О существующей проблемеОбработка исходной воды на водоподготови-

тельных установках (ВПУ) котельных и ТЭЦ дляподпитки открытых тепловых сетей часто произ-водится методом Н-катионирования с режимом«голодной» регенерации фильтров. Отличитель-ной особенностью метода является использо-вание серной кислоты с минимальным удель-ным расходом не выше стехиометрического1 г-экв/г-экв поглощенных катионов, в отличиеот остальных способов параллельно-точной ио-нообменной очистки с удельными расходамиреагентов более 2 г-экв/г-экв. ХимочищеннаяН-катионированная вода характеризуется одно-временным снижением жесткости, щелочности,карбонатного индекса и солесодержания.

В качестве загрузочного материала фильтровна действующих ВПУ традиционно используетсясульфоуголь, характеристики которого при дли-тельном использовании не соответствуют, какправило, требованиям ТУ 113-08-5015182-78-91по значениям динамической обменной емкости(фактически менее 150-200 г-экв/м3) и механи-ческим свойствам. В результате происходитсущественный перерасход кислоты и воды насобственные нужды вследствие учащения коли-чества регенераций фильтров. Недостаточнаявысота загрузки сульфоугля наряду с его низкимкачеством приводят, в конечном счете, к ограни-чению производительности котельных по выра-ботке подпиточной воды.

Производство сульфоугля в России практическипрекращено, а на Западе его не используют уже бо-лее 30 лет. В связи с этим крайне актуален переводфильтров ВПУ на работу с современными слабо-кислотными карбоксильными катионитами. На оте-чественном рынке имеется много марок эффектив-ных карбоксильных катионитов, рекомендуемыхдля использования в схемах открытого горячего во-доснабжения, с рабочей обменной емкостью, напорядок превышающей таковую для сульфоугля.

Перевод фильтров на работу с новым высоко-емким ионообменным материалом не сводится

к простой перезагрузке материала в фильтрах,как это часто предполагается, а требует разра-ботки и реализации ряда технических решений,предотвращающих прямую потерю дорогостоя-щего карбоксильного катионита, а также обра-зование отложений сульфата кальция в процес-се регенерации и транспортировки сточных вод.

Недостаток информации о технических усло-виях использования карбоксильных катионитовв промышленных условиях наряду с высокойстоимостью материала являются сдерживаю-щими факторами их широкого применения.

Особенности и опытвнедрения карбоксильных катионитовВ статье приводятся основные результаты

применения карбоксильных катионитов в ко-тельной ПП «Белгородской ТЭЦ». Работы былиначаты в 1999 г. при техническом сопровожде-нии со стороны ЗАО ИЦ «Авелит» и ОАО «Объе-динение ВНИПИэнергопром». Реконструкциявыполнялась на ВПУ максимальной производи-тельностью 1000 м3/ч, оснащенной фильтрамидиаметром 3 м при работе на артезианской во-де средней жесткостью 8 мг-экв/дм3 и щелочно-стью 6,5 мг-экв/дм3.

Одним из основных условий обеспечения на-дежной эксплуатации фильтров является опреде-ление оптимальной скорости подачи регенераци-онного раствора и отмывки. Фирмы-производи-тели карбоксильных катионитов рекомендуют не-обоснованно широкий диапазон скоростей дляподачи регенерационного 0,5-0,8% раствора сер-ной кислоты: от 5 до 20 м/ч (Lewatit CNP80, DowexMAC-3), от 8 до 15 м/ч (Тулсион СХО12) и от 15 до40 м/ч (Амберлайт IRC86). Выполненные намистендовые испытания и опыт многолетней эксплу-атации фильтров с карбоксильными катионитамипозволяют рекомендовать скорость регенерациии отмывки равную 15-20 м/ч (в зависимости от ус-ловий применения), т.е. значительно большую,чем для сульфоугля. Такое решение обуславлива-ет необходимость реконструкции регенерацион-

Но

вост

и т

еп

ло

сна

бж

ен

ия

№ 3

(м

ар

т);

20

10

г.

ТЕ

ХН

ИК

А И

ТЕ

ХН

ОЛ

ОГИ

И

38

ВОДОПОДГОТОВКА

Модернизация водоподготовительных установокподпитки теплосети по «малосточной» технологииА.В. Мамошкин, технический директор,А.А. Аваков, генеральный директор, ЗАО Инженерный Центр «Авелит», г. Белгород;д.т.н. В.В. Шищенко, профессор, заведующий лабораторией экологии и водоподготовки,ОАО «Объединение ВНИПИэнергопром», г. Москва;к.т.н. В.Г. Голиков, директор по инвестициям филиала «Белгородская региональная генерация»,ОАО «ТГК-4», г. Белгород

ного узла ВПУ с изготовлением нестандартногоэжектора повышенной производительности илимонтажа соответствующих насосов-дозаторов.

Другим важным условием надежной и эконо-мичной эксплуатации фильтров с карбоксиль-ным катионитом является высота загрузки.Фирмы-производители регламентируют толькоминимальную высоту загрузки в пределах 0,7-0,8 м, оставляя открытым ответ на важный во-прос: «А сколько, собственно, допустимо загру-жать карбоксильного катионита в фильтр без от-рицательных последствий?». Применительно кусловиям рассматриваемого объекта была при-нята высота загрузки фильтров, равная 1,5 м.Следует отметить, что в фильтрах с высотой за-грузки менее 1 м при работе на жесткой водеуказанного качества происходит существенноеснижение рабочей обменной емкости катионитапрактически в 1,5 раза.

В проекте модернизации ВПУ был реализо-ван целый ряд технических решений, повышаю-щих надежность работы:■ замена нижних дренажно-распределитель-ных систем фильтров на фильтрующие элемен-ты с щелями 0,2 мм и монтаж на выходе фильт-ров-ловушек зернистых материалов;■ замена верхних распределительных системфильтров на щелевые лучи, предотвращающиепотерю катионита при взрыхляющих промывках;■ перемонтаж на большие диаметры части тру-бопроводов и арматуры обвязки;■ стабилизация давления исходной воды ВПУ спомощью преобразователей частоты электро-двигателей и автоматическое резервированиеисточника эжектирующей воды, позволяющеепродолжить процесс регенерации при перебояхв подаче исходной воды;■ оснащение ВПУ современными физико-хи-мическими приборами контроля и регистрациикачества воды.

Очевидно, что вышеперечисленный непол-ный перечень работ по реконструкции ВПУ при-веден в качестве примера. Все технические ре-шения для конкретных объектов должны разра-батываться специализированными проектнымии наладочными предприятиями.

Достигнутые практические результаты мно-голетней работы реконструированных фильтровс карбоксильным катионитом в котельной ПП«Белгородской ТЭЦ» следующие.

1. Среднее качество обработанной воды нафильтрах показано на рис. 1: щелочностьЩост=0,4-0,5 мг-экв/дм3, карбонатный индексИк=0,5-0,7 (мг-экв/дм3)2, что меньше регламен-тируемого ПТЭ [1] при pH25≤9 и нагреве водыдо 150 ОC.

2. Увеличена единичная производитель-ность фильтров с 70 до 120-140 м3/ч.

3. Количество действующих фильтров со-кращено в 2 раза.

4. Рабочая обменная емкость карбоксильно-го катионита Lewatit CNP80 в данных условияхработы составила в среднем 2300 г-экв/м3.

5. Количество сточных вод фильтров ВПУ со-кращено в среднем с 17 до 7% по замерам во-досчетчиков и хорошо согласуется с расчетны-ми значениями:■ собственные нужды ВПУ с сульфоуглем дореконструкции составляли:

Qсу=100qсу(Щ0–Щост.)/Eсу==100.5,7(6,5–0,5)/200=17,1%;

■ собственные нужды реконструированныхфильтров, загруженных карбоксильным катио-нитом:

Qкк=100qкк(Щ0–Щост.)/Eкк==100.27(6,5–0,5)/2300=7%.

Здесь Щ0, Щост. – щелочность исходной иобработанной воды, мг-экв/дм3; qсу, qкк – фак-тические удельные расходы воды на регенера-цию и отмывку сульфоугля и карбоксильного

ТЕ

ХН

ИК

А И

ТЕ

ХН

ОЛ

ОГИ

ИН

ово

сти

те

пл

осн

аб

же

ни

я №

3 (

ма

рт)

; 2

01

0 г

.

39

Рис. 1. График изменения качества воды за фильтроцикл.

катионита, м3/м3; Есу, Екк – рабочие обменныеемкости сульфоугля и карбоксильного катио-нита, г-экв/м3.

6. Сокращен расход кислоты на обработкуводы в среднем на 9%. Уменьшение затрат кис-лоты при использовании карбоксильных катио-нитов отмечалось и другими авторами [2] и объ-ясняется нами как результат уменьшения не-производительных потерь кислоты на нейтрали-зацию щелочности исходной воды, затраченнойна приготовление регенерационного раствора иотмывку катионита.

7. Количество регенераций фильтров на ВПУсокращено в 6 раз.

8. Потребность ВПУ в карбоксильном катио-ните, с учетом уменьшения высоты загрузки иколичества фильтров, сокращена в 2,5-3,3 разаот количества использовавшегося ранее суль-фоугля; дозасыпка карбоксильного катионитане производилась.

9. Буферные фильтры после Нг-фильтров скарбоксильным катионитом выведены из схемыработы (регулирование щелочности воды при не-обходимости производится добавлением Na-ка-тионированной воды с резервного фильтра).

Экономическая эффективность замены суль-фоугля на карбоксильный катионит в основномобусловлена снижением общего количествасточных вод и соответствующего сокращениярасхода тепловой и электрической энергии,уменьшения потребления серной кислоты, а так-же исключения затрат на дозасыпку катионита.

Расчеты показывают, что, несмотря на срав-нительно высокую стоимость карбоксильногокатионита, срок окупаемости необходимой ре-конструкции ВПУ при действующих ценах непревышает 2 года.

Полученную прибыль от использования вы-сококачественного загрузочного материала це-лесообразно направить на решение проблемэкологии ВПУ.

Сточные воды ВПУ при работе на сульфоугле,а тем более при работе с карбоксильным катио-нитом, характеризуются многократным превы-шением предельно допустимых концентраций(ПДК) по сульфатам и солесодержанию. Данныепо качеству сточных вод от регенерации фильт-ров, загруженных карбоксильным катионитом,приведены на рис. 2.

Усредненный качественный состав сточныхвод ВПУ подпитки теплосети с Нг-фильтрами, за-груженными карбоксильным катионитом, можнорассчитать по балансовым формулам с помо-щью коэффициента концентрирования Kн [3]:

Kн=1+Eкк/qкк/(Щ0–Щост.);Caст=Ca+Kн(Ca–Caост.);

Mgст=Mg+Kн(Mg–Mgост.); Naст=Na;Hст=Kн(d–1)(Щ0–Щост.)=0 при удельном расходекислоты d=1 г-экв/г-экв;

SO4,ст=SO4+Щ0+Kн.d.(Щ0–Щост.); Clст=Cl;

где Ca, Mg, Na, Cl, SО4, Щ0 – концентрация ио-нов в исходной воде, мг-экв/дм3; Caст, Mgст,Naст, Hст, Clст, SO4,ст – концентрация ионов всточной воде, мг-экв/дм3; Caост, Mgост и Щост –концентрация ионов в обработанной воде.

Значительное превышение ПДК по сульфат-иону в стоках ВПУ по схеме Нг-катионирования,также как и в остальных ВПУ с ионообменнойтехнологией (по сульфат- или хлорид-иону в за-висимости от применяемых реагентов), ставятэксплуатирующие организации под постояннуюугрозу многократных штрафных санкций засброс загрязненных сточных вод. Кроме того,как видно из данных, приведенных на рис. 2,большая часть сточных вод (около 70%) содер-жит сульфат кальция в концентрациях, значи-тельно превышающих растворимость гипса вданных условиях. Это создает угрозу его крис-таллизации в системе канализации сточных вод.

Но

вост

и т

еп

ло

сна

бж

ен

ия

№ 3

(м

ар

т);

20

10

г.

ТЕ

ХН

ИК

А И

ТЕ

ХН

ОЛ

ОГИ

И

40

Рис. 2. График качества сточных водот регенерации фильтров, загруженных

карбоксильным катионитом.

ОООО АААА ОООО «««« ВВВВ НННН ИИИИ ПППП ИИИИ ЭЭЭЭ НННН ЕЕЕЕ РРРР ГГГГ ОООО ПППП РРРР ОООО ММММ »»»»

РРАЗРАЗРАБОТКА СТАБОТКА СТАНДАРТАНДАРТОВОВОРГОРГАНИЗАЦИЙАНИЗАЦИЙ

ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ НОРМАПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ НОРМАТИВНОЙТИВНОЙПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ВПУПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ВПУ

ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

www.vnipiep.ru, (495) 360-76-40

ре

кла

ма

Повышенная концентрация сульфат-иона всточных водах оказывает разрушающее воздей-ствие на конструкции из бетона и железа.

В то же время, основной технологический не-достаток фильтров с карбоксильным катионитом– высокое концентрирование сточных вод, можнопревратить в преимущество, организовав удале-ние пересыщенной части сульфата кальция. Какпоказали специальные исследования, выпадениегипса из отработанного регенерационного рас-твора начинается уже через несколько минут в ос-тановленном потоке и полностью заканчиваетсяболее чем через 12 ч. Из-за длительности данно-го процесса и выделения сильно увлажненногогипса метод не нашел практического применения.

На стендах ОАО «Объединение ВНИПИэнер-гопром» [4] и в котельной ПП «БелгородскойТЭЦ» была исследована методика выделениясульфата кальция из регенерационного потока вкристаллизаторе с «затравкой» зерен гипса. Ре-зультаты подтвердили эффективность такой очи-стки регенерационных потоков с Нг-фильтров доуровня растворимости гипса. Была также прове-рена работа фильтров в условиях многократногоповторного использования очищенного регене-рационного раствора и восстановленного добав-лением серной кислоты до исходной концентра-ции. Выполненные исследования [4] показали,что многократное использование очищенногорегенерационного раствора не ухудшает качест-во фильтрата и не понижает обменную емкостькатионита.

Принципиальная схема ВПУ с утилизациейстоков приведена на рис. 3. Исходная вода по-сле обработки в H-катионитных фильтрах с «го-лодной» регенерацией катионита 1 и декарбо-низаторах 2 собирается в баках декарбонизиро-ванной воды 3, откуда подается в деаэраторыподпиточной воды теплосети. Для взрыхлениякатионита в фильтрах 1, приготовления раство-ра кислоты для его регенерации и начальнойстадии отмывки используются сточные воды отпредыдущей регенерации после осаждения иотделения гипса.

В процессе регенерации и отмывки сточныеводы с содержанием кальция менее 25-30 мг-экв/дм3 собираются в баке 6, а более жесткие –пропускаются через кристаллизатор 4, загру-

ТЕ

ХН

ИК

А И

ТЕ

ХН

ОЛ

ОГИ

ИН

ово

сти

те

пл

осн

аб

же

ни

я №

3 (

ма

рт)

; 2

01

0 г

.

41

Рис. 3. Схема Hг-катионирования воды с утилизацией сточных вод:1 – Hг-фильтр; 2 – декарбонизатор; 3 – бак декарбонизированной воды; 4 – кристаллизатор; 5 – бак-отстойник;

6 – бак осветленной воды; 7 – бункер для сбора и обезвоживания гипсового шлама; 8 – бак сбора фильтрата.

ре

кла

ма

женный гипсовым шламом. В связи с большойудельной поверхностью этого шлама в кристал-лизаторе происходит интенсивная кристаллиза-ция гипса из раствора, и содержание сульфатакальция в нем снижается до 28-30 мг-экв/дм3,что близко к растворимости гипса в данных ус-

ловиях. Содержание магния в растворе остает-ся неизменным.

Стабилизированный по гипсу раствор и водывзрыхления собираются в баке 5, где происходитих осветление. Осветленный раствор смешива-ется с маломинерализованными стоками в баке6. Основная часть сточных вод из бака 6 исполь-зуется в процессе следующей регенерациифильтров, а их избыток подмешивается к умяг-ченной воде, подаваемой на подпитку теплосети.

Осадок гипса, образовавшийся в кристалли-заторе 4, периодически выпускается в бункер 7,снабженный дренажной системой, через кото-рую основная часть сточных вод дренируется вбак сбора фильтрата 8, откуда подается в бак 5.Частично обезвоженный гипс с остаточнойвлажностью 25-30% вывозится автотранспор-том по мере накопления.

В результате при работе по описанной схемеобеспечивается полная утилизация вод взрых-ления, отработанного регенерационного рас-твора и отмывочных вод.

Конструкция кристаллизатора приведена нарис. 4. Образцы гипса, полученного в процессеопытно-промышленной апробации работы тако-го кристаллизатора на Казанской ТЭЦ-3 в схемеобработки сточных вод от регенерации Н-катио-нитных фильтров ионообменной обессоливаю-щей установки [5], приведены на рис. 5. Размеробразующихся частичек гипса зависит от режи-ма верхней и нижней продувок кристаллизатора.

Гипс, выделенный в процессе регенерации,обладает свойствами, позволяющими исполь-зовать его в строительстве, для обработки почвв сельском хозяйстве, для производства гипсо-вого вяжущего, а также для других целей. Коли-чество образующегося гипса зависит от произ-водительности ВПУ и состава исходной воды.Конкретный вариант утилизации гипса выбира-ется с учетом местных условий. При наличиипредприятия по производству гипсового вяжу-щего вещества из природного гипса, совмест-ная переработка относительно небольшого ко-личества высококачественного гипса, получен-ного из воды питьевого качества и чистой сер-ной кислоты, является наиболее эффективнымрешением данного вопроса.

Самоокупаемость предлагаемого решенияпроблемы очистки регенерационных сточныхвод Нг-фильтров с выделением и утилизациейгипса обеспечивается в основном за счет суще-ственного снижения их количества и следова-тельно сокращения значительной части затратна оплату исходной воды и стоков, затраченныхэлектро- и теплоэнергии.

Эффективность всех вышеперечисленных ра-бот по экономии воды на ВПУ, позволяющих ре-ально уменьшать потребление исходной воды исброс сточных вод, которая подтверждается не

Но

вост

и т

еп

ло

сна

бж

ен

ия

№ 3

(м

ар

т);

20

10

г.

ТЕ

ХН

ИК

А И

ТЕ

ХН

ОЛ

ОГИ

И

42

Рис. 4. Кристаллизатор для выделения гипсаиз сточных вод:

А – вход сточной воды от регенерации фильтра;Б – выход умягченной воды; В – выход гипсового шлама;

Г – сборник шлама.

Рис. 5. Образцы гипса.

только расчетами, но и замерами по водосчет-чикам, может значительно нивелироваться присуществующих недостатках методик учета водо-потребления, водоотведения и состояния хозра-счетных приборов. Дело в том, что основной по-казатель, определяющий эффективность ново-введений – количество сточных вод за опреде-ленный период – не определяется физически, арассчитывается, как правило, по разности пока-заний различных приборов: расхода исходнойводы; расхода сетевой воды по прямому и об-ратному трубопроводам теплосети. При такойметодике, когда накладываются погрешностинескольких приборов учета, ожидать приемле-мой точности оценки количества сточных вод неприходится. Более того, при таком подходе всяисходная вода делится однозначно только надве части: используемую для подпитки теплосе-ти и на сбрасываемую в канализацию. Реальновода может использоваться и на другие цели.

Поэтому для объективной оценки прибылиот модернизации ВПУ целесообразна органи-зация узла прямого замера потока сточных водВПУ. Преимущество такого решения заключает-ся в достигаемой «прозрачности» учета количе-ства сточных вод и универсальной применимо-сти для всех планируемых изменений схем ВПУ.

Из вышеизложенного можно сделать выводоб экологической и экономической актуальнос-ти модернизации технологии ВПУ с Нг-фильтра-ми путем замены сульфоугля на карбоксильныйкатионит, строительства узла выделения гипса иповторного использования основной частисточных вод по замкнутому контуру.

Литература

1. Правила технической эксплуатации электрических стан-

ций и сетей, РФ, 2003 г.

2. Угай Е.В. Способы снижения щелочности питательной

воды в схемах водоподготовки // Энергосбережение и

водоподготовка. № 5. 2007.

3. Мамошкин А.В., Ибрагимов Г.Ш. Расчетный метод опре-

деления количества и качественного состава сточных

вод катионитных водоподготовительных установок //

Теплоэнергетика. № 9.1976.

4. Шищенко В.В., Пащенко Ю.Е. Малоотходная технология

водород-катионирования с «голодной» регенерацией

катионита для подготовки подпиточной воды теплосети

// Новости теплоснабжения. № 11. 2003. С. 36-41.

5. Фардиев И.Ш., Закиров И.А., Силов И.Ю. и др. Опыт со-

здания комплексной малоотходной системы водополь-

зования на Казанской ТЭЦ-3 // Новое в российской эле-

ктроэнергетике. Ежемесячный электронный журнал.

2009. № 3. С. 30-37.

ТЕ

ХН

ИК

А И

ТЕ

ХН

ОЛ

ОГИ

ИН

ово

сти

те

пл

осн

аб

же

ни

я №

3 (

ма

рт)

; 2

01

0 г

.

43