Разработка и исследование малоотходных систем водопользования на теплоэлектростанции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка и исследование малоотходных систем водопользования на ТЭС

А.С. Седлов, В.В. Шищенко,Ф.Р. Хазиахметова, И.Ш. Фардиев, И.А. Закиров

АННОТАЦИЯ

Рассмотрены основные потребители воды на ТЭС и технологии водоподготовки. Дана оценка образующихся на ТЭС сточных вод, разрешенных к сбросу, и приведены требования к их составу. Представлены три варианта малоотходных систем водопользования с применением различных технологий обработки воды и результаты их исследований.

На ТЭС основная часть воды используется для конденсации пара и охлаждения оборудования, при подготовке добавочной воды для котлов и подпиточной воды теплосети, в системах ГЗУ. Разрешен сброс сточных вод именно этих технологических циклов, а также дождевых и талых вод при условии обеспечения в них концентрации контролируемых показателей на нормируемом уровне [1]. При этом сброс из систем ГЗУ разрешен только для действующих ТЭС, а масса загрязняющих веществ в продувочных водах систем охлаждения должна соответствовать массе веществ в воде, взятой для охлаждения агрегатов, при условии использования одного и того же водного объекта. При отведении последних в другой водный объект устанавливаются предельно допустимые сбросы загрязняющих веществ, обеспечивающие нормы качества воды в контрольном пункте.

Другие технологические сточные воды (замасленные и замазученные, от химических очисток оборудования, от обмывок регенеративных и конвективных поверхностей нагрева и др.) должны использоваться внутри ТЭС (для повторного применения после очистки, закачки в подземные пласты и т.д.) или отправляться для утилизации на другие предприятия [1].

Однако даже при соблюдении указанных ограничений по сбросу сточных вод при современной системе водопользования на ТЭС общая масса веществ в сточных водах значительно превышает количество, поступивших с исходной водой. Значительным оказывается и объём сточных вод.

Зарубежный и отечественный опыт показывает, что для сокращения объёма сточных вод и количества содержащихся в них примесей необходимо повторное или последовательное использование воды в различных циклах, а для обработки воды применять рациональное сочетание существующих технологий.

Для систем ГЗУ наиболее реальный путь - создание оборотных систем без продувок, с дефицитным водным балансом. Для этого необходимо исключить сброс в систему ГЗУ ливневых вод, продувочных вод СОО и минерализованных вод ВПУ. Если позволяет водный баланс, целесообразно сохранить подачу в эту систему сточных вод от химических очисток оборудования и продувочных вод осветлителей.

Ливневые и талые воды с территории ТЭС, а также загрязненные нефтепродуктами, после соответствующей очистки целесообразно использовать в СОО. Водно-химический баланс последних должен обеспечить их работу без образования отложений, а количество продувочной воды должно соответствовать потребности ВПУ в исходной воде.

Схемы ВПУ должны обеспечивать утилизацию собственных сточных вод и выделение содержащихся в них примесей в виде, пригодном для использования или длительного безопасного хранения. Эти условия должны являться основным критерием при выборе технологии обработки воды.

Современные технологии подготовки на ТЭС обессоленной и умягченной добавочной воды для котлов и тепловых сетей сопровождаются образованием сточных вод, концентрация примесей в которых значительно превышает их содержание в исходной воде. Особенно остро эта проблема проявляется при ионообменном химическом обессоливании и умягчении воды в связи с повышенным использованием реагентов для регенерации ионообменных смол. В конечном итоге эти реагенты оказываются в сточных водах, увеличивая их количество и минерализацию.

В меньшей мере это относится к мембранным технологиям подготовки воды. Однако и в этом случае для глубокого дообессоливания воды после таких установок используется ионный обмен, требующий периодической регенерации, а для снижения интенсивности образования отложений на мембранах и периодической их промывки используются соответствующие реагенты.

Наименьшее потребление дополнительных реагентов имеет место при термическом обессоливании воды при давлении ниже атмосферного. В отечественной практике для этого используются испарители мгновенного вскипания (ИМВ) и горизонтально-трубные аппараты (ГТПА), разработанные и выпускаемые в нашей стране.

Для уменьшения интенсивности накипеобразования используют специальные реагенты-антинакипины. Эффективность действия этих антинакипинов определяет допустимую степень концентрирования воды и величину необходимой продувки, доля которой по отношению к обессоленной воде обычно значительна.

При термическом обессоливании на отечественных ТЭС наибольшее распространение получили испарители типа «И», выпускаемые ОАО «ТКЗ «Красный котельщик». Эти испарители работают на глубоко умягченной воде и обеспечивают её упаривание до 100 г/кг. В результате доля продувочной воды при работе на пресных водах обычно значительно ниже 1 % объёма дистиллята.

Качество дистиллята, вырабатываемого в испарителях типа «И», ИМВ и ГТПА, соответствует требованиям к добавочной воде котлов с естественной циркуляцией давлением 13,8 МПа [2]. При использовании дистиллята для подпитки прямоточных котлов расход реагентов для его дообессоливания будет значительно ниже по сравнению с дообессоливанием фильтрата мембранных установок.

Для глубокого упаривания концентрированных сточных вод с выделением основной части компонентов в твёрдом виде предназначены выпарные аппараты с вынесенной зоной кипения и принудительной циркуляцией, а также роторно-пленочные испарители.

Для подготовки подпиточной воды для тепловых сетей широко используется натрий-катионитное умягчение, в меньшей степени -- водород-катионирование с различными режимами регенерации, а также их сочетание. Данные технологии характеризуются повышенными расходами реагентов и образованием минерализованных сточных вод.

Возможность создания малоотходных систем водопользования на ТЭС была подтверждена опытом работы Саранской ТЭЦ-2 [3]. На этой ТЭЦ смесь продувочной воды СОО, органосодержащих и минерализованных сточных вод с территории и главного корпуса подвергаются известкованию, коагуляции, осветлению и натрий-катионитному умягчению по обычной технологии. Часть умягчённой воды используется для подпитки теплосети, а остальное количество смешивается с продувочной водой барабанных котлов и после деаэрации обессоливается в пятиступенчатой испарительной установке с испарителями типа «И» производительностью 100 м /ч дистиллята.

Продувочная вода испарителей смешивалась в определённой пропорции с частью сточных вод от регенерации натрий-катионитных фильтров и после отделения осадка и подкисления использовалась для регенерации этих фильтров.

Остальное количество регенерационных сточных вод насыщалось известью в аппарате специальной конструкции и подавалось в осветлитель.

Накопленный опыт был использован при создании малоотходной системы водопользования на Казанской ТЭЦ-3 [4]. На этой ТЭЦ обессоливание воды осуществляется по двум технологиям - ионообменной и термической. В качестве исходной воды используется продувочная вода СОО. В теплосеть подаётся известково-коагулированная вода после подкисления. Для утилизации сточных вод ВПУ была дополнена рядом узлов.

По разработанной технологии щелочные сточные воды ХОУ используются для обработки воды в осветлителе. Кислые сточные воды нейтрализуются известью в кристаллизаторе-нейтрализаторе. Регенерационный раствор для натрий-катионитных фильтров готовится по технологии, апробированной на Саранской ТЭЦ-2 и описанной выше. Выделение гипса из регенерационных сточных вод осуществляется во взвешенном слое ранее образовавшегося осадка.

Избыток сточных вод от регенерации натрий-катионитных фильтров, нейтрализованные кислые сточные воды и продувка из узла приготовления регенерационного раствора перемешиваются и насыщаются известью. Полученный щелочной раствор подаётся в осветлитель подготовки умягчённой воды для ТОУ.

Результаты пуска данной установки показали эффективность принятой технологии приготовления регенерационного раствора. Ёмкость поглощения КУ-2-8 при регенерации таким раствором составила 800-1000 г-экв/м3, а средняя жёсткость после фильтров первой ступени на превышает 50 мкг-экв/дм .

Показатели работы осветлителя ТОУ оказались близкими к показателям его работы без утилизации сточных вод.

В зависимости от режима продувок кристаллизаторов образуется осадок гипса с различным размером частичек от 1 до 5 мм (рис.1). Продолжаются работы по выбору оптимальных режимов эксплуатации этих аппаратов.

теплоэлектростанция водопользование малоотходный потребитель

Полученные результаты были использованы при разработке малоотходных комплексов водопользования на ТЭЦ.

Выполненные ранее исследования [5] показали, что для вод малой минерализации эффективной технологией обессоливания является ионообменное. Для этих условий разработана схема, близкая по составу к реализованной на Казанской ТЭЦ-3 [4]. Обессоливание части продувочной воды СОО после известкования, коагуляции и осветления осуществляется в ХОУ, работающей по противоточной технологии.

Для обеспечения безнакипного режима работы СОО при различных условиях предусмотрен возврат части известкованной и осветлённой воды в СОО.

Другая часть продувочной воды после известкования, коагуляции и осветления подвергается натрий-катионитному умягчению в противоточных фильтрах, деаэрации и термическому обессоливанию.

Часть умягчённой воды используется для подпитки теплосети. Предусмотрена корректировка её состава путем подачи соответствующего количества дистиллята.

Утилизация сточных вод осуществляется по технологии, апробированной на Казанской ТЭЦ-3 [4].

Для вод средней минерализации разработана схема, приведенная на рис. 2. По этой схеме частичное обессоливание умягчённой воды осуществляется в обратноосмотической установке, фильтрат которой дообессоливается в ХОУ, а концентрат -термическим способом. Подпитка теплосети осуществляется умягченной водой, состав которой корректируется фильтратом УОО.

Кислые стоки ХОУ используются для подкисления воды перед УОО и в процессе приготовления регенерационного раствора. В связи с этим кристаллизатор-нейтрализатор в схеме не предусмотрен.

Для вод повышенной минерализации разработана схема, приведенная на рис. 3. Обессоливание умягченной воды осуществляется в комбинированной ТОУ, имеющей последовательно включённые МИУ и ИМВ или ГТПА. При этом значительно сокращается расход тепла на обессоливание. Подпитка теплосети осуществляется умягчённой водой, а корректировка её состава -- дистиллятом. Во всех схемах весь кальций и магний выводятся в виде карбоната, сульфата и гидрата, пригодных для последующего использования либо для длительного хранения.

Мировой и отечественный опыт показали возможность эффективного использования таких осадков [6].

Для обеспечения работы оборудования без существенных отложений и возможности концентрирования воды вплоть до выделения основной её части примесей в твёрдом виде в разработанных схемах вода после известкования, коагуляции и осветления подвергается натрий-катионитному умягчению в противоточных фильтрах. Регенерация этих фильтров осуществляется раствором, приготовленным из сточных вод.

Часть соединений натрия выводится с подпиточной водой теплосети, а остальное количество -- при упаривании избытка продувочной воды испарителей. Путь утилизации полученных концентратов или твёрдых отходов зависит от конкретных условий эксплуатации ТЭС.

Разработаны математические модели и методики расчёта описанных малоотходных систем водопользования на ТЭС.

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВПУ -- водоподготовительная установка;

ГЗУ - гидрозолоудаление;

ГТПА - горизонтально-трубный плёночный аппарат;

ИМВ - испаритель мгновенного вскипания;

МИУ - многоступенчатая испарительная установка;

СОО - система оборотного охлаждения;

ТОУ - термообессоливающий комплекс;

ХОУ - установка химического ионообменного обессоливания; УОО - установка обратноосмотического обессоливания.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.РД 153-34.0-02.405.99. Методические указания по нормированию сбросов загрязняющих веществ со сточными водами тепловых электростанций. М.: РАО «ЕЭС России», 2000. 29 с.

2. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. Министерство энергетики РФ. М.: ЗАО «Энергосервис», 2003. 386 с.

3. Опыт создания малоотходных систем водопользования на ТЭС / В.В. Шищенко, А.С. Седлов, И.П. Ильина и др. // Теплоэнергетика. 2005. № 4. С. 35-38.

4. Опыт создания комплексной малоотходной системы водопользования на Казанской ТЭЦ-3 / И.Ш. Фардиев, И.А. Закиров, В.В. Шищенко, А.С.Седлов и др. // Новое в российской энергетике. 2009. №3. С. 30-37

5. Выбор метода обессоливания на экологически безопасных ТЭС / А.Г. Алексеев, И.П. Ильина, Е.Н. Потапкина и др. // Экология в энергетике - 2005: Международная научно-практ. конф. М.: Изд-во МЭИ, 2005. С. 133-135.

6. Повышение экологической безопасности тепловых электростанций / А.И. Абрамов, Д.П. Елизаров, А.Н. Ремезов и др. М.: Изд-во МЭИ, 2001. 378 с.

Труды конференции «Повышение надежности и эффективности эксплуатации электрических станций и энергетических систем», 2010 г., МЭИ, www.energy2010.mpei.ru

Размещено на Allbest.ru