3579

фтора, ртути и др. Таким образом, использование воды в системах гидрозолоудаления должно быть по возможности бессточным. Возможно использование воды из оборотных систем гидрозолоудаления для производственных нужд при условии, что образующиеся при этом стоки возвращаются в систему или полностью используются с соблюдением экологических требований.

Сточные воды, загрязненные нефтепродуктами.

Источниками нефтепродуктов в стоках ТЭС являются мазутное хозяйство, маслосистемы турбин и подшипников различных механизмов (насосов, дымососов, вентиляторов, мельниц и др.), электротехническое оборудование, гаражи, оборудование вспомогательных служб. Загрязненные нефтепродуктами воды ТЭС содержат мазут, смазочные и изоляционные масла, керосин, бензин и пр.

Кроме того, нефтепродукты могут попадать в воду в результате аварий или при проведении ремонтных работ. Основной источник загрязнения – это мазутное хозяйство, при работе на газообразном или твердом топливе источником загрязнения нефтепродуктами станут охлаждающие воды масляного хозяйства станции. Так, например, концентрация мазута в охлаждающей воде сальников насосов достигает 5000 мг/кг и более. Несмотря на то, что объем данных вод незначителен в общем объеме энергопотребления, потребность в очистке и обустройстве локальных очистных сооружениях сохраняется.

Сброс недостаточно очищенных от нефтепродуктов сточных вод представляет особую опасность для водоемов. Легкие нефтепродукты образуют пленки на поверхности воды, ухудшая условия аэрации водоемов. Тяжелые нефтепродукты оседают на дне, губительно действуют на флору и фауну. Длительность распада нефтепродуктов в водоемах зависит от температуры воды, количества кислорода и может оказаться достаточно длительной, поскольку загрязнитель является слабо окисляющимся веществом. Так, например, в летнее

110

время пленка нефтепродуктов разлагается на 50 - 80% в течение 5 - 7 дней, при температуре ниже +10 °С процесс разложения идет более длительно, а при +4 °С разложения вообще не происходит.

Обмывочные воды регенеративных воздухоподогревателей и конвективных поверхностей нагрева котлов. В процессе эксплуатации на конвективных поверхностях нагрева котлов и в регенеративных воздухоподогревателях (РВП) при контакте с дымовыми газами образуются отложения, что приводит к росту сопротивления газового тракта котла и повышению температуры уходящих газов. В результате периодически возникает необходимость в очистке этих поверхностей.

Для удаления образовавшихся отложений часто используют промывку водой, при этом отложения растворяются в ней и делают ее очень токсичной. Особенно остро данная проблема стоит при работе ТЭС на твердом или жидком топливе. Загрязнение связано с образованием золы, а также наличием соединений серы, ванадия и никеля. Данное загрязнение не характерно для ТЭС, работающих на газе. Загрязнению подвержены также хвостовые части котлоагрегатов, особенно если температура газов снижается до точки росы и ниже. Это приводит к поглощению SО3 и SО2 из дымовых газов с образованием серной кислоты, что ведет к коррозии оборудования с образованием на поверхности сульфата железа.

Образующиеся при обмывке сточные воды содержат до 0,5 % серной кислоты и токсичные соединения ванадия, никеля, меди, фтор, мышьяк, механические примеси и др.

Сточные воды химических промывок и консервации оборудования. Данный вид загрязнения связан с предпусковыми промывками или при выводе оборудования из работы на длительную консервацию, например, на летний период. Промывку, как правило, проводят химическими растворами (аммиак, гидразин), в том числе кислотами

111

(соляной, серной, плавиковой) и растворителями. Обязательными являются предпусковые промывки для очистки вводимого в эксплуатацию оборудования. При сезонной консервации – расконсервации оборудования проводят эксплуатационные промывки. Технология промывок

исостав реагентов зависят от состава отложений, удаляемых с поверхности нагрева, и типа оборудования. Принимая во внимание, что обмывочные растворы имеют сложный состав, очистка таких вод представляет определенную трудность. Не рекомендуется применять органические очистители. Большую сложность для очистки представляют собой воды при консервации оборудования, поскольку оказываются загрязненными веществами, удаленными с поверхности оборудования, например, сульфаты и хлориды кальция, магния

инатрия, всевозможные токсичные соединения (соли железа, цинка, фторсодержащие соединения, гидразин), а также органические вещества (нитриты, сульфиды, аммонийные соли). Разрушение загрязнителей происходит под воздействием кислорода.

Вода, сбрасываемая в водоемы, независимо от объемов должна проходить очистку. Наибольшую угрозу в этих сточных водах представляют собой токсичные вещества и вещества, потребляющие кислород.

Таким образом, сточные воды должны проходить локальную очистку на станции и далее использоваться в оборотном цикле без сброса в окружающую среду.

Сточные воды водоподготовительных установок. При работе турбин и котлов на ТЭС мы с вами неизбежно сталкиваемся с потерями воды в основном эксплуатационном цикле станции. Это потери рабочего тела через неплотности оборудования (пар, вода), потери воды от продувки котлов, потери невозвращаемого конденсата от потребителя, утечки в тепловых сетях и пр. В данном случае мы говорим о воде, характеристики которой должны строго удовлетворять требованиям для оборудования, иными словами о химически

112

очищенной воде. Такие потери воды, как правило, составляют от 2 до 5% расхода пара на турбину. Для подготовки воды используются специальные водоподготовительные установки, позволяющие снизить содержание кислорода в воде, понизить жесткость, убрать вредные для энергооборудования соединения.

Подготовка воды требуемого качества осуществляется в несколько этапов.

1.Происходит осветление воды с одновременной коагуляцией для удаления органических соединений. При высоких показателях жесткости и щелочности одновременно проводят известкование. Осветление воды проводят в осветлителях со взвешенным слоем осадка. Учитывая, что при данном способе очистки на выходе может иметь место загрязнение хлопьями осадка, доочистку производят в зернистых фильтрах. В качестве фильтроматериала применяют циолит, кварцевый песок или антрацит [8].

2.При известковании возможно образование шлама, который удаляется непрерывной или периодической продувкой. В дальнейшем осадок поступает в шламонакопитель, где происходит отделение осадка и чистой воды. Вода в дальнейшем направляется в осветлители. Шлам уплотняется, а в дальнейшем утилизируется. В зависимости от размеров шламосборника и расхода продувочных вод определяется периодичность утилизации. Для современных установок такая периодичность может составлять 5 и более лет.

3.Для безаварийной работы котлов и теплосетей осветленную воду в дальнейшем подвергают Na-катионитному умягчению, в процессе которого основная часть ионов Са и Mg заменяется на ионы Na, а анионный состав воды остается без изменения. Для умягчения применяют Na-катионирование, Н-катионирование. Катионирование осуществляется с помощью зернистых фильтров, засыпанных специальным составом. В ходе работы фильтров качество обработанной

113

воды начинает ухудшаться, и после достижения заданного уровня фильтры отключаются для регенерации. Истощенный фильтр вначале взрыхляют, в результате чего образуются сточные воды, содержащие взвесь, отфильтрованную в процессе работы фильтра, а также продукты разрушения ионообменного материала.

При этом сами водоподготовительные установки периодически подвергаются регенерации. Источником загрязнения в данном случае выступают регенерационные воды.

Регенерацию Na – катионитных фильтров осуществляют раствором хлорида натрия (соли), а Н – катионитных фильтров

– раствором серной кислоты. После регенерации в отработанной воде мы имеем в составе помимо соли или кислоты, повышенное содержание кальция и магния, отданных в процессе регенерации. Сточные воды при этом имеют высокую степень минерализации. Кроме того, сточные воды имеют определенное количество твердых веществ, что связано с осаждением части твердых частиц в исходной воде, в том числе за счет коагуляции и незначительным уносом активного вещества системы водоподготовки.

Сточные воды, образующиеся в процессе регенерации и отмывки водоподготовителных систем, как правило, разбавляют маломинерализованной водой до ПДК и сбрасывают в водоемы.

3.3. Системы оборотного водоснабжения

Для сокращения водопотребления требуется повторное использование сточных вод при работе ТЭС или АЭС. Речь разумеется идет о техническом водоснабжении. Для повторного использования таких вод требуется меньшая глубина очистки по сравнению с той, если бы мы собирались сбросить воду в водоем. Таким образом, налицо экономия чистой воды, снижение затрат на очистку, экологическая

114

безопасность прилегающих территорий. Это достигается применением оборотных систем водоснабжения, а также выделением из сточных вод загрязнителей с последующим использованием очищенной воды.

Схемы очистных сооружений индивидуальны и зависят от многих факторов: ТЭС или АЭС, вида топлива, схемы охлаждения энергетического оборудования, технологии водоподготовки, наличия природных источников водоснабжения, климатических условий и пр. Все это подкрепляется соответствующим технико-экономическим обоснованием и оценкой экологических последствий. Система водоснабжения ТЭС должна обеспечивать максимальное повторное использование сточных вод взамен природной воды.

Тем не менее, сбросные воды неизбежны. Поэтому нормированию для ТЭС и АЭС подлежат следующие воды охлаждения для прудов-охладителей, продувочные воды, сточные воды систем водоподготовки, сбросные воды гидрозолоудаления, а также дождевые и талые воды при отведении последних в водный объект.

При смешивании в водовыпуске сточных вод различной категории нормируется общий предельно-допустимый сброс с учетом всех составляющих. Перечень нормируемых и контролируемых показателей приведен в табл. 5.

Если в середине 20 века 50 % ТЭС работало на прямоточной системе водоснабжения, то в настоящее время более 80 % ТЭС и АЭС работают с оборотными системами водоснабжения. Это положительно сказывается на экологической безопасности окружающей среды. Для сокращения потребления воды используют градирни с каплеуловителями, а также повторное использование сточных вод в технологическом процессе.

115

Таблица 5 Нормируемые и контролируемые показатели сбросных вод

* Контролируются в зависимости от применяемого реагента.

Существенного снижения расхода воды на охлаждение можно добиться применением воздушно-конденсационных градирен.

Для маловодных и безводных районов может оказаться целесообразным применение воздушно-конденсационных установок Геллера (рис. 59). Такая установка включает в себя конденсатор смешивающего типа, циркуляционный насос и радиаторно-охладительную башню (РОБ).

Радиаторно-охладительная башня («сухая градирня») состоит из корпуса, выполненного аналогично корпусу градирни, в нижней части которого установлены алюминиевые радиаторы.

Вода циркуляционными насосами прокачивается через радиаторы, в которых охлаждается потоками воздуха, поступающими в вытяжную башню.

Воздух через РОБ движется под действием естественной тяги. Для снижения площади поверхности теплообмена радиаторы выполняют оребренными. Существенное влияние на интенсивность теплообмена оказывает скорость воздуха,

116

которая в данном случае зависит от высоты башни. По этой причине высота РОБ может достигать 150 м и более.

Рис. 59. Схема оборотного водоснабжения с воздушноконденсационной установкой Геллера: 1 – паровая турбина; 2 – форсунки конденсатора; 3 – смешивающий конденсатор; 4 – циркуляционный насос; 5 – охлаждающие колонны; 6 – трубопровод нагретой воды; 7 – вытяжная башня;

8 – трубопровод охлажденной воды; 9 – гидротурбина; 10 – конденсатный насос; 11 – генератор

Таким образом, системы с установками Геллера позволяют строить и эксплуатировать ТЭС и АЭС в безводных районах, так как в этом случае не требуется мощных водных источников для организации технического водоснабжения станции.

При повторном использовании сточных вод в технологическом процессе, солевой состав таких вод должен быть близок к составу оборотной воды. Принципиально важным в техническом водоснабжении ТЭС и АЭС является минимальное отложение минеральных и биологических веществ (организмов) на элементах теплообменной

117

аппаратуры и трубопроводах, что приводит к снижению требуемых эксплуатационных характеристик последних. Чтобы техническая вода соответствовала данным требованиям, используют следующие способы ее обработки. Это изменение концентрации примесей в воде, которые ведут к коррозии металла и появлению отложений. Среди наиболее распространенных можно выделить подкисление и известкование, применение ингибиторов накипеобразования и коррозии (гексаметафосфата натрия, тринатрийфосфата), обработка хлором и медным купоросом (биологическая обработка), магнитная обработка воды, обработка ультрафиолетовыми лучами и др.

3.4. Методы очистки сточных вод ТЭС

Очистка и утилизация сточных вод, загрязненных нефтепродуктами. Для очистки сточных вод, загрязненных нефтепродуктами используют нефтеловушки. Пример такого устройства приведен на рисунке 60.

Очистка от нефтепродуктов достигается отстаиванием загрязнённых сточных вод в нефтеловушке. Учитывая, что техническая вода и нефтепродукты имеют разную плотность, более легкий мазут и масла всплывают на поверхность, откуда потом периодически удаляются. Из нижней части установки удаляется очищенная вода. Оптимальным является поддержание температуры воды в диапазоне от 40 до 60 ○С. К недостаткам подобного устройства стоит отнести большие габариты и низкую скорость очистки. Тем не менее, эффективность работы подобных устройств достаточно высока и составляет свыше 95 %. Для повышения эффективности, применяют очистку из нескольких ступеней, а также флотационных камер. После первичного отстаивания концентрация нефтепродуктов составляет диапазон от 35 до 40 мг/кг, а после очистки в последующих ступенях снижается до диапазона от 10до 15 мг/кг.

Кроме этого последующая очистка от нефтепродуктов может производиться с помощью гидроциклонов, а также

118

фильтров. Применение подобного рода устройств приводит к снижению габаритно-массовых характеристик. При использовании фильтров необходимым является наличие системы регенерации. Регенерация осуществляется паром с температурой от 150 до 160 °С с одновременной подачей сжатого воздуха в течение времени от 20 до 30 минут. При этом сточные воды регенерации подвергают частичному обезвоживанию и направляют для сжигания. В качестве активного вещества нефтяного фильтра применяю активированный уголь, угольную пыль, перлит, пластмассы и полимеры.

Полученный в ходе очистки нефтяной осадок также направляют для сжигания вместе с основным топливом или используют для вспомогательных производств.

Несмотря на наличие эффективных систем нефтеочистки первоочередным является разработка мероприятий по предотвращению попадания нефтепродуктов в сточные воды ТЭС.

Это достигается использованием маслоплотного оборудования, применением густых смазок, установки защитных устройств и приспособлений на нефтемаслоиспользующем оборудовании (устройство поддонов и защитных кожухов, специальных маслосборников при проведении ремонтных работ), предотвращение фильтрации мазута в грунт из резервуаров и сливных лотков. Для обеспечения работы подобного рода устройств целесообразно применение локальных очистных сооружений и локальной системы оборотного водоснабжения, отделенной от основной.

Так, например, в систему отведения сточных вод, загрязненных нефтепродуктами, направляют воды охлаждения подшипников и уплотнений сальников насосов, дренажные воды полов главного корпуса и вспомогательных помещений, которые могут содержать нефтепродукты, сливы от сети аварийных маслостоков, дождевые и талые воды от открытых складов масла, мазута, дизельного топлива и других

119