International scientific journal
“Interpretation and researches”
Volume 2 issue 2 (24) | ISSN: 2181-4163 | Impact Factor: 8.2
158
ПОВЫШЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИ
ПОДГОТОВКЕ ВОДЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПАРА В
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ
Юсупалиев Р.М., Жамолдинов Ф.З.,
Ходжиалимова М.З., Фармонова Х.М.
Ташкентский государственный технический университет
Аннотация.
В статье рассматриваются методы и сооружения для очистки
воды, используемой в производстве пара для теплоэнергетики, а также
различные типы паровых котлов в этой области. Особое внимание уделено
химическому составу используемой воды и возможностям применения
экономически эффективных методов очистки, включая использование
фильтров.
Ключевые слова. Реагенты,
Ионитовые фильтры, регенерация, раствор,
катёл, водаподготовки, установка, рабочий обмен, насосы, степень регенерация.
INCREASING ECONOMIC EFFICIENCY IN WATER PREPARATION FOR
STEAM GENERATION IN THERMAL POWER ENGINEERING
Abstract.
This article discusses methods and structures for purifying water used
in steam production for thermal power engineering, as well as various types of steam
boilers in this field. Particular attention is paid to the chemical composition of the
water used and the possibilities of applying cost-effective purification methods,
including the use of filters.
Keywords:
Reagents, Ion-exchange filters, regeneration, solution, boiler, water
treatment, installation, working exchange, pumps, degree of regeneration.
Важно отметить, что вода, применяемая в процессах производства пара и
горячей воды в сфере теплоэнергетики, подвергается застою и коррозии.
Поэтому необходима её тщательная очистка от всех видов загрязнений.
Этот процесс осуществляется на электростанциях с использованием
специализированных водоочистных сооружений. Экономические затраты на
очистку воды зависят от её химического состава и требуемого уровня очистки.
Согласно нормам проектирования, вода, подаваемая в котлы для подготовки
горячей воды тепловых сетей, должна быть очищена от соединений кальция
(Ca) и магния (Mg), которые образуют отложения при температуре 150-180 °C.
Процесс очистки воды тесно связан с её жёсткостью. После первичного
умягчения воды известковым раствором в специальном аппарате, жёсткость
International scientific journal
“Interpretation and researches”
Volume 2 issue 2 (24) | ISSN: 2181-4163 | Impact Factor: 8.2
159
снижается до уровня, соответствующего стандартам, при помощи
двухступенчатых натрий катионитовых фильтров. В случаях, когда начальный
уровень жёсткости воды уже ниже заданных параметров, такая вода умягчается
непосредственно с использованием двухступенчатых натрий катионитовых
фильтров.
Если уровень солесодержание воды, используемой для производства пара
на электростанциях большой мощности, превышает 5 мг-экв/л, такая вода
подвергается опреснению с использованием испарительных установок. В
случаях, когда содержание солей в очищенной воде оказывается ниже этого
порога,
опреснение
осуществляется
непосредственно
с
помощью
двухступенчатых ионизирующих устройств.
В обоих упомянутых случаях общие экономические затраты на очистку
воды определяются на основе содержания солей в очищенной воде, что
демонстрируется на Рисунке 1.
Рисунок 1. Рост цен на очищенную воду в зависимости от содержания
солей. 1. Химическая очистка воды; 2- очистка воды в испарительном
устройстве
Из анализа графика следует, что в ходе эксперимента было выявлено: при
содержании солей в очищаемой воде, превышающем 5 мг-экв/л, экономические
затраты на опреснение с использованием ионных устройств увеличиваются
пропорционально уровню солености воды. В связи с этим, при концентрации
солей более 5 мг-экв/л, опреснение с помощью испарительных установок
становится более экономичным. Однако при использовании испарительных
установок для опресненной воды для паровых котлов требуется более глубокая
степень очистки, что достигается с помощью ионных фильтров.
International scientific journal
“Interpretation and researches”
Volume 2 issue 2 (24) | ISSN: 2181-4163 | Impact Factor: 8.2
160
В Таблице 1 ниже представлены различные типы водоочистных
сооружений, используемых в данной отрасли. Классификация этих сооружений
выполнена в соответствии с критериями проектирования, которые опираются
на тип котельных установок и давление их пара.
Таблица 1
Виды устройств, применяемых в сфере водоподготовки, и область их
применения.
Виды
устройств
водоочистки
Область использования
1
2
3
T
K
-M-H
1
-A
1
-D-H
2
-A
2
T
0
-M-H
1
-A
1
-D-H
2
-A
2
T
K
-M-H
1
-A
1
-D-H
2
-A
2
T
0
-M-H
1
-A
1
-D-H
2
-A
2-
AИФ-
T
к+0
-M-H
1
-A
1
-D-H
2
-A
2
-
AИФ-T
k
-M-Na
1
-Na
2
-
T
0
-M-Na
1
-Na
2
-
T
k+0
-M-Na
1
-Na
2
-
"Области применения устройства включают
подготовку воды для барабанных паровых
котлов, работающих при давлении пара
выше 110 атмосфер;
Подготовка
воды
для
всех
типов
прямоточных паровых котлов;
Устройство
находит
применение
в
барабанных паровых котлах, работающих
при давлении пара менее 110 атмосфер, в
испарителях, а также в устройствах,
используемых для подготовки воды в
тепловых сетях;
В этой таблице указано: Т - Осветлитель очистки; К - добавление
коагулянтов в воду, О - добавление известковых растворов для увеличения
прозрачности и уменьшения жесткости. М - фильтры для механической
очистки воды, H
1
- фильтры для удаления катионов кальция и магния, A
1-хлор
-
фильтры для удаления хлора, сульфатных анионов, H
2
- фильтры для удаления
катионов натрия, A
2
- фильтры для высокоэффективной очистки от анионов
кремния. Na
1
и Na
2
фильтры для удаление из воды катионов жесткостью
декарбонизатор, используемый для удаления газа CO
2
.
Из таблицы следует, что с увеличением давления пара и концентрации
солей в очищенной воде, сложность установок для отбора пара возрастает, что
приводит к увеличению экономических затрат на их эксплуатацию.
Например, процесс подготовки воды для барабанных паровых котлов
осуществляется с использованием двухступенчатых ионитоых устройств. В
отличие от этого, для прямоточных паровых котлов характерно применение
трехступенчатых ионизирующих устройств, обусловленное необходимостью
достижения более высокой степени очистки воды, подаваемой в эти котлы.
Адекватный выбор основного и вспомогательного оборудования для
водоочистных систем, основываясь на стандартах проектирования, критически
International scientific journal
“Interpretation and researches”
Volume 2 issue 2 (24) | ISSN: 2181-4163 | Impact Factor: 8.2
161
важен для минимизации технико-экономических затрат. Это также
обеспечивает долгосрочную надёжность и высокую эффективность
функционирования всех устройств, находящихся в контакте с водой и паром.
Водоочистки на тепловых электростанциях в развитых странах, включая
США, Германию и Японию, широкое распространение получили новые типы
противоточных ионных фильтров вместо традиционных прямоточных. Эти
фильтры предлагают ряд значительных преимуществ, включая, но не
ограничиваясь следующими аспектами:
Общий объем воды (
𝑄
об
), используемой для регенерации всех типов
прямоточных фильтров, состоит из трех составляющих: взрыхление
фильтрующих материалов (
𝑄
соз
), приготовление раствора для регенерации
(
𝑄
пг
), и процедура промывки (
𝑄
п
). Данный объем определяется по формуле:
𝑄
об
= 𝑄
соз
+ 𝑄
пг
+ 𝑄
п
, м
3
(1)
В контексте противоточных фильтров, регенерирующий раствор подается
в нижнюю часть фильтра и выводится из верхней, что делает процесс
взрыхление фильтрующих материалов неприменимым для этих фильтров. В
этом случае, общий объем воды, расходуемой для их потребностей,
определяется следующим образом:
𝑄
об
= 𝑄
пг
+ 𝑄
п
, м
3
(2)
В результате движения регенерационного раствора в противоточном
направлении через фильтр, нижние слои ионита подвергаются регенерации в
более высокой степени по сравнению с верхними слоями. Это означает, что
степень регенерации нижних слоев ионита (
𝑃
н
) выше, чем у верхних слоев (
𝑃
в
),
где
𝑃
н
> 𝑃
в
. В процессе прохождения через такие фильтры, очищаемая вода
контактирует с слоями, имеющими более высокую степень регенерации, что
обеспечивает более эффективное удаление ионов из воды.
На следующем рисунке 2 представлена схема прямоточных и
противоточных фильтров.
International scientific journal
“Interpretation and researches”
Volume 2 issue 2 (24) | ISSN: 2181-4163 | Impact Factor: 8.2
162
Рисунок 2. Схема прямоточных (I) и противоточных (II) фильтров. 1.
Подача очищаемой воды в фильтры; 2. Выход очищенной воды; 3.
Фильтрующие материалы; 4. Подача воды для регенерации в фильтр; 5. Выход
этой воды из фильтра; 6. Подача регенерационного раствора в фильтры; 7.
Выход регенерационного раствора из фильтра; 8. Подача промывочной воды в
фильтры; 9. Выход промывочной воды из фильтров.
Как известно, в настоящее время организация и оснащение
индивидуальных систем отопления в современных производственных
предприятиях и в системах теплоснабжения дает экономически эффективные
результаты. Поэтому, из-за возрастающей потребности в небольших объемах и
низкого давления паровых котлов в этой области, мы предлагаем возможность
использования нового типа экономичных фильтров, которые до сих пор не
описаны в литературе и не применялись в теплоэнергетике. Применение таких
фильтров в данной области позволяет достичь следующих преимуществ и
экономической эффективности. Во-первых, использование одного фильтра
вместо двух позволяет сократить количество фильтров, что в свою очередь
снижает экономические расходы на их оснащение, производство, установку и
эксплуатацию. Во-вторых, при использовании таких фильтров не требуется
процесс взрыхление, что приводит к снижению расход воды, используемой для
потребностей фильтров, согласно вышеупомянутой формуле (2), и увеличивает
срок службы фильтров.
На рисунке 3 представлена схема таких фильтров.
International scientific journal
“Interpretation and researches”
Volume 2 issue 2 (24) | ISSN: 2181-4163 | Impact Factor: 8.2
163
Рисунок 3. Внутреннее устройство новой конструкции фильтра: 1 –
подача воды для очистки; 2 – выход очищенной воды; 3 – подача раствора
для регенерации в фильтр; 4 – выпуск раствора и промывочной воды из
фильтра; 5 – подача промывочной воды в фильтр; 6 - перегородка внутри
фильтра; 7 – нижняя дренажная труба фильтра; I – первая камера и II –
вторая камера фильтра; ↓ - движение очищаемой воды внутри фильтра.
При регенерации этих фильтров регенерационный раствор подается в
верхнюю часть ионита, находящегося во втором корпусе фильтра, против
направления потока очищаемой воды, и через нижнюю трубу ионитного слоя
второй камеры поступает в первый корпус, откуда выводится из его верхней
части.
В результате такого процесса регенерации, аналогичного противоточным
фильтрам, снижается относительный расход регенерирующего раствора. Когда
очищаемая вода проходит через фильтры, она контактирует с ионитными
слоями, имеющими высокую степень регенерации, что обеспечивает более
эффективную очистку за счет прохождения через слои, наиболее насыщенные
регенерирующим раствором.
Вывод
Необходимо отметить, что использование таких новых типов
ионообменных фильтров на всех тепловых электростанциях и в тепловых
центрах нашей Республики позволяет снизить экономические затраты в
процессах очистки воды и обеспечивает эффективную работу ионообменных
фильтров, а также высокую степень очистки воды.
Cписок использованных источников:
International scientific journal
“Interpretation and researches”
Volume 2 issue 2 (24) | ISSN: 2181-4163 | Impact Factor: 8.2
164
1. Юсупалиев Р. M. Иссиқлик электр станцияларида сув тайёрлаш
технологияси ва кимёвий назорат: дарслик Тошкент: "Сано -стандарт"
наширёти 2013-28.6.
2. Абрамов А. I. ва бошқ.Повышение экологической безопасности ТЭС.-.
Москва: МЭИ 2002-202 с.
3. Лифшиц О. В. Справочник по водопадготовке котельных водой. Москва.
Энергия, 1976.-173 с.
4. Усманов Н. О., Юсупалиев Р. М. Оптимной электрокогуляционной
установка предварительной очистки природной воды для получения пара на
ТЭС. Энергосбережение, Энергетика, Энергоаудит, Обшегосударственний
научно-производственный и информационный журнал, №. 10 (153) октября
2016.-8С.
5. Субботина Н. П. Водный режим и химический контроль на тепловые
электростанции. - Москва: Энергия, 2014.
6. Водоподготовка, водный режим и химический контроль на паросиловых
установках /Под ред. М. С. Шкроба и В. И Вольфсона. Москва: Энергия, 2008г.
7. Yusupaliyev R, Shamsiyev K, Azimova M, Musashayxova N. Estambilishing
a water -chemisal regime and increasing the effesinscy of combustion of misture of
fuel oil and gaz in a de 25-14 gm boiler at the Kahand distillery. Novel Research in
Sciences April 8 , 2021.
