В процессах работы крупных предприятий промышленной энергетики вода и водяной пар выполняют роль теплоносителей в водных и водопаровых трактах. Надлежащая подготовка воды здесь имеет большое значение. Практически ни одно предприятие, независимо от отрасли промышленности, не может обеспечивать нормальное функционирование без высококачественной очищенной воды на различных этапах производства.
Качество воды, поступающей на оборудование ТЭЦ или ГЭС, напрямую влияет на срок его службы и уменьшение вероятности непредвиденных сбоев, так как замена поврежденных элементов – дорогостоящее мероприятие. При этом важно учитывать организацию рационального водного режима станций с учетом их гидродинамических характеристик, процессов теплообмена в отдельных теплопередающих элементах и физико-химических процессов загрязнения генерирующего пара.
Вода на электростанциях применяется для различных целей:
- для генерации пара в котлах и испарителях;
- для конденсации отработавшего пара в конденсаторах паровых турбин и других теплообменных аппаратах;
- для охлаждения продувочной воды и подшипников дымососов;
- в качестве рабочего теплоносителя в теплофикационных отопительных сетях и сетях горячего водоснабжения.
На поверхностях нагрева парогенераторов и тепловыделяющих элементов могут образовываться нерастворимые отложения, которые влияют на процесс эксплуатации станций. Бесперебойная и надежная работа тепловых электростанций в значительной степени зависит от качества теплоносителя, получаемого на водоподготовительных установках (ВПУ).
Опыт эксплуатации мощных энергоблоков в России и за рубежом подтверждает, что безаварийная работа теплоэлектростанций тесно связана с оптимальной организацией водоподготовки и водного режима. Основной целью установок водоподготовки является предотвращение образования отложений, включая кальциевые соединения, на внутренних поверхностях труб парообразующих и пароперегревательных установок. Важной задачей также является уменьшение образования отложений (соединения меди, железа, кремниевой кислоты, натрия и солей жесткости) на внутренних поверхностях турбогенераторов.
Необходимость очистки воды на таких предприятиях обусловлена ростом удельных тепловых нагрузок парообразующих труб. Для жесткого ограничения допустимой величины осадка нужно минимизировать количество примесей, которые поступают в водяной тракт электростанции (особенно это касается элементов, вызывающих коррозию). Кроме того, обязательна организация периодической подачи в пароводяной тракт электростанции различных реагентов, уничтожающих или ограничивающих действие особенно вредных примесей.
В ситуациях высокого или близкого к критическому давления, изменяются условия для следующих процессов:
- образование пара;
- теплообмен при кипении;
- гидродинамика паровой смеси в трубах котла;
- свойства самого рабочего тела.
Так, например, при повышении давления:
- резко повышается плотность водяного пара;
- снижается скорость пароводяной смеси в парообразующих трубах;
- снижается поверхностное натяжение и вязкость воды.
Все это способствует образованию накипи и коррозии, которые могут вывести из строя важные для работы станции элементы. Их замена или починка – затратные как по времени, так и по стоимости процессы. Остановка работы всего предприятия по выработке жизненно-важных человеческих ресурсов может привести к масштабным негативным последствиям:
- экстренное перераспределение энергии на другие ТЭЦ в Единой энергетической системе;
- переведение станции в аварийный режим;
- поиск и устранение неполадок в ускоренном темпе.
Вода, поступающая на водоподготовительные установки (ВПУ) в электростанциях, проходит проверку по следующим физико-химическим показателям, которые оказывают влияние на многие рабочие процессы:
- содержание взвешенных и органических веществ;
- содержание соединений угольной кислоты;
- жесткость;
- содержание соединений железа, меди, кремниевой кислоты;
- показатель концентрации водородных ионов рН;
- общее содержание растворенных веществ.
Типовая схема водоподготовки для ТЭЦ включает в себя:
- осветлительный фильтр;
- систему механической фильтрации (засыпные фильтры);
- ионный обмен (умягчение);
- доочистку (фильтрация до 0, 0001 мкм).
Данную цепочку можно модернизировать с помощью различного оборудования в зависимости от качества исходной воды и конечного результата. На первом этапе водоподготовки специалистами НПЦ «ПромВодОчистка» предлагается использовать оборудование для грубой очистки, которое задерживает крупные загрязнения:
- гидроциклоны. Серии гидроциклон ПВО-ГЦ подходит для масштабов промышленных предприятий и защищает оборудование на последующих стадиях очистки воды.
В качестве второй ступени механической очистки рекомендуется использовать оборудование более тонкой механической фильтрации:
- сетчатые фильтры, произведенные на собственных мощностях нашей компании, марки ПВО доказали свою эффективность при обработке больших объемов воды. Производительность отдельных моделей достигает 1500 куб.м/ч.
- дисковые фильтры рассчитаны на расходы от 200 куб.м/ч до 3,000 куб.м/ч со степенью фильтрации от 20 до 400 микрон. Нужная модель так же подбирается инженерами исходя из индивидуальных показателей рабочей среды.
Данное оборудование способно задерживать частицы размером до 20 мкм, однако требования к используемой на электростанциях воде значительно выше, поэтому далее она поступает на фильтры тонкой очистки.
Так как турбины высокого давления достаточно чувствительны к скапливающимся на их лопатках загрязнениям, необходимо улучшить качество пара, чтобы избежать потери мощности из-за накопления отложений в проточной части. Именно для этого и используется тонкая фильтрация.
Устранение взвешенных веществ происходит в процессе коагуляции. В случае отсутствия стадии коагуляции в схеме водоподготовительных установок из воды даже частично не удаляются вещества, находящиеся в коллоидном состоянии. Поэтому данный процесс обязателен перед дальнейшей очисткой воды. Для полного удаления из воды грубодисперсных частиц и скоагулированных коллоидных частиц жидкость пропускается через слой зернистого или пористого материала в осветительных фильтрах. При фильтровании воды твердые частицы задерживаются на поверхности или в толщине фильтрующего материала.
Жесткость воды также является одним из ключевых показателей качества среды, используемой на тепловых электростанциях. Если исходная вода будет повышенной жесткости, увеличивается риск образования накипи и осадка на элементах оборудования, что приводит в конечном итоге к выходу его из строя. При превышении показателя содержания железа в исходной воде и для предотвращения прохождения окисленного железа на дальнейшие стадии очистки компания ООО «НПЦ ПромВодОчистка» может предложить несколько методов очистки.
Наиболее прогрессивный и эффективный метод – применение мембранных технологий. Для удаления солей жесткости и соединений фтора наши специалисты рекомендуют установки, в основу которых положен принцип обратного осмоса. С этой же задачей могут справиться и ионообменные системы, однако соединения фтора являются сложно удаляемыми загрязнениями. Избавиться от них с помощью данных систем – дорогостоящий процесс из-за стоимости загрузки.
Таким образом, для финальной стадии очистки воды рекомендуется установить системы с использованием мембран, где уровень фильтрации достигает 0,0001 мкм:
- установки обратного осмоса серии ПВО-RO, которые позволяют разделить воду и растворенные в ней вещества на молекулярном уровне. В результате получается высококачественная очищенная вода, которая соответствует стандартам и потребностям различных отраслей и сфер применения.
Конечно, у каждого производственного процесса индивидуальные требования к качеству воды и составу, а также мощности водоподготовки. Для подбора правильной очистной системы важно понимать состав подаваемой воды и ее показатели на выходе. Ответственный подход к процессу водоподготовки и подбору технологических схем фильтрации значительно снижает риски возникновения поломок и, как следствие, внеплановых затрат ресурсов на их устранение. Фильтры очистки большого объема воды являются здесь главными элементами, так как затраты на их установку и обслуживание значительно меньше, чем цена починки дорогостоящего оборудования ТЭЦ.