В качестве мехфильтров используются стандартные аппараты Таганрогского котельного завода диаметром 3,4 м. Впервые в отечественной энергетике на Нижнекамской ТЭЦ-1 реализована двухслойная загрузка мехфильтров. В качестве фильтрантов были рекомендованы материалы, указанные далее.
Параметр | Дробленый кварц | Антрацит |
Нижний слой | + | - |
Верхний слой | - | + |
Диаметр частиц, мм | 0 ,5-1,2 | 0,8-1,8 |
Эквивалентный диаметр, мм | 0,8 | 1,1 |
Высота слоя, м | 0,4 - 0,5 | 0,4 - 0,5 |
Плотность, г/см3 | 2,6 | 1,8-1,9 |
Насыпная масса, г/см3 | 1,25-1,35 | 1,8-1,9 |
Годовой износ, % | 10 | 10 |
Расчетная теплоемкость, кг/м2 | 1,5 | 1,75 |
Удельный расход воды на промывку, % | 4 | 4 |
Требуемое относительное расширение загрузки при промывке, %: | 50 | 50 |
Фактически НКТЭЦ-1 получила дробленый кварц фракционного состава, указанного в табл. 6 с эквивалентным диаметром 0,86 мм, насыпной массой 1305 кг/м3, плотностью 3,26 г/см3. Следует отметить высокое содержание фракций малого диаметра (меньше 0,4 мм) - около 5%, присутствие которых в мехфильтрах не допускается. В отличие от кварцевого песка зарубежной поставки с гладкокатанными гранулами частицы отечественного дробленого кварца имеют неправильную клиновидную форму с острыми краями. Это приводило к двум негативным моментам:
несмотря на наличие крупнозернистой антрацитной подстилки высотой 150-200 мм на нижней дренажно-распределительной системе мелкие частицы дробленого кварца доходили до лучей, острыми вершинами проникали в щели желобков и необратимо забивали их.
Рис. 3. Упрощенная гидравлическая схема УОО на Воронежской ТЭЦ-1
Это стало особенно заметно после 6 мес эксплуатации. ВТИ совместно с НКТЭЦ-1 нашли следующий выход из этого положения. Обычно лучи нижней дренажной системы расположены щелями вверх, что является идеальной конструкцией для их забивания клиновидными острыми частицами фильтрующего материала. Мы рекомендовали повернуть лучи щелями вниз. Полуторогодовая эксплуатация мехфильтров после такой реконструкции подтвердила правильность рекомендаций; при взрыхлении фильтрующих материалов сжатым воздухом наблюдается повышенное образование пылевидных частиц антрацита вследствие истирания последнего об острые грани и вершины дробленого кварца.
При неполном удалении их из слоя в процессе отмывки эти частицы задерживаются фильтрами тонкой очистки, снижая ресурс их работы. При подаче воды после двухслойных мехфильтров на ионитное обессоливание указанный ранее фактор практически никак не отражается на рабочих характеристиках ионитов. Более того, истирание антрацита происходит и при перемешивании сжатым воздухом однослойной загрузки, но менее заметно. В том и другом случае проблема решается более глубокой отмывкой фильтрующего материала перед включением в работу.
Первое и главное преимущество двухслойной загрузки заключается в несопоставимо более глубокой очистке воды от взвесей. Приведем пример из двухлетней практики эксплуатации двухслойных фильтров на НКТЭЦ-1. Когда на “цепочки” обессоливающих ионитных фильтров подается вода от обычных мехфильтров, они включаются в работу с расходом 120 - 130 т/ч. К концу фильтроцикла (1 сут.) расход воды через них снижается до 80 - 90 т/ч из-за загрязнения взвесями предвключенного Н-катионитного фильтра. Когда те же цепочки переводили на воду, очищенную на двухслойных мехфильтрах, они работали от начала до конца цикла ионирования с расходом 210 т/ч без заметного увеличения перепада давления.
Фильтры с “голодной” регенерацией катионита на такой воде работают 2-3 сут. Последующее взрыхление загрузки (перед регенерацией или в процессе регенерации) показали весьма слабую ее загрязненность суспендированными частицами.
Второе преимущество заключается в более высокой шламоемкости фильтра. Верхний слой двухслойной загрузки состоит из более крупных фракций относительно легкого материала (антрацита), а нижний - из более мелкого, но тяжелого кварца. Вода со взвесью, проходя через слой крупнозернистого материала, оставляет на нем основную массу взвеси, а нижний слой мелкозернистого кварца задерживает остатки - мелкую взвесь. Таким образом, повышается шламоемкость слоя, увеличивается межпромывочный период и сокращается удельный расход воды на промывку.
В ближайшие годы спрос на двухслойные мех- фильтры резко возрастет по следующим причинам:
при необходимости можно увеличить выработку обессоленной воды в 1,5 - 2,0 раза на действующей ВПУ без реконструкции ионитных фильтров. В настоящее время первая ступень ионитных фильтров на подавляющем большинстве ТЭС работает при скорости фильтрования 10 - 15 м/ч против нормативных 20-30 м/ч (кроме фильтров с анионитом АН-31, где допускается скорость фильтрования не выше 20 м/ч). Это происходит из-за зашламления катионита и вследствие этого повышенного гидравлического сопротивления Н-катионитного фильтра (основного или предвключенного). Предочистка воды на двухслойных мехфильтрах, как показала практика, позволяет достаточно глубоко очистить воду от взвесей, чтобы избежать этого явления;
в настоящее время на ряде ТЭС проводятся подготовительные работы для промышленных испытаний современных зарубежных противоточных технологий обессоливания воды. Практически все они, кроме “Апкоре”, могут работать только на глубокоочищенной от взвесей воде. Однослойные мехфильтры воду требуемого качества дать не могут. Необходимость широкого внедрения экономичных противоточных технологий в России не вызывает сомнений, следовательно, возникнет вопрос о более глубокой очистке воды от суспендированных примесей;
практически ни одна баромембранная технология не может работать на воде, получаемой на однослойных мехфильтрах, загруженных антрацитом. Требуется дополнительная стадия очистки. Двухслойные фильтры решают эту проблему.
Фильтры с “голодной” регенерацией катионита по первоначальному варианту проекта должны были выполнять следующие функции:
подкислять воду с одновременным удалением жесткости. Здесь важен тот факт, что подкисление происходит без добавления SO42 в воду, т.е. снижается вероятность образования гипса на мембранах УОО-166, особенно при 7-кратном концентрировании;
снижать на 50 - 60% концентрацию оксидов железа с таким расчетом, чтобы оставшаяся концентрация не превысила лимитируемого значения для питательной воды УОО-166, равного 100 мкг/кг;
отфильтровывать взвеси в случае нарушения режима работы мехфильтров.
Следует заметить, что такое сочетание: известково-едконатровая обработка воды в осветлителях и ее катионирование в Н-фильтрах со слабокислотным катионитом для глубокого умягчения воды было впервые применено не только в России, но и в мире - на стадии проектирования раздавалось много скептических замечаний по поводу работоспособности схемы.
Для опытно-промышленных испытаний стандартные фильтры были загружены на высоту 0,8 м карбоксильным катионитом КБ-4. После монтажа УОО-166 в пять фильтров диаметром 3,0 м (2 шт.) и 3,4 м (3 шт.) загрузили слабокислотный катионит “Амберлайт IRC-86”. Опытно-промышленные испытания и промышленная эксплуатация в течение 2 лет показали, что оба фильтрующих материала стабильно снижали содержание Fe3+ на 50 - 65% и работали с остаточной жесткостью фильтрата 5-20 мкг-экв/л, показывая при этом рабочую обменную емкость 1200 - 1300 г-экв/м3.
Было только одно различие: указанные характеристики на КБ-4 достигались при стехиометрическом расходе кислоты на регенерацию, в то время как для IRC-86 требуется расход реагента 1,25 - 1,30 г-экв/г-экв. При меньшей подаче кислоты заметно (до 800 - 900 г-экв/м3) падает рабочая обменная емкость катионита и происходит накопление в нем Fe3+ из-за неполного удаления в процессе регенерации. В результате в конце цикла фильтрования резко повышалась концентрация железа в фильтрате, что приводило к нарушению требований к качеству питательной воды УОО.
Отдельные элементы предложенной схемы, такие как известково-едконатровая обработка воды в осветлителях, умягчение воды на фильтрах со слабокислотным катионитом, уже внедрены на других ТЭС.
