автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Совершенствование систем водопользования ТЭЦ на основе комплексных методов очистки воды

На правах рукописи

Петин Владимир Владимирович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ ТЭЦ НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСНЫХ МЕТОДОВ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Специальность 05.14.14 - Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2013

Работа выполнена па кафедре «Тепловые электрические станции» в ФГБОУ ВПО «Забайкальский государственный университет».

Научный руководитель

- Мироишиков Сергей Филиппович - кандидат техн. наук, доцент.

Официальные оппоненты:

- Ким Аркадий Николаевич - доктор техн. наук, профессор ФГБОУ ВГ10 «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет», профессор;

- Кокошкин Илья Александрович - кандидат техп. наук, старший научный сотрудник ОАО «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И.И. Ползупова» (Санкт-Петербург), ведущий научный сотрудник.

Ведущая организация - ФГБУН Институт систем энергетики им. Л. А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук (г. Иркутск).

Защита состоится «17» декабря 2013 г. в 18-00 на заседании диссертационного совета Д 212.229.04 при ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., д. 29, в аудитории 411 ПГК

С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотеке ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Автореферат разослан «15» ноября 2013 г.

Отзыв на автореферат, заверенный печатью учреждения, в двух экземплярах просим направить по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Факс: (812) 552 89 45,

E-mail: kg 1210ff/;inail.rii

Ученый секретарь

диссертационного совета

К.А. Григорьев

К ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

л) и

Актуальность темы исследования. Энергетика, и в частности, ТЭЦ являются значительными потребителями воды. Наиболее крупными потребителями воды на ТЭЦ являются системы гидрозолоудаления (ГЗУ) и теплоснабжения.

Во многих регионах России, в том числе и в Забайкальском крае, сжигаются низкосортные угли, которые имеют высокое содержание кальция. В связи с особенностями химического состава топлива после его сжигания в системах ГЗУ ТЭЦ наблюдается образование нерастворимых отложений кальция в транспортирующих трубопроводах, насосах. Это связано с перенасыщением оксидом кальция пульпы и осветленной воды, содержащегося в топливе и добавочной воде.

Одним из наиболее дешевых способов борьбы с отложениями является несанкционированный сброс осветленной воды в природные водоемы, которые являются объектами хозяйственно-питьевого назначения. Независимые исследования подтверждают, что сбрасываемая вода из системы ГЗУ насыщена микроорганизмами (бактериями) и химическими элементами (фтор, мышьяк, свинец и др.), вымытыми из золы. Таким образом, сброс осветленной воды в природный водоем представляет опасность для человека.

Системы теплоснабжения - второй по значимости потребитель воды на ТЭЦ. Данные системы, в частности, системы открытого водоразбора горячего водоснабжения (ГВС) достаточно распространены в России. Так, в Забайкальском крае только г. Чита имеет закрытую схему ГВС, все остальные города - открытую.

Внутреннее состояние транспортирующих трубопроводов системы теплоснабжения является источником вторичного загрязнения микроорганизмами и продуктами коррозии стальных труб. Поскольку в трубах образуются застойные зоны, то они являются «рассадником» бактерий.

Загрязнение тепловых сетей является причиной возникновения различных инфекционных заболеваний человека: холеры, брюшного тифа, дизентерии, вирусного гепатита, легионеллеза. Для предупреждения возникновения таких заболеваний нужны определенные санитарные мероприятия на системах водопользования ТЭЦ, а для повышения безаварийной работы нужно решать задачи по снижению образования отложений в системах ГЗУ.

Таким образом, необходима комплексная очистка и обеззараживание воды в системах ГВС и ГЗУ. Для этого применяются обеззараживание диа-

фрагменным электрическим разрядом (ДЭР) и очистка цеолитсодержащей породой (цеолитом). Механизм бактерицидного действия ДЭР носит комбинированный характер и, в первую очередь, связан с образованием перекиси водорода и ионов меди. Однако остаются вопросы изменения органолептиче-ских свойств, обработки и обеззараживания сетевой и осветленной воды под действием электрического разряда и цеолита. Поэтому работа является актуальной.

Работа выполнена автором в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 20092013 годы.

Степень научной разработанности темы. Вопросам обработки и обеззараживания воды ДЭР посвящены работы Кульского J1.A., Юткина Л.А., Ав-чинникова А. В., Стройковой И.К., Жук Е.Г., Суворова И.Ф., и др. Зарубежных: T.Kim и S.Silver, L.Edebo, М. Sato и др. Образование и устранение отложений в системе ГЗУ рассматривали Кропп Л.И., Залогин Н.Г., Кострикин Ю.М., Чеканов Г.С., Зорин В.А., Харьковский М.С. и другие. Использованием цеолитов для очистки сточных вод занимались Хатькова А.Н., Шестернев Д.М., Мязин В.П., Павленко Ю.В., Брек Д., Рязанцева A.A., Ведерникова Л.Б. и др.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование комплексных методов совершенствования систем водопользования за счет применения ДЭР и цеолитсодержащих пород, обеспечивающих эффективную защиту окружающей среды и надежную работу ТЭЦ.

Для достижения цели поставлены задачи:

1. Провести анализ существующих методов снижения карбонатных отложений в системах ГЗУ и обеззараживания воды; представить теоретические сведения об особенностях, причинах, последствиях и способах борьбы с образованием отложений и микробиологическим загрязнением; определить эффективные технологии; рассмотреть теоретические основы ДЭР.

2. Разработать совмещенные установки для обеззараживания и повышения качества технологических вод систем водопользования с использованием диафрагменного электрического разряда в присутствии цеолитсодержащей породы.

3. Экспериментально обосновать влияние диаметра отверстий в диафрагме, начальной температуры, скорости воды через разрядную камеру на параметры ДЭР, бактерицидные свойства с учетом эффекта последействия в осветленной и сетевой воде.

4. Исследовать оценку экономической эффективности применяемых установок.

Научная новизна и положения, выносимые на защиту:

1. Предложен способ снижения негативного воздействия на естественные водоемы и человека при водопользовании на ТЭЦ за счет применения ДЭР и цеолитсодержащих материалов в системах ГЗУ.

2. Разработана методика повышения надежности действующих ТЭЦ и снижения их техногенного воздействия на окружающую среду за счет совершенствования технологии ГЗУ с использованием ДЭР и цеолитсодержащих материалов.

3. Установлены оптимальные диаметры отверстий в диафрагме установок ДЭР, обеспечивающие максимальный выход перекиси водорода и ионов меди в осветленной и сетевой водах.

Практическая значимость работы. Разработанная схема комплексного использования ДЭР и цеолитсодержащих пород обеспечивает снижение образования отложений кальция в системах ГЗУ, повышает надежность ТЭЦ, и обеззараживает технологические воды, в конечном итоге снижая техногенное воздействие на окружающую среду от функционирования предприятий энергетики и воздействие на человека продуктов вторичного загрязнения.

Разработан способ обработки и обеззараживания технологических вод ТЭЦ, который может использоваться в котельных, индивидуальных домах.

Разработана программа для расчета теплогидравлических режимов систем централизованного теплоснабжения с совмещенными схемами присоединения установок ГВС, позволяющая учитывать особенности функционирования ДЭР (Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ №2011612715).

Полученная информация и наработка включена в курс лекций и практических занятий «Водоподготовка» и «Экология энергетики» для студентов Забайкальского государственного университета, обучающихся по специальности Тепловые электрические станции.

Методология и методы исследования. Обобщение литературных источников; анализ и оценка техногенного воздействия на окружающую среду технологических вод ТЭЦ; лабораторные экспериментальные исследования действия ДЭР на технологические воды ТЭЦ, степень очистки вод с применением цеолитов Забайкальских месторождений; обработка результатов исследований; обоснование и оценка эффективности применяемых установок в системах водопользования.

Степень достоверности результатов. Обеспечивается применением аттестованной и аккредитованной лаборатории в экспериментальной части. Выводы и рекомендации подтверждаются сходимостью экспериментальных и теоретических результатов и не противоречат законам физики.

Личный вклад автора. Автором разработаны адаптированные установки обработки и обеззараживания технологических вод с использованием электрического разряда и цеолитов. Также разработаны и получены автором научные и практические положения, выносимые на защиту, сформулированы задачи работы.

Апробация работы. Основные методологические положения и результаты исследований работы по тематике диссертации докладывались и обсуждались на конференциях в ЧитГУ (г. Чита, 2004, 2009), АмГУ (г. Благовещенск, 2005), ТПУ (г.Томск, 2007, 2010), ЮУрГУ (г.Челябинск, 2007), УГТУ-УПИ (г. Екатеринбург, 2007), СПбГПУ (г. Санкт-Петербург, 2010), ЗабГУ (г. Чита, 2012, 2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, из них 4 в изданиях рекомендованных ВАК, получено 1 свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из оглавления, введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Содержит 118 страниц машинописного текста, 34 рисунка, 21 таблицу и библиографию из 141 источника.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проанализирована и обоснована актуальность совершенствования водопользования на ТЭЦ. Отражены проблемы используемых систем и традиционные способы их решения. Обозначено применение цео-литсодержащих пород. Проведен патентный обзор и описание используемых установок и схем очистки и обеззараживания. Сформулированы цели и задачи работы.

Вторая глава посвящена описанию разработанных технологических схем использования ДЭР и цеолитового фильтра в комплексных системах водопользования ТЭЦ. Приведена программа диссертационных исследований. Разработанная технологическая схема совместных установок ДЭР и цеолит-содержащей породы позволила добиться снижения негативного воздействия на природные водоемы, а также снижения образования карбонатных отложе-

ний в системах ГЗУ, тем самым повысить надежность станции в целом (рисунок 1).

Вода из природного водоема 1 поступает на насосную станцию 2, откуда направляется на ТЭЦ 3, где идет на орошение мокрых золоуловителей и на гидротранспорт золы и шлака (пульпы). Посредством внутри котельных каналов пульпа стекает в багерную насосную 4. Далее пульпа поступает по пульпороводу 9 на золошлакоотвал 10 посредством системы распределения 11. Осветленная вода поступает в бассейн 13, через сливной колодец 12 на

золошлакоотвале. После проведения всех вышеописанных операций осветленная вода по трубопроводу 15 направляется на всас насосной 16.

Для предотвращения насыщения осветленной воды карбонатом кальция предусмотрена линия (несанкционированного) сброса в природный водоем 14. На данном трубопроводе для осуществления очистки и обеззараживания установлен фильтр с цеолитсодержа-щей породой 17 и электроразрядная камера 6. Осветленная вода проходит фильтр и поступает в

„„„ разделитель 5. Разделитель вы-

использовамия ДЗР и цеолитсодержащего

, , полняет функцию деления воды на

фильтра в системе 1 ЗУ

два потока: один движется далее по трубопроводу, а второй направляется в электроразрядную камеру 6. Электроды разрядной камеры получают электрический ток от источника питания 7. Мощность источника питания изменяется блоком 8. Пройдя обработку диафрагменным электрическим разрядом, вода добавляется в трубопровод, где происходит смешение с основным потоком. Смешение потоков в оптимальном соотношении обработанной и необработанной вод дает эффект обеззараживания, а цеолитсодер-жащий фильтр, установленный перед камерой, производит очистку воды по химическим показателям до норм предельно-допустимого сброса (ПДС), что в комплексе снижает негативное воздействие на природные водоемы.

7

Рисунок 1 - Технологическая схема

Разработанная технологическая схема использования установок ДЭР с фильтром из цеолитсодержащей породы в открытых системах ГВС позволила повысить качество воды.

Согласно СНиП, температура для централизованных систем горячего водоснабжения, присоединенных к открытым системам теплоснабжения должна составлять 60-75 °С. Поэтому сетевая вода в автоматизированном тепловом пункте (АТП) проходит регулировку в регулирующем клапане 1 до необходимой температуры и далее идет двумя потоками (рисунок 2).

Первый поток (большая часть) направляется в бак-аккумулятор 3, второй поток идет в разрядную камеру 4 для обеззараживания и после нее поступает в фильтр 6 с цеолитсодержащей породой. В зависимости от условий работы и химического состава исходной воды фильтр может устанавливаться либо до бака, либо после. После фильтра обеззараженный раствор направляется в бак-аккумулятор, где происходит последующая обработка всего потока воды для нужд ГВС. Из бака вода поступает к потребителям 7. Для управления системой предусмотрен регулирующий блок 2. Для контроля температуры воды установлено два датчика: перед регулирующим клапаном 1 и перед баком-аккумулятором 3.

Для проведения лабораторных исследований действия ДЭР и цеолитсодержащей породы на осветленную и сетевую воду использована установка (рисунок 3).

В емкость 1 наливается

Рисунок 2 - Технологическая схема по обеззараживанию и очистке сетевой воды

вода для экспериментальных исследований. Для моделирования различных температурных режимов предусмотрен электрический нагреватель 2. Из емкости вода, пройдя через запорный клапан 3 и регулирующий 4, поступает в разрядную камеру 7. Для отбора проб исходной воды предусмотрена линия 8. Температура исходной

воды и воды после обработки фиксируется регистратором 6 с различной степенью дискретности в зависимости от заданных условий. После обработки в разрядной камере вода поступает либо в емкость, либо в фильтр с цеолитосо

риологическим анализом проб, отобранных из линий 8 и 9. Для исследования дополнительного эффекта отбирались пробы после фильтра, и оценивалось качество обработки по результатам химических анализов.

Третья глава отражает экспериментальные исследования. Цель данного раздела состоит в оптимизации факторов, влияющих на эффективность обеззараживания и очистки, а также в определении параметров для исследования оценки экономической эффективности применяемых установок.

Поскольку исследовались две системы водопользования ТЭЦ, поэтому все последующие эксперименты проведены для осветленной и сетевой воды.

Основными активными обеззараживающими компонентами, образующимися в процессе разряда, являются перекись водорода и ионы меди. Определены оптимальные диаметры отверстий в диафрагме установок ДЭР. Данные характеристики являются основными конструктивными факторами при постоянной толщине диафрагмы, обеспечивающими максимальный выход перекиси водорода и ионов меди в осветленной и сетевой воде с учетом режимных факторов функционирования ТЭЦ (рисунки 4, 5).

держащей породой 10. Данный процесс регулируется различным положением запорной арматуры. Для отбора проб после обеззараживания предусмотрена линия 9. Питание электродов разрядной камеры происходит от по-

Рисунок 3 - Лабораторная схема по обеззараживанию и очистке осветленной и сетевой воды

Л вышающего трансформатора 14, с регулятором напряжения 15. Для оценки потребляемой мощности установлены вольт и а- амперметр.

Степень обеззараживания воды определялась бакте-

—- •ЗО градусов

—♦— бО гр аду оо в

вО градусов

—*— 7О градусов

Диам етр отверспи

- 43 гр аду со *

- 50 гр аду со *

- 60 градусов

- 70 градусов

Диаметр отверстий,»/

Рисунок 4 - Оптимальный диаметр отверстий диафрагм для сетевой во

- 5 градусо к

- 10 градусов -15 градусов

- 20 грздусо в

—■— 5 градусов —4с— Ю градусов —к— 15 градусов —»— 20 градусов —&— 25 градусов

О.З ¿5 0.25 0.2

8"

I 015

л

х 0.1

£

= 0.05

15 2 2.5 3

Диаме тр отверстий, мм

15 2 25

Диаметр отверстий. I

0.035 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0

05

Рисунок 5 - Оптимальный диаметр отверстий диафрагм для осветленной

10

Анализируя зависимости на рисунках 4 и 5, приходим к выводу, что при изменении температуры на входе в разрядную камеру оптимальный диаметр отверстий в диафрагме: для сетевой воды составляет 1,3 мм -40 °С, 1,4 мм -50 °С, 1,6 мм - 60 °С, 1,7 мм - 70 °С; для осветленной воды 1,1 мм - 5 °С, 1,1 мм — 10 °С, 1,2 мм - 15 °С, 1,3 мм-20 °С, 1,4 мм-25 °С.

Этот факт объясняется увеличением плотности электрического тока в отверстии при уменьшении геометрических размеров, что благоприятно сказывается на эффективности генерации перекиси водорода и выходе ионов меди.

Установлены режимные факторы разряда с учетом определенных ранее оптимальных диаметров отверстий диафрагмы: влияние температуры на входе в разрядную камеру, расхода воды через камеру на электрическую мощность.

На экспериментальной установке (рисунок 3) выставлялся определенный расход с помощью вентилей 4, с помощью электрического нагревателя 2 моделировалась различная температура перед камерой. При каждой началь-

ной температуре и установленному расходу жидкости через камеру определялась электрическая мощность посредством измерения силы тока и напряжения разряда. Данные заносились в таблицу, рассчитывалась электрическая мощность, строились графики (рисунок 6).

Полученные графические зависимости показывают, что электрическая мощность уменьшается с увеличением температуры и увеличивается с увеличением расхода воды. Но при расходах в диапазоне от 0,56 и до 0,95 л/мин наблюдается небольшое уменьшение электрической мощности при повышении расхода. Это происходит вследствие неустановившегося гидравлического режима, который характеризуется числом Рейнольдса. Так, например, число Рейнольдса при температуре 25 °С и расходе 0,5 л/мин составляет около 2000, а уже при расходе 0,95 л/мин около 3700 при этой же температуре.

а)

б)

Рисунок 7 - Энергоемкость установки по обеззараживанию сетевой воды

По зависимостям электрической мощности от расхода и температуры воды определялась удельная энергоемкость (рисунок 7,8). Удельная энергоемкость определяется как отношение электрической мощности к расходу.

о 0,021 мЗ/ч п 0,03 мЗ/ч л 0,057 мЗ/ч X 0,072 мЗ/ч

40 45 50 55 60 65 70 75 Температура на входе в камеру, град. С

0,02 0,04 0,06

Расход воды, мЗ/ч

Данная величина является важной эксплуатационной характеристикой установок, которая определяет затраты на ДЭР.

Для лучшей наглядности графики построены в двух интерпретациях: зависимость удельной энергоемкости от температуры воды и зависимость удельной энергоемкости от расхода воды. Зависимость удельной энергоемкости от температуры воды на входе: чем выше температура, тем меньше электроэнергии требуется. Влияние же расхода воды характеризуется переходными гидравлическими режимами, описанными выше по числу Рейнольдса. Так, от 0,021 м3/ч до 0,03 ламинарный режим течения, от 0,03 до 0,057 м3/ч переходный режим, с 0,057 м7ч турбулентный режим со стабилизацией и уменьшением удельной энергоемкости. Поэтому при эксплуатации установки ДЭР для минимизации затрат предпочтительно использование режимов с расходами от 0,057 до 0,072 м7ч и удельной энергоемкостью 2,7...5,1 кВтч/м' для осветленной и 1,5...3 кВтч/м^ для сетевой воды.

о 0,021 мЗ/ч □ 0,03 мЗ/ч а 0,057 мЗ/ч х 0,072 мЗ/ч

Я2 = 0.9387 9953

0 5 10 15 20 25

Температура на входе в камеру, град. С

а)

б)

Рисунок 8 - Энергоемкость установки по обеззараживанию осветленной воды

13

По результатам математической обработки графика удельной энергоемкости от температуры на входе сетевой воды (рисунок 7а) получена экспериментальная зависимость теплоты, вносимой ДЭР в систему ГВС:

Ojnr = -1,07-0,00258 /, -3,18- InГ,- +1,31-Г,25 (1)

где // - температура на входе в разрядную камеру, °С; Vr - расход воды, л/мин. Данная зависимость определяет изменение топливных издержек при последующих экономических исследованиях.

Поскольку известно, что для обеззараживания воды ДЭР необходимо обработать всего лишь некую часть и в последующем смешать ее с основным потоком и, согласно эффекта последействия, произойдет дезинфекция всего потока жидкости в течение 20...30 мин. Поэтому последующие исследование определяло, какую часть воды необходимо обработать для лучшего обеззараживания в процентном соотношении.

Исходное заражение производилось бактериями группы кишечной палочки Escherichia coli (E.coli № 25922 из музейной коллекции Центра эпидемиологии и гигиены Госсанэпиднадзора по Забайкальскому краю), так как данные микроорганизмы являются основными санитарными показателями загрязнения вод.

Микробиологические и химические исследования проб воды выполнены в Аккредитованном Испытательном лабораторном центре ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Забайкальском крае» (Аттестат аккредитации № ГСЭН.Яи.ЦОА. 093 от 17 июля 2008 г. Действителен до 17 июля 2013 г.).

Данные эксперименты характеризуются теми же расходами, как и в предыдущих экспериментах. Переменной величиной было соотношение между исходной водой и обеззараженной, которое равнялось 99:1; 98:2; 97:3; 96:4; 95:5 %. Данные соотношения подбирались подбором и проведением экспериментальных исследований. В последующем находили оптимальное соотношение, руководствуясь затратами на электроэнергию и временем экспозиции.

Графические зависимости, отраженные на рисунке 9, характеризуют кинетику отмирания бактерий в данный момент времени без учета эффекта последействия.

Повышение начальной температуры перед камерой электрического разряда ускоряет процессы обеззараживания. Увеличение скорости движения характеризуется большей турбулизацией потока и соответственно лучшему перемешиванию активных продуктов разряда (перекиси водорода и ионов

меди) с клетками бактерий. Экспериментально получено для систем теплоснабжения время экспозиции небольшое, поэтому используем соотношение исходной к обеззараженной воде 95:5%, а для систем ГЗУ при длительном смешении, возможно, использовать 98:2%.Расчеты энергопотребления и соотношений исходной и обеззараженной воды будут основой для исследования оценки экономической эффективности применяемых установок.

а)

б)

Рисунок 9 - Зависимость эффективности обеззараживания сетевой (а) и осветленной (б) воды от скорости ее движения

Для определения эксплуатационных характеристик цеолитсодержащих пород в фильтрах по очистке вод системы ГЗУ разработана методика повышения надежности действующих ТЭЦ и снижения их техногенного воздействия на окружающую среду. Был определен приоритетный элемент - фтор, эффективность очистки от которого снижается наиболее значительно.

15

11П

5й

100

X ЯП

Ш

80

О- 70

п

О 60

Ю

£ 50

г> 40

■Г

ш 30

V 20

++

•У-то 10

-40 град. -50 град. -60 град. -70 град.

0,1

0,2 0,3 0,4 0,5 Скорость движения, м/с

0,7

0,8

-5 град -15 град. -10 град. -20 град. -25 град.

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Скорость движения, м/с

Для разработки методики проведены исследования влияния сорбцион-ных характеристик цеолита на обрабатываемую воду. Экспериментальные исследования выполнены для определения кривых насыщения цеолита по фтору. В фильтр засыпалась цеолитсодержащая порода Талан-Гозагорского месторождения. Фракция 2-5 мм. Исходный объем цеолита составил 6-10"э м3, результаты исследований отражены графической зависимостью содержания фтора от объема пропущенной осветленной воды (рисунок 10).

Рисунок 10 - Зависимость содержания фтора от объема пропущенной воды

Подбиралась оптимальная скорость прохождения через фильтр осветленной воды, которая выбрана таким образом, чтобы обеспечить необходимое время контакта 10-15 мин для очистки до норм ПДС фтора (1,5 мг/л) для водных объектов хозяйственно-питьевого и рыбохозяйственного назначения.

В итоге по экспериментальной зависимости получена формула (2) определения концентрации фтора в воде:

VI

Сф=С«ф+(С°ф-ф-е^2 (2)

где Ск - концентрация фтора в осветленной воде без фильтрации, мг/л; -концентрация фтора в осветленной воде при нулевом пропуске воды через фильтр, мг/л; А — динамический коэффициент, характеризующий емкость цеолита и составляющий 1200 м7кг для Талан-Гозагорского месторождения; сч - масса цеолита в фильтрах, кг; Ув - объем пропущенной осветленной воды через фильтры, м3.

При этом время работы фильтра должно выбираться таким образом, чтобы величина Сф, определенная по соотношению не превышала ПДС (ри-

сунок 11). То есть, например, при известных величинах С*'=17мг/л;

С" =0,68мг/л; с, = 0.048кг и с"дс =1,5мг/л получаем аналитически или графически объем пропущенной осветленной воды (Кв) через фильтр с цеолитом Та-лан-Гозагорского месторождения равный 13 м3.

Ооьем освещенной воды. мЗ

Рисунок 11 - Зависимость содержания фтора от объема пропущенной воды

Немало важной характеристикой расчета является соотношение сброса и возврата осветленной воды на ТЭЦ. Предполагается, что большая часть возвращается, а меньшая сбрасывается в водоем. Это рассматривается как способ снижения негативного воздействия на естественные водоемы и человека при водопользовании на ТЭЦ за счет применения ДЭР и цеолитсодер-жащих материалов в системах ГЗУ.

-Экспл. затраты на фильтр

- Сниж. затрат на перекачку

- Затраты на рем работы

-Сниж. налогооблагаемой

базы -Экспл. затраты установки ДЭР -Затраты на подъем из

водоема -Экономия

8000000 7000000 6000000

^ 5000000 >>

4000000

2. зоооооо р

« 2000000

1000000

о о

-1000000

Доля сбрасываемой воды в природный водоем

Рисунок 12 - Разница затрат до и после внедрения от соотношения сброса и возврата осветленной воды 17

С целью определения необходимого количества сброса осветлённой воды для предотвращения насыщения карбонатом кальция и дальнейшего образования отложений произведен экономический расчет, результаты которого отражены на графиках (рисунок 12, 13).

юоооооо

9000000 8000000 7000000 -

; 6000000

Г 5000000 ¡_ 4000000 I 3000000 -2000000 1000000 о

-1000000

- Экономия

-чдд

- Капитальны в затраты_

О 4

Доля сбрасываемой воды в природный водоем

Рисунок 13 -Чистый дисконтированный доход, капитальные затраты и полученная экономия от соотношения сброса и возврата осветленной воды

Из графика (б) видно, что 0,18 (18%) является экономически обоснованной точкой, при которой чистый дисконтированный доход (ЧДД) стабилизируется.

В четвертой главе представлено исследование оценки экономической эффективности применяемых установок в системах водопользования. Для осветленной воды на примере Читинской ТЭЦ-2, а для сетевой воды для потребителя со средним расходом 0,62 м3/ч. В виду своих габаритных характеристик представленная разрядная камера (рисунок 3) может быть использована в качестве промышленной установки в системах централизованного теплоснабжения с открытым водоразбором.

Исследование оценки экономической эффективности очистки и обеззараживания осветленной воды системы ГЗУ Читинской ТЭЦ-2 осуществлено с помощью расчета срока окупаемости инвестиционного проекта (РР), который составил 1,2 года.

При этом капитальные затраты на установку ДЭР и цеолитсодержащий фильтр составили 2275569,5 руб., а производственные издержки делятся на:

• издержки электроэнергии за счет транспортировки пульпы с отложениями в пульпопроводе 1167114,7 руб./год;

• издержки, связанные с ремонтными работами 1226312 руб./год;

• издержки при эксплуатации установки ДЭР 59773,57 руб./год из расчета удельной энергоемкости 2,7-5,1 кВтч/м3;

• издержки при эксплуатации цеолитсодержащего фильтра -227124 руб/год из расчета по разработанной методике объема цеолита 29,6 м3/год;

• затраты на подъем воды из природного водоема 206325 руб./год.

Для учета конечной температуры функционирования потребителей открытого водоразбора ГВС с дополнительными установками диафрагменного электрического разряда разработана, комплексная математическая модель, в которой учтены разнородность тепловых нагрузок и не стационарность тепловых режимов работы.

В итоге математическая модель для потребителей позволила оценить технико-экономический эффект от применения на объектах теплоснабжения с открытым водоразбором установки ДЭР и определить зависимости температуры обратной сетевой воды от температуры прямой сетевой воды потребителя при нерасчетных значениях нагрузки горячего водоснабжения, температуры наружного воздуха и дополнительной тепловой мощности, вносимой ДЭР, определенной по формуле (1).

По результатам модели разработана программа расчета и оптимизации теплогидравлических режимов систем централизованного теплоснабжения с государственной регистрацией, что является практическим применением.

Для расчета технико-экономического обоснования технологии очистки и обеззараживания определили себестоимость 1 м3 очищенной воды и сравнили с себестоимостью 1 м3 очищенной по технологии хлорирования (таблица 1).

Таблица 1 - Экономическое сравнение вариантов очистки и обеззараживаиия

№ Показатель Предлагаемая установка ДЭР и фильтра Установка хлорирования

1 Капитальные вложения,руб 63957,5 75000

2 Амортизация, руб 12791,5 15000

3 Затраты на реагенты, руб 0 35421

4 Затраты на материалы, руб 12176 0

5 Затраты на эл/эн., руб 1696,1 0

6 Транспортные расходы,руб 1000 4000

Окончание таблицы 1 - Экономическое сравнение вариантов очистки и обеззараживания

№ Показатель Предлагаемая установка ДЭР и фильтра Установка хлорирования

7 Страховые взносы, руб 0 15000

8 Изменение топливных из- 9250 0

держек. руб

9 Итого затраты, руб 18413,6 69421

10 Годовой расход воды, м"1 2361,4 2361,4

11 Итого себестоимость на единицу объема, руб./м3 11,0 33,2

В результате расчетов себестоимость обработки и обеззараживания в системе теплоснабжения с открытым водоразбором составляют: для установки ДЭР и цеолитсодержащего фильтра 11 руб./м3, а для хлорирования 33,2 руб./м3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты работы сводятся к следующему.

1. Предложен способ снижения негативного воздействия на естественные водоемы и человека при водопользовании на ТЭЦ за счет применения ДЭР и цеолитсодержащих материалов в системах ГЗУ.

2. Разработана методика повышения надежности действующих ТЭЦ и снижения их техногенного воздействия на окружающую среду за счет совершенствования технологии ГЗУ с использованием ДЭР и цеолитсодержащих материалов.

3. Установлены оптимальные диаметры отверстий в диафрагме установок ДЭР, обеспечивающие максимальный выход перекиси водорода и ионов меди в осветленной и сетевой водах.

4. Разработана программа расчета и оптимизации теплогидравличе-ских режимов систем централизованного теплоснабжения с совмещенными схемами присоединения установок ГВС «НОТ - WATER»: свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ № 2011612715.

5. Срок окупаемости инвестиционного проекта, разработанной схемы для осветленной воды составил 1,2 года.

6. Себестоимость обработки и обеззараживания сетевой воды в системе теплоснабжения с открытым водоразбором составляет: 11 руб/м3 для

установки ДЭР с цеолитсодержащим фильтром и 33,2 руб/м3 для сравнимого варианта хлорирования жидким хлором.

7. Результаты работы приняты к внедрению в системе ГЗУ на Читинской ТЭЦ-1 ОАО «ТГК-14».

8. Перспективы дальнейшей разработки темы состоят в детальном изучении поведения цеолитсодерожащей породы в условиях ее комплексного функционирования с установками ДЭР на ТЭЦ.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах: Ведущие рецензируемые научные журналы из перечня ВАК

1. Батухтин, А.Г. Обеззараживание воды в системах централизованного теплоснабжения [Текст] / А.Г. Батухтин, В.В; Петин, И.Ф. Суворов // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2010. - № 1. - С. 209-212.

2. Петин, В.В. Современные технологии использования электрической энергии в системах централизованного теплоснабжения [Текст] / В.В. Петии, А.Г. Батухтин, A.B. Калугин, П.Г. Сафронов // Научно-технические ведомости СпбГТУ. -2010. -№4.-С. 32-38.

3. Петин, В.В. Комплексное использование инновационных методов обработки воды в системе «ТЭЦ-потребитель» [Текст] / В.В. Петин, А.Г. Батухтин, 10.В. Дорфман // Научно-технические ведомости СпбГТУ. - 2011. - № 1. - С.63-68.

4. Петин, В.В. Оптимизация характеристик диафрагменного электрического разряда для систем водопользования ТЭС [Текст] / В.В. Петин, А.Г. Батухтин // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2012. №1.- С. 367370.

5. Программа расчета и оптимизации теплогидравлических режимов систем централизованного теплоснабжения с совмещенными схемами присоединения установок ГВС «НОТ - WATER» [Текст]: свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ №2011612715: / Батухтин А.Г., Петин В.В.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Читинский государственный университет.-№ 2011611134/11; заявл. 22.02.2011; зарег. 06.04.2011.

Статьи в материалах всероссийских и международных конференций

6. Петин, В.В. Об экологически безопасном складировании золошлаковых отходов ТЭС [Текст] / В.В. Петин, С.Ф. Мирошников // Материалы четвертой Всероссийской научно-практической конференции «Кулагинские чтения». - Чита: ЧитГУ, 2004. Ч. I.-C. 119-122.

7. Петин, В.В. Экологическая обстановка города Читы. Мероприятия Читинской ТЭЦ-2, направленные на улучшение экологии города [Текст] / В.В. Петин, С.Ф. Мирошников // Сборник докладов четвертой Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Энергетика: управление,

качество и эффективность использования энергоресурсов». - Благовещенск: АмГУ, 2005,-С. 544-546.

8. Истин, В.В. Проблемы золоулавливания Читинских ТЭЦ [Текст] / В.В. Петин // Материалы третьей Всероссийской иаучио-практической конференции «Энергетика в современном мире». - Чита: ЧитГУ, 2006. - С. 48-50.

9. Петии, В.В. Применение осветленной воды системы гидрозолоудаления для орошения труб Вептури [Текст] / В.В. Петии, С.А. Иванов // Материалы тринадцатой Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии СТТ 2007» - Томск: ТГ1У, 2007. Т.З.-С. 243-245.

10. Петии, В.В. Борьба с отложеииями в оборотных системах гидрозолоудалсиия [Текст] / В.В. Петии. С.Ф. Мирошииков. С.А. Иванов // Материалы Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых; под. ред. Е.В. Торопова «Проблемы теплоэнергетики». - Челябинск: ЮУрГУ, 2007.-С. 101-103.

11. Петин, В.В. Снижение скорости образования отложений в системах гидрозо-лоудалепия ТЭС [Текст] / В.В. Петии. С.Ф. Мирошников, С.А. Иванов // Сборник материалов Всероссийской студенческой олимпиады, иаучио-практической конференции и выставки студентов, аспирантов и молодых ученых «Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии». - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2007. - С. 177-179.

12. Петии, В.В. Эксплуатация систем гидрозолоудаления при сжигании на ТЭС твердого топлива с высоким содержанием кальция [Текст] / В.В. Петин, С.А. Иванов, С.Ф. Мирошииков // Материалы тринадцатой Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: экология, надежность, безопасность». -Томск: ТПУ, 2007. - С. 132-134.

13. Петин, В.В. Особенность образования отложений в системах гидрозолоудаления при сжигании угля в низкотемпературном кипящем слое [Текст] / В.В. Петин // Материалы четвертой Всероссийской научно-практической конференции «Энергетика в современном мире». - Чита: ЧитГУ, 2009. - С. 16-18.

14. Петин, В.В. Проблемы современных систем централизованного теплоснабжения с открытым водоразбором [Текст] / В.В. Петин, А.Г. Батухтин, С.А. Иванов // Материалы шестнадцатой Всероссийской конференции «Фундаментальные исследования и инновации в национальных исследовательских университетах». - Санкт-Петербург: СПбГТУ. 2010. Т. 1. - С. 200-201.

15. Петин, В.В. Установка по обеззараживанию в схеме открытого водоразбора [Текст] / В.В. Петин // Материалы шестнадцатой Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: экология, надежность, безопасность». -Томск: ТПУ, 2010. - С. 99-101.

16. Петип, В.В. Способы предотвращения микробиологического загрязнения в открытых системах ГВС [Текст] / В.В. Пегим, А.Г. Батухтин, Е.А. Железнова, T.J1. Соловьева // Материалы второй Международной научно-практической конференции «Чистая капля воды». - Чита: ЗабГУ, 2012. - С. 65-68.

17. Balukhtin, A.G. MODERN METHODS OF MODERNIZATION EXISTING SYSTEMS HEAT / A.G. Balukhtin, M.V. Kobylkin, A.V. Mitkus, V.V. Petin // RESEARCH JOURNAL OF INTERNATIONAL STUDIES. - 2013. № 7-2. C. 40-45. = Батухтин А.Г. Современные способы модернизации существующих систем теплоснабжения [Текст] / А.Г. Батухтин, М.В. Кобылкин, А.В. Миткус, В.В. Петии // МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЖУРНАЛ. - 2013. №7 (14). Часть 2.-С. 40^15.

14-

-105»

2014062530

Подписано в печать 14.11.2013. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 11242Ь.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в типографии Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.: (812) 550-40-14 Тел./факс: (812) 297-57-76

2014062530

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЗАБАЙКАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

04201452022

Петин Владимир Владимирович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ ТЭЦ НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСНЫХ МЕТОДОВ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Специальность 05.14.14 - Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук доцент Мирошников С.Ф

Чита-2013

Оглавление

Введение..................................................................... 4

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ СИСТЕМ ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ....... 9

1.1 Проблемы систем водопользования на ТЭЦ........................ 12

1.1.1 Классификация, особенности и причины образования отложений в системах ГЗУ.................................... 12

1.1.2 Причины и особенности образования химического и микробиологического загрязнения........................... 19

1.1.3 Мероприятия по предотвращению образования отложений в системах ГЗУ.................................... 23

1.1.4 Методы и способы обеззараживания........................ 26

1.2 Электрический разряд в воде как способ совершенствования систем водопользования................................................ 30

1.2.1 Воздействие электрического разряда на клетки микроорганизмов................................................ 32

1.2.2 Процессы взаимодействия электрического разряда с ионами меди...................................................... 33

1.3 Описание запатентованных способов и устройств очистки и обеззараживания......................................................... 36

1.4 Применение цеолитсодержащих пород.............................. 41

1.5 Выводы по главе.......................................................... 43

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ УСТАНОВОК В СИСТЕМАХ ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ ТЭЦ...... 45

2.1 Программа исследований............................................... 45

2.2 Технологическая схема использования ДЭР и цеолитсодержащих пород в системах ГЗУ ТЭЦ.................... 47

2.3 Технологическая схема использования ДЭР и цеолитсодержащих пород в системах централизованного теплоснабжения........................................................... 51

2.4 Электрическая часть установок ДЭР................................. 54

2.5 Выводы по главе.......................................................... 55

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМНЫХ ФАКТОРОВ И КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ УСТАНОВОК........................................ 56

3.1 Экспериментальные исследования действия ДЭР на пульпу и осветленную воду в системах гидрозолоудаления ТЭЦ........ 56

3.2 Экспериментальные исследования обеззараживания в системах централизованного теплоснабжения и ГЗУ............. 61

3.2.1 Влияние диаметра отверстий в диафрагме на эффект обеззараживания................................................. 62

3.2.2 Влияние начальной температуры, расхода через установку на мощность разряда и энергоемкость......... 63

3.2.3 Влияние начальной температуры, скорости движения

на эффективность обеззараживания и эффект 69

последействия....................................................

3.2.4 Влияние сорбционных характеристик цеолита на обрабатываемую воду.......................................... 72

3.2.5 Методика микробиологических исследований воды..... 74

3.2.6 Определение экономически обоснованного сброса осветленной воды в природный водоем..................... 76

3.3 Выводы по главе........................................................... 79

4 ИССЛЕДОВАНИЕ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ПРИМЕНЯЕМЫХ УСТАНОВОК В СИСТЕМАХ

ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ....................................................... 80

4.1 Расчет экономической целесообразности очистки и

обеззараживания в осветленной воде системы ГЗУ на примере

Читинской ТЭЦ-2........................................................ 80

4.1.1 Методика по снижению техногенного воздействия вод систем ГЗУ с применением цеолитсодержащих пород и расчет эксплуатационных затрат на фильтрующий материал........................................................... 82

4.1.2 Расчет капитальных затрат в фильтрационную цеолитсодержащую установку для Читинской ТЭЦ-2... 85

4.1.3 Расчет издержек на транспортировку пульпы............. 85

4.1.4 Расчет издержек, связанных с ремонтными работами... 91

4.1.5 Расчет капитальных затрат в установку ДЭР и издержек при ее эксплуатации................................ 91

4.1.6 Затраты на подъем воды из природного водоема......... 93

4.2 Технико-экономический расчет в системах теплоснабжения... 93

4.2.1 Математическая модель тепловой сети централизованного теплоснабжения, учитывающая функционирование потребителей тепловой энергии, оборудованных установками ДЭР.......................... 93

4.2.2 Технико-экономическое обоснование технологии и сравнение вариантов в системе централизованного теплоснабжения.................................................. 101

4.2.3 Расчет капитальных затрат и издержек на установку хлорирования жидким хлором............................. 103

4.2.4 Расчет капитальных затрат и издержек на установку ДЭР................................................................ 103

4.2.5 Расчет капитальных затрат и издержек на установку цеолитсодержащего фильтра................................ 104

4.3 Выводы по главе........................................................... 105

Заключение................................................................. 106

Список литературы....................................................... 107

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Энергетика является огромным потребителем воды. В Забайкальском крае доля забранной предприятиями энергетики воды из естественных водоемов составляет 49,9 % от общего объема, используемого человеком. Данный факт свидетельствует о расточительном отношении к водным ресурсам, что является одной из экологических проблем в мире.

Вредное воздействие на окружающую среду теплоэлектроцентралей (ТЭЦ), работающих на твердом топливе, в значительной мере определяется работой системы гидрозолоудаления (ГЗУ), которая является вторым потребителем по объему воды на станции. Поэтому основным направлением сокращения водопотребления и защиты от загрязнения природных водоемов является стремление создать оборотные системы ГЗУ. При эксплуатации таких систем и сжигании углей с высоким содержанием кальция возникает проблема образования минеральных отложений на внутренних поверхностях мокрых золоуловителей (МЗУ), в трубопроводах ГЗУ при их орошении осветленной водой и гидротранспорте [1.2].

При многократном использовании осветленной воды для мокрой очистки дымовых газов и гидротранспорта, вследствие контакта воды с золой и дымовыми газами происходит значительная ее минерализация. При этом содержание солей, в основном карбоната и полугидрата сульфата кальция, может превышать предел их растворимости [2].

Отложения в трубопроводах сужают проходное сечение, что вызывает увеличение скоростей и гидравлических сопротивлений, увеличиваются затраты на транспортировку и в итоге снижается надежность котлов и ТЭЦ в целом, что приводит к аварийным ситуациям [3]. Вследствие чего в цикл приходится, как добавлять воду из природных водоемов, так и сбрасывать ее туда же, тем самым повышая водопотребление и причиняя вред окружающей среде отходами производства. Расход воды в системах ГЗУ

о

составляет 15-40 м /т золошлаковых отходов [4].

Другой не менее важной проблемой водопользования при функционировании системы отпуска тепловой энергии от ТЭЦ потребителю является катастрофическое состояние систем водо- и теплоснабжения, в том

'S

числе системы открытого водоразбора горячего водоснабжения (ГВС). Главная причина этого - наличие в воде вредных для здоровья человека нитратов, пестицидов, нефтепродуктов, солей тяжелых металлов, опасных микроорганизмов и продуктов «вторичного» загрязнения. Около трети трубопроводов нашей страны подают воду с повышенным содержанием железа, что способствует развитию аллергических реакций, болезней крови, гипертоний, желудочных заболеваний, приводит к риску возникновения генетических отклонений, и иных патологических изменений здоровья населения П1,[5].

При оценке степени риска здоровья для здоровья человека одну из важных ролей отводят микробиологическим загрязнениям. Опасность микробиологических загрязнений воды во много тысяч раз выше, чем при загрязнении воды химическими соединениями различной природы [6]. Поэтому обязательным условием получения воды питьевого качества является ее обеззараживание до пределов, отвечающих установленным гигиеническим нормативам [7].

Возникающие проблемы борьбы с микробиологическим загрязнением в системах водопользования ТЭЦ и образованием карбонатных отложений, их негативного воздействия на естественные водоемы и человека, могут быть решены с помощью комплексных методов очистки воды диафрагменным электрическим разрядом (ДЭР) и применением цеолитсодержащих пород. Действие ДЭР основано на использовании эффекта последействия. Однако вопросы изменения физико-химических свойств воды и их влияния на ход и результат обработки на современном этапе изучены недостаточно. Особенно слабо изучены процессы ДЭР в проточном режиме.

Поэтому возникает много важных вопросов: о нахождении оптимальных режимов обработки и обеззараживания воды, о влиянии ДЭР на физико-химические характеристики, ответы на которые должны быть найдены в процессе диссертационного исследования.

Вопросам обработки и обеззараживания воды ДЭР посвящены работы Кульского JI.A., Юткина JI.A., Авчинникова А. В., Стройковой И.К., Жук Е.Г., Суворова И.Ф., и др. Зарубежных: T.Kim и S.Silver, L.Edebo, М. Sato и др. Образование и устранение отложений в системе ГЗУ рассматривали Кропп Л.И., Залогин Н.Г., Кострикин Ю.М., Чеканов Г.С., Зорин В.А., Харьковский М.С. и другие. Использованием цеолитов для очистки сточных вод занимались Хатькова А.Н., Шестернев Д.М., Мязин В.П., Павленко Ю.В., Брек Д., Рязанцева A.A., Ведерникова Л.Б. и др.

Основная идея работы заключается в комплексном применении ДЭР и цеолитсодержащих пород для обработки технологических вод на ТЭЦ с целыо снижения негативного воздействия на естественные водоемы и защиты человека от продуктов микробиологического и «вторичного загрязнения», а также предотвращения образования карбонатных отложений в системе ГЗУ.

Целыо диссертационной работы является разработка и исследование комплексных методов совершенствования систем водопользования за счет применения ДЭР и цеолитсодержащих пород, обеспечивающих эффективную защиту окружающей среды и надежную работу ТЭЦ. Для достижения цели поставлены задачи:

• Провести анализ существующих методов снижения образования карбонатных отложений в системах ГЗУ и обеззараживания воды; представить теоретические сведения об особенностях, причинах, последствиях и способах борьбы с образованием отложений и микробиологическим загрязнением; определить эффективные технологии; рассмотреть теоретические основы ДЭР.

• Разработать совмещенные установки для обеззараживания и повышения качества технологических вод систем водопользования с использованием диафрагменного электрического разряда в присутствии цеолитсодержащей породы.

• Экспериментально обосновать влияние диаметра отверстий в диафрагме, начальной температуры, скорости воды через разрядную камеру на параметры ДЭР, бактерицидные свойства с учетом эффекта последействия в осветленной и сетевой воде.

• Исследовать оценку экономической эффективности применяемых установок.

Научная новизна и положения, выносимые на защиту:

1. Предложен способ снижения негативного воздействия на естественные водоемы и человека при водопользовании на ТЭЦ за счет применения ДЭР и цеолитсодержащих материалов в системах ГЗУ.

2. Разработана методика повышения надежности действующих ТЭЦ и снижения их техногенного воздействия на окружающую среду за счет совершенствования технологии ГЗУ с использованием ДЭР и цеолитсодержащих материалов.

3. Установлены оптимальные диаметры отверстий в диафрагме установок ДЭР, обеспечивающие максимальный выход перекиси водорода и ионов меди в осветленной и сетевой водах.

Практическая значимость работы. Разработанная схема комплексного использования ДЭР и цеолитсодержащих пород обеспечивает снижение образования отложений кальция в системах ГЗУ, повышает надежность ТЭЦ и обеззараживает технологические воды, в конечном итоге снижая техногенное воздействие на окружающую среду предприятий энергетики и воздействие на человека продуктов вторичного загрязнения.

Разработан способ обработки и обеззараживания технологических вод ТЭЦ, который может использоваться в котельных и в индивидуальных домах.

Разработана программа для расчета теплогидравлических режимов систем централизованного теплоснабжения с совмещенными схемами присоединения установок ГВС, позволяющая учитывать особенности функционирования ДЭР.

Полученная информация и наработка включена в курс лекций и практических занятий «Водоподготовка» и «Экология энергетики» для студентов Забайкальского государственного университета, обучающихся по специальности Тепловые электрические станции.

Методология и методы исследования. Обобщение литературных источников; анализ и оценка техногенного воздействия на окружающую среду технологических вод ТЭЦ; лабораторные экспериментальные исследования действия ДЭР на технологические воды ТЭЦ, степени очистки вод с применением цеолитов Забайкальских месторождений; обработка результатов исследований; обоснование и оценка эффективности применяемых установок в системах водопользования.

Степень достоверности результатов. Обеспечивается участием аттестованной и аккредитованной лаборатории в экспериментальной части. Выводы и рекомендации подтверждаются сходимостью экспериментальных и теоретических результатов и не противоречат законам физики.

Личный вклад автора. Автором разработаны адаптированные установки обработки и обеззараживания технологических вод с использованием диафрагменного электрического разряда и цеолитов. Также автором разработаны и получены научные и практические положения, выносимые на защиту, задачи работы.

Апробация работы. Основные методологические положения и результаты исследований работы по тематике диссертации докладывались и обсуждались на конференциях в ЧитГУ (г. Чита, 2004, 2009 г.), АмГУ (г. Благовещенск, 2005 г.), ТПУ (г. Томск, 2007, 2010 г.), ЮУрГУ (г. Челябинск,

2007 г.), УГТУ-УПИ (г. Екатеринбург, 2007 г.), СПбПУ (г. Санкт-Петербург, 2010 г.), ЗабГУ (г. Чита, 2012, 2013 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, из них 4 в изданиях рекомендованных ВАК, получено 1 свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ.

Работа выполнена автором в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 20092013 годы.

Автор выражает благодарность научному руководителю, к.т.н., доценту С.Ф. Мирошникову за помощь в подготовке диссертации, научному консультанту, к.т.н., доценту А.Г. Батухтину и д.т.н., профессору И.Ф. Суворову за ценные советы, консультации и обсуждение полученных результатов, коллективу кафедры ТЭС Забайкальского государственного университета за внимание, практическое содействие и помощь в оформлении работы, а также к.м.н. Т.Л. Соловьевой и О.Ф. Тавлеевой за помощь в выполнении микробиологических исследований воды и проведении химических анализов.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ СИСТЕМ ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ В ЭНЕРГЕТИКЕ

В соответствии с ФЗ № 416 «О водоснабжении и водоотведении» от 07.12.2011г. [8], который вступил в силу с 01.01.2013г. государственная политика в сфере водоснабжения и водоотведения направлена на достижение следующих целей:

1) охраны здоровья населения и улучшения качества жизни населения путем обеспечения бесперебойного и качественного водоснабжения и водоотведения;

2) повышения энергетической эффективности путем экономного потребления воды;

3) снижения негативного воздействия на водные объекты путем повышения качества очистки сточных вод;

4) обеспечения доступности водоснабжения и водоотведения для абонентов за счет повышения эффективности деятельности организаций, осуществляющих горячее водоснабжение, холодное водоснабжение и (или) водоотведение;

5) обеспечения развития централизованных систем горячего водоснабжения, холодного водоснабжения и водоотведения путем развития эффективных форм управления этими системами, привлечения инвестиций и развития кадрового потенциала организаций, осуществляющих горячее водоснабжение, холодное водоснабжение и водоотведение.

Поэтому в соответствии с вышеупомянутым ФЗ тема диссертационного исследования является актуальной для систем водопользования в России.

Энергетическому производству сопутствуют большие загрязняющие стоки, которые связаны с водоподготовкой, консервацией и промывкой оборудования, гидротранспортом твердых отходов и т.д. Создание замкнутых технологических схем водопользования вполне возможно, так как на пути восстановления отработавших вод электростанций и котельных нет серьезных препятствий. Но возникает необходимость решить при этом несколько технических вопросов по обработке и обеззараживанию вод, качес�