В АО «Татэнерго» применяется комплексный подход к решению задач повышения ресурсоэффективности. На примере Казанской ТЭЦ-2 показаны основные этапы такой деятельности: ввод новых высокоэффективных мощностей, коренная модернизация действующего станционного оборудования, решение возникающих проблем, связанных со снижением эффективности работы оборудования в процессе эксплуатации. Приведен пример решения конкретной проблемы при эксплуатации оборудования промышленных водных систем, возникающей от биологических обрастаний, дано описание новых технологий по борьбе с биологическим обрастаниями и результаты внедрения этих технологий на ТЭЦ.
Акционерное общество «Татэнерго» - ведущая энергетическая компания Татарстана. Входящие в состав компании филиалы Казанская ТЭЦ-1, Казанская ТЭЦ-2 и Казанские тепловые сети обеспечивают надежное и эффективное энергоснабжение столицы Татарстана г. Казани – одного из ведущих промышленных и культурных центров России.
Современное техническое состояние Казанских ТЭЦ, являющихся первенцами первых пятилеток XX века, обеспечено усилиями персонала АО «Татэнерго». Ярким примером обновления старейших энергоактивов Татарстана является Казанская ТЭЦ-2.
Казанская ТЭЦ-2 является одним из узловых элементов энергообеспечения столицы Татарстана. Один из первенцев энергетики республики (станция введена в строй в 1938 году) за истекший период эксплуатации уже неоднократно обновлялась, но к началу нового века действующее оборудование станции имело предельный уровень наработки паркового ресурса. Исходя из наличия существенного энергодефицита казанского энергоузла и все более возрастающего значения Казани, как важнейшего центра международного сотрудничества, остро встал вопрос о реконструкции станций города.
Учитывая совокупность всех факторов, включая расположение станций и уровень влияния их на надежность энергообеспечения Казани, было принято решение о реконструкции, в первую очередь, Казанской ТЭЦ-2. Наиболее оптимальным решением стало строительство двух парогазовых блоков мощностью по 110 МВт каждый на существующей территории станции вместо выводимого из эксплуатации отработавшего свой ресурс котельного оборудования. В 2014 году проект реконструкции Казанской ТЭЦ-2 был успешно реализован. 
При этом на ТЭЦ проведена комплексная модернизация вспомогательного общестанционного оборудования, призванная обеспечить высокоэффективную эксплуатацию внедренных ПГУ-установок.
В первую очередь, это коснулось системы водоподготовки станции. Парогазовые установки наиболее требовательны к качеству воды, используемой при их эксплуатации. Исходя из этого, при реконструкции системы водоподготовки также было использовано наиболее совершенное оборудование с применением мембранных технологий. Это установка микрофильтрации и установка обратного осмоса.
Установка микрофильтрации Казанской ТЭЦ-2
Установка обратного осмоса Казанской ТЭЦ-2
Таким образом, в Казани появилась современная, высокоэффективная электростанция с обновленными технологическими процессами производства электроэнергии и тепла.
В настоящее время станция успешно функционирует. При этом с внедрением на станции новых технологий в процессе их эксплуатации вполне вероятно и появление проблем, ранее не считавшихся наиболее актуальными.
Одной из проблем, возникающих при эксплуатации промышленных систем водоснабжения, является биологическое обрастание поверхностей теплообменников, трубопроводов, фильтров, установок мембранной фильтрации. Наиболее актуальной эта проблема стала перед Казанской ТЭЦ-2 с началом применения мембранных технологий при водоподготовке. Биологические обрастания мембран фильтрационного оборудования водоподготовительных установок приводило к снижению эффективности их работы, увеличению количества промывок и в целом к преждевременному выходу из строя весьма дорогостоящего оборудования.
Для решения проблемы были привлечены специалисты ООО «НПО «ЭКОХИМПРИБОР», которые в рамках научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ изучили проблему и выдали рекомендации по их решению, суть которых заключается в следующем.
Микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности образуют на внутренних поверхностях оборудования липкую клейкую плёнку слизи [1], которая приводит к сокращению фильтроцикла, соответственно, увеличению числа химических промывок, сокращению ресурса патронных фильтров, что в конечном итоге приводит к увеличению эксплуатационных расходов.
В биоплёнках формируется биоценоз микроорганизмов с полным циклом жизнедеятельности. При этом сама биоплёнка является экраном, защищающим микроорганизмы от воздействия биоцидов, колебаний pH и т.д.
Биообрастания - это главный источник и основа микробиологической жизни в водных системах. Надо отметить, что почти 98-99% микроорганизмов живут в биоплёнках, сформированных на поверхностях водного оборудования и трубопроводов. Непосредственно же в оборотной воде содержится только 1-2% общего количества микроорганизмов, имеющихся в системе. Следовательно, удаление биообрастаний из системы приведет к тому, что будет отсутствовать основа для интенсивного размножения микроорганизмов в воде.
Из этого следует, что «классический» подход к борьбе с биообрастаниями, т.е. обеззараживание воды с применением биоцидов, может действовать только в том случае, если биоциды в состоянии отщеплять и в дальнейшем препятствовать развитию биоплёнок (диспергаторы, ПАВ и т.п.). Применение классических биоцидов (хлор, бром, гипохлорит и др.) приводит к уничтожению максимум 1-2% общей микробиологии в водной системе и не решает вопрос борьбы с биоплёнками.
С учетом такого анализа был рассмотрен ряд новых технологий по борьбе с биологическими обрастаниями, действующих на совершенно других принципах, в отличие от традиционных биоцидов. Были рекомендованы такие технологии, как aqua-LIK и MOL®Clean.
Принцип действия обеих технологий основан на выработке ПАВ биологического происхождения (биотензидов) из микроорганизмов, присутствующих в обрабатываемой воде. При этом образовавшиеся био-ПАВ воздействуют не на сами микроорганизмы, а разрушают связи, при помощи которых биопленки крепятся к стенкам оборудования. Оторвавшиеся биопленки в дальнейшем выводятся из циклов продувкой или при помощи боковой фильтрации. В ходе эксплуатации внутренние поверхности оборудования покрываются тонкой плёнкой био-ПАВ, что препятствует формированию новых биослоёв. Это происходит за счет того, что микроорганизмы, находящиеся в воде, не могут закрепиться на стенках, и, следовательно, не могут формировать колонии и биопленки.
Выработка био-ПАВ происходит при частичном окислении микроорганизмов на поверхности активированного катализатора. При активации катализатор заряжается положительно. При этом микроорганизмы имеют отрицательный заряд.
В одном случае активация катализатора происходит видимым светом, во втором случае - за счет добавления реагента на основе раствора перекиси водорода. При использовании данных методов борьбы с биообрастаниями отсутствует эффект привыкания микроорганизмов к воздействию химических реагентов.
Технология aqua-LIK была внедрена в мае 2017 года в химическом цехе Казанской ТЭЦ-2 для борьбы с биообрастаниями в установке обратного осмоса суммарной производительностью 480 м3/час по исходной воде. Для этого в баках осветленной воды (прошедшей предочистку на блоке мембранной фильтрации (БМФ)) БОВ №1 и БОВ №2 были размещены модули катализатора, по одному модулю в каждый бак.
В качестве контрольной для оценки эффективности работы катализатора была выбрана установка БОО-5.
В результате эксплуатации системы произошла стабилизация качества воды по микробиологическим показателям на пути от баков осветлённой воды до установок обратного осмоса на уровне 0 КОЕ/мл при исходной микробиологической нагрузке на входе в химический цех на уровне 103 КОЕ/мл, вследствие отсутствия вторичного роста микроорганизмов в накопительных ёмкостях и трубопроводах без использования химических реагентов.
В 2017-2019 гг. отмечается стабильное снижение перепада давления на первом ряде БОО-5, в 2018-2019 гг. также отмечается снижение перепада на втором ряду при неизменных рабочих характеристиках установки. Если среднее значение перепада давления первого ряда БОО №5 в 2017 году было 3,05 бар, в 2018 году - 2,77 бар, то в 2019-м оно стало 2,02 бар, что на 33% ниже первоначальных значений. В 2017-2018 гг. значение перепада на втором ряду составляло 1,84 бар, в 2019 г -1,57 бар, что на 15% ниже первоначальных значений.
а) перепад давления в 2017 году
б) перепад давления в 2019 году
Динамика снижения перепада давления на мембранах УОО в 2017-2019 гг.
В 2017 году было проведено 36 химических промывок, при этом средний объем полученного пермеата до проведения следующей промывки составлял 4 944 м3, в 2018 году химических промывок было 23, и средний межпромывочный период составил 7 907 м3, в 2019 году количество химических промывок – 3, средний межпромывочный период - 23761 м3. В 2019 году количество промывок снизилось на 87% процентов, а межпромывочный период значительно увеличился.
В итоге внедрения предложенной технологии существенно сокращено количество расходных материалов при эксплуатации оборудования химического цеха, в том числе это позволило отказаться от использования химически опасного гипохлорита натрия, что положительно сказалось на экологичности работы станции.
Успешное внедрение одной из выбранных технологий послужило толчком к дальнейшему сотрудничеству с указанными специалистами в решении подобных проблем уже на теплотехническом оборудовании.
Биологическое обрастание поверхностей теплообменников также крайне негативно сказывается на эффективности работы такого оборудования, снижает теплопередачу и в целом приводит к ухудшению параметров термодинамического цикла паротурбинного оборудования [2]. Биообрастания в циркуляционной системе парогазовых установок ТЭЦ были одной из причин снижения эффективности их работы.
В данном случае оптимальным было предложено применение оборудования типа MOL®Clean.
В июне 2019 года такое оборудование было запущено для борьбы с биологическим обрастаниями в циркуляционной системе парогазовых установок. Для этого в чаши градирен №1 и №2 были установлены катализаторы ГБ-1500, а дозирование реагента осуществляется из специального блок-контейнера, расположенного рядом с градирнями.
Контейнер дозирования реагента
За 4 месяца эксплуатации общее микробное число (ОМЧ) снизилось с 105 КОЕ/мл до 10 КОЕ/мл. Поверхности оборудования были очищены практически до исходного состояния.
Поверхность оборудования градирен до и после внедрения
В результате устранения биообрастаний на теплообменных поверхностях генерирующего оборудования парогазовых установок Казанской ТЭЦ-2 повышена их энергетическая эффективность при производстве электроэнергии.
Общий экономический эффект с начала ввода технологии в эксплуатацию, за счет дополнительной выработки электроэнергии, составил более 4 млн рублей.
Внедрение новых технологий для предотвращения формирования биопленок на Казанской ТЭЦ-2 является примером успешного использования передовых технологий для повышения ресурсоэффективности действующего оборудования филиалов АО «Татэнерго».
Гирфанов А.А., главный инженер КТЭЦ-2 г. Казань, Фазлеев Р.Р., начальник ПТО КТЭЦ-2 г. Казань, Александрова Н.Н., инженер ПТО КТЭЦ-2 г. Казань, Носенко В.А., начальник отдела управления проектами ООО «Катализатортехник» (г. Москва)