система подготовки добавочной воды для систем тепловодоснабжения

Формула изобретения

1. Система подготовки добавочной воды для систем тепловодоснабжения, содержащая последовательно включенные установку предварительной очистки воды с линией осветленной воды, установку обратноосмотического обессоливания с линиями пермеата и концентрата и узел дозирования в осветленную воду антискаланта, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит байпасную по отношению к установке обратноосмотического обессоливания линию осветленной воды, подключенную к линии пермеата, узел декарбонизации на линии пермеата с линией декарбонизованного пермеата, электродиализную установку с биполярными мембранами на линии концентрата установки обратноосмотического обессоливания с линией отвода кислотного раствора в линию пермеата до узла декарбонизации, линией отвода щелочного раствора в линию пермеата после узла декарбонизации и линией отвода дилюата.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что линия отвода кислотного раствора от электродиализной установки подключена к линии осветленной воды до установки обратноосмотического обессоливания, линия отвода щелочного раствора подключена к линии исходной воды до установки предварительной очистки воды, а линия отвода дилюата подключена к линии осветленной воды до установки обратноосмотического обессоливания.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит узел дозирования в линию декарбонизованного пермеата ингибитора солеотложений в системах тепловодоснабжения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для получения частично обессоленной декарбонизованной добавочной воды, подаваемой в системы тепловодоснабжения (СТС).

В настоящее время на тепловых электростанциях (ТЭС), районных тепловых станциях (РТС), промышленных и отопительных котельных для подготовки добавочной воды в СТС применяют системы водоподготовки, включающие установки предварительной очистки (УПО), Na-катионирования и/или подкисления или Н- Na-катионирования [1] - аналог. Недостатком этих систем является значительный расход товарных реагентов (известь, коагулянт, NaCl, H₂SO₄ ) и соответственно большие сбросы шламовых вод от осветлителей, отработанных солевых и кислотных растворов, соответственно от Na- и Н-катионитных фильтров. В условиях современных промышленных городов существуют жесткие ограничения на сброс в канализацию минерализованных стоков. Дополнение же указанных систем водоподготовки установками по переработке твердых и жидких отходов требует очень высоких затрат, что нереально, особенно при больших добавках воды в теплосеть. Еще одним недостатком систем [1] является сброс отработанных растворов от Na- и Н-фильтров, содержащих высокие концентрации реакционноспособных NaCl и Н₂ SO₄.

Известна система подготовки добавочной воды котлов и утилизации сточных вод на ТЭС с "нулевым" сбросом, включающая механический фильтр, установку обратноосмотического обессоливания воды (шестиступенчатую) (УОО I), деаэратор, установку химического дообессоливания (ХОУ), электродиализную установку (ЭДУ) обессоливания концентрата УОО 1, установку обратноосмотического обессоливания дилюата ЭДУ (УОО II). Рассол УОО, концентрат ХОУ и продувочная вода котлов после механического фильтра поступают в ЭДУ. Рассол из ЭДУ и концентрат из УОО II упариваются в испарителе-кристаллизаторе до выделения солей в твердом виде [2] - аналог. Недостатком этой системы является громоздкость оборудования и сложность его эксплуатации, а также образование значительного объема сточных вод с повышенным содержанием минеральных солей. Утилизация последних для обеспечения "нулевого" сброса требует многоступенчатого концентрирования с доупариванием в испарителе-кристаллизаторе. Другим недостатком этой системы является отсутствие утилизации содержащихся в отходах ценных реагентов.

Известна система подготовки добавочной воды для СТС, содержащая последовательно включенные УПО с линией осветленной воды, УОО с линиями пермеата и концентрата и узел дозирования в осветленную воду антискаланта [3] - прототип.

К недостаткам прототипа следует отнести:

- отсутствие узла декарбонизации после УОО, в связи с чем пермеат, содержащий СО₂, является коррозионно-агрессивным;

- стопроцентное обратноосмотическое обессоливание всего расхода воды в теплосеть (ТС), что не требуется по нормативам качества добавочной воды в ТС и потому приводит к неоправданным излишним капитальным и эксплуатационным затратам;

- низкие значения рН обессоленной воды (пермеата) УОО (<7) не соответствуют требованиям к качеству добавочной и сетевой воды ТС (8,5-9,2 и выше), в связи с чем требуется подщелачивание пермеата товарной NaOH;

- повышенная постоянная производительность УОО в независимости от заданной температуры нагрева воды и других условий работы ТС;

- сброс значительных расходов концентрата УОО, представляющего слабоминерализованный раствор.

Достигаемыми результатами изобретения являются:

- получение необходимого качества добавочной воды ТС в соответствии с нормативными требованиями практически без использования товарных реагентов и при ограниченном сбросе минерализованных стоков в окружающую среду;

- повышение экономических, технологических и экологических показателей при уменьшении капитальных и эксплуатационных затрат;

- максимальное использование внутренних минеральных ресурсов системы (концентрата УОО) для получения кислотных и щелочных растворов, используемых в процессе обработки добавочной воды ТС.

Указанные результаты обеспечиваются тем, что система подготовки добавочной воды для СТС, содержащая последовательно включенные УПО с линией осветленной воды, УОО с линиями пермеата и концентрата и узел дозирования в осветленную воду антискаланта, согласно изобретению дополнительно содержит байпасную по отношению к УОО линию осветленной воды, подключенную к линии пермеата, узел декарбонизации на линии пермеата с линией декарбонизованного пермеата, ЭДУ с биполярными мембранами на линии концентрата УОО с линией отвода кислотного раствора в линию пермеата до узла декарбонизации, линией отвода щелочного раствора в линию пермеата после узла декарбонизации и линией отвода дилюата.

При этом линия отвода кислотного раствора от ЭДУ может быть подключена к линии осветленной воды до УОО, линия отвода щелочного раствора - к линии исходной воды до УПО, а линия отвода дилюата - к линии осветленной воды до УОО.

Дополнительно система согласно изобретению может содержать узел дозирования в линию декарбонизованного пермеата ингибитора солеотложений в СТС.

Наличие байпасной линии с регулируемой арматурой позволяет в зависимости от температуры нагрева воды в ТС оперативно изменять соотношение потоков обессоленной и осветленной воды, благодаря чему получать то качество добавочной воды, которое требуется для конкретных условий ТС (температура нагрева, вид нагревательного оборудования) при минимизации расхода обессоленной воды.

Обратноосмотическое обессоливание согласно изобретению сочетается с экономичными методами обработки воды (дозирование ингибитора и/или кислотного раствора, получаемого из концентрата УОО). Дозирование кислотного раствора снижает карбонатный индекс осветленной воды и позволяет изменять соотношение расходов обессоленной и осветленной воды в пользу последнего, т.е. обессоливать меньшие расходы воды на УОО. Это, в свою очередь, уменьшает капитальные и эксплуатационные затраты на УОО.

Дозирование ингибитора позволяет иметь более высокие значения карбонатного индекса (И _к=Са×Щ, где Са - концентрация кальция, Щ - общая щелочность воды) в добавочной воде ТС при умеренных температурах нагрева (до 100°С), т.е. опять же снижать нагрузку на УОО.

Концентрат УОО направляется на переработку в ЭДУ с биполярными мембранами, в результате которой получают кислотные и щелочные растворы, используемые для коррекционной обработки добавочной воды ТС. Это позволяет исключить использование в системе товарной кислоты и щелочи, а также сократить сброс концентрата УОО. Фактически часть сбросных солей концентрата УОО перерабатывается в кислоту и щелочь.

Щелочные растворы ЭДУ используются для дозирования в пермеат, что позволяет повысить рН сетевой воды до нормативных значений. Дилюат ЭДУ представляет собой концентрат УОО, частично обессоленный за счет переработки солей в кислоту и щелочь. Для некоторых вод невысокой минерализации дилюат может быть частично утилизирован подачей на смешение с осветленной водой. Это обеспечивает малоотходность системы.

Включение на линии пермеата узла декарбонизации обеспечивает удаление углекислоты, образующейся как в процессе обратноосмотического обессоливания, так и при подкислении осветленной воды. Это позволяет эффективно подщелачивать декарбонизованную воду (смесь пермеата и осветленной воды), исключая непроизводительные расходы щелочи, получаемой в ЭДУ, на связывание СО₂ и перевод образующихся ионов НСО ₃ в СО₃.

Дозирование кислотного раствора в осветленную воду до УОО целесообразно в отдельных случаях, например при известковании исходной воды в УПО, после чего необходимо снижать рН подаваемой на УОО воды до рН<10. В этом же случае (при известковании исходной воды в УПО) целесообразно дозирование в исходную воду до УПО щелочного раствора, получаемого в ЭДУ (оставшейся его части после дозирования в пермеат). Дозирование кислоты в осветленную воду до УОО целесообразно также при низкой карбонатной жесткости, т.к. позволяет отказаться от дозирования антискаланта.

На чертеже в качестве одного из примеров реализации изображена система подготовки воды для СТС согласно изобретению.

Система подготовки добавочной воды для СТС содержит последовательно включенные УПО 1 (например, осветлительные фильтры) с линией 2 подачи исходной воды и линией 3 осветленной воды, УОО 4 с линиями 5 и 6 соответственно пермеата и концентрата и узел 7 (А) с линией 8 дозирования в осветленную воду антискаланта. Дополнительно система согласно изобретению содержит байпасную по отношению к УОО 4 линию 9 осветленной воды с регулирующим вентилем 10, подключенную к линии 5 пермеата (позицией 11 обозначен участок линии 5 после смешения пермеата с осветленной водой); узел 12 (Д) декарбонизации на линии 5 пермеата с линией 13 декарбонизованного пермеата, ЭДУ 14 с биполярными мембранами на линии 6 концентрата УОО 4. К ЭДУ 14 подключены баки 15 (К), 16 (Щ) и 17 (ДТ) сбора соответственно кислотного, щелочного растворов и дилюата с линией 18 отвода кислотного раствора от бака К 15 в линию 5 пермеата до узла Д 12 декарбонизации, линией 19 отвода щелочного раствора из бака Щ 16 в линию 13 декарбонизованного пермеата. При этом возможно подключение бака К 15 линией 20 (пунктирная) отвода кислотного раствора от ЭДУ 14 к линии 3 осветленной воды до УОО 4, подключение бака Щ 16 с линией 21 (пунктирная) отвода щелочного раствора к линии 2 исходной воды и подключение бака ДТ 17 с линией 22 (пунктирная) отвода дилюата к линии 3 осветленной воды до УОО 4. Система может также дополнительно содержать узел 23 (И) дозирования по линии 24 в линию 13 декарбонизованного пермеата ингибитора солеотложений в СТС (показано пунктиром).

Система согласно изобретению работает следующим образом. Исходная вода предварительно подается по линии 2 в УПО 1. Часть осветленной воды обрабатывается подаваемым по линии 8 антискалантом и поступает в УОО 4. Другая часть осветленной воды подается по байпасной линии 9 с регулирующим вентилем 10 и смешивается с пермеатом. В линию 11 смеси пермеата и осветленной воды подается по линии 18 кислотный раствор. Подкисленная смесь поступает в декарбонизатор Д 12. В линию 13 декарбонизованной воды подаются по линии 19 щелочной раствор и при необходимости (в летнем режиме) по линии 24 ингибитор солеотложений.

Пример 1. Водопроводная вода после обработки на механических фильтрах УПО 1 разделяется на два потока. Один поток осветленной воды (60%), поступающий по линии 3, обрабатывается поступающим по линии 8 антискалантом и подается в УОО 4. Другой поток осветленной воды (40%) подается по байпасной линии 9 и смешивается с пермеатом, подаваемым по линии 5. Смешанный поток осветленной воды и пермеата, поступающий по линии 11, обрабатывается кислотным раствором, подаваемым по линии 18, и поступает в декарбонизатор Д 12. Декарбонизованная вода обрабатывается щелочным раствором, подаваемым по линии 19, и по линии 13 подается в СТС (на чертеже не показана). В таблице 1 приведены составы осветленной воды, пермеата, смешанного потока осветленной воды и пермеата, смешанного потока после подкисления и декарбонизации и декарбонизованной воды после подщелачивания, подаваемой в СТС. Концентрат УОО 4 в количестве 20% расхода осветленной воды, поступившей в УОО, подается по линии 6 в ЭДУ 14 на частичную переработку. В результате после ЭДУ 14 полученный кислотный раствор собирается в бак К 15, щелочной раствор - в бак Щ 16, а дилюат - в бак ДТ 17. Кислотный раствор из бака К 15 по линии 18 подается на подкисление смеси пермеата и осветленной воды. Полученный щелочной раствор из бака Щ 16 по линии 19 подается на подщелачивание декарбонизованного пермеата после декарбонизатора Д 12. Дилюат из бака ДТ 17 сбрасывается. Качество полученной воды по значениям И_к и рН удовлетворяет нормативным требованиям при нагреве сетевой воды в водогрейных котлах в диапазоне температур 121-140°С.

Таблица 1
Показатели состава	Осветленная вода	Пермеат ООУ	Смесь осветленной воды и пермеата	Смешанный поток после подкисления	Декарбонизованная вода после подщелачивания
Мг-экв/л:
Жесткость	3,9	0,06	1,6	1,6	1,76
Кальций	2,7	0,05	1,11	1,11	1,22
Магний	1,2	0,02	0,49	0,49	0,55
Щелочность:
НСО3	3,0	0,12	1,27	0,47	0,1
СО 3	0,0	0,0	0,0	0,0	0,7
Мг/л:
Натрий	96	1,5	39,3	39,3	43,7
Сульфаты	120	1,5	48,9	68,1	68,1
Хлориды	89	1,2	36,3	50,6	50,6
Силикаты	84	0,15	3,45	3,5	3,5
Солесодержан.	580	13	246	230	240
МгО/л:
Окисляемость	3,2	0,5	1,6	1,6	1,6
рН	7,4	5,8	6,9	6,2	8,82
(Мг-экв/л)2 :
Ик	8,1	0,006	1,41	0,52	0,96

Пример 2. Подземная вода после обработки на механических фильтрах УПО 1 разделяется на два потока. Один поток осветленной воды (40%), поступающий по линии 3, обрабатывается поступающим по линии 8 антискалантом и подается в УОО 4. Другой поток осветленной воды (60%) подается по байпасной линии 9 и смешивается с пермеатом, подаваемым по линии 5. Смешанный поток осветленной воды и пермеата, поступающий по линии 11, обрабатывается кислотным раствором, подаваемым по линии 18, и поступает в декарбонизатор Д 12. Декарбонизованная вода обрабатывается щелочным раствором, подаваемым по линии 19, и ингибитором марки ИОМС, подаваемым по линии 24 из расчета 4 мг/л, и далее подается в СТС (на чертеже не показана). В таблице 2 приведены составы осветленной воды, пермеата, смешанного потока осветленной воды и пермеата, смешанного потока после подкисления и декарбонизации и декарбонизованной воды после подщелачивания, подаваемой в СТС. Концентрат УОО 4 в количестве 20% расхода осветленной воды, поступившей в УОО, подается по линии 6 в ЭДУ 14 на частичную переработку. В результате после ЭДУ полученный кислотный раствор собирается в бак К 15, щелочной раствор - в бак Щ 16, а дилюат - в бак ДТ 17. Кислотный раствор из бака К 15 по линии 18 подается на подкисление смеси пермеата и осветленной воды. Полученный щелочной раствор из бака Щ 16 по линии 19 подается на подщелачивание декарбонизованного пермеата после декарбонизатора Д 12. Дилюат из бака ДТ 17 сбрасывается. Качество полученной воды по значениям И_к и рН с содержанием ИОМС 4 мг/л удовлетворяет нормативным требованиям при нагреве воды в сетевых подогревателях до 100°С.

Таблица 2
Показатели состава	Осветленная вода	Пермеат ООУ	Смесь осветленной воды и пермеата	Смешанный поток после подкисления	Декарбонизованная вода после подщелачивания и обработки ИОМС
Мг-экв/л:
Жесткость	9,5	0,14	5,76	5,76	6,04
Кальций	6,5	0,1	3,94	3,94	4,15
Магний	3,0	0,04	1,82	1,82	1,89
Щелочность:
НСО3	6,0	0,23	3,7	2,0	1,6
СО 3	0,0	0,0	0,0	0,0	0,8
Мг/л:
Натрий	96	1,5	60	60	62,8
Сульфаты	240	3,0	145	198	198
Хлориды	89	1,2	54	75	75
Силикаты	84	0,15	5,1	5,2	5,2
Солесодер.	970	22	590	562	593
ИОМС	-	-	-	-	4
МгО/л:
Окисляемость	3,2	0,5	2,1	2,2	2,2
рН	7,6	5,9	7,2	6,8	8,3
(Мг-экв/л)2:
Ик	39	0,023	14,6	8	9,96

Источники информации

1. Защита от внутренней коррозии трубопроводов водяных тепловых сетей. / Балабан-Ирменин Ю.В., Липовских В.М., Рубашов A.M. // М.: Энергоатомиздат, 1999, стр.34-37.

2. Повышение экологической безопасности ТЭС. / Абрамов А.И., Елизаров Е.П., Ремизов А.Н. и др.; Под ред. А.С.Седлова. - М.: Издательство МЭИ, 2001, стр.342, 343.

3. Опыт эксплуатации установок обратноосмотического обессоливания воды на ТЭС и в промышленных котельных. / Аскерния А.А., Малахов И.А. Корабельников В.М и др. // "Теплоэнергетика", №7, 2005 г., стр.21.