Технологические схемы утилизации стоков водоподготовительных испарительных установок с использованием электромембранных аппаратов

Вафин Тимур Филаритович; Чичирова Наталья Дмитриевна; Чичиров Андрей Александрович; Закиров Ильгизар Алиахматович

УДК 621.311

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ СТОКОВ ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ИСПАРИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОМЕМБРАННЫХ АППАРАТОВ

Т.Ф. ВАФИН, Н.Д. ЧИЧИРОВА, А.А. ЧИЧИРОВ, И.А. ЗАКИРОВ

Казанский государственный энергетический университет

На базе электромембранных аппаратов разработаны схемные решения, позволяющие утилизировать продувочные воды водоподготовительных испарительных установок с выделением сырьевых компонентов, повторно используемых в производственном цикле.

Ключевые слова: ТЭС, электромембранный аппарат, обессоливание, концентрирование.

Схемы водоподготовки с использованием технологии термического обессоливания используются в настоящее время на ряде тепловых электрических станций (ТЭС) как Российской Федерации, так и за рубежом [1]. Технология термической водоподготовки реализована, в том числе, и на Казанской ТЭЦ-3. Основными элементами таких схем являются испарители поверхностного типа, при работе которых образуется продувочная вода высокой минерализации.

Результаты расчета солевого состава продувочной воды испарителей с использованием данных по качеству воды, полученных в лаборатории химического цеха Казанской ТЭЦ-3, представлены в табл. 1.

Таблица 1

Состав продувочной воды испарителей.

Компонент Содержание

кг/т %

Ка2Б04 18,5 62

№01 4,5 15

ЫаОИ 5,2 17

Примеси 1,8 6

На базе электромембранных аппаратов (ЭМА) [2,3] разработаны схемные решения, позволяющие перерабатывать продувочные воды испарителей с получением сырьевых компонентов, повторно используемых в производственном цикле ТЭС.

С учетом приведенных данных по составу продувочной воды просматривается возможность реализации трех ступеней обработки:

1) отделение щелочи от высокоминерализованной продувочной воды;

2) разложение раствора солей на щелочной и кислотный растворы;

3) обессоливание воды и концентрирование щелочного раствора. Схема трехступенчатой обработки продувочной воды показана на рис. 1.

На первой ступени происходит частичное отделение щелочи от исходного раствора в ЭМА с катион- и анионообменными мембранами. Движущая сила процесса - более высокая подвижность гидроксил-иона в сравнении с сульфат- и хлорид-ионами. Поскольку селективность процесса невысока, в качестве продукта возможно получение щелочного раствора, содержащего соли исходного раствора.

182

На ЭМА первой ступени получается концентрированный щелочной раствор и дилюат I. Последний представляет собой более разбавленный раствор исходных солей и оставшейся щелочи. Дилюат I является исходным раствором для питания второй ступени.

Продувочная вода

Рис.1. Схема утилизации продувки испарителей, щелочного и кислого растворов (сокращенная): I - элек

биполярный ЭМА; III - ЭМА-концентратор

А и получением ние щелочи; II -

ЭМА второй ступени включает биполярные мембраны и служит для разделения раствора солей на щелочной и кислый растворы. В качестве продуктов на второй ступени образуется дилюат II, представляющий собой более разбавленный раствор

исходных солей, неконцентрированные растворы щероч¥ти1с1мрсигккслотя

Дилюат II направляется на ЭМА третьей 'ступени, щелочной раствор - на концентрирование на I ступень или в злектромембЗаннРКсрппарат-концентратор щелочи. Кислый раствор, содержащий смесь серной, соляной и азотной кислот, направляется потребителю.

На ЭМА III ступени осуществляется процесс концентрирования-обессоливания дилюата II с получением частично обессоленной воды с концентрацией солей 0,3 г/л (дилюат III) и концентрата.

Дилюат III используется для получения щелочного и кислого растворов на II ступени злектромембранной установки.

Представленная схема достаточно гибкая. Возможно ^ос^Шват^ сокращение ступеней, начиная с последней. Если исключить третью ступен (концентрирование-обессоливание), частично обессоленную воду для ^ДтуДейЧможн? ПЗ^СТВОЛ забирать с промежуточной ступени ВПУ ТЭС. Эквивалентное количество воды в виде * *

дилюата II (раствор натриевых солей) направляется на подпитку теплосети.

При сокращении третьей и второй ступеней одновременно на злектромембранном аппарате I ступени возможно получение щелочного раствора и дилюата I. Щелочной раствор отправляется на концентрирование или непосредственно потребителю. Дилюат I (солевой раствор) можно использовать на регенерацию катионитных фильтров, на подпитку теплосети или на подпитку испарителей.

Для получения более концентрированной и чистой щелочи и более концентрированного кислотного раствора необходимо установить еще один тип ЭМА-концентратора (рис.2).

ованныь

183

Продувочная вфда испарителей

П эедварит

шыш

очистка

Рис.2. Полная схема утилизации продувки испарителей с использованием ЭМА ЗГ^оуучениЯм II щелочи и смеси кислот: I - электромембранное отделение щелочи; II - биполярныиЭМл для разложения солей; КЩ - ЭМА для концентрирования щелочи; КК - ЭМА для концентрирования

кислот

В качестве продуктов на электромембранной установке получаЮйРщЗлочной и кислый растворы. В зависимости от наличия ступени электромембранного концентрирования щелочи, а также степени разложения солей в аппарате с биполярными мембранами, концентрация щелочи в щелочном растворесоставл^ГЙтЙ! до 8 масс.%. В качестве примесей присутствуют исходные соли - сульфат и хлорид натрия - до 10 % от массы основного вещества. рйСТВОр

Второй продукт - кислый раствор, содержит исходные соли и смесь серной с включениями соляной и азотной кислот. В зависимости от степени разложения солей на II ступени электромембранной обработки концентрация кислот может меняться от 0 до 3 %. В предельном случае, при полном разложении солей, получаются примерно равные количества щелочного и кислого растворов.

В случае, если является целесообразным ограничиться получением щелочного и солевого растворов, возможна двухстадийная электромембранная обработка продувочной воды (рис.3).

При работе по схеме, показанной на рис.2, образуется 0,3 т щелочного раствора (5 % щелочи, 0,5 % солей) и 0,7 т кислого раствора (2 % кислот, 0,2 % солей). В схеме используется 5 электромембранных аппаратов с суммарным потреблением электроэнергии 120 кВт-ч на 1 тонну обрабКтйв&ЭмоЭЭ^ИНорШ'СТВОр

В сокращенной схеме (рис.1) используется 4 аппарата с суммарным потреблением электроэнергии 100 кВт^ч на 1 тонну обрабатываемого раствора. В результате обработки образуется 0,4 т щелочного раствора (5 % щелочи, 1 % солей) и 0,6 т кислого раствора (1,2 % кислот, 1 % солей).

Экономически наиболее выгодно и технически наиболее просто произвести выделение щелочи из продувочной воды по схеме, показанной на рис.3.

184

Продувочная вода исцарителей

Предварительная очистка

Рис. 3. Схема утилизации продувки с получением концентрированного щелочного и солевого растворов: IV - электромембранное получение щелочи второй ступени

Дилюа

В схеме используется 2 аппарата с суммарным потреблением электроэнергии 13 кВт^ч на 1 тонну обрабатываемого раствора. Продуктами переработки продувочной воды испарителей в этом случае являются 0,1 т щелочного раствора (4 % щелочи, 2 % СЛОЧНОЙ солей) и 1 т солевого раствора (2,5 %о исходных солей), используемые в дальнейшем в

со II СТ)

и 1 т цикле станции.

Summary

On the basis of electromembrane devices designed circuit solutions to dispose of purge water evaporating water treatment plants with the release of raw materials, re-used in the production cycle.

Keywords: thermal power station (TPS), electromembrane concentration.

I

Литература

device, desalination,

Концентрв

др. Опыт ТЭЦ-3 //

щелочно!

создания комплексной^ Новое в Российской

1. Фардиев И.Ш., Закиров И.А., Силов И.Ю. и малоотходной системы водопользования на Казанской электроэнергетике. 2009. №3. С.30-37.

2. Чичирова Н.Д., Чичиров А.А., Королёв А.Г., Вафин Т.Ф. Экологическая и экономическая эффективность внедрения ресурсосберегающих технологий на тепловых электрических станциях //Труды Академэнерго. 2010. №3. С. 65-71.

3. Чичирова Н.Д., Чичиров А.А., Ляпин А.И., Королёв А.Г., Вафин Т.Ф. Разработка и создание ТЭС с высокими экологическими показателями //Труды Академэнерго. 2010. №1. С. 34-44.

Поступила в редакцию

13 февраля 2012 г.

Вафин Тимур Филаритович - аспирант кафедры «Тепловые электрические станции» (ТЭС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8-917-3967844. E-mail: [email protected].

Чичирова Наталья Дмитриевна - д-р хим. наук, профессор, зав. кафедрой «Тепловые электрические станции» (ТЭС), директор института теплоэнергетики Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 519-42-12.E-mail: [email protected].

185

Чичиров Андрей Александрович - д-р хим. наук, профессор, зав. кафедрой химии Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 253-17-16. E-mail: [email protected].

Закиров Ильгизар Алиахматович - д-р техн. наук, профессор Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ).

186

Process waste water treatment recycling scheme evaporative systems using electromembrane devices