3.2. Основные направления использования воды на тэс и классификация источников загрязнения.

Система охлаждения конденсаторов турбин и вспомогательного оборудования. Расход и температура воды, направляемые в конденсаторы турбин напрямую влияют на величину выработки электрической энергии станцией. Поскольку температура воды зависит от условий окружающей среды, то определяющим будет являться расход охлаждающей воды для создания вакуума в конденсаторе турбины.

Для охлаждения такой воды используют прямоточную систему охлаждения (забор воды из реки, сброс нагретой воды в реку), оборотную систему с водохранилищем и оборотную систему с брызгальными бассейнами или градирнями.

Применение оборотных систем позволяет снизить потребление свежей воды, снизив при этом нагрузку на очистные сооружения и тепловое загрязнение водоемов. В случае оборотной системы водоснабжения подпитка технологического цикла водой составит до 5%.

На ТЭС вода используется также для охлаждения подшипников вспо­могательных механизмов основного оборудования, к которым относятся насосы, мельницы, дымососы, вентиляторы и другие.

Системы гидрозолоудаления. Использование воды в таких системах характерно только для ТЭС, работающих на твердом топливе. Сжигание последнего неизбежно связано с образованием золы и шлака, удаление которых на золоотвалы происходит за счет воды. Расход воды в них со­ставляет 15 – 40 м³/т золы и шлака.

В случае использования прямоточной системы водоснабжения грубодисперсные примеси отстаиваются на золоотвалах, а осветленная вода направляется в водоем. Имеет место риск повышения количества твердых частиц в водоеме, что приведет к заиливанию. При этом в воду могут попасть токсичные примеси золы и шлака.

С точки зрения экологической безопасности наиболее эффективными являются оборотные системы. При их работе часть золы и шлака растворяется в воде, при мокром улавливании в воде растворяются оксиды серы и азота. В оборотной воде остаются токсичные вещества такие как ванадий, мышьяк, ртуть, фтор. Возможно образование кальциевых отложений. В зависимости от состава топлива pH воды в оборотных системах гидрозолоудаления может быть от сильнокислотно­го до сильнощелочного. Состав золы и шлака зависит от марки топли­ва. Кроме того, при мокром золоулавливании (очистке газов) растворяют­ся оксиды серы, азота, углекислый газ. Возможно растворение и токсич­ных веществ: ванадия, мышьяка, фтора, ртути и др. Таким образом, использование воды в системах гидрозолоудаления должно быть по возможности бессточным. Возможно использование воды из оборотных систем гидрозолоудаления для производственных нужд при условии, что образующиеся при этом стоки возвращаются в систему или полностью используются с со­блюдением экологических требований.

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

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

Сброс недостаточно очищенных от нефтепро­дуктов сточных вод представляет особую опасность для водоемов. Лег­кие нефтепродукты образуют пленки на поверхности воды, ухудшая ус­ловия аэрации водоемов. Тяжелые нефтепродукты оседают на дне, губи­тельно действуют на флору и фауну. Длительность распада нефтепродуктов в водоемах зависит от температуры воды, количества кислорода и может оказаться достаточно длительной, поскольку загрязнитель является слабо окисляющимся веществом. Так например, в летнее время пленка нефтепродуктов разлагается на 50...80% в течение 5...7 дней, при температуре ниже +10 °С процесс разложения идет более длительно, а при +4 °С разложения вообще не происходит.

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

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

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

Сточные воды химических промывок и консервации оборудования. Данный вид загрязнения связан с предпусковыми промывками или при выводе оборудования из работы на длительную консервацию, например на летний период. Промывку, как правило, проводят химическими растворами (аммиак, гидразин), в том числе кислотами (соляной, серной, плавиковой) и растворителями. Обязательными являются предпусковые промывки для очистки вводи­мого в эксплуатацию оборудования. При сезонной консервации – расконсервации оборудования проводят эксплуатационные промывки. Технология промывок и состав реагентов зави­сят от состава отложений, удаляемых с поверхности нагрева, и типа обо­рудования. Принимая во внимание, что обмывочные растворы имеют сложный состав, очистка таких вод представляет определенную трудность. Не рекомендуется применять органические очистители. Большую сложность для очистки представляют собой воды при консервации оборудования, поскольку оказываются загрязненными веществами, удаленными с поверхности оборудования, например сульфаты и хлориды кальция, магния и натрия, всевозмож­ные токсичные соединения (соли железа, цинка, фторсодержащие соеди­нения, гидразин), а также органические вещества (нитриты, сульфиды, аммонийные соли). Разрушение загрязнителей происходит под воздействием кислорода.

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

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

Сточные воды водоподготовительных установок. При работе турбин и котлов на ТЭС мы с вами неизбежно сталкиваемся с потерями воды в основном эксплуатационном цикле станции. Это потери рабочего тела через неплотности оборудования (пар, вода), потери воды от продувки котлов, потери невозвращаемого конденсата от потребителя, утечки в тепловых сетях и пр. В данном случае мы говорим о воде, характеристики которой должны строго удовлетворять требованиям для оборудования, иными словами о химически очищенной воде. Такие потери воды, как правило, составляют 2 – 5% расхода пара на турбину. Для подготовки воды используются специальные водоподготовительные установки, позволяющие снизить содержание кислорода в воде, понизить жесткость, убрать вредные для энергооборудования соединения.

Подготовка воды требуемого качества осуществляется в несколько этапов.

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

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

3. Для безаварийной работы котлов и теплосетей осветленную воду в дальнейшем подвергают Na-катионитному умягчению, в процессе которого основная часть ионов Са и Mg заменяется на ионы Na, а анионный состав воды ос­тается без изменения. Для умягчения применяют Na-катионирование, Н-катионирование. Катионирование осуществляется с помощью зернистых фильтров засыпанных специальным составом. В ходе работы фильтров качество обработанной воды начинает ухуд­шаться, и после достижения заданного уровня фильтры отключаются для регенерации. Истощенный фильтр вначале взрыхляют, в результате чего образуются сточные воды, содержащие взвесь, отфильтрованную в про­цессе работы фильтра, а также продукты разрушения ионообменного ма­териала.

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

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

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