Системы автоматизации процессов предварительной очистки воды и вспомогательных операций включают регулирование: температуры подогрева исходной воды; нагрузки осветлителя или установки в целом; шламового режима осветлителя; дозирования реагентов, т. е. извести, коагулянта и флокулянта; возврата в осветлитель промывочной воды механических фильтров; операциями по приготовлению и перекачке рабочих растворов и суспензий реагентов в расходные емкости. Последняя, наиболее полная разработка этих систем выполнена для установок по известкованию воды ТЭС и АЭС любой мощности, в том числе и с энергоблоками мощностью 500, 800 и 1200 МВт. На основе этой разработки выпущен технический проект, утвержденный Минэнерго СССР в качестве типового. Он может использоваться также и для установок с коагуляцией сернокислым алюминием, распространенных гораздо меньше, чем установки с известкованием воды.
Естественно, что разработанные системы нуждаются в дальнейшем совершенствовании. Это определяется необходимостью повышения надежности работы, изыскания более экономичных решений, а также учета новых обстоятельств, возникших в результате применения на ТЭС ряда мер по защите окружающей среды, в частности необходимости подачи в осветлитель наряду с природной водой из водоисточника также и промышленных вод после той или иной степени очистки. При этом возможно такое положение, когда вода, поступающая в осветлитель, будет состоять из разных потоков. В этих условиях при автоматизации работы осветлителя возникают новые задачи: регулирование подачи в осветлитель составляющих исходной воды; учет системами дозирования реагентов переменного качества обрабатываемой воды; вывод механических фильтров на промывку по показателю качества, а не по времени, как это принято в настоящее время, и др.
При питании предочистки потоками воды из нескольких источников должно быть достигнуто постоянство их соотношения; постоянство заданной температуры смеси вод; дозирование реагентов, обеспечивающее постоянство заданной гидратной (или бикарбонатной) щелочности обработанной воды при частых колебаниях ее исходного качества, а также возможных отклонениях содержания активного продукта в единице объема дозируемых реагентов. Для поддержания постоянства соотношения вспомогательных и основного (как правило, это природная вода) потоков должны устанавливаться автоматические регуляторы. При малых удельных значениях составляющих потоков и их суммы по отношению к основному потоку воды, проходящему через подогреватели, должны приниматься меры по предотвращению значительного остывания воды вспомогательных потоков. Установка специальных подогревателей для подогрева до температуры основного потока, по-видимому, экономически не оправдана и технически затруднительна. Температура нагрева основного потока должна приниматься несколько завышенной с учетом последующего ее снижения при смешении с несколько остывшими вспомогательными потоками. Такое решение принято в названном типовом проекте по отношению к возвращаемой в осветлитель промывочной воде механических фильтров.
Третье из перечисленных условий надежной обработки воды при ее переменном исходном качестве обеспечивается в типовом проекте дозированием извести по pH воды непосредственно в процессе ее обработки. Для этого в систему импульсного управления насосом-дозатором по расходу обрабатываемой воды введено корректирующее воздействие по отклонению pH от заданного значения. Система обеспечивает надежное без вмешательства оператора соблюдение щелочного, т. е. гидратного или бикарбонатного, режима обработки воды без самопроизвольного перехода от одного режима к другому. Для данной системы почти все необходимое оборудование выпускается серийно, кроме «управляемых» насосов-дозаторов с регулированием длины хода плунжера электрическим исполнительным механизмом с подачей свыше 100 л/ч. Данная система имеет определенные недостатки. Во-первых, вследствие импульсного регулирования подачи неуправляемого насоса-дозатора дозирование реагента прерывистое и реагенты с водой перемешиваются несколько дольше, а в результате запаздывание в измерении pH также больше, чем это было бы при непрерывном дозировании реагента. Во-вторых, показатель pH воды определяет ее гидратную или бикарбонатную щелочность все-таки неоднозначно.
Рис. 2-8. Зависимость pH известкованной воды от ее бикарбонатной и гидратной щелочности.
1—5 — измерения, выполненные в течение пяти разных суток зимнего периода; 6—8 — то же в течение трех разных суток в паводковый период.
Многочисленные наблюдения за pH в промышленных установках на нескольких ТЭС с разной исходной водой показали, что одному и тому же значению pH при одинаковой температуре среды могут соответствовать разные значения гидратной или бикарбонатной щелочности. На рис. 2-8 в качестве примера приведены результаты измерения pH воды при ее известковании в осветлителе одной электростанции с исходной речной водой чрезвычайно переменного качества *. Наблюдения проводились в течение нескольких суток в зимний и в паводковый периоды. Управление дозированием; реагентов производилось вручную.. Из-за плохого состояния реагентного хозяйства довольно часто нарушался режим дозирования: от полного прекращения подачи извести до значительной ее передозировки.. Поэтому удалось измерить pH не только в рабочем диапазоне изменения гидратной щелочности, но и при весьма значительных отклонениях от номинальных значений, вплоть до появления в воде бикарбонатной щелочности. 1
На рис. 2-8 обозначены только концентрации бикарбонатных и .гидратных ионов. Кроме них в составе щелочности, естественно, присутствовали и ионы СОд-.
С одной стороны, полученная зависимость показателя pH от гидратной или бикарбонатной щелочности наглядно демонстрирует положительные стороны применения параметра pH для управления дозированием извести: независимость показаний pH от сезонного изменения качества исходной воды, в достаточной степени линейную зависимость pH от гидратов в рабочем диапазоне их изменения (от 0,05 до 0,5 мг-экв/л). С другой стороны, из рисунка видно, что одному и тому же значению pH при неизменной температуре среды может соответствовать разная гидратная щелочность с отклонениями от среднего значения до ±0,1 и даже ±0,15 мг-экв/л. Подобные или несколько меньшие отклонения наблюдались при измерениях pH . известкованной воды и на других ТЭС. Аналогичные результаты получены за рубежом. Таким образом, автоматическое дозирование извести по pH воды позволяет поддерживать гидратную щелочность (без вмешательства персонала) в диапазоне не менее ±0,15 мг-экв/л (например, от0,05 до0,35мг-экв/л). Такая точность поддержания гидратного режима возможна, но не оптимальна, причем имеется опасение, что при поступлении на осветлитель воды из нескольких потоков отклонения от заданной гидратной щелочности будут еще больше.
Недостатком описываемой системы является также необходимость регулярного эксплуатационного ухода за pH-метром для обеспечения его надежной работы. Уход этот несложен, но абсолютно обязателен. Он состоит в том, что не реже одного раза в течение 3 сут показания промышленного pH-метра проверяются методом отбора проб по лабораторному pH-метру, при необходимости соответственно корректируются показания промышленного pH-метра. Одновременно с проверкой pH-метра необходима продувка пробоотборника известкованной воды большим количеством. дистиллята и удаление с поверхности стеклянного электрода датчика pH-метра возможных отложений шлама. Хотя все эти операции в сумме и занимают не более 20 мин, тем не менее на некоторых ТЭС уход за pH-метром нерегулярен и в. результате автоматическая коррекция по pH не работает.
Дальнейшее совершенствование системы дозирования извести в части дозирующих устройств должно идти по пути создания и применения управляемых насосов-дозаторов для подачи известкового молока и. дозаторов сухого реагента. Управляемые насосы-дозаторы с подачей до 2500 л/ч уже созданы заводом Ригахиммаш и опробованы в промышленных условиях. Для подачи извести в осветлители большой производительности подача ныне выпускаемых насосов-дозаторов уже недостаточна. Необходима разработка насосов-дозаторов с подачей реагентов 4 и 6,3 м3/ч. По настоянию ВТИ такие насосы на давление 6,5 и 4 кгс/см2 включены в соответствующий ГОСТ.
Совершенствование автоматической системы управления дозированием извести должно идти и по пути выбора более совершенного показателя качества воды. Обсуждалось использование параметра электрической проводимости κ известкованной воды, требующего для своей реализации наиболее простых средств измерения с несложными трудозатратами при эксплуатации.
Рис. 2-9. Зависимость κ известкованной воды от ее бикарбонатной и гидратной щелочности.
1—S — см. на рис. 2-8.
Однако прямое измерение электрической проводимости в данных условиях имеет существенные недостатки. Во-первых, кривая зависимости электрической проводимости от гидратной и бикарбонатной щелочности (рис. 2-9) имеет две ветви. Поэтому при полном прекращении дозирования извести этот параметр дает ложный сигнал о· благополучии в системе дозирования, т. е. приводит к аварийной ситуации, если нет регулярного ручного химического контроля за режимом обработки воды. Чтобы избежать такой ситуации, применяемую на некоторых электростанциях систему дозирования извести по электрической проводимости предлагается дополнить установкой рН-метра. Но в этом случае преимущества системы теряются, так как pH-метр потребует такого же ухода, как и в ранее описанной типовой системе дозирования извести.
Во-вторых, с изменением качества воды и структуры шлама в осветлителе не только посезонно, но и в разные дни одного сезона и даже в течение суток минимум электрической проводимости1 смещается в заметных пределах (рис. 2-9), что наблюдалось на многих электростанциях. В результате требуется корректировка заданного значения κ для поддержания необходимой гидратной щелочности в воде и, следовательно, снова нужен регулярный ручной контроль за режимом обработки воды.
Перспективным при дозировании извести представляется измерение электрической проводимости в системе дискретного определения минимума электрической проводимости известкованной воды через небольшие интервалы времени, например через 5 мин. В этом случае минимум κ воды на данный текущий момент дает точку отсчета для установления необходимой заданной электрической проводимости воды, обрабатываемой именно в этот момент. Система, судя по ее описанию, позволяет точно поддерживать гидратный режим без ручного контроля и в то же время с меньшими трудозатратами, чем при использовании параметра pH. Для ее реализации необходимо достаточно сложное в изготовлении, но простое в эксплуатации оборудование.
За рубежом применяется также система дозирования извести по гидратной щелочности. т. е. система поддерживает непосредственно желаемый параметр. Она пригодна как для управления процессом известкования воды, так и при содово-известковой ее обработке. Недостаток системы — сложность и высокая стоимость прибора для определения гидратной щелочности воды. Применение такого способа обработки воды, а следовательно, и этой системы управления будет оправдано в тех случаях, в которых будет признана рациональной и экономически целесообразной подготовка добавка питательной воды в испарителях или необходимость термического обессоливания сбросных вод после регенерации ионитных фильтров.
1 pH и κ, значения которых приведены на рис. 2-8 и 2-9, измерялись в один н тот же период.
При эксплуатации систем автоматического дозирования извести на водоподготовительных установках возникают значительные трудности при использовании низкокачественной извести. Дозирующие устройства часто засоряются. Это зачастую сводит на нет эффективность систем автоматизации. Для обеспечения надежной работы систем дозирования извести необходим переход к применению на водоочистках гидратной извести, так называемой «пушонки». Использование извести этого сорта сулит особенно большие выгоды на крупных водоочистках, поскольку возможно дозировать реагент в сухом виде. В этом случае исключаются весьма трудоемкие операции по гашению извести, приготовлению известкового молока и по его непрерывному перемешиванию. Применение автоматической системы сухого дозирования извести с регулированием по «минимуму электрической проводимости», было бы оптимальным решением на будущих крупных электростанциях с известкованием воды. Принципиальная схема автоматического управления дозатором извести показана на рис. 2-10.
Система автоматического дозирования коагулянта при подаче извести по параметру качества воды может быть сохранена традиционной, т. е. поддерживающей расход коагулянта пропорционально расходу обрабатываемой воды, но обязательно в сочетании с автоматизацией централизованного узла приготовления раствора коагулянта заданной концентрации, как это выполнено в упомянутом выше типовом проекте.
В будущем для крупных водоочисток желателен переход на сухое дозирование коагулянта. Возможность этого определяется производством гранулированного окисного сернокислого железа.
Установки коагуляции сернокислым алюминием на водоочистках ГРЭС с мощными энергоблоками, видимо, будут применяться редко, однако полностью их исключить все же нельзя. При автоматизации дозирования коагулянта в этих случаях схемы регулирования будут одинаковыми с применяемыми на установках для известкования воды.
Рис. 2-10. Принципиальная схема автоматического управления дозированием сухой извести в осветлитель.
G — расход обрабатываемой воды; ч — заданная· электрическая проводимость известкованной воды», определенная по текущему значению ее минимума; 1 — регулирующий прибор; 2 — корректирующий прибор; 3 — сухой дозатор извести; 4 — устройство для регулирования подачи сухого реагента; 5 — исполнительный механизм.
Разработаны две системы автоматизации промывки механических: фильтров [2-7; 2-8]: в одной автомат промывки фильтра включается по времени или по количеству пропущенной через фильтр воды; вторая предлагает выводить фильтры на промывку при превышении заданного отношения перепада давления на фильтре к расходу фильтруемой воды. Следует отметить, что· обе эти системы не являются оптимальными в отношении обеспечения надежной выдачи фильтрами прозрачной воды и не позволяют реализовать экономические преимущества применения автоматизированных механических фильтров. При автоматизации процесса промывки фильтров возможно значительно сократить фильтроцикл, применяя повышенные скорости фильтрования. Представляется, что при правильной загрузке механических фильтров дробленым антрацитом надлежащей крупности скорость фильтрования может быть доведена до 20 м/ч. Но для обеспечения надежной выдачи фильтрами прозрачной воды их следует выводить на промывку по проскоку мутности. Экономические выгоды введения такого параметра для отключения фильтров на промывку очевидны. Для внедрения подобных систем:
необходимо разработать и освоить серийный выпуск достаточно простых и надежных мутномеров для оснащения ими механических фильтров водоподготовительных установок.
Системы автоматического управления дозированием гидразина и аммиака при коррекционной обработке питательной воды энергоблоков были разработаны и реализованы для блоков 300 МВт [2-8]. Они могут с успехом применяться и на блоках 500, 800, 1000 МВт. При технологической необходимости система дозирования гидразина по расходу обрабатываемой воды может быть дополнена любыми желательными корректирующими устройствами.
