Проектирование водоподготовительной установки, разработка схемы и последующий её расчет

Введение

В последнее десятилетие все большее развитие и применение в энергетике приобретают технологии водоподготовки, основанные на мембранных методах очистки воды. Это ультрафильтрация, нанофильтрация, низконапорный и высокоселективный обратный осмос, электродеионизация, а также мембранная дегазация.

Правильное применение данных технологий позволяет снизить расход реагентов и уменьшить концентрации экологически вредных компонентов в сбросной воде, что является немаловажным в условиях повышения тарифов на сброс засоленных стоков и ужесточения требований к охране окружающей среды.

Следует отметить, что мембранные технологии также имеют недостатки и выбор методов очистки воды должен осуществляться с учетом всех исходных условий. При этом должен быть выделен основной критерий, которым разработчик будет руководствоваться при выборе наиболее оптимальной в данных условиях схемы. Им может стать экологичность, экономичность, надежность или эффективность выбираемого процесса очистки воды. 

При проектировании данной водоподготовительной установки таким критерием является состав сточных вод, который должен удовлетворять требованиям приема в ливневую или хоз.-фекальную канализацию.

Целью дипломной работы является обоснованная разработка схемы проектируемой ВПУ и последующий ее расчет, подбор необходимых реагентов, а также аргументированный выбор используемого в схеме оборудования. Также необходимо оценить экономическую эффективность разрабатываемой схемы.

I Литературный обзор применения мембранных технологий для энергетики

Вода является наиважнейшим ресурсом, необходимым для обеспечения высокого качества жизни человека. С ростом промышленности на первый план выходят вододефицит, проблема обеспеченности предприятий подготовленной водой, а также проблема очистки сточных вод.

В настоящее время вода широко используется для генерации электроэнергии на тепловых и атомных электростанциях как теплоноситель и парообразующее вещество. В энергетике требования к чистоте воды наиболее жесткие и предприятия используют много людских и материальных ресурсов для обеспечения требуемого качества воды. [1]

Развитие методов водоподготовки в промышленной энергетике во многом связано с внедрением мембранной технологии. Мембранные процессы распространились на все стадии очистки воды, начиная от предочистки и заканчивая глубоким обессоливанием воды.

а)

б)

а) традиционные методы, б) мембранные методы

Рисунок 1.1 - Стадии водоподготовительных установок [1]

Использование ультрафильтрации (УФ) воды позволяет не только получать воду, свободную от механических примесей, но и удалять значительное количество органики (до 60 %). Нанофильтрация (НФ) воды может применяться для умягчения, частичного обессоливания (50...70%) и надежного удаления органических примесей. Использование обратного осмоса (ОО) позволяет осуществлять деминерализацию на уровне 96...98 %. Кроме этих методов следует отметить мембранную дегазификацию (с помощью которой эффективно удаляются углекислый газ и кислород), а также электродеионизацию воды. Использование указанных методов дает возможность создать безреагентную (свободную от применения щелочей, кислот, поваренной соли) систему водоподготовки для получения фильтрата с удельной электропроводностью 0,07...0,06 мкСм/см. Эти технологии водоподготовки активно применяются в мировой практике. В последнее время и в нашей стране начинается внедрение мембранных методов водоподготовки. Первая промышленная установка обратного осмоса была запущена в 1994 г. на ТЭЦ-23 (Москва) [2]. Сейчас в России имеется около 20 установок обратного осмоса производительностью 100 м3/ч и выше. Нанофильтрация применяется на ряде станций квартального теплоснабжения Москвы. [3]

Затраты на водоподготовку - это неотъемлемая часть эксплуатационных расходов предприятий энергетического комплекса. Задача сокращения эксплуатационных расходов на водоподготовку усложняется ростом тарифов за водопользование; непрерывным ухудшением качественных показателей воды (например, увеличением солесодержания) в источниках, пригодных для промышленного использования; ужесточением нормативов по количественным и качественным показателям для сбрасываемых сточных вод; повышением требований к качеству обработанной воды, используемой в технологическом цикле.

Решить задачу сокращения эксплуатационных расходов на водоподготовку позволяет внедрение новых технологий, таких как ультра- и нанофильтрацию, обратный осмос, мембранную дегазификацию и электродеионизацию воды.

На базе указанных процессов возможна реализация так называемых интегрированных мембранных технологий (ИМТ), применение которых позволяет снизить эксплуатационные затраты на водоподготовку, несмотря на негативное влияние любых из перечисленных выше факторов.

Проиллюстрируем последнее утверждение примером решения задачи по получению деминерализованной воды (с остаточной электропроводимостью не более 0,1 мкСм/см) в случае, когда исходной является речная поверхностная вода.