автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Исследование и анализ условий повышения экологической эффективности ТЭСна базе термического метода водоподготовки

На правах рукописи

ЧЕБАНОВ СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЭС НА БАЗЕ ТЕРМИЧЕСКОГО МЕТОДА В ОДО ПОД ГОТО В К И

Специальность 05.14.14 - Тепловые электрические станции (тепловая часть)

А ВТО Р ЕФЕ PAT диссертации на соискание ученой степени кандидата технических

наук

Москва - 1996г.

Работа выполнена в АО "Мордовэнерго".

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Седлов A.C. Научный консультант: доктор технических наук, профессор Ларин Б.М.

(>фициалмп.|С оппоненты:

доктор технических паук, профессор Мари,шона О.И. кандидат технических наук, доцент Мошкарин A.B.

Певшая организация: Вссросиискии институт ¡помпою машиностроении

__ Зашита диссертации состоится 'й&'икжя 1996 г. в 14-00 часов аудитории I 'АС1иа заседании диссертационного совета К-053.16.01 при Московском ■жеричическом институте ( Техническом университете) по адресу: Москва, ул. крш'нокнтарменпан, 17.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью учереждении) просим высылать по адресу: 111250, Москва, Е-250, Красноказарменная, 14, Ученый Совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан мая 1996 г.

Ученый секретарь диссерт Совета, к.т.н., с.н.с.

L V

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАКОТЫ

Актуальность темы. Удорожание металла, фильтрующих материалов, реагентов - с одной стороны, и ухудшение качества исходной поды, ужесточение норм по сбросам н природные водоемы - с другой - вынуждают искать новые, более эффективные схемы водоподготовки с сокращенными стоками и расходами реагентов. В лих условиях для ТЭС, являющихся производителями тепловой энергии, возрастает роль термического обессоливания в схемах подоподготопительнмх установок (ВНУ). Используя собственную тепловую энергию для получения добавочной воды, такие установки позволяют на только сокращать потребление и сброс в окружающую среду химических реагентов, но и повторно использовать большую часть собственных стоков, повышая таким образом экологические показатели ТЭС.

Однако проектирование новых установок и реконструкция действующих должны производиться на основе тщательного технологического и экологического исследования для конкретных производственных условий. Переменный состав исходной воды, задачи создания малоотходных технологий ВПУ с повторным использованием стоков требует научного обоснования решений, начиная с первого аппарата - обычно осветлителя, и кончая последним - испарительной установкой.

Цель работы. Разработка и исследование малоотходной технологии водоподготовки ТЭС на базе испарителей: Создание промышленного образца термохимической ВПУ и испытание такого модуля в условиях длительной эксплуатации и при питании сточными водами ТЭС.

Совершенствование технологии водоподготовки ТЭС, связанные с повышением ее экологических характеристик может выполняться следующими путями:

- совершенствование технологических связей традиционной химводоочистки, с целью сокращения расхода реагентов и стоков;

- обработка имеющихся стоков ВПУ, с целью сокращения сбросов в окружающую среду и частичного их повторного использования;

- создание новых технологических схем, малоотходных по существу и способных к работе на загрязненных природных и сточных водах ТЭС.

Первый путь привлекателен тем, что может осуществляться практически на любой действующей химводоочистке ТЭС, однако возможности его невелики и ограничены технологической схемой ВПУ.

Второй путь - обработка "хвостовых" вод химводоочистки -может быть эффективным, но требует значительных капитальных затрат.

Третий путь - создание малоотходных, замкнутых технологий -наиболее радикальный путь, требующий возврата части стоков "в голову" установки, т.е. в основной осветлитель и, как правило,

рмптугмый па Лиг МИУ (многогтупгичптых иптритсш.нын установок).

Осветлитель в условиях малоотходных технологий работает на исходной воде переменного состава примесей и, нередко, повышенной минерализации. Умягченная води повторяет колебания минерализации, что приводит к работе испарителя в условиях нестационарного водного режима.

Таким образом, практически во всех случаях совершенствование водоподготовки начинается с формировании исходного потоки оОрпГшмлшсмой воды и заканчивается водным режимом испарителя.

При этом задачи данного исследования включают:

- анализ технологических и экологических характеристик традиционной химической и перспективной термохимической ВПУ;

- расчетно-теоретические и опытно-промышленные исследования оптимальных условий эксплуатации основных элементов термохимической ВПУ, в том числе, на сточных водах;

- разработка и промышленные испытания технологического модуля ВПУ с утилизацией стоков и выработкой вторичных товарных продуктов.

Научная новизна работы. Поставлена, обоснована и решена задача комплексного анализа и выбора рациональной технологии водоподготовки ТЭС с высокими экологическими показателями. Для исходных вод с концентрацией анионов сильных кислот более 3-5 мг-экв/л и для ТЭЦ с ограниченным стоком предложена схема термохимической ВПУ с утилизацией собственных и общестанционных стоков, позволяющая получать наряду с обессоленной водой (дистиллятом) раствор соли для регенерации натрий-фильтров и товарный гипс.

Выполнены теоретические, расчетные и опытно-промышленные исследования основных элементов технологической схемы ВПУ.

В ходе исследований получены заслуживающие внимания частные результаты по оценке экологической эффективности химических и термохимических ВПУ, методах водно-химического режима осветлителя и испарительной установки, накоплен положительный опыт промышленной эксплуатации узлов малоотходной ВПУ ТЭС.

Достоверность результатов исследований и обоснованность принятых решений подтверждена 2-5 летним опытом эксплуатации узлов промышленного модуля термохимической ВПУ на Саранской ТЭЦ-2.

Практическая ценность работы. Полученные теоретические, расчетные и экспериментальные результаты использованы при разработке опытно-промышленного модуля и проектировании новой ВПУ Саранской ТЭЦ-2. С 1991 года МИУ Саранской ТЭЦ-2 переведена полностью на питательную воду, полученную обработкой стоков ТЭЦ. В 1994 году там же запушена новая установка - узел приготовления регенерационных растворов, получаемых из концентрата (продувки) испарительной установки. Результаты работы

могуг использоваться и используются при проектировании установок малоотходной технологии водоподготовки.

Публикации, По теме диссертации опубликовано 5 научных трудов, и том числе и центральных журналах - I, и тезисах международной конференций - 3, сборниках трудов - 1.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались многократно в период с 1981 по 1996 гг. на научно-технических семинарах, проводимых в АО "Мордовэнерго", проектном институте "УкрВЭП", кафедре ТЭС МЭИ. В 1994 году материалы докладывались на международной научно-технической конференции "Состояние и перспектива развития электротехнологий" в Ивановском энергетическом университете, в 1996 году - там же, на Кондратьевских чтениях.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на _

страницах машинописного текста (без приложения). Содержит _

рисунков, _ таблицы. Состоит из введения, пяти глав, заключения,

списка литературы из_наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации.

В первой главе приведены способы экологической оценки водоподготовительных установок; дана оценка ряда известных решений, направленных на сокращение расхода реагентов и стоков на ВПУ ТЭС. Определены некоторые технологические особенности установок водоподготовки с сокращенными стоками; сформулированы основные задачи исследования.

В качестве экологического показателя по водным стокам ТЭС принят удельный сброс солей ВПУ в расчете на один кубометр обессоленной воды. По этому показателю традиционное химическое обессоливание имеет наихудшие характеристики при минерализации исходной воды больше 3-4 мг-экв/л в расчете на содержание анионов сильных кислот. Имеющийся опыт экологического совершенствования установок химического обессоливания рассмотрен на примере двух блоков фильтров химводоочистки ТЭЦ-21 Мосэнерго, реконструированных при участии Фейзиева Г. К. Предполагаемое при реконструкции сокращение расхода реагентов, вплоть до стехиометрических количеств, при проверке через 3 года не подтвердилось, хотя удельные расходы оставались ниже, чем на блоках фильтров с традиционной технологией кислоты - 1,66...2,0 против 2,2 г-экв/г-экв; щелочи - 1,47 против 1,8 г-экв/г-экв.

Радикальное экологическое совершенствование технологии водоподготовки на ТЭС следует искать в схемах термического обессоливания. Из литературы известны результаты исследова ний отдельных элементов: регулирование режима работы осветлителя, водного режима испарителя и т.д. Однако, для условий работы на сточных водах переменного состава такие задачи рассматриваются впервые.

б

Во второй главе приводится расчетно-теоретическое обоснование и результаты экспериментального исследования методов совершенствования водоподготовки ни стадии предочистки.

Дли любых схем малоотходной нодоподготонки совершенствование технологии начинается с осветлителя. При работе осветлителя на сточных водах или при добавке к исходной воде некоторого количества обработанных стоков, состав исходной воды изменяется как по минерализации, так и по соотношению примесей. В этих условиях исследование начинается с анализа качества воды, поступающей в осветлитель. В работе в качестве примера проведен анализ состава исходной воды осветлителя ВТИ-160 Саранской ТЭЦ-2 при переходе с артезианской воды на питание осветлителя продувочной водой цирксистемы ТЭЦ.

Изменение качества поступающей воды влияет прежде всего на шламовый режим осветлителя. Для расчета и анализа реальных показателей шлама при коагуляции и известковании воды в осветлителе предлагается ввести две базовые характеристики:

- количество взвеси, удаляемой из обрабатываемой воды в осветлителе (С„, мг/л);

- массовое соотношение в шламе гидроокиси магния и карбоната кальция (а

Названные параметры введены Кургаевым Е.Ф. при разработке теории осветлителей и широко известны в практике осветления воды в слое взвешенного осадка. Однако, в данной работе на их основе получены разные расчетные характеристики шламового фильтра: объемная концентрация взвеси в контактной среде (уравнение 1) и удельная концентрация взвеси (уравнение2):

С0 = 2 105Си + 0,2ам +0,02; (1)

Уо=0,07(а.и+0,835)" +0,011. (2)

Величина Са характеризует долю объема среды, занятую шламом и имеет оптимальные значения в пределах 0,06...0,12 для значений ам -0,1...О, 25 и С, =500...2000 мг/л, охватывающих практически весь возможный диапазон.

Удельная концентрация взвеси (уо1 г/смЗ шлама) для предельных значений ам, равных 0,1 и 0,25, должна иметь соответственно

7Г* = 0,139 и уГ = 0,044.

Рассчитав для конкретных условий обработки воды в осветлителе значения Са и уа можно найти требуемый коэффициент распределения

(Кг) воды через рабочую зону и шламоуплотнитель в виде (3):

Кг=1-110<Си/(Соуоас) (3)

где - а с = 0,215(0,1 Д,,)""6" +0,63 коэффициент моделирования осветлителя. И далее:

расходы воды через рабочую зону осветлителя:

0„, - *><?„; через шламоуплотнитсль (но линии отсечки):

от. (/ к,)-0„\

где Д0 - диаметр рабочей (цилиндрической) части осветлителя,

О0 - расход воды через осветлитель, мЗ/ч.

Проведенный расчет обеспечивает начальные условия регулирования работы осветлителя при питании его сточными водами ТЭЦ. Опытная проверка методики выполнена на осветлителе ВТИ-160 Саранской ТЭЦ-2 дли трех случаев: работа на речной, на артезианской воде и на продувочной воде цирксистемы, которую можно классифицировать как сточную. Опыты и расчеты показали, что во всех случаях, с некоторыми ограничениями для циркводы, осветлитель ВТИ-160 может обеспечить оптимальные условия формирования шламового фильтра и опюда избытка шлама. Гсзультигм рнечеги физико-химических характеристик осветления для изменяющегося качества циркуляционной воды приведены в табл. 1.

Таблица 1. Расчетные характеристики осветлителя ВТИ-160 Саранской ____ТЭЦ-2 при работе на циркводе_

N сухой Показатели

п/п остаток, м г/л д*. мг-э/л а-м Си, мг/л С0 Уо> г/см-1 КР Qocr, % %

1. 1659 8.9 0.14 1010 0.068 0.099 0.83 16.4 0.6

2. 2007 10.7 0.23 1080 0.088 0.051 0.73 25.8 1.2

3. 2659 10.3 0.19 1073 0.079 0.067 0.78 11.1 0.9

4. 1587 7.7 0.14 818 0.064 0.099 0.86 13.5 0.5

5. SSO 9.0 0.25 881 0.088 0.044 0.75 23.9 1.1

В табл. I обозначения параметров даны выше, при этом 0„ - доза извести, ; 0т - расходы воды по линиям отсечки и продувки.

Приведенные данные показывают, что осветлитель работает с большим количеством шлама, выходящим за рекомендуемые пределы в опытах 1...3. Большое количество катионов магния в циркводе дает высокое значение показателя а„, особенно для опытов 2 и 5, что чревато образованием легкого, рыхлого шлама и выносом его в осветленную воду. Повышение надежности осветления воды в шламовом фильтре требует увеличения отвода шлама из рабочей зоны в шламоуплотнитель, что находит отражение в уменьшении коэффициента распределения до 0,73 (опыт 2) и 0,75 (опыт 5). При этом существенно возрастает расход воды по линии отсечки (до 25% общего расхода) и линии продувки (более 1%).

Расход воды по линии отсечки ограничивается диаметром трубопровода и составляет не более 20%, что вынуждает для опытов 2 и 5 рекомендовать режим работы осветлители со снижением нифужи и при полностью открытой задвижке на линии отсечки.

В третьей глине приводятся результаты исследования схем химического и термического обессоливания воды с точки зрения их экологических показателей. Исследование проведено по методике расчета технологических схем ВПУ, разработанной на кафедре технологии воды и топлива Ивановского энергетического университета.

Расчеты проводились для трех типов вод: речной, артезианской и продувки цирксистемы Саранской ТЭЦ-2, охватывающих широкий диапазон минерализации, при средних удельных рисходах реагентов:

серной кислоты - на регенерацию катионитов в фильтрах Н, и Н„ - 70

кг/мЗ и 25 кг/м^, щелочи - на регенерацию анионитов в фильтрах А, и

А„ - 50 кг/м^ и 100 кг/м^, поваренной соли - на регенерацию натрий-<|>ллм|Ш11 1 и 2 ступеней - 180 кг/м-* и .(60 кт/м*. Некоторые роультшы расчетов представлены в таблице 2.

Результаты расчетов химического обессоливания по данным табл.2 показывают значительный рост всех показателей с ростом минерализации воды. И если для циркводы расчет химобессоливания носит гипотетический характер, то с переходом от речной воды к артезианской расход воды на собственные нужды возрастает с 16% до 24% производительности установки, расходы кислоты и щелочи на регенерацию возрастают соответственно на 73% и 49%. Суточное количество всех сбрасываемых со стоками солей, с учетом нейтрализации смешанного стока, составляет 30 кг-экв или приближенно 2 и 3,5 тонны, соответственно.

Характер изменения расхода реагентов на регенерацию и в сток, в зависимости от концентрации анионов сильных кислот (/1с) в поступающей на установку воде, показан на рис.1.

Экспоненциальный характер расчетной зависимости в диапазоне Af--2...1 мг-экв/л делает бесспорным применение химического метода обессоливания при содержании анионов сильных кислот в исходной воде не более 2...3 мг-экв/л.

Расчеты ионитной части ВПУ для схемы термического обессоливания, согласно табл.2, показывают, что с переходом от артезианской воды к продувочной воде цирксистемы работа натрий-фильтров не осложняется, и даже наоборот: возможно снижение расхода соли на регенерацию и уменьшение суточного числа регенераций фильтров.

У

0 I 2 Л 4 .1 6 7П1М),

М1 1М»/||

1*>|с.I )ли11симос1ь расхода 1(Ю%-т рсшснта (кисла!ы и щелочи) на рс1 операцию ионитых фильтров (1и2) и в сток (3 к 4) от содержания анионов сильных кислот в поступающей на установку поле

Рис. 2 Номограмма определения рабочих характеристик МИУ с различным числом работающих ступеней ( при давлении иторичного пара последней ступени 0.15 МПа). 1 - при количестве ступеней равных 1-4; 2-5; 3-6.

/о

Таблица 2. Расчетные характеристики работы ионитной уста новки для схем химического (а) и термического (б) обессоли вания (на известкованной речной, артезианской воде и продувке цирксистемы Саранской ГЭЦ-2)

N п/п Показатель а) Н, - А, -Н 1 ~ А/ 6) Nu, - Д'а„ - МНУ

речная вода артез. вода цирк, вода артез. вода цирк, вода

1. Сумма анионов сильных кислот, мг-экв/л 3.0 5.0 18.0 5.0 18.0

2. 3. Общая жесткость осн. ВОДЫ, МГ >/|| Суточное число регенераций всех фильтров, шт. 2.5 , 5.5 " 3.0 7.5 2.6 11.5 3.0 1.5 2.6 и

4. Суточный расход реагентов: Тн~

-кислота (на 100%), т/сут 1.1 9.2 ore. ore.

-щелочь(на 100%), г/сут 0.8 1.1 4.3 ore. ore.

нов. соль (на 97%), т/сут ОГС. ОIV. ОГС. 1.4 1.2

5. Суточный расход в сток:

-кислота (ни 100%), т/сут 0.5 U.'J ore. OIV.

-щелочь (на 100%), т/суг 0.4 0.5 1.6 ore. ore.

пов. соль (на 97%), т/сут 1.3 2.2 10.0 1.4 1.2

6. Ср. часовой расход воды на собсвенные нужды, %0хпи 16.0 24.0 81.0 8.0 7.0

Переход от химического обессоливания к термическому дает: -значительное облегчение труда персонала химцеха; -полное отсутствие затрат на кислоту и щелочь, отсутствие их в стоках; -значительное сокращение сброса солей в сток, причем около 80% составляют хлориды, а не сульфаты, как для схемы химобессоливания.

Однако, при этом осложняется водный режим испарительной установки, работающей при питании стоками в нестационарном режиме.

//

В четвертой главе дан анализ режимов работы, тепловой экономичности и надежности воднохимического режима многоступенчатой испарительной установки. Конкретность исследования обеспечивается анализом результатов эксплуатации МИУ Саранской ТЭЦ-2.

На рис.2 приведены результаты расчетов МИУ с параллельной схемой подачи питательной воды и различным числом ступеней.

Номограммы позволяют по давлению греющего пара (Р' ) определять

следующие характеристики: расход греющего пара (Д^) - левый квадрант, производительность МИУ по дистилляту (Д) - правый квадрант, расход избыточного вторичного пара последней ступени МИУ - нижний квадрант (ДИ1б) и, таким образом, оперативно оценивать основные рабочие характеристики при разном числе включенных ступеней и изменений давления первичного пара. Из рисунка видно также, что при работе МИУ с четырьмя ступенями возрастает выход избыточного пара последней ступени, утилизация которого в летний период затрудняется. Наиболее приемлемым как с точки зрения повышения тепловой экономичности, так и снижения выхода избыточного пара последней ступени является МИУ с числом ступеней 5 или 6. Принципиальная схема 5-ти ступенчатой испарительной установки, разработанной и пущенной при участии автора на Саранской ТЭЦ-2, представлена на рис. 3. Данные тепло-химических испытаний МИУ показали хорошую сходимость с расчетымп кмриктсрмгшкимн.

Исследование, разработки и испытание воднохимического режима такой МИУ проводилось и несколько '»типов: при митшши установки умягченной артезианской водой, затем при добавке в деачратор химочишенной воды (Д 1.2 рис.3) продувочной воды котлов 1п 2 очередей ТЭЦ и мрм пптапин умягченными нролуночкымк полами цирксистсмы 1УЦ, соответствующими стокам станции, с добавками продувки котлов и без них. В таблице 3 дано качество питательной моды и дистиллята МИУ дли трех отмеченных выше случаев (средние ишчсщш ш период ПСШЛПМШЙ)'

В табл.4 столбцы (I) соответствуют работе МИУ на артезианской воде, столбцы (2) - на артезианской воде с добавкой продувочной воды котлов и столбцы (3) - на продувочной воде цирксистемы. Общая жесткость во всех случаях была: питательной воды - на уровне 10-15 мкг-мкв/кг, дистиллята - 0,5-2,0 мкг-^ки/кт.

Данные табл.3 показывают, что при значительных колебаниях солесодержания и концентраций отдельных примесей питательной воды, качество дистиллята МИУ остается на высоком уровне требований.

Таблица 3. Показатели качества питательной воды и дистиллята МИУ

N Показатели Питательная вода Дистиллят

п/п 1 2 3 1 2 3

1. Щелочность общая, мг-экв/кг 0.8 3.5 1.0 0.02 0.03 0.01

2. Натрий N8*, мг/кг 200 880 450 <0.1 <0.1 <0.1

3. Хлориды СУ", мг/кг 103 460 315 - - -

4. Сульфаты БО^ , мг/кг 216 980 480 ~ ~

5. мг/кг 2 15 13 0.03 0.03 0.02

6. СО2, мг/кг 0 0 0 2 ¡.2 10-15

7. Солесодержание, мг/кг 506 2300 1600 <1 <1 <1

8. РН 10.0 10.5 10.5 6.0 6.5 5.0

При работе на продувочной воде цирксистемы ТЭЦ несколько возрастает концентрация углекислоты в дистилляте, что соответствует некоторому снижению рН и требует повышения эффективности отсоса газовой фазы.

Высокий уровень качества дистиллята МИУ достигался как подготовкой добавочной воды, так и организацией водного режима испарителя. Для испарителей кипящего типа водный режим определяется условиями концентрирования компонентов в рассоле. Изменение концентраций некристаллизующихся компонентов

(М/',ГУ , ЯО} и др.), н тик же крисшлшпуюшихсн

(Сп!', М#г', НСО,, СО', ,ОН ), но не достигающие насыщения

("*|"л„ ( /1/'К1Л11) оцсшшиетси уривнсписм

Ус1С = (ед - са1ф)с!х (4)

После достижения насыщения (•'*,".,„) Ш\ц„) тмспсиис концентраций компонента оценивается по уравнению (5)

У,1С (Г„<7„ Г<7„„)</т КУ(С С\)</т (5)

где С,С - концентрация компонента в питательной воде и рассоле в момент времени;

О0, Ол/> - расход питательной воды и расход концентрата по линии продувки;

V- водяной объем испарителя;

Ку,С5 - константа скорости кристаллизации и концентрация насыщения в условиях процесса.

На первой стадии испытаний МИУ Саранской ТЭЦ-2 был принят режим работы с периодической глубокой продувкой концентрата во всех корпусах, дающий рост солесодержания рассола в первой фазе - до продувки, и отмывка - во второй, после продувки. Для этих условий уравнения концентрирования примесей (4) и (5)

Рис.3 Принципиальная схема МИУ Саранской ТЭЦ-2 1-корпус МИУ. 2-расширитель дистиллята; 3-деаэратор 0.12 МПа; 4-подогреватель ХОВ

после интегрирования и преобразования имеют вид (6) и (7) соответственно.

C = CuKr-C0{Ky-l)i-'U,w^; (6)

С = (С0 + ЛС^)/Л; (7)

где Ку = G0/Gnp - кратность упаривания в корпусах МИУ;

А = KyV/G0 - параметр;

Cs - средняя концентрация насыщения за время т (принимаем Cs =CS = const)-,

С'() - концентрация компонента в рассоле в начальный момент после продувки.

Полученные зависимости показывают, что концентрация компонентов в рассоле на любой момент времени определяются;

-для некристаллизующихся компонентов (уравнение 6) только

параметрами работы корпуса испарителя (Ку,С'0, периодичность продувки);

-для кристаллизующихся (уравнение (7)) - в значительной степени физико-химическими процессами и условиями парообразования.

На .рис.4 показаны расчетные зависимости изменения относительной концентрации во времени некристаллизующихся (а) и кристаллизующихся (б) компонентов в рассоле. Откуда видно, что для некристаллизующихся компонентов конечное солссодсржание рассола определяется величиной периодической продувки, во время нарастания концентрации (периодичность продувки) - соотношением Ga/V.

Для кристаллизующихся компонентов (рис.4б; уравнение (7)) может быть определена средняя величина пересыщения раствора за время Дт:

ЛС = С-С, (8)

и интенсивность накипеобразования:

J = К „АС, (У)

где ч К„ - коэффициент массопереноса (для заданного режима рабопл испарителя величина постоянная).

Из уравнений (8) и (9) следует, что для установившегося режима (С„, С/а, V - постоянные) интенсивность накипеобразования отдельных компонентов определяется величиной Kv, которая в свою очередь зависит от состава раствора и растет с ростом температуры.

н>

I. чш

Рис.4 Расченые зависимости изменения относительной концентрации во времени некристаллизующихся (а) и кристаллизирующихся (6) компонентов в рассоле МИУ. 1 - Со' = 40Со; 2 - продувка; 3 - Со-бОСо, 4 - Со-ЗОСо; 5 - Со'=Со.

Расчеты по приведенным уравнениям показали, что пересыщение рассола по гидроокиси магния практически равна нулю, в связи с

высокой скоростью кристаллизации Мв{ОН)2 в объеме при значительной гидратной щелочности. Этот факт определяет предпочтение известкования в осветлителе на стадии обработки питательной воды МИУ, причем - со значительным избытком дозы извести (рН=10,5, табл. 3).

Пересыщение рассола по карбонату кальция при питании МИУ глубоко умягченной водой (^о=10-15 мкг-экв/кг) незначительно и снижается с ростом температуры рассола.

Таким образом, принятая схема подготовки питательной воды и водный режим МИУ должны обеспечивать режим с незначительным накипеобразованием, что и было подтверждено более чем 10-летним периодом эксплуатации МИУ на Саранской ТЭЦ-2.

В пятой главе приводятся результаты промышленных испытаний и опыт эксплуатации технологического .модуля производительностью 100 т/ч. Схема установки представлена на рис.5. Исходная вода - в опытах: артезианская, речная или продувочная цирксистемы ТЭЦ -подается на предочистку, состоящую из осветлителя ВТИ-160 для

Схема унифицированной малоотходной установки по переработке природных и сточных вод термохическим

способом

1 - осветлитель схемы подготовки питательной воды МИУ; 2 - Бак осветленной воды; 3 - механические фильтры; 4, 5 - натрий-катионитные фильтры 1 и 2 ступеней; 6 - деаэратор; 7 - испарительная установка; 8, 9 - насосы; 10 - подогреватель исходной воды; 11 - бак сбора продувочных вод испарительной установки; 12 - узел приготовления регекерационного раствора катрий-катионитных фильтров; 13 - бак концентрированных растворов; 14 - термохиьо-гческий умягчитель; 15 - пленочный осветлитель; 16, 17, 18 - насосы; ИВ -

исходная вода; К - коагулянт; И - известь; Г! - пар.

Рис. 5

//

коагуляции и известкования (I) и механических фильтров (МФ), далее осветленная вода, некоторые показатели которой приведены в таблице 2, проходит стадию минирования в две ступени на натрий-катионитных фильтрах (Ма,-Ыаи), термическую деаэрацию и, приобретая показатели питательной воды по табл.3, поступает в 5-ти ступенчатую испарительную установку, схема которой дана на рис.3.

Опытно-промышленная установка (рис.5) внедрялась на Саранской ТЭЦ-2 в несколько стадий. С 1980 г. находится в промышленной эксплуатации МИУ. С 1985 г. смонтирована схема ввода в деаэратор питательной воды (рис.5) продувочных вод энергетических котлов расходом до 15-20% производительности установки. С 1991 г. переведена на питание продувочными водами цирксистемы ТЭЦ, в которые включены и общестанционные стоки. В последующие 2-3 года прошли промышленные испытания и введены в опытную эксплуатацию узлы приготовления регенерационных растворов из продувки МИУ и термохимического умягчения жестких стоков натрий-фильтров с получением товарного гипса.

Перевод МИУ на питание умягченными сбросными водами ТЭЦ и использование продувки корпусов испарителя для получения раствора соли потребовали реконструкции систем питания и промывки вторичного пара. Питание теперь осуществляется в нижнюю часть корпусов, промывка вторичного пара реализуется на одном паропромывочном листе в слое дистиллята. Была увеличена и переведена в непрерывный режим продувка камер упаривания. Теплохимические испытания, проведенные после реконструкции МИУ, дали положительные результаты. Показатели качества дистиллята в период испытаний приведены в табл. 3 (столбец 3).

Продувка корпусов МИУ солесодержанием 80-100 г/кг собиралась в промежуточный бак, усреднялась и поступала на узел приготовления регенерационного раствора соли. Процесс осуществлялся по схеме:

Нейтрализация проводилась двумя способами: подкислением серной кислотой и смешением с жестким регенерационным стоком натрий-фильтров.

Коррекция химического состава осветленного раствора заключалась в окончательной нейтрализации кислотой (при необходимости) и разбавлением умягченной водой до рабочей концентрации.

Результаты одного из опытов при нейтрализации продувки кислотой представлены в табл. 4.

/У

Таблица 4. Состав продувочной воды МИУ по стадиям обработки

Показатель Исходная После подкисления После осветления и разбавления

рН 11.7 8.5 6.7

Жо, мг-экв/кг 0.6 0.3 0.15

Щп, мг-экв/кг 86 6 4.5

Щкяпб, мг-э/кг 24 6 -

СГ, г/га- 16.5 15.7 7.0

ЗО^, г/кг 28.6 33.4 16.1

8Ю3, мг/кг 360 200 160

Оки сл., мгО?/кг 320 320 112

Как следует из табл.4 готовый регенерационный раствор соли для натрий-фильтров представляет собой раствор смеси хлорида и сульфата натрия примерно 4% концентрации.

ж, ыг'экв/л 280

220

140

60

0

40 80 120 V, м'

Рис 6. Выходные кривые регенерации натрий-фильтров 1 - подкисленной продувкой МИУ (с с/с = 442 мг/л); 2 - смесью продувки МИУ и концентрированной частью от работанного регенсрационного раствора.

Аналогичный по химическому составу раствор соли получался и при нейтрализации продувки МИУ жестким стоком. На рис.6 даны опытные значения выходных кривых регенерации фильтра №, для обоих случаев получения регенерационного раствора соли. Результаты регенерации мало отличались от таковых при регенерации натрий-фильтра раствором товарной соли. При удельном расходе солей 120 г/г-экв в пересчете на хлорид натрия емкость поглощения катионита КУ-2 в фильтре Ыа, составляла 800-1000 г-экв/мЗ при средней жесткости умягченной воды 0,10-0,13 мг-экв/кг.

ВЫВОДЫ 110 РАБОТЕ

1.11ро!!еденное исследование позволяет сделать вывод, что создание малоотходных замкнутых ВИУ на базе испарителей является перспективным направлением как в технологическом, так и в экологическом отношении. Так для вод минерализацией 3-5 мг-экв/л по анионам сильных кислот предлагаемый метод в сравнении с традиционной, химической технологией позволяет сократить солевые сбросы почти в 3 раза, практически отказавшись от привозных товарных реагентов: кислоты, щелочи, соли и сократим трос эксплутационные расходы на иониты.

2.Перевод термической ВПУ на питание испарителя умягченными сточными водами ТЭС, а также восстановление и утилизация отработанных регенерационых растворов соли позволяют приблизиться к идее создания безсточных ТЭС, производящих наряду с тепловой и электрической энергией высококачественные солевые продукты, например гипс и регенерационный раствор соли.

3.В рамках данной работы автором:

-проведен анализ технологических и экологических характеристик традиционной и перспективной термической ВПУ в широком диапазоне минерализации исходных вод;

-исследованы и предложены технологические схемы малоотходной водоподготовки на базе многоступенчатой испарительной установки;

-выполнены теоретические, расчетные и опытные исследования условий и режимов работы отдельных узлов термохимической ВПУ, при переходе к питанию ВПУ стоками ТЭС;

-разработана методика техникоэкологического анализа действующей водоподготовки ТЭЦ;

-смонтировано с участием автора промышленная термохимическая малоотходная ВПУ, организованы и проведены испытания установки в разных режимах, в т.ч. при питании ВПУ стоками Саранской ТЭЦ-2.

4.В процессе разработки темы автором решен ряд частных задач, имеющих определенную научную и практическую значимость. В том числе:

-составлена и опробирована методика оценки шламового режима на двух базовых характеристиках(Си и ам), что имеет особое значение, при наладке осветлителя сточных вод;

-получена расчетная зависимость расхода реагента на регенерацию и в сток от степени минерализации исходной воды для установок химического обессоливания, позволяющая примерно оценить экологичность химической ВПУ;

-проведена расчетная оценка тепловой экономичность ТЭЦ с

МИУ;

-предложен и испытан для разных условий водный режим МИУ, в том числе при добавке к питательной воде испарителя продувки котлов и сточных вод ТЭЦ: подтверждена высокая надежность

го

получении чистого дистиллята с содержанием натрия не более 100 мкг/кг, углекислоты - в пределах 10-12 мг/л;

-накоплен полезный опыт регенерации натрий-фильтров ВПУ восстановленным раствором соли и, в целом, опыт эксплуатации малоотходной ВПУ на базе МИУ.

5. Реализованная в промышленном масштабе технология переработки в дистиллят сточных вод 'ГЭС содержит ряд отмеченных преимуществ (малый сток, отказ от химических реагентов, получение побочного товарного продукта - гипса), обеспечивает высокое качество дистиллят и может быть рекомендована для ТЭС с высокими экологими показателями.

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ:

1. Чебанов С.Н., Ларин Б.М. развитие малоотходной технологии водоподгоговки Саранской ТЭЦ-2. //Состояние и перспективы развития электротехнологии: Тез. докл. междунар. научно-техн. конференции. Иваново. 1994гС.101.

2. Опарин М.Ю., Чебанов С.Н., Ларин Б.М. Схема автоматического химконтродя опытной установки водоподготовки Саранской ТЭЦ-2 // Состояние и перспективы развития электротехнологии: Тез. докл. междунар. научно-техничесой конференции. Иваново. 1994.-С. 101-102.

3. Седлов A.C., Щищенко В.В., Чебанов С.Н., и др. Теоретическое и экспериментальное обоснование способов обессоливания вода с многократным использованием регенерационного раствора // Теплоэнергетика.-1995.-ЫЗ.~С.64-68.

4. Седлов A.C., Щищенко В.В., Чебанов С.Н., и др. Малоотходная технология переработки сточных вод на базе термического обессоливания // Вестник МЭИ,-1995.-N3-C.23-28.

5. Чебанов С.Н. Экономическое и техническое состояние и тенденции движения отдельных отраслей энергетики России // Современное состояние, проблемы и перспективы развития Российской экономики: Тез. докл. междунар. научной конференции. Иваново. 1УУ6.-С.30-34.

Подписано к печати Л- 9 О/

Псч. л. Тираж -fOÜ Заказ »V^

Типография МЭИ. Красноказарменная. 13.