В № 10' 2010 журнала "Новое в российской  электроэнергетике" (НРЭ) в разделе "В помощь производству" опубликована статья "Технология получения глубоко обессоленной воды на основе ионного обмена без использования фильтров смешанного действия" А.А. Поворов, Н.В. Корнилова, К.Н. Платонов.

photo 001.jpg
Конференция "Реконструкция энергетики 2010" PDF Печать

Генеральный директор ЗАО «БМТ» Поворов Александр Александрович выступил с докладом «Новая технология получения глубоко обессоленной воды на основе ионного обмена без использования фильтров смешанного действия» на Второй Всероссийской конференции «РЕКОНСТРУКЦИЯ ЭНЕРГЕТИКИ - 2010», посвященной модернизации и реконструкции оборудования ТЭЦ, АЭС, ГРЭС, ТЭС и других предприятий электроэнергетики, повышению эффективности, автоматизации, надежности, безопасности и экологичности энергетики России.
Конференция проходила 8 - 9 июня 2010 г. в Москве в ГК «Измайлово» в ней приняло участие более 100 предприятий энергетики, ТЭЦ, ГРЭС, ТЭС, ОГК и ТГК России, проектных и научных институтов, инжиниринговых и сервисных компаний России, США, Австрии, Норвегии, Украины, Чехии, Швеции, Франции, Германии, Финляндии.                 

foto1    foto2    foto3

 
Новая технология получения глубокообессоленной воды на основе ионного обмена без использования фильтров смешанного действия

Поворов А.А., к.т.н.
ЗАО «БМТ», г. Владимир 

Глубокообессоленная вода широко используется в технологических процессах в  энергетике на ТЭС, ГРЭС, АЭС, глубокообессоленной считается вода, имеющая удельное электрическое сопротивление от 3 до 18 МОм*см.
Технология получения глубокообессоленной воды предусматривает стадии предварительного обессоливания (обратный осмос, ионный обмен, электродиализ) и дополнительного обессоливания.
Традиционно дополнительное обессоливание проводят на ионообменных фильтрах, последовательно пропуская воду через Н-катионитный фильтр с сильнокислотным катионитом,  декарбонизатор, ОН-анионитный фильтр с сильноосновным анионитом и фильтр смешанного действия (ФСД), содержащий смесь сильнокислотного Н-катионита и сильноосновного ОН-анионита.
Основная проблема при получении глубокообессоленной воды заключается в удалении углекислоты и диоксида кремния. Именно для этого в технологической схеме на стадии дополнительного обессоливания  предусматривается установка ФСД, что существенно увеличивает как капитальные, так и эксплуатационные затраты на глубокое обессоливание. Замена же ФСД электродеионизатором повышает удобство в эксплуатации установки, но практически не снижает ни капитальных, ни эксплуатационных затрат.
Специалистами ЗАО «БМТ» разработана новая технология глубокого обессоливания воды. Способ заключается в том, что воду, прошедшую предварительное обессоливание,  на стадии дополнительного глубокого обессоливания последовательно пропускают через ОН-анионитный фильтр с сильноосновным анионитом и Н-катионитный фильтр с сильнокислотным катионитом. Данная технология позволяет получить воду с удельным электрическим сопротивлением до 18 МОм*см (при 20 0С) без использования декарбонизатора и фильтра смешанного действия. Процесс проводят при значении карбонатного индекса в зоне анионного обмена Икио на ОН-анионитном фильтре менее 2 (мг-экв/дм3)2, в этом случае не происходит кольматации ионообменной смолы.

Традиционная технология

Новая технология

Рис. 1 Схемы традиционной и новой технологий глубокого обессоливания воды, где Н - катионитный фильтр со смолой в Н+ форме; ОН - анионитный фильтр со смолой в ОН- форме; Д - декарбонизатор; ФСД - фильтр смешанного действия.

В классической технологии глубокого обессоливания на основе ионного обмена вода сначала поступает на Н-катионитный фильтр, и только затем на ОН-анионитный как на стадии предварительного, так и на стадии дополнительного обессоливания. Это связано с тем, что при замене последовательности расположения ионитных фильтров на ОН-анионирование - Н-катионирование могут происходить процессы, препятствующие ионному обмену. В процессе обессоливания вод, имеющих достаточно высокие показатели солесодержания, жесткости и щелочности, при повышении значения рН внутри анионообменной колоны возникает опасность выпадения осадков карбонатов и силикатов кальция, а также гидроокиси магния. Выпавший осадок приводит к повышению сопротивления и кольматации анионитного фильтра. Проведенные нами комплексные исследования показали, что если для стадии предварительного обессоливания это обстоятельство справедливо, то для стадии дополнительного обессоливания это уже не так: поскольку большая часть катионов и анионов задерживается на стадии предварительного обессоливания (ионный обмен, обратный осмос, электродиализ, дистилляция), то при движении частично обессоленной воды через ОH-анионитный фильтр не возникает опасности образования нерастворимых соединений кальция и магния, кольматации фильтрующего слоя не происходит. На наш взгляд использование в технологии глубокого обессоливания воды схемы Н - ОН на стадии дополнительного обессоливания по аналогии со стадией предварительного обессоливания,  хотя и общепринято на сегодняшний день в мировой практике, но объясняется не чем иным, как некоторой инерционностью мышления.
Подача воды на стадии дополнительного обессоливания сначала на Н-катионитный фильтр имеет определенные недостатки. Это связано с тем, что по мере движения воды в Н-катионитном фильтре происходит замена катионов на ионы водорода. Это приводит к значительному понижению рН воды. В связи с этим к имеющейся в воде свободной углекислоте добавляется дополнительная, которая образуется при пониженном значении рН из анионов НСО3- и СО32-:

НСО3- + H+ ↔ H2O + СО2↑;                                                                       (1)

СО32- + 2H+ ↔ H2O + СО2↑.                                                                      (2)

Как правило, для удаления свободной углекислоты приходится устанавливать дополнительные аппараты - декарбонизаторы. Это увеличивает капитальные и эксплуатационные расходы, кроме того, даже самые эффективные декарбонизаторы не полностью удаляют свободную углекислоту. Поэтому для получения глубоко обессоленной воды приходится воду дополнительно пропускать через ФСД, что приводит к еще большему увеличению капитальных и эксплуатационных затрат.
Второй недостаток подачи воды на стадии дополнительного обессоливания сначала на Н-катионитный фильтр заключается в том, что по аналогии с углекислотой при понижении рН после Н-катионитного фильтра все кремниевые соединения находятся в основном в виде двуокиси кремния (SiO2):

НSiО3- + H+ ↔ SiО2 + H2O;                                                                          (3)

Это также приводит к неполному ее задерживанию на следующем ОН-анионитном фильтре и необходимости дополнительного удаления на ФСД.
Указанных недостатков лишен предлагаемый способ получения глубоко обессоленной воды, когда стадия дополнительного глубокого обессоливания выполнена по схеме ОН - Н, то есть сначала воду пропускают через ОН-анионитный фильтр. Как уже было сказано выше, поскольку большая часть катионов и анионов задерживается на стадии предварительного обессоливания (ионный обмен, обратный осмос, электродиализ, дистилляция), то при движении частично обессоленной воды через ОH-анионитный фильтр не возникает опасности образования нерастворимых соединений кальция и магния, поэтому кольматации фильтрующего слоя не происходит.
Первым положительным моментом при организации обессоливания по схеме ОН-Н-ионирования является то, что происходит  повышение значений рН в зоне ОН- анионитного обмена и это способствует диссоциации слабых угольной и кремниевой кислот, переводу их в ионизированное состояние (угольной кислоты в ионы НСО3-, СО32-, кремниевой кислоты в ионы НSiО3-), поэтому они могут участвовать в реакциях ионного обмена при использовании сильноосновных анионитов:

ROH + H+ + НСО3- ↔ RНСО3 + H2O ;                                                         (4)

ROH + H+ + НSiО3- ↔ RНSiО3 + H2O .                                                        (5)

При значениях рН 8,3 ÷ 8,4 практически вся присутствующая в воде угольная кислота представлена бикарбонатными ионами НСО3-, а при величине рН более 12 вся углекислота представлена только одними ионами СО32-.
Экспериментально установлено, что осадкообразование в зоне анионного обмена на ОН-анионитном фильтре не происходит при значении карбонатного индекса Икио менее 2 (мг-экв/дм3)2, такие приемлемые значения карбонатного индекса практически всегда имеет вода прошедшая стадию предварительного обессоливания  одним из способов: обратный осмос, ионный обмен, электродиализ, дистилляция. Кольматации слоя анионообменной смолы на стадии дополнительного глубокого обессоливания не происходит.
Для подтверждения новой технологии глубокого обессоливания воды были проведены сравнительные испытания двух установок, в которых на стадии предварительного обессоливания использовалась технология обратного осмоса, а на стадии дополнительного глубокого обессоливания - технологии ионного обмена  по традиционной (Н - ОН) и предлагаемой (ОН - Н) схемам. В ходе экспериментов   вода  после первой стадии деминерализации подавалась в режиме напорной фильтрации сверху вниз со скоростью 30 м/ч на последовательно расположенные колонны Н-катионирования и ОН-анионирования (схема Н - ОН) или ОН-анионирования и Н-катионирования (схема ОН-Н), использовались сильнокислотная ионообменные смола Пьюролайт С100ЕН и сильноосновная ионообменная смола Пьюролайт А400МВОН. Высота загрузки колонн 1200 мм, диаметр - 30 мм. В ходе процесса непрерывно измерялась   удельная электропроводность обессоленной воды. Основные показатели качества исходной воды приведены в табл. 1, температура воды - 20 0С,  линейная скорость - 30 м/час, вода после первой стадии  предварительного обессоливания имеет удельную электропроводность 20 мкСм/см.   Результаты сравнительных испытаний  двух установок для получения   глубоко обессоленной  воды приведены на рис. 2. В аналогичных условиях по схеме ОН-Н проверена работоспособность сильноосновных смол других марок, полученные данные также представлены на рис. 2. Для испытаний были выбраны смолы АВ 17-8, Ку 2-8, Маратон А и Маратон С.   

Таблица 1

Основные показатели качества исходной воды в эксперименте по сравнению традиционной и новой технологий глубокого обессоливания воды

Рис. 2  Результаты сравнительных испытаний традиционной (по схеме Н - ОН, но без ФСД)
и новой (по схеме ОН - Н без ФСД) технологий глубокого обессоливания воды,
где ОН-Н схема (1,3,4) Н-ОН схема (2).
Смолы: 1 - Пьюролайт А400МВОН/ Пьюролайт С100ЕН; 2 - Пьюролайт С100ЕН/ Пьюролайт А400МВОН; 3 - АВ-17-8/Ку-2-8; 4 -  Маратон А / Маратон С.  

Как видно из рис. 2, установка 1, стадия дополнительного глубокого обессоливания которой работает   по схеме  ОН - Н, позволяет получить воду с удельным электрическим сопротивлением 18 МОм*см (при 200 С), тогда как установка 2, стадия дополнительного глубокого обессоливания которой работает   по схеме   Н-ОН  - не более 3 МОм*см (при 200 С), причем ресурс работы  ионообменных смол установки 1 на 15 - 20% больше, чем установки 2. Как видно из рис. 2, установки 3,4, стадия дополнительного глубокого обессоливания которых работает по схеме  ОН - Н на смолах других производителей, позволяет получить воду с удельным электрическим сопротивлением 18 МОм*см (при 200 С), при этом при работе с АВ-17-8 был получен несколько меньший ресурс по сравнению с Пьюролайт А400МВОН, а при работе с Маратон А несколько больший.
Таким образом, организация стадии дополнительного глубокого обессоливания по схеме ОН - Н позволяет получить глубоко обессоленную воду с удельным электрическим сопротивлением до 18 МОм*см (при 200С). Внедрение разработанной технологии  позволяет исключить из технологической схемы глубокого обессоливания воды ФСД  и за счет этого:
1) снизить капитальные затраты на получение 1 м3 глубокообессоленной воды в 1,7 - 2,2 раза (на стадию дополнительного обессоливания);
2) снизить эксплуатационные затраты на получение 1 м3 глубокообессоленной воды в 1,6 - 1,9 раз (на стадию дополнительного обессоливания);
3) снизить объем засоленных стоков с установки (отработанных регенерационных растворов) и, соответственно, уменьшить отрицательную нагрузку на окружающую среду, снизить суммы платежей за сброс сточных вод.

 
Free template 'I, Gobot' by [ Anch ] Gorsk.net Studio. Please, don't remove this hidden copyleft!