16.6. Обмывочные воды
Системы гидрозолоудаления характерны для электростанций, работающих на твердых топливах. Особенностью ТЭС, сжигающих жидкое топливо, т. е. сернистые мазуты или нефть, является высокое содержание серы, ванадия и никеля в топливе. Так, сернистые мазуты от уфимских и сибирских нефтей содержат около 100 г ванадия, 10–15 г никеля и примерно 5 г других металлов в каждой тонне этого топлива.
На станции мощностью 4 000 МВт, которая выбрана нами в качестве примера, сжигается за 1 ч около 900 т мазута. При этом освобождается 90 кг ванадия, 15–20 кг никеля и около 5 кг других металлов. Большая часть этих веществ в виде различных окислов (V2О3, VO2, NiO, CuO и т. д.) выбрасывается в атмосферу с отходящими газами; от 5 до 15 % оседает в системе котла на различных поверхностях. Отлагающиеся в зоне низких температур соединения могут быть смыты водой, так как они состоят из растворимых сульфатов ванадия V(SO4)3, ванадила VOSO4, сульфатов никеля NiSO4 и железа FeSO4. Соли железа являются продуктом коррозии металлических поверхностей сернистыми соединениями, главным образом серной кислотой.
Технология обработки обмывочных вод с извлечением из них ванадия разработана ВТИ. Она заключается в частичной нейтрализации этой воды до рН ≈ 4. В этих условиях осаждается часть железа и практически весь ванадий. Осадок отделяется и направляется металлургам для выплавки феррованадия, а жидкость в другом резервуаре подвергается окончательной нейтрализации для полного осаждения железа и всех других примесей. Освобожденная от металлических соединений вода может быть возвращена для проведения следующих обмывок.
Предложены и другие технологические схемы переработки зольных отложений, образующихся в котлах, где топливом служит сернистый мазут. В настоящее время на таких ТЭС устанавливаются электрофильтры для улавливания и того ванадия, который уносится дымовыми газами. По некоторым зарубежным материалам можно судить, что этими электрофильтрами удастся уловить до 60–70 % всего освобождающегося при сжигании мазута ванадия. Даже только по крупным мазутным электростанциям Минэнерго эти 60–70 % дадут около 5 000 т ванадия в год. Это значение соизмеримо с мировой добычей ванадия, которая в 1970 г. составляла примерно 10 000 т/год (без России).
Физиологическое действие ванадия и его соединений весьма опасно. Соединения ванадия ядовиты. При попадании их в организм человека через желудочно-кишечный тракт или через легкие путем вдыхания пыли развиваются поражения дыхательных путей, нарушается деятельность почек, сердца и печени. Все это надо иметь в виду при работах по очистке поверхностей нагрева, загрязненных зольными отложениями, содержащими ванадий. Если пренебрегать средствами защиты, то могут возникнуть легочные кровотечения и нарушения работы внутренних органов, а при систематических отравлениях – опухолевые заболевания.
16.7. Нефтезагрязненные воды
Воды, загрязненные нефтепродуктами, т. е. мазутом и маслами, образуются на всех станциях независимо от вида применяемого топлива. На мазутных ТЭС количество этих вод обычно несколько больше за счет конденсатов, получающихся при разогреве мазута.
Необходимо отметить, что количество нефтезагрязненных вод и степень их загрязнения год от года уменьшаются вследствие более внимательного отношения персонала ТЭС к этому виду загрязнений. Так, на одной крупной ТЭС в конце 60-х годов была создана установка для очистки нефтезагрязненных вод производительностью 400 т/ч с расчетом на поступление загрязненных вод с содержанием до 100 мг/дм3 нефтепродуктов. Сейчас эта установка работает только с половинной нагрузкой, причем содержание нефтепродуктов в поступающей воде находится в пределах 10–15 мг/дм3, редко превышая 20 мг/дм3.
Всесоюзный теплотехнический институт (ВТИ) и Союзтехэнерго провели обследования эффективности удаления нефтепродуктов на промышленных установках, которые создавались из расчета высокой загрязненности стоков. Схема такой многоступенчатой установки показана на рис. 16.4.
Нефтезагрязненная вода собирается в бак-отстойник, являющийся также и усреднителем. В нем происходит всплывание части нефтепродуктов и оседание тяжелых фракций. Как всплывающие, так и оседающие загрязнения периодически удаляются. Далее к воде добавляются реагенты – сернокислый алюминий и щелочь, в результате чего образуется осадок А1(ОН)3, хорошо захватывающий нефтепродукты. В аппарате происходит насыщение воды воздухом под давлением до 6 кгс/см2. Насыщенная воздухом вода поступает во флотатор, в котором она «вскипает» вследствие выделения пузырьков воздуха. Пена, содержащая хлопья гидроокиси алюминия и нефтепродукты, удаляется с поверхности флотатора, а вода проходит механические и сорбционные угольные фильтры, на чем и заканчивается ее очистка. Для высокозагрязненных стоков эффективность работы элементов установки довольно высока. Так, в усреднителе остается до 30 % нефтепродуктов, если их содержание в поступающей воде было не ниже 100 мг/дм3. Флотатор при этих условиях снижает содержание нефтепродуктов еще на 30–40 %. Достаточно эффективно работают и последние элементы системы, т. е. механические и сорбционные фильтры.
Рис.16.4. Схема многоступенчатой установки для очистки нефтезагрязненных вод:
1 – сборник-усреднитель для удаления осевших и всплывших нефтепродуктов; 2 – эжектор для засасывания воздуха и насыщения им воды; 3 – дозирование реагентов – сернокислого алюминия и щелочи; 4 – флоратор; 5 – механический фильтр; 6 – сорбционный фильтр с активированным углем
Однако при достигнутом в настоящее время низком содержании нефтепродуктов в поступающей воде установка эта работает не полноценно. Фактически работают только механические и сорбционные фильтры. Остаточное содержание нефтепродуктов в очищенной воде около 1 мг/дм3, что значительно выше требований органов охраны водоемов – не выше 0,3 мг/дм3 для водоемов общего пользования и не выше 0,05 мг/дм3 для рыбохозяйственных водоемов. Очевидно, что такой технологией нельзя достигнуть требуемых результатов. Это тем более справедливо, что допустимые нормы содержания нефтепродуктов систематически пересматриваются обычно с их ужесточением.
Теплотехническим институтом было проведено обследование многих электростанций с целью выяснения, какой водой по содержанию нефтепродуктов фактически пользуются эти ТЭС. Оказалось, что многие ТЭС используют для охлаждения и химводоочисток воды, содержащие 3–5 и даже до 7 мг/дм3 нефтепродуктов. При этом на этих ТЭС не отмечены какие бы то ни было дефекты в работе оборудования, которые можно было бы отнести за счет влияния нефтепродуктов. Однако, самая упрощенная обработка нефтезагрязненных стоков, заключающаяся в их фильтровании через механический фильтр, уже позволяет снизить количество этих загрязнений до 4–6 мг/дм3. Можно сделать вывод, что сложная очистка нефтезагрязненных вод не нужна, тем более что она и не достигает цели, т. е. предельно допустимой концентрации, а требуется упрощенная «грубая» и дешевая очистка, после которой очищенные до 4–6 мг/дм3 воды должны возвращаться в систему электростанции, направляясь или в качестве добавки в систему охлаждения, или на химводоочистку. Таким путем решается задача использования нефтезагрязненных стоков и полностью прекращается их сброс в природные водоемы.
Следует заметить, что в системах оборотного охлаждения с градирнями возникают на насадках градирен живые организмы, существующие за счет окисления органических примесей циркулирующей воды. Эти организмы способны окислять также и нефтепродукты, так что сброс грубоочищенных вод в систему оборотного охлаждения не будет приводить к загрязнению нефтепродуктами этой системы.
Наиболее перспективным путем устранения влияния жидких стоков ТЭС, котельных на природные водоемы является coздание безвредных электростанций, котельных, совершенно не сбрасывающих загрязненные стоки в природные водоемы.
Для станций, работающих на твердых топливах, системы ГЗУ могут явиться приемником всевозможных стоков и в то же время источником водоснабжения электростанций.
Очевидно, что воды ГЗУ, используемые на нужды технического водоснабжения, должны проходить предварительную более или менее сложную очистку вплоть до дистилляции в отдельных случаях. Образующиеся при испарении этих вод соли или их концентрированные растворы можно было бы подавать вместе с топливом в топки паровых котлов, если будет установлена возможность образования сплавов с золой данного топлива. Необходимо, конечно, чтобы эти золосолевые сплавы не подвергались выщелачивающему действию воды в системах ГЗУ, так как в противном случае это мероприятие потеряет смысл.
Свести водные балансы на мазутных ТЭС можно будет уже без помощи такого мощного водоприемника, каким является система ГЗУ. По-видимому, на таких ТЭС необходимы будут установки для максимального концентрирования всех солевых стоков. Это может достигаться мембранными методами или применением испарителей. Не исключено использование электролитического разделения солей на кислотные и щелочные фракции, которые могли бы быть возвращены на ионитные водоочистки в качестве реагентов для регенерации катионита и анионита.
Контрольные вопросы
Перечислите сточные воды ТЭЦ и котельной, чем они отличаются?
Представьте схему очистки стоков.
Чем опасны теплые воды ТЭЦ, котельной для водоемов?
Сущность технологии очистки нефтезагрязненных вод.
Можно ли на современном уровне спроектировать бессточную ТЭС или котельную?