Большая энциклопедия нефти и газа. Нужна экологическая перезагрузка

Загрязненные сточные воды ТЭС и их водоподготовительных установок состоят из различных по количеству и качеству потоков. В их состав входят (в порядке убывания количества):

а) сточные воды как оборотных, так и прямоточных (разомкнутых) систем гидрозолошлакоудаления (ГЗУ) электростанций, работающих на твердом топливе;

б) продувочные воды оборотных систем водоснабжения ТЭС, сбрасываемые постоянно;

в) сточные воды водоподготовительных (ВПУ) и конденсатоочистительных (КОУ) установок, сбрасываемые периодически, в том числе: пресные, зашламленные, засоленные, кислые, щелочные, замасленные и замазученные воды главного корпуса, мазутного и трансформаторного хозяйства ТЭС;

г) продувочные воды паровых котлов, испарителей и паропреобразователей, сбрасываемые постоянно;

д) замасленные и зашламленные снеговые и дождевые стоки с территории ТЭС;

е) обмывочные воды РВП и поверхностей нагрева котлов (стоки от РВП котлов, работающих на мазуте, сбрасываются 1-2 раза в месяц и реже, а от других поверхностей и при сжигании твердых топлив - чаще);

ж) замасленные, загрязненные внешние конденсаты, пригодные после их очистки для питания паровых котлов-испарителей;

з) сбросные, отработанные, концентрированные, моющие кислые и щелочные растворы и отмывочные воды после химических промывок и консервации паровых котлов, конденсаторов, подогревателей и другого оборудования (сбрасываются несколько раз в год, обычно летом);

и) воды после гидроуборки топливных цехов и других помещений ТЭС (сбрасываются обычно 1 раз в сутки в смену, чаще днем).

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, S0 4 , 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 , CaS0 4 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 Na 3 P0 4 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 очисткеот 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.

По происхождению стоки ТЭС и котельных делятся на четыре категории: стоки из технологических циклов; стоки ХВО при подготовке воды на восполнение потерь; ливневые и паводковые стоки; хозяйственно-бытовые стоки. Стоки из технологических циклов существующих ТЭС и котельных исторически сложились по следующим причинам:

1. Действовавшие в то время «Нормы проектирования» предусматривали понятие «условно чистые стоки», что позволяло проектировщикам с «чистой совестью» проектировать сброс в водоемы следующих стоков: непрерывной и периодической продувки котлов, испарителей; ливневых и паводковых стоков; разовых неорганизованных протечек от оборудования и трубопроводов; охлаждения подшипников основных и вспомогательных механизмов; продувки системы охлаждения в градирнях; опорожнения оборудования, баков, трубопроводов; сальниковых протечек, вращающихся механизмов. В эти стоки организованно ничего не подмешивалось, но при малейших отклонениях в работе оборудования качество этих вод обязательно ухудшается.

2. Ошибочно считалось, что можно построить всемогущие очистные сооружения, которые обеспечат должное качество сбрасываемых вод или возврат их в цикл. Поэтому часть производственных стоков сбрасывалось в канализацию. Это были нейтрализованные воды кислотных очисток оборудования и сбросы после гидроуборки помещений и оборудования основных производственных цехов. Другая часть, замасленные стоки из разных схем, направлялась в общестанционную нефтеловушку для очистки от примесей мазута и масла. Туда направляли отмывочные воды фильтров очистки замасленного конденсата, возможные протечки мазута, масла от технологического оборудования, пропарку перед ремонтом мазутопроводов, маслопроводов, воды обмывки наружных поверхностей нагрева перед ремонтами.

При этом потоки с разными концентрациями нефтепродуктов (1-50)% вначале смешивались с получением смеси концентрацией до 5%, затем технология очистки снова требовала концентрирования, чтобы эффективнее отделить мазут и масло.

После очистных сооружений разного назначения сбросы смешиваются с «условно чистыми» - и на сбросе в водоем получается (в среднем по больнице) не страшно. Но когда знаешь, что все полученные за год станцией реагенты (соль, щелочь, кислота, известь и т.д.) в конечном счете, в растворенном виде сброшены в водоемы, становится понятно, как мы обманываем самих себя.

В 80-х годах пришло осознание абсурдности таких решений, и появились сложности согласования с инспектирующими органами по охране природы.

Проектные организации совместно с дирекциями строящихся ТЭЦ были вынуждены разрабатывать нетрадиционные решения по сокращению влияния сбросов от ТЭЦ и котельных.

При таком содружестве на многих проектируемых и строящихся объектах в то время были выработаны решения, которые укладываются в следующие концепции :

Каждый сброс должен очищаться и возвращаться в ту же схему и с тем же качеством, из которой он образовался;

Восстановление качества стоков или их исключение должно осуществляться с помощью термических технологий;

Надо применять технологии, исключающие возможность смешения или перетока разных сред, если появляется брешь в разделяющих поверхностях;

Стоки каждой функциональной схемы должны очищаться и возвращаться в цикл персоналом, обслуживающим эту схему.

С этими положениями оказалось, что практически все стоки можно исключить. Ниже приводятся основные решения (фактически их значительно больше), которые позволяют обеспечить существенное снижение объемов сточных вод энергетического производства:

1. Испарители для непрерывной и периодической продувки;

2. Сбор химически очищенной или обессоленной воды пробоотборников, протечек сальников;

3. Отпуск пара производственным потребителям через паропреобразователи;

4. Использование для мазутного хозяйства вторичного пара после индивидуальных паропреобразователей, либо установка подогревателей с двойными поверхностями нагрева;

5. Разделение схемы охлаждения конденсаторов и охлаждения механизмов на гидравлически независимые схемы, что позволяет исключить возможность попадания в систему охлаждения конденсаторов любых примесей. То есть в продувке системы будут только естественные соли в концентрированном виде, которые в водоем можно сбрасывать рассеянным выпуском;

6. Переход от химических методов очистки подпиточной воды теплосети на коррекционную обработку подпиточной воды с ингиби-торами (ИОМС, ОДФ и др.). Для этого иногда требуется устройство второго контура циркуляции для водогрейных котлов;

7. Реконструкция или замена атмосферных деаэраторов подпиточной воды на деаэраторы двойного действия (ДНД);

8. Замена сальниковых уплотнений на торцевые;

9. Установка разделительных перегородок между подшипниками и сальниками;

10. Замкнутая схема кислотной про-мывки с нейтрализацией, отстоем и сохранением до очередных промывок. Альтернативной заменой является парокислородная очистка котлов и гидромеханическая промывка конденсаторов и подогревателей;

11. Разделение контуров пробоотборных точек;

12. Сбор ливневых и паводковых вод для последующего использования;

13. Устройство оборотных схем гидроуборки;

14. Сжигание концентрированных мазутных и масляных стоков в топках котлов;

15. Организация сухого складирования золы.

Организация работы и ответственность по очистке и возврату стоков в соответствующие схемы персоналом, оперативно управляющим этими схемами, побуждает персонал исключать необоснованное количество сбросов. Тем самым количество стоков и конечное качество теплоносителя контролируется одним персоналом.

Самым сложным оказался вопрос психологической перестройки персонала основных цехов. Часто можно слышать, что не его дело заниматься очисткой сбросов от турбин и котлов. Парадокс: испарители, деаэраторы, БОУ эксплуатируют одни, а за качество воды отвечают другие. В то же время результаты плохого качества воды (свищи, отложения, пережоги) «разгребают» те же технологи.

Неся ответственность за конечное качество теплоносителя в той или иной схеме, регенерация стоков переходит в разряд основных обязанностей. Тем более это осуществляется термическим способом, что ближе персоналу основных цехов, чем ХВО (химическая водоочистка). Если осознать и принять это, то все остальное - дело техники.

Стоки при подготовке воды на их восполнение в ХВО

При выполнении мероприятий по возврату сбросов во всех функциональных схемах и в каждом цехе, необходимости в постоянно действующей общей ХВО для восполнения потерь теоретически нет. Для непредвиденных ситуаций могут предусматриваться «фильтры обратного осмоса» ограниченной производительности. Соответственно сбросы этой категории должны утилизироваться термическим способом.

В случае деаэрации подпиточной воды для открытого горячего водоразбора в ДНД даже для аварийного случая химическая водоочистка не потребуется. С одной тысячи тонн в час деаэрируемой воды в ДНД получается 50 тонн в час обессоленной.

Ливневые и паводковые воды

Появление этих вод носит периодический характер. Поэтому вопрос утилизации заключается в сборе и отстое этих вод. Затем они используются для поливов, обеспыливания топливоподач, подпитки оборотных схем охлаждения и в качестве исходной воды для подготовки восполнения утечек функциональных схем.

Производственно-хозяйственные стоки

Согласованные сбросы производственных стоков на хозфекальные очистные сооружения от минерализации не очищают, зато увеличивают диаметры систем канализации и производительность очистных сооружений. Минерализованные воды просто разбавляются и сбрасываются в водоемы. В целом экономически такой способ утилизации стоков менее выгоден, чем возврат их в цикл через локальную очистку.

Все сказанное выше на первый взгляд многим может показаться декларативным и неосуществимым. Но можно сравнить, как это мы привыкли делать, с зарубежными аналогами: там такой подход используется уже давно.

Автор этих строк непосредственно участвовал в разработке таких решений, многие из них осуществил на практике и готов подтвердить их реализацию примерами. Не будет лишним повторить, что решая экологические проблемы таким путем, мы одновременно повышаем надежность, качество и экономичность подготовки воды. В этом каждый может убедиться самостоятельно. При сравнении надо исходить из того, что решения всех вопросов должны быть комплексными.

Для реализации бессточных (малосточных) схем требуется только экологическая перезагрузка сознания обслуживающего персонала и проектировщиков.

Владимир Шлапаков , экс-директор невского филиала ОАО «ВНИПИэнергопром»

фото Олега Никитина

ДДН-1000/40 (Набережночелнинская ТЭЦ)

Евгений Спицын, Коммерческий директор ООО «ЭКОТЕХ»:

Считаю некорректной формулировку пункта 7 как «Реконструкция или замена атмосферных деаэраторов подпиточной воды на деаэраторы двойного действия (ДНД)». Дело в том, что в настоящее время разработана и защищена патентами РФ только одна технология двойного назначения, которая подразумевает деаэрирование большого объема (550-1000 т/ч) подпиточной воды теплосети и одновременную выработку обессоленной воды пригодной для питания котлов высокого давления в количестве до 30-60 т/ч в рамках одного аппарата. Данная технология и конструкция аппарата разработана Петиным Владимиром Сергеевичем и защищена патентами РФ. На основании лицензионного соглашения, на эксклюзивных правах принадлежит компании «ЭКОТЕХ» и называется Деаэратор Двойного Назначения (ДДН ЭКОТЕХ). Кроме того, деаэраторы двойного назначения ДДН ЭКОТЕХ внедрены на Набережночелнинской ТЭЦ компанией ЭКОТЕХ всего в двух экземплярах (опытный ДДН-800/30 и промышленный ДДН-1000/40).

Сточной водой называется вода, использованная в технологи­ческих процессах и непригодная по своему качеству для дальней­шего использования на предприятии. Сточные воды, сбрасыва­емые в водоемы, загрязняют их, так как содержат вредные ве­щества.

Для охраны водоемов в СССР действуют «Правила охраны поверхностных вод от загрязнений сточными водами» Министер­ства здравоохранения и водного хозяйства, 1976 г. «Правилами» установлены нормативные требования к составу и свойствам воды в водоемах в зависимости от их использования, а также предель­ные допустимые концентрации веществ.

Предельной допустимой концентрацией вредного вещества (ПДК) в водоеме называется его концентрация, которая при еже­дневном воздействии на организм человека в течение длительного времени не вызывает каких-либо патологических изменений и заболеваний, обнаруживаемых современными методами исследо­ваний, а также не нарушает биологического оптимума в водоеме. Для сточных вод ПДК не нормируется и степень их очистки опре­деляется состоянием водоема после сброса сточных вод.

Производственные и отопительные котельные сбрасывают в водоемы следующие виды сточных вод:

Сточные воды водоподготовительных установок (химическая очистка питательной и подпиточной воды) и установок для очи­стки конденсата;

Воды, загрязненные нефтепродуктами;

Воды от обмывок наружных поверхностей нагрева паровых и водогрейных котлов;

Отработанные растворы после химической очистки оборудо­вания котельных цехов;

Воды гидрошлакоудаления котельных, сжигающих твердое топливо;

Коммунально-бытовые и хозяйственные воды; дождевые воды с территории котельной.

Наибольшее загрязнение водоемов происходит при сбросе сточных вод водоподготовительных установок; воды, загрязненной нефтепродуктами, воды от обмывок наружных поверхностей нагрева, отработанных растворов и загрязненной зады из систем гидрозолоудаления.

Уменьшение вредностей, сбрасываемых сточными водами в есте­ственные водоемы, возможно путем уменьшения количества сточ­ных вод или их очистки. В настоящее время отсутствуют приемле­мые технико-экономические решения глубокой очистки сточных вод от истинно растворенных примесей, поэтому в эксплуатации необходимо прежде всего стремиться к уменьшению количества сбрасываемых сточных вод.

Уменьшение количества сточных вод водоподготовительных установок должно осуществляться путем рационализации методов и схем водоподготовительных установок. Основным направлением совершенствования водоподготовительных установок является уменьшение расхода реагентов и воды на собственные нужды, а также повторное использование сточных вод в технологическом цикле котельной установки.

Основная масса промышленных и отопительных котельных для водоподготовительной установки использует водопроводную воду, применяя ионный обмен при обработке воды. При этом сбросы воды в ионнообменной части водоподготовительной установки довольно значительны (расчетный расход воды на собственные нужды водоподготовительной установки составляет 25% ее произ­водительности). Таким образом, для уменьшения сбросов воды наиболее перспективными являются: метод непрерывного иониро - вания воды, ступеичато-противоточное ионирование, термическая регенерация ионитов.

При сжигании жидкого топлива в промышленных и отопитель­ных котельных неизбежны его утечки, обусловленные организа­ционными и технологическими причинами. К организационным причинам относятся: нарушения сроков ремонта оборудования, нарушения технологического режима эксплуатации обслуживаю­щим персоналом и др. К технологическим причинам относится несовершенство технологии и конструкции подогревателей, насо­сов и др. В большинстве котельных при разгрузке мазута исполь­зуется острый пар для слива его из цистерн. Это приводит к обвод­нению мазута и при отстое его в мазутохранилище - к появлению подтоварных вод, требующих затем очистки. Для уменьшения стоков следует применять цистерны с паровой рубашкой и тепляки для разогрева цистерн с мазутом. В большинстве котельных очистка цистерн от остатков мазута производится путем их про­парки и промывки горячей водой, что заметно увеличивает коли­чество сточных вод, загрязненных мазутом. Значительное умень­шение количества сточных вод достигается при зачистке цистерн с помощью моющих синтетических препаратов при многократном использовании моющего раствора.

При эксплуатации железобетонных резервуаров следует кон­тролировать плотность стыков панелей, которая может нарушаться при неравномерной осадке резервуара.

Также следует своевременно устранять неплотности в подо­гревателях мазута.

При обмывке поверхностей нагрева паровых и водогрейных котлов, особенно при сжигании мазута, в обмывочной воде содер­жатся грубодисперсные вещества, свободная серная кислота, сажистые частицы, продукты коррозии, ванадий, никель, медь. Обмывочные воды перед сбросом должны быть очищены от указан­ных загрязнений. В промышленных и отопительных котельных желательно вместо обмывки наружных поверхностей нагрева при­менять другие способы их очистки.

Для сокращения сбросов от химических промывок и консерва­ции котлов следует сокращать число промывок и частично заме­нять воды иными агентами, например паром, применять сухие способы консервации. В последнее время используют обработку поверхностей нагрева комплексонами и композициями на их осно­ве. Это увеличивает сроки работы котлов без промывок, т. е. приводит к сокращению количества сбрасываемых сточных вод.

В центральных котельных большой мощности, работающих на твердом топливе, применяют систему гидрозолоудаления. В этих системах зола вместе с водой направляется на золоотвалы, где грубодисперсные примеси отстаиваются, а осветленная вода сбрасывается в водоем или возвращается в котельную для частич­ного использования. В результате взаимодействия золы с водой в ней появляются вредные примеси, состав и количество которых зависит от химического состава золы. Для сокращения сбросов примесей из системы гидрозолоудаления систему переводят на работу по оборотной схеме.

Наиболее важными показателями осветленной воды систем гидрозолоудаления являются щелочность, концентрация сульфа­тов, суммарное содержание и концентрация отдельных токсичных примесей.

ОПИСАНИЕ изовркткния ""8 2728

Союз Советских

Социалистических

Государственный комитет

СССР по деяам изобретений н открытий

В. В. Шищенко (71) Заявитель

Ставропольский политехнический институ (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

ПРОМЫШЛЕННЫХ КОТЕЛЬНЫХ

Изобретение относится к очистке минерализованных природных и сточных вод и может быть использовано для регенерации сточных вод натрийкатионитных фильтров и продувочных вод парогенераторов, работающих на. натрий-катионированной воде.

Известен способ восстановления и повторного использования регенерационных растворов натрий-катионитных фильтров путем их реагентного умягчения (13.. Недостатком известного способа является расход кальцинированной со- 15 ды и едкого натра для умягчения отработанного раствора, а также необходимость добавления свежего раствора хлористого натрия. Кроме того, часть промывочной води, имеющей по- 20 вышенную минерализацию и жесткость, сбрасывают после использования для взрыхления фильтров.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому резупьтату является способ обессоливания природных и сточных вод, включающий термическое умягчение и упаривание.в многоступенчатой выпарной установке L2$ . 30

Недостатком данного способа является низкая температура воды перед термическим умягчением и значительный объем воды, отводимой на терелическое уьлгчение 50-50% ° При этом размеры и стоимость узла термического умягчения, а также расход пара на осуществление этого процесса с

Поставленная цель достигается тем, что сточные воды подвергают термическоелу умягчени о и упариванию в глногоступенчатои выпарной установке, причем продувочную воду промышленных парогенераторов упаривают до солесодержания 100-150 г j кг в начальных ступенях этой установки, а сточные воды натрий-катионитовых фильтров упаривают до такого же солесодержания в конечных ступенях этой же установки, полученные концентриро.ванные растворы смешиваот., нагревают

Рассол после концентрирования мг-экв/кг

Состав воды

Бикарбонат

Карбонат

Сухой остаток, г/кг

Количество воды т/ч

18 до 130-170 С, отцеляют от выпавшего сульфата кальция, умягченную смесь охлаждают дросселированием до 900 I

100 С, отделяют гидроокись магния и фильтрат направляют на регенерацию натрий-каЧионитных фильтров. При этом в смесь концентрированных растворов перед термическим умягчением вводят известь до остаточного со,цержания магния 1-5 мг-экв / кг и.сульфат натрия до эквивалентной концентрации кальция.

На чертеже приведена схема установки, работающей по предлагаемому способу.

Установка включает трубопровод продувочной воды 1, паропровод 2, испарители 3 и 4, трубопровод 5 солевого концентрата, термоумягчитель 6, трубопровод 7 сточных вод, теплообменник 8, испарители 9 и 10, конденсатор 11, расширители 12 трубопровод дистиллята 13, трубойровод концентрата солей 14, трубопровод 15, паропровод 16, трубопроводы 17 и 18, расширитель 19, осветлитель 20, трубопроводы 21 и 22.

Продувочную воду и пар соответственно,по трубопроводу 1 и паропроводу 2 подают в испаритель 3, а затем в последующие ступени выпарной установки. В испарителе 4 солесодержание концентрата доводят до 100150 г / кг и подают по трубопроводу

5 в термоумягчитель 6. Сточные воды натрий-катионитных Фильтров по трубопроводу 7 направляют в теплообменники 8 и.подают в испаритель 9, пропускают последовательно через ряд, ступеней выпарки и доупаривают в испарителе 10 до концентрации солей

100-150 г / кг. Дистиллят из конденсатора 11 и расширителей 12 подают потребителю по трубопроводу 13, а концентрат - по трубопроводу 14 для смешения с концентратом, подаваемым по трубопроводу 5, и реагентами, по-. даваемыми по трубопроводу 15. Концен.траты нагревают до 130-170 С за счет смешения с паром, подаваемым по паропроводу 16.

В результате смешения двух потоков и их нагрева происходит образование кристаллов сульфата кальция и гидроокиси магния. Сульфат кальция, как более тяжелый, отделяют в термоумягчителе б и периодически выпускают по трубопроводу 17, а умягчен15 ную воду вместе с гидроокисью магния по трубопроводу 18 направляют в расширитель 19 для охлаждения до

100 С и затем подают в осветлитель

20, где отделяют от гидроокиси магния

2О и подают по трубопроводу 21 íà регенерацию фильтратов. Гидроокись магния. после уплотнения удаляют по трубопроводу 22.

Пример. Сточные воды промышленных котельных подвергают термическому умягчению и упариванию в многоступенчатой выпарной установке.

Сточная вода натрий-катионитных фильтров { в количестве 18 т / ч)подверЗО гается упариванию в 8,5 раза, а продувочная вода парогенераторов

25,5 т / ч в 23 раза.

Состав сточных вод натрий-Катио35 нитных фильтров и продувочной воды парогенераторов до и после упаривания и состав рассола после концентрирования представлены в таблице.

Формула изобретения

Заказ 674/26

007 Подписное

ППП "Патент", од,ул.Проектная,4

После смешения двух упаренных потоков и нагрева их до 160"..С происхо1дит осаждение сульфата и карбоната кальция и гидроокиси магния. С учетом разбавления обрабатываемой воды конденсатом греющего пара и после,дующего концентрирования при дросселировании образуется 3,3 т / ч рассола, который соответствует составу регенерационного раствора натрийкатионитных фильтров, полученному при растворении технической поваренной соли °

По сравнению с обессоливанием, осуществленным по известному способу, в предлагаемом способе количество воды, подвергаемой термическому умягчению, уменьшается в 7-10 раз с соответствующим уменьшением габаритов и стоимости термоумягчителей, прекращается сброс загрязненных стоков, отсутствуют концентраты, подлежащие полной сушке, и получается раствор для регенерации натрий-катионитных фильтров. Раздельное осаждение осадков упрощает их полезное использование.

Способ позволяет создать замкнутую систему водоснабжения промышленных кОтельных и и лучить эконо мию в размере 8 к / м обрабатываемых стоков.

Способ очистки сточных вод проыжленных котельных, включающий термическое умягчение и упаривание в многоступенчатой выпарной установке, отличающийся тем, что, с целью утилизации получаемых солей и повышения экономичности процесса; продувочную воду промышленных парогенераторов упаривают до солесодержания 100-150 r / кг в начальных ступенях этой установки, а сточные воды натрий-катионитных фильтров упаривают отдельно до такого же солесодержания в конечных ступенях этой же установки, полученные концентрированные растворы смешивают, нагревают до 130-170 С, отделяют от выпавшего сульфата кальция,.затем умягчен15 ную смесь охлаждают дросселированием до 90-100 С, отделяют гидроокись.магния и фильтрат направляют на регенерацию натрий-катионитных фильтров.

Заместитель генерального директора
ЗАО «ИКС А» по науке и новой технике
Доцент Челябинского филиала
Петербургского Энергетического Института
Салашенко О.Г.

Водоподготовка неизбежно связана со сбросом сточных вод (солевых стоков) в окружающую среду. Требования к количественному и химическому составу стоков во многом определяется состоянием и устойчивостью гидросферы к внешнему воздействию.

В водоизбыточных районах или в районах водоисточников с большим дебитом воды, минерализация исходной воды относительно низкая, и сброс сточных вод не приводит к существенному ухудшению качества природной воды. В этих случаях проблема сточных вод сводится к платежам за сброс стоков. Величина платежей невысока и существенно не увеличивает себестоимость очищенной (обессоленной) воды. Такая ситуация устраивает всех: и природоохранные органы, и предприятия.

В вододефицитных районах минерализация водных источников высокая, и даже относительно небольшие сбросы приводят к превышению ПДК по ряду показателей и существенному ухудшению качества природной воды. Платежи за сбросы резко увеличиваются: возрастают собственно платежи за солевые сбросы, появляются штрафные санкции за сброс веществ выше ПДК. Однако, и в этих случаях чаще всего доля платежей за сброс в структуре себестоимости воды остается приемлемой. Ситуация осложняется, если состояние гидросферы таково, что природоохранные органы вынуждены требовать существенное повышение качества сточных вод или полное их устранение.

Совершенствование методов подготовки воды сопровождается повышением их экологических характеристик. Во многих случаях достаточно перейти на новые способы водоподготовки, чтобы существенно уменьшить платежи за сброс стоков и избежать штрафных санкций. Например, противоточное ионирование позволяет существенно повысить качество обработанной воды, уменьшить количество фильтров и в 1,5 – 2 раза снизить расход реагентов. Снижение расхода реагентов способствует уменьшению количества и солесодержания стоков. В некоторых случаях этого достаточно для снижения платежей за стоки до приемлемых величин. Безусловными лидерами экологических характеристик являются мембранные технологии и термическое обессоливание. Современные мембранные технологии и термическое обессоливание позволяют провести обессоливание воды со сбросом в водоисточники только тех солей, которые поступили на водоподготовительную установку с исходной водой. Данные технологии не всегда позволяют решить эту проблему. В некоторых случаях природоохранные органы настаивают на ликвидации стоков. Представляет интерес оценить, какие существуют возможности по ликвидации стоков водоподготовительных установок (переработки стоков) и каких это потребует затрат.

При переработке стоков первым этапом является их концентрирование, то есть уменьшение объема. При концентрировании стоков основная проблема, с которой приходится сталкиваться, это предотвращение зарастания оборудования солями жесткости. В ЗАО «ИКСА» разработана технология, позволяющая производить глубокое концентрирование воды без зарастания оборудования солями жесткости, и существенно упростить и удешевить переработку стоков. Данная технология позволяет получать из стоков обессоленную воду и выводить из перерабатываемых стоков соли кальция в виде карбоната кальция и гипса, и магний в виде гидроксида магния. Соли выводятся в виде кристаллического продукта, который может складироваться на шламонакопителе, затем полезно использоваться.

Технология основана на использовании испарителя мгновенного вскипания (ИМВ). Технологическая схема установки приведена на рис.1. ИМВ представляет собой многоступенчатый аппарат с принудительной циркуляцией, количество ступеней в котором может меняться от 8 до 18. ИМВ ЗАО «ИКС А» имеет вертикальную компоновку, с расположением ступеней друг над другом. В связи с этим, несмотря на большое количество ступеней, аппарат имеет небольшие габариты. Так, ИМВ-50-16 (производительность 50 т/ч) имеет длину 7 м, высоту 6,8 м, ширину 5 м. Количество ступеней определяется необходимой тепловой эффективностью установки. Для работы 16-ти ступенчатого ИМВ на одну тонну перерабатываемой воды необходимо произвести 0,125 тонны пара. ИМВ является вакуумным аппаратом с рабочим диапазоном температур в испарителе 100-40 о С, поэтому для его работы достаточно использовать пар под давлением 0,12 МПа. Испаритель может состоять как из одного, так и из двух контуров. При двухконтурном исполнении температурный режим первого контура составляет 100 – 70 о С, второго - 70 – 40 о С.

Испаритель работает следующим образом. Циркуляционная вода после подогревателя 1 с температурой 100 °С поступает в камеры расширения испарителя и далее последовательно сверху вниз попадает в остальные камеры. В каждой камере расширения вода вскипает, охлаждаясь затем на 3-4 °С. Образовавшийся пар конденсируется на трубках конденсатора, отдавая тепло циркуляционной воде. Дистиллят стекает на днище камеры конденсации и далее каскадно перемещается по ступеням. Из последней ступени корпуса дистиллят поступает в дистиллятный бак 8 и из него насосом 7 подается потребителю. Температура дистиллята после первого контура составляет 70 °С, после второго корпуса 40 °С. Циркуляционная вода после корпуса испарителя поступает в циркуляционный бак 5 и затем подается насосом 6 в трубную систему конденсаторов испарителя, где она подогревается, конденсируя пар. В первом корпусе циркуляционная вода подогревается до температуры 94°С, затем до 100°С подогревается в головном подогревателе 1 паром 1,2 ата. Пар последней ступени расширителя конденсируется на трубках конденсатора, охлаждаемых исходной водой, поступающей в химцех. Концентрация солей в циркуляционном контуре поддерживается продувкой испарителя. Вакуум в испарителе поддерживается водоструйным эжектором. Отсос неконденсируемых газов производят из последней ступени.

Питательная вода поступает в первый контур. Продувка первого контура является питательной водой второго контура. Концентрирование воды в первом контуре не более 2, во втором концентрирование устанавливают в зависимости от требований технологии. Низкие температуры, отсутствие кипения на поверхностях нагрева, двухконтурная схема позволяют эффективно использовать ингибиторы накипеобразования для предотвращения образования отложений и избегать температурных превращений солей. Питание испарителя можно производить жесткими стоками без предварительного умягчения.

Используемые в настоящее время ингибиторы накипеобразования являются эффективным средством предотвращения отложений солей, но имеют вполне определенные условия использования, как в отношении температур, так и в отношении концентраций солей кальция. С помощью только ингибиторов накипеобразования глубокое концентрирование воды произвести невозможно. Для обеспечения данного процесса в технологическую схему испарителя включен специальный отстойник. Отстойник предназначен для вывода солей кальция из воды, и поддержания их концентраций в пределах, которые может стабилизировать ингибитор. Для осаждения солей кальция воду в отстойнике обрабатывают специальным реагентом Р-2. Р-2 представляет собой смесь реагентов Na 3 PO 4 , NaOH, Ca(OH) 2 , Na 2 CO 3 . Соотношение компонентов в смеси зависит от химического состава стоков. Для кристаллизации солей кальция воду обрабатывают специальным щелочным реагентом Р-2. Состав реагента определяется солевым составом стоков.

В отстойнике организуют кристаллизацию солей кальция (сульфата и карбоната кальция), при необходимости и магния. Осадок отделяют от маточного раствора и отводят на шламонакопитель. Умягченную воду возвращают в цикл для дальнейшего концентрирования.

В большинстве случаев расход реагента составляет 5 – 20 % от всего количества выводимых солей кальция (от стехиометрии). Стоимость реагента составляет 4 000 – 12 000 руб/т.

Такая технология позволяет производить чрезвычайно глубокое концентрирование стоков. Величина концентрирования определяется солевым составом стоков, прежде всего соотношением солей жесткости, щелочности и концентрации сульфатов. Во многих случаях удается сбалансировать соли жесткости со щелочностью и сульфатами. При этом степень концентрирования определяется концентрацией хлоридов в стоках. Например, при балансе жесткости со щелочностью, сульфатами и концентрации хлоридов в стоках 100 мг/дм 3 , концентрирование стоков может составить 10 3 ед. . Количество стоков может быть уменьшено со 100 м 3 /ч до 0,1 м 3 /ч. Дальнейшая переработка 0,1м 3 /ч стоков особых проблем и затрат не вызывает.

Работа испарителей связана с потреблением определенного количества пара и соответствующими затратами. На ТЭС и многих промышленных предприятиях перед подачей воды на водоподготовительную установку её предварительно подогревают паром. Количество пара используемого для предварительного подогрева воды достаточно для работы испарителей и выпарных аппаратов установки переработки стоков. Поэтому пар подают в головной подогреватель ИМВ, а предварительный подогрев воды производят в последних ступенях ИМВ (см. рис.1.) В этом случае затраты связанные с потреблением пара ничтожно малы. На 1 тонну стоков необходимо, использовать 0,005 – 0,01 тонны пара.

Рассмотрим, как представленная технология позволяет решать проблемы переработки стоков различных водоподготовительных установок.

Стоки химического обессоливания. Характерный состав стоков химического обессоливания приведен в таблице 1.

Качество сточных вод химического обессоливания, мг-экв/дм 3
(Солесодержание исходной воды 5 мг-экв/дм 3 , собственные нужды 10 %, удельный расход реагентов 2 мг-экв/мг-экв.)

Таблица 1.

Технология ЗАО «ИКС А» может обеспечить концентрирование раствора в 10 – 50 раз в зависимости от солевого состава сходных стоков, и вывести из раствора соли жесткости и сульфаты. В случае, если сброс воды в водоем невозможен, соли направляют на соленакопитель или производят выпарку раствора до получения кристаллического продукта. Технология выпарки солей с получением кристаллического продукта известна. Возможна тотальная выпарка с получением смеси солей, либо дробная кристаллизация с получением достаточно чистого сульфата натрия (95 % от общего количества солей) и небольшого количества смеси солей сульфата и хлорида натрия. При наличии потребителей соли последняя используется далее по назначению, при отсутствии потребителей необходим соленакопитель. Для установки производительностью 100 м 3 /ч обессоленной воды количество сбрасываемых солей составит около 800 т/год. Соленакопитель является самой затратной и проблемной частью установки.

Представляет интерес оценка объёма стоков, с которым приходится работать. При производительности обессоливающей установки 100 м 3 /ч, стоки (собственные нужды) составят 10 м 3 /ч, после упаривания на ИМВ объём стоков уменьшится до 0,5 - 1 м 3 /ч. Выпарной аппарат после ИМВ имеет небольшие размеры. При дробной кристаллизации для каждой соли нужен отдельный выпарной аппарат. Первый выпарной аппарат будет иметь производительность 0,8 м 3 /ч, второй - 0,2 м 3 /ч, третий 0,1 - 0,01 м 3 /ч. Выпарные аппараты по производительности приближаются к лабораторным установкам.

Стоки натрий-катионитовой установки. Большое значения для переработки стоков приобретает назначение натрий-катионитовой установки. При использовании установки для подпитки теплосети стоки будут состоять из смеси солей: СаСl 2 , MgСl 2 и NaСl 2 . Перерабатывать такие стоки очень сложно. Технически проще и экономически выгоднее сменить технологию подготовки воды для теплосети путем перехода на ингибиторы накипеобразования. В случае невозможности обеспечить предотвращения отложений с помощью только игибиторов из-за низкого качества воды, дополнительно можно провести известкование или подкисление воды.

При использовании натрий-катионирования для подпитки котлов или испарителей получают два вида стоков: солевые стоки нитрий-катионирования и продувку котлов или испарителей. Возможный солевой состав стоков приведен в таблице 2.

Солевой состав стоков, мг-экв/дм 3

Таблица 2.

В стоках натрий катионирования много ионов кальция и магния, в продувках - много карбонатов и гидратов. При смешивании стоков кальций и магний выпадут в осадок. Умягченные стоки можно повторно использовать для регенерации фильтров. Концентрация стоков (восстановленного регенерационного раствора) будет ниже, чем требуется для регенерации фильтров. Упаривание раствора до нужной концентрации возможно с помощью технологии ЗАО «ИКС А».

В стоки пойдут только соли, поступившие на установку с исходной водой. Общее количество сбрасываемых солей уменьшится в 5 – 10 раз.

Стоки обратного осмоса. Наибольшую популярность приобретают установки обессоливания воды, работающие по схеме: обработка воды ингибитором отложений (антискалантом) - ультрафильтрация - обратный осмос – электродеионизатор. Установка позволяет произвести глубокое обессоливания воды с расходованием минимального количества реагентов. Собственные нужды установки (количество сточных вод) достигает 33 %. Для уменьшения собственных нужд на стоках используют дополнительную установку обратного осмоса производительностью 20 – 25 % от производительности основной установки. Собственные нужды при этом снижаются до 10 – 15 %. Характерный состав стоков приведен в таблице 3. В стоках имеет место высокая концентрация карбоната кальция. Для дальнейшей переработки стоков необходимо решить прежде всего проблему кристаллизации карбоната кальция. Простейший подход: подкисление – декарбонизация. При этом расход кислоты будет значительно большим, и в стоках возрастет количество солей, которые необходимо выводить. Возможно известкование стоков. При этом количество солей в стоках не увеличивается, но расход извести возрастает. Оптимальным методом является термоумягчение стоков. В 60 - 70–ые годы такие технологии успешно разрабатывались и эксплуатировались.

Качество воды мембранной обессоливающей установки

Таблица 3.

После термоумягчения стоки можно сконцентрировать по технологии ЗАО «ИКС А», с выводом солей жесткости и затем провести кристаллизацию солей натрия. Принципиальная технологическая схема установки приведена на рис. 2. Установка включает термоумягчитель, шламоуплотнитель, ИМВ, отстойник, выпарную установку.

Стоки подают в термоумягчитель, где их подогревают до 80 – 100 о С и обрабатывают паром. При этом происходит кристаллизация карбоната кальция. Раствор, содержащий шлам карбоната кальция, подают в шламоуплотнитель. В шламоуплотнителе производится отделение шлама от маточного раствора. Шлам направляют на шламонакопитель. Осветленный раствор обрабатывают ингибитором отложений и подают в ИМВ. В ИМВ раствор упаривают в 50 – 200 раз в зависимости от качества стоков и направляют на выпарную установку. В соответствии с технологией в контур ИМВ включен отстойник. В отстойнике стоки обрабатывают реагентом Р-2. В процессе обработки происходит осаждение остаточного (после термоумягчителя) карбоната кальция и сульфата кальция. Одновременно производится осаждение кремнекислоты, солей магния и органических веществ. Шлам направляют на шламоуплотнитель. Осветленный концентрат подают на выпарную установку. На выпарной установке производят тотальную выпарку стоков с получением кристаллического хлористого натрия.

Шлам – мел, гипс может быть использован как исходное сырьё в строительной индустрии. Наличие в шламе магния не ухудшает его строительных характеристик. Поваренная соль может быть использована на натрий-катионитовых установках. (В промышленности остается и будет оставаться большое количество натрий-катионитовых установок различной мощности.)

Дистиллят ИМВ будет иметь солесодержание 0,5 - 1 мг/дм 3 , и может быть направлен на электродеионизатор, для более глубокого обессоливания.

Такая установка позволяет получить минимальное количество шлама и солей, полезный продукт - обессоленную воду, при потреблении минимального количества реагентов. Для обессоливающей установки производительностью 100 м 3 /ч, производительность установки переработки стоков составит 10 – 15 м 3 /ч, причем выпарная установка будет имеет производительность 0,15 м 3 /ч.

Количество и состав выводимых солей зависит от качества исходной воды. В таблице 3 приведено качество воды р. Волга. Однако, свести стоки к получению шлама карбоната кальция, сульфата кальция, гидроксида магния и кристаллической поваренной соли можно в 80 – 90 % случаев качества воды, водоисточников в РФ.

Продувка (стоки) оборотной системы охлаждения (градирни). Оборотные системы охлаждения занимают особое место в системе образования стоков. В большинстве случаев они являются главным источником поступления солей на ТЭС, например, блок 200 МВт, работающий в конденсационном режиме. Подпитка оборотной системы охлаждения составляет 400 – 500 м 3 /ч, подпитка основного цикла обессоленной водой составляет 25 – 35 м 3 /ч. Эти два потока являются основными источниками солей, поступающих в стоки. При этом из оборотной системы в стоки поступает 92 – 95 % солей, с обессоливающей установки - 5 – 8 % солей, если использовалась мембранная технология. На предприятиях с обессоливанием по технологии ионного обмена, доля солей с обессоливающей установки возрастет до 15 – 25 %. В любом случае, главной задачей является ликвидация стоков оборотной системы охлаждения. Проработка вариантов показывает, что стоки обессоливания могут быть переработаны попутно, без существенного изменения технологии переработки продувки градирни.

Материальный баланс градирни записывается формулой:

Д = Ис + Ку + Пр,

где Д – расход воды подаваемую в оборотную систему охлаждения;

Ис – потери с испарением;

Ку – потери с капельным уносом;

Пр – продувка градирни.

Отношение К = Д / Ку + Пр определяет кратность концентрирования воды в оборотной системе охлаждения. Кратность концентрирования необходимо поддерживать в определенных пределах для обеспечения, прежде всего безнакипного режима работы конденсаторов. Ку определяется наличием и эффективностью каплеуловителей в градирне. Без каплеуловителей коэффициент капельного уноса составляет 0,5 % от расхода циркуляционной воды, с каплеуловителями коэффициент капельного уноса равен 0,05 % и меньше. Для заданной величины К сумма Ку + Пр постоянная. При установке каплеуловителей необходимо увеличивать продувку оборотной системы на величину снижения капельного уноса. В связи с этим, величина капельного уноса практически не влияет на водопотребление оборотной системы охлаждения. Капельный унос влияет только на работу электрических распределительных устройств. Значительное количество электростанций работает с градирнями без каплеуловителей, не испытывая особых проблем на распредустройствах от влаги с градирни. Целесообразно выбирать каплеуловители с определенной эффективностью. Высокая эффективность каплеуловителей приводит к увеличению продувки градирни и стоков.

Для ликвидации стоков необходимо обеспечить работу градирни в беспродувочном режиме. При Пр = 0 на градирнях без каплеуловитлей К составляет 4 ед., на градирнях с каплеуловителями 40 ед. Концентрирования воды высокие и для обеспечения надежного водно-химического режима оборотной системы необходимо решить следующие проблемы:

Предотвращение отложений карбоната кальция;

Предотвращение коррозии металла;

Предотвращение коррозии бетона.

Наиболее эффективной системой предотвращения отложений карбоната кальция является обработка воды фосфанатами в сочетании с известкованием циркуляционной воды. Известкование позволяет поддерживать концентрацию карбоната кальция в пределах, необходимых для эффективной работы фосфанатов. Известкование воды производят на обычных осветлителях по известной технологии. Производительность осветлителей относительно невелика. Например, для блока 200 МВт достаточно производительности осветлителя около 100 - 200 м 3 /ч, в зависимости от качества исходной воды. Безнакипный режим обеспечивается как в системах с градирнями без каплеуловителей, так и с каплеуловителями. Отличие сводится к выбору производительности осветлителя.

Проблема предотвращения коррозии металла решается подбором соответствующей марки сплава. В большинстве случаев при использовании градирни без каплеуловителй достаточна установка в теплообменниках трубок из сплава МНЖ-5-1. В оборотных системах с градирнями, имеющими каплеуловители, этого недостаточно. Солесодержание воды в оборотной системе может достигать очень больших величин. Например, для воды, характеристики которой приведены в таблице 3, солесодержание воды в оборотной системе составит 9 000 мг/дм 3 . Для предотвращения коррозии необходимо использование специальных сплавов типа мельхиора.

Для предотвращения коррозии бетона концентрация сульфатов в воде оборотной системы не должна превышать 600 – 800 мг/дм 3 . В оборотных системах с градирнями без каплеуловителей проблем с сульфатами в большинстве случаев нет. В оборотных системах с каплеуловителями концентрация сульфатов может превышать указанные цифры на порядок. Например, для качества воды, приведенной в таблице 3, она составит 3500 мг/дм 3 , для воды в районе г. Казань концентрация сульфатов составит 8 500 мг/дм 3 . Для водно-химического режима оборотной системы охлаждения условия коррозии бетона являются определяющими.

Из условий предотвращения коррозии бетона продувка оборотной системы для блока 200 МВт и воды, приведенной в таблице 3, должна быть 35 м 3 /ч. Солесодержание циркуляционной воды при этом составит 2 100 мг/дм 3 (с учетом солей жесткости, выводимых в осветлителе), что существенно упростит проблему коррозии металла.

Для переработки продувки градирни может быть использована установка, созданная на основе технологии ЗОА «ИКСА». Технологическая схема обеспечения водно-химического режима оборотной системы охлаждения и переработки продувки приведена на рис.3. Технологическая схема включает осветлитель с обработкой воды известью и установку переработки стоков. Данная схема установки аналогична приведенной на рис. 2. В схеме отсутствует только термоумягчитель. На рис. 3 приведен также и материальный баланс схемы для блока 200 МВт и качества исходной воды, приведенной в таблице 3.

Твердыми (кристаллическими) продуктами переработки продувки градирни являются:

Поваренная соль (NaCl 98 - 99 %)

Первые два продукта переработки могут быть использованы как сырьё для строительной индустрии, поваренная соль - для регенерации натрий-катионитовых фильтров. Такой состав продуктов переработки является оптимальным. Для его получения необходимо проводить соответствующую балансировку солевого состава стоков с использованием NaOH или HCl. Например, для балансировки солей в стоках, приведенных в таблице 3, необходима их обработка HCl. Для блока 200 МВт расход технической соляной кислоты составит 70 т/год.

Качество обессоленной воды первого и второго контуров ИМВ, работающих на продувке градирни, существенно отличаются. В первом контуре получают обессоленную воду более высокого качества. Химический состав обессоленной воды приведен ниже в таблице 4.

Качество обессоленной воды

Таблица 4.

Обессоленная вода первого контура может быть использована для питания котлов давлением до 14 МПа. Обессоленная вода второго контура требует доочистки. При использовании котлов утилизаторов ПГУ доочистка необходима для обоих потоков. Доочистку можно провести на существующих обессоливающих установках. Расход обессоленной воды после ИМВ несколько превышает потребности котлов для ТЭС, работающих в конденсационном или теплофикационном режиме. При подаче воды с ИМВ обессоливающие установки будут работать на исходной воде очень низкого солесодержания. Расход реагентов на обессоливание и количество стоков будет ничтожно малым, что автоматически решит проблему стоков обессоливающей установки. При этом обессоливающую установку можно рассматривать и как резервную.

Капитальные затраты на установку стоков прежде всего зависят от возможности утилизации тепла, используемого для работы ИМВ. В последние ступени ИМВ желательно подавать охлаждающую воду, в два и более раз превышающую расход обрабатываемой воды. При этом, чем больше расход воды, подаваемой в последние ступени ИМВ, тем дешевле испаритель. Цена испарителя может меняться от 400 тыс. руб. на тонну обессоленной воды до 1000 тыс. руб. С учетом стоимости выпарной установки и инфраструктуры стоимость установки переработки продувки градирни составит 500 – 1100 тыс. руб. за тонну производительности.

Возможности утилизации тепла зависят прежде всего от расхода подпиточной воды теплосети. При относительно небольших и крупных тепловых сетях проблем с утилизацией тепла нет, и ИМВ можно изготавливать по минимальной стоимости.

Эксплуатационные затраты включают:

Стоимость тепла, подаваемого на установку. При развитых тепловых сетях она будет ничтожно мала;

Стоимость электроэнергии. Расход электроэнергии составляет 2,5 – 4 кВт/т;

Стоимость реагентов. 70 – 90 % от общего количества реагентов используется в осветлителе. Технология в осветлителе известна, поэтому нетрудно посчитать стоимость для каждого конкретного качества воды. Для качества воды, приведенного в таблице 3, затраты на реагенты для установки переработки продувки составят 1 – 2 руб/т. в пересчете на тону воды, подаваемой в ИМВ (без учета реагентов, подаваемых в осветлитель);

Общецеховые затраты.

Без учета общецеховых затрат себестоимость переработки воды на ИМВ и выпарной установки составит 10 – 15 руб./т. Обессоленная вода после ИМВ полезно используется: после доочистки подается на питание котлов. Если снести все затраты на обессоленную воду, подаваемую в котлы, удорожание обессоленной воды будет незначительным или даже произойдет удешевление. Снизятся затраты на реагенты, ионообменные материалы, нейтрализацию стоков, ремонтные работы, уменьшатся платежи за стоки.

Технология упаривания стоков с одновременным выводом из них сульфата кальция в виде кристаллического продукта позволяет по-новому рассматривать проблемы переработки стоков. Переработку стоков можно свести к получению полезных продуктов: обессоленной воды, сырья для строительной индустрии и поваренной соли. В представленном варианте переработка стоков исключает самый проблемный и дорогостоящий элемент - соленакопитель. В ряде случаев эксплуатационные затраты на переработку стоков можно полностью компенсировать использованием для подпитки котлов обессоленной воды, получаемой на установке переработки стоков. Капитальные затраты зависят от решаемых задач, возможности утилизации тепла и составляют 400 – 1200 тыс. руб на тонну перерабатываемых стоков.

Основу технологии составляют испаритель мгновенного вскипания и ингибиторы накипеобразования. В данном случае использовались исследования и проработки, выполненные в Урал ВТИ с 1970 по 1998 гг. В этот период Урал ВТИ был определен как головная организация по стокам ТЭС в системе ГТУ Минэнерго СССР. Работы велись в рамках создания необходимого оборудования (ИМВ) и исследования механизмов действия ингибиторов накипеобразования.

ИМВ успешно эксплуатируются на ряде электростанций. По сравнению с испарителями, изготовленными в 2000 – 2004 г., новые модификации более надежны и технологичны. Технология ингибирования накипеобразования широко используется в различных технологических процессах и её эффективность при правильном использовании сомнений не вызывает. Удачное сочетание этих двух технологий и позволило оптимизировать переработку стоков на современном уровне при минимальных затратах.