Бессточная система оборотного водоснабжения воды для теплоиспользующего оборудования Российский патент 2022 года по МПК C02F1/42 B01D61/04 C02F103/18 

Область техники

Изобретение относится к бессточным системам оборотного водоснабжения (СОВ) с применением установок обратного осмоса (УОО) и может быть использовано в энергетической, химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности для теплоиспользующего оборудования.

Уровень техники

Известен способ поддержания химического состава оборотной воды бессточной системы оборотного водоснабжения, включающий подачу воды на градирни, оборудованные каплеуловителями, отличающаяся тем, что с целью снижения загрязнения капель выброса, повышения кратности использования воды или упрощения процесса, часть оборотной воды или ее концентрата распыливают до размеров капель 10-30 мкм в паровоздушном потоке, выходящем из градирни (авторское свидетельство №1355617 по заявке №3932062 приоритет от 22 июля 1985 г. зарегистрировано в госреестре изобретений СССР 01 августа 1987 г. - аналог).

Недостатками аналога являются:

- при работе СОВ с низкими предельными значениями кратности упаривания теряется значительное количество оборотной воды, отводимой на распыливание в паровоздушном потоке, выходящим из градирни, соответственно имеет место повышенное водопотребление СОВ, т.е. работа ее в неэкономичном режиме;

- при высоких предельных значениях кратности упаривания возникает опасность повышения накипеобразующих и коррозионных свойств воды и коррозии в оборотной системе, а также необходимость глубокой обработки добавочной воды по накипеобразующим компонентам;

- при высоких значениях кратности упаривания возможность выноса в окружающую среду с капельным уносом концентрата минеральных солей и химреагентов, применяемых для обработки подпиточной (оборотной) воды - ингибиторов солеотложений и коррозии, дезинфектантов.

Известна система комбинированного водопользования тепловой электростанции или промышленного предприятия, содержащая систему оборотного водоснабжения с линией подвода подпиточной и отвода продувочной воды, а также систему обессоливания или обессоливания и умягчения воды с установкой предочистки и с трубопроводми отвода сбросных вод, причем трубопровод продувочной воды подключен в качестве трубопровода исходной воды на вход в системы обессоливания, отличающаяся тем, что система обессоливания воды выполнена в виде последовательно включенных после установки предочистки установок обратноосмотического и ионообменного обессоливания или обратно-осмотического и электродеионизационного обессоливания, а трубопровод отвода концентрата установок обратноосмотического обессоливания и отработанных кислых концентрированных и разбавленных растворов от установки ионообменного обессоливания соединены с линией подпиточной воды системы оборотного водоснабжения, трубопровод отработанных щелочных концентрированных и разбавленных растворов установки ионообменного обессоливания соединен с линией подачи подпиточной или продувочной воды, а трубопровод отвода сбросных вод установки электродеионизационного обессоливания соединен за установкой предочистки с линией подачи продувочной воды из системы оборотного водоснабжения в систему обессоливания воды (патент на полезную модель №95656 по заявке №2010104132 приоритет от 10 февраля 2010 г. зарегистрировано в госреестре полезных моделей российской Федерации 10 июля 2010 г. - прототип).

Недостатками прототипа являются:

- рассматриваемая система в строгом понимании этого термина не является бессточной, т.к. продувка оборотной системы поступает в другие системы подготовки добавочной (питательной) воды теплосети (ТС) или пароводяного цикла (ПВЦ);

- зависимость воднохимического режима оборотной системы от потребности (расхода) добавочной воды в ТС и/или в ПВЦ, т.е. в зависимости от производительности ВПУ этих систем изменяется кратность концентрирования воды в оборотной системе;

- применение в рассматриваемой комбинированной системе ионообменного обессоливания, требующего расходов кислоты и щелочи и образование связанных с этим кислых и щелочных сточных вод.

Раскрытие изобретения

Задачей патентуемого изобретения является создание условий автономной работы СОВ полностью в бессточном режиме, а техническим результатом - обеспечение возможности работы СОВ с кратностью упаривания 3, то есть в безопасном (безнакипном и противокоррозионном) режиме за счет выделения (извлечения) из оборотной воды концентрата солей и возврата обессоленной воды в трубопровод циркуляционной воды системы оборотного водоснабжения.

Решение указанной задачи достигается тем, что в системе оборотного водоснабжения, включающей градирню с трубопроводом подпиточной воды и отвода продувочной воды на химводоочистку, которая включает предочистку, Na-катионитный фильтр с трубопроводом подачи на него раствора из бака регенерации и баком сбора Na-катионированной воды, подаваемой на установку двухступенчатого по концентрату обратного осмоса,

согласно патентуемому изобретению трубопровод пермеата обеих ступеней подключен к трубопроводу циркуляционной воды системы водоснабжения, а трубопровод концентрата второй ступени обратного осмоса подключен к баку регенерации Na-катионитного фильтра, трубопровод отработанного регенерационного раствора Na-катионитного фильтра подключен к системе подачи его на распыливание в паровоздушном потоке, выходящим из градирни, а трубопровод отмывочной воды Na-катионитного фильтра подключен к баку Na-катионированной воды.

Причино-следственная связь между совокупностью признаков патентуемого изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в том, что:

- подключение к СОВ системы химводоочистки с подачей на нее продувочной воды, возвратом в СОВ пермеата УОО обеих ступеней и подачей концентрата второй ступени УОО на натрий-фильтры обеспечивает полное отсутствие сточных вод СОВ;

- включение в систему химводоочистки Na-катионитного фильтра обеспечивает возможность последующего глубокого концентрирования умягченной продувочной воды СОВ на двух ступенях УОО без опасности образования слаборастворимых солей на мембранных элементах УОО, а также обеспечивает достижение необходимого содержания натриевых солей в концентрате второй ступени УОО для регенерации Na-фильтра.

Краткое описание чертежа

На чертеже представлена принципиальная технологическая схема бессточной системы оборотного водоснабжения согласно патентуемому изобретению.

Перечень позиций чертежа

1. система оборотного водоснабжения СОВ

2. градирня

3. трубопровод циркуляционной воды

4. трубопровод подпиточной воды

5. трубопровод продувочной воды

6. система химводоочистки

7. предочистка

8. Na-катионитовый фильтр

9. бак сбора Na-катионированной воды

10. бак отработанного регенерационного раствора Na-фильтра

11. бак сбора отмывочной воды

12. установка обратного осмоса первой ступени УОО 1

13. установка обратного осмоса второй ступени по концентрату УОО 2

14. бак пермеата обеих ступеней обратного осмоса

15. бак концентрата установки обратного осмоса второй ступени

16. трубопровод Na-катионированной воды

17. трубопровод питательной воды установки обратного осмоса

18. трубопровод пермеата установки обратного осмоса первой ступени

19. трубопровод пермеата установки обратного осмоса второй ступени

20. трубопровод концентрата установки обратного осмоса второй ступени

21. трубопровод регенерации Na-фильтра

22. трубопровод отработанного регенерационного раствора Na-фильтра

23. трубопровод отмывочной воды Na-фильтра

24. трубопровод подачи пермеата обеих ступеней в СОВ

25. трубопровод подачи отработанного регенерационного раствора Na-фильтра в систему его подачи на распыливание в паровоздушном потоке, выходящем из градирни

26. трубопровод подачи концентрата первой ступени обратного осмоса на вторую ступень.

Осуществление изобретения

Бессточная система оборотного водоснабжения 1 теплоиспользующего оборудования на промышленном предприятии содержит градирню 2 с трубопроводами циркуляционной воды 3, подпиточной воды 4 и продувочной воды 5. Система химводоочистки 6 содержит предочистку 7, Na-катионитный фильтр 8 с трубопроводом Na-катионированной воды 16, трубопровод подачи регенерационного раствора на Na-фильтр 21, трубопровод отработанного регенерационного раствора 22, трубопровод отмывочной воды 23, установку обратного осмоса первой ступени 12 с трубопроводами пермеата 18 и подачи концентрата на вторую ступень 26, установку обратного осмоса второй ступени по концентрату 13 с трубопроводами пермеата 19 и концентрата 20, бак пермеата установок обратного осмоса обеих ступеней 14, бак концентрата установки обратного осмоса второй ступени 15, бак сбора Na-катионированной воды 9, бак отработанного регенерационного раствора Na-фильтра 10, бак отмывочной воды Na-катионитного фильтра 11.

Работа системы подготовки обессоленной воды согласно патентуемому изобретению осуществляется следующим образом. Исходная вода по трубопроводу 4 поступает в систему оборотного водоснабжения 1 на подпитку градирни 2. Продувочная вода СОВ по трубопроводу 5 поступает на предочистку 7 системы химводоочистки 6. После предочистки осветленная вода поступает на Na-катионитный фильтр 8. Умягченная вода после Na-фильтра по трубопроводу 16 поступает в бак сбора Na-катионированной воды 9. Из этого бака Na-катионированная вода по трубопроводу 17 подается на установку обратного осмоса первой ступени 12. Концентрат установки обратного осмоса первой ступени по трубопроводу 26 подается на установку обратного осмоса второй ступени 13. Пермеат УОО 1 по трубопроводу 18 и пермеат УОО 2 по трубопроводу 19 поступают в бак пермеата 14. Концентрат УОО 2 по трубопроводу 20 поступает в бак концентрата 15. Смесь пермеатов обеих ступеней УОО подается из бака 14 по трубопроводу 24 в трубопровод циркуляционной воды 3 СОВ 1. Концентрат УОО 2 из бака 15 подается по трубопроводу 21 на регенерацию Na-фильтра 8. Отработанный регенерационный раствор по трубопроводу 22 поступает в бак отработанного регенерационного раствора Na-фильтра 10, а отмывочная вода по трубопроводу 23 поступает в бак отмывочной воды 11. Отработанный регенерационный раствор из бака 10 подается по трубопроводу 25 в систему распыливания в паровоздушном потоке, выходящим из градирни 2. Отмывочная вода Na-фильтра из бака 11 по трубопроводу 27 подается в бак Na-катионированной воды 9.

Пример 1.

Работа бессточной СОВ в зимнем режиме. СОВ 1 с расходом оборотной воды 50000 м³/ч работает с потерями оборотной воды в виде капельного уноса Q_yн 0,05% от расхода оборотной воды, потерями с продувкой Q_пp. 0,2%, потерями с выпаром Q_вып. 0,5% и кратностью упаривания в системе - 3. Соответственно расход добавочной воды в СОВ составил

Q_вып.+Q_ун.+Q_пp.=0,5+0,05+0,2=0,75%.

В такой системе расход продувочной воды по трубопроводу 5, подаваемой в систему химводоочистки 6 составляет 0,2% - 100 м³/ч. После обработки на предочистке 7 и Na-катионитном фильтре 8 умягченная вода по трубопроводу 17 с расходом 95 м³/ч подается на УОО 1 - 12. Концентрат УОО 1 с расходом 19 м³/ч по трубопроводу 26 поступает на вторую ступень УОО 2 по концентрату 13. Пермеат УОО 1 с расходом 76 м³/ч по трубопроводу 18 поступает в бак пермеата 14. Сюда же по трубопроводу 19 с расходом 17 м³/ч поступает пермеат УОО 2 - 13.

Концентрат УОО 2 с расходом 2 м³/ч по трубопроводу 20 поступает в бак концентрата 15, откуда по трубопроводу 21 подается на регенерацию Na-катионитного фильтра 8. Отработанный регенерационный раствор Na-фильтра 8 с расходом 2,2 м³/ч поступает по трубопроводу 22 в бак 10. Отмывочная вода с расходом 2 м³/ч по трубопроводу 23 поступает в бак отмывочных вод 11, откуда отмывочная вода по трубопроводу 27 подается в бак умягченной воды 9.

Отработанный регенерационный раствор Na-фильтра с расходом 2,2 м³/ч по трубопроводу 25 подается в систему распыливания в паровоздушном потоке, выходящем из градирни 2.

Пример 2.

Работа бессточной СОВ в летнем режиме. СОВ 1 с расходом оборотной воды 50000 м³/ч работает с потерями оборотной воды в виде капельного уноса Q_yн. 0,1% от расхода оборотной воды, потерями с продувкой Q_пр. 0,4%, потерями с выпаром Q_вып. 1% и кратностью упаривания в системе - 3. Соответственно расход добавочной воды в СОВ составил

Q_вып.+Q_yн.+Q_пp.=1+0,1+0,4=1,5%.

В такой системе расход продувочной воды по трубопроводу 5, подаваемой в систему химводоочистки 6 составляет 0,4% - 200 м³/ч. После обработки на предочистке 7 и Na-катионитном фильтре 8 умягченная вода по трубопроводу 17 с расходом 190 м³/ч подается на УОО 1 - 12. Концентрат УОО 1 с расходом 38 м³/ч по трубопроводу 26 поступает на вторую ступень УОО 2 - 13. Пермеат УОО 1 с расходом 152 м³/ч по трубопроводу 18 поступает в бак пермеата 14. Сюда же по трубопроводу 19 с расходом 34 м³/ч поступает пермеат УОО 2 - 13.

Концентрат УОО 2 с расходом 4 м³/ч по трубопроводу 20 поступает в бак концентрата 15, откуда по трубопроводу 21 подается на регенерацию Na-катионитного фильтра 8. Отработанный регенерационный раствор Na-фильтра 8 с расходом 4,4 м³/ч поступает по трубопроводу 22 в бак 10. Отмывочная вода с расходом 4 м³/ч по трубопроводу 23 поступает в бак отмывочных вод 11, откуда отмывочная вода по трубопроводу 27 подается в бак умягченной Na-катионированной воды 9.

Отработанный регенерационный раствор Na-фильтра с расходом 4,4 м³/ч по трубопроводу 25 подается в систему распыливания в паровоздушном потоке, выходящем из градирни 2.

Для обоих приведенных выше примеров имеют место одинаковые условия концентрирования исходной воды по представленной на чертеже схеме. В таблице приведено изменение качества воды по стадиям ее обработки.

Как видно из приведенной таблицы, содержание натриевых солей в концентрате УОО 2 составляет более 1%, а избыток натрия по отношению к поглощенным катионам жесткости составляет более 2, что достаточно для проведения эффективной регенерации Na-фильтра.

Промышленная применимость

Патентуемое изобретение отвечает условию «промышленная применимость». Сущность технического решения раскрыта в формуле, описании и чертеже достаточно ясно, а используемые средства просты и доступны для промышленной реализации в области атомной и тепловой энергетики, химии, нефтепереработки и других отраслей промышленности, требующих использования обессоленной воды.

Изобретение может быть использовано в энергетике, химии и нефтепереработке. Бессточная система оборотного водоснабжения 1 для теплоиспользующего оборудования включает градирню 2, трубопроводы 4 и 5 подпиточной воды и продувочной воды, соответственно, и химводоочистку 6. Химводоочистка 6 включает предочистку 7, Na-катионитный фильтр 8 с трубопроводом 21 его регенерации, бак 15 концентрата установки обратного осмоса второй ступени, бак 9 сбора Na-катионированной воды, установки 12 и 13 обратного осмоса, соответственно первой и второй ступеней по концентрату, трубопровод 17 питательной воды установки 12. Трубопровод 24 пермеата установок 12 и 13 подключен к трубопроводу 3 циркуляционной воды. Трубопровод 20 концентрата установки 13 подключен к баку 15, трубопровод 22 отработанного регенерационного раствора Na-катионитного фильтра подключен к системе 25 подачи его на распыливание в паровоздушном потоке, выходящем из градирни 2. Трубопровод 23 отмывочной воды Na-катионитного фильтра подключен к баку 9. Технический результат: автономная работа системы оборотного водоснабжения в бессточном режиме, обеспечение кратности упаривания 3 в безнакипном и противокоррозионном режиме. 1 табл., 1 ил., 2 пр.

Бессточная система оборотного водоснабжения для теплоиспользующего оборудования, включающая подачу воды на градирню, с трубопроводом подпиточной воды и трубопроводом продувочной воды на химводоочистку, которая включает предочистку, Na-катионитный фильтр с трубопроводом его регенерации, бак концентрата установки обратного осмоса второй ступени, бак сбора Na-катионированной воды, установки обратного осмоса первой и второй ступеней по концентрату, трубопровод питательной воды установки обратного осмоса первой ступени, отличающаяся тем, что трубопровод пермеата установок обратного осмоса первой и второй ступеней подключен к трубопроводу циркуляционной воды системы оборотного водоснабжения, а трубопровод концентрата установки обратного осмоса второй ступени подключен к баку концентрата установки обратного осмоса второй ступени, трубопровод отработанного регенерационного раствора Na-катионитного фильтра подключен к системе подачи его на распыливание в паровоздушном потоке, выходящем из градирни, а трубопровод отмывочной воды Na-катионитного фильтра подключен к баку сбора Na-катионированной воды.