Система подготовки подпиточной воды для теплогенерирующих установок тепловых электростанций или промышленных котельных Российский патент 2019 года по МПК C02F9/02 B01D61/08 C02F1/44 B01D36/00 

Область техники

Изобретение относится к области водоподготовки и может быть использовано для подготовки подпиточной воды для теплогенерирующих установок (паровые и водогрейные котлы, теплофикационные водонагреватели) тепловых электростанций, промышленных котельных и других промышленных объектов.

Уровень техники

Известна принятая в качестве прототипа патентуемого изобретения система подготовки подпиточной воды для теплогенерирующих установок тепловых электростанций или промышленных котельных, содержащая последовательно включенные:

установку предварительной очистки исходной воды, в состав которой входят по меньшей мере два параллельно включенных механических фильтра с фильтрующим слоем.

и установку обратноосмотического обессоливания с баком сбора концентрата и присоединенной к нижней части указанного бака линией отвода концентрата, (Опыт освоения новых технологий обработки воды на ТЭС/Ларин Б.М. и др. Ивановский государственный энергетический университет // Теплоэнергетика, 2010, №8, с. 8-13, рис. 4. [1]).

При этом установка предочистки, как правило, содержит по меньшей мере два механических фильтра для обеспечения возможности периодического отключения одного из них на регенерацию фильтрующего слоя без остановки технологического процесса очистки воды. Каждый механический фильтр в такой установке обычно оборудуется самостоятельным узлом указанной регенерации фильтрующего слоя после его загрязнения в процессе работы (RU 2000116944, B01D 24/48, 2000 [2]). Регенерация всегда осуществляется путем взрыхляющей промывки фильтрующего слоя промывочной средой, в качестве которой обычно используется осветленная вода после осветлителей или очищенная вода работающих механических фильтров.

Недостатком такого технического решения применительно к [1] является необходимость затрат для осуществления регенерации фильтрующего слоя механического фильтра, связанных с большим расходом относительно дорогой осветленной или очищенной на механических фильтрах природной воды.

Раскрытие изобретения

Задачей патентуемого изобретения является сокращение затрат на регенерацию фильтрующего слоя механического фильтра установки предочистки системы подготовки подпиточной воды, а техническим результатом - обеспечение возможности использования в качестве промывочной среды для регенерации фильтрующего слоя указанного фильтра отходов самого процесса подготовки подпиточной воды.

Решение указанной задачи путем достижения указанного технического результата обеспечивается тем, что в системе подготовки подпиточной воды для теплогенерирующих установок тепловых электростанций или промышленных котельных, содержащей последовательно включенные:

установку предварительной очистки исходной воды, в состав которой входят механические фильтры с фильтрующим слоем;

установку обратноосмотического обессоливания с баком сбора концентрата и присоединенной к нижней части указанного бака линией отвода концентрата, согласно патентуемому изобретению:

линия отвода концентрата из соответствующего бака установки обратноосмотического обессоливания подключена к нижней части каждого из указанных механических фильтров для использования указанного концентрата в качестве промывочной среды при взрыхляющей регенерации фильтрующего слоя по мере его загрязнения в каждом из указанных фильтров,

и к нижней части каждого механического фильтра дополнительно подключена линия сброса в бак концентрата избыточного объема чистой промывочной среды после завершения процесса взрыхляющей регенерации фильтрующего слоя.:

При этом отношение объема бака сбора концентрата к объему фильтрующего слоя одного механического фильтра предпочтительно составляет 15-20.

Причинно-следственная связь между совокупностью отличительных признаков и указанным техническим результатом патентуемого изобретения заключается в следующем:

подключение линии отвода концентрата из соответствующего бака установки обратноосмотического обессоливания к нижней части каждого из указанных механических фильтров обеспечивает использование концентрата из установки обратноосмотического обессоливания, являющегося отходом процесса подготовки подпиточной воды (на стадии обессоливания) в качестве промывочной среды фильтрующего слоя указанных фильтров;

подключение к нижней "части каждого механического фильтра линии сброса в бак концентрата избыточного объема чистой промывочной среды после завершения процесса взрыхляющей регенерации фильтрующего слоя исключает поступление на установку обратноосмотического обессоливания избыточного (оставшегося в механическом фильтре) концентрата с содержанием солей в 4-5 раз выше, чем в исходной воде и соответственно предотвращает ухудшение качества пермеата.

Указанное предпочтительное соотношение между объемами бака сбора концентрата и фильтрующего слоя механического фильтра позволяет выбрать оптимальную величину объема указанного бака сбора концентрата.

Краткое описание чертежа

На чертеже схематически изображена система подготовки подпиточной воды для одного из возможных примеров осуществления патентуемого изобретения.

Условные обозначения

БК - бак концентрата;

БОВ -бак осветленной воды;

БП - бак обессоленной воды - пермиата;

М - механический фильтр;

О - осветлитель;

ПК - промышленная котельная;

ТГУ - теплогенерирующая установка;

ТЭС - тепловая электрическая станция;

УОО - установка обратноосмотического обессоливания;

УПО - установка предварительной очистки.

Перечень позиций чертежа

10 - УПО; 11 - О; 12 - БОВ; 13 - М; 131 - фильтрующий слой; 20 - линия подвода исходной воды; 30 - линия отвода осветленной воды; 40 - линия сброса в канализацию осевшей взвеси; 50 - линия подвода осветленной воды к М 13; 60 - линия подачи в УОО очищенной в механическом фильтре осветленной воды; 70 - УОО; 71 - БП; 72 - БК; 80 - линия подачи пермиата к БП; 90 - линия отвода концентрата из УОО к БК; 100 - линия подачи пермиата в качестве подпиточной воды к теплогенерирующим установкам; 200 - линия подачи концентрата от БК 72 к фильтру М13; 300 - линия сброса избыточного объема чистой промывочной среды из Ml3 в БК 72; 400 - линия сброса в канализацию загрязненной промывочной среды из М13.

Осуществление изобретения

Система подготовки подпиточной воды для непоказанных на чертеже теплогенерирующих установок (ТГУ) тепловых электростанций (ТЭС) или промышленных котельных (ПК) согласно патентуемому изобретению содержит установку предварительной очистки (УПО) 10, включающую в:себя: осветлитель (О) 11, бак осветленной воды (БОВ) 12 и в данном примере для упрощения чертежа один механический фильтр (М) 13 с фильтрующим слоем 131. К осветлителю О 11 подключена линия подачи исходной воды 20. Линии 30 и 40 служат соответственно для подачи осветленной воды в БОВ 12 и для сброса в канализацию осевшей взвеси. Линия 50 отвода осветленной воды соединяет БОВ 12 с механическим фильтром М 13, фильтр М 13 с фильтрующим слоем 131 соединен линией 60 с входной частью установки обратноосмотического обессоливания (УОО) 70. от которой отходят линии 80 и 90, соединяющие соответственно бак обессоленной воды - пермиата (БП) 71 и бак концентрата (БК) 72. Линия 100 служит для подачи пермиата из БП 71 в качестве подпиточной воды к котлам ТЭС или промышленной котельной. Подключенная к нижней части БК 72 линия 200 отвода концентрата другим концом присоединена к нижней части фильтра М 13 для использования концентрата в качестве промывочной среды для взрыхляющей регенерации фильтрующего слоя 131 этого фильтра. Возможность использования концентрата УОО 70 в качестве промывочной среды связана с тем, что он представляет собой чистую воду, но с повышенным солесодержанием, что не мешает его функции отмывки фильтрующего слоя 131 от механических загрязнений. К нижней части М 13 дополнительно подключена линия 300 сброса в БК 72 избыточного объема чистой промывочной среды после завершения процесса регенерации фильтрующего слоя. А линия 400, присоединенная к верхней части фильтра М 13, предназначена для сброса в канализацию загрязненной промывочной среды.

Работа изобретения происходит следующим образом:

Исходная вода по линии 20 поступает в установку предварительной очистки УПО 10, где вначале проходит осветлитель О 11, в котором обрабатывается реагентами для осаждения взвешенных и коллоидных примесей. Осветленная вода по линии 30 собирается в бак осветленной воды БОВ 12, откуда по линии 50 подается на механический фильтр М 13. А осажденная смесь из О 11 по линии 40 сбрасывается в канализацию. Осветленная вода, очищенная в фильтрующем слое 131 механического фильтра М 13, по линии 60 поступает в установку обратноосмотического обессоливания УОО 70. Обессоленная вода - пермиат после УОО 70 по линии 80 подается в бак пермиата БП 71, откуда он по линии 100 направляется в качестве подпиточной воды к тепло-генерирующим установкам ТЭС или промышленных котельных. Концентрат из УОО 70 по линии 90 отводится в бак БК 72 и по линии 200 подается в механический фильтр М 13, где используется в качестве промывочной среды при периодической взрыхляющей регенерации фильтрующего слоя 131 по мере его загрязнения. При этом загрязненная промывочная среда по линии 400 сбрасывается в канализацию, а избыточное количество остающейся в фильтре после регенерации фильтрующего слоя 131 чистой промывочной среды возвращается по линии 300 обратно в БК 72. Последняя операция, как уже отмечалось выше, производится для того, чтобы исключить поступление на УОО 70 концентрата с содержанием солей в 4-5 раз выше, чем в исходной воде и соответственно предотвратить ухудшение качества пермеата.

Рассмотрим условия накопления достаточного объема концентрата УОО, необходимого для взрыхляющей регенерации механического фильтра:

- минимальный расход концентрата УОО 20% от поступающего расхода, что соответствует максимальному гидравлическому к.п.д. 80%;

- минимальная продолжительность фильтроцикла механического фильтра -10 часов;

- максимальное время взрыхляющей регенерации фильтрующего слоя механического фильтра - 20 минут.

В таблице 1 приведены соответствующие показатели для трех типоразмеров механических фильтров.

Как видно из таблицы 1, несмотря на выбор граничных (наихудших) условий, объем концентрата УОО, накопленный за 10 часов, превышает объем промывочной среды, необходимый для взрыхляющей регенерации фильтрующего слоя механического фильтра.

Следовательно, условие достаточности концентрата будет тем более выполняться при отклонении граничных значений в благоприятную сторону, при которой объем накопленного концентрата УОО будет превышать объем промывочной среды, необходимой для регенерации фильтрующего слоя механического фильтра, то есть при

- увеличении расхода концентрата УОО более 20% от расхода поступающей в УОО воды;

- увеличении продолжительности фильтроцикла механического фильтра свыше 10 часов;

- снижении времени взрыхляющей регенерации меньше 20 минут.

В таблице 2 приведены показатели соотношения необходимого объема концентрата и объема фильтрующего слоя механического фильтра, определяющие требуемый объем бака концентрата в зависимости от объема материала фильтрующего слоя.

*Примечание: данные взяты из таблицы 1.

Пример исполнения

Исходная вода с расходом 83 м³/ч поступает в осветлитель ВТИ-100, где обрабатывается сульфатом алюминия. Коагулированная вода после осветлителя с расходом 81 м³/ч поступает в бак осветленной воды, откуда подается на механический фильтр диаметром 3,4 м с высотой фильтрующего слоя 1,0 м и объемом загрузки 10 м³. Осветленная и очищенная вода после механического фильтра с расходом 81 м³/ч подается на установку обратноосмотического обессоливания производительностью 65 м³/ч. Концентрат УОО с расходом 16 м³/ч поступает в бак концентрата емкостью 180 м³. За 10 часов работы УОО объем концентрата, накопленный в баке, составит 160 м³.

После 10 часов работы механический фильтр переключается на взрыхляющую регенерацию. Концентрат из бака с расходом 455 м³/ч пропускается снизу вверх через механический фильтр со скоростью 50 м/ч в течение 20 минут. Общий расход концентрата, поданного на взрыхляющую регенерацию, составляет 152 м³. После окончания взрыхляющей регенерации оставшийся в механическом фильтре объем концентрата в количестве 18 м³ отводится в бак концентрата.

Избыточный объем концентрата (сверх необходимого для взрыхляющей регенерации фильтрующего слоя механического фильтра) может отводиться в канализацию. Более рационально весь располагаемый объем концентрата подавать на взрыхляющую регенерацию.

В приведенном примере исполнения отношение необходимого объема бака концентрата к объему фильтрующего слоя в механическом фильтре составляет 18.

При наличии в составе УПО 10 по меньшей мере двух параллельно включенных механических фильтров с фильтрующим слоем их взрыхляющая регенерация по мере загрязнения производится поочередно.

Промышленная применимость

Система подготовки подпиточной воды согласно изобретению отвечает условию «промышленная применимость». Сущность технического решения раскрыта в формуле, описании и чертеже достаточно ясно для понимания и промышленной реализации соответствующими специалистами на основании современного уровня техники в области водоподготовки.

Изобретение может быть использовано в водоподготовке. Система подготовки подпиточной воды для теплогенерирующих установок содержит установку предварительной очистки 10 с механическим фильтром 13 с фильтрующим слоем 131 и установку обратноосмотического обессоливания 70 с баком сбора концентрата 72. Линия 200 отвода концентрата из бака сбора концентрата 72 подключена к нижней части механического фильтра 13 для использования концентрата установки обратноосмотического обессоливания 70 в качестве промывочной среды для взрыхляющей регенерации фильтрующего слоя 131. К нижней части механического фильтра 13 дополнительно подключена линия 300 сброса в бак сбора концентрата 72 избыточного объема чистой промывочной среды после завершения процесса регенерации фильтрующего слоя 131. Отношение объема бака сбора концентрата 72 к объему фильтрующего слоя 131 составляет 15-20. При наличии в составе установки предварительной очистки 10 по меньшей мере двух параллельно включенных механических фильтров 13 с фильтрующим слоем 131 их взрыхляющая регенерация производится поочередно. Предложенное изобретение обеспечивает возможность использования отходов процесса подготовки подпиточной воды в качестве промывочной среды для регенерации фильтрующего слоя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Система подготовки подпиточной воды для теплогенерирующих установок тепловых электростанций или промышленных котельных, содержащая последовательно включенные:

установку предварительной очистки исходной воды, в состав которой входят механические фильтры с фильтрующим слоем,

и установку обратноосмотического обессоливания с баком сбора концентрата и присоединенной к нижней части указанного бака линией отвода концентрата,

отличающаяся тем, что:

линия отвода концентрата из соответствующего бака установки обратноосмотического обессоливания подключена к нижней части каждого из указанных механических фильтров для использования указанного концентрата в качестве промывочной среды при взрыхляющей регенерации фильтрующего слоя по мере его загрязнения в каждом из указанных фильтров,

и к нижней части каждого механического фильтра дополнительно подключена линия сброса в бак концентрата избыточного объема чистой промывочной среды после завершения процесса взрыхляющей регенерации фильтрующего слоя.

2. Система подготовки подпиточной воды по п. 1, отличающаяся тем, что отношение объема указанного бака сбора концентрата к объему фильтрующего слоя одного механического фильтра составляет 15-20.