ТСЦ ОАО «Северсталь»

 

Реконструкция водоподготовительной установки СИО и котлов – утилизаторов

 

Техническое предложение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва, 2001г.

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

		СТР.
	Аннотация	3
1.	Существующее положение	3
2.	Существующие передовые противоточные технологии ионного обмена	3
3.	ВПУ подпитки СИО и котлов – утилизаторов.	5
4.	Описание конструкции противоточного фильтра	6
5.	Эксплуатация противоточного фильтра	7
6.	Апробация технических решений и технологий	7
Рис.1.	Принципиальная технологическая схема ВПУ после реконструкции (вариант 1)	8
Рис.2.	Принципиальная технологическая схема ВПУ после реконструкции (вариант 2)	9
Рис.3.	Режим эксплуатации противоточного фильтра по технологии UP.CO.RE.	10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АННОТАЦИЯ.

 

             Настоящая работа  выполнена ООО «Промышленные системы» с целью предварительной проработки технических решений по реконструкции существующей ВПУ подпитки СИО и котлов – утилизаторов, которые обеспечат:

-           сокращение количества ионитных фильтров за счет внедрения противоточной технологии натрий – катионировния на существующих фильтрах ФИПа I – 3,4-0,6 (используются 8 фильтров), которые обеспечат производительность 1550 м3/ч;

-           получение качества умягченной воды для подпитки котлов, удовлетворяющей требованиям ПТЭ;

 

1.     СУЩЕСТВУЮЩЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ.

 

В настоящее время на ТСЦ эксплуатируется водоподготовительная установка подпитки СИО и котлов – утилизаторов, производительностью 1050 м3/ч, работающая по схеме: «Механическая фильтрация на осветлительных трехкамерных фильтрах, двухступенчатое натрий – катионирование на параллельноточных фильтрах».

Исходной водой для ВПУ является р. Шексна.

Рассмотрев существующее положение, можно сделать следующие выводы:

-           т.к. в качестве исходной воды используется речная вода, необходимо эксплуатировать установку предварительной очистки воды в соответствии с проектным решением – коагуляция в осветлителях, механическая фильтрация на осветлительных фильтрах;

-           при использовании технологии противоточного натрий – катионирования сокращается количество задействованных фильтров, уменьшается расход поваренной соли, уменьшается объем сбросов.

 

 

2.     Существующие передовые противоточные технологии ионного обмена.

 

Надежность работы энергетического оборудования электростанций непосредственно связана с качеством подпиточной воды котлов и теплосети.

Для подпитки энергетических котлов средних и высоких параметров в основном используется, соответственно, умягченная и обессоленная вода, при получении которой широко применяется технология ионного обмена по схеме 2-х ступенчатого химического умягчения или обессоливания исходной воды на базе параллельноточных 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 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 и умягчения.

В настоящее время на ряде ТЭС России и стран СНГ находятся в стадии внедрения и испытаний различные зарубежные технологии противоточного ионирования, такие как UPCORE (ТЭЦ-12 АО «Мосэнерго», Калининская АЭС, Киевская ТЭЦ-5), АМБЕРПАК (ГЭС-1 АО «Мосэнерго», Нижнекамская ТЭЦ-1, Тбилисская ТЭЦ).

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 и значительную зависимость от качества поступающей воды.

При неэффективной работе предочистки, в частности возможности выноса шлама из осветлителей, или взвешенных веществ после механических фильтров, работа противоточных фильтров резко ухудшается. Особенно это актуально для технологий АМБЕРПАК и ШВЕБЕБЕД. Прежде чем приступать к освоению данных противоточных технологий, необходимо предварительно наладить режимы работы осветлителей и механических фильтров.

Согласно данным фирмы «Дау Кемикал» (США) технология UP.CO.RE наименее зависима от эффективности работы предочистки и соответственно от качества исходной воды по взвешенным веществам.

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

 

3.     ВПУ ПОДПИТКИ СИО И КОТЛОВ – УТИЛИЗАТОРОВ.

 

Учитывая, что исходной водой для данной ВПУ является р. Шексна, предлагается  2 варианта схемы работы установки при увеличении производительности до 1550 м3/ч:

 

1 вариант – коагуляция в осветлителях, механическая фильтрация на 3-х     камерных осветлительных фильтрах, натрий – катионирование на противоточных фильтрах, работающих по технологии UP.CO.RE.;

2 вариант – коагуляция в осветлителях механическая фильтрация на 3-х камерных осветлительных фильтрах, двухступенчатое натрий – катионирование на параллельноточных фильтрах.

 

По 1 варианту.

Для коагуляции воды используются существующие три осветлителя Q = 350 м3/ч, один осветитель Q = 400м3/ч и необходимо установить один новый осветлитель Q = 630м3/ч. Для приема и хранения коагулянта необходим склад коагулянта с тремя ячейками по 215 м3.

В качестве осветлительных фильтров используются существующие 3-х камерные фильтры (8 штук). Осветлительные фильтры загружаются гидроатнрацитом, обладающим высокими технологическими показателями (истираемость, однородность грансостава, качество фильтрата) по сравнению с традиционным антрацитом.

В качестве противоточных Na- катионитных фильтров используются существующие Na- катионитные фильтры I  ступени ФИПа I – 3,4-0,6 (8 штук) с незначительной их реконструкцией и с учетом следующих режимов:

6 фильтров находятся в работе;

1 фильтр -  на регенерации;

1 фильтр -  резервный (пустой для гидроперегрузки на случай ремонта).

Противоточные Na-катионистые фильтры загружаются сильнокислотным катионитом марки «Dowex» Mono С-600 и инертным материалом «Dowex» IF-62. Эксплуатация противоточных фильтров производится по прогрессивной технологии UP.CO.RE (см. разделы 4 и 5 настоящего технического предложения).

Регенерация Na-катионитных фильтров производится 8% раствором поваренной соли. Противоточная технология позволяет при низком удельном расходе поваренной соли (1,5 г-экв/г-экв) и одноступенчатой схеме  обработки воды получить высокое качество умягченной воды с общей жесткостью не более 5,0 мкг-экв/л.

Принципиальная технологическая схема ВПУ подпитки СИО и котлов-утилизаторов по варианту № 1 представлена на рис. 1.

 

По 2 варианту.

Для коагуляции используется все то же оборудование, как и по варианту № 1.

В качестве осветительных фильтров используются существующие 3-х камерные фильтры (9 шт.), загруженные гидроантрацитом.

В качестве Na-катионистых фильтров I ступени используются существующие фильтры ФИПа I-3,4-0,6 (9 шт.) с доустановкой двух аналогичных фильтров.

В качестве Na-катионистых фильтров II ступени используются существующие фильтры ФИПа II-3,0-0,6 (7 шт.).

Na-катионитные фильтры загружаются сильнокислотным катионитом Амберлайт IR-120, который является аналогом смолы КУ-2-8.

Амберлайт IR-120 имеет ряд преимуществ по сравнению с КУ-2-8, а именно:

-           срок службы 10 лет (вместо 5 лет);

-           истирание и износ 5% в год (вместо 15-20%);

-           снижение обменной емкости 1-2% в год (вместо 5-7%).

 

Кроме того, IR-120 выпускается в Na-форме, что отсутствует у отечественной смолы.

Для регенерации Na-катионитных фильтров I ступени используется 8 %-ный раствор поваренной соли, для регенерации Na-катионитных фильтров II ступени – 10 %-ный раствор поваренной соли. Удельный расход поваренной соли составляет 2-2,5 г-экв/г-экв для I ступени и 5 г-экв/г-экв для II ступени.

Принципиальная технологическая схема ВПУ подпитки СИО и котлов-утилизаторов по варианту № 2 представлена на рис. 2.

 

4. 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 0,4-0,6 мм. Верхнее (новое) распределительное устройство служит для подачи исходной (осветленной) воды и отвода отработанного регенерационного раствора. Нижнее (существующее) дренажное устройство обеспечивает отвод обработанной умягченной воды, а также 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 200-300мм.

 

5.     Эксплуатация противоточного фильтра.

 

Режим эксплуатации противоточного фильтра по технологии UP.CO.RE схематически представлена на рис. 2 Приложения.

Эксплуатация противоточного фильтра по технологии UP.CO.RE. состоит из следующих операций:

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

-            взрыхление и одновременное прижатие ионообменных материалов к верхнему дренажно-распределительному устройству за счет подачи умягченной воды снизу вверх со скоростью потока – 30 м/ч. Продолжительность данной операции 3-5 минут;

-            регенерация ионитов 8%-ым раствором NaCl снизу вверх при скорости потока – 10 м/ч и в течение 20-30 минут;

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

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

 

6.     Апробация технических решений и технологий.

 

         Представленные технические решения и технологии новой ВПУ подпитки котлов и теплосети успешно работают на многих отечественных и зарубежных ТЭС.

 

6.1. Двух или трехкамерные осветлительные фильтры загруженные гидроантрацитом (отечественного и импортного производства) ТЭЦ-21, 22, 25 и 26 «Мосэнерго» и др.

6.2. Противоточныая технология UP.CO.RE (фирма «Дау Кемикал») на отечественном оборудовании (фильтры ФИПа 1-3.4-0,6) с незначительной реконструкцией:

- Na-катионирование – Киевская ТЭЦ-5 (с 1996 г.)

- химобессоливание – ТЭЦ-12 «Мосэнерго» (с 1999 г.)

 

 

 

 

 

 

                                                   1                                                2                                           4                               5

 

 

М

        

Na

                                                          

                                                                                             

  Исходная вода                                                                  3

 р. Шексна                                                                                     

                                                                                                                                                                         

                                                                                              

                                                                                                   На подпитку СИО

                                                                                                  и котлов-утилизаторов

                                                                                                                                                                                                1550 м³/ч

	Na Cl

 

 

 

1. Осветлитель

2. Бак коагулированной воды

3. Насос коагулированной воды

4. Осветительный 3-х камерный фильтр

5. Натрий-катионитный противоточный фильтр

 

 

Рис.1. Принципиальная технологическая схема ВПУ ТСЦ ОАО «Северсталь» после реконструкции (вариант № 1)

 

 

 

 

                                                                                                                          NaCl                    NaCl

                                                                          1                                                 2                                             4                                                                              5

                                                                                                                  

                                                                                                                                                     6

 

 

                                                                                                        М

                                                                                                                                                                                                      Na I                                  Na II                                                                                                                                                         

Исходная вода                                                      3

 

р. Шексна

На подпитку СИО и котлов-утилизаторов 1550 м3/ч

                                                                                                                                                        

                                                                                                                                                       

                                                                                                                                                      

                                                                                                                                                      

                                                                                                                                                                                                                                                                       1. Осветлитель

2. Бак коагулированной воды

3. Насос коагулированной воды

4. Осветительный 3-х камерный фильтр

5. Натрий-катионитный  фильтр I ступени

6. Натрий-катионитный  фильтр II ступени

Рис.2. Принципиальная технологическая схема ВПУ ТСЦ ОАО «Северсталь» после реконструкции (вариант № 2)

		а) режим работы                          б) режим регенерации
				1.     Корпус фильтра; 2.     Верхнее распредустройство; 3.     Нижнее распредустройство; 4.     Слой ионитов; 5.     Слой инертного материала; 6.     Свободное пространство.
	Рис. 3. Режим эксплуатации противоточного фильтра по технологии UP.CO.RE.
							10