Использование схемы комбинированной работы систем оборотного охлаждения и водоприготовления

Основными потребителями воды на большинстве промышленных предприятий являются системы оборотного охлаждения (СОО) и системы получения обессоленной и/или умягченной воды для питания котлов и на технологические нужды. Обычно две эти системы работают автономно, увеличивая водопотребление и объемы сброса сточных вод. Повысить эффективность водопользования промпредприятий может применение установок обратноосмотического обессоливания и рациональное использование отработанных растворов.

До недавнего времени на некоторых объектах с целью экономии водопотребления предпринимались попытки подавать продувочную воду СОО на установку химобессоливания. Поступление на ВПУ воды с более высокой минерализацией, чем исходная вода, приводило к повышению расхода реагентов (кислот, щелочей), увеличению сбросов минерализованных сточных вод и расходов воды на собственные нужды. Внедрение установок обратноосмотического обессоливания (ООУ) для получения обессоленной воды открыло новые возможности комбинирования работы СОО с ВПУ.

С учетом этого предлагается комплексная схема водопользования, предусматривающая подачу продувочной воды СОО на ВПУ с ООУ.

Перед поступлением на ООУ продувочная вода должна проходить стадию фильтрационной или реагентной очистки. Фильтрационная очистка может включать осветление на зернистой загрузке, микрофильтрацию на сетчатых фильтрах или ультрафильтрационных (УФ) мембранах. Реагентная очистка может включать коагуляцию либо коагуляцию с обработкой известью в осветлителях доочистку на механических или сетчатых фильтрах, а в отдельных случаях и на УФ.

Глубоко осветленная вода далее подается на ООУ, а пермеат ООУ на установку электродеионизационного (ЭДУ) или ионообменного (ИОУ) дообессоливания. Особенность этой схемы состоит в том, что концентрат ООУ предлагается подавать на смешение с подпиточной водой СОО. Концентрат ЭДУ традиционно подается на вход ООУ, т.е. на смешение с осветленной продувочной водой СОО (рис. 1).

Для ВПУ с дообессоливанием пермеата на ИОУ отработанные кислые растворы ОН-фильтров подаются на смешение с подпиточной или продувочной водой СОО, а отработанные щелочные растворы ОН-фильтров подаются на вход осветлителя (рис. 2).

При отсутствии осветлителей щелочные растворы используются для обработки подпиточной воды теплосети (ТС), либо также утилизируются в СОО.

Рассмотрим более подробно условия реализации такой схемы для предприятий с подачей продувки СОО только на ООУ или еще на установку умягчения.

В первом случае, учитывая возврат концентрата ООУ в СОО, единственным каналом вывода солей из комбинированной схемы будет капельный унос в градирнях. Были сделаны соответствующие расчеты концентрирования солей в СОО по известному выражению
Кк = 1 + (Qвып./Qун + Qпр ),
где: Qвып., Qун , Qпр - потери воды в СОО соответственно с выпаром, уносом и продувкой.

Рассматриваем СОО и ВПУ как единую систему, в которой имеет место выход обессоленной воды в виде пара из градирни и в виде пермеата ООУ (то есть условно Qвып. = Qооу + Q вып.гр. ), а выход солей с капельным уносом градирен, учитывая возврат концентрата ООУ в СОО, т.е. Qпр. = 0.

На рис. 3 показаны зависимости изменения Кк в СОО от величины капельного уноса в комбинированной системе при различных значениях производительности ООУ в диапазоне 0,10,5 % Qцирк. для различных значений величины выпара в СОО 0,5, 1,0, 1,5% Qцирк.

Как видно из рис. 3, наибольшее влияние на Кк оказывают величина капельного уноса и величина выпара в градирнях СОО. Производительность ООУ влияет в значительно меньшей степени.

На рис. 4 показаны зависимости изменения Кк в СОО от величины производительности ООУ 0,10,4 % Qцирк. для различных значений величины выпара в СОО 0,5 и 1,5 % Qцирк. и для различных значений величины капельного уноса в диапазоне 0,05 -0,4 % Qцирк.

Таким образом, рассматриваемая схема может быть полностью бессточной в диапазоне Кк = 2,55,0 при соответствующих по графику значениях капельного уноса и выпара в градирни. Более высокие значения Кк могут иметь место для маломинерализованных вод северных и дальневосточных регионов страны.

Для рассмотренных объектов возможны два варианта комбинирования работы СОО и ВПУ.

Первый вариант полностью бессточная схема с возвратом концентрата ООУ в СОО. Она применима при сочетании следующих факторов: невысокой производительности ВПУ по обессоливанию по сравнению с расходом циркуляционной воды СОО, т.е. при Qооу < 0,5 % Qцирк., относительно невысокой минерализации исходной воды ≤ 200 мг/дм 3 , при не «зажатом» капельном уносе, т.е. Qун. ≥ 0,2 % Qцирк. и при величине выпара СОО < 1,0% Qцирк.

Второй вариант - малосточная схема со сбросом части продувочной воды СОО в водоем. В этой схеме общая продувка СОО будет состоять из объема воды, подаваемого на ВПУ, и объема воды, отводимого на сброс в водоем. Последний ограничивается на минимально возможном уровне, определяемом предельно допустимой кратностью концентрирования воды СОО.

В зависимости от изменения условий эксплуатации можно переходить от одного варианта работы комбинированной схемы к другому.
Условия работы рассмотренных комбинированных схем водопользования существенно упрощаются при наличии дополнительного канала вывода солей из системы. Таким каналом может быть подача продувочной воды СОО в ТС и на технологические нужды (ТН), где используется умягченная вода. Для такой комбинированной схемы расчет Кк ведется по формуле Кк = 1 + (Q вып. гр + Qооу / Qун. + Qтс )
На рис. 5-8 приведены зависимости изменения кратности концентрирования СОО от расхода воды в ТС или ТН для различных значений производительности ООУ в диапазоне 0,10,4% Qцирк. , величины капельного уноса в пределах 0,05 0,5 % Qцирк. и выпара градирни 0,5 и 1,5% Qцирк.

Анализ приведенных зависимостей показывает, что в рассматриваемой комбинированной схеме наибольшую роль играет величина подпитки ТС или ТН, которая в данной схеме является основной частью продувки СОО. На втором месте по значимости величина потерь с выпаром в градирнях.

Для реализации рассмотренных ВХР СОО потребуется применение эффективных ингибиторов накипеобразования и коррозии.
Таким образом, рассматриваемая схема может быть полностью бессточной в ориентировочном диапазоне Кк 1,55 при следующих значениях подпитки ТС или ТН, величин выпара и капельного уноса в СОО:
1. В зимнем режиме с Qвып. гр. ~ 0,5% при величинах расхода воды в ТС больше 0,2% и практически при всех значениях производительности ООУ и величинах капельного уноса.
2. В летнем режиме с Qвып. гр. ~ 1,5% при величинах расхода воды в ТС больше 0, 4%, значениях капельного уноса 0,2 0,5 % Qцирк. и практически при всех значениях производительности ООУ.

Журнал «Вода Magazine», №4 (80), 2014 г.