Исследование эффективности мембранного метода предочистки воды для водоподготовительных установок на АЭС и ТЭС

Исследование  эффективности мембранного метода предочистки воды для водоподготовительных установок на АЭС и ТЭС

Общая ситуация.

Исходной водой для водоподготовок на атомных (АЭС)  и тепловых (ТЭС), как правило,  являются природные поверхностные воды (речные, озерные),  подземные воды и реже морские воды. Для поверхностных водоисточников характерна нестабильность качественных показателей  воды, связанная с ее сезонными изменениями. 

В некоторых случаях эти изменения столь значительны, что требуется серьезная корректировка водно-химического режима не только стадии предочистки воды, но последующих стадий обессоливания или умягчения воды. Обычно это приводит к перерасходу реагентов для обработки воды, увеличению собственных нужд водоподготовки, более частым переключениям режимов работы водоподготовки и снижению экономических показателей работы водоподготовки.

Большинство действующих водоподготовительных установок на АЭС и ТЭС построены в XX веке по традиционной схеме, рекомендованной «Нормами технологического проектирования тепловых электрических станций ВНТП 81», а именно: осветлитель с известкованием и коагуляцией воды или осветлитель с «чистой» коагуляцией воды, осветлительные фильтры с соответствующей загрузкой (антрацит, кварцевый песок, активированный уголь), одна или две ступени умягчения воды, или одна, две или три ступени обессоливания воды. Фильтровальное оборудование для этих водоподготовок было разработано в ОАО «ВНИИАМ».

Качество и экономичность  работы водоподготовительных установок (ВПУ) во многом определяются надежностью работы ступени предочистки воды, которая первой воспринимает изменение качества природной воды (чаще всего ухудшение), поступающей на ВПУ. Известно много примеров, когда при высоких показателях цветности, окисляемости или мутности воды, особенно в паводковые периоды, которые длятся месяцами, такие предочистки не обеспечивали расчетные показатели осветления воды.

В то же время требования к качеству обработанной воды после ВПУ постоянно возрастают. Для их удовлетворения требуются новые технические решения и технологии.

В последние 4-5 лет за рубежом на некоторых ВПУ  используется принципиально новый метод предочистки воды, основанный на применении ультрафильтрационных мембран, имеющих поры до 0,03 мкм. Фирмами «NORIT» и «INGE» (Голландия) разработаны мембранные ультрафильтрационные модули и установки, позволяющие при их правильной эксплуатации стабильно получать осветленную воду с показателем SDI <1,0, т.е. пригодную для подачи на установки обратного осмоса, и тем более на ионитные противоточные фильтры.

В России ультрафильтрационные установки для предочистки воды эксплуатируются в составе ВПУ на Новочеркасской ГРЭС с декабря 2006г. (3 модуля производительностью по 90м³/ч), на Заинской ГРЭС с января 2005г. (3 модуля производительностью по 90м³/ч), ТЭЦ-9 и ТЭЦ-16 ОАО «Мосэнерго» с мая 2007г. Однако, информация по технико-экономическим показателям  эксплуатации этих ультрафильтрационных установок отсутствует.

ОАО «ВНИИАМ» разработал конструкции отечественных ультрафильтрационных установок производительностью от 2 до 100 м³/ч. Первым этапом данной работы было создание опытно-промышленной ультрафильтрационной установки производительностью от 1,5 до 3 м³/ч УФ-2П. Эта установка полностью автоматизирована, и включает в себя непосредственно фильтрационный модуль, баковое хозяйство и узлы дозирования реагентов.

Цель данной работы -  получение режимных характеристик ультрафильтрационной установки при работе на сложной высокоцветной маломутной воде.

.

Объект исследования и методика выполнения работы.

В качестве объекта исследования принята высокоцветная маломутная вода реки Рядань в Ленинградской области.

Вода реки Рядань служит исходной водой для  ВПУ подпитки котлов высокого и среднего давления Пикалевского глиноземного завода. ВПУ  производительностью100 м³/ч  работает с 1964г  по следующей схеме: обработка исходной воды в осветлителях с известкованием и коагуляцией воды сернокислым железом, осветление воды  на осветлительных  фильтрах загруженных антрацитом и обессоливание воды на прямоточных ионитных фильтрах в две ступени.

В настоящее время обессоленная вода, получаемая после ВПУ, и, особенно в паводковые периоды, не удовлетворяет требованиям ПТЭ для электрических станций и сетей.  Это связано с высоким содержанием в исходной воде  железо-органических комплексов в исходной воде (концентрация железа более 0,5 мг/л), которые не удаляются при существующее технологии  ее обработки.

Величина отложении на некоторых поверхностях нагрева котлов составила более 1200 г/м², что многократно превышает допустимые значения.

Первым этапом проведения экспериментов было проведение пробной коагуляции воды реки Рядань в лабораторных условиях в водно-химической лаборатории ОАО “ВНИИАМ” с целью выявления наиболее оптимального коагулянта. Были испытаны три коагулянта – треххлорное железо, сульфат алюминия и оксихлорид алюминия. Сравнительные результаты эффективности работы коагулянтов по снижению цветности воды представлены на рис.1. По результатам испытаний был выбран оксихлорид алюминия.

Рис. 1. Изменение цветности осветленной воды при использовании различных коагулянтов в зависимости от дозы

Вторым этапом исследований было проведение коагуляционных испытаний воды реки Рядань с использованием ультрафильтрационной установки УФ-2П непосредственно на объекте.