Нынешняя мировая экологическая обстановка, бесспорно, отражается и на качестве воды, которая необходима в повседневной жизни людей как в бытовых, так и в промышленных целях, в частности, в тепловой энергетике. Согласно расчётам, тепловые электростанции используют на производство одного гигаватта электроэнергии 32-42 куб. м воды в секунду. К примеру, только на охлаждение конденсатора турбины одного из энергоблоков использование воды исчисляется объёмом от 6 до 10 тыс. куб. м в час.
Поскольку вода является главным источником на тепловых электростанциях, водоподготовка считается самым важным составляющим звеном в этой сфере энергетики. Мировая практика показывает, что должная организация водоподготовки и чёткое соблюдение водного режима является гарантом надёжной, длительной и экономичной эксплуатации любой тепловой электростанции.
Согласно БСЭ: «Водоподготовка – это обработка воды, поступающей из природного водоисточника на питание паровых и водогрейных котлов или для различных технологических целей. Водоподготовка производится на тепловых электростанциях, в коммунальном хозяйстве, на промышленных предприятиях».
Необходимо отметить, что действующие требования к качеству используемой воды являются очень высокими. Эти требования заключаются в проведении физико-химической обработки воды в химических цехах электростанций, осуществляющих постоянный, поэтапный контроль за водно-химическим содержанием воды.
Водоподготовительная территория химического цеха Туракурганской тепловой электростанции, выполняющая функции предочистки, водоподготовки и деминерализации исходной воды, занимает, к примеру, почти 50% (около 11 га) общей площади станции, что говорит о значимости и важности функционирования этого производственного участка электростанции.
Как было отмечено выше, водоподготовка на тепловых электростанциях считается важнейшей частью общего цикла производства электрической энергии. Пренебрежение к выполнению требований к качеству используемой воды на тепловых электростанциях может привести к печальным последствиям – выводу из строя дорогостоящих установок и оборудования.
Следуя этим правилам, на Туракурганской тепловой электростанции в целях эффективной организации работы водоподготовительных установок специалистами цеха была внедрена дополнительная система умягчения исходной воды. Предварительная очистка исходной воды, забираемой из Большого Наманганского канала, осуществляется из-за наличия в её составе значительного количества солесодержания и минералов, а также крупных, дисперсных веществ, таких как песок, глина и остатков водорослей.
Следующим, одним из основных этапов водоподготовки на тепловых электростанциях, является предварительное умягчение воды в целях снижения уровня концентрации примесей методом применения реагентов, коагулянтов и флокулянтов в зависимости от состава исходной воды и параметров электростанции. В ходе этого водно-химического процесса происходит удаление мелких частиц дисперсных, коллоидных, минеральных и органических веществ.
Для достижения минимального уровня примесей (10 мкг на один литр воды) осуществляется осветление воды методом пропуска воды через многочисленные песочные и ионные фильтры – это уже третий этап водоподготовки на тепловых электростанциях.
В каких же целях осуществляется весь этот трудоёмкий процесс? Во-первых, предотвращается нежелательное отложение кальцевидных и окислов железа на внутренних поверхностях пароперегревательных и парообразующих труб, а также натрия, меди и кремниевой кислоты в проточных частях паровых турбин. Во-вторых, осуществляется защита от коррозии оборудования, которое в процессе работы контактирует с водой и паром, что способствует минимизации возможностей коррозии металлических поверхностей турбин, котлов и других установок конденсатно-питательного тракта.
Вместе с тем, в процессе водоподготовки могут возникнуть специфические аспекты водоочистки, которые необходимо будет устранять силами специалистов станции. Так например, в осенне-зимний период эксплуатации Туракурганской ТЭС в составе исходной воды наблюдалось увеличение количества солесодержания и различных минералов, что потребовало установления дополнительной схемы в существующий проектный узел умягчения и схему подачи воды. Такое неординарное решение, предложенное опытными специалистами цеха (Жураев, Темирбекова, Норматов, Кучкаров), способствовало экономии средств на полмиллиарда сум. за год, расходуемых на закупку различных фильтров.
Учитывая тот факт, что тепловым электростанциям, в частности для Туракурганской ТЭС, в целях обеспечения защиты дорогостоящего оборудования необходима эффективная система водоочистки и водоподготовки, очень важен выбор способов очистки вод при выработке электрической энергии. Одним из эффективных способов деминерализации значительных объёмов воды из естественных источников (подземных, поверхностных) в производственных целях является система обратного осмоса, которая может обеспечить очистку воды на 100%, с использованием различных систем мембран. Сейчас очистительные системы обратного осмоса также широко используются и в бытовых условиях для обессоливания питьевой воды. В промышленно-технологических целях эта система позволяет очистить большие объёмы воды в таких отраслях, как энергетическая, химическая, металлургическая, электронная, медицинская, пищевая.
Осмос – это способ разделения растворов на компоненты (переход молекул через полупроницаемую мембрану из объёма с меньшей концентрацией в сторону большей концентрации) для получения более насыщенного микроэлементами раствора, а при обратном осмосе — избавление раствора от примесей, т.е. иными словами, за счёт оказанного давления будет происходить «отделение» чистой воды из раствора соли. Полученная жидкость называется «осмосная вода», которая с помощью главного элемента обратного осмоса – мембранных волокон – становится безопасной из-за отсутствия в ней механических частей, солей, органических веществ, а также вредных микроорганизмов.
Некоторые учёные утверждают, что «никто точно не знает, что на самом деле происходит при обратном осмосе. Но на выходе получается скорее не вода, а химическая жидкость. Дистиллированная вода – это ещё вода, хотя и «пустая».
Другие же утверждают, что даже при отсутствии минералов и солей вреда от употребления такой воды не будет, т. к. основную долю необходимых для организма микроэлементов и минералов человек получает из пищевых продуктов.
Но, несмотря на эти взаимоисключающие утверждения, технология обратного осмоса, впервые применённая в США в 50-годах XX в., считается самым эффективным методом опреснения морской и солёной воды. Применению этого метода очистки воды способствовало отсутствие даже в больших глубинах скважин в западной части континента (штат Калифорния, близлежащие регионы) пресной несоленой воды для технических целей.
В мировом масштабе массовое использование обратного осмоса началось с 70-х гг. прошлого столетия для опреснения солёной морской воды. В настоящее время установку обратного осмоса применяют там, где установлены дорогое оборудование и сложные технологические линии для решения проблем загрязнённости воды, используемой в технологических целях.
Установка обратного осмоса в повседневной бытовой среде состоит из нескольких картриджей с фильтрами и мембраной, бака для очищенной воды, которые устанавливаются под раковиной. Принцип работы системы – на входе перед мембраной имеются 1-2 предварительных фильтра для задержания соли, песка, ржавчины и др. элементов, после чего вода передаётся на мембрану, после очищения через мембрану вода накапливается в баке. При этом не прошедшие через отверстия мембраны до 75% воды с примесями сливается в канализацию. Затем вода из бака перед использованием для употребления пропускается через 1-2 заключительных фильтра.
Процесс фильтрации системой обратного осмоса в промышленных целях осуществляется в более сложном и многоступенчатом направлении, чем на бытовом уровне, хотя принцип работы обеих систем идентичен. Обратноосмотические установки с оптимальными техническими параметрами обеспечивают качественную фильтрацию большого количества воды. Вместе с тем, мембранный блок этой системы способен вести контроль и менять микроэлементный состав очищенной воды и автоматически блокировать в случаях изменения давления подачи воды.
Для функционирования системы обратного осмоса необходимо образование давления на поступающую на мембранные элементы исходную воду в зависимости от насыщенности солевого состава исходной воды – если исходная вода имеет больше соли, то необходимо увеличение давления для получения обессоленной воды (пермеата). Это первый фактор работы обратного осмоса.
Вторым фактором, связанным с эффективностью работы обратного осмоса, является температурный режим исходной воды. Мембранные элементы работают в диапазоне температуры от 1 до 45 градусов по Цельцию. При этом в случаях повышения температуры воды только на 1 градус происходит увеличение производительности мембранного элемента на 3% с одновременным снижением показателя селективности по ионам, т.е. при повышении температуры воды поры мембранных элементов расширяются для прохождения большего количества пермеата и растворённых ионов, что приводит к ухудшению качественных показателей очищенной воды. Для достижения увеличения эффективности работы необходимо применение большего количества мембран на установке.
Вместе с тем, необходимо обратить внимание на наличие ряда узких мест в использовании мембран, которые при их игнорировании во время эксплуатации установки несут потенциальную угрозу вывода из строя всей обратноосмотической системы, а именно:
Непрерывная работа тепловых электростанций требует использования ионообменной установки с несколькими ступенями и фильтрами с автономными баками для восстановления. Блок управления отслеживает параметры работы каждого фильтра – количества воды, скорость и время очистки, направляя воду на картриджи. В процессе работы системы в картриджах происходят скопления солей с появлением симптомов загрязнений, которые выражаются в:
При таких условиях в целях восстановления работоспособности системы потребуется чистка мембраны обратного осмоса путём механической и химической промывки с использованием химических реагентов. Механическая промывка мембраны осуществляется методом поворота напора воды в обратную сторону, что может вытолкнуть и удалить налёты. В фильтрах, используемых в промышленных целях, такой метод осуществляется до пяти раз в час с протяжённостью до 30 секунд. При этом, чем выше будет скорость напора воды, тем качественнее будет очистка мембран.
При строгом соблюдении условий эксплуатации системы обеспечивается бесперебойное функционирование системы и предупреждений образования загрязнений. Вместе с тем, для проведения качественной очистки мембран в промышленных системах обратного осмоса необходимы анализ состава поступающей воды, изучение состояния оборудований, определение периодичности и длительности промывок, устранение остатков воды из мембраны путём вымывания. Восстановительные мероприятия мембранных элементов обратного осмоса специалистами рекомендуется осуществлять раз в 6-12 месяцев с учётом результатов вышеприведенных работ. Если очистные работы приходится осуществлять чаще одного раза в 3 месяца, то необходимо усовершенствование системы предварительной очистки исходной воды.
Химическая промывка мембран осуществляется с помощью химических препаратов и дезинфекционной обработки с учётом результатов вышеприведенных мероприятий, направленных на обеспечение безопасности фильтров, методом перемены давления. При регенерации методом перемены давления откручиваются вентиля на участках концентрации загрязнений, что приводит к сбросу и удалению налётов в значительных объёмах.
Водоподготовка, являясь сложным и трудоёмким водно-химическим процессом, всегда сопровождается значительными денежными расходами и материальными затратами. Для оптимизации этих производственных издержек требуется постоянный поиск новых технико-технологических решений по усовершенствованию процесса водоподготовки, снижению затрат на её проведение с одновременным улучшением качества употребляемой воды. Например, в Туракурганской ТЭС по предложению квалифицированных и опытных специалистов химического цеха внедрена дополнительная система приготовления из сухого (98%) гидрооксида натрия 48% жидкого концентрата, что позволяет в два раза сэкономить годовые расходы по этой части затрат (экономия по приобретению только гидроксида натрия за год составляет более 1 млрд. сумов).
В результате оптимизации работы насосов подачи добавочной воды на градирню достигнута экономия расхода электроэнергии в объёме 1,314 млн кВт. час за год почти на 0,4 млрд сумов. Инновационный подход к формированию запасов деминерализованной воды позволил достигнуть увеличения её запасов в более 14 раз.
В заключение следует отметить, что в связи с растущим потреблением воды высокого качества в промышленных целях вопросы уменьшения объёмов её использования и сброса в природу сточных вод становятся всё более актуальными. В мировом масштабе необходимость очистки сточных вод в целях их повторного использования и циркуляции сильно назревает из-за неблагоприятно складывающейся экологической ситуации, климатических изменений и нехватки водных ресурсов, что обуславливает широкое изучение специалистами возможностей их рециркуляции.
В настоящее время под усиливающимся давлением природоохранных органов многие промышленные гиганты обязаны платить дважды за употребляемую воду – первый раз за полученную от поставщика исходную воду, второй раз – за утилизацию сточных вод, использованных в промышленных целях. В контексте этих мер в некоторых случаях сточные воды после их переработки становятся даже более лучшего качества, чем исходная вода, подаваемая поставщиками.
Равшан Мирсаидов,
кандидат экономических наук,
руководитель пресс-службы унитарного предприятия
«Дирекция строительства Туракурганской тепловой электростанции»
0
157 
