Сакаш Г.В.
Опытный патронный фильтр был установлен в цехе химводоочистки Красноярской ТЭЦ-2 и прошел испытания в производственных условиях в течение 1 года. Для проведения испытаний опытный фильтр был включен параллельно механическим фильтрам марки ФОВ-3,4-6, которыми оборудована станция. Эти фильтры используются в качестве второй ступени осветления воды, идущей для питания прямоточных котлов высокого давления.
Патронный фильтр был изготовлен на базе корпуса фильтра ФИП 1-1,0-6 Бийского котельного завода [1]. Для этой цели он был переоборудован. В фильтре было установлено восемь керамических патронов. Каждый патрон собирался из пяти керамических труб. При сборке патронов использовались керамические трубы для распыления воздуха в аэротенках, изготовленные на Кучинском комбинате керамических изделий и имеющие следующие размеры: высота 0,5 м, наружный диаметр 0,24 м, толщина стенки 0,03 м. Этот тип пористой керамики относится к шамотно-силикатным изделиям с размером пор 150 мкм. Начальная водопроницаемость данной керамики, оцениваемая коэффициентом фильтрации, составляла 6,5 м/сут. Площадь фильтрования одного патрона - 1,65 м2. Общая площадь фильтрования восьми патронов равнялась 13,2 м2.
Обвязка фильтра была выполнена из стальных труб из расчета обеспечения пропуска расходов воды при фильтровании и регенерации керамических элементов. Кроме этого, был установлен подводящий трубопровод сжатого воздуха или пара для использования их при регенерации загрязненных керамических патронов.
Запорно-регулирующая арматура при оборудовании патронного фильтра не отличалась от арматуры обычных напорных осветительных фильтров. Корпус фильтра был установлен вертикально. Исходная вода в режиме осветления подавалась в корпус фильтра снизу, распределялась по его площади при помощи перфорированной перегородки, фильтровалась внутрь патронов и отводилась из них перфорированными трубами в верхнюю часть фильтра. При этом взвешенные вещества задерживались патронами из пористой керамики.
В режиме регенерации керамических патронов сжатый воздух, пар и промывная вода подавались обратным током, т.е. внутрь керамических патронов. Проведение испытаний опытного фильтра осуществлялось в следующей последовательности: вначале проводилось медленное заполнение фильтра исходной водой в течение 15-20 мин для постепенного вытеснения воздуха из пор керамических элементов. При этом воздух из корпуса фильтра отводился через “воздушник”, расположенный в верхней крышке фильтра. После этого “воздушник” частично закрывался и в дальнейшем использовался для отбора проб осветленной воды на анализы. По окончании заполнения фильтра водой начинался короткий период его “вработки”. “Вработка” фильтра заключалась в том, что фильтрование начинали проводить с нулевых скоростей и постепенно (в течение 10-20 мин) доводили до рабочей скорости. Работа фильтра в режиме осветления воды проводилось на скоростях 2,0; 3,0; 4,0; 5,0 м/ч.
Постоянная скорость фильтрования поддерживалась степенью открытия задвижки на линии фильтрата. Регулирование степени открытия задвижки осуществлялось плавно, не реже 1 раза в 0,5 ч. Контроль за скоростью фильтрования обеспечивался ультразвуковым расходомером марки “Днепр-7”, установленным на трубопроводе фильтрата. Работа фильтра в режиме осветления продолжалась до достижения предельной потери напора, равной 0,43 - 0,47 МПа. После этого фильтр переводился в режим регенерации керамических патронов.
Для этого трубопроводы фильтрата и исходной воды перекрывались задвижками. К трубопроводу фильтрата подключался трубопровод сжатого воздуха. После продувки керамических патронов сжатым воздухом проводилась промывка их водой.
Контроль за эффективностью осветления воды заключался в снятии показаний манометров, установленных до керамических патронов в нижней части корпуса фильтра и после них - в верхней крышке фильтра. Снятие показаний манометров производилось через 2,5 ч.
Пробы исходной воды и фильтрата для определения концентрации в них взвешенных веществ отбирались также через каждые 2,5 ч. Попутно отбирались пробы фильтрата на содержание в них кремнекислоты.
В ходе испытаний изучался характер изменения во времени потерь напора в фильтре. В режиме фильтрования при постоянных скоростях была отмечена прямолинейная зависимость роста гидравлического сопротивления фильтра от времени. Темп прироста потерь напора зависит от скорости фильтрования. При скоростях фильтрования 2,0; 3,0; 4,0; 5,0 м/ч этот показатель равен соответственно 0,695 · 10-2; 0,957 · 10-2; 1,29 · 10-2; 1,72 · 10 2 МПа/ч.
Продолжительность фильтроцикла по достижении предельных потерь напора и при сохранении постоянной скорости фильтрования в зависимости от скорости фильтрования составляет 64,0 - 27,5 ч. Зависимость продолжительности фильтроцикла по достижении предельных потерь напора от скорости фильтрования прямо пропорциональная.
Качество фильтрата по взвешенным веществам при различных скоростях фильтрования и при практически постоянном качестве исходной воды (7,7 - 10,5 мг/л по взвеси) изменялось незначительно и находилось в пределах 1,1 - 2,5 мг/л.
Наиболее высокое качество фильтрата по взвеси 1,1 - 1,6 мг/л отмечалось при скорости фильтрования 2,0 м/ч. При увеличении скорости фильтрования до 3,0; 4,0; 5,0 м/ч концентрация взвешенных веществ в осветленной воде увеличивалась соответственно до 1,5-2,0; 1,8-2,2; 1,9 - 2,3 мг/л.
Усредненные данные по концентрации взвеси в исходной воде и фильтрате показывают, что качество фильтрата при скоростях фильтрования 2,0; 3,0; 4,0; 5,0 м/ч характеризовалось соответственно концентрациями 1,32; 1,82; 1,94; 2,1 мг/л. Эффект осветления воды достигал соответственно 85,5; 78,7; 76,9; 76,2%.
Таким образом, при требованиях к качеству воды по взвешенным веществам до 2 мг/л, скорость фильтрования должна приниматься в пределах 2-4 м/ч.
Результаты испытаний показали, что в зависимости от поддерживаемой скорости фильтрования (2-4 м/ч) производительность фильтра составляет 26,4 - 52,8 м3/ч.
Обогащения фильтрата кремнекислотой за счет контакта с керамическими патронами не отмечено при проведении испытаний в режиме осветления во всем диапазоне скоростей фильтрования, а осветленная вода по концентрации в ней кремнекислоты отвечает требованиям, предъявляемым к качеству воды, идущей для питания котлов высокого давления.
Регенерация керамических патронов проводилась в два этапа. На первом этапе через керамические патроны обратным током по сравнению с фильтрованием подавали сжатый воздух. При этом накопленные на поверхности и в поровом пространстве керамических патронов загрязнения измельчались и отрывались от патронов. Интенсивность подачи сжатого воздуха составляла 35 - 40 л/(с · м2) в течение 6-8 мин. Вода из корпуса фильтра сбрасывалась в дренаж. После этого также обратным током в течение 1-2 мин подавалась промывная вода с интенсивностью 23 - 25л/(с · м2). В качестве промывной использовалась вода с содержанием взвешенных веществ 7,7- 10,5 мг/л. Дренажная задвижка в это время оставалась открытой. По окончании промывки дренажная задвижка и задвижка подачи промывной воды закрывались, открывались задвижки на трубопроводе исходной воды и отводе фильтрата и вновь начинался режим “вработки” фильтра.
Всего было проведено 24 регенерации керамических патронов, загрязненных при работе фильтра в режиме осветления воды со скоростями фильтрования 2-5 м/ч. Регенерации подвергались одни и те же керамические патроны, т.е. в течение всего цикла испытаний керамические элементы не заменялись новыми. Эффективность регенерации керамических патронов оценивалась при помощи коэффициента регенерации, равного отношению водопроницаемости регенерированных патронов к их начальной водопроницаемости.
Проведенные испытания показали, что остаточное загрязнение керамических патронов после проведения регенерации, оцениваемое их гидравлическим сопротивлением - водопроницаемостью (коэффициентом фильтрации), стабилизируется после первых нескольких регенераций и остается на одном уровне. Коэффициент регенерации керамических патронов при этом был равен 0,7. По сравнению с ранее проведенными опытами по регенерации керамических элементов в лабораторных условиях [2] коэффициент регенерации патронов в производственных испытаниях был несколько ниже (на 7%).
Регенерацию керамических патронов рекомендуется осуществлять обратным током по сравнению с фильтрованием сжатого воздуха и воды. При этом рекомендуемая продолжительность продувки патронов сжатым воздухом составляет 6-8 мин, а интенсивность 35 - 40 л/(с · м2). Возможна замена сжатого воздуха на пар. При замене сжатого воздуха на пар продолжительность продувки керамических элементов паром следует принимать равной 15-20 мин, оставляя ее интенсивность такой же, как при использовании сжатого воздуха. После этого осуществляется обратная промывка патронов водой с интенсивностью 23 - 25 л/(с · м2) в течение 1-2 мин.
В случае нарушения режима работы осветлителей возможен занос керамических элементов мельчайшими частицами взвеси, не полностью удаляемых при воздушно-водной регенерации. В этом случае целесообразна химическая промывка керамических патронов 0,5 - 1,0%-ным раствором едкого натра. Регламент химической промывки отрабатывался ранее в лабораторных условиях и был проверен при проведении производственных испытаний. Рекомендуемую скорость пропуска щелочи через керамические элементы следует принимать равной 4 - 5 м/ч. Рекомендуемый расход щелочи равен двукратному объему корпуса фильтра. После подачи щелочи принимается обычный регламент регенерации.
Для нормальной эксплуатации таких фильтров в режиме осветления давление в подводящей исходную воду сети должно быть не менее 0,5 МПа. Для проведения регенерации керамических патронов по предлагаемой технологии давление сжатого воздуха или пара в подводящих трубопроводах должно быть не ниже 0,6 МПа. Не ниже 0,6 МПа должно быть давление и в трубопроводе, подводящем промывную воду к фильтру.
В ходе испытаний отработан и рекомендован регламент обслуживания таких фильтров при осветлении воды, меры по производственному и химическому контролю работы фильтров при их эксплуатации в схеме химводоочистки ТЭС.
На основе определенных в ходе испытаний режимов эксплуатации было выполнено техникоэкономическое сравнение предложенных патронных фильтров с традиционными механическими фильтрами, применяемыми в цехах химводоочистки ТЭС для осветления питательной воды котлов [3]. В рамках технико-экономического сравнения фильтров был определен экономический эффект от замены традиционных фильтров на патронные. При этом были проанализированы и определены роли в эффекте строительной стоимости предлагаемого оборудования и стоимости его эксплуатации.
Анализ показал, что доля экономического эффекта, формируемого за счет единовременных затрат (возведение здания химцеха, стоимость и установка оборудования, капвложения в монтажные средства и в сопряженные отрасли), составляет около 10%. Остальные 90% эффекта от замены фильтров складываются за счет меньшей стоимости эксплуатации патронных фильтров. Определяющими по всей сумме эксплуатационных затрат при этом являются расходы на обслуживание фильтра. В расчете на один замененный фильтр получены следующие показатели: экономия трудовых ресурсов при использовании патронного фильтра более 60 человеко-дней в год; экономия промывной воды 25 тыс. м3 в год; снижение расхода металла за счет другой конструкции фильтра.
Выводы
- Осветление воды для питания котлов ТЭС рекомендуется проводить на патронных фильтрах с керамическими элементами.
- В качестве керамических элементов рекомендуется применять шамотно-силикатную пористую керамику с размером пор 150 мкм, толщиной 30 - 35 мм.
- Скорость фильтрования воды на фильтрах рекомендуется поддерживать постоянной в диапазоне 2 - 4 м/ч.
- При концентрации взвеси в исходной воде 7,7-10,5 мг/л и фильтровании со скоростями 2-4 м/ч концентрация взвеси в фильтрате находится в пределах соответственно 1,3 - 1,94 мг/л.
- Продолжительность фильтроцикла в рекомендованных режимах эксплуатации патронных фильтров (скорость фильтрования 2-4 м/ч) составляет 64,0 - 27,5 ч. Производительность фильтра в этих условиях равна 26,4 - 66,0 м3/ч.
- Для регенерации керамических элементов рекомендуется применять водовоздушную промывку в опробованном при испытании режиме. Возможна замена сжатого воздуха на острый пар. Коэффициент регенерации керамических элементов равен соответственно 0,7 и 0,82.
- Проведенные в производственных условиях испытания опытного патронного фильтра и технико-экономическое сравнение его с традиционными зернистыми фильтрами позволяют рекомендовать применение патронных фильтров в схеме химводоподготовки для осветления воды, идущей для питания котлов высокого давления.
Список литературы
- Лифшиц О. В. Справочник по водоподготовке котельных установок. М.: Энергия, 1976.
- Сакаш Г. В. Определение эффективности регенерации пористой керамики, использованной в качестве фильтрующего материала при осветлении воды. - В сб.: Повышение эффективности систем и сооружений водоснабжения. М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1981.
- Сакаш Г В. Осветление маломутных и малоцветных вод на фильтрах с керамическими элементами: Автореф. дис. на соиск. учен. степени канд. техн. наук. М., 1981.
