Модернизация осветлителей системы предочистки воды на ТЭС и АЭС

При восполнении потерь питательной воды на тепловых и атомных электростанциях в системах предочистки сырой воды используются осветлители c коагуляцией (известкованием) сырой воды. Как отмечалось в [1], на 67 энергетических предприятиях, из 192 исследованных, воду осветляют коагулированием солями алюминия.

Осветлитель ЦНИИ–МПС–2А, установленный на Разданской ТЭС (РазТЭС), работает по нижеприведенной схеме.

Сырая вода из отстойников, где освобождается (отстаивается) от тяжелых, механических фракций (примесей), поступает в теплообменники, нагревается до 30 ° С и по трубопроводу поступает в осветлитель, перемешивается с коагулянтом (на РазТЭС в качестве коагулянта используется сульфат алюминия), образуя хлопья, на которые осаждаются органические фракции, и через трубопровод поступает на анионитовые и катионитовые фильтры. Осветленная и отфильтрованная вода используется для нужд энергетического блока (для подпитки, заполнения, промывки и так далее).

При рассмотрении качественных показателей воды после осветления в осветлителях ЦНИИ–МПС–2А выявлено, что использование сульфата алюминия снижает окисляемость воды в среднем на 30 %, что не соответствует показателю, установленному нормой (окисляемость осветленной воды должна быть не более 30 % от исходной) [2, 3].

Как отмечается в [4, 5], сульфат алюминия, используемый при очистке воды от органических веществ, не эффективен. Органические вещества, оставшиеся в осветленной воде, проникая в пароводяной тракт, приводят к преждевременному выходу его металла из строя [6-10], так как при высоких температурах образуют органические кислоты. Следовательно, разработка более эффективного способа очистки воды от органических веществ в настоящее время весьма актуальна.

К числу наиболее эффективных методов по сравнению с коагуляцией относится метод электрокоагуляции. Суть метода заключается в следующем.

На тракте движения сырой воды устанавливаются электроды (катоды и аноды), изготовленные из алюминия. Под воздействием электростатического поля, созданного разностью потенциалов между катодами и анодами, высвобождаются алюминиевые ионы, которые, соединяясь с группами ОН–, образуют гидроксиды алюминия, на которые и осаждаются органические вещества. Далее процесс происходит также, как в осветлителе с реагентной коагуляцией. Уровень хлопьев достигает предельно допустимого уровня, и осветлитель автоматически опорожняется.

Для определения необходимого количества алюминия при осветлении воды на РазТЭС использовался предложенный нами коэффициент пересчета K алюминия к сульфату алюминия:

K=0,08097.

Годовой расход алюминия для РазТЭС при работе 4 блоков К-200-130 на полную мощность составляет – 71,56 т/год с учетом 20 % увеличения веса (количество 20 % необходимо для не полного растворения электродов, для того чтобы электроды все время были) для нормальной эксплуатации осветлителя с электрокоагуляцией, годовой расход сульфата алюминия 71,35 т/год [11].

Поэтому использование вместо сульфата алюминия алюминиевых электродов приведет к уменьшению эксплуатационных расходов, с одной стороны, и, с другой стороны, весомо уменьшит окисляемость (окисляемость является косвенным показателем присутствия органических веществ в воде) осветленной воды [12]. Для уменьшения капитальных затрат при внедрении метода электрокоагуляции на ТЭС, в частности, на РазТЭС, авторами предложено модернизировать уже установленные, работающие в настоящее время осветлители с использованием в них процессов электрокоагуляции, а не разрабатывать новые элетрокоагуляторы и заменять ими существующие на ТЭС осветлители.

Одной из важных задач при модернизации осветлителя является определение влияния суммарного веса электродов, который будет дополнительно воздействовать на несущие узлы осветлителя.

Осветлители ЦНИИ–МПС–2А имеют водяной объем, равный 420 куб. м. [3, 13], при этом коэффициент запаса прочности основания и корпуса для аппаратов, наполненные водой, составляет 1,1 [14], что соответствует 42 т. алюминия, а увеличение нагрузки на корпус и основание осветлителя при установке пакета электродов, весом 601 кг, очевидно, несущественно, так как составит лишь 0,143 % от веса аппарата.

Для более эффективной очистки воды необходимо выбрать конфигурацию и место установки пакета электродов. Анализ технологических чертежей осветлителей типа ЦНИИ показал [15], что наиболее приемлемым местом установки электродов является воздухоотделитель, поскольку исходная вода непосредственно подается в него; в нем вода протекает установившимся потоком, и в нем имеется свободное для установки пакета электродов пространство. Течение воды происходит при малых скоростях, поэтому, очевидно, изменение гидравлического режима в потоке несущественно (рис.1).

Рисунок 1 – Принципиальная схема воздухоотделителя с пакетом электродов в осветителе ЦНИИ-МПС-2А производительностью 230 куб. м. / ч

При выборе формы электродов авторы остановили свое внимание на электродах цилиндрической формы, так как вода, плавно омывая электроды, протекает без изменения своего направления, и алюминиевые ионы распределены равномерно по всему межэлектродному объему. Исходя из размеров воздухоотделителя, авторами определено количество электродов – 17 шт.

На рис. 2 приведена схема расположения пакета электродов, установленных в осветлителе.

Рисунок 2 – Схема расположения цилиндрических электродов в воздухоотделителе

Для эффективного, надежного и безопасного производства электрической энергии, уменьшения количества персонала, контролирующего технологические процессы на энергоблоках в мировой практике проектирования ТЭС и АЭС установилась тенденция полной автоматизации технологических процессов вновь строящихся и модернизации существующих энергоблоков. Современные автоматизированные системы управления технологическими процессами ТЭС и АЭС требуют такие методы обработки информации, которые позволят проводить оперативный контроль за технологическими параметрами энергоблоков и автоматически воздействовать на соответствующие их участки для поддержания параметров на уровне оптимальных значений. Не составляют исключения и системы очистки воды в отделениях химических технологий.

Следовательно, в химических цехах электрических станций необходимо использовать такой современный метод определения качества очищенной воды, который бы позволил:

• автоматически, оперативно и точно определить состав исходной и очищенной воды;
• преобразовать параметры качества воды в электрический сигнал или цифровой код, который мог бы подаваться на электрические или цифровые приборы контроля, установленные на щитах управления рабочего места начальника смены химических технологий. Такие сигналы необходимы для передачи на сервер управления (управляющей электронно-вычислительной машины) процессами очистки воды, согласно которым, по определенным, заранее разработанным программам будет осуществляться программное управление процессами водоподготовительных установок.

Учитывая современные требования, предъявляемые к ведению технологических процессов, а также с учетом того, что при осветлении исходной воды метод электрокоагуляции обходится существенно дешевле, чем используемый в настоящее время на РазТЭС метод, разработана модернизированная система предочистки воды. Так как на РазТЭС в настоящее время нет центрального управляющего сервера, то авторами предложена схема системы локального управления процессом коагуляции воды, которая при модернизации во время планово предупредительного ремонта может быть установлена на щите управления химического цеха с последующим соединением с центральным сервером.

На рис. 3 приведена схема системы управления модернизированной системы предочисткой сырой воды РазТЭС.

Рисунок 3 – Схема системы управления модернизированной системы предочистки сырой воды РазТЭС

Система работает следующим образом. Электрохимическая ячейка аппарата определения концентрации органических веществ предварительно заливается осветленной водой с выхода воздухоотделителя. Аналоговый (электрический) сигнал, пропорциональный концентрации органических веществ, полученный в процессе измерения, подается на блок счета количества импульсов и через него передается на вход аналого-цифрового преобразователя. После стабилизации сигнала на входе блока счета количества импульсов появляется сигнал запуска таймера, который приводит в действие электрический исполнительный механизм 1 привода регулирующего клапана подвода осветленной воды. Клапан открывается, и в электрохимическую ячейку подается осветленная вода. В ячейке предусмотрен свободный слив воды, благодаря которому происходит выталкивание предыдущей, измеренной порции воды. Таймер отсчитывает время водообмена ячейки, величина которого заранее определяется, и подает сигнал на закрытие регулирующего клапана подвода осветленной воды. Процесс измерения необходимо повторить не менее трех раз.

Аналого-цифровой преобразователь преобразует аналоговые сигналы в цифровые сигналы, соответствующие величине концентрации органических веществ и подает на регулятор коагуляции (локальный процессор). В регуляторе коагуляции полученные сигналы (не менее трех) усредняются. Усредненный сигнал сравнивается с сигналом задания от встроенного в него задающего узла, пропорционального минимально допустимой концентрации органических веществ. При появлении сигнала разбаланса (разницы между этими сигналами) регулятор коагуляции воздействует на исполнительный механизм 2 так, чтобы на выходе регулятора напряжения установилась величина, необходимая для приведения сигнала разбаланса между текущим и заданным значениями концентрации органических веществ в осветленной воде. Для обеспечения устойчивости системы в схеме системы управления предусмотрена обратная связь по напряжению с выхода регулятора напряжения к регулятору коагуляции.

Количество циклов измерения определяется после монтажа в процессе отладки системы управления.

В схеме предусмотрен индикатор концентрации органических веществ в осветленной воде, который получает сигнал от регулятора коагуляции.

Предложенная система управления может быть осуществлена как на базе аппаратуры нового поколения, так и на базе существующих на РазТЭС аппаратуры серии «АКЭСР» и «РЕМИКОНТ» силами и возможностями подразделений РазТЭС.