Природоохранные технологии в энергетической промышленности
Проблемы традиционного ионного обмена
Одной из основных технологий очистки в энергетике является ионный обмен, а точнее, регенерационная промывка фильтра. В доминирующей в России советской схеме потоки обрабатываемой и промывной воды пропускаются в одном направлении (параллельный поток). При этом входящая в ионитный фильтр вода контактирует со смолой, что снижает эффективность процесса очистки. При параллельном потоке используется лишь незначительная часть обменной емкости ионита, и эффективность очистки составляет около 50%. Следствием этого является образование большого количества сточных вод (примерно 10–30% от объема воды, прошедшей через ионический фильтр), которые требуют дальнейшей переработки и утилизации. На отечественных ТЭС, где преобладают ионообменные фильтры, на регенерацию всех установок ежегодно расходуется около 150 000 тонн серной кислоты, 80 000 тонн едкого натра и 240 000 тонн хлорида натрия. Кроме того, для ионообменных фильтров постоянно закупается около 3000 тонн импортных и 6800 тонн отечественных материалов. Из-за неэффективной промывки и высоких расходов реагентов важнейшей задачей является оптимизация ионных фильтров.
Противоточный метод водоподготовки
В качестве нового прогрессивного метода предлагается противоточный метод водоподготовки, разработанный по технологии фирмы Dow Chemical (США). Внедрение противоточной регенерации позволяет более чем в два раза сократить расход кислоты. Эта технология распространяется с 1960-х годов XX века, а с 1995 года ею занялся Институт Теплоэнергопром. К 2009 году этот метод был внедрен на ряде электростанций, включая Волгодонскую ТЭЦ, Новгородскую ГРЭС, Калининградскую ТЭЦ и другие.
Эффективность противоточной технологии во многом зависит от использования специальных марок смолы с высокой степенью однородности зерен, которые приходится закупать за границей у таких поставщиков, как Rohm and Haas (США) и Lanxess (Германия). Например, схема противоточного фильтра ИЗВ-32, производимая Таганрогским котельным заводом, использует американские и германские материалы. Фильтр на 80–85% загружают катионитом и примерно на 10% инертным материалом. Вода подается сверху вниз, что прижимает слой смолы к верхней дренажной системе. Если в воде присутствуют взвеси, они задерживаются слоем сорбента (сорбита), расположенным наверху. Благодаря этому слою ионита, который зажат при любых колебаниях нагрузки потока, система становится более устойчивой в работе. Отмывку и регенерацию проводят в восходящем потоке реагентов, при этом ионный фильтр никогда не снимают, промывка происходит прямо во время работы.
Опыт эксплуатации таких фильтров показал значительную экономию: расход кислоты и хлористого натрия сокращается на 40%, а на отдельных предприятиях экономия кислоты может достигать 60%. Также сокращается сброс солей. В результате внедрения этой технологии нагрузка на обессоливающие установки сократилась, например, на одной ТЭС на 70 000 тонн в год.
Технология обработки воды Hydro-X
Вторая технология — это Hydro-X (Дания), разработанная известной фирмой Idro, которая работает 60 лет и сертифицирована по международным стандартам. Эта технология предназначена для обработки котловой воды и применяется на электростанциях для очистки природной воды. Препарат Hydro-X рекомендуется применять в тех случаях, когда высококачественная ионообменная очистка воды слишком дорога, а также локально на производственных участках, где требуется получение воды высокого качества.
При добавлении в воду Hydro-X нормализует ее кислотность, снижает жесткость и способствует образованию твердых осадков с катионами. Он выступает в роли коагулянта или флокулянта, содействуя созданию хлопьевидных осадков, ингибирует скорость коррозии и обеспечивает выработку пара высокой чистоты. Hydro-X является природным реагентом, который получают путем экстрагирования компонентов морских водорослей в щелочном растворе при повышенных температурах. Использование этого препарата исключает стадии регенерации, необходимость применения серной кислоты и едкого натра, а также приводит к образованию твердых осадков с низким содержанием влаги и уменьшению объема сточных вод.
Состав и механизм действия Hydro-X
В составе Hydro-X имеются неорганические компоненты, такие как щелочь, карбонат-ионы, железо, фосфат натрия и алюминий. При этом отсутствуют ионы хлора и сульфата. Обнаружение карбонат-ионов указывает на то, что в основе умягчения воды лежит содово-каустический метод. Введение дополнительного количества карбонат-ионов позволяет сбалансировать соотношение между катионами кальция и бикарбонат-ионом, что обеспечивает глубокую очистку воды, даже если это соотношение нарушено. Масс-спектральный анализ также выявил присутствие в препарате 37 элементов, включая значительное количество кремния и железа. Среди органических компонентов, состав которых производители скрывают, были обнаружены лигнин и танин, а также ароматические углеводороды, спирты (включая этиленгликоль), камфора и высшие органические кислоты.
Танины являются активными хелатами и комплексообразователями, формирующими сложные соединения с металлами. В результате образуются высоко гидростабилизирующие коллоидные слои, которые связывают вещества, предотвращая образование накипи или хлопьевидных осадков. Танины действуют как вяжущие вещества. Лигнин, основное вещество древесины, эффективен в борьбе с отложениями фосфата кальция и оксидов железа, причем его эффективность увеличивается при росте щелочности. Исследования показали, что танины и лигнин являются основными флокулянтами и комплексообразователями и действуют при высоких температурах (до 250°C).
В состав также входят фенол и его гомологи, используемые в качестве флокулянтов для разрушения коллоидных частиц. Одноатомные и многоатомные спирты выступают в роли пеногасителей, а высшие органические кислоты действуют как эмульгаторы и растворяют соли. Таким образом, метод очистки с применением Hydro-X базируется на содово-каустическом подходе, при этом соединения железа и кремния выступают коагулянтами, соединения фосфора выполняют роль ингибиторов коррозии, а комплекс органических веществ (танины, лигнины, кислоты) выполняет функции флокулянтов, пеногасителей и эмульгаторов.