известкования с коагуляцией в осветлителях), что и является следствием высокой щелочности в котловой воде и высокого содержания углекислоты в паре с соответствующими проблемами (увеличенная величина непрерывной продувки паровых котлов, коррозия конденсатопроводов и т.п.).

В тоже время внедрение стадии известкования вызывает определенные трудности (склад извести, низкая надежность работы осветлителей, высокие температуры, необходимость работы осветлителей, высокие трудозатраты, необходимость в шламонакопителях и т.п.).

3.4. Вторая схема гораздо проще в эксплуатации (по сравнению с первой схемой), но влечет за собой склад кислоты, кислотостойкое оборудование, трубопроводы и арматуру, кислые стоки, а также дополнительное оборудование (фильтры, декарбонизаторы, насосы, баки) и соответственно дополнительные помещения в здании ХВО. Все вышесказанное приведет к значительным капвложениям.

3.5. Третья схема отличается простотой эксплуатации, не требуются значительные затраты на реконструкцию ХВО, используется только один реагент на нужды ХВО (поваренная соль), обеспечивается снижение карбонатной жесткости (уменьшается щелочность и углекислота в паре).

 В тоже время данная схема не получила широкого распространения на химводоочистках, т.к. используемые отечественные иониты (силькислотный катионит КУ-2-8 и высокоосновной анионит АВ-17-8) через год эксплуатации отравлялись органикой и окислами железа.

3.6. В последнее десятилетие на водоподготовительных установках стали применять различные импортные иониты (монодисперсные, макропористые), которые характеризуются лучшими техническими характеристиками (механическая и осмотическая прочность, высокая обменная емкость, лучшая гидравлика, длительный срок службы).

Для примера с 1996 гола на ТЭЦ-20 Мосэнерго отказались от использования осветлителей (известкование с коагуляцией) и используют в качестве одной из ступеней очистки воды фильтры, загруженные органопоглащающими ионитами Амберлайт IRA-958 (макропористый акриловый анионит). Существующие в схеме водоподготовки осветлительные фильтры использовали для предварительной очистки воды от взвеси и окислов железа, т.к. были загружены фракционированным антрацитом (гидроантрацитом) с зернами размером 1,2-2,4 мм.

В Cl^- форме анионит IRA-958 (сквавангер) хорошо поглощает органику и также легко отдает ее во время регенерации 10%-ным раствором NaCl (см. «Энергетик» №8, 2001 г.).

Опыт использования органопоглощающих анионитов в Cl^- форме показал, что при фильтровании воды данные аниониты задерживают органические вещества, ионы HCO^- и SO.

3.7. Предлагается при реконструкции ХВО теплосилового цеха применить схему Na-Cl-ионирования при использовании импортных ионитов.

В совмещенном Na-Cl-ионитном фильтре в слое анионита будут задержаны иониты SO, NO , NO  и HCO , содержащиеся в исходной воде и обмениваются на иониты Cl ^-, а в слое катионита ионы жесткости обмениваются на иониты Na⁺ и Cl ^-.

При регенерации Na-Cl ^- - ионитного фильтра используется только один реагент – 7-10%-ный раствор NaCl.

 

4.     Описание ХВО после реконструкции.

 

 

4.1. Технологическая схема ХВО после реконструкции: «Фильтрация исходной воды на существующих осветлительных фильтрах, натрий-хлор-ионирование на противоточных фильтрах (в одном фильтре)».

Химочищенная вода после данной ХВО в количестве 100 м³/ч подается на подпитку паровых котлов со следующим качеством:

-         жесткость, мкг-экв/л    5

-         щелочность, мг-экв/ч  2,3-3,0

-         хлориды, мг/л              130-160

-         сульфаты, мг/л             5-15

-         окисляемость, мгО/л   3-4

Для подпитки теплосети целесообразно оставить существующую схему натрий-катионирование I ступени (2 шт., из которых 1 шт. – в работе и 1 шт. – в резерве или на регенерации).

Принципиальная технологическая схема ХВО после реконструкции представлена на рис.1.

4.2. В существующие осветлительные фильтры целесообразно загрузить гидроантрацит, который имеет следующие преимущества по сравнению с традиционным антрацитом:

-         высокая грязеемкость;

-         однородный гранулометрический состав (отсутствие мелочи и пыли) обеспечивает лучшие гидравлические характеристики (меньше перепад давления);

-         обеспечивает снижение окислов железа в исходной воде на 30-40%.

4.3. В качестве Na-Cl-ионитных противоточных фильтров используются фильтры ФИПа I-1,4-0,6Н с незначительной реконструкцией (замена верхних и нижних распредустройств на устройства с полипропиленовыми дренажными колпачками, установка смотровых окон, установка дополнительных внутренних устройств).

Для обеспечения проектной производительности ХВО для подпитки паровых котлов (100 м³/ч) потребуется 5 шт. Na-Cl-ионитных фильтра из расчета:

-         3 шт. фильтра находятся в работе;

-         1 шт. фильтр – на регенерации;

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

4.4. В натрий-хлор-ионитные фильтры (4 шт.) загружаются:

-         сильнокислотный катионит Пьюролай С-100 высотой слоя 1,4 м (нижний слой);

-         высокоосновной анионит – органопоглатитель скаванжер) Пьюролайт А-860 S высотой слоя 1,2 м (средний слой);

-         плавающий инертный материал (гранулированный полиэтилен) высотой 0,20 м плюс верхняя сфера фильтра (верхний слой).

Между слоем плавающего инерта и слоем анионита А-860 имеется свободное пространство в пределах 0,1 – 0,2 м.

4.5. Регенерация натрий-хлор-ионитного фильтра производится восходящим потоком 2-8%-ым раствором поваренной соли (NaCl). Регенерационный раствор готовится на умягченной воде. При этом оба иона регенерационного раствора используются: анион хлора вытесняет из анионита ранее поглощенные из исходной воды ионы HCO, SO и органические вещества, а катион натрия вытесняет из катионита поглощенные катионы кальция и магния.

При производительности каждого Na-Cl-ионитного фильтра 34 м³/ч его фильтроцикл составит 12-14 часов. Потребность в соли для регенерации одного фильтра составит 425 кг 100%-ой NaCl.

4.6. Состав основного оборудования ХВО после реконструкции представлен в таблице 1.

 

Таблица 1.

 

 

№ п/п	Наименование	Кол-во	Тип, характеристика	Примечание
1.	Бак исходной воды			Существующий
2.	Насос сырой воды			Существующий
3.	Осветлительный фильтр двухкамерный	3	ФОВ-2К-3,4-0,6	Существующий
№ п/п	Наименование	Кол-во	Тип, характеристика	Примечание
4.	Натрий-катионитный фильтр I ступени (для подпитки теплосети)	2	ФИПа I-3,4-0,6	Существующий
5.	Натрий-хлор-ионитный противоточный фильтр (для подпитки паровых котов)	5	ФИПа I-1,4-0,6Н модернизированный	Новый
6.	Бак умягченной воды			Существующий
7.	Бак химочищенной воды			Существующий
8.	Насос умягченной воды			Существующий
9.	Насос химочищенной воды			Существующий
10.	Бак рабочего раствора соли	2	V=10 м3	Новый
11.	Насос собственных нужд натрий-хлор-ионитного фильтра	2	Х-80-50-160 Q= 50 м3/ч Н=32 м. в. ст.	Новый
12.	Эжектор соли	1		Новый
13.	Фильтрующие материалы, м3: -   гидроантрацит (отечественный) -   сильнокислотный катионит Пьюролайт С-100 -   высокоосновной анионит-органопоглатитель Пьюролайт А-860S -   инертный материал IF-62 -   итого	60   9,5   8,0       3,5 81

 

 

 

5.     Организация проектирования и реконструкции ХВО.

 

Компания ООО «Промышленные системы» предлагает выполнение работ по реконструкции ХВО, исходя из комплекса решении задачи.

В первую очередь основное внимание будет уделено снижению стоимости реконструкции. При этом внедрение передовой технологии обработки воды позволит сократить объемы и сроки реконструкции, снизить эксплуатационные затраты, улучшить экологические показатели водоподготовки.

Основой успешной реконструкции ХВО является комплексный подход, сдача его Заказчику «под ключ», что включает выполнение следующих работ и услуг:

1.     Проектная и конструкторская документация;

2.     Поставка оборудования, трубопроводов, арматуры, приборов, кабельной продукции, конструкций, материалов, ионитных смол;

3.     Строительно-монтажные работы и антикоррозийные покрытия  оборудования и трубопроводов.

4.     Авторский надзор и шеф – монтаж;

5.     Пуско-наладочные работы и разработка режимных карт;

6.     Комплексное опробование и сдача объекта в эксплуатацию при достижении проектных показателей.

Перечень работ и услуг, безусловно, согласовывается с Заказчиком, все работы выполняются по этапам и сроки, утвержденные Заказчиком.

 

6. Этапы реконструкции ХВО

 

Предлагается выполнить реконструкцию ХВО в два этапа.

6.1.        На первом этапе поставляется и монтируется один противоточный Na-Cl – ионитный фильтр диаметром 1 400 мм, один бак рабочего раствора соли (V=10м³) и один насос собственных нужд (50м³/₂), а также поставляются загрузочные материалы для Na-Cl- ионитного фильтра (катионит С-100, анионит А-860S и инертный материал) в количестве 5,25м³.

Максимальная производительность данного опытно-промышленного фильтра составит 40 м³/₂ (т.е. 40% от проектной производительности ХВО), что позволит уменьшить щелочность в котловой воде и содержание углекислоты в паре и подтвердить технологическую схему очистки воды.

 

6.2.        На втором  этапе выполняется реконструкция ХВО в полном объеме согласно п.4 настоящего предложения и табл. 1.

 

7.     Стоимость реконструкции ХВО и сроки её выполнения

 

7.1.                          Стоимость реконструкции ХВО составит  8 980 тыс. рублей, без НДС, в том числе:

-         проектные работы  780 тыс. рубле;

-         поставка оборудования, устройств, загрузочные материалов 5 100тыс. рублей;

-         строительно-монтажные работы (включая КИП, антикоррозийные работы, электрика, арматура, трубопроводы) 2 900 тыс. рублей;

-         пусконаладочные работы 200 тыс. рублей.

 

Стоимость реконструкции ХВО дана ориентировочно по состоянию на III квартал 2003 г. и будет установлена после согласования Заказчиком технологической схемы  и  компоновки оборудования.

Сроки выполнения работ по реконструкции ХВО составит 6-8 месяцев (при условии стабильного финансирования этапов работ).

7.2.        Стоимость выполнения первого этапа (опытно-промышленный фильтр диаметром 1400 мм включая загрузочные материалы и установку регенерации.) составит

2 800 тыс. рублей без НДС.