Разработка проекта по внедрению системы водоподготовки с применением ИМВ

Обоснование актуальности темы проекта
Теплоэнергетический комплекс и другие отрасли промышленности
нуждаются в использовании для технологических целей обессоленной воды
высокого качества.
В современной отечественной энергетике производство обессоленной
воды осуществляется преимущественно химическими методами и методом
обратного осмоса. Традиционными недостатками указанных методов
являются:
- высокая себестоимость обессоленной воды, связанная с высокой
стоимостью реагентов и мембран,
- высокие трудозатраты при транспортировании химреактивов,
перезагрузке и регенерации фильтров,
- экологические проблемы, обусловленные значительными объемами
производственных стоков,
- зависимость от поставок импортного оборудования, комплектующих
и материалов.
Альтернативой химическим методам обессо-ливания являются
термические методы. Испарители поверхностного типа конструкции ЦКТИ
успешно эксплуатируются в течение многих лет на отечественных
предприятиях. Недостатком этих аппаратов является низкая тепловая
эффективность, связанная, в том числе, с проблемой утилизации
низкопотенциального вторичного избыточного пара.
Наиболее экономичными из аппаратов термоподготовки воды являются
вакуумные. К таким аппаратам относятся испарители мгновенного вскипания
(ИМВ), разработка которых была начата в УралВТИ, а после прекращения
централизованного финансирования доведена до промышленного
применения специалистами научнопроизводственного предприятия
«ЭКОТЕХ» и ЗАО «ИКСА».

В настоящее время в эксплуатации на тепловых электростанциях
России и Казахстана находятся 20 термообессоливающих комплексов на базе
ИМВ.
Термообессоливающая установка на базе ИМВ включает следующее
оборудование:
- собственно испаритель ИМВ (ИМВ производительностью 20...50 т/ч
выполнен в виде двух прямоугольных корпусов размерами: 6,5х 1,5x6 м и
общей массой около 80.120 т),
- вакуумный деаэратор (специальное оборудование, включен в
тепловую схему испарителя по воде и пару),
- головной подогреватель (серийный пароводяной подогреватель с
поверхностью теплообмена 100.200 м2),
- насосное оборудование (обеспечивает циркуляцию концентрата и
отвод получаемого дистиллята),
- эжекционный контур (насос - эжектор - бак) обеспечивает
вакуумирование системы,
- средства КИП и автоматики (4-5 регуляторов для поддержания
работы аппарата в автоматическом режиме) [1-4].
Принцип действия ИМВ заключается в генерации пара при
многократном адиабатном вскипании воды в ступенях испарителя, которая
осуществляется в условиях вакуума в свободном объёме аппарата. Это
обстоятельство в сочетании со ступенчатостью процесса упаривания
исходной воды позволяет снизить опасность зарастания внутренних объемов
аппарата накипью. При этом имеется возможность заменить химические
методы умягчения исходной воды на коррекционные, основанные на ее
ингибировании, что существенно снизит эксплуатационные затраты и
экологические проблемы при получении обессоленной воды.
Опыт эксплуатации установок с ИМВ на ТЭС, расположенных в
разных регионах страны и использующих воду разных водоисточников,

подтвердил их высокую эффективность работы. Качество получаемого
дистиллята характеризуется следующими показателями:
общая жесткость 1 мкг-экв/кг
УЭП 0,5.1 мкСм/см
содержание натрия до 15 мкг/кг
содержание кремния до 20 мкг/кг
содержание железа до 20 мкг/кг
содержание кислорода до 20 мкг/кг
Получаемый дистиллят ИМВ отличается высоким качеством и
пригоден для питания котлов давлением до 140 атм.
Вследствие полной автоматизации эксплуатация ИМВ не требует
привлечения дополнительного обслуживающего персонала. По опыту
действующих установок контроль их режима работы обеспечен штатным
персоналом при расширении зоны обслуживания.
В тепловую схему ТЭС ИМВ, как правило, включены по
эквипотенциальной схеме без снижения тепловой экономичности станции.
При такой схеме включения ранее используемый в тепловой схеме ТЭС пар
для подогрева исходной воды перед ХВО используется в головном
подогревателе ИМВ, а исходная вода подогревается до 40 °С в последних
ступенях ИМВ. В этом случае не требуется дополнительная выработка пара
на ТЭС и отсутствует недовыработка электрической энергии. Возможны и
другие схемы включения ИМВ.
Благодаря низким потерям тепла удельная выработка дистиллята
составляет 8.9 т на 1 т пара, используемого в процессе дистилляции в
качестве теплоносителя.
Опыт эксплуатации ИМВ в энергосистемах ТГК-16 (ОАО «Татэнерго»)
и ОАО «Башкирэнерго» показывает, что производство обессоленной воды на
ИМВ требует в 2-3 раза меньших затрат по сравнению с существующими
традиционными установками химического обессоливания. На Казанской
ТЭЦ-3 при суммарной производительности ИМВ 100 т/ч годовая экономия

составляет 9,6 млн руб. в ценах 2002 г., на Уфимской ТЭЦ-2 при
производительности 50 т/ч - 9,2 млн руб.
Испарители обладают высокой ремонтопригодностью. Для
восстановления их работоспособности не требуются импортные материалы и
комплектующие. Ремонт ИМВ любой сложности выполняется силами
ремонтного подразделения ТЭС или монтажной организации.
Факторами, сдерживающими распространение ИМВ на отечественных
предприятиях, являются высокие капитальные затраты, обусловленные
значительной металлоемкостью оборудования и высокими трудозатратами
изготовления, а также необходимость использования оборотной системы
охлаждения для конденсации пара последней ступени аппарата. Даже с
учетом низкой температуры пара на выходе ИМВ отвод тепла вследствие
скрытой теплоты парообразования (~ 614 ккал/кг пара) является
значительным. Расчет схем ИМВ с ограничением отвода вторичного тепла до
значений, необходимых только для нагрева подпиточ-ной воды, показал
снижение производительности установки на 25.30 % при неизменных
капитальных затратах, что является неприемлемым.
В период 2006-2013 гг. на Набережночелнин-ской ТЭЦ и Салаватской
ТЭЦ введены в эксплуатацию три деаэрационно-дистилляционных установки
нового типа (деаэраторы двойного назначе-
ния ДДН), на которых обессоленную воду (дистиллят) получают в
схеме водоподготовки подпитки теплосети из выпара вакуумного деаэратора.
Химическая подготовка воды для получения дистиллята
ограничивается коррекционной обработкой, ингибированием исходной воды
применительно к условиям открытой теплосети, что предопределяет
особенно низкую себестоимость получаемого дистиллята.
На ТЭЦ в схемах водоподготовки подпиточ-ной воды теплосети
повсеместно используются термические деаэраторы, в которых удаление
коррозионно-агрессивных газов (кислорода и углекислого газа) происходит
за счет нагрева воды до состояния кипения и дальнейшего выпаривания.

Многочисленными исследованиями доказано, что эффективность деаэрации
возрастает по мере увеличения выпара. Однако увеличение выпара ведет к
увеличению тепловых потерь, перерасходу топлива и дополнительным
финансовым затратам, а потому требует применения специальных
утилизаторов тепла и, следовательно, дополнительных капиталовложений. В
подавляющем большинстве случаев эксплуатационная служба ТЭЦ снижает
интенсивность режимов деаэрации в ущерб качеству, что ведет к коррозии
городских тепловых сетей.
Проект совмещения деаэрации и дистилляции в одном аппарате
способствует повышению эффективности деаэрации и снижению стоимости
получения обессоленной воды. При этом наиболее значимые достоинства
проекта заключаются в следующем:
- увеличение выпара при деаэрации подпитки теплосети одновременно
повышает качество деаэрации и увеличивает выработку дистиллята,
- деаэрация осуществляется в вакуумном режиме с минимальными
тепловыми потерями и затратами электроэнергии для рециркуляции
теплоносителя на нагрев деаэрированной воды,
- нагрев деаэрируемой воды производится низкопотенциальным паром
(70.100 °С) или горячей водой,
- деаэрация осуществляется на режимах с максимально возможным
расходом выпара, что обеспечивает низкое остаточное содержание
кислорода,
- выпар деаэрированной воды используется для получения дистиллята
путем очистки стандартными методами (сепарация влаги и отвод не-
конденсирующихся газов) и конденсации в поверхностном теплообменнике,
- охлаждение выпара осуществляется потоком воды, подаваемой на
деаэрацию, что исключает затраты электроэнергии на циркуляцию
охлаждающего оборотного контура и непродуктивные тепловые потери,

- обмен воды в контуре водоструйного эжектора системы
вакуумирования осуществляется также за счет потока воды, подаваемой на
деаэра-