ФИЛИАЛ «ЮЖНОУРАЛЬСКАЯ ГРЭС» АО «ИНТЕР РАО-ЭЛЕКТРОГЕНЕРАЦИЯ»

ФИЛИАЛ «ЮЖНОУРАЛЬСКАЯ ГРЭС»
АО «ИНТЕР РАО-ЭЛЕКТРОГЕНЕРАЦИЯ»
СЕКЦИЯ: II
ТЕМАТИЧЕСКОЕ НАПРАВЛЕНИЕ: ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ
ДЕЙСТВУЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
КОНКУРСНАЯ РАБОТА
«ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА ГРЭС-2»
Харлампинкова И.В. - зам. начальника химического цеха, Филиал «Южноуральская
ГРЭС» АО «Интер РАО - Электрогенерация»
Чепель Д.А. - ведущий инженер по энергоэффективности, Филиал «Южноуральская
ГРЭС» АО «Интер РАО - Электрогенерация»
Химический цех
2015 г.
2
Оглавление
I.
II.
Термины и определения, используемые в работе
3
Резюме
4
Актуальность проблемы предварительной очистки
5
Сравнительные результаты работы предварительных очисток однотипных
водоподготовительных установок (ВПУ) энергообъектов
III.
Дооснащение узла предварительной очистки ВПУ Южноуральской ГРЭС-2
контактными емкостями
IV.
V.
VI.
7
8
Экономическая эффективность от дооснащения узла предварительной
очистки контактными емкостями
9
Возможные исполнители работы
10
Вывод
11
Список использованной литературы
12
Приложения
Приложение 1
13
Приложение 2
14
Приложение 3
15
3
Термины и определения
ВПУ - Водоподготовительная установка;
УФУ - ультрафильтрационная установка;
УОО - установка обратного осмоса;
УЭДИ - установкаэлектродеионизации;
4
Резюме
За
основу
конкурсной
работы
была
принята
актуальная
для
водоподготовительного оборудования Южноуральской ГРЭС-2 тема, а именно,
повышение
эффективности
водоподготовительной
установки
работы
ГРЭС -2.
действующего
оборудования
Предпосылками
для
–
разработки
мероприятий по повышению эффективности работы ВПУ послужило частое
проведение химических моек установки обратного осмоса, снижение качествапермеата
и предельно высокое напряжение на установке электродеионизации.
При строительстве двух блоков ПГУ-420 для подготовки глубоко обессоленной
воды на Южноуральской ГРЭС ставилась задача получения обессоленной воды
высокого качества. ВПУ включает в себя узел предварительной механической очистки,
ультрафильтрационную установку (УФУ), установку обратного осмоса (УОО), блок
мембранной дегазации, установку электродеионизации (УЭДИ). Автоматизация
выполнена на базе системы SPPA-3000.
В ходе эксплуатации столкнулись с проблемами, которые не были выявлены на
этапе проектирования и строительства. Многочисленные химически усиленные
промывки установок обратного осмоса, расход реагентов на химические промывки,
превышающий годовой проектный расход в десятки раз и как следствие истощение
мембранных элементов установок обратного осмоса. Неудовлетворительная работа
установок обратного осмоса является следствием недостаточно эффективной работы
предварительной очистки.
Для ожидаемого положительного эффекта безаварийной и надежной работы
водоподготовительного оборудования на всех стадиях очистки необходимо проведения
исследований, анализов и доработки узла предварительной очистки.
5
I.
Актуальность проблемы предварительной очистки.
Для большинства тепловых и атомных электрических станций России
источником водоснабжения служат открытые водоемы: реки, озера, водохранилища.
Их воды содержат грубодисперсные (взвешенные вещества), коллоидные примеси и
истинно-растворенные вещества. Оптимальные схемы водоподготовки содержат в
своем составе специализированные функциональные узлы. И первым из этих узлов при
обработке поверхностных вод является предварительная очистка (предочистка)(3).
Предочистка включает в себя:
-очистку от взвесей на сетчатых самопромывных фильтрах-грязевиках или
насыпных механических фильтрах;
-химическую обработку: коагуляцию, флокуляцию, углевание, окисление.
Механическая очистка предотвращает попадание крупных трудноудаляемых
взвесей, которые также могут вызывать повреждение разделительного слоя или самих
волокон мембран УФУ. Перед установкой ультрафильтрации обычно монтируется
предфильтр (грязевик) с рейтингом фильтрации, зависящим от качества питающей
воды и диаметра волокон мембраны (обычно 80-200 мкм).
Коагуляция
коллоидных
частиц,
необходима
например,
для
увеличения
кремния
и
эффективности
органических
веществ
извлечения
с
низкой
молекулярной массой (менее 100-150 кДа), таких как гуминовые и фульвокислоты,
которые в большей степени определяют цветность воды, ее окисляемость и в ряде
случаев – содержание закомплексованного железа.
Коагулянт (обычно соли железа или алюминия, например, FeCl3 или Al2(SO4)3,
полиоксихлорид алюминия и т.п.) дозируют в воду, питающую ультрафильтрационную
систему. При гидролизе коагулянта происходит образование новой дисперсной фазы,
способной к укрупнению и сорбции, при которых идет захват коллоидных частиц и
органических веществ, что существенно увеличивает эффективность ихизвлечения
ультрафильтрацией.
Аналогичный результат получается при введении специальных реагентов с
большой молекулярной массой, селективно реагирующих с молекулами и/или ионами
загрязнений. Такой процесс называется реагентной или мицеллярно-усиленной
ультрафильтрацией. Данный прием особенно эффективен, если имеют место
периодические ухудшения качества питающей воды. Действие коагулянта приводит к
формированию хлопьев низкомолекулярной органики, которые задерживаются на
6
поверхности мембраны и легко удаляются при обычной обратной промывке. Без
использования коагулянта степень извлечения органических веществ системой
ультрафильтрации находится на уровне 25%, а при его использовании она может
увеличится до 60%.
Однако при чрезмерном дозировании непрореагировавший коагулянт будет
проникать через ультрафильтрационную мембрану. Это может привести к превышению
допустимых для питьевого водоснабжения норм или к нежелательным последствиям
для установленного после ультрафильтрационнойустановки оборудования.Например,
обратноосмотические и ионообменные установки обессоливания воды чувствительны к
присутствию в питающей воде как соединений железа, так и алюминия. Кроме того,
непрореагировавший коагулянт будет осаждаться на ультрафильтрационной мембране
во время дезинфекционной обратной промывки, для которой используется фильтрат,
собранный в бак обратной промывки.
Процесс коагуляции зависит от многих параметров, включая температуру
воды, рН, солесодержание, щелочность, время контакта. Поэтому выбор типа и дозы
коагулянта делается на основе пробной коагуляции, либо пилотных испытаний и
уточняется в процессе эксплуатации. (4, с.159).
В
конкурсной
предварительных
работе
очисток
приводятся
однотипных
сравнительные
результаты
водоподготовительных
работы
установок
(ВПУ)энергообъектов (ВПУ№1, ВПУ №2 и ВПУЮжноуралькая ГРЭС-2).
В настоящее время для осветления сырой воды на Южноуральской ГРЭС-2
принята следующая схема: БСВ (бак сырой воды) с обеззараживанием гипохлоритом
натрия. Далее - дозирование коагулянта перед самопромывными фильтрами (для
удаления частиц 200 мкм). Перед установкой, непосредственно в трубопровод
дозируется коагулянт – сульфат алюминия. Установленная доза 6,3 мг/л по чистому
алюминию. Пробная коагуляция показала, что при данной дозе имеющееся время
контакта недостаточно для устойчивого хлопьеобразования и удаления органики. Для
увеличения эффекта снижения окисляемости приходится дополнительно дозировать
гипохлорит натрия. Снижение дозы сульфата алюминия приводит к проскоку
алюминия, что вполне объяснимо (время гидролиза увеличивается), а увеличение – к
снижению рН коагулированной воды, и, как следствие, падению селективности
мембран УОО.
Время для коагуляции недостаточно, так как длина трубопровода от точки
ввода коагулянта до самопромывных механических фильтров 23-24 м. Если учесть, что
7
диаметр трубопровода 160 мм, объем трубопровода составляет около 0,6-0,8 м3. При
расходе воды 75-76 м3/час, время коагуляции составляет не более 1 минуты.
На установках контактной коагуляции устанавливается напорный смеситель
воды и реагентов. Длительность пребывания воды в смесителе должна быть не менее 3
мин (1, с. 47).
В результате «проскока» через ультрафильтрационные мембраны взвесей,
хлопьев, органических веществ, установки обратного осмоса выходят на химически
усиленные промывки не 4 раза в год (согласно эксплуатационной документации), а 2-3
раза в месяц. На картриджных элементах ЭФГ 1016-5, которые установлены перед
установками обратного осмоса, задерживаются слизистые осадки с характерным
органическим запахом, при этом картриджныеэлементы подлежат замене каждые 10-12
дней, а в летний период каждые 4-6 дней, что также не соответствует
эксплуатационной
документации.
Эксплуатационные
затраты
увеличиваются
в
несколько раз.
II.
Сравнительные
результаты
работы
предварительных
очисток
однотипных водоподготовительных установок (ВПУ) энергообъектов.
Для сравнения схем водоподготовки с однотипным оборудованием выбраны
три схемы ВПУ энергообъектов: ВПУ №1, ВПУ №2, ВПУ Южноуральская ГРЭС-2
(Приложение 1).
Схема ВПУ №1 и ВПУ №2 успешно работают и не вызывают каких либо
нареканий со стороны эксплуатации.
Результаты химического анализа предварительной очистки ВПУ №1, ВПУ №2
и Южноуральская ГРЭС-2 приведены в Приложении 2.
Эффективность работы предварительной очистки ВПУ №1:
Кремнекислота снижается на 59,4%, железо общее – на 100%, окисляемость – на 100 %
Эффективность работы предварительной очистки ВПУ №2:
Кремнекислота снижается на 45%, железо общее – на 97,8%, окисляемость – на 75 %
Эффективность работы предварительной очистки ЮГРЭС:
Кремнекислота снижается на 20%, железо общее – на 93%, окисляемость – на 47%
На каждом этапе получения очищенной воды качество регламентируется
требованиями,
предъявляемыми
к
установке.
В
настоящее
время
на
этапе
предварительной очистки воды ВПУ Южноуральская ГРЭС-2 качество воды после
УУФ имеет отклонения от нормативного качества воды, предъявляемого к установке
8
обратного осмоса, по показателям «общий органический углерод», «натрий»,
«окисляемость перманганатная».
Кроме
содержанием
того,
что
вода
кремнекислоты,
Южноуральского
окисляемости,
водохранилища
щелочности,
с
жесткости,
высоким
так
и
эффективность работы предварительной очистки не является удовлетворительной в
сравнении с предварительной очисткой ВПУ №1 и ВПУ №2.
Для достижения максимальной эффективности работы предочистки и
достижения необходимого качества воды для УОО необходимо дооснащение
(модернизация) узла предочистки.
III.
Дооснащение узла предварительной очистки ВПУ Южноуральской ГРЭС2 контактными емкостями.
Фактически существующая технология предварительной подготовки воды
была рассчитана на более комфортные условия работы, обусловленные меньшими
показателями содержания загрязнений в исходной воде.
Для
решения
существующих
проблем,
обусловленных
нестабильным
качеством исходной воды, а также гарантированного решения проблемы и повышения
эффективности работы узла предварительной очистки воды ВПУ со стабильным
получением проектных показателей перед ступенью обратного осмоса, необходимо
доработать схему с дозированием коагулянта и установку контактных емкостей перед
подачей воды на установку ультрафильтрации в дополнение к существующей схеме.
Данное решение было принято в совокупности следующих причин:
Высокое содержание кремнекислоты в исходной воде.
Необходимость максимального снижения окисляемости перед подачей на
установку обратного осмоса.
Эффективная коагуляция необходима для увеличения коллоидных частиц,
таких как кремний и органические вещества с низкой молекулярной массой для
снижения содержания этих показателей на установке ультрафильтрации и в
дальнейшем - на установке обратного осмоса.
Увеличение времени коагуляции.
Необходимость наличия емкости для формирования хлопьев.
Гарантированное значение индекса плотности осадка SDI после процесса
ультрафильтрации составит не выше 2 единиц. Индекс плотности осадка напрямую
влияет на эксплуатацию установки обратного осмоса. Чем больше его значение, тем
9
чаще необходимо проводить химические мойки обратноосмотических мембранных
элементов. Учащенные химические мойки приводят к значительному износу
ионоселективных мембранных поверхностей, что приводит к быстрому сокращению
срока эксплуатации и преждевременной замене дорогостоящих мембранных элементов.
В процессе доработки схемы предлагается реализовать очистку воды
следующим образом. Удаление крупных взвесей происходит за счет работы
самопромывных фильтров с рейтингом фильтрации 200 мкм. Далее вода поступает в
контактные напорные емкости, перед которыми установлен узел дозирования
коагулянта. Вода должна подаваться снизу вверх, необходимое время пребывания воды
в емкости 3-5 мин. Для ввода коагулянта в поток воды используются существующие
станции дозирования.
Таким образом, обеспечивается увеличение времени контакта коагулянта с
частично осветленной водой до поступления воды на установку ультрафильтрации.
Предлагаемая схема позволит улучшить качество осветленной воды перед
установкой обратного осмоса, сократить количество химических моек, влияющих на
производительность и селективность мембран, сократить затраты на реагенты, а также
добиться длительной эффективной и надежной работы с минимальной доработкой
существующей схемы предварительной очистки ВПУ блока ПГУ-420 Южноуральской
ГРЭС.
IV.
Экономическая эффективность от дооснащения узла предварительной
очистки контактными емкостями.
УОО №1 ВПУ Южноуральской ГРЭС-2 ввели в эксплуатацию с июля 2013 г.
Первая химически усиленная промывка была проведена в ноябре 2013г. После каждой
промывки селективность мембраны постепенно снижалась, качество очищенной воды
ухудшалось в связи с истощением мембранного элемента, так как время между
химически усиленными промывками сократилось с 1 месяца в начале эксплуатации до
7-10 дней к концу первого года эксплуатации. В связи с ухудшением качества частично
обессоленной воды после УОО и неэффективности проведения химически усиленных
промывок, в апреле 2015 г. на УОО №1, 2, 3 произвели замену мембран с SW30ULE400i (DOW) на мембранные элементы российского производства КС 8040-С-2.
Гарантируемый срок службы мембран импортного производства 5 лет, замена на
УОО№1 произведена после 1,9 года эксплуатации, УОО№2 - 1,4 года, и УОО№3 - 10
месяцев.
10
Как говорилось ранее, в настоящее время эксплуатационные затраты на
расходные материалы, мембранные элементы и реагенты для проведения химически
усиленных промывок превышены в несколько раз (Приложение 3).
При принятии решения о дооснащения узла предоочистки контактными
емкостями, и как следствие, доведения качества воды до нормативных показателей,
эксплуатационные затраты должны сократиться:
-на картриджные элементы на 250 446,51 руб./год,
-на химреагенты для химусиленной промывки УОО на 573 606,4 руб./год,
-на мембранные элементы УОО российского производства на 800 000 руб./год,
импортного производства – на 2 100 000 руб./год.
V.
Возможные исполнители работы.
Научно-производственная компания «Медиана-фильтр» готова выполнить
обследование водоподготовительной установки Южноуральской ГРЭС-2.
Предпосылками
к
обследованию
послужило
ненормативные
значения
показателей осветленной воды перед установкой обратного осмоса, частое проведение
химических моек установки обратного осмоса, снижение качество пермеата и
предельно высокое напряжение на установке электродеионизации.
В ходе обследования ВПУ необходимо:
-выполнить
анализ
проектной
и
технической
документации
на
водоподготовительную установку;
-анализ/проверку технологических параметров работы ВПУ;
-провести испытания по работе оборудования предварительной очистки с
использованием
коагулянта
полиоксихлорида
алюминия
(проведение
пробной
коагуляции, подбор дозы коагулянта, опробование работы оборудования предочистки);
-провести компьютерное моделирование и расчетов работы оборудования с
использованием специализированного программного обеспечения;
-выполнить регулировку, настройку режимов работы оборудования с выдачей
отчета/заключения о параметрах работы.
ЗАО «НПК Медиана-Фильтр» — крупнейший производитель оборудования
для промышленной водоподготовки и водоочистки.
НПК «Медиана-Фильтр» предоставляет услуги по всему циклу работ от выбора
технологии – проектирования – разработки конструкторской документации –
производства оборудования - поставки комплектующих – монтажа и пуско-наладки до
11
сервисного обслуживания. Это позволяет избежать посредников, понизить общую
стоимость проекта, повысить качество и надежность, обеспечить надежную гарантию и
долгую бесперебойную работу установок. Высокая квалификация персонала позволяет
ей заниматься не только производственной деятельностью, но и уделять внимание
усовершенствованию оборудования и технологий водоподготовки.
НПК «Медиана-Фильтр» имеет опыт реализации проектов по всей территории
Российской Федерации и далеко за ее пределами. Большой опыт работы с партнерами и
заказчиками по всему миру, широкая сеть представительств и сервисных служб
позволяют быстро прийти на помощь клиенту.
Положительный опыт реконструкции предварительной очистки произведен в
химическом цехе филиала «Уренгойской ГРЭС» АО «Интер РАО-Электрогенерация» с
заменой существующего оборудования на современные технологии очистки воды.
Вывод.
VI.
В результате внедрения контактных емкостей ожидается:
1.
улучшение технологических параметров – достижение нормативных
показателей качества очищенной воды для УОО И УЭДИ;
2. сокращение эксплуатационных затрат – сокращение использования химических
реагентов «Аминат ДМ-50», «Аминат ДМ-56» с 4,9 т до 1,62 т в год;
3. улучшение экологической обстановки – сокращение количества и улучшение
качества сбрасываемых вод;
4. достижение технико-экономических показателей – стабильно высокое качество
обессоленной воды, обеспечение безаварийной, надежной работы оборудования
ВПУ, сокращение расходов воды на собственные нужды до 7-10%.
12
Список использованной литературы
1.
Квятковский В.М. Руководящие указания по коагуляции воды на
электростанциях //теплотехнический научно-исследовательского институт
им.Ф.Э.Дзержинского. – 1972. – 10 марта. – С. 66.
2.
Ларионов С.Ю. Отчет о проведении обследования ВПУ Южноуральской ГРЭС
// Научно-производственная компания» Медиана-фильтр», 2015.
3.
Научно-производственная компания» Медиана-фильтр» - http://mediana-filter.ru
– (дата обращения: 14.07.2015, 12.08.2015).
4.
Пантелеев А.А., Рябчиков Б.Е. Хоружий О.В., Громов С.Л., Сидоров А.Р.
Технологии мембранного разделения в промышленной водоподготовке.-М.:
ДеЛи плюс, 2012.-429 с.
13
Приложение 1
Схемы ВПУ энергообъектов: ВПУ №1, ВПУ №2, ВПУ Южноуральская ГРЭС-2
ВПУ №1
ВПУ №2
ВПУ
Южноуральская
ГРЭС-2
Предварительная
очистка Состоит
из
емкостей Механическая
состоит из механической коагулированной
механических фильтров:
1.
Самопромывные
которые механических
2.
емкостей
контактной Далее
в
дозируется
Самопромывные
3.
сернокислый
алюминий и щелочь (так
6,5). При использовании
Фильтры
контактных
емкостей
многокомпонентной
время
загрузки (30 мкм).
составляет более 30 минут,
Далее установка
на этом этапе за счет
ульрафильтрации.
укрупнения и осаждения
коагуляции
частиц,
происходит
снижение
содержания
кремнекислоты,
железа,
окисляемости, алюминия и
взвешенных веществ.
Далее
самопромывные
фильтры
для
частиц
200
удаления
мкм
установка
ультрафильтрации.
14
установка
них ультрафильтрации.
механические фильтры (100 как рН исходной воды 6,3мкм);
фильтров
используются в качестве (удаление частиц 200 мкм).
механические фильтры (200 коагуляции,
мкм);
воды состоит из самопромывных
м3),
очистки из трех ступеней (V=60
очистка
и
Приложение 2
Результаты химического анализа предварительной очистки ВПУ №1, ВПУ №2 и
Южноуральская ГРЭС-2
Показатель
После
Исходная вода
После установки
самопромывных
ультрафильтрации
фильтров
Кремниевая
ВПУ
ВПУ
ЮГР
ВПУ
ВПУ
ЮГР
ВПУ
ВПУ
ЮГР
№1
№2
ЭС
№1
№2
ЭС
№1
№2
ЭС
4560
4730
7472
2225
3980
6924
1850
2613
6020
290
1900
116
33
1032
64
Отс.
41,43
8
3,0
8,48
6,77
0,25
5,6
6,48
Отс.
2,1
3,58
-
357,8
<40
-
< 50
41932
-
0
< 40
6,85
2,42
< 1,0
< 1,0
1,95
Отс.
0,02
0,045
0,300
5,65
1,0
0,345
5,65
0,25
0,326
5,56
кислота,
мкг/дм3
Железо
общее,
мкг/дм3
Окисляемость,
мг/дм3
Алюминий,
мкг/ дм3
Взвешенные 1,5
вещества,
мг/ дм3
Жесткость
2,7
общая,
мг-экв/ дм3
15
Приложение 3
Эксплуатационные затраты на картриджные элементы, химические реагенты и мембранные элементы УОО
Наименование
Замена
Количество
Стоимость
Замена картриджных элементов ЭФГ Затраты на картриджные элементы,
УОО, ед.
одного элемента
1016-5, шт./год
ЭФГ 1016-5, руб.
Согласно
руб.год
Фактически
Согласно
инструкции по
инструкции по
эксплуатации
эксплуатации
2400
74 808,69
Фактически
3
135,52
552
325 255,2
Количество
Стоимость
Расход реагента, кг/год
Затраты на реагенты, руб.год
УОО, ед.
одного кг
Согласно
Согласно
реагента, руб.
инструкции по
расходу по
эксплуатации
инструкции по
картриджных
элементов ЭФГ
1016-5
Наименование
Фактически
Фактически
эксплуатации
Реагент ДМ-50
Реагент ДМ-56
3
174,88
900
2900
157 392,0
507 152,0
174,88
720
2000
125 913,6
349 760,0
283 305,6
856 912,0
ИТОГО:
2
Наименование
Замена
Общее
Стоимость
количество
одного
мембранных
мембранного
Согласно
элементов, шт.
элемента, руб.
гарантийному
гарантийного
сроку службы
срока службы
75
Замена мембранных элементов
руб.год
От 30 000 руб. 1 раз в пять лет
мембранных
российского
элементов УОО
производства до
1 000
Затраты на мембранные элементы,
€
импортного
производства
3
Фактически
до 3 раз в 5 лет
При соблюдении
Фактически
от 2 250 000 до
от 6 750 000 до
5 250 000
15 750 000