16.3. Отработавшие растворы от промывок и консервации теплосилового оборудования
В результате химических промывок и консервации теплосилового оборудования получаются отработавшие растворы довольно разнообразного состава. В зависимости от технологии и назначения промывки эти растворы содержат минеральные (обычно соляную или серную, реже плавиковую) или органические кислоты. Для промывок применяются лимонная, фталевая, ЭДТА или ее двунатриевая соль – трилон, смесь низкомолекулярных жирных кислот (муравьиная, уксусная, масляная и т. д.) и др. Для ускорения растворения некоторых компонентов накипи, например металлической меди, в промывочные растворы вводят тиомочевину, окислители. В консервационных растворах присутствует аммиак, гидразин, иногда нитриты, т. е. NaNO2. С целью ослабить коррозионное действие кислотных растворов на металл применяют различные замедлители коррозии, так называемые ингибиторы – каптакс, катапин, уротропин, формалин и др.
Так как органические вещества, присутствующие во всех этих растворах, могут подвергаться биологической переработке, то можно было бы сбрасывать эти отработавшие растворы на биологическую очистку вместе с хозяйственно-бытовыми стоками. Однако этому препятствует присутствие некоторых веществ, являющихся ядами для биологических агентов. К таким ядовитым примесям следует отнести ионы меди и железа, формалин и разлагающийся с его образованием уротропин. Вредным для биологических агентов является и гидразин, а также свободный трилон в значительных концентрациях. Вследствие этого перед сбросом в хозяйственно-фекальную канализацию эти стоки должны быть обработаны: железо и медь осаждены щелочами (известью) или сернистым натрием; трилон связан в виде кальциевых комплексов; гидразин и формалин окислены. Осаждение ионов железа и меди достигается подщелачиванием до рН не ниже 8. Образующиеся осадки захватывают многие трудно биологически перерабатываемые вещества, в частности часть трилона, каптакс, тиомочевину и некоторые другие вещества. Выдержка в течение нескольких суток достаточна для окисления гидразина кислородом воздуха, после чего жидкость может сбрасываться небольшими порциями в канализационную сеть.
На тех ТЭС, где отсутствует биологическая очистка стоков, промывочные и консервационные воды могут быть сброшены без всякой предварительной обработки в систему гидрозолоудаления. Это возможно на ТЭС, использующих твердые топлива. Там же, где топливом является мазут или газ, стоки от химических промывок и консервации могут быть использованы для добавок в систему замкнутого охлаждения. Перед этим стоки должны быть обработаны так же, как и при их сбросе в канализацию. Возможность использования этих стоков в качестве добавок в системе охлаждения обусловлена тем, что на насадке градирен, как было указано, обычно развиваются биологические обрастания, весьма активно минерализующие разнообразные органические вещества.
16.4. Теплые воды
Для охлаждения различных аппаратов ТЭС применяется вода. Основное ее количество расходуется на охлаждение конденсаторов турбин. Для конденсации одной тонны отработавшего в турбине пара приходится расходовать в зависимости от времени года 50–60 т воды. На ТЭС мощностью 4 000 МВт вырабатывается за один час около 13 000 т пара. Часть этого пара поступает на регенерацию, т.е. расходуется после цилиндра высокого давления (ЦВД) турбины на обогрев подогревателей низкого и высокого давления и на работу деаэраторов, а в конденсаторы направляется на чисто конденсационных электростанциях мощностью 4 000 МВт около 10 000 т/ч пара. Для конденсации этого количества отработавшего пара в конденсаторы необходимо подавать до 500 000 т охлаждающей воды в час. Температура этой массы воды повышается всего на 8–10 °С, но и такое, казалось бы, незначительное повышение температуры уже отражается на всей экологической обстановке естественных водоемов. Сбрасывать эти теплые воды непосредственно в реки или озера нельзя. Такой сброс приводит к разрастанию сине-зеленых водорослей, происходит значительное обеднение воды растворенным кислородом, погибают обитатели воды, не терпящие повышенных температур, и т. д. Вследствие этого приходится применять способы, ослабляющие это «тепловое загрязнение» водоисточников, а во многих случаях и полностью отказываться от сброса теплых вод в реки. Если электростанция расположена на берегу мощной реки, то можно избежать последствий теплового загрязнения, применяя специальные смесительные устройства, распределяющие тепло на большую массу воды и снижающие тепловое воздействие. Можно также пользоваться различиями температуры воды по глубине водоема или применять предварительное, т. е. перед сбросом, охлаждение теплых вод путем их разбрызгивания. Такой способ одновременно способствует и насыщению воды кислородом. Однако все эти мероприятия реальны только для ТЭС, расположенных возле крупных водоемов. Для других электростанций приходится переходить на замкнутое охлаждение (прудовое) там, где это позволяет местность, или в градирнях.
Замкнутое прудовое охлаждение может быть организовано на ТЭС, находящихся в отдалении от больших населенных пунктов. Создается система прудов, точнее, озер, соединенных между собой протоками. В одно из этих озер спускают теплые воды, которые постепенно перетекают из озера в озеро, охлаждаясь при этом. Из последнего по пути воды озера электростанция забирает воду для охлаждения. В такой системе прудов-озер тепло охлаждающей воды может быть использовано для разведения теплолюбивых пород рыб, обогрева теплиц и оранжерей и других полезных целей.
К сожалению, на ТЭС, расположенных в больших городах и крупных населенных центрах, такой способ не осуществим, так как требует значительных свободных площадей для организации прудов-озер. В этих ТЭС приходится переходить на замкнутые системы охлаждения при помощи градирен, т. е. специальных деревянных, железных или железобетонных сооружений, на верх которых подается теплая вода, стекающая по насадке градирен вниз, в бассейн, расположенный под градирней (рис. 16.2). Теплая вода при этом охлаждается встречным потоком воздуха главным образом за счет ее частичного испарения. Испаряется количество воды, несколько меньшее, чем то количество пара, которое было сконденсировано в конденсаторах турбин. Так как количество этого сконденсированного пара для рассматриваемых ТЭС было определено в 10 000 т/ч, то количество испаряемой в градирнях воды составляет в зависимости от времени года 6 500 – 8 000 т/ч. Летом испаряется больше – около 8000 т/ч для ТЭС мощностью 4000 МВт, а зимой несколько меньше – около 6500 т/ч.
Материальный баланс системы охлаждения следующий:
– некоторое количество воды в современных оборудованных градирнях – не более 0,05 %, т. е. в данном случае 500 000·0,05·10-2 = 250 т/ч уносится ветром, затем испаряется в зависимости от времени года. Наконец, некоторое количество воды приходится сбрасывать из системы, для того чтобы предупредить чрезмерное повышение солесодержания циркулирующей в ней воды.
Повышение концентрации растворенных веществ создает опасность накипеобразования в трубках конденсаторов и коррозионных разрушений их материала. Обычно продувка не превышает 0,5–1,0 %, т.е. в данном случае 2 500–5 000 т/ч. В районах с высокоминерализованными водами продувка может быть и больше. Таким образом, все потери воды в системах замкнутого охлаждения с градирнями для ТЭС мощностью 4 000 МВт составляют примерно 9 500–13 000 т/ч.
Такое количество воды и приходится подавать в систему замкнутого охлаждения. Можно определить и концентрацию растворенных веществ в циркуляционной воде, точнее, не абсолютное значение концентрации, а отношение концентрации циркулирующей воды к добавляемой.
Обозначим концентрацию какого-либо вещества в свежей воде, добавляемой в систему охлаждения, через Сд, в миллиграммах на кубический дециметр. Тогда в систему ежечасно вносится каждой 1 т воды Сд граммов солей, а всего (9,5–13,0) Сд, килограммов в час.
Рис.16.2. Система оборотного охлаждения с применением градирни:
1 – градирня; 2 – конденсатор; 3 – циркуляционный насос; 4 – резервуар охлажденной воды; 5 – насадка градирни; 6 – разбрызгивающее устройство; 7 – продувка, т.е. сброс части воды из системы охлаждения; 8 – пополнение системы свежей водой
Выносится же из системы с продувкой и ветровым уносом (5–3) Су (Су – концентрация того же вещества в циркулирующей в системе воде). При балансе, т.е. при равенстве прихода и ухода вещества, Су/Сд = 2 ÷ 3. Следовательно, повышение концентрации происходит в 2–3 раза, иногда и в 5 раз. Размер продувки, регулирующий рост концентрации, определяется исходя из состава свежей воды, условий работы конденсатора и применяемых способов обработки циркуляционной воды для снижения накипеобразования и коррозионных процессов в этой системе. Таким образом, и при замкнутом охлаждении с градирнями приходится считаться со сбросом некоторого количества воды, имеющей несколько повышенное против природной солесодержание.
Особый интерес представляют маслоохладители. Ранее было отмечено, что в систему охлаждения включены не только конденсаторы турбин, но и ряд других аппаратов, которые хотя и требуют несравнимо меньшего расхода охлаждающей воды, но способны эту воду загрязнять. К таким аппаратам относятся маслоохладители – трубчатые аппараты, которые в процессе эксплуатации могут пропускать некоторые количества масел в охлаждающую воду. Следствием этого является ее загрязнение нефтепродуктами, причем масла попадают в общий поток охлаждающей воды. Предложен ряд способов для устранения этого загрязнения: изменение конструкции маслоохладителей, выделение их в самостоятельную систему охлаждения, повышение давления охлаждающей воды и т. д. По-видимому, наиболее рациональным и экономичным решением является сооружение промежуточного водо-водяного теплообменника (рис. 16.3). При этом маслами может загрязняться только малый контур, так как давление воды, охлаждающей теплообменник, выше давления воды в малом контуре.
Рис.16.3. Схема включения маслоохладителей, исключающая
загрязнение нефтепродуктами всей системы охлаждения:
1 – маслоохладитель; 2 – промежуточный водо-водяной теплообменник; 3 – насос, осуществляющий циркуляцию в малом контуре маслоохладители; 6 – промежуточный теплообменник; 4 – основной циркуляциоонный насос
В заключение следует отметить, что на многих ТЭС продувочные воды системы охлаждения применяются частично. Их подают на химводоочистку, хотя при этом несколько возрастает расход реагентов, но зато используется тепло сбрасываемой воды, которая в этом случае отбирается непосредственно после конденсаторов. Кроме того, сокращается и сброс этих вод в природные водоемы.