Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса водоподготовки на этк; постановка задачи исследования 11
1.1. Ионообменные технологии 11
1.2. Мембранные технологии 14
1.2.1. Электродиализные установки 14
1.2.2. Установки обратного осмоса 16
1.3. Тврмодистилляционные технологии 21
1.3.1. Обессоливающие установки на базе испарителей с естественной циркуляцией раствора 22
1.3.2 обессоливающие установки на базе испарителей с принудительной циркуляцией раствора 27
1.3.3. Обессоливающ ие установки мгновенного вскипания 29
1.3.4. Обессоливающие установки на базе вертикальнотрубных плёночных испарителей 34
1.3.5. Обессоливающие установки на базе горизонтально-трубных плёночных испарителей 35
1.3.6. Обессоливающие установки с применением парокомпрессионных аппаратов 43
1.4. Постановка задачи исследования 47
Глава 2. Анализ опыта практического применения доу, оснащенных испарительными аппаратами различных типов и тепловых схем доу с гтпи 50
2.1 Опыт практического применения доу, оснащённых испарителями Различных типов 50
2.2, Анализ тепловых схем ДОУ с ГТПИ 55
Выводы ..„..62
Глава 3. Математическая модель доу на базе ГТПИ 63
Выводы 75
Глава 4. Исследование влияния конструктивных и технологических параметров на тепловую экономичность и металлоёмкость доу на базе ГТПИ 76
4.1. Анализ влияния числа ступеней испарения 77
4.2. Анализ влияния числа колонн ступеней испарения 77
4.3. Анализ влияния солесодержания исходной воды ; 82
4.4. Анализ влияния степени концентрирования исходной воды 82
4.5 анализ влияния интенсивности накипеобразования 87
4.6 анализ влияния компрессии вторичного пара 92
4.7 анализ влияния числа ступеней испарения на металлоёмкость установки ...97
4.8 выбор оптимального числа ступеней доу 99
Выводы: 103
Глава 5. Разработка и исследование высокоэффективных установок на базе гтпи и миу, повышение их экономической и экологической эффективности 105
5.1 Описание принципиальной схемы установки термоводоподготовки волжской ТЭЦ-1 106
5.2 Анализ вариантов сопряжения миу и доу цеха термоводоподготовки волжской ТЭЦ-1
5.3 Предложения по повышению эффективности установок цеха термоводоподготовки волжской ТЭЦ-1 116
Выводы: 119
Выводы 120
Список использованных источников
- Электродиализные установки
- Анализ тепловых схем ДОУ с ГТПИ
- Анализ влияния числа колонн ступеней испарения
- Предложения по повышению эффективности установок цеха термоводоподготовки волжской ТЭЦ-1
Введение к работе
Современное производство тепловой и электрической энергии сопровождается использованием значительного количества пресной воды и сбросом на природу больших объёмов сточных вод разного уровня загрязненности. В соответствии с «Концепцией перехода Российской Федерации к устойчивому развитию», и «Энергетической стратегией России на период до 2020 года» (Постановление Правительства РФ № 39 от 23.11.2000 г.) дальнейшее успешное развитие отрасли будет в значительной степени определяться возможностью обеспечения допустимого уровня воздействия энерготехнологических комплексов (ЭТК) на окружающую среду.
В России доля ЭТК в общепромышленном потреблении пресной воды достигает почти 70% и равняется 21 км3/год, из которых 19 км3/год возвращается обратно в водоёмы в виде сточных вод различной степени загрязнённости.
В связи с высокими требованиями, предъявляемыми к качеству воды, используемой в ЭТК, природную исходную воду подвергают специальной физико-химической обработке, в результате которой образуется значительное количество высокоминерализовапных сбросных вод. Объём этих вод напрямую зависит от применяемой технологии водоподготовки, поэтому всё большее признание получают такие проектные решения, которые позволяют минимизировать отрицательное воздействие и технологии водоподготовки на окружающую среду.
Возрастающие с каждым годом экологические требования привели к тому, что во всех странах земного шара приступили к разработке мероприятий по сокращению потребления пресной воды и, соответственно, к уменьшению объёма сбрасываемых сточных вод. Создаются схемы водообеспечения, реализующие полное повторное использование воды и исключающие сброс в окружающую среду жидких отходов. В мировой практике они получили название "zero discharge", т.е. нулевой сброс. Такие технические решения применяются и в теплоэнергетике [1,2].
Так, например, в Австралии на ТЭС "Bayswater" мощностью 4x660 МВт при подготовке подпиточной воды применены установки известкования, ионообменного умягчения и опреснения методом обратного осмоса на ацетат целлюлозных мембранах с производительностью каждой из этих установок 160000, 150000 и 35600 м3/сутки, соответственно. Замыкает этот технологический процесс обработки исходной воды выпарная кристаллизационная установка производительностью по выпариваемому раствору 6000 м3/сутки и 100 т/сутки - по кристаллическим солям. Сброс жидких отходов в водоёмы с этой станции отсутствует [3].
Опираясь па опыт, накопленный при создании и эксплуатации бессточной схемы водообеспечения станции "Bayswater", в Австралии построена другая станция "Mt. Piper" мощностью 2x660 МВт, на которой технология водообработки исходной воды, с нулевым сбросом жидких стоков реализуется только на выпарных (испарительных) установках [4].
Другим примером повышенного внимания к решению экологических проблем служит информация о признании лучшими электростанциями в мире за 1993 г. ТЭС "Dosweir, ТЭС "Bailly" электрокомпании "Northern Indiana Public" и ТЭС "Shand" электрокомпании "Sask Power" за разработку и эксплуатацию на этих станциях систем замкнутого бессточного водообеспечения [5].
Заметные экологические преимущества, свойственные термическому методу водоподготовки, а также возможность переработки с его помощью промышленных минерализованных сточных вод, значительно повысили интерес к этому методу подготовки добавочной воды для котлов высоких, сверхвысоких и закритических параметров, В российской теплоэнергетике нашли применении многоступенчатые испарительные установки (МИУ) на базе вертикальнотрубных испарителей, работающих в условиях повышенных давлений, а в области опреснения морских, солоноватых вод - работающие в условиях вакуума дистилляционные установки (ДОУ). Широкое применение в теплоэнергетике ДОУ для приготовления добавочной воды котлов в определенных условиях могут дать заметные экономические и экологические преимущества по сравнению с МИУ.
Применение термодистилляционных установок может обеспечить решение одной из важнейших экологических задач теплоэнергетики - резкое сокращение сброса сточных вод с ТЭС, за счет возврата основной их части в цикл станции. В таких случаях для повышения эффективности термической дистилляции целесообразно использовать гибридные установки: многоступенчатые испарители на базе энергетических испарителей МИУ, работающих в условиях повышенных давлений и ДОУ, работающих в условиях вакуума. Такая комбинация МИУ и ДОУ позволит не только снизить капитальные затраты на процесс дистилляции, но и сократить эксплуатационные расходы, за счёт снижения удельного расхода теплоты на опреснение.
В отечественной теплоэнергетике широкое распространение в настоящее время получили блочные и автономные МИУ на базе испарителей кипящего типа (тип И) АО ТКЗ «Красный котельщик».
Созданные по разработкам МЭИ шестиступенчатые МИУ с испарителями типа "И" эксплуатируются на ТЭЦ-7 АО "Ленэнерго", Омской ТЭЦ-5 и Казанской ТЭЦ-3, пятиступенчатая - на Саранской ТЭЦ-2 АО "Мордовэнерго", четырехступенчатая - на Краматорской ТЭЦ, двухступенчатая - на ТЭЦ-8 АО "Мосэнерго". На ГРЭС-1 и ГРЭС-2 г. Сургута используются испарительные установки, включённые в систему подогрева основного конденсата турбин.
В России и в других странах СНГ для приготовления подпиточной воды котлоагрегатов и парогенераторов с минимизацией или доведением до нуля жидких сбросов используется также технология и техника термодистилляциопных опреснительных установок, реализуемая на базе иных испарителей,' чем испарители типа "И".
Так, на Ферганской ТЭЦ (г. Фергана, Узбекистан) из смеси вод продувки цирксистемы и умягченных отработанных регенерационных растворов ХВО на ДОУ мгновенного вскипания получают дистиллят, используемый для подпитки паровых котлов давлением 14,0 МПа. Применение такой технологии получения подпиточной воды позволило резко сократить количество сбрасываемых со станции солей [6].
На Верх-Исетском металлургическом заводе г. Екатеринбург сточные воды травления стального листа и замасленные воды от прокатных станов перерабатываются на ДОУ с получением дистиллята, отправляемого на ТЭЦ для подпитки котлоагрегатов. Концентрат получаемых солей складируется в герметичных хранилищах, а концентрат замасленных вод сжигается в циклонной печи. Таким образом, примененная технология с использованием ДОУ позволяет на этом заводе полностью ликвидировать жидкие стоки [7,8].
На Первомайском химическом комбинате (г. Первомайский, Харьковской области, Украина) дистиллят, получаемый из высокоминерализованных сточных вод комбината в ДОУ, используют для подпитки котлоагрегатов ТЭЦ и в производстве полихлорвиниловых изделий. Рассол, остающийся после упаривания исходной воды в ДОУ, направляется в производство электролитической щёлочи и хлора. Таким образом, на Первомайском химкомбинате реализована бессточная схема водообеспечения производства [9,10].
На Туркменском заводе азотных удобрений (г. Мары), дистиллят, вырабатываемый из воды Каракумского канала, на ДОУ используется для подпитки котлов-утилизаторов в производстве аммиака и карбомида.
Тобольская ТЭЦ и Ново-Уренгойская пускорезервная ТЭЦ для подпитки котлоагрегатов используют дистиллят, получаемый из речной воды в трёх ДОУ (Тобольская ТЭЦ, Тюменская область, Россия) [11,12], и из озёрной воды в установке с горизонтальнотрубными плёночными испарителями (ГТПИ) (Ново-Уренгойская ПРТЭЦ, Тюменская область, Россия).
Кроме перечисленных, в нашей стране разработано значительное количество проектов, вплоть до рабочих, установок получения подпиточной воды с минимизацией жидких сбросов на базе техники и технологии термодистилляционного опреснения для различных ЭТК и пр ом предприятий [13].
Тем не менее, проблема повышения экономичности водоподготовительных установок (ВПУ) для ЭТК с минимизацией их вредного воздействия на окружающую среду остаётся исключительно актуальной и является одной из задач, решаемых в настоящей работе.
К другой задаче относится разработка решений по предотвращению гигантской экологической катастрофы в низовьях Волги возможной из-за накопления уровня жидкости выше проектного и прорыва по этой причине дамбы, отделяющей р. Ахтубу от Большого лимана - сборника, пруда-испарителя хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод г. Волжского. Она решалась по приказу Минприроды России №114 «Программа разработки и внедрения схем водопользования на тепловых электрических станциях без сброса промышленных сточных вод» от 17 июня 1992 г. и по перечню НИОКР на 1994 и 1995 годы по цеху термоводоподготовки (ТВП) Волжской ТЭЦ-1 АО "Волгоградэнерго", утвержденному РАО "ЕЭС РОССИИ" 07 июля 1994 г.
Поскольку более 40% объёма стоков в Большой лиман поступало с Волжской ТЭЦ-1, то было принято решение использовать её сточные воды, включающие отработанные регенерационные растворы ХВО, продувку котлов, градирен, вод, откачиваемых системой понижения уровня грунтовых вод и т.д., для приготовления подпиточной воды котлоагрегатов этой ТЭЦ. Для этой цели применить ДОУ, почти ие требующие расходования химических реагентов и позволяющие в десятки раз сократить жидкие стоки.
В настоящей работе на базе анализа опыта, накопленного в нашей стране при разработке и эксплуатации ВПУ, использующих различные технологии (ионообменную, мембранную, термодистилляционную), и на основании анализа зарубежных литературных источников, выявлена перспективность применения в теплоэнергетике страны ДОУ, выбран наиболее прогрессивный тип испарителя для ДОУ (горизонтальнотрубиый плёночный), проведено с помощью разработанной математической модели, а на основе её методики и компьютерной программы расчёта технологических и конструктивных параметров ДОУ с ГТПИ аналитическое компьютерное исследование влияния различных параметров на её показатели, предложена комбинированная термодистилляционная установка, включающая МИУ и ДОУ с ГТПИ, и выполнена оптимизация такой установки применительно к условиям Волжской ТЭЦ-1.
В результате исследований разработана комбинированная (гибридная) термодистилляционная установка МИУ + ДОУ с ГТПИ для переработки больших количеств сточных вод Волжской ТЭЦ-1 (700 м3/ч) с техническими, экономическими и экологическими показателями, значительно превосходящими существующие на станции установки глубокого химического водообессоливания. Использование такой установки позволит одновременно предотвратить переполнение природного отстойника (Большого лимана г. Волжского) и резко снизить риск аварийного сброса сточных вод Большого лимана в р. Ахтубу.
Электродиализные установки
В основе электродиализного обессоливания воды лежит способность мембран, имеющих определённый заряд, пропускать через себя только катионы или только анионы солей, растворённых в воде, под действием электрического поля, созданного внешним источником между катодом и анодом, погруженными в воду.
В нашей стране электродиализные установки используются, например, в схемах водоподготовки на Кемеровской ГРЭС, Зуевской экспериментальной ТЭЦ ВТИ, Новочеркасской ГРЭС, Уфимской ТЭЦ-2 и ТЭЦ-25 АО "Мосэнерго".
С 1990 г. на отечественном рынке появились электродиализные установки фирмы «Эйкос», которые предлагается использовать в следующих трех вариантах: для паровых котельных в качестве предвклгаченной установки к ионообменным фильтрам; при этом ожидается: снижение эксплуатационных расходов на 36 % и увеличение длительности фильтроциклов в 10 раз; для водогрейных котлов (при температурном графике 120-170С) с введением комплексен ов; для бессточного умягчения воды.
Наряду с бесспорными достоинствами электродиализных установок, им присущи и определённые недостатки. К весьма существенному относится то, что в процессе эксплуатации электродиализаторов в помещение выделяются продукты реакции, такие как водород, кислород и азот. Анализируя возможность безопасного размещения ЭДУ в химцехах ТЭС и, оценивая влияние на работу электродиализаторов выделяющихся газов, в работах [20, 21, 22] сделаны следующие выводы: о условием безопасного размещения ЭДУ в действующих химцехах ТЭС при нормальной работе оборудования является исключение возможности попадания водорода в помещение и постоянный контроль за его содержанием; о при аварийных ситуациях с выходом водорода в помещение, условием безопасности является соответствие свободного объёма помещения расчетному, определённому при максимально допустимой токовой нагрузке и при принятом времени и способе отключения ЭДУ; о для повышения надёжности и улучшения технико-экономических показателей работы ЭДУ в их состав рекомендуется ввести газоотделяющие устройства и приборы контроля электролита в приэлектродных камерах.
Кроме того, как экспериментально установлено авторами, за счёт газонаполнения приэлекгродных камер ЭДУ снижается производительность по удаляемым солям на 3 - 5 % и, как следствие этого, уменьшается эффективность от применения в схемах обессоливания воды метода электродиализа.
Вместе с тем, согласно данным многих технических литературных источников, максимальная единичная мощность ЭДУ ограничена по конструктивным особенностям величиной порядка 1 000 м3/сутки, что, безусловно, сдерживает применение электродиализа в теплоэнергетике.
Таким образом, отечественный опыт эксплуатации, оценки зарубежных и отечественных специалистов, литературные источники [20, 20, 22] позволяют сделать вывод, что электродиализ, как метод водоподготовки на ТЭС, имеет очевидные достоинства (обеспеченность оборудованием серийного изготовления, возможность работы при комнатных температурах 20-30С и относительно низких давлениях - до 0,6 МПа) и приемлем для частичного сокращения потребления химических реагентов на действующих станциях, а в связи с этим и некоторого уменьшения отрицательного воздействия ВПУ на окружающую среду. В то же время для кардинального сокращения затрат на приготовления подпиточной воды и исключения отрицательного воздействия ВПУ на природу этот метод не сможет найти применения из-за невозможности создания установок большой единичной мощности и бессточных схем на их основе, а также в связи со значительными потребностями в электроэнергии - готовой продукции ЭТК, жёсткими требованиями, предъявляемыми к качеству исходной воды и с проблемами, возникающими в процессе эксплуатации электродиализных установок.
Принцип действия обратного осмоса заключается в фильтровании под давлением минерализованной воды через полупроницаемую мембрану, пропускающую воду, и задерживающую основігую долю солей (до 96-99%).
В нашей стране установки обратного осмоса (УОО) эксплуатируются на ТЭЦ-23 АО "Мосэнерго" (УОО—50А производительностью 50 м3/ч) и в г. Лакинске на предприятии пищевой промышленности для приготовления добавочной питательной воды котлов ДКВР 14/3,5 (УОО-5 производительностью 5,0 м /ч), Воронежской ТЭЦ-1, а также Нижнекамской ТЭЦ (производительностью каждая по 50 м3/ч).
Анализируя эксплуатационные данные УОО ТЭЦ-23 АО "Мосэнерго", представленные в таблице 1.1, можно сделать вывод, что применение УОО-50А позволяет на первой ступени обессоливания получать воду, удовлетворяющую нормам ПТЭ по питательной воде для паровых котлов с давлением пара 14,0 МПа. В то же время потребность во второй ступени обессоливания ХВО-1 ТЭЦ-23 всё же осталась, правда межпромывочный период для неё при применении обратно-осмотической установки увеличился в 2-3 раза.
Анализ тепловых схем ДОУ с ГТПИ
«Омоложенный)) горизонтальнотрубный плёночный испаритель появился в технике относительно недавно - около тридцати лет назад [78]. Тем не менее, ДОУ на базе этих испарителей значительно продвинулись в своём развитии. В настоящее время они постепенно вытесняют с рынка установки мгновенного вскипания, занимавшие ранее на мировом опреснительном рынке основные позиции [79]. В большинстве Тендеров последних лет Заказчики запрашивают ДОУ, базирующиеся именно на ГТПИ.
Схемно ДОУ с ГТПИ выполняются самыми различными. Практически каждый Разработчик предлагает своё оригинальное решение, считая его наиболее целесообразным. И всё же имеющиеся решения по технологическим схемам установок с ГТПА, на наш взгляд, могут быть разделены на три основные группы.
К первой группе мы относим установки французской фирмы «SIDEM», принципиальная технологическая схема которых представлена на рис. 2.9.
По этой схеме опресняемая вода после прохождения конденсатора К1 подаётся насосом НЗ параллельными потоками в пять головных ступеней испарения И1...И5. Частично упаренная в этих ступенях вода насосом НІ направляется параллельными потоками в четыре промежуточных ступени испарения И6...И9, из которых насосом 112 направляется параллельными потоками в три концевых ступени испарения ИІ0...И12. Из последней ступени испарения вода насосом Н5 выводится из установки. В пределах групп ступеней испарения упариваемая вода движется последовательно из одной ступени в другую.
Греющий пар подаётся внутрь теплообменных трубок первой ступени испарения И1, где за счёт теплоты его конденсации происходит на наружной поверхности трубок подогрев воды и её частичное испарение. Образующийся в этой ступени пар поступает внутрь теплообмениых трубок второй ступени испарения И2. В этой ступени и в последующих ИЗ...И12 происходят аналогичные процессы конденсации, подогрева и испарения. Из И12 вторичный пар направляется в конденсатор К1, где конденсируется при охлаждении наружной поверхности теплообмениых трубок исходной водой.
В пределах групп ступеней испарения и в целом через установку упариваемая вода движется последовательно из одной ступени в другую в одном направлении с движением потока пара.
Дистиллят, образующийся в ступенях испарения И1...И12 и в конденсаторе К1, насосом Н4 откачивается как готовый продукт.
Для борьбы с накипеобразованием, химического поглощения кислорода установка снабжена узлами ввода химических реагентов - антинакипина, кислоты, сульфита аммония.
Вторая группа представлена установками израильской фирмы «Israel Desalination Engineering Technologies Ltd (IDE Technologies Ltd)», принципиальную технологическую схему которых см. на рис. 2.10.
По этой схеме опресняемая вода после прохождения конденсатора К1 подаётся насосом НЗ параллельными потоками в пять концевых ступеней испарения И8...И12. Частично упаренная в этих ступенях вода насосом Н5 направляется параллельными потоками в четыре промежуточных ступени испарения И4...И7, из которых она насосом Н2 направляется параллельными потоками в три головных ступени испарения И1...ИЗ. Из ступени испарения ИЗ упаренная вода насосом HI выводится из установки.
Греющий пар подается внутрь теплообменных трубок первой ступени испарения И1, где за счёт теплоты его конденсации происходит на наружной поверхности трубок подогрев воды и её частичное испарение. Образующийся в этой ступени пар поступает внутрь теплообменных трубок второй ступени испарения И2. В этой ступени и в последующих ИЗ...И12 происходят аналогичные процессы конденсации, подогрева и испарения. Из И12 вторичный пар направляется в конденсатор К1, где конденсируется при охлаждении наружной поверхности теплообменных трубок исходной водой.
В пределах групп ступеней испарения упариваемая вода движется последовательно из одной ступени в другую в одном направлении с движением потока пара, А в целом через установку движение упариваемой воды и пара является противоточным.
Для борьбы с накипеобразованием, химического поглощения кислорода установка снабжена узлами ввода химических реагентов - анти паки пина, кислоты, сульфита аммония.
К третьей группе отнесены российские установки с принципиальной технологической схемой, представленной на рис. 2.10.
По этой схеме опресняемая вода после прохождения конденсатора К1 поступает в колонну ступеней испарения ИЗ в двенадцатую по ходу пара ступень испарения. Из этой ступени вода перетекает в ниже расположенную ступень испарения, откуда насосами III и Н2 двумя параллельными потоками подаётся в колонны ступеней испарения И1 и И2, каждая содержащая по пять ступеней испарения. В ИІ вода подаётся через теплообменники Т1(1,2). Во всех двенадцати ступенях испарения (в трёх колоннах) происходит испарение исходной воды. Упаренная вода из пятой и десятой ступеней испарения насосом Н4 выводится из установки.
Греющий пар подастся внутрь теплообмеиных трубок первой ступени испарения колонны И1, где за счёт теплоты его конденсации происходит на наружной поверхности трубок ее частичное испарение. Часть греющего пара из тсплообмснных трубок секции испарения поступает во встроенный в эту ступень теплообменник предварительного подогрева исходной воды. Образующийся в этой ступени пар поступает внутрь теплообмеиных трубок второй ступени испарения и во встроенный в неё теплообменник предварительного подогрева исходной воды. В этой ступени и в последующих трёх ступенях испарения колонны ступеней испарения И1 происходят аналогичные процессы конденсации, подогрева и испарения. Из пятой ступени испарения И1 вторичный пар направляется в первую ступень испарения колонны И2.
Упаренная вода из пятой ступени испарения выводится через теплообменник Т1(1) во всасывающий трубопровод насоса Н4. В этом теплообменнике происходит подогрев части потока воды, поступающей на опреснение в колонну ступеней испарения И1.
В пяти ступенях испарения второй колонны И2 происходят те же самые процессы конденсации, нагрева и испарения, что и в ступенях испарения колонны
Из пятой ступени испарения И2 вторичный пар направляется в первую ступень испарения колонны ИЗ.
Упаренная вода из пятой ступени испарения колонны И2 поступает во всасывающий трубопровод насоса Н4 и вместе с упаренной водой из пятой ступени колонны И1 выводится из установки.
В двух ступенях испарения третьей колонны ИЗ происходят те же самые процессы конденсации, нагрева и испарения, что и в ступенях испарения колонн И1 и И2. Кроме того, в этих ступенях происходит интенсивная деаэрация опресняемой воды при частичном двукратном её испарении в ступенях испарения колонны ИЗ. Из второй ступени испарения ИЗ вторичный пар направляется в конденсатор К1, где конденсируется при охлаждении наружной поверхности теплообменных трубок исходной водой.
В пределах ступеней испарения колонн И1...ИЗ упариваемая вода движется последовательно из одной ступени в другую в одном направлении с движением потока пара. А в целом через установку движение упариваемой воды и пара является параллельно прямоточным.
Дистиллят, образующийся в ступенях испарения И1...И5, проходит через теплообменник ТІ(2), в котором подогревает часть потока исходной воды, поступающей в колонну И1. Далее этот дистиллят объединяется с дистиллятом из пяти ступеней испарения колонны И2, двух ступеней колонны ИЗ и из конденсатора К1. Объединённый поток дистиллята насосом ИЗ откачивается как готовый продукт.
Для борьбы с накипеобразованием, химического поглощения кислорода установка снабжена узлами ввода химических реагентов - антинакипина, кислоты, сульфита аммония.
Сравнение показателей проектов крупных промышленных представительных установок каждой группы свидетельствует (см. табл. 2.2), что лучшие показатели имеют установки третьей группы как по затратам энергоресурсов (на 10-20% меньше), так и по металлоёмкости оборудования и занимаемым габаритам размещения установок (также на 20-30% меньше). К недостаткам третьей группы установок относятся несколько более сложная технологическая схема и наличие кожухотрубных подогревателей исходной морской воды.
Анализ влияния числа колонн ступеней испарения
В связи с горизонтальной конструктивной компоновкой испарителей горизонтальнотрубного плёночного типа многоступенчатые термодистил-ляционные установки, оснащаемые этим типом испарителей, исполняются в виде одной или нескольких вертикальных колонн ступеней испарения. В данном разделе рассматривается влияние конструктивного исполнения установок (числа колонн ступеней испарения) на их основные показатели.
Для расчёта были выбраны установки с числом ступеней 6 и 12, собранные в одну, две, три и четыре колонны. Остальные переменные и постоянные параметры были приняты такими же, как и в разделе 4.1. Полученные результаты в виде графиков приведены на рис.4.4...4.6. Как видно из рис. 4.4 удельный расход теплоты уменьшается с увеличением числа колонн ступеней испарения. На наш взгляд, это связано с уменьшением количества жидкости, нагреваемой до температуры 90 С. Т.е. с увеличением числа колонн ступеней испарения установка в большей степени приближается к установкам с последовательным движением потока теплоносителя (пара) и параллельным движением упариваемой жидкости, которые, как известно, характеризуются меньшими удельными расходами теплоты на осуществление процесса упаривания растворов по сравнению с прямоточным движением теплоносителя и упариваемой жидкости.
Увеличение числа колонн ступеней испарения, как показывают данные рис. 4.5, незначительно отражается на величине удельной поверхности теплопередачи. Сначала наблюдается некоторый рост величины удельной поверхности теплопередачи, а затем даже её уменьшение. Это связано с взаимно противоположным влиянием сокращения расхода жидкости, нагреваемой до максимальной температуры (положительный эффект), и уменьшением полезного температурного напора из-за увеличения потерь на физико-химическую депрессию упариваемой жидкости, имеющей в анализируемой схеме среднюю концентрацию более высокую, чем, скажем, для прямоточной схемы (отрицательный эффект).
Ещё более сложно выглядит зависимость удельного расхода охлаждающей жидкости от числа колонн ступеней испарения (см. рис. 4.6).
Для установки с числом ступеней испарения шесть сначала наблюдается значительное снижение удельного расхода охлаждающей жидкости, а затем даже некоторое его увеличение, в то время как для установки с числом ступеней испарения двенадцать наблюдается монотонный рост величины удельного расхода охлаждающей жидкости. Обусловлено это всё тем же взаимно противоположным влиянием сокращения расхода жидкости, нагреваемой до максимальной температуры, и уменьшением полезного температурного напора из-за увеличения потерь на физико-химическую депрессию упариваемой жидкости, о котором говорилось выше. Рис. 4,5 Зависимость удельной поверхности теплопередачи от числа колонн ступеней испарения для установок с различным числом ступеней испарения
Зажидкостіустаново висимость удельного расхода охлаждающей л от числа колонн ступеней испарения для к с различным числом ступеней испарения [ -12 ступ. " " 6 ступ. 14 5 12-а а ю-о Я СИ О. Я - gS 2П J 1 1 і и ( з і ;Числ о колонн сту Ь пеней испар % ! ЇНИЯ, шт. 4.3. Анализ влияния солесодержания исходной воды
Оценка влияния солесодержания исходной (упариваемой) воды производилась на основании данных, полученных в результате вариантных расчетов материальных и тепловых потоков двухколонных установок с числом ступеней 6, 8, 10 и 12 при 10-кратной степени концентрирования упариваемой воды. Содержание солей в исходной воде принималось в расчётах равным 0,5; 1,5; 2,5; 3,5 и 10,0 г/дм3. Остальные параметры были приняты такими же, как и в предыдущих расчетах. Данные проведенных расчетов в графическом виде представлены на рис. 4.7...4.9.
Как видно из представленных графиков изменение солесодержания упариваемой воды от 0,5 г/ дм3 до 10,0 г/ дм3 практически не влияет на удельный расход теплоты и на удельный расход охлаждающей воды, особенно, для установок с числом ступеней испарения больше шести.
Полученные данные хорошо согласуются с существующим представлением о «всеядности» термодистилляционных установок по переработке вод с различным солесодержанием, т.е. и наши данные подтверждают слабую зависимость затрат тепловой энергии от солесодержания исходной воды. В то же время удельная поверхность теплопередачи несколько возрастает (примерно на 8%) с увеличением солесодержания исходной воды в двадцать раз.
Наблюдаемое возрастание qp обусловлено повышением величин физико-химической депрессии и, как следствие, с уменьшением полезного температурного напора процессов теплообмена в ступенях испарения из-за увеличения солесодержания раствора на выходе из установки.
Предложения по повышению эффективности установок цеха термоводоподготовки волжской ТЭЦ-1
Рассматриваемая схема представлена на рис. 5.1. Установка входит в состав первого пускового комплекса цеха ТВП Волжской ТЭЦ-1 [99]. На схеме отображены технологическое оборудование ДОУ с ГТПИ + МИУ с коммуникациями основных рабочих сред: исходной Na-катионированной воды, упариваемой и охлаждающей воды, пара, дистиллята, парогазовой смеси.
В состав оборудования ТВП входят три энергетических испарителя «И-1000», вспомогательный конденсатор МИУ, расширители продувки и дистиллята, три ДОУ с двумя восьмиступенчатыми агрегатированной конструкции ГТПИ в каждой. Эти испарители содержат по восемь ступеней испарения и регенеративных подогревателей со встроенным в нижнюю ступень испарения (шестнадцатую по ходу пара) концевым конденсатором. Кроме того, в состав установки входят охладитель дистиллята, фильтр для удаления из перерабатываемой воды ионов тяжёлых металлов, в основном, меди и железа для защиты от локальной коррозии материала тсплообменных трубы ГПТИ, выполненных из алюминиевого сплава АМг-2, водоструйный эжектор с баком для создания и поддержания вакуума. Используются также центробежные насосы, перекачивающие перерабатываемую воду из одного ГТПИ в другой и в испарители МИУ, центробежные насосы, откачивающие дистиллят и рассол.
Подготовка исходной воды для питания установок ТВП осуществляется следующим образом. Все стоки Волжской ТЭЦ-1, представляющие собой воды периодической продувки котлов, направляемой в барботеры, регенерационные стоки установок очистки производственного конденсата, речная вода, использованная для охлаждения оборудования мазутного хозяйства и других установок, грунтовые воды из скважин инженерной защиты ТЭЦ-I от подтопления, воды непрерывной продувки котлов, дождевые воды, собираются в пруде-накопителе, усредняются и направляются в COO-I.
Часть продувочный воды СОО-1 после известкования, коагуляции, осветления и подкисления на существующей предочистке используется для подпитки СОО-2. Продувочная вода СОО-2 после осветления на механических фильтрах и одноступенчатого натрий-катионитного умягчения подаётся в цех ТВП,
Для утилизации стоков регенерации натрий-катионитных фильтров и продувки МИУ предусмотрена установка по сбору и переработке стоков (УСПСВ). На этой установке готовится регенерационпый раствор натрий-катионитных фильтров из указанных сточных вод путём их смешения в определенной пропорции. Избыток образующихся регеиерационных сточных вод удаляется в осветлитель подготовки добавочной воды для системы оборотного охлаждения (СОО-2).
Установка цеха ТВП Волжской ТЭЦ-l работает следующим образом. Описывается МИУ и одна из трёх параллельно работающих ДОУ с ГТПИ.
Исходная вода цеха ТВП через фильтр удаления ионов тяжёлых металлов ІФІ поступает на оросительное устройство одной из половин трубного пучка нижней (шестнадцатой по ходу пара) ступени испарителя ІИ2, предварительно пройдя внутри части труб (три пятых) теплообменного пучка конденсатора, встроенного в эту ступень испарения.
С помощью оросительного устройства вода равномерно распределяется по наружной поверхности верхнего ряда труб этой половины трубного пучка и далее, стекая в виде плёнки по наружной поверхности теплообменных труб сверху вниз от ряда к ряду, она частично упаривается за счёт тепла конденсации пара, поступающего внутрь теплообменных труб из предыдущей (выше расположенной пятнадцатой) ступени. При этом исходная вода интенсивно освобождается от воздуха и агрессивных газов (диоксид углерода, кислород). Деаэрированная, таким образом, исходная вода сливается в отсек деаэрированной исходной воды, выделенный в нижней части шестнадцатой ступени испарения.
Из нижней части испарителя 1И2 деаэрированная исходная вода забирается насосом 1НЗ и прокачивается через подогреватели, встроенные в 16-9 по ходу пара ступени испарения (восемь ступеней подогрева исходной деаэрированной воды). На выходе из восьмого подогревателя поток воды разделяется на две части: одна часть потока, количественно равная производительности испарителя 1И2 по дистилляту плюс 70,0 м3/ч поступает на оросительное устройство верхней (девятой по ходу пара) ступени испарения, а вторая часть потока направляется на вход в восьмой подогреватель, встроенный в восьмую ступень испарения испарителя 1И1.
В первой ступени испарения испарителя 1И2 (девятой по ходу пара) вода с помощью перфорированного листа распределяется по наружной поверхности верхнего ряда горизонтального трубного пучка ступени. Стекая в виде плёнки по наружной поверхности теплообменных труб сверху вниз от ряда к ряду, вода частично упаривается за счёт теплоты конденсации пара, поступающего внутрь теплообменных труб из восьмой ступени испарения испарителя 1ИЇ. Пройдя сверху вниз все ряды труб, вода стекает на перфорированное дно этой ступени, являющееся одновременно оросителем для трубного пучка расположенной ниже ступени испарения (десятой по ходу пара).
Аналогично процессы орошения и частичного упаривания исходной воды происходят во второй и далее в последующих ступенях испарителя 1И2 вплоть до нижней (шестнадцатой) ступени с постепенным снижением температуры кипения жидкости. Упаренная вода, сливающаяся с нижнего ряда труб одной из половины трубного пучка шестнадцатой ступени, попадает в отсек упаренной воды, размещённый под трубным пучком нижней (шестнадцатой) ступени рядом с отсеком исходной воды.
Упаренная вода из отсека шестнадцатой ступени забирается насосом 1И2 и прокачивается через охладитель дистиллята ЮД1, в котором она подогревается теплом дистиллята, отводимым из головных ступеней испарения МИУ и ТДОУ. Подогретая вода после 10Д1 смешивается с потоком исходной воды после подогревателя, встроенного в девятую ступень, и поступает через подогреватели, встроенные в восьмую-первую ступени испарения, на оросительное устройство первой ступени испарения испарителя 1И1.
С помощью перфорированного листа поступающая вода равномерно распределяется по наружной поверхности труб верхнего ряда теплообменного пучка и далее, стекая в виде плёнки по наружной поверхности теплообменных труб сверху вниз от ряда к ряду, она частично упаривается за счёт теплоты конденсации пара, поступающего внутрь теплообменных труб из третьего испарителя МИУ ИЗ.
Пройдя сверху вниз все ряды труб, вода стекает на перфорированное дно этой ступени, являющееся оросителем для трубного пучка расположенной ниже ступени испарения (второй по ходу пара).
Аналогично процессы орошения и частичного упаривания исходной воды происходят во второй и далее в последующих ступенях испарителя 1И1 вплоть до нижней (восьмой) ступени с постепенным снижением температуры кипения жидкости.
