способ утилизации продувочной воды циркуляционной системы

Формула изобретения

1. Способ утилизации продувочной воды циркуляционной системы охлаждения отработанного пара турбин в пароводяном цикле теплоэлектростанции путем безвозвратного использования на технологические нужды, включающий осветлительное фильтрование и глубокое умягчение потока продувочной воды перед утилизацией, компенсацию потерь оборотной воды подачей в циркуляционную систему добавочной воды, предварительное перед подачей умягчение последней реагентной декарбонизацией и натрий-катионированием в щелочной среде, умягчение воды натрий-катионированием в режимах первичного и вторичного катионирования, предупреждение непрерывного выброса в атмосферный воздух фенола из состава оборотной воды в процессе ее испарительного охлаждения, ввод в оборотную воду производного полигексаметиленгуанидина, отличающийся тем, что безвозвратно используемую на технологические нужды продувочную воду перед осветлительным фильтрованием предварительно умягчают за счет реагентной декарбонизации и натрий-катионирования в щелочной среде добавочной воды в режиме первичного катионирования, а после осветлительного фильтрования подвергают коротковолновому ультрафиолетовому облучению и разделяют на два потока, один из них в необходимом для компенсации потерь сетевой воды количестве обрабатывают известью до pH=9,0-10,5, глубоко умягчают натрий-катионированием в режиме вторичного катионирования и направляют на подпитку теплосети, другой последовательно подвергают глубокому умягчению натрий-катионированием в режиме вторичного катионирования, первичному и вторичному обратноосмотическому фильтрованию с образованием первичного и вторичного концентратов, затем совместному H-OH-ионированию с получением необходимого количества глубоко обессоленной воды, которое безвозвратно используют в составе продукта их регенерации и для восполнения потерь рабочего тела из пароводяного цикла, после чего первичный, вторичный концентраты и продукт регенерации равномерно смешивают с продувочной водой перед ее ультрафиолетовым облучением, при этом расход продувочной воды, направляемой на утилизацию, поддерживают равным сумме потерь сетевой воды теплосетью и рабочего тела пароводяным циклом теплоэлектростанции, ввод в оборотную воду производного полигексаметиленгуанидина осуществляют периодически, причем в качестве производного преимущественно используют хлорид полигексаметиленгуанидина, сутки поддерживают в оборотной воде его концентрацию 5-7 мг/л, после чего ввод производного полигексаметиленгуанидина в оборотную воду прекращают, а непрерывный выброс фенола в атмосферный воздух из состава оборотной воды предупреждают за счет коротковолнового ультрафиолетового облучения добавочной воды в щелочной среде перед подачей на смешение с оборотной, которое осуществляют непосредственно после испарительного охлаждения последней.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что коротковолновому ультрафиолетовому облучению преимущественно подвергают половину потока добавочной воды, после чего его смешивают с необлученным остатком добавочной воды и не ранее чем через 30 мин после смешения подают в качестве добавочной воды в циркуляционную систему.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам утилизации продувочной воды циркуляционной системы и может быть использовано на тепловой электростанции (ТЭС).

Известен способ утилизации продувочной воды оборотной системы охлаждения конденсаторов турбин ТЭС путем подачи в теплосеть, включающий ее осветление и умягчение перед утилизацией, компенсацию потерь оборотной воды подачей в циркуляционную систему подпиточной воды - аналог (Моисейцев Ю.В. Сокращение водопотребления и водоотведения в системах водоподготовки и переработки сточных вод на ТЭС. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 2001 г.). Недостатки способа-аналога определяет прием подачи подпиточной воды в циркуляционную систему из поверхностного водного объекта без предварительной обработки. Использования подпиточной воды из поверхностного водного объекта без предварительной обработки вызывает потерю электрической мощности станции во время летнего периода эксплуатации за счет роста температурного напора в конденсаторах турбин вследствие осадкообразования на теплопередающих поверхностях. Этот прием также делает невозможным поддерживать расход продувочной воды из циркуляционной системы, равной потребности теплосети в утилизируемой воде. Расход продувочных вод, как правило, в несколько раз превышает потребность теплосети в подпиточной воде и обуславливает необходимость сброса части продувочной воды в поверхностный водный объект рыбохозяйственного назначения. Названный технологический прием ограничивает число поверхностных водных объектов, вода которых может быть использована для подпитки циркуляционных систем с градирнями без нарушения критериев санитарно-эпидемической безопасности. В целом, рассматриваемый способ-аналог не содержит технологических операций, позволяющих предотвращать неконтролируемый выброс фенола в атмосферу в процессе испарительного охлаждения оборотной воды, а также снижать расход реагентов на обеспечение санитарно-эпидемической безопасности циркуляционной системы охлаждения теплоэлектростанции и получение для ее технологических нужд глубоко обессоленной воды.

Известен способ утилизации продувочной воды из циркуляционной системы охлаждения теплоэлектростанции без ее сброса в водный объект путем безвозвратного использования на технологические нужды, включающий осветление во взвешенном слое ранее выпавших частиц, осветление фильтрованием и последующее умягчение потока продувочной воды натрий-катионированием перед подачей на подпитку теплосети в необходимом для компенсации потерь сетевой воды количестве, при этом часть потока осветленной фильтрованием продувочной воды подвергают обратноосмотическому фильтрованию с образованием концентрата, затем последовательному H-катионированию и OH-анионированию с получением необходимого количества глубоко обессоленной воды, которое безвозвратно используют в составе продуктов их регенерации и для восполнения потерь пара и конденсата из пароводяного цикла, после чего концентрат и продукты регенерации равномерно смешивают с добавочной водой в циркуляционную систему охлаждения - аналог (Патент на полезную модель RU 95656 U1. Система комбинированного водопользования). Основной недостаток способа-аналога заключается в том, что он не содержит технологических операций, предназначенных для предотвращения неконтролируемого выброс фенола, в атмосферу в процессе испарительного охлаждения оборотной воды, который поступает из источника водоснабжения в составе добавочной воды. Это касается как неконтролируемого выброса фенола в атмосферу вследствие уноса охлаждаемой оборотной воды ветром, так и потерь воды на испарение. Кроме того, способ-аналог не содержит операций, необходимых для обеспечения санитарно-эпидемической безопасности циркуляционной системы охлаждения теплоэлектростанции, которые могут сопровождаться повышенным расходом бактерицидного реагента, к примеру, одного из общеизвестных хлорсодержащих препаратов. Другим существенным недостатком способа-аналога является повышенный расход реагентов на получение для технологических нужд теплоэлектростанции глубоко обессоленной воды. Он связан с необходимостью использования раздельного H-OH-ионирования воды (Водоподготовка. Процессы и аппараты. Под ред. докт. техн. наук, проф. О.И. Мартыновой. Учебное пособие для вузов. М., Атомиздат, 1977, 352 с), требующего повышенных затрат кислоты и щелочи на регенерацию отработанных катионитов и анионитов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ утилизации продувочной воды из циркуляционной системы охлаждения теплоэлектростанции без ее сброса в водный объект путем безвозвратного использования на технологические нужды, включающий осветление фильтрованием и глубокое умягчение потока продувочной воды перед утилизацией, компенсацию потерь оборотной воды подачей в циркуляционную систему добавочной воды, предварительное перед подачей умягчение последней натрий-катионированием в щелочной среде, умягчение воды натрий-катионированием в режимах первичного и вторичного катионирования, непрерывное обеззараживание используемой воды и удаление из оборотной воды фенола, ввод в оборотную воду производного полигексаметиленгуанидина - прототип (Патент на изобретение RU 2279409 C2. Способ утилизации продувочной воды циркуляционной системы).

Характеризуя недостатки способа-прототипа, прежде всего, следует отметить, что совокупность используемых в нем технологических операций не способна предупреждать неконтролируемый выброс фенола, в атмосферу в процессе испарительного охлаждения оборотной воды, который поступает из источника водоснабжения в составе добавочной воды. Это касается как неконтролируемого выброса фенола в атмосферу вследствие уноса охлаждаемой оборотной воды ветром, так и потерь воды на испарение. Согласно способу-прототипу неконтролируемый выброс фенола в атмосферу с потерями воды на испарение предупреждается за счет глубокого умягчения в щелочной среде содержащей фенол добавочной воды, которое вызывает трансформацию фенола в фенолята натрия C₆H₅ONa. Это соединение в отличие от фенола не перегоняется с водяным паром. Однако в способе-прототипе не учтен тот факт, что поступая в оборотную воду и далее в ее составе на испарительное охлаждение в градирни, фенолят натрия, под воздействием абсорбируемой из охлаждающего воздуха углекислоты, обратно трансформируется в фенол. Это происходит в связи с тем, что кислотные свойства последнего выражены слабо и феноляты легко разлагаются угольной кислотой по схеме:

C₆ H₅ONa+H₂O+CO₂ C₆H₅ONa+H₂CO₃ C₆H₅OH+NaHCO₃

Возникающий по данной схеме фенол в свою очередь образует с водой азеотропный гидрат фенола, который летуч в процессе ее испарительного охлаждения, что имеет экспериментальное подтверждение. В этой форме фенол поступает из оборотной воды в охлаждающий воздух и далее в составе выброса из градирни в атмосферу. Отсюда следует, что природная вода, загрязненная фенолом, представляет санитарно-химическую опасность для человека при использовании ее в качестве добавочной циркуляционных систем охлаждения в районах расположения теплоэлектростанций, где в атмосферном воздухе содержание фенола регистрируется на уровне ПДК и выше. По данным ежегодных государственных докладов "О Состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации" такое содержание фенола в атмосферном воздухе имеет широкое распространение и регистрируется более чем в 94 городах России. В таких случаях природоохранный государственный стандарт ГОСТ 17.2.3.02-78 предписывает обеспечивать санитарные нормы путем использования наиболее современных технологий и технических средств для охраны атмосферы.

К недостаткам способа-прототипа относится также повышение коррозионной активности оборотной воды за счет ее испарительного охлаждения.

Еще одним существенным недостатком способа-прототипа является повышенный расход реагентов на обеспечение санитарно-эпидемической безопасности циркуляционной системы охлаждения теплоэлектростанции и получение для ее технологических нужд глубоко обессоленной воды. К примеру, повышенный расход реагента на обеспечение санитарно-эпидемической безопасности "циркуляционной системы охлаждения теплоэлектростанции, вызывается по способу-прототипу непрерывным вводом в состав оборотной воды производного полигексаметиленгуанидина. Повышенный же расход реагентов на получение для технологических нужд теплоэлектростанции глубоко обессоленной воды, связан, как уже было сказано выше, с необходимостью использования раздельного H-OH-ионирования воды, требующего повышенных затрат кислоты и щелочи на регенерацию отработанных катионитов и анионитов.

В основу изобретения положена задача, разработать способ утилизации продувочной воды циркуляционной системы, обеспечивающий получение технического результата, заключающегося в предупреждении неконтролируемого выброса фенола в атмосферу в процессе испарительного охлаждения оборотной воды и роста ее коррозионной активности, снижении расхода реагентов на обеспечение санитарно-эпидемической безопасности оборотной воды циркуляционной системы охлаждения теплоэлектростанции и получение для ее технологических нужд глубоко обессоленной воды, а также повышении степени удаления из последней диоксида кремния.

Для решения поставленной задачи, в известном способе утилизации продувочной воды циркуляционной системы, включающем осветлительное фильтрование и глубокое умягчение потока продувочной воды перед утилизацией, компенсацию потерь оборотной воды подачей в циркуляционную систему добавочной воды и предварительное умягчение последней перед подачей реагентной декарбонизацией и натрий-катионированием в щелочной среде, умягчение воды натрий-катионированием в режимах первичного и вторичного катионирования, предупреждение непрерывного выброса в атмосферный воздух фенола из состава оборотной воды в процессе ее испарительного охлаждения и бактерицидную обработку потока добавочной воды, ввод в оборотную воду производного полигексаметиленгуанидина, безвозвратно используемую на технологические нужды продувочную воду перед осветлительным фильтрованием умягчают за счет предварительной реагентной декарбонизации и последующего первичного натрий-катионирования в щелочной среде добавочной воды, а после осветлительного фильтрования подвергают коротковолновому ультрафиолетовому облучению и разделяют на два потока, один из них в необходимом для компенсации потерь сетевой воды количестве обрабатывают известью до pH=9,0-10,5, глубоко умягчают натрий-катионированием в режиме вторичного катионирования и направляют на подпитку теплосети, другой последовательно подвергают глубокому умягчению натрий-катионированием в режиме вторичного катионирования, первичному и вторичному обратноосмотическому фильтрованию, с образованием первичного и вторичного концентратов, затем совместному H-OH-ионированию с получением необходимого количества глубоко обессоленной воды, которое безвозвратно используют в составе продукта его регенерации и для восполнения потерь рабочего тела из пароводяного цикла, после чего первичный, вторичный концентраты и продукт регенерации равномерно смешивают с продувочной водой перед ее ультрафиолетовым облучением, при этом расход продувочной воды, направляемой на утилизацию, поддерживают равным сумме потерь сетевой воды теплосетью и рабочего тела пароводяным циклом теплоэлектростанции, ввод в оборотную воду производного хлорид полигексаметиленгуанидина осуществляют периодически до уровня максимально недействующей концентрации 5-7 мг/л его фосфатсодержащего производного, поддерживают такую концентрацию сутки, после чего ввод производного полигексаметиленгуанидина в оборотную воду прекращают, а непрерывный выброс фенола в атмосферный воздух из состава оборотной воды предупреждают за счет коротковолнового ультрафиолетового облучения добавочной воды в щелочной среде перед подачей на смешение с оборотной, которое осуществляют непосредственно после испарительного охлаждения последней.

Причем, для предупреждения непрерывного выброса фенола в атмосферный воздух из состава оборотной воды, коротковолновому ультрафиолетовому облучению преимущественно подвергают половину потока добавочной воды, после чего его смешивают с необлученным остатком добавочной воды и не ранее, чем через 30 минут после смешения подают в качестве добавочной воды в циркуляционную систему.

Технический результат, достигаемый предлагаемым способом, заключается в предупреждении неконтролируемого выброса фенола в атмосферу в процессе испарительного охлаждения оборотной воды и роста ее коррозионной активности, снижении расхода реагентов на обеспечение санитарно-эпидемической безопасности оборотной воды циркуляционной системы охлаждения теплоэлектростанции и получение для ее технологических нужд глубоко обессоленной воды, а также повышении степени удаления из последней диоксида кремния.

Получение указанного результата обеспечивается тем, что способ осуществляют следующим образом.

Добавочную воду перед подачей на смешение с оборотной водой последовательно подвергают реагентной декарбонизации, первичному натрий-катионированию и коротковолновому ультрафиолетовому умягчению в щелочной среде, после чего смешивают с оборотной водой, причем смешение осуществляют непосредственно после испарительного охлаждения последней. Такая последовательность операций не известна из уровня техники. Она позволяет полностью исключить поступление фенола и микроорганизмов из сырой речной в состав оборотной воды и предупредить рост ее коррозионной активности. При этом в период отсутствия микроорганизмов в составе декарбонизованной воды, коротковолновому ультрафиолетовому облучению преимущественно подвергают половину ее потока, после чего его смешивают с необлученным остатком декарбонизованной воды и не ранее чем через 30 минут после смешения подают в качестве добавочной воды в циркуляционную систему. Такой технологический прием не известен из уровня техники. Он связан с экспериментально обнаруженным эффектом полной деструкции фенола при контакте с водой, предварительно подвергнутой воздействию ультрафиолетового излучения. Его преимущество очевидно из экономических соображений, поскольку ведет к сокращению на половину энергетических затрат на ультрафиолетовое облучение. Помимо предупреждения выброса фенола из градирен в процессе испарительного охлаждения оборотной воды, изложенная выше последовательность операций одновременно снижает расход реагента на обеспечение ее санитарно-эпидемической безопасности, так как для обеззараживания оборотной воды в этом случае не требуется непрерывного ввода в ее состав бактерицидного средства. Это связано с тем, что микроорганизмы, поступающие в оборотную воду из атмосферного воздуха, преимущественно относятся к сапрофитам. Сапрофиты не представляют эпидемической опасности. Их удаляют из оборотной воды практически полностью вместе с поступающими из атмосферного воздуха в нее частицами воздушной пыли осветлительным фильтрованием, поскольку частицы бактериальной пыли (их размер варьирует от 10 до 1000 микрон) гораздо крупнее частиц обычной атмосферной пыли (0.001-30 микрон). Патогенные же бактерии встречаются в атмосферном воздухе очень редко и опасность заражения невелика из-за интенсивного разбавления микробов воздушными массами, солнечного (лучей ультрафиолетового спектра) и температурного воздействия. В том случае, если при мониторинге санитарно-эпидемического состояния оборотной воды, все же обнаруживают патогенные микроорганизмов, для предотвращения случайных инфекционных заболеваний в этот период в нее добавляют производное полигексаметиленгуанидина до уровня максимально недействующей концентрации его фосфатсодержащего производного, поддерживают такую концентрацию сутки, после чего ввод производного полигексаметиленгуанидина в оборотную воду прекращают. Этой неизвестной из уровня техники последовательностью технологических операций достигается гибель всех микроорганизмов оборотной воды, как патогенных, так и сапрофитов.

Здесь следует отметить особую роль, которую играет предлагаемая последовательность технологических операций обработки добавочной воды в силу того, что она позволяет полностью отказаться от непрерывного ввода в состав оборотной воды бактерицидного средства, в качестве которого, согласно способу-прототипу, используют производное полигексаметиленгуанидина. Отказ от непрерывного ввода в состав оборотной воды бактерицидного средства, прежде всего, приводит к снижению расхода реагентов на обеспечение санитарно-эпидемической безопасности оборотной воды циркуляционной системы охлаждения теплоэлектростанции. В свою очередь это влечет за собой исключение производного полигексаметиленгуанидина из состава продувочной воды, как ее постоянного компонента. Известно, что производное полигексаметиленгуанидина в составе воды, подвергаемой ионированию, необратимо сорбируется кислотным катионитом (Гришин А.А., Малахов И.А., Богданов М.В. Гигиенические и технологические аспекты биоцидной обработки охлаждающей воды циркуляционных систем электростанций // Теплоэнергетика. 2001. - № 8. - С.2-8), что со временем ведет к полной потере им ионообменной способности и делает невозможным применение натрий-катионирования для умягчения такой воды. Поэтому, отказ от непрерывного ввода в состав оборотной воды производного полигексаметиленгуанидина дает возможность осуществить не известную из уровня техники последовательности операций обработки продувочной воды сначала известью до pH=9,0-10,5, а затем натрий-катионированием в режиме вторичного катионирования. Она предназначена для минимизации коррозионной активности утилизируемой воды относительно магистральных трубопроводов теплосети в условиях роста активаторов коррозии (хлоридов и сульфатов) в составе оборотной воды.

Следует отметить, что названные выше пределы значений pH=9,0-10,5, соответствуют нормируемым правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации (СО 153-34.20.501-2003 Минэнерго России) верхним пределам значений pH для открытых (9,0) и закрытых систем теплоснабжения (10,5). Для закрытых систем теплоснабжения с разрешения энергосистемы верхний предел значения pH допускается не более 10,5 при одновременном уменьшении значения карбонатного индекса до 0,1 (мг-экв/дм ³)². Испытания показали, что неизвестная из уровня техники последовательность операций обработки продувочной воды обеспечивает в ней значения карбонатного индекса, которые не превышают нормативных для сетевой воды, и хотя незначительное, но уменьшение скорости общей коррозии на фоне роста содержания в ней активаторов коррозии. При этом испытуемые образцы материала трубопроводов теплосети и трубок конденсаторов сохраняют после испытаний металлический блеск, на их поверхностях отсутствуют питтинги и язвенные поражения.

Помимо утилизации продувочной воды в теплосети, предлагаемый способ в отличие от известного способа-прототипа, дополнительно предусматривает ее утилизацию путем безвозвратного использование для восполнения потерь рабочего тела из пароводяного цикла. Для этого предлагается неизвестная из уровня техники совокупность операций глубокого обессоливания воды, включающая самостоятельное натрий-катионирование в режиме вторичного катионирования, последующие первичное и вторичное обратноосмотическое фильтрование с образованием первичного и вторичного концентратов, и совместное H-OH-ионирование с получением необходимого количества глубоко обессоленной воды, которое наряду с восполнением потерь пара и конденсата из пароводяного цикла безвозвратно используют в составе продукта его регенерации, при этом первичный, вторичный концентраты и продукт регенерации равномерно смешивают с продувочной водой, что обеспечивает вывод удаляемых из продувочной воды в процессе ее обессоливания солей с умягченной подпиточной водой теплосети. Следует отметить, что в названной совокупности операций натрий-катионирование в режиме вторичного катионирования повышает надежность первичного обратноосмотического фильтрования за счет полного удаления из умягчаемой воды мелкодисперсных примесей, в том числе остатков выживших после ультрафиолетового воздействия сапрофитных микроорганизмов, выполняя неизвестную из уровня техники функцию, наличие которой установлено экспериментально. Тем самым исключается расход реагентов на химические регенерации мембранных аппаратов для удаления накопленных на мембранах отложений карбоната кальция, гидроокиси железа, органических и биологических осадков. Первичное и вторичное обратноосмотическое фильтрование, в свою очередь, без затрат реагентов обеспечивает получение обессоленной воды с удельной электрической проводимостью на уровне 1 мкСм/см, содержащей менее 3 мкг/л двуокиси кремния. При последующем совместном H-OH-ионировании это и дает возможность гарантированно получать глубоко обессоленную воду с содержанием натрия менее 30 мкг/л и двуокиси кремния менее 3 мкг/л. Такую глубоко обессоленную воду в дальнейшем безвозвратно используют для восполнения потерь рабочего тела из пароводяного цикла непосредственно. Кроме того, в необходимом для регенерации ионитов совместного H-OH-ионирования количестве, ее в составе продукта регенерации безвозвратно направляют в теплосеть, для чего равномерно смешивают с утилизируемой продувочной водой. Прием равномерного смешения продукта регенерации совместного H-OH-ионирования с утилизируемой продувочной водой, используемый в предлагаемом способе, определяет несущественный, в пределах нескольких миллиграмм на литр, рост солесодержания подпиточной воды теплосети. Это связано с тем, что при содержании двуокиси кремния менее 3 мкг/л в воде, поступающей на стадию совместного H-OH-ионирования по предлагаемому способу, продукт его регенерации измеряемый десятками килограмм образуется не чаще, чем один раз в месяц, а смешивают его с потоком утилизируемой воды измеряемым десятками тонн в час.

Пример 1. На ТЭЦ-25 филиала ОАО МОСЭНЕРГО отбирают пробы технологической воды, которая прошла стадии умягчения известкованием в осветлителях, последующего осветлительного фильтрования и натрий-катионирования, измеряют pH отобранных проб воды стандартным методом и содержание в них фенола по методике ПНД Ф 14.1:2.104-97. Берут 400 мл пробы воды с pH 10.5 не содержащей фенол, помещают в химически чистый термостойкий мерный стакан, добавляют в нее градуировочный раствор фенола и получают модельный раствор добавочной воды содержащей 25 мг/м ³ фенола. Термостойкий стакан с пробой помещают на водяную баню, нагревают содержимое до 40°C, после чего в нагретый раствор помещают аэратор для насыщения воздухом аквариумной воды, через который пропускали воздух с помощью воздушного микрокомпрессора (220 V, 50 Hz, 3 W) производительностью 30 л/час, моделируя условия испарительного охлаждения оборотной воды. Раствор аэрируют в течение 1 часа, при этом осуществляют постоянный контроль температуры, поддерживая ее на уровне 40°C в течение названного промежутка времени. По окончании аэрирования в исследуемой пробе определяют pH на уровне 8,3 и не обнаруживают присутствия фенола. Опыт повторяют три раза и получают тот же результат. Из примера 1 следует, что прием глубокого умягчения добавочной воды в щелочной среде не способен предупредить поступление фенола из оборотной воды в охлаждающий воздух в процессе ее испарительного охлаждения и далее в составе выброса из градирни в атмосферу. Кроме того, впервые экспериментально установлен факт полного удаления фенола из оборотной воды под воздействием охлаждающего воздуха. Это свидетельствует о том, что в тех районах расположения теплоэлектростанций, где в атмосферном воздухе содержание фенола регистрируется на уровне ПДК и выше, не допустимо поступление каких либо количеств фенола в состав оборотной воды с добавочной. Последнее и дает обоснование необходимости его полного удаления из состава добавочной воды перед ее смешением с оборотной.

Пример 2. На ТЭЦ-25 филиала ОАО МОСЭНЕРГО отбирают пробы технологической воды, которая прошла стадии умягчения известкованием в осветлителях, последующего осветлительного фильтрования и натрий-катирования в режиме первичного катионирования, измеряют в отобранных пробах воды pH и общее микробное число (ОМЧ) по стандартным методикам, а также содержание в них фенола по методике ПНД Ф 14.1:2.104-97. Берут 500 мл пробы воды с pH=10.5, не содержащей фенола и бактерий (ОМЧ=0). Пробу помещают в стерильный мерный стакан и добавляют в нее градуировочный раствор фенола из расчета получения его концентрации на верхнем пределе измерения используемой методикой 25 мг/м³. Тем самым получают модельный раствор добавочной воды содержащей 25 мг/м³ фенола (25ПДК в водной среде) с pH 10.5. Собирают ультрафиолетовую установку. В ее состав включают последовательно соединенные гибкими шлангами емкость исходного раствора, перистальтический насос (с расходом 7.5-8 л/ч) для перекачивания исходного раствора, подвергаемого ультрафиолетовому облучению, змеевик из кварцевой трубки с внутренним диаметром 5 мм, внутри которой движется облучаемый раствор, и емкость обработанного раствора. Модельный раствор добавочной воды помещают в емкость исходного раствора. Внутри змеевика (внутренний диаметр которого 45 мм), образованного кварцевой трубкой, по всей его длине соосно располагают ртутно-кварцевую лампу низкого давления ДРБ-8, обеспечивающую коротковолновый диапазон ультрафиолетового облучения внешней поверхности кварцевой трубки. Включают перистальтический насос, на лампу подают электрическое питание и сбирают облученный раствор в емкости обработанного раствора. Собранный рабочий раствор подвергают еще трем аналогичным циклам ультрафиолетового облучения на используемой установке, после чего в облученном четырехкратно растворе определяют содержание фенола. Фенол в подвергшемся четырехкратному ультрафиолетовому облучению на используемой установке модельном растворе добавочной воды не обнаруживают. Из примера 2 следует, что прием коротковолнового ультрафиолетового облучения добавочной воды, содержащей фенол, способен обеспечить полную деструкцию этого летучего, токсичного соединения в ее составе.

Пример 3. На ТЭЦ-25 филиала ОАО МОСЭНЕРГО отбирают в необходимом для проведения анализов объеме пробы известкованной воды: известкованную в осветлителях не фильтрованную, известкованную в осветлителях фильтрованную и известкованную в осветлителях фильтрованную после ее натрий-катионирования. В отобранных пробах воды определяют общее микробное число (ОМЧ) по стандартной методике. Анализируют пробы воды, которая прошла стадию умягчения известкованием в осветлителях и при посеве из разбавлений 1 мл воды насчитывают 1000 выросших колоний бактерий (ОМЧ=1000 КОЕ/мл). Анализируют пробы воды, которая после известкования в осветлителях прошла стадию фильтрования и при посеве из разбавлений 1 мл воды насчитывают 20 колоний бактерий (ОМЧ=20 КОЕ/мл). Анализируют пробы воды, которая после известкования в осветлителях и фильтрования прошла стадию натрий-катирования и при посеве из разбавлений 1 мл воды выросших колоний бактерий не обнаруживают (ОМЧ=0). Из примера 3 следует, что натрий-катионирование одновременно с глубоким умягчением воды обеспечивает неизвестный из уровня техники результат, полное удаление из умягчаемой воды образующих колонии бактерий.

Пример 4. Способ осуществляют согласно примеру 2. Фенол в подвергшемся четырехкратному ультрафиолетовому облучению на используемой установке модельном растворе добавочной воды не обнаруживают. Далее берут 200 мл полученного после ультрафиолетового облучения модельного раствора добавочной воды на используемой ультрафиолетовой установке, смешивают с таким же объемом модельного раствора добавочной воды содержащей 25 мг/м³ фенола, колбу содержащую смесь плотно закрывают, выдерживают смесь 30 минут, после чего в ней определяют содержание фенола. Фенол в смеси растворов через 30 минут после их смешения не обнаруживают. Из примера 4 следует, что после завершения воздействия ультрафиолетового излучения на поток воды, в нем образуются долгоживущие активные продукты фотоионизации, которые обладают не известной ранее способностью подвергать полной деструкции молекулы фенола в водной среде.

Пример 5. Способ осуществляют согласно примеру 4, но берут 300 мл полученного после ультрафиолетового облучения модельного раствора добавочной воды на используемой ультрафиолетовой установке и смешивают с объемом модельного раствора добавочной воды содержащей 25 мг/м³ фенола, равным 100 мл. Далее колбу содержащую смесь плотно закрывают, выдерживают смесь 30 минут, после чего в ней определяют содержание фенола. Фенол в смеси растворов через 30 минут после их смешения не обнаруживают. Из примера 5 следует, что после завершения воздействия ультрафиолетового излучения на поток воды, в нем образуются долгоживущие активные продукты фотоионизации, которые обладают не известной ранее способностью подвергать полной деструкции молекулы фенола в водной среде.

Пример 6. Способ осуществляют согласно примеру 4, но берут 150 мл полученного после ультрафиолетового облучения модельного раствора добавочной воды на используемой ультрафиолетовой установке и смешивают с объемом модельного раствора добавочной воды содержащей 25 мг/м³ фенола, равным 250 мл. Далее колбу содержащую смесь плотно закрывают, выдерживают смесь 30 минут, после чего в ней определяют содержание фенола. Фенол в смеси растворов через 30 минут после их смешения обнаруживают в количестве 2 мг/м³. Из примера 6 следует, что после завершения воздействия ультрафиолетового излучения на поток воды, в нем образуется не достаточное количество долгоживущих активных продуктов фотоионизации, чтобы подвергать полной деструкции молекулы фенола в водной среде.

Пример 7. Суммируют результаты опытов, представленные в примерах 4, 5 и 6, и делают вывод о том, что коротковолновому ультрафиолетовому облучению преимущественно подвергают половину потока добавочной воды, после чего его смешивают с необлученным остатком добавочной воды и не ранее, чем через 30 минут после смешения подают в качестве добавочной воды в циркуляционную систему.

Пример 8. К стерильной воде добавляют приготовленную на физиологическом растворе суспензию культур E.Coli, анаэробных бактерий и грибов, выделенных из оборотной воды циркуляционной системы охлаждения оборудования. Получают модельные растворы, содержащие выделенные из оборотной воды культуры в конечной концентрации 10⁹ КОЕ/мл. Их разливают в стерильные колбы; куда затем в качестве производного полигексаметиленгуанидина добавляют хлорид полигексаметиленгуанидина дозой 5-8 мг/л. Колбы инкубируют с реагентом в течение 24 часов при комнатной температуре. Определение культур E.Coli проводят стандартным методом посева через мембранные фильтры на питательную среду Эндо. Для обнаружения представителей анаэробных бактерий используют среды: Schaedler-arape с 5% бараньей крови, Schaedler-arape с канамицином и бычьей желчью (Becton .), а также полужидкой тиогликолевой среды (Difco). Посевы культивируют в анаэробных системах при 37-42°C в течение 10 суток. Грибы выявляют с использованием среды Сабуро. Посевы выдерживают при комнатной температуре в течение 48-72 ч. Через 24 часа инкубации в пробах, где создают концентрацию реагента 5 г/м³, обнаруживают 10² КОЕ/мл общих колиформных бактерий, 10³ КОЕ/мл анаэробных бактерий и 10 ⁴ КОЕ/мл грибов. В пробах, где создают максимально концентрацию реагента 6, 7 и 8 г/м³ грибов, общих колиформных и анаэробных бактерий не обнаруживают. Из примера 8 следует, что концентрация хлорида полигексаметиленгуанидина в водной среде 5 г/м³ не обеспечивает обеззараживание воды, имитирующей заражение оборотной воды штаммами микроорганизмов, сформировавшимися в реальных условиях циркуляционной системы. Гибель устойчивых штаммов культур грибов, колиформных и анаэробных бактерий вызывают повышением на 24 часа в пробе воды концентрации реагента не менее чем до 6 г/м³.

Пример 9. Способ осуществляют согласно примеру 8, но для получения сравнительных данных по способу-прототипу в качестве производного полигексаметиленгуанидина используют фосфат полигексаметиленгуанидина. Через 24 часа инкубации в пробах, где создают концентрацию реагента 5 г/м³ , обнаруживают 10⁷ КОЕ/мл общих колиформных бактерий, 10⁷ КОЕ/мл анаэробных бактерий и 10⁸ КОЕ/мл грибов. В пробах, где создают концентрацию реагента 6 г/м ³, обнаруживают 10⁶ КОЕ/мл общих колиформных бактерий, 10⁶ КОЕ/мл анаэробных бактерий и 10 ⁷ КОЕ/мл грибов. В пробах, где создают концентрацию реагента 7 г/м³, обнаруживают 10⁴ КОЕ/мл общих колиформных бактерий, 10⁴ КОЕ/мл анаэробных бактерий и 10 ⁵ КОЕ/мл грибов. В пробах, где создают концентрацию реагента 8 г/м³, грибов, общих колиформных и анаэробных бактерий не обнаруживают. Из примера 9 следует, что концентрация фосфата полигексаметиленгуанидина в водной среде 5-7 г/м³ не обеспечивает обеззараживание воды, имитирующей заражение оборотной воды штаммами микроорганизмов, сформировавшимися в реальных условиях циркуляционной системы. Гибель устойчивых штаммов культур грибов, колиформных и анаэробных бактерий вызывают повышением на 24 часа в пробе воды концентрации реагента не менее чем до 8 г/м ³.

Пример 10. На ТЭЦ-25 филиала ОАО МОСЭНЕРГО отбирают пробы исходной москворецкой и технологической воды, которая прошла стадии умягчения известкованием в осветлителях, последующего осветлительного фильтрования и натрий-катионирования, измеряют pH отобранных проб воды, содержание в них натрия и двуокиси кремния стандартными методами. Отбирают 50 л пробы воды с pH 10.5 содержащей 60 мг/л натрия, 3,2 мг/л двуокиси кремния. Помещают ее в емкость исходной воды двухступенчатой обратноосмотической установки, которую изготавливают с использованием обратноосмотических мембранных модулей FILMTEC XLE-2521 с селективностью 99% и номинальной производительностью 57,5 л/ч. По журналам учета инженерной службы ТЭЦ-25 определяют минимальный расход подпиточной воды теплосети. Принимают минимальный расход подпиточной воды теплосети Q _TC=192 т/ч, который наблюдался в мае 2003 года. Ему соответствовали: расходы оборотной воды 143278 т/ч, потери оборотной воды на испарение в градирнях (Q_ИСП) 1583 т/ч, потери оборотной воды на капельный унос из градирен (О_УНОС) 43 т/ч, рабочего тела (пара и конденсата) Q_PT=120 т/ч в пароводяном цикле теплоэлектростанции. Далее определяют по формуле К _кОВ=(Q_ИСП+Q_УНОС+Q_ТС+Q _РТ)/(Q_УНОС+Q_ТС+Q_РТ) коэффициент концентрирования (К_кОВ) солей в оборотной воде циркуляционной системы после ее перевода в замкнутый режим водопользования. Его значение получают равным К_кОВ=5,4. Затем отобранную пробу с pH 10.5 содержащей 60 мг/л натрия, 4,9 мг/л двуокиси кремния в емкости исходной воды аэрируют до достижения величины pH=8,3. После завершения аэрации с использованием первой ступени обратно-осмотической установки, эксплуатирующейся при расходе 30 л/ч, пробу концентрируют в 5,4 раза и получают модель продувочной воды, поступающей на двухступенчатую обратноосмотическую установку по предлагаемому способу. В полученной модели продувочной воды определяют содержание натрия и диоксида кремния на уровне 259 мг/л и 26,5 мг/л, соответственно. Затем полученную модель продувочной воды обессоливают с помощью двухступенчатой обратноосмотической установки и в пермеате определяют содержание натрия и диоксида кремния на уровне 30 мкг/л и 3 мкг/л, соответственно. Далее по журналам учета инженерной службы ТЭЦ-25 определяют содержание натрия и диоксида кремния в обессоленной двухступенчатым ионным обменом подпиточной воде энергетического котла на уровне 28-54 мкг/л и 72-108 мкг/л и сравнивают их с соответствующими показателями пермеата второй ступени обессоливания воды на обратноосмотической установке. В результате сравнения делают вывод о существенном (в 24-36 раз) повышении глубины удаления двуокиси кремния из обессоливаемой воде на фоне достижения прежней глубины удаления из нее натрия предлагаемым способом по сравнению с известным, традиционным.

Пример 11. По журналам учета инженерной службы ТЭЦ-25 определяют расход кислоты и щелочи на одну регенерацию фильтра смешанного действия (ФСД) на уровне 312,5 кг и 250,0 кг, соответственно (при расходе воды 125 м³). Для упрощения считают, что после регенерации сбрасывается 125 м минерализованных сточных вод содержащих 312,5+250,0=562,5 кг солей. При этом учитывают, что на ФСД поступает вода после второй ступени обессоливания раздельного ионирования, содержащая 94-118 мкг/л диоксида кремния, и ФСД отключают на регенерацию два раза в месяц при достижении концентрации диоксида кремния в фильтрате 20 мкг/л, получая обессоленную воду, содержащую 11-20 мкг/л диоксида кремния. При реализации предлагаемой последовательности операций, на ФСД предполагается подавать воду, содержащую 3 мкг/л диоксида кремния, получая обессоленную воду, содержащую менее 3 мкг/л диоксида кремния. В этих условиях, априори по экспертной оценке, принимают число регенераций ФСД один раз в месяц и продукт регенерации (562,5 кг солей за 30 суток или 18,75 кг в сутки или 780 г в час) равномерно смешивают с подпиточной водой теплосети. Легко рассчитать, что при равномерном вводе такого потока солей в поток подпиточной воды теплосети с расходом 192 т/ч (указанном в примере 10), увеличит солесодержание подпиточной воды на 4 мг/л. Такое увеличение солесодержания несущественно с точки зрения роста коррозионной активности сетевой воды. Им можно пренебречь, особенно на фоне повышения pH подпиточной воды до 9,0-10,5 перед подачей в теплосеть.

Пример 12. Для проведения коррозионных испытаний используют подпиточную воду теплосети ТЭЦ-25 (модельная среда 1) с рН=10,5, общей жесткостью Ж₀=0,2 мг-экв/л, общей щелочностью Щ₀=0,8 мг-экв/л, содержанием хлоридов Cl^-=27,6 мг/л и сульфатов SO₄ ^2-=19,7 мг/л. Коррозионные испытания выполняют на вращающихся цилиндрических образцах из углеродистой стали 3сп, наиболее часто использующейся для производства трубопроводов теплосети, при температуре 90°С. Воду в ходе испытаний деаэрируют азотом до концентрации кислорода 50 мкг/л. Испытания осуществляют двумя методами: гравиметрическим и поляризационным. При проведении гравиметрических испытаний определяют суммарное количество продуктов коррозии стали, перешедших в воду и оставшихся на поверхности образцов за время опыта (4 часа), и рассчитывают из этих данных скорость общей коррозии стали. Скорость общей коррозии углеродистой стали определяют равной 0,27 мм/год. Образцы сохраняют после испытаний металлический блеск, на их поверхностях отсутствуют питтинги и язвенные поражения. При проведении поляризационных измерений определяют, что разность между потенциалом коррозии стали и потенциалом пробоя пассивной пленки составляет 320 мВ, зону активного растворения металла не обнаруживают и делают вывод о стойкости углеродистой стали к общей и локальной коррозии.

Пример 13. Коррозионные испытания выполняют в соответствии с примером 12, но модельную среду 1 аэрируют и добавляют в нее необходимое количество растворов NaCl, Na₂SO₄ и NaHCO₃ и получают оборотную воду при воднохимическом режиме по способу-прототипу (модельную среду 2) с pH=8,4, общей жесткостью Ж₀=0,01 мг-экв/л, общей щелочностью Щ ₀=6,5 мг-экв/л, содержанием хлоридов Cl^-=89,7 мг/л и сульфатов SO4^2-=50,2 мг/л. Скорость общей коррозии углеродистой стали определяют равной 0,32 мм/год. Образцы сохраняют после испытаний металлический блеск, на их поверхностях отсутствуют питтинги и язвенные поражения. При проведении поляризационных измерений определяют, что разность между потенциалом коррозии стали и потенциалом пробоя пассивной пленки составляет 310 мВ, обнаруживают зону активного растворения металла и делают вывод о стойкости углеродистой стали к локальной коррозии, а также необходимости предупреждении роста коррозионной активности оборотной воды при воднохимическом режиме по способу-прототипу.

Пример 14. Суммируют потери оборотной воды на испарение в градирнях (Q_ИСП) 1583 т/ч, потери оборотной воды на капельный унос из градирен (Q_УНОС) 43 т/ч, рабочего тела (пара и конденсата) Q_РТ=120 т/ч в пароводяном цикле теплоэлектростанции и расход подпиточной воды теплосети Q_ТС=192 т/ч, величины которых представлены в примере 2, и получают тем самым в сумме расход добавочной воды в оборотную систему по предлагаемому способу равным 1938 т/ч при расходе оборотной воды 143278 т/ч. Исходя из соотношения расходов добавочной и оборотной воды, получают 1,9 мл модельного раствора добавочной воды в соответствии с примером 2 и 143 мл модельной среды 2 в соответствии с примером 13. Затем модельный раствор и модельную среду 2 в полученных объемах смешивают и выполняют коррозионные испытания в соответствии с примером 12. Скорость общей коррозии углеродистой стали определяют равной 0,29 мм/год. Образцы сохраняют после испытаний металлический блеск, на их поверхностях отсутствуют питтинги и язвенные поражения. При проведении поляризационных измерений определяют, что разность между потенциалом коррозии стали и потенциалом пробоя пассивной пленки составляет 290 мВ, зону активного растворения металла не обнаруживают и делают вывод о стойкости углеродистой стали в этих условиях к общей и локальной коррозии.

Пример 15. Коррозионные испытания выполняют в соответствии с примером 12, но в модельную среду 1 добавляют необходимое количество растворов NaCl, NaSO₄ и NaHCO₃ и получают подпиточную воду отвечающую предлагаемому воднохимическому - режиму (модельную среду 3) с рН=10,5, общей жесткостью Ж ₀=0,01 мг-экв/л, общей щелочностью Щ₀=8,0 мг-экв/л, содержанием хлоридов Cl^-=170 мг/л и сульфатов SO ₄ ^2-=140 мг/л. Скорость общей коррозии углеродистой стали определяют равной 0,29 мм/год. Образцы сохраняют после испытаний металлический блеск, на их поверхностях отсутствуют питтинги и язвенные поражения. При проведении поляризационных измерений определяют, что разность между потенциалом коррозии стали и потенциалом пробоя пассивной пленки составляет 290 мВ, зону активного растворения металла не обнаруживают и делают вывод о стойкости углеродистой стали в этих условиях к общей и локальной коррозии.

Пример 16. Коррозионные испытания выполняют в соответствии с примером 12, но модельную среду 1 аэрируют и добавляют в нее добавляют необходимое количество растворов NaCl, Na₂SO₄ и NaHCO₃ и получают подпиточную воду отвечающую предлагаемому воднохимическому режиму (модельную среду 4) с pH=9,0, общей жесткостью Ж₀=0,2 мг-экв/л, общей щелочностью Щ₀=8,0 мг-экв/л, содержанием хлоридов Cl^-=170 мг/л и сульфатов SO₄ ^2-=140 мг/л. Скорость общей коррозии углеродистой стали определяют равной 0,29 мм/год. Образцы сохраняют после испытаний металлический блеск, на их поверхностях отсутствуют питтинги и язвенные поражения. При проведении поляризационных измерений определяют, что разность между потенциалом коррозии стали и потенциалом пробоя пассивной пленки составляет 300 мВ, зону активного растворения металла не обнаруживают и делают вывод о стойкости углеродистой стали в этих условиях к общей и локальной коррозии.

Пример 17. Коррозионные испытания выполняют в соответствии с примером 15, но модельную среду 1 аэрируют до pH=9,5. Скорость общей коррозии углеродистой стали определяют равной 0,29 мм/год. Образцы сохраняют после испытаний металлический блеск, на их поверхностях отсутствуют питтинги и язвенные поражения. При проведении поляризационных измерений определяют, что разность между потенциалом коррозии стали и потенциалом пробоя пассивной пленки составляет 300 мВ, зону активного растворения металла не обнаруживают и делают вывод о стойкости углеродистой стали в этих условиях к общей и локальной коррозии.

Отсутствие резкого изменения стойкости углеродистой стали к общей и локальной коррозии в модельных средах ТЭЦ-25 с увеличением концентрации сульфатов и хлоридов (в исследованных пределах) объясняют высоким значением pH подпиточной воды.

Ниже представлена таблица сравнительных данных, подтверждающих эффективность предлагаемого способа по сравнению с известным способом-прототипом.

Таблица
Показатели, характеризующие способы	Предлагаемый	Известный
Степень удаления фенола из добавочной воды циркуляционной системы, %	100	0
Скорость коррозии углеродистой стали в оборотной воде, мм/год	0,27-0,29	0,32
Ожидаемый годовой расход бактерицидного полиэлектролита на обеспечение санитарно-эпидемической безопасности циркуляционной системы охлаждения в условиях ТЭЦ-25, кг/год	340	6750
Ожидаемый годовой расход реагентов на регенерацию ионитов в условиях ТЭЦ-25, кг/год:
- кислоты	3852	261000
- щелочи	3000	192000
Содержание диоксида кремния в обессоленной воде, поступающей в пароводяной цикл теплоэлектростанции, мкг/л	менее 3	11-20

Представленные в таблице данные, прежде всего, свидетельствуют о том, что предлагаемый способ, в отличие от известного, позволяет предупредить неконтролируемый выброс фенола в атмосферу в процессе испарительного охлаждения оборотной воды. Это вытекает из сопоставления степеней удаления фенола из добавочной воды циркуляционной системы по предлагаемому и известному способам, представленных на первой строки этой таблицы. Согласно представленным данным предлагаемый способ обеспечивает полное (100%) удаление фенола из добавочной воды, единственного источника его поступления в состав оборотной воды, в отличие от известного способа, который не предусматривает удаления фенола из добавочной воды. Кроме того, в таблице обращают на себя внимание меньшие значения скорости коррозии стали в оборотной воде при утилизации продувочной воды предлагаемым по сравнению с известным способом, представленные во второй строке таблицы. Это в свою очередь свидетельствуют о том, что предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет предупредить рост коррозионной активности оборотной воды при переводе циркуляционной системы в замкнутый режим водопользования. Помимо этого, из представленных третьей и четвертой строкой таблицы данных следует, что предложенный способ в отличие от известного требует значительно меньшего расхода реагентов на обеспечение санитарно-эпидемической безопасности оборотной воды циркуляционной системы охлаждения теплоэлектростанции, а также кислоты и щелочи для регенерации ионитов в процессе получения глубоко обессоленной воды. Простые расчеты показывают, что предлагаемый способ по сравнению известным позволяет сократить потребление бактерицидного полиэлектролита ориентировочно на 95% в первом случае и кислоты и щелочи более чем на 98% - во втором. И, наконец, данные представленные последней строкой таблицы показывают, что по сравнению с известным предлагаемый способ позволяет понизить более чем в три раза содержание диоксида кремния в обессоленной воде, поступающей в пароводяной цикл теплоэлектростанции. В силу своей способности попадать в турбину вместе с паром из энергетического котла высокого давления, это соединение представляет опасность для турбин. Оно образует на ее лопатках нерастворимые соединения, которые приводят к ухудшению экономичности и надежности работы турбины и необходимости ее останова для удаления отложений.

Таким образом, использование совокупности неизвестных из уровня техники последовательностей технологических операций по очистке добавочной воды реагентной декарбонизацией, первичным натрий-катионированием, коротковолновым ультрафиолетовым облучением и последующим смешением очищенной воды с оборотной непосредственно после испарительного охлаждения последней, а также продувочной воды в начале натрий-катионированием за счет предварительного умягчения добавочной воды в режиме первичного катионирования и непосредственного умягчения в режиме вторичного катионирования, затем первичного и вторичного обратноосмотического фильтрования и последующего совместного H-OH-ионирования, обеспечивает положительный результат, который заключается в предупреждении неконтролируемого выброса фенола в атмосферу и роста коррозионной активности оборотной воды в процессе испарительного охлаждения, снижении расхода реагентов на обеспечение санитарно-эпидемической безопасности циркуляционной системы охлаждения теплоэлектростанции и получение для ее технологических нужд глубоко обессоленной воды, а также повышении степени удаления из последней диоксида кремния.