Реконструкция химводоочистки в условиях финансового кризиса

Размещено на http://www.Allbest.ru/

ЗАО НПП «Объединенные водные технологии»

Реконструкция химводоочистки в условиях финансового кризиса

Балаев И.С., Кучма Г.Г.,

Яковенко О.Б., Ерофеев А.В.,

Москва

В условиях мирового финансово-экономического кризиса для стабилизации экономического положения любого предприятия огромную роль играет резкое снижение себестоимости производимой продукции за счёт уменьшения удельного расхода энергозатрат, расходов сырья и вспомогательных материалов.

В данной статье изложены основные направления по снижению себестоимости химочищенной и обессоленной воды, производимой на химводоочистках (ХВО) ТЭС и объектах промэнергетики.

В настоящее время практически на всех ХВО эксплуатируются традиционные технологические схемы, разработанные в 60-70^х годах прошлого века, включающие стадию предварительной очистки воды на осветлителях со взвешенным слоем (ВТИ, ЦНИИ) и фильтрацию на механических фильтрах (ФОВ), загруженных зернистым материалом (гидроантрацит или кварцевый песок) на высоту не более 1,0 м и последующую стадию двухступенчатого химического умягчения (натрий-катионирование) или обессоливания (Н-ОН-ионирование).

Естественно, для уровня техники XXI века эксплуатация существующих ХВО приводит к высоким эксплуатационным затратам по сравнению с зарубежными аналогами (расход химических реагентов, водопотребление, стоки, энергозатраты, ремонт и восстановление химзащиты металлоёмкого многоступенчатого оборудования и др.). При этом на многих ХВО используется устаревшая и ненадёжная арматура, приборы КИПа, что приводит к дополнительным энергетическим потерям и высоким трудозатратам.

В период 1999-2005 г на ряде ХВО (Калининская и Белоярская АЭС, ТЭЦ-12 Мосэнерго, Новгородская ТЭЦ, Нижнекамская ТЭЦ-1 и др.) была внедрена передовая импортная противоточная технология ионного обмена АПКОРЕ, которая позволила:

- сократить количество установленного оборудования (фильтры, насосы, баки), арматуры и трубопроводов в 2-3 раза;

- снизить расходы химических реагентов (кислоты, щелочь, соль) в 1,5-2 раза;

- уменьшить расход воды на собственные нужды ХВО и соответственно объём сбросных минерализованных сточных вод в 2-4 раза.

При реконструкции ХВО по технологии АПКОРЕ (разработчик «Дау Кемикал», США) использовалось отечественное оборудование (фильтры, насосы), арматура, приборы КИПа, а из импортной поставки - только фильтрующие материалы марки «Dowex» (инертный материал, катиониты, аниониты) и дренажные колпачки (марки «KSH» , Германия) для внутренних распредустройств.

Себестоимость химочищенной и обессоленной воды была снижена почти в 1,5 раза с 15-30 руб./м³ до 9-21 руб/м³), капитальные затраты на реконструкцию каждой ХВО составляли 40-100 млн. руб. (удельные капитальные затраты 80-150 тыс. руб. на 1 м³/ч производительности ХВО).

В период 2006-2008 г. при комфортных условиях финансовых инвестиций отношение к реконструкции ХВО резко изменилось - многие холдинги и корпорации «увлечённо» закупали импортные технологии, в частности мембранные (ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос) и соответствующее вспомогательное импортное оборудование (баки, насосы, трубопроводы, арматуру, приборы КИПа и др.), расходные материалы (мембраны, фильтры тонкой очистки) и химические реагенты (антискланты, промывочные растворы) также в основном импортного производства.

При этом с целью удешевления затрат по внедрению мембранных технологий многие отечественные поставщики отказались от традиционной стадии предварительной очистки исходной воды (осветлители, механические фильтры с зернистой загрузкой). Несмотря на это капитальные затраты на реконструкцию каждой ХВО резко возросли до 150-600 млн. руб. (удельные капитальные затраты 500-950 тыс. руб. на 1м³/ч производительности ХВО) за счёт импортной поставки комплектных установок.

В итоге на ряде ХВО (Заинская, Шатурская и Новочеркасская ГРЭС, ТЭЦ-9 и ТЭЦ-16 Мосэнерго и др.) внедрена следующая схема очистки воды поверхностных водоисточников:

- грубая предварительная очистка воды на сетчатых (200 мкм) самопромывных фильтрах («Amiad», «Hydak», «Azud» и др.);

- очистка воды от взвеси и органики на ультрафильтрационных мембран («Zenon» и «Norid» и др.) при предварительной коагуляции;

- частичное обессоливание на установке обратного осмоса (мембраны производства «Dow» и «GE», США);

- дообессоливание на фильтрах смешенного действия (ФСД) или раздельное Н-ОН-ионирование.

Положительной стороной внедрения мембранных технологий является практически полная автоматизация системы ХВО и сокращение в 3-4 раза расходов традиционных химических реагентов (кислота, щелочь, соль).

В тоже время необходимо отметить и отрицательный эффект от внедрения мембранных технологий по сравнению с традиционными схемами ХВО:

- расход воды на собственные нужды ХВО и соответственно количество сточных вод увеличилось с 15-25% до 50-60%, то есть в 3 раза;

- энергозатраты (расход электроэнергии) увеличились в 2-3 раза;

- отсутствие традиционной предочистки (осветлители, механические фильтры) привело к частым водным (через каждые 20-30 минут) и кислотным промывкам (1 раз в сутки) ультрафильтрационных мембран, что при такой интенсивности сокращает срок службы мембран, арматуры, промывных и дозирующих насосов до 3-4^х лет;

- увеличивается перечень нетрадиционных химических реагентов (антискаланты, промывные и обеззараживающие растворы), которые преимущественно импортного производства, а их затратная часть в ряде случаев превышает затраты от снижения расходов традиционных реагентов (кислота, щелочь, соль);

- высокотехнологическое и автоматизированное оборудование требует иметь высококвалифицированных специалистов в качестве сменного обслуживающего персонала (инженер-технолог и инженер по обслуживанию КИПа и АСУТП);

- низкий (до 3-4^х лет) срок службы мембран, арматуры, насосов импортного производства диктует иметь на складе ХВО необходимые их запасы, по причине длительных сроков их поставки из-за рубежа (3-4 месяца);

- не проработана с экологами проблема по сбросу концентрата от установок обратного осмоса в водоёмы рыбохозяйственного назначения, так как концентрация полифосфонатов (антискаланты) в сбросе составляет 12-20 мг/дм³ при ПДК = 0,1 мг/дм³;

- себестоимость обессоленной воды либо осталась практически на прежнем уровне, либо увеличилась (за исключением Заинской ГРЭС).

Дополнительно необходимо отметить, что в соответствии с проектом «Водная стратегия Российской Федерации до 2020 года» с 2016 года планируется увеличение с 25 до 120 раз штрафов за сброс в воду отходов, что в свою очередь заставит промпредприятия предусмотреть мероприятия по сокращению сточных вод.

С учетом вышеизложенного и в условиях кризиса при спаде промышленного производства и отсутствия инвестиционного финансирования практически всех работ по реконструкции ТЭС и объектов промэнергетики большинство ХВО (свыше 1000 ТЭС и промпредприятий за исключением 20-30, где была выполнена реконструкция) остались у «разбитого корыта» - устаревшие технологии, оборудование, арматура, приборы КИПиА, что по-прежнему влечёт высокие эксплуатационные затраты.

В данных условиях целесообразно пересмотреть стратегию по реконструкции ХВО с учётом минимизации капитальных затрат за счёт использования отечественного оборудования, технологий и материалов, тем более что на это имеются необходимые предпосылки.

Так, за последние 10 лет в России налажено производство арматуры (поворотные затворы), приборов КИПиА и химконтроля, полимерных трубопроводов и материалов для химзащиты, не уступающие по качеству импортным аналогам и значительно дешевле по стоимости.

Разработаны и внедрены современные технологии очистки воды, позволяющие при использовании отечественного оборудования и фильтрующих материалов обеспечить в 1,5-2 раза снижение эксплуатационных затрат по производству умягчённой или обессоленной воды на ХВО.

В частности на 20-30 ТЭС имеется положительный опыт установки тонкослойных модулей - «ламели» в осветлителях со взвешенным слоем (разработка ВТИ и НИИ КВОВ), что позволяет обеспечить высокое качество осветлённой воды и увеличить производительность предочистки. Стоимость такой установки составляет 2-3 млн. руб. на каждый осветлитель (удельные капитальные затраты 10-20 тыс. руб. на 1м³/ч производительности ХВО).

Специалистами ЗАО НПП «Объединённые водные технологии» («ОВТ») разработаны и внедрены ряд технологий и устройств, позволяющих значительно снизить эксплуатационные затраты ХВО при низких капитальных затратах за счёт использования отечественного оборудования и материалов.

На стадии предочистки используются механические фильтры с двухслойной фильтрующей загрузкой (патент РФ на ПМ №64929), имеющие высоту цилиндрической обечайки порядка 3000мм (используются корпуса ионитных фильтров первой ступени типа ФИПа I), и загруженные снизу вверх следующими фильтрующими материалами на общую высоту 2000-2200 мм (рис. 1):

- подстилочный слой гравия с грансоставом 2-5 мм на высоту 300 мм (для защиты нижнего распредустройства);

- кварцевый песок с грансоставом 0,6-1,2 мм на высоту 600-1000мм;

- гидроантрацит с грансоставом 1,2-2,5мм на высоту 1000-1200мм.

Неперемешивание фильтрующих слоев обеспечивается за счет значительной разницы их плотностей - кварцевый песок имеет плотность 2,6г/см³, гидроантрацит - 1,6г/см³.

Рис. 1. Конструкция механических (осветлительных) фильтров

себестоимость химводоочистка промэнергетика ионитный фильтр

Опыт трехлетней эксплуатации таких фильтров (ОАО «Химпром», г. Новочебоксарск; ОАО «Аммофос», г. Череповец) свидетельствует о следующих результатах:

- содержание взвешенных веществ в осветленной составляет менее 1 мг/дм³;

- величина коллоидного индекса SDI в осветленной воде составляет менее 3,0 ед.;

- производительность фильтров увеличивается практически в два раза по сравнению с традиционными фильтрами ФОВ (скорость фильтрования до 20 м/ч);

- фильтроцикл (количество очищенной воды между промывками) увеличивается в 3-4 раза, что приводит к сокращению воды на промывку, т.е. расход воды на собственные нужды составляет 1-1,5% (для фильтров ФОВ-4-5%).

Дополнительно необходимо отметить, что наибольшая эффективность механических фильтров c двухслойной загрузкой отмечена при использовании их после осветлителей, работающих в режиме «чистой» коагуляции. На ХВО ТЭЦ ОАО «Аммофос» получены следующие результаты по осветлению коагулированной воды на двухслойных механических фильтрах:

- снижение содержания алюминия с 900 -1000 мкг/дм³ до 20-70 мкг/дм³;

-снижение содержания окислов железа с 150-250 мкг/дм³ до 20-50 мкг/дм³;

- снижение перманганентной окисляемости с 5-7 мг0/дм³ до 3-5 мг0/дм³.

Данный положительный эффект связан с тем фактом, что проскочившие коагуляционные хлопьевидные частицы шлама после осветлителей задерживаются на верхнем слое крупнозернистого гидроантрацита и создают дополнительный сорбционный эффект очистки.

Капитальные затраты на модернизацию каждого фильтра составляют 1-2 млн. руб. (удельные капитальные затраты 15-25 тыс. руб. на 1м³/ч производительности ХВО).

Для вновь строящихся ХВО, либо для ХВО, у которых отсутствует стадия коагуляции в осветлителях, может быть предложена схема (рис.2) контактной коагуляции в напорных фильтрах с плавающей загрузкой (динамический осветлитель) и последующее доосветление воды в механических фильтрах (патент РФ на ПМ №75160).

В исходную воду вводится раствор коагулянта перед динамическим осветлителем (ДО), в котором используются для фильтрования гранулы 1-3 мм вспененного пенополистирола (крошка пенопласта). Такие гранулы имеют высокие адгезионные и электрокинетические свойства, чем песок или гидроантроцит, и их применение интенсифицирует процесс фильтрования. При коагуляции зерна загрузки и адсорбированные на них частицы служат центрами коагуляции - «затравкой». При этом резко ускоряется процесс роста хлопьев, которые образуются непосредственно на зернах загрузки и, соответственно, увеличивается эффект сорбции органических и механических загрязнений.

Рис. 2. Конструкция блока осветления воды

При очистке вода подается в динамический осветлитель снизу через распределитель, фильтруется со скоростью 10-20 м/ч через слой плавающих пенополистирольных шариков и, пройдя верхнее распределительное устройство, подается на доосветление на механические фильтры с двухслойной загрузкой. При загрязнении фильтрующей загрузки (в основном ДО) производится ее промывка. Для этого подается промывная осветленная вода на механический фильтр снизу вверх и далее нисходящим потоком на ДО, ожижая плавающий слой. При кипении пенополистирольной загрузки происходит отмывка частиц от загрязнений, которые вместе с потоком воды удаляются из аппарата.

Результаты работы опытно-промышленной установки на ОАО «Новокузнецкий алюминиевый завод» свидетельствует, что эффективность очистки оборотной воды на блоке, состоящего из ДО и МФ составляет:

- содержание взвешенных веществ менее 1мг/дм³;

- снижение нефтепродуктов с 1,5 мг/дм³ до 0,3-0,4 мг/дм³;

- снижение окислов железа на 50-75%.

При этом расход воды на собственные нужды блока ДО и МФ составляет не более 2% от производительности ХВО.

Капитальные затраты на каждый блок осветления (ДО и МФ) при реконструкции ХВО составляют 2-4 млн. руб. (удельные капитальные затраты 30-50 тыс. руб. на 1 м³/ч производительности ХВО).

Таким образом представленные решения позволяют при низких капитальных и эксплуатационных затратах обеспечить высокое качество осветленной воды. При этом используются отечественные фильтрующие материалы (крошка пенопласта, гидроантрацит, кварцевый песок).

На последующей стадии химического умягчения (натрий-катионирование), либо обессоливания предлагается внедрение противоточной технологии ионного обмена (патент №2206520) с дополнительным слоем очистки, которая позволяет использовать отечественные иониты и гранулированный полиэтилен вместо дорогостоящих монодисперсных ионитов и инертного материала марки «Dowex». химводоочистка промэнергетика водород катионитный фильтр

Данная технология внедрена на Уфимской ТЭЦ-3, ОАО «Химпром» (г. Новочебоксарск), Серовский метзавод, Западно-Сибирский металлургический комбинат, Дзержинское оргстекло и др.

В частности на Уфимской ТЭЦ-3 выполнена реконструкция натрий-катионитных фильтров ФИПа I-3,0-0,6 (5шт.) в противоточные. При этом каждый фильтр обеспечивает номинальную производительность 250 м³/ч и 280 м³/ч - в форсированном режиме. Общая производительность ХВО 750 м³/ч.

С целью защиты сильнокислотного катионита от загрязнения взвешенными веществами и окислами железа, а также для продления срока службы ионитов предусматривается дополнительная загрузка в противоточный фильтр (по типу АПКОРЕ) слоя гранулированного (0,8-2,0 мм) сополимер стирола и дивинилбензола (ДВБ), который располагается между слоем катионита и слоем плавающего инерта - гранулированный полиэтилен (Рис.3). Высота слоя сополимера стирола и ДВБ составляет порядка 300 мм, а высота свободного пространства (между слоем сополимера и слоем инерта) - 50-100 мм.

Не перемешивание фильтрующих слоёв обеспечивается за счёт значительной разницы их плотностей - полиэтилен имеет плотность 0,95 г/см³, сополимер стирола - 1,05 г/см³, катионит КУ-2-8 - 1,2 г/см³.

Рис. 3. Конструкция противоточного катионитного фильтра с дополнительным слоем механической очистки (модернизация АПКОРЕ)

Учитывая, что гранулометрический состав фильтрующего слоя сополимера, расположенного над слоем катионита, составляет 0,8-2,0мм, что больше, чем гранулометрический состав сильнокислотного катионита КУ-2-8, который составляет 0,3-1,2 мм, то перепад давления в противоточном фильтре при очистке воды нисходящим потоком с данной загрузкой материалов будет меньше, что позволяет увеличить скорость фильтрования до 40 м/ч.

При этом механическая прочность зёрен сополимера стирола на порядок выше по сравнению с зёрнами катионита, что обеспечивает защиту катионита от износа и приводит к увеличению его срока эксплуатации.

При выполнении пусконаладочных работ на Уфимской ТЭЦ-3 были достигнуты следующие показатели:

жесткость химочищенной воды после противоточных натрий - катионитных фильтров составляет 1,0-1,5 мкг-экв/дм³ при жесткости исходной (после предочистки) воды 3,0-4,0 мг-экв/дм³;

удельный расход поваренной соли на регенерацию составляет 1,5-1,6 г-экв/г-экв (80-95 г/г-экв);

производительность каждого противоточного фильтра (диаметр 3,0м) составляет 200-280 м³/ч (средняя 250 м³/ч), то есть скорость фильтрования 30-40 м/ч при перепаде давления 0,1-0,15 МПа;

расход воды на собственные нужды составляет порядка 3% от производительности ХВО.

На КОАО «Азот», г. Кемерово выполнена реконструкция обессоливающий «цепочки», в составе водород-катионитный фильтр диаметром 3400 мм (загружен катионитом КУ-2-8) и анионитный фильтр диметром также 3400 мм (загружен высокоосновным анионитом АВ-17-8 и низкоосновным макропористым анионитом Пьюролайт PPA-100).

При этом достигнуты следующие технологические показатели работы данной «цепочки»:

- производительность 325 мі/ч (среднегасовая 220-240мі/ч);

- удельный расход серной кислоты 90-100г/г-экв, а едкого натра 60г/г-экв;

- электропроводимость обессоленной воды 0,4-0,6 мкСм/см;

- содержание натрия и кремнекислоты в обессоленной воде составляет 20-30 мкг/дмі.

Капитальные затраты по реконструкции ионитной части каждой ХВО составляют 20-70 млн. руб. (удельные капитальные затраты 40-100 тыс. руб. на 1 м³/ч производительности ХВО).

Таким образом предлагаемые решения позволяют снизить капитальные затраты на реконструкцию ХВО в 4-6 раз по сравнению с мембранными методами очистки воды и в 1,5-2 раза по сравнению с импортными противоточными технологиями.

В завершении необходимо отметить, что в условиях кризиса реальная производительность многих ХВО составляет 20-40% от проектной, а потому значительное количество оборудования (механические и ионитные фильтры) находится в резерве.

В данной ситуации многие предприятия, могут выполнить реконструкцию ХВО поэтапно и при меньших затратах за счёт удешевления строительно-монтажных работ. При этом можно выполнить модернизацию ХВО в течение 2-3 лет за счёт ремонтного фонда затрат.

Размещено на Allbest.ru