Взаимосвязь между свежими и сточными водами ТЭС

На ТЭС должны существовать единая система водоснабжения — водоотведения, при которой сбросные воды одного типа непосредственно или после некоторой обработки могли бы быть исходными для других потребителей той же ТЭС (или внешних). Например, сбросные воды прямоточных систем водоснабжения после конденсаторов, а также продувочные воды оборотных систем при небольшом (в 1,3—1,5 раза) их упаривании, а также загрязненным нефтью сточные воды ТЭЦ могут являться исходной водой ВПУ, равно как и последние порции отмывочной воды обессоливающих фильтров.

Все возвращаемые в «голову» процесса сбросные воды не должны нуждаться в обработке реагентами на предочистке, в случае же необходимости обработки известью, содой и коагулянтом они должны перемешиваться (усредняться) в сборном баке. Вместимость этого бака должна быть рассчитана на сбор 50 % всех сточных вод ВПУ за сутки, в том числе 30 % сточных вод ионитной части. Нежелательно смешивать прозрачные мягкие и шламовые сбросные воды. Следует учитывать, что не менее 50 % всех сбросных вод ВПУ, в том числе все сточные воды предочисток всех типов, включая сбросные воды после взрыхления ионитных фильтров пресной водой, последние порции отмывочной воды ионитных фильтров обессоливающих установок, а также воды, сбрасываемые при опорожнении осветлительных и ионитных фильтров, имеют солесодержание, жесткость, щелочность и другие показатели такие же или даже лучшие, чем предочищенная и тем более исходная вода, и поэтому могут быть без дополнительной обработки реагентами возвращены в «голову» процесса, в осветлители или, что еще лучше, на осветлительные, Н- или Na-катионитные фильтры.

Кроме единой общей канализации для всех видов пресных вод ВПУ должны иметься и отдельные сбросные каналы для засоленных и кислых вод (щелочные должны полностью использоваться в цикле, в том числе для нейтрализации). Эти воды нужно собирать в специальные баки-котлованы.

Ввиду периодической работы земляных котлованов (преимущественно в летнее время) для моющих растворов и отмывочных вод котлов после химических промывок, после установок для нейтрализации этих вод и обмывочных вод РВП следует предусматривать возможность подачи на эти сооружения различных сбрасываемых кислых, щелочных и засоленных вод ВПУ для совместной или попеременной нейтрализации, отстаивания, окисления и передачи их в систему ГЗУ или другим потребителям. При получении из обмывочных вод РВП окиси ванадия эти воды до выделения ванадия с другими не смешивают. При этом нейтрализованная установка или, по крайней мере, ее насосы и арматура должны размещаться в утепленном помещении.

Засоленные воды после Na-катионитных фильтров делят на три части по их качеству и используют по-разному.

Концентрированный отработавший раствор соли, содержащий 60—80 % удаленной жесткости при 50—100 %-ном избытке соли и составляющий 20—30 % общего объема засоленных вод, должен направляться в систему ГЗУ или на умягчение с возвратом на ВПУ, или на выпаривание с получением твердых солей Са, Mg, Na, CI, S0₄, или в земляные котлованы, откуда после смешения с другими стоками, разбавления и совместной нейтрализации его можно направлять в канализацию, на нужды ТЭС или внешним потребителям. Вторая часть отработавшего раствора, содержащая 20—30 % всей удаляемой жесткости при 200—1000 %-ном избытке соли, должна собираться в бак для повторного использования. Третья, последняя часть — отмывочная вода — собирается в другой бак для использования при взрыхлении, если ее еще нельзя направить в «голову» процесса или для первой стадии отмывки.

Концентрированные засоленные воды после Na-катионитных фильтров и нейтрализованные воды Н-катионитных и анионитных фильтров (первые порции) можно подавать в системы ГЗУ для транспортировки золы и шлака. Накопление в воде ГЗУ Са(ОН)₂, CaS0₄ приводит к насыщению и пересыщению воды этими соединениями с выделением их в твердом виде на стенках труб и оборудования. Масла и нефтепродукты из сточных вод, оставшиеся в них после нефтеловушек, при сбросе их в систему ГЗУ сорбируются золой и шлаком. Однако при большом содержании нефтепродуктов они могут сорбироваться не полностью и находиться на золоотвалах в виде плавающих пленок. Для предотвращения попадания их с сбрасываемой водой в водоемы общего пользования на золоотвалах сооружаются приемные колодцы для сбросных вод с затворами («запанями») для задержки плавающих нефтепродуктов.

Мягкие щелочные, иногда горячие продувочные воды паровых котлов, испарителей, паропреобразователей после использования их выпара и теплоты, а также мягкие щелочные отмывочные воды анионитных фильтров могут служить питательной водой менее требовательных паровых котлов, а также (при отсутствии в теплофикационной системе теплообменников с латунными трубами) подпиточной водой закрытых систем теплоснабжения. При содержании в них фосфатов Na₃P0₄ в количестве более 50 % общего солесодержания их можно использовать для стабилизационной обработки оборотной воды, а также для растворения соли с целью умягчения ее раствора содержащимися в продувочной воде щелочами и фосфатами.

При выборе способа обработки засоленных, кислых или щелочных вод после регенерации ионитных фильтров следует учитывать резкие колебания концентраций растворимых веществ в этих водах: максимальные концентрации в первых 10—20 % общего объема сбрасываемой воды (собственно отработанные растворы) и минимальные концентрации в последних 60—80% (отмывочные воды). Такие же колебания концентрации отмечаются и в отработанных растворах и отмывочных водах после химических промывок паровых и водогрейных котлов и других аппаратов.

В то время как отмывочные воды с небольшой концентрацией растворимых веществ сравнительно легко могут быть нейтрализованы (взаимно), окислены и вообще очищены от удаляемых загрязнений, очистка большого объема более концентрированной смеси отработанных растворов и отмывочных вод требует больших объемов оборудования, значительных затрат труда, средств и времени.

Отработанные щелочные растворы и отмывочные воды после регенерации анионитных фильтров (кроме первой порции раствора после фильтров 1-й степени) должны быть повторно использованы внутри ВПУ. Первая же порция направляется на нейтрализацию кислых сбросных вод ВПУ, и ТЭС.

Схема бессточной ТЭС

На рис. 13.18 в качестве примера приведена схема бессточного водоснабжения ТЭС, работающей на угле. Зола и шлак из котлов подаются на золоотвал 1. Осветленная вода 2 с золоотвала возвращается в котлы. При необходимости часть этой воды подвергается очистке на установке локальной очистки 3. Образующиеся при этом твердые отходы 4 подаются на золоотвал 1. Частично обезвоженные зола и шлак утилизируются. Возможно также сухое шлакозолоудаление, что упрощает утилизацию золы и шлака.

Дымовые газы 5 котлов проходят очистку в установке десульфуризации газов 6. Образующиеся сточные воды очищаются по технологии с использованием реагентов (извести, полиэлектролитов). Очищенная вода возвращается в систему газоочистки, а образовавшийся гипсовый шлам вывозится на переработку.

Сточные воды 7, образующиеся при химических промывках, консервации оборудования и обмывке конвективных поверхностей нагрева котлов, подаются в соответствующие установки по очистки 8, где обрабатываются с использованием реагентов по одной из описанных ранее технологий. Основная часть очищенной воды 9 используется повторно. Ванадий содержащий шлам 10 вывозится на утилизацию. Осадки 11, образовавшиеся при очистке сточных вод, вместе с частью воды подаются на золоотвал 1 либо складируются в специальных шламонакопителях. В то же время, как показал опыт работы Саранской ТЭЦ-2, при подпитке котлов дистиллятом МИУ эксплуатационная очистка котлов практически не нужна. Следовательно, сточные воды такого типа будут практически, отсутствовать либо их количество будет незначительным. Аналогичным образом утилизируется вода от консервации оборудования, либо применяются методы консервации, не сопровождающиеся образованием сточных вод. Часть этих сточных вод после обезвреживания может равномерно подаваться на ВПУ для обработки совместно с продувочными водами 12 СОО (системы оборотного охлаждения).

Исходная вода непосредственно либо после соответствующей обработки на ВПУ подается в СОО. Необходимость обработки и ее вид зависят от конкретных условий работы ТЭС, в том числе от состава исходной воды, необходимой степени ее упаривания в СОО, типа градирен и др. С целью сократить потери воды в СОО градирни могут быть оборудованы каплеуловителями либо применены полусухие или сухие градирни. Вспомогательное оборудование 13, при охлаждении которого возможно загрязнение оборотной воды нефтепродуктами и маслами, выделено в самостоятельную систему. Вода этой системы подвергается локальной очистке от нефтепродуктов и масла в узле 14 и охлаждается в теплообменниках 15 водой 16 из основного контура СОО охлаждения конденсаторов турбин. Часть этой воды 17 используется для восполнения потерь в контуре охлаждения вспомогательного оборудования 13. Выделенные в узле 14 масло- и нефтепродукты 18 подаются на сжигание в котлы.

Часть воды 12, подогретой в теплообменниках 15, направляется на ВПУ, а ее избыток 19 — на охлаждение в градирни.

Продувочная вода 12 СОО проходит обработку на ВПУ по технологии, с использованием реагентов. Часть умягченной воды 20 подается на подпитку закрытой теплосети перед подогревателями 21 сетевой воды. При необходимости часть умягченной воды может быть возвращена в СОО. Необходимое количество умягченной воды 22 направляется в МИУ. Сюда же подаются продувки 23 котлов, а также конденсат 24 с мазутного хозяйства непосредственно либо после очистки в узле 25. Выделенные из конденсата нефтепродукты 18 сжигаются в котлах.

Пар 26 первой- ступени МИУ подается на производство и в мазутное хозяйство, а полученный дистиллят 27 поступает на подпитку котлов. Сюда же подается конденсат с производства и конденсат сетевых подогревателей 21 после обработки в конденсатоочистке (КО). Сточные воды 28 КО и блочной обессоливающей установки БОУ используются в ВПУ. Сюда же подается продувочная вода 29 МИУ для приготовления регенерационного раствора по описанной ранее технологии.

Ливневые стоки с территории ТЭС собираются в накопителе ливне стоков 30 и после локальной очистки в узле 31 также подаются в СОО либо на ВПУ. Выделенные из воды нефте- и маслопродукты 18 сжигаются в котлах. В СОО могут также подаваться грунтовые воды без или после соответствующей обработки.

При работе по описанной технологии в значительных количествах будет образовываться известковый и гипсовый шлам.

Перспективны два направления создания бессточных ТЭС:

- разработка и внедрение экономичных и экологически совершенных инновационных технологий подготовки добавочной воды парогенераторов и подпиточной воды теплосети;

- разработка и внедрение инновационных нанотехнологий максимально полной переработки и утилизации образующихся сточных вод с получением и повторным использованием в цикле станции исходных химических реагентов.

Рисунок 13. Схема ТЭС с высокими экологическими показателями

За рубежом (особенно в США) в связи с тем, что лицензия на работу электростанции выдается зачастую при условии полной бессточности, схемы водоподготовки и очистки стоков взаимоувязаны и представляют собой комбинацию мембранных методов, ионитного и термического обессоливания. Так, например, технология подготовки воды на электростанции Норт-Лейк (Техас, США) включает в себя две параллельно работающие системы: коагуляция сульфатом железа, многослойная фильтрация, далее обратный осмос, двойной ионный обмен, ионный обмен в смешанном слое или электродиализ, двойной ионный обмен, ионный обмен в смешанном слое.

Подготовка воды на ядерной станции Брайдвуд (Иллинойс, США) представляет собой коагуляцию в присутствии хлорирующего агента, известкового молока и флокулянта, фильтрацию на песчаном или активноугольном фильтрах, ультрафильтрацию, электродиализ, обратный осмос, катионообменный слой, анионообменный слой, смешанный слой.

Анализ технологий, реализуемых для переработки высокоминерализованных сточных вод на отечественных электростанциях, позволяет утверждать, что полная утилизация осуществима только путем испарения в различных типах испарительных установок. При этом получают в качестве продуктов, пригодных к дальнейшей реализации – шлам осветлителей (в основном – карбонат кальция), шлам на гипсовой основе (в основном – двухводный сульфат кальция), хлорид натрия, сульфат натрия.

На Казанской ТЭЦ-3 создан замкнутый цикл водопотребления путем комплексной переработки высокоминерализованных сточных вод термообессоливающего комплекса с получением регенерационного раствора и гипса в виде товарного продукта. При работе по этой схеме образуется избыточное количество продувочной воды испарительной установки в объеме около 1 м³/ч. Продувка представляет собой концентрированный раствор, в котором в основном содержатся катионы натрия и сульфат-ионы.

Рисунок 14. Технология переработки стоков термообессоливающего комплекса Казанской ТЭЦ-3.

1, 4 – осветлители; 2, 5 – баки осветленной воды; 3, 6 – механические фильтры; 7 – натрий-катионитовые фильтры; 8 – бак, химочищенной воды; 9 – химочищенная вода на подпитку теплосети; 10 – бак концентрата испарительной установки; 11 – бак-реактор; 12, 13 – баки различного назначения; 14 – бак осветленного раствора для регенерации (после подкисления и фильтрации) натрий-катионитовых фильтров; 15 – кристаллизатор; 16 – кристаллизатор-нейтрализатор; 17 – термохимический умягчитель; 19 – бункер; 20 – приямок; 21 – избыток продувки испарителя; 22 – фильтр с активноугольной загрузкой; 23 – электромембранная установка (ЭМУ).

Разработана инновационная нанотехнология переработки избытка продувочной воды термообессоливающего комплекса на базе электромембранной установки с получением щелочи и умягченной воды. Сущность электромембранного метода заключается в направленном переносе диссоциированных ионов (растворенных в воде солей) под влиянием электрического поля через селективно проницаемые ионообменные мембраны.

Список литературы

1. Копылов А.С., Лавыгин В.М., Очков В.Ф. Водоподготовка в энергетике: Учебное пособие для вузов. - 2-е изд., стереот. - М.: Издательский дом МЭИ, 2006. - 309 с.: ил.

2. Мещерский Н.А. Эксплуатация водоподготовительных установок электростанций высокого давления - 2-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 408 с.: ил.

3. Кострикин Ю. М., Мещерский Н. А., Коровина О.В. Водоподготовка и водный режим энергообъектов низкого и среднего давления. - Справочник / М.: Энергоатомиздат, 1990. — 248 с.

4. Эстеркин Р. И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование: Учеб. пособ. для техникумов. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1989. - 280 с., ил.