14 Августа 2018

Ликбез №29: Пройти путем воды

Наш друг – газета «Сибирский энергетик» – подготовила прекрасный ликбез о том, как организован процесс водоподготовки на тепловой станции, работающей на угле. Казалось бы, вода – источник генерации только на ГЭС; но на ТЭЦ без нее не получится пара, а без пара – тепла и электричества. Но в тепловой генерации воду для использования в технологическом процессе сначала специально готовят.

Поделиться в социальных сетях

Вода – источник энергии. Избитая, казалось бы, фраза становится аксиомой, когда речь заходит о работе ТЭЦ. Нагретая или превращенная в пар вода становится тепловой энергией. Пар, в свою очередь, раскручивает турбины, которые вырабатывают электричество. Так что вода наравне с топливом – углем в случае ТЭЦ Иркутской энергосистемы или природным газом – является одним из тех обязательных компонентов, которые при сложении дают энергию. Но, прежде чем она попадет в агрегаты электростанции, из нее необходимо удалить все возможные примеси. Поэтому в структуре и технологической схеме любой тепловой электростанции обязательно есть цех или участок химводоочистки.

«Берем из Ангары»

На Шелеховском участке Ново-Иркутской ТЭЦ, бывшей ТЭЦ-5, цех химводоочистки существует в статусе участка и входит в состав турбинного цеха. Найти подразделение, которое занимается подготовкой воды, очень просто: ориентируешься на стальные баки и обращаешь внимание на то, что здание, возле которого они стоят, выкрашено в темно-синий цвет. Символичность расцветки, как выясняется позже, – чистая случайность. Но расположение здания относительно главного корпуса и других объектов теплоэлектростанции – предмет точного инженерного расчета.

«Воду берем из Ангары», – рассказывает начальник участка химводоочистки Наталья Шестакова. Чистота воды, о которой с гордостью говорят жители Иркутской области, – вовсе не миф, а истина. «Если судить по Москве, то у них жесткость около 6-7 миллиграмм-эквивалентов на литр, а у нас 1,2, – объясняет наша собеседница. – Точнее, 1200 микрограмм – такая размерность корректнее». 

Вода на ТЭЦ-5 поступает с Ершовского водозабора. Невольно вспоминаешь, что Иркутский алюминиевый завод, на территории и под нужды которого была построена теплоэлектроцентраль, изначально планировали разместить на левом берегу реки в непосредственной близости от нее. Если точнее, в районе деревни Кузьмиха ниже по течению Иркутской ГЭС, возведенной в 1950-х. Связь с рекой сохранилась – Ершовский водозабор находится чуть выше станции. Правда, до Шелеховского участка Ново-Иркутской от него примерно 16 км по прямой. 

Мысль о том, что это расстояние надо будет вычислить, возникает в тот момент, когда мы идем вдоль ряда резервуаров, выкрашенных в оттенок зеленого, близкий к хаки. «Вот основная схема умягчения воды на фильтрах, – указывает на них Наталья Германовна. – Ранее она была единственной, но ее законсервировали после того, как мы поставили установку обратного осмоса. Однако в прошлом году появилась необходимость подавать на Иркутский алюминиевый завод химочищенную воду для нужд котла утилизатора. Эту схему расконсервировали». 

Работает она по ступенчатой системе. Вода поступает по трубам напрямую, никаких промежуточных баков для ее накопления и хранения нет. На фильтрах первой ступени ее жесткость – содержание растворенных солей кальция и магния – снижается с 1200 микрограмм-эквивалентов на литр до 100 мкг-экв/л. То есть с 24 миллиграмм Ca2+ или 14,6 миллиграмма Mg2+ в литре воды до 2 или 1,2 мг. «В исходной воде около 95% ионов кальция, оставшиеся 5% – это магниевая жесткость, – отмечает начальник участка химводоочистки. – В основном мы кальциевую жесткость очищаем. Причем процесс умягчения происходит не только на фильтрах, но и на установке обратного осмоса». 

После этого вода поступает на фильтры второй ступени, где, как говорят специалисты, происходит ее умягчение по щелочности. Иными словами, снижение концентрации анионов слабых кислот и отрицательно заряженных ионов гидроксида, которые при лабораторных исследованиях вступают в реакцию с соляной или серной кислотами, образуя соли щелочных и щелочноземельных металлов. На фильтрах второй ступени щелочность сокращают с 1050–1100 мкг-экв/л до 200–600 мкг-экв/л. 

Следующая «остановка» – бак химически очищенной воды (ХОВ) № 3. Он действует исключительно для нужд ИркАЗа, от резервуара на завод идет отдельный трубопровод. «Это своя схема, – добавляет Шестакова. – Но в ней есть определенная задвижка, которую мы можем открыть, чтобы направить воду в баки ХОВ-1 и ХОВ-2, предназначенные для нужд турбинного отделения ТЭЦ».

Вода на ТЭЦ-5 поступает с Ершовского водозабора.

Фильтрация с приставкой «ультра»

На практике к подобному не прибегают – участок со станцией связывает отдельная схема. Вода, предназначенная для агрегатов ТЭЦ, тоже проходит многоступенчатую очистку. Взятая из Ангары, она сначала поступает в бак исходной воды. Затем ее подают на водоподготовительную установку с ультрафильтрационными мембранами, где и начинается процесс очистки. «В любой исходной воде существуют механические загрязнения, такие как различные частицы, бактерии, ил, гумус и песок, – поясняет Наталья Германовна. – Они отфильтровываются на установке мембранных технологий, которая состоит из трех блоков производительностью 40 тонн каждый».

Технология очистки проста – воду под давлением пропускают через мембраны, работающие, если сильно упрощать, примерно по тому же принципу, что и фильтр в обычном чайнике. То, что получилось после снижения индекса SDI или индекса плотности осадков, называется фильтратом и подается в баки фильтрата – два резервуара объемом 100 кубометров, или, как говорят специалисты на профессиональном сленге, 100 тонн.

Следующий этап – установки обратного осмоса. Принцип их работы заключается в том, что вода проходит через полупроницаемую мембрану, «отсекающую» соли жесткости и позволяющую значительно снизить щелочность. Степень очистки на порядок выше, чем при использовании традиционных технологий фильтрации. Например, щелочность пермеата – воды, прошедшей установку обратного осмоса, – составляет 20–40 мкг-экв/л, тогда как установки, которые ныне работают для нужд котла-утилизатора ИркАЗа, дают 200–600. «Когда мы работали на фильтрах, этого хватало, – подчеркивает Шестакова. – Дело в том, что в воде существует связанная углекислота, которую очень трудно расщепить на углекислый газ и воду как таковую. Из-за этого нельзя провести дегазацию до нужного уровня. Плюс мы знаем, что в кислой среде происходят процессы окисления и ржавления – трубы начинают изнашиваться быстрее, возникают свищи и так далее».

Поэтому на участке химводоочистки внимательно следят за водородным показателем – pH, который обычно называют кислотностью. По правилам технической эксплуатации он должен быть не менее 7,5 в парах, но обычные фильтры его обеспечить не могут. У пермеата, который выходит из установок обратного осмоса, он колеблется в пределах 7,9–8,2. Именно такая вода и направляется в баки ХОВ-1 и ХОВ-2. «Сказать, что она близка к дистиллированной, корректно?», – уточняем на всякий случай. «Если говорить про установку обратного осмоса, то да, – отвечает Наталья Германовна. – Дистиллированная вода, кроме жесткости, нормируется еще и по удельной электрической проводимости. На выходе из установки этот показатель равен 1,87 микросименса на сантиметр. По требованиям ГОСТа к дистиллированной воде он не должен превышать 5 микросименсов на сантиметр. Так что да, у нас очень чистая вода».

Но все же для попадания в агрегаты ТЭЦ этого недостаточно. Необходимо еще удалить из обессоленной, то есть подготовленной, воды кислород. А также подогреть ее до определенной температуры – 104 градуса в случае ТЭЦ-5. Это происходит на деаэраторе, стоящем на входе в турбинное отделение котлотурбинного цеха и соединенном трубами с баками химически очищенной воды. «Но все, что касается его работы, – это к турбинистам», – резюмирует начальник участка водоподготовки.

Дмитрий Дмитриев
Пермеат, который получается на выходе из установки обратного осмоса, поступает в баки химически очищенной воды. Следующая «остановка» – деаэратор перед входом в турбинное отделение станции.

В режиме автомата

Задачи подразделения на этом не исчерпываются. Поскольку на тепловых электростанциях стараются максимально эффективно использовать любые ресурсы, в том числе вторичные, он также занимается очисткой производственного конденсата. Схема уже привычная и похожа на подготовку воды по традиционной технологии. Производственный конденсат, образовавшийся в котлах, поступает на фильтр первой ступени, где его очищают от масла и других примесей. Затем его подают на фильтр второй ступени, который предназначен для снижения жесткости. То, что получается на выходе, поступает в баки химически очищенной воды. Помимо этого сотрудники участка занимаются подготовкой фосфатного раствора. Его добавляют в котловую воду для того, чтобы не допускать загрязнения – образования накипи – в трубах. Раствор реагирует с слоями жесткости, связывает их и выводит из трубопроводов котла.

Все процессы автоматизированы, поэтому на участке подготовки воды работает всего 15 человек. Это начальник, техник второй категории и десять аппаратчиков – четыре смены по два человека плюс еще двое «на подхвате» на время отпусков, отгулов, больничных и тому подобного. Остаются три лаборанта, которые анализируют качественные показатели воды, предназначенной для агрегатов ТЭЦ и котла-утилизатора алюминиевого завода. Кстати, своя лаборатория есть и в котлотурбинном цехе. Участок отвечает за качество и питательной, и котловой воды, поэтому там всегда дежурит один из двух аппаратчиков. «Аппаратчики считаются оперативным персоналом, они работают под руководством начальника смены котлотурбинного цеха, – замечает Шестаков. – Мы осуществляем, будем так говорить, методическое руководство».

Насосы, фильтры и установки обратного осмоса работают в автоматическом режиме. Техника следит за уровнем в баках химически очищенной воды и, как только он приближается к 35%, включает оборудование. В то же время аппаратчик может задействовать его вручную, отдав команду со своего рабочего места через экран ПЛК – программируемого логического контроллера. На том же сенсорном дисплее отображается и режим работы оборудования для очистки воды. Подобными экранами оборудованы и сами установки.

Баков для воды – двух «стотонников» – для нужд теплоэлектроцентрали хватает с запасом. Если все три блока установки ультрафильтрации включены на максимальную мощность, через них проходит не более 120 тонн в час. Или 120 кубометров, если вспомнить из школьного курса физики, что плотность воды равна единице. Но даже в самые холодные зимы часовой расход не превышает 90 тонн. В среднем же в то время, когда Шелеховский участок Ново-Иркутской ТЭЦ несет теплофикационную нагрузку, он равен 60 тоннам в час.

Первоисточник.

Все статьи проекта «Энергетика от А до Я».  

Блог Леонида Каганова
Насосы, фильтры и установки обратного осмоса работают в автоматическом режиме.
Егор Щербаков Журналист (Иркутск)