3.2. Селективное некаталитическое восстановление

Процесс селективного некаталитического восстановления осуществляется подачей реагента–восстановителя (чаще всего это аммиак) в дымовые газы, движущиеся в газоходах котла:

4NO + 4NH₃ + O₂ = 4N₂ + 6 H₂O. (18)

На процесс восстановления влияют следующие параметры: степень перемешивания NH₃ с дымовыми газами, соотношение NH₃/NOx, температура. Процесс рекомендуется проводить в области температур 8001000 С.. При применении в качестве восстановителя водорода или метана оптимальная температура снижается. Так, при соотношении H₂/NOx=2 оптимальная температура составляет 697С.

В Японии на энергоблоке мощностью 180 МВт , работающем на мазуте, при мольном соотношении NH₃/NOx=4 достигнута степень очистки газа 60%. На блоке 375 МВт, работающем на мазуте, при соотношении NH₃/NOx=1,5 достигнута степень очистки 3545% . При этом содержание аммиака в очищенном газе составляла 1323 мг/м³. При соотношении NH₃/NOx=0,3–0,5 и при начальной концентрации NOx равной 400 мг/м³, степень очистки составляла всего лишь 1020%. В России также есть опыт применения этого метода, при этом степень очистки менялась в широких пределах: от 15% до75% в зависимости от соотношения NH₃/NOx. Наилучший результат получен при стехиометрическом соотношении NH₃/NOx. Таким образом, метод некаталитического восстановления может быть применен лишь в отдельных случаях.

3.3. Применение ускоренных электронов

Разработка процесса одновременной очистки дымовых газов от оксидов азота и серы с помощью ускоренных электронов была начата в 1970 г. в Японии ( фирма "Эбара"). Позже подобные работы были начаты в США, Германии и России. Физико-химическая сущность метода заключается в том, что ускоренные электроны "бомбардируют" молекулы газа и инициируют возникновение химически активных частиц (атомарный кислород, радикалы OH, HO₂ и др.), взаимодействующих с оксидами азота и серы и образующих в присутствии паров воды азотную и серную кислоты, а также частично восстанавливающих оксиды азота до N₂. Нейтрализацией этих кислот вводимыми химическими реагентами можно получить химические удобрения и другие вещества, хорошо улавливаемые в фильтрах.

Электронно-лучевой метод характеризуется следующими показателями: высокой степенью одновременной очистки газов от оксидов серы (до 95%) и азота (85%); низкими энергозатратами на очистку (до 4% мощности энергоблока); возможностью использования продуктов очистки в народном хозяйстве, т.е. безотходностью; умеренными капитальными затратами и окупаемостью эксплуатационных затрат за счет реализации продукта. Все это характеризует метод как один из перспективных и универсальных. К недостаткам метода следует отнести необходимость сооружения устройств радиационной защиты персонала от воздействия гамма излучения.

В настоящее время на Черепетской ГРЭС ЭНИН^ом им. Г.М. Кржижановского смонтирована опытная электронно-лучевая установка [16] производительностью 10000 м³/ч. Установка предназначена для исследования и отработки в условиях промышленной эксплуатации технологического процесса очистки от оксидов азота и серы продуктов сгорания углей основных месторождений: Экибастузского, Донецкого АШ, Кузнецкого, Карагандинского. Однако ввод установки в эксплуатацию отложен из-за финансовых трудностей. ЭНИН им. Г.М. Кржижановского разработал также проект опытно-промышленной электронно-лучевой установки производительностью до 100000 м³/ч для Каменец-Подольской ТЭЦ, сжигающей мазут ВС и природный газ. Несмотря на ряд преимуществ электронно-лучевой метод в силу ряда причин не получил пока широкого применения в энергетике. Этот же вывод можно сделать и в отношении ряда абсорбционных, адсорбционных и других известных методов очистки дымовых газов от оксидов азота.

Контрольные вопросы

1. В чем выражается отрицательное влияние оксидов азота на организм человека?

2. В чем выражается отрицательное влияние оксидов азота на биосферу?

3. Перечислите основные механизмы образования оксидов азота.

4. Назовите основные факторы, влияющие на скорость химической реакции образования оксидов азота при сжигании топлив.

5. В чем состоит физико-химический смысл применения режимно - технологических мероприятий подавления образования оксидов азота в топках котлов?

6. Что такое рециркуляция дымовых газов, и какие схемы рециркуляции дымовых газов применяются на котлах ТЭС?

7. В чем преимущества и недостатки рециркуляции дымовых газов как метода подавления образования оксидов азота?

8. Какова эффективность рециркуляции дымовых газов по снижению образования оксидов азота в топках мощных энергетических котлов?

9. Что такое ступенчатое сжигание топлива?

10. Равнозначны ли термины ступенчатое сжигание и нестехиометрическое сжигание топлива?

11. Какие схемы ступенчатого сжигания применяются на мощных энергетических котлах?

12. Какова сравнительная эффективность рециркуляции дымовых газов и ступенчатого сжигания как методов снижения оксидов азота?

13. Какие сочетания режимно-технологических методов подавления образования оксидов азота применяются на котлах ТЭС?

14. Какие цели преследуются при подаче добавочной влаги в зону горения?

15. Какие задачи решаются при проведении комплекса режимно-технологических мероприятий по снижению выбросов оксидов азота с дымовыми газами котлов ТЭС?

16. В чем состоят основные преимущества и недостатки селективного каталитического восстановления оксидов азота?

17. Основные требования, предъявляемые к катализаторам систем DENOX.

18. Как осуществляется процесс селективного некаталитического восстановления оксидов азота?

19. Основные особенности применения режимно-технологических мероприятий по подавлению оксидов азота при сжигании углей?

20. Какой метод, позволяющий одновременно очищать дымовые газы от оксидов азота и серы вы знаете?

21. Перечислите недостатки метода ускорения электронов по снижению выбросов вредных веществ с дымовыми газами котлов ТЭС?

ЛИТЕРАТУРА

1. Котлер В.Р. Оксиды азота в дымовых газах котлов. М.: Энергоиздат, 1987. -141 с.

2. Рихтер Л.А., Волков Э.П., Кормилицын В.И. Экспериментальное исследование содержания оксидов азота в дымовых газах ТЭС //Электрические станции, 1978. № 1. с.17-18.

3. Одум Ю. Экология. М.: Мир, 1986. 704 с.

4. Зельдович Я.Б., Садовников П.Я., Франк-Каменецкий Д.А. Окисление азота при горении. М.-Л.: Издательство АН СССР, 1947. -147 с.

5. Fenimore C.P. Formation of nitric oxide in premixed hydrocarbon flames. 13 International Symposium on Combustion Pittsburg. 1971. p.374-384.

6. Росляков П.В., Егорова Л.Е. Влияние основных характеристик зоны активного горения на выход оксидов азота.// Теплоэнергетика. 1996. № 9. с.22-26.

7. Работы ВТИ по снижению выбросов оксидов азота технологическими методами /Енякин Ю.П. и др. //Теплоэнергетика. 1991. № 6. с. 33-38.

8. Котлер В.Р., Енякин Ю.П. Реализация и эффективность технологических методов подавления оксидов азота на ТЭС //Теплоэнергетика. 1994. № 6. с. 2-9.

9. Гришин А.Д., Гуцало Г.И., Быков С.А. Глубокое снижение выбросов оксидов азота от котла ТГМП-344, работающего на газообразном топливе //Теплоэнергетика. № 5. 1991. с.17-21.

10. ГОСТ Р 50831-95 «Установки котельные. Теплотехническая часть. Общие технические требования».

11. Котлер В.Р., Енякин Ю.П. Реализация и эффективность технологических методов подавления оксидов азота на ТЭС //Теплоэергетика. 1994. № 6. с. 2-9.

12. Соболев В.М. Оснащение котлов электростанций и котельных горелочными устройствами АО «ЭКОТОП» //Энергетик. 1997. № 1. с. 17-19.

13. Енякин Ю.П., Усман Ю.М., Пашинкин В.С. Снижение выбросов оксидов азота на котлах ТГМЕ-464 и ТП-87 //Энергетик. 1997. с. 7-8.

14. Фаткуллин Р.М. Оценка потерь энергии при рециркуляции с подачей дымовых газов на всас дутьевого вентилятора //Теплоэнергетика. 1997. № 2, с. 37-40.

15. Кормилицын В.И., Лысков М.Г., Румынский А.А.Комплексная экосовместимая технология сжигания водомазутной эмульсии и природного газа с добавками сбросных вод //Теплоэнергетика. 1996. № 9. с. 13-17

16. Электронно-лучевые установки для очистки дымовых газов от оксидов серы и азота /Фадеев С.А. и др. //Энергетик. 1995. № 4. c. 12-14.

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Введение……………………………………………………………………………3

1.Основные свойства оксидов азота, механизмы образования, методы

борьбы с выбросами оксидов азота……………………………………………...4

2. Режимно-технологические методы подавления образования оксидов

азота в топках котлов ТЭС…………………………………………………….9

2.1. Рециркуляция дымовых газов………………………………………………10

2.2. Ступенчатое сжигание топлива…………………………………………….15

2.3. Горелки с низким выходом NOx……………………………………………20

2.4. Выбросы оксидов азота при сжигании углей……………………………...25

2.5. Снижение выбросов оксидов азота с дымовыми газами

водогрейных котлов…………………………………………………………….26

3. Очистка дымовых газов от оксидов азота……………………………………...27

3.1. Селективное каталитическое восстановление оксидов азота…………….27

3.2. Селективное некаталитическое восстановление оксидов азота………….28

3.3. Применение ускоренных электронов………………………………………29

Контрольные вопросы............................................................................................30

Литература………………………………………………………………….……….31

Нормативы платы за выбросы в атм. Воздух, сбросы в поверхностные и подземные воды, размещение отходов производства. (Пост. Правит. РФ от 12.06 2003 г. № 344)

Нормативы платы за выбросы (руб)

Наименование в-ва	Нормативы платы за выброс 1 тонны
	В пределах установленных нормативов	Сверх установленных нормативов
NO2	52	260
NO	35	175
NH3	52	260
SO3	21	105
SO2	40	200
C20H12	2049801	10249005
V2O5	1025	5125
Зола углей: березовских, назаровских, донецких, подмосковных, экибаст. и др.	103	515
Зола кузнецк. углей	7	35
СО	0,6	3

Нормативы платы за сбросы в поверхн. и подземные воды

Наименование в-ва	Нормативы платы за выброс 1 тонны
	В пределах установленных нормативов	Сверх установленных нормативов
NH3	5510	27550
Взвешенные в-ва	366	1830
железо	55096	275480
Масло соляровое	27548	137740
Нефть и нефтепродукты	5510	27550
Натрий	2,5	12,5

Нормативы за размещение отходов (руб/т)

Вид отходов по классам опасности	Норматив платы
1 кл. опасности (чрезвычайно опасные)	1739,2
2 кл. опасности (высокоопасные)	745,4
3 кл. опасности (умеренно опасные)	497
4 кл. опасности (мало опасные)	0,4
5 кл. опасности (практически не опасные) добывающей и перерабатывающей промышленности	15

Коэф-т 0,3 при размещении отходов на специализированных полигонах и пром. площадках и расположенных в пределах пром. зоны.

Коэффициенты по территориям экономических районов РФ

Район РФ	Значение к-та
	Для воздуха*	Для почвы
Северный	1,4	1,4
Северо-Западный	1,5	1,3
Центральный	1,9	1,6
Центрально-Черноземный	1,5	2
Уральский	2	1,7
Дальневосточный	1	1,1

*Применяются с дополнительным к-том 1,2 при выбросе в воздух городов.

К-ты по бассейнам рек и морей

Изменяются от 1,00 до 2,2

Бассейны море и рек	Значение к-та
Санкт-Петербург	1,51
Тверская обл.	1,08
Астраханская обл.	1,31
Москва	1,41
Краснодарский край	2,2
Приморский край	1,04
Ставропольский край	1,53
Ростовская область	1,56

Охрана водного бассейна. Сточные воды ТЭС и методы их снижения

Воздействие ГЭС на окружающую среду

Под энергетические объекты отводятся значительные площади, в том числе ценные с/х угодья. Около 95 % изъятия земель приходится на водохранилища ГЭС. Площадь изъятия земель под ГЭС определяется как сумма площадей под сооружения ГЭС и водохранилища, включая площади затопления, подтопления и переформирования берегов. Наиболее крупные изъятия земель связаны с созданием водохранилищ на равнинных реках. Волжско-Камский каскад водохранилищ привел к изъятию 0,8 млн га с/х угодий; 0,3 млн га ушло под воду Братского и Красноярского водохранилищ, а в поймах рек располагаются самые плодородные земли. В целом в России в связи с созданием ГЭС изъято около 5 млн га плодородных земель.

Не смотря на создание рыбопропускников, крупные ГЭС наносят значительный ущерб рыбному хозяйству. Так как ГЭС в основном работают в пиковом режиме, то частое изменение уровня воды за водохранилищами приводит к заиливанию берегов, способствует развитию сине-зеленых водорослей, что ухудшает качество воды в реках. Создание крупных водохранилищ приводит к снижению водообмена в реках. Так, до создания каскада Волжских ГЭС, вода от истока до устья доходила за несколько дней, а сейчас на это требуется около месяца. Поэтому сточные воды и сбросы, которые раньше попадали в Волгу, быстро заменялись новой свежей водой, что способствовало очищению реки. Сейчас же сточные воды наносят гораздо больший ущерб реке.

Самоочищение водоемов

Водоемы и водотоки представляют собой сложные экологические системы существования биоценоза (сообщества животных и растений). Отклонение экосистемы от равновесия, в частности сбросами сточных вод, может привести к гибели определенного вида гидробионтов (живые организмы, населяющие водоем тесно связанные между собой условиями жизни, в первую очередь ресурсами питания), которое приводит к цепной реакции угнетения всего биоценоза. Отклонение от равновесия интенсифицирует процессы, приводящие водоем в оптимальное состояние, которые называются процессами самоочищения.

Процессы самоочищения водоемов происходят за счет:

• Осаждения грубодисперсных и коагуляции коллоидных примесей;

• Окисления органических и минеральных примесей кислородом;

• Нейтрализации кислот и оснований за счет буферной емкости воды.

На процессы самоочищения влияют:

• Температура воды;

• Минералогический состав примесей;

• Концентрация кислорода в водоеме;

• PH воды;

• Концентрация вредных примесей.

Особо большое значение имеет кислородный режим водоемов. Расход кислорода на минерализацию органических веществ определяется через биохимическое потребление кислорода (БПК). БПК это количество кислорода, используемое в биохимических (при помощи бактерий) процессах окисления органических веществ за определенное время (мг/сутки). При большом сбросе органических веществ в водоеме наступает дефицит кислорода, при котором значительно нарушается биоценоз, происходит накопление и загнивание органических веществ.

Температура водоема влияет на скорость протекания химических реакций При росте температуры ускоряются процессы размножения гидробионтов и увеличивается восприимчивость к токсическим веществам. При t≥30 ⁰С сокращается прирост водорослей, поражается фауна, рыба становится малоподвижной и перестает кормиться. Уменьшается растворимость кислорода в воде. Резкий перепад температуры при сбросе теплых вод представляет серьезную угрозу рыбному хозяйству. губительно даже для теплолюбивых рыб.

При PH 9,5 у рыб разрушается кожный покров. PH 5 оказывает токсическое действие на рыб. Поэтому сбрасываемые воды должны быть нейтральными.

Нефтепродукты вызывают у воды появление запаха и привкуса керосина, образование пленки или масляных пятен и отложение тяжелых нефтепродуктов на дне водоема. Пленка нефтепродуктов нарушает процесс газообмена и препятствует проникновению световых лучей. Нефтепродукты в результате биохимического окисления постепенно разрушаются на углекислоту и воду, но этот процесс протекает медленно и зависит от концентрации кислорода, количества микроорганизмов и температуры водоема. Летом пленка нефтепродуктов разлагается на 50-80 % в течение недели. При ⁰С процесс разложения нефтепродуктов вообще не идет. Донные отложения нефтепродуктов разлагаются очень медленно. Нефтепродукты приводят к гибели планктона – кормовой базы рыб.

Классификация водоемов

Водоемы подразделяются:

		ВОДОЕМЫ
Хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения			Рыбохозяйственные
Хозяйственно-питьевого назначения и водоснабжения предприятий	Для спорта, отдыха, купания		Для воспроизводства ценных пород рыб ( мг/л)	Для других рыбохозяйственных целей ( мг/л)

Для каждой категории водоемов устанавливаются свои ПДК. Для однонаправленных веществ необходимо выполнение условия:

; (1)

Для сточных вод ПДК не устанавливаются, а необходимая степень очистки определяется состоянием водоема после сброса сточных вод. Для предприятий устанавливаются предельно допустимые сбросы ПДС – это такой сброс сточных вод, при котором для водоема выполняется условие (1).

Классификация сточных вод ТЭС

- охлаждающие воды, вызывающие в основном тепловое загрязнение;

- сточные воды водоподготовительных установок (ВПУ);

- воды, загрязненные нефтепродуктами;

- воды гидрозолоудаления (ГЗУ);

- воды от обмывок котлов;

- воды после консервации оборудования и внутренних промывок котлов;

- комунально-бытовые и хозяйственные воды.

Тепловое загрязнение воды

Для конденсации пара после турбины устанавливают конденсатор, где пар охлаждается водой, проходящей по трубам в конденсаторе. Термический кпд цикла ТЭС определяется из выражения:

;

где - количество тепла, отданное паром охлаждающей воде в конденсаторе турбины, кВт; =В - количество тепла, полученное от сгорания органического топлива, кВт.

У современных паротурбинных ТЭС термический кпд цикла составляет ≈ 60 %, т.е. около 40 % от располагаемого тепла топлива передается охлаждающей воде в конденсаторе турбины. Вода в конденсаторе турбины нагревается на 8-10 ⁰С., а кратность охлаждения m = G_в/Q_п = 50-60 (где G_в- количество охлаждающей воды, поступающей в конденсатор; Q_п – количество пара, поступающего в конденсатор). Для охлаждения 1 кг пара требуется 50 – 60 кг воды.

Применяют три основных вида систем охлаждения:

1. Прямоточная;

2. Оборотная с прудами охладителями;

3. Оборотная с градирнями.

При прямоточной системе охлаждения вода забирается из реки с помощью береговой насосной и подается в конденсатор турбины, где нагревается на 8-10 ⁰С. После конденсатора, нагретая вода сбрасывается в реку в низ по течению. Прямоточная система охлаждения характеризуется большим потреблением свежей воды. Температура воды в реке не должна повысится более, чем на 3 ⁰С летом и на 5 ⁰С – зимой. Прямоточная система охлаждения обеспечивает лучший вакуум, по сравнению с оборотными системами охлаждения.

Для обеспечения малой протяженности зон с повышенной температурой устанавливаются специальные пороги и распределительные решетки. Среднемесячная температура водоема предназначенного для рыбохозяйственных целей для наиболее жаркого месяца не должна превышать 28 ⁰С, а для водоемов с холодноводными рыбами – 20 ⁰С.

Охлаждающие воды могут быть загрязнены маслом, так как в систему включены маслоохладители и возможно нарушение их плотности. Наибольшее потребление воды у АЭС (так как они работают на насыщенном паре и для выработки электроэнергии требуется больше пара по сравнению с ТЭС). ТЭЦ потребляют меньше охлаждающей воды по сравнению с конденсационными станциями. Прямоточными системами оснащены около 30 % ТЭС России.

При оборотной системе охлаждения с прудами охладителями вода забирается насосами из пруда, поступает в конденсатор турбины, где нагревается и за тем сбрасывается в пруд. Для обеспечения охлаждения в пруде устраивается циркуляция воды, т.е прежде чем снова попасть в конденсатор турбины вода должна пройти полный круг в пруде охладителе. По сравнении с прямоточной системой возрастают на 20-25 % потери на испарение воды, но резко сокращается количество потребляемой свежей воды.

При оборотной системе охлаждения с градирнями потери на испарения возрастают в 40-50 раз. Градирни, по сравнению с прудами охладителями, занимают малую площадь. При испарении воды в градирне происходит увеличения солесодержания в оборотной воде, поэтому часть ее удаляется в виде продувки и добавляется свежая вода. У оборотных систем охлаждения вакуум в конденсаторе турбины хуже, чем у прямоточных систем, так кА температура воды выше.

Плата за потребление воды делает более обоснованным применение оборотных систем охлаждения. В засушливых странах (ЮАР) иногда применяют градирни Геллера, где охлаждение воды происходит в поверхностных теплообменниках воздухом (большие поверхности охлаждения, поэтому дорого).

Сточные воды водоподготовительных установок (ВПУ)

Вода, прежде чем попасть в котел, проходит предварительную подготовку: коагуляцию, известкование, магнезиальное обескремнивание, фильтрование. Все методы, кроме фильтрования, требуют применения реагентов, причем их потребление превышает стехиометрические соотношения. Все использованные реагенты и соли, извлеченные из воды, при регенерации фильтров оказываются в стоках ВПУ, которые представляют собой нейтральные соли, грубодисперсные вещества, кислоты и щелочи, не обладающие токсичными свойствами. Количество сточных вод ВПУ зависит от солесодержания исходной воды и от принятой на ТЭС системы водоподготовки. В среднем при выработке 1 МВт энергии сбрасывается 0,7 кг солей. На ТЭС мощностью 1000 МВт каждый час сбрасывается 700 кг солей. При регенерации Н и ОН ионитных фильтров используются H₂SO₄ и NaOH, поэтому сбросные воды могут иметь кислую и щелочную реакцию, поэтому эти стоки направляются в специальные баки – нейтрализаторы, где перемешиваются и нейтрализуются до рН= 6,5 - 8,5 и с разбавлением сбрасываются в водоемы.

Продувочные воды осветлителей содержат шлам, который направляется на шламоотвал. Емкость шламоотвала выбирается из расчета работы ТЭС в течение 10 лет. В последние годы предусматривается установка специальных баков для сбора шламовых вод и последующего отжима шлама на специальных фильтрах, а осветленные воды направляются на повторное использование.

Технология очистки сточных вод ВПУ обычно состоит:

1. Сброс всех отработавших растворов в бак усреднитель;

2. Выделение из жидкости токсичных веществ (соли металлов Fe, Cu, Zn, фторсодержащие соединения, мышьяк) с последующим обезвоживанием получающегося осадка;

3. Очистку от органических веществ (они могут быть окислены до безвредных или менее вредных продуктов;

4. Корректировку по рН перед сбросом в водоемы отработавших растворов.

Основной путь сокращения сточных вод ВПУ – это оптимизация схемных решений, применение прогрессивных технологий за счет снижения применения реагентов или практически безреагентных методов: обратный осмос, электродиализ, испарительные установки.

Разделение истинных растворов на специальных полупроницаемых мембранах называется процессом обратного осмоса. Вода, содержащая растворенные соли подается на мембрану под давлением, превышающим осмотическое давление раствора ( МПа). (Осмотическое давление – это избыточное гидростатическое давление раствора, препятствующее диффузии растворителя через мембрану. Обусловлено различием химического потенциала по обе стороны мембраны). Вода пропускает только воду и небольшое количество примесей. Вода над мембраной насыщается солями и выводится в виде концентрата из установки. Проход воды через мембрану и задерживание солей объясняется тем, что большинство пор мембраны имеет диаметр близкий к диаметру молекул воды, в то время как диаметр гидратированных ионов выше. Проход некоторой части ионов через мембрану объясняется наличием в ней крупных пор.

Применяют мембраны из ацетилцеллюлозы, поливинила, пористого стекла и др. Мембраны должны обладать: устойчивостью к воздействию среды, постоянством характеристик, достаточной механической прочностью, низкой стоимостью. Обратный осмос позволяет значительно сократить расход реагентов (до 50 %) и сброс солевых растворов.

При электродиализе вода проходит между рядами параллельных катионо и анионообменных мембран (вода на очистку подается в четные камерам аппарата). В торцах аппарата размещаются катод и анод, к которым подводится напряжение. Под воздействием электрического поля происходит миграция ионов в нечетные камеры аппарата, причем катионы мигрируют через катионообменные мембраны, а анионы – через анионообменные мембраны в сторону анода. В результате в четных секциях аппарата вода обессоливается, а в нечетных камерах концентрация солей возрастает. Очищенная вода и рассол выводятся из установки раздельно. Пакет может содержать до 1000 мембранных пар. После электродиализа необходимо дочищать воду, но количество реагентов резко сокращается.

Мембраны получаются полимеризацией смеси реагентов, причем один из них должен содержать ионообменную группу, или введением ионообменных групп в уже готовые мембраны. Мембраны должны обладать малой толщиной, малой величиной электрического сопротивления, большим значением обменной емкости.

Применение термического способа подготовки воды с помощью испарителей, позволяет существенно сократить использование реагентов. Основная проблема, сдерживающая их широкое применение – это образование плотных, трудно удаляемых отложений на поверхностях испарения. Идет разработка испарителей, не требующих предварительного умягчения воды (испарителей мгновенного вскипания и с вынесенной зоной испарения).

Воды, загрязненные нефтепродуктами

Источниками загрязнения являются: мазутное хозяйство, маслосистемы турбин и подшипников различных механизмов (насосов, дымососов, вентиляторов и др.), вспомогательные службы, трансформаторное хозяйство и др. Воды могут содержать: мазут, масла, бензин и др. нефтепродукты. По содержанию нефтепродуктов для водоемов установлены очень низкие значения ПДК (ПДК 0,1 – 0,3 мг/кг, а для рыбохозяйственных водоемов мг/кг.

Для очистки от нефтепродуктов обычно применяют три ступени очистки: отстаивание, флотацию и фильтрование. Суммарная степень очистки может составлять около 95 %, что в ряде случаев не обеспечивает выполнение ПДК.

Отстаивание основано на самопроизвольном разделении воды и нефтепродуктов из-за разницы их плотностей. Нефтепродукты находятся в эмульгированном состоянии, т.е. в виде отдельных мелких частиц нефтепродуктов. Отстаивание производится в нефтеловушках. Прежде чем попасть в нефтеловушку вода поступает в резервуары-отстойники, которые имеют устройства для сбора и отвода всплывших и осевших нефтепродуктов. Остаточное содержание нефтепродуктов после этих резервуаров составляет около 40 мг/кг.

Сточная вода поступает в приемную камеру нефтеловушки и пройдя полупогруженную перегородку поступает в отстойную зону, где происходит процесс разделения нефтепродуктов и воды. Очищенная вода пройдя через вторую полупогруженную перегородку выводится из нефтеловушки, а частицы масла всплывшие на поверхность воды образуют пленку, которая удаляется специальными устройствами скребкового типа. Время всплытия нефтепродуктов должно быть меньше времени пока они дойдут до конца отстойной камеры. Из этого условия выбираются размеры отстойной камеры. Движение воды в отстойной зоне имеет ламинарный характер.

Для ускорения всплытия нефтепродуктов применяют флотацию, при которой капли масла захватываются пузырьками воздуха и скорость всплытия возрастает на 2-3 порядка. Различают напорную флотацию, при которой пузырьки воздуха выделяются из пересыщенного раствора его в воде, и безнапорную, где воздух вводится на дно флотатора специальными устройствами. При напорной флотации воздух растворяется в воде под давлением около 0,5 МПа, для чего в трубопровод перед насосом подается воздух, а затем газовоздушная смесь выдерживается около 10 мин в специальной напорной емкости, откуда и подеется во флотатор. При сбросе давления, воздух растворенный в воде, образует пересыщенный раствор и при его выделении из раствора образуется практически мгновенно большое количество пузырьков.

При безнапорной флотации во флотатор вводится уже готовая дисперсная система пузырек-вода за счет насоса и эжектора (нет напорного бака). Оптимальные размеры пузырьков воздуха 15-30 мкм (крупные пузырьки воздуха быстро поднимаются и при соприкосновении с частичкой масла отталкивают ее, а мелкие пузырьки медленно поднимаются и вместо столкновения с частичкой масла происходит их медленное сближение, которое не всегда приводит к образование комплекса пузырек-частичка масла).

После нефтеловушки и флотатора концентрация нефтепродуктов составляет 10-15 мг/кг (суммарная степень очистки не превышает 70 %).

На заключительной стадии очистки используют фильтрование. Процесс основан на адгезии (прилипании) эмульгированных частиц мазута к поверхности зерен фильтрующего материала. Обычно вода сначала поступает на фильтры, загруженные антрацитом, и остаточная концентрация составляет 4-5 мг/кг, а затем - на фильтры с активированным углем, после которых остаточная концентрация нефтепродуктов обычно не превышает 1 мг/кг и такую воду нельзя сбрасывать в водоемы. Ее необходимо повторно использовать на ТЭС. Возможно применение других фильтрующих материалов (кварцевый песок, сульфоуголь). Частицы нефтепродуктов выделяются на поверхности зерен фильтрующего материала и заполняют поровые каналы, постепенно насыщая фильтрующий материал. регенерация фильтров осуществляется паром с параметрами Р= 0,4 - 0,5 МПа и t=150 -160 ⁰C в течение 20 -30 мин, который разогревает уловленные нефтепродукты и они под давлением выводятся из слоя и сбрасываются в бак перед нефтеловушкой.

Необходимо применять меры по предотвращению загрязнения вод нефтепродуктами (создание маслоплотного оборудования, установка баков сбора масла из поддонов и от защитных кожухов и др.). Системы вод, которые могут быть загрязнены нефтепродуктами, должны быть полностью изолированными (не иметь возможности смешения с большими объемами воды).

Полное предотвращение сброса замазученных и замасленных вод можно достигнуть на ТЭС с помощью огневого обезвреживания (сжиганием этих вод в котельных установках в виде водо-мазутных эмульсий или с помощью диспергаторов). Это позволяет не только предотвратить сбросы нефтепродуктов в водоемы, но и снизить выбросы оксидов азота и бенз(а)пирена в атмосферу.

Сточные воды гидрозолоудаления (ГЗУ)

Уловленную в золоуловителях золу обычно транспортируют на золоотвалы, находящиеся иногда на значительном расстоянии от ТЭС. Чаще всего для этих целей используют гидротранспорт, как более дешевый и надежный способ по сравнению с пневмотранспортом золы. Однако при пневмотранспорте значительно повышаются возможности использования золы в народном хозяйстве.

При гидротранспорте золы образуется очень большое количество воды (расход воды составляет 20 – 40 м³/т золы), которая может содержать фтор, мышьяк, ртуть, ванадий и др. вещества. Зола вместе с водой подается на золоотвал, где происходит отстаивание грубодисперсных примесей, а осветленная вода может сбрасываться в водоем (прямоточная схема), либо возвращаться на ТЭС для повторного использования (оборотная схема). При оборотной схеме часть воды теряется за счет испарения, а оставшаяся вода насыщается солями, которые могут откладываться в золопроводах. Поэтому обязательно осуществляется продувка и добавляется свежая вода (1-3 %). Прямоточные ГЗУ для мощных ТЭС не применяются.

Основной путь обезвреживания сточных вод ГЗУ это сорбция примесей на различных сорбентах, в том числе на золе, с последующим осаждением сорбентов на золоотвале. Наиболее часто применяется осаждение примесей в результате образования малорастворимых химических соединений или в результате их адсорбции на поверхности ивердых частиц. Чаще всего используют известь, а иногда применяются дополнительно идругие реагенты, усиливающие процесс осаждения, например сернокислое железо (FeSO₄∙7H₂O) – усиливает адсорбцию мышьяка. Соединения фтора хорошо осаждаются при вводе хлористого магния MgCl₂. Наладка систем ГЗУ позволяет получить достаточно глубокое удаление токсичных веществ. Зола сама является хорошим сорбентом и сорбирует ионы многих металлов. Наличие в золе недожога приводит к сорбции органических примесей.

При сбросе вод ГЗУ в водоемы в них должны отсутствовать грубодисперсные примеси, в водоемах рН=6,5 - 8,5, а концентрация токсичных примесей должна быть меньше ПДК.

Золоотвалы нельзя размещать там, где имеются выходы грунтовых вод. Нельзя допускать попадание поверхностных вод в золоотвалы. Внутри ТЭС надо стараться использовать осветленную воду из золоотвалов.

Снижение сбросов ГЗУ можно достигнуть применением оборотных систем, но зарастают отложениями насосы, золопроводы, сопла. Кардинальным решением является применение пневмотранспорта золы и более широкое использование золы в народном хозяйстве.

Сточные воды от обмывок котлов

Зола мазута образовывает отложения на поверхностях нагрева котлов. Применяют обмывку технической водой или щелочными растворами. Обмывочная вода содержит: грубодисперсные примеси, оксиды железа, продукты недожога, кремнекислоту, сульфаты тяжелых металлов, соединения ванадия, никеля, меди, H₂SO₄, сухой остаток. При сжигании твердого топлива в обмывочной воде содержатся: механические примеси. растворимые соли, мышьяк. Для предотвращения образования обмывочных вод можно использовать другие методы: прокаливание дымовыми газами при отключении подачи воздуха на РВП, использование импульсных методов. В этом случае золовые отложения удаляются в сухом виде и выбрасываются в атмосферу.

Для промывки РВП расход обмывочной воды составляет около 5 м³ на 1 м² площади сечения ротора. Периодичность промывок 1 раз в месяц, а их продолжительность – 1 час. Для промывки конвективных поверхностей нагрева котла с паропроизводительностью более 300 т/ч расход обмывочной воды составляет около 300 м³, продолжительность промывки – 2 часа, а периодичность – 1 раз в год перед ремонтом котла. Для водогрейных котлов расход обмывочной воды составляет 15 -25 м³, продолжительность промывок – 30 мин, а периодичность – 1 раз в 15 суток.

Обмывочные воды – это, как правило, кислые растворы с рН = 1,3 – 3,0, содержащие грубодисперсные примеси. Применяют нейтрализацию щелочными растворами (содой, известью) с целью выделения вредных веществ в осадок с последующим его отделением. Для полного выделения этих веществ необходимо обеспечить рН = 9,0 -9,5.

Снижению отложений способствует сжигание мазута с малыми α и подогрев мазута перед сжиганием. Ввод воды в мазут также позволяет снизить отложения.

Сточные воды после консервации оборудования и внутренних промывок котлов

Для очистки от накипей и отложений труб котла применяют химически промывки с периодичностью 1 раз в год. Для промывок используют кислоты (соляную, серную, уксусную, плавиковую и др.), комплексоны и композиции. В сточных водах применяемые реагенты составляют около 80 % от общего количества, сбрасываемых примесей. Сточные воды содержат: сульфаты и хлориды кальция, магния, натрия, токсичные соединения (соли железа и цинка, фторсодержащие соединения). Резко переменный, залповый расход. Поэтому для их приема предусматриваются баки – отстойники.

Нейтрализация осуществляется различными реагентами: гидрооксид кальция, хлорная известь, сульфид натрия и др. Необходимо разрушить образовавшиеся при промывках комплексы металлов с реагентами, выделить металлы в осадок и разрушить органические соединения. В емкость усреднитель сливаются кислые и щелочные промывочные растворы, и происходит частичная их нейтрализация. Затем вода попадает в баки нейтрализаторы, в которых происходит отделение токсичных веществ за счет обработки воды известью и другими реагентами, в зависимости от тех соединений, которые надо выделить из воды (нитриты, аммонийные соли, металлы и др.). Процесс нейтрализации и осаждения шлама продолжается в течение 7 – 8 часов. Осевший шлам подается на шламоотвал, а вода после отстаивания вторично используется на ТЭС. На ТЭС с замкнутой системой ГЗУ возможен сброс промывочной воды на золоотвал. Токсичные вещества хорошо сорбируются водой.

Применение безреагентной парокислородной очистки внутренних поверхностей труб котла позволяет снизить эти сточные воды.