Экология энергетики

1.11. СТОЧНЫЕ ВОДЫ ТЭС 1.11.1. Общие сведения

Наиболее рациональным направлением в решении проблемы охраны водоемов от загрязнения производственными сточными водами является создание замкнутых систем водопользования без сброса сточных вод в естественные водоемы. Свежая вода должна использоваться только для восполнения безвозвратных потерь.

ТЭС по объему сбросов вредных примесей не относятся к числу предприятий, наиболее загрязняющих водоемы, однако при отсутствии надлежащих мер по охране водоемов сбросы ТЭС могут привести к неблагоприятным последствиям.

К сточным водам ТЭС следует отнести: сточные воды ВПУ;

воды, контактирующие с нефтепродуктами и загрязненные ими; продувочные воды замкнутых технологических контуров, в которых

происходит процесс накапливания примесей в результате выпаривания или контакта с более минерализованными средами (продувка градирен, замкнутых систем ГЗУ);

сбросные воды систем ГЗУ; отработанные растворы реагентов, используемых для очистки внутренних и

наружных поверхностей нагрева теплосилового оборудования: воды после консервации оборудования; ливневые стоки с территории ТЭС-

Основные требования, предъявляемые в настоящее время к системам водопользования ТЭС:

получение воды высокого качества, соответствующей нормам ВХР; сокращение или исключение солевых сбросов в водоемы; снижение себестоимости получаемой воды, в том числе и за счет

уменьшения затрат на обработку стоков.

1.11.2. Основные положения по проектированию систем сточных вод

Выбор метода и схемы обработки сточных вод ТЭС производится в зависимости от конкретных условий проектируемой электростанции: мощности устанавливаемого основного оборудования, режима работы, вида топлива, способа золошлакоудаления, системы охлаждения, схемы водоподготовки, местных климатических, гидрогеологических и прочих факторов. Сооружения по обработке и очистке производственных сточных вод ТЭС надлежит компоновать в одном блоке и кооперировать их со схемой ВПУ. При этом необходимо рассматривать:

возможность уменьшения количества загрязненных сточных вод путем применения в технологическом процессе ТЭС совершенного оборудования и рациональных схемных решений;

251

применение частично или полностью оборотных систем водопользования, повторного использования вод, отработанных в одном технологическом процессе, на других установках;

исключение сброса в водоемы незагрязненных сточных вод с использованием их на восполнение потерь в оборотных системах водоснабжения;

возможность и целесообразность получения и использования на собственные нужды ТЭС или народного хозяйства ценных веществ, содержащихся в сточных водах;

возможность предельного сокращения или полного исключения сброса сточных вод в водоемы, с использованием на собственные нужды ТЭС отработанных сточных вод.

1.11.3. Характеристики сточных вод ТЭС и методы их очистки Сточные воды систем охлаждения

Сточные воды систем охлаждения - это воды, сбрасываемые после конденсаторов турбин, газоохладителей, воздухоохладителей, маслоохладителей и других теплообменных аппаратов, где они только нагреваются, но не загрязняются механическими или химическими примесями.

Однако тепловое загрязнение также представляет определенную опасность для водоемов, в связи с чем, сброс нагретой на электростанции воды должен осуществляться на основании общих требований 'Правил охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами".

Расчетные обоснования выполняются исходя из следующего: среднемесячная температура воды в расчетном створе водоема хо-

зяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования летом после сброса нагретой воды не должна повышаться более чем на 3°С по сравнению с естественной среднемесячной температурой воды на поверхности водоема. Для рыбохозяйственных водоемов температура воды в расчетном створе не должна повышаться более чем на 5°С по сравнению с естественной в месте водопуска.

Для обеспечения требуемого уровня температур воды в водоемах рекомендуется применять:

глубинные водозаборы и поверхностные водовыпуски, позволяющие снизить температуру забираемой и сбросной воды в сравнении с поверхностной температурой водоема

брызгальные установки над акваторией отводящих каналов из водоемов, служащие для предварительного охлаждения и аэрации воды перед сбросом в водоемы общего пользования;

многократность охлаждения в конденсаторах турбин в зимний период. При использовании в качестве водоемов-охладителей наливных во-

дохранилищ, озер и водоемов, не имеющих хозяйственного или культурно-

252

бытового значения, термический режим определяется оптимальными условиями эксплуатации ТЭС.

Для обеспечения максимального технически возможного вакуума в конденсаторах турбин и предотвращения загрязнения теплообменных поверхностей в прямоточных и оборотных с водохранилищами системах охлаждения следует применять механическую очистку воды. Предотвращение слизистых (в том числе биологических) отложений на трубках конденсатора рекомендуется осуществлять путем непрерывной очистки резиновыми шариками или хлорирования.

В оборотных системах охлаждения с градирнями и брызгальными бассейнами в качестве мероприятий по предотвращению накипи на трубках конденсаторов рекомендуется применять продувку, подкисление, фосфатирование, совместное подкисление и фосфатирование, а также безреагентные способы обработки воды (магнитную ультразвуковую и т.д.).

Воды продувки оборотных систем охлаждения с градирнями и брызгальными бассейнами следует в максимальной мере использовать для питания водоподготовки, подпитки систем ГЗУ, полива территории, внутристанционных и хозяйственных нужд. Избыточные продувочные воды сбрасываются в водные объекты с концентрациями загрязняющих веществ в пределах, допустимых "Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами".

Сточные воды систем ГЗУ

Системы гидрозолошлакоудаления (ГЗУ) предусмотрены для ТЭС, работающих на твердом топливе. Водоснабжение таких систем ГЗУ проектируется, как правило, по оборотной схеме, с повторным использованием воды для гидротранспорта золы и шлака. Водоснабжение ГЗУ по прямоточной схеме может применяться только в исключительных случаях.

При проектировании оборотной системы ГЗУ составляется водный баланс, который должен быть дефицитным или нулевым, для чего следует предусматривать:

перехват и отведение в обход золоотвала поверхностного стока с его водосборной площадки;

применение устройств для увеличения потерь воды на испарение в золоотвале (рассредоточенный выпуск пульпы на золошлаковые пляжи, орошение пляжей осветленной водой и др.).

Необходимость продувки оборотной системы ГЗУ определяется расчетами, на основании которых определяются минимальные размеры продувки, необходимой для обеспечения концентрации сульфатов на уровне, безопасном с точки зрения образования отложений.

Для систем с мокрыми золоуловителями

253

где Qopв - расход воды на орошение мокрых золоуловителей, м3/ч; - общая щелочность орошающей воды, мг-экв/л;

SПР - содержание серы в топливе, приведенное к 1000 ккал/кг низшей теплотворной способности, ккал/кг;3 и шл - количество золы и шлака, поступающих на золоотвал, т/ч;

Qф - количество воды, теряемое из системы в результате фильтрации, м3/ч SO3золы – содержание сульфатов в золе, %;

SO42- д.в. - содержание сульфатов в воде, добавляемой в систему ГЗУ, мг-

экв/л;

Qд.в - количество воды, добавляемой в систему ГЗУ, м3/ч; е - основание натуральных логарифмов;

- время пребывания осветленной воды в бассейне золошлакоотвала, ч.

Если величина qnp окажется менее 0,5% расхода воды в системе, от организации продувки можно отказаться.

Пополнение системы возможно загрязненными производственными водами ТЭС.

При оборотной системе ГЗУ орошение мокрых золоуловителей должно осуществляться осветленной водой с рН ≤ 10,5, содержащей менее 36 мгэкв/л сульфатов. Если осветленная вода не отвечает этим условиям, необходимо предусмотреть устройство для обработки осветленной воды, подаваемой на орошение мокрых золоуловителей.

При проектировании золошлакоотвалов должна быть предусмотрена защита поверхностных и подземных вод от загрязнения.

Сточные воды химических цехов ТЭС

Сточные воды водоподготовительных (ВПУ) и кондесатоочистительных (КОУ) установок состоят из пресных, зашламленных, засоленных и щелочных вод, качественный и количественный состав которых определяется конкретными схемами ВПУ и КОУ, качеством исходной воды, расходами реагентов и другими факторами.

На ТЭС в настоящее время для подготовки добавочной воды котлов используют преимущественно метод химического обессоливания с предварительной обработкой воды в осветлителе, включающей коагуляцию или

254

известкование с коагуляцией. Для подпитки теплосети чаще всего используют умягчение воды после предочистки на Nа-катионитных фильтрах.

При таком способе обработки сточные воды ВПУ содержат следующие химические вещества на различных стадиях обработки.

Осветлитель - продувочная вода содержит шлам, в состав которого входят соединения CaC03, Mg(OH)2, Fe(OH)3, Al(OH)3, Al2O3, SiQ2, CaSO4, MgO,

органические вещества.

Осветлительные (механические) фильтры - промывочная вода может содержать те же вещества, что и продувочная. Регенерационные воды ионитных фильтров содержат следующие вещества:

Н-катионитные фильтры 1-й и II-й ступеней - CaSO4, MgSO4, Na2SO4, H2SO4 , взвешенные вещества;

анионитные фильтры 1-й ступени - NaCl, Na2SO4 , NaNO3 , NaOH; анионитные фильтры II-й ступени - Na2SiO3, NaHCО3 , NaCl, Na2SO4,

NaNO3 , NaOH;

Na -катионитные фильтры - CaCl2, МgCl2, NaCl, взвешенные вещества.

В сбросных водах конденсатоочисток могут присутствовать оксиды металлов, соли натрия, кальция, магния, нефтепродукты.

При выборе способа обработки засоленных, кислых или щелочных вод после регенерации ионитных фильтров следует учитывать резкие колебания концентраций растворенных веществ в этих водах: максимальные концентрации в первых 10-20% общего объема сбрасываемой воды (собственно отработанные растворы) и минимальные концентрации В последних 60-80% (отмывочныеводы).

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

Отмывочные воды с небольшой концентрацией растворимых веществ сравнительно легко могут быть нейтрализованы (взаимно), окислены либо использованы для предварительного взрыхления стоя ионита при следующей регенерации.

Кроме того, следует учитывать, что не менее 50% всех сбросных вод ВПУ, в том числе все сточные воды предочисток всех типов, включая сбросные воды после взрыхления ионитиых 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 лучше, чем предочищенная и тем более исходная вода, и поэтому могут быть без дополнительной обработки реагентами возвращены в осветлители или, что еще лучше, на осветлительные, Н- или Nа-катионигные фильтры.

С целью дальнейшего сокращения сточных вод ВПУ необходимо предусматривать осуществление следующих мероприятий:

противоточное и ступенчато-противоточное ионирование;

255

парная регенерация одноименных фильтров; применения двухпоточно-противоточных фильтров;

сбор регенерационных вод в специальных баках с целью их повторного использования;

частичное обессоливание воды мембранными методами (обратный осмос, электродиализ);

применение термического обессоливания в испарителях; применение электродиализа для получения кислот и щелочей из

регенерационных вод; применение электрокоагуляции.

Сточные воды, загрязненные нефтепродуктами

Основные источники загрязнения сточных вод маслами:

в главном корпусе ТЭС – маслосистемы турбин, генераторов, возбудителей, питательных насосов, мельниц, дымососов, вентиляторов, маслоочистные установки, сливы уплотнения сальников насосов и т.д.;

во вспомогательных помещениях - сливы уплотнения сальников насосов, вентиляторов, дренажи полов помещений, где могут быть утечки и проливы масла;

на площадках установки трансформаторов, масляных выключателейаварийные маслотоки и дренажи с маслонаполненными кабелями;

на маслохозяйстве - дренажи полов маслонасосной, дождевые и талые воды с площади открытого склада масла;

гаражи и места стоянок автотранспорта и прочих транспортных средств. Основные источники загрязнения сточных вод мазутом:

сливы от уплотнения сальников мазутных насосов и от пробоотборников контроля конденсата;

дренажные воды полов мазутонасосной, каналов мазутопроводов; конденсат от подогревателей мазута и от сливных лотков; дождевые и талые воды от сливного устройства, обвалованной территории

склада мазута и территории мазутного хозяйства; промывочные воды фильтров конденсатоочистки мазутного хозяйства.

Количество и степень загрязнения стоков зависят от мощности ТЭС, технического состояния оборудования, вида топлива и технического уровня эксплуатации. Содержание нефтепродуктов в сточных водах в среднем составляет примерно 10...20 мг/л, при этом некоторые потоки имеют загрязнения 1...3 мг/л, а в некоторых - содержание нефтепродуктов периодически может составлять 100-500 мг/л и даже более.

Нефтепродукты отрицательно влияют на флору и фауну водоема. Окисление их в воде протекает очень медленно, что ведет к накоплению их в водоемах.

По этой причине уже на стадии проектирования ТЭС, кроме специальных схем по очистке сточных вод от нефтепродуктов, необходимо

256

предусматривать мероприятия по уменьшению загрязнения ими сточных вод. Для этой цели в проекте должно быть предусмотрено:

применение специальных приспособлений, исключающих разбрызгивание и пролив мазута при сливе из цистерн;

изготовление на сливном устройстве отбортовки на расстоянии 5 м от оси железнодорожного пути и поперечных уклонов в сторону сливных лотков;

исключение попадания мазута в конденсат подогревателей, для чего желательно использование цистерн с паровыми рубашками;

подача обводненного мазута для сжигания в котлах без отделения содержащейся в нем воды и т.д.

Для предотвращения попадания масел в воду необходимо: выделение охлаждения маслоохладителей в отдельный контур; применение вместо кожухотрубных маслоохладителей пластинчатых;

использование для изготовления трубок маслоохладителей коррозионностойких материалов;

применение герметичных покрытий на вальцовочные соединения трубок маслоохладителя с трубными досками;

установка специальных емкостей для сбора загрязненного и отработанного масла и т.д.

Для сбора и последующего удаления сточных вод, загрязненных нефтепродуктами, необходимо предусматривать самостоятельную систему.

Так как концентрация нефтепродуктов в сточных водах колеблется в широких пределах, сбрасывать их в водоемы без предварительной очистки недопустимо.

Вопрос о схемах очистки сточных вод от нефтепродуктов решается в каждом конкретном случае отдельно.

На электростанциях, работающих на твердом топливе, эти воды, как правило, без очистки должны повторно использоваться на нужды гидрозолошлакоудаления.

Электростанции, работающие на жидком топливе и газе, должны в обязательном порядке предусматривать очистку сточных вод, загрязненных нефтепродуктами.

Обычно проектом предусматривается следующая схема: приемный резервуар, нефтеловушка, механические фильтры. Установка фильтров с активированным углем после механических должна быть обоснована.

Емкость приемного резервуара выбирается из расчета двухчасового притока расчетного расхода сточных вод и промывочных вод фильтров очистных сооружений. Остаточное содержание нефтепродуктов после приемных резервуаров - 80...70 мг/л, после нефтеловушек - 20...30 мг/л. Нефтепродукты, уловленные в приемных резервуарах и нефтеловушках, подаются в расходные емкости мазутного хозяйства для сжигания в котлах.

Механические фильтры должны проектироваться с двухслойной загрузкой кварцевым песком и дробленым антрацитом (коксом). Скорость фильтрования - 7 м/ч. Остаточное содержание нефтепродуктов после таких фильтров – 5…10мг/л.

257

Скорость фильтрования в фильтрах с активированным углем принимается также 7 м/ч, остаточное содержание нефтепродуктов в очищенных водах - до 1 мг/л. Активированные угли являются дефицитным и дорогостоящим материалом. В настоящее время выявлена возможность применения для этих целей полукокса, который по механической прочности не уступает сорбентам.

Промывка механических и угольных фильтров предусматривается горячей водой температурой 80...90°С, скорость промывки - 15 м/ч.

Вода, прошедшая очистку, должна повторно использоваться на нужды ТЭС: на подпитку оборотной системы технического водоснабжения, а также на ВПУ (для подпитки теплосетей или подается на осветлители).

Для ТЭС, на ВПУ которых используется обработка воды известью и коагулянтом FeSO4, интересным техническим решением является использование шлама осветлителей ВПУ для очистки сточных вод от нефтепродуктов, что позволяет уменьшить их концентрацию с нескольких сотен мг/л до 5... 15 мг/л (рис. 11.1).

Рис. 11.1 - Схема очистки нефтесодержаших сточных вод: 1 - бакнакопитель; 2 - бак-усреднитель; 3 – отстойник - нефтеловушка; 4 - механический фильтр

Жидкий шлам из бака-накопителя 1 вводится непосредственно в трубопровод нефтесодержащих стоков после бака - усреднителя 2. Шлам, насыщенный нефтепродуктами, удаляется в отвал из отстойника-нефтеловушки 3. Очищенная вода - либо из отстойника 3, либо, при необходимости, после механического фильтра 4 - подается на предочистку ХВО.

Применение такой схемы возможно для очистки сточных вод в широком интервале содержания в них масел и мазута, и эффективность очистки достигает 62...98 %.

Обмывочные воды

При сжигании на электростанциях мазутов на хвостовых поверхностях нагрева котла, главным образом в системе регенеративных возду-

258

хоподогревателей (РВП), а также на стенках газохода оседают зольные элементы разнообразного состава. Обмывочные воды этих поверхностей имеют высокую кислотность и повышенное содержание токсичных веществ (ванадия, никеля, меди и др.). По санитарным нормам предельно допустимая концентрация в природной воде ванадия, никеля, меди составляет 0,1 мг/л для каждого их этих элементов: при совместном их присутствии ПДК составляет 0,1 мг/л суммарно. Сброс этой группы вод в водоемы без нейтрализации и обезвреживания токсичных веществ недопустим.

При проектировании узла нейтрализации и обезвреживания этих вод исходят из следующих условий.

1). Для обмывки РВП принимают:

количество обмывочной воды 5 м3 на 1 м2 сечения ротора;

продолжительность обмывки – 1час; периодичность

2) Для обмывки конвективных поверхностей нагрева котлоагрегата принимают:

расход воды на обмывку котла паропроизводительностью 320 т/ч и более

- 300 м3.

продолжительность обмывки - 2 часа; периодичность обмывки - 1 раз в год, перед ремонтом.

3) Для обмывки пиковых водогрейных котлов принимают: расход воды на обмывку котлов ПТВМ-50 - 15 м3; КВГМ-100. ПТВМ-100 - 20 м3; КВГМ-180, ПТВМ-180 - 25 м3;

продолжительность обмывки - 30 мин; средняя периодичность обмывки - каждые 15 суток работы.

Средний состав обмывочных вод принимается по табл. 11.2. Таблица 11.2

259

Среди этих элементов по своей токсичности (и одновременно ценности) особенно выделяется ванадий. Физиологическое действие ванадия и его соединений весьма опасно. 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.

При проектировании узла нейтрализации и обезвреживания обмывочных вод необходимо, как правило, предусматривать осаждение ванадийсодержащего шлама, удовлетворяющего требованиям металлургических заводов. Этой цели наиболее соответствует двухстадийная нейтрализация обмывочных вод (рис. 11.2):

Рис. 11.2 - Схема извлечения ванадия и нейтрализации обмывочных вод: 1 - обмывочные воды: 2 - бак для усреднения состава и отделения механических примесей; Э - реактор ванадийсодержащего шлама: 4 - фильтр-пресс; 5 - отстойник; 6 - механический фильтр; 7 - очищенная вода

260