При модернизации существующих либо строительстве новых систем химводоподготовки котельных основной является проблема нейтрализации агрессивных стоков, сбрасываемых в канализацию. На крупных ТЭЦ для приготовления питательной воды наибольшее распространение получили системы Na-катионирования. Основным недостатком такого метода умягчения воды является то, что загрязненная вода после регенерации и промывки фильтра сбрасывается в дренаж или канализацию, что приводит к загрязнению окружающей среды [2]. В этой связи согласно австрийскому законодательству необходимо предусматривать установки по нейтрализации сбрасываемой загрязненной воды, что приводит к удорожанию системы. Другим способом для решения данной проблемы является устройство безреагентых систем химводоподготовки, среди которых большое распространение получила система обратного осмоса. Одним из примеров применения таких систем умягчения воды в Австрии является ТЭЦ в г. Штаер концерна Energie AG Oberoesterreich. В ней установлены шесть паровых котлов: три производительностью 8,5 т/ч и один — 7 т/ч с давлением 13 бар; два котла (20 и 22 т/ч) с давлением 40 бар. Суммарная паропроизводительность котельной — 74,5 т пара в час (рис. 1). Для выработки электроэнергии в котельной установлены паровая турбина с противодавлением фирмы Brown Boveri мощностью 2,4 MВт (табл. 1). Тепловая схема ТЭЦ приведена на рис. 2. Для работы питательных насосов котлов №№4 и 6 при отключении электроэнергии предусмотрены две небольшие паровые турбины мощностью 40 кВт каждая. Приготовление горячей воды для тепловых сетей осуществляется в пароводяных подогревателях паром давлением 1,5 бар. Электрическая энергия используется для собственных нужд и частично отдается в наружную электросеть. Пар после турбины с давлением 4 бар подается промпредприятиям для технологических нужд. В летний период в эксплуатации находятся лишь котлы №№1, 2, 3, 5. Расчетный теплосъем с пароводяных подогревателей — 69 МВт (59 Гкал/ч). В 2003 г. существующая система Na-катионирования была заменена установкой обратного осмоса (рис. 2). Исходная вода из двух подземных источников с физико-химическими характеристиками, приведенными в табл. 2, после фильтра предварительной очистки [1] проходит через две ступени фильтров обратного осмоса [2, 3] (рис. 3). Максимальный оборот воды рассчитан на 7,5 м3/ч. Перед поступлением в первую ступень системы обратного осмоса для лучшей степени очистки в исходную воду добавляется антискалант (OSM 51), запас которого хранится в баке [4]; перед поступлением во вторую ступень в частично очищенную воду добавляется расвтор NaOH, запас которого хранится в баке [5]. Удаление накипеобразующих солей из воды осуществляется путем задержания ионов солей на полупроницаемой мембране. Чистая вода (пермеат) попадает в бак запаса сетевой воды объемом 30 м3 [6], а задержанные мембранной растворенные и нерастворенные соли отводятся с небольшой частью воды (концентрат) в канализацию. Удаление растворенных в воде газов осуществляется при помощи вакуумного деаэратора [7]. Доумягчение питательной воды для котельных агрегатов осуществляется при помощи установки Na-катионирования производительностью 2,5 м3/ч. Исходной для ее приготовления служит вода из бака запаса сетевой воды, прошедшая через систему обратного осмоса. После доочистки в установке Na-катионирования вода попадает в бак питательной воды объемом 5 м3 [9]. Характеристики очищенной воды (табл. 3) соответствуют требованиям [3] качества питательной воды. Исходная вода не должна содержать нерастворенные частицы крупностью более 10 мк во избежание выхода из строя фильтра предварительной очистки. В случае несоответствия исходной воды данному условию необходимо устанавливать дополнительный фильтр тонкой очистки [10]. Температура исходной воды не должна превышать 35 °С. При повышении температуры воды на 1 °С расход увеличивается на 2 %, что вызывает ухудшение степени ее очистки. Образующиеся при регенерации Na-катионитового фильтра стоки перед сбросом в канализацию поступают в установку нейтрализации [11]. Управление работой установки химводоочистки осуществляется пультом управления, который оснащен мультимедийным дисплеем, позволяющим вести контроль работы каждой из систем. Системы обратного осмоса, хотя и получают все большее распространение из-за экологических аспектов, однако еще не могут полноценно заменить ионнообменные системы, т.к. качество обессоленной воды после них (установок обратного осмоса) можно отнести к частично обессоленной [4]. Согласно австрийскому законодательству [3] для питания котлов давлением 40 бар и выше такую воду требуется дообессолить. Технико-экономическое сравнение технологий водоподготовки . При модернизации системы химводоподготовки на ТЭЦ в г. Штаер были рассмотрены предложения трех фирм со следующими вариантами схем водоочистки: 1. Двухступенчатая установка обратного осмоса с дообессоливанием в Na-катионитовом фильтре, добавлением антискалантов, раствора NaOH и вакуумной деаэрацией (фирма Wildenhofer). 2. Одноступенчатая установка обратного осмоса с дообессоливанием в Na-катионитовом фильтре, добавлением антискалантов и вакуумной деаэрацией (фирма WAG). 3. Одноступенчатая установка обратного осмоса с дообессоливанием при помощи электродеионизатора и мембранной деаэрацией (фирма Ondeo). Для их сравнения был произведен технико-экономический расчет (табл. 4). Как видно из табл. 4, основными затратами являются расходы на электроэнергию (19–40 %) и реагенты (12–30 %). Высокие затраты на электроэнергию связаны с применением насосов давлением 10 бар, которое требуется для нормальной работы мембран. При этом применение дополнительной ступени установки обратного осмоса приводит к увеличению затрат на 20 %. Сравнение трех вариантов систем химводоподготовки показывает, что наименьшие как капитальные, так и эксплуатационные затраты имеет двухступенчатая установка обратного осмоса с дообессоливанием в Na-катионитовых фильтрах, добавлением антискалантов и вакуумной деаэрацией. Данная установка также позволяет обеспечить наилучшую степень очистки. Выводы . Как показывает опыт эксплуатации установок химводподготовки, при их строительстве либо модернизации предпочтение должно отдаваться безреагентым системам. Наибольшее распространение среди них получили установки, работающие по принципу обратного осмоса. Количество сбросов солей в канализацию и применение химических реагентов (при этом необходимо применять самые безвредные вещества) должны быть сведены к минимуму, т.к. в случае аварии в сети канализации либо тепловых сетей может быть нанесен значительный ущерб окружающей среде. Применение лишь установок обратного осмоса не всегда возможно ввиду требований к качеству питательной воды. В данном случае воду необходимо дообессоливать в ионнообменных фильтрах. Однако усовершенствование и упрощение конструкций фильтров обратного осмоса, применение мембран, работающих при более низком давлении, обладающих пониженной чувствительностью к загрязнениям и, как следствие, отказ от реагентов и предочистки, а также увеличение выхода очищенной воды в будущем должны позволить отказаться от традиционных ионообменных систем и исключить сброс агрессивных стоков.
1. Матери.алы фирмы Energie AG Oberoesterreich Waerme GmbH. 2. Карауш С.А., Хуторной А.Н. Теплогенерирующие установки систем теплоснабжения. Учебное пособие. Томск, 2003. 3. Bundesgesetzblatt. Verordnung des Bundesministers fur wirtschaftliche Angelegenheiten uber die Aufstellung und den Betrieb von Dampfkesseln — ABV. 4. Первов А.Г., Бондаренко В.И., Балаев И.С., Кукушкин Д. А. Обратный осмос и ионный обмен: какая технология победит в водоподготовке ХХI века? «Экология производства», №1(2)/2006.
