Мероприятия по охране окружающей среды на практикуемой ТЭС

14 Мероприятия по охране  окружающей среды на практикуемой  ТЭС.  

   Очистка сточных  вод от загрязнений.

 

14.1 тепловые электрические  станции 

ТЭС преобразуют энергию топлива, образующуюся при его горении, в  электрическую; причем в процессе горения  часть теплоты и продукты горения  выбрасываются в окружающую среду. Если ТЭС работает на мазуте, то до горения  его смешивают с паром и  распыляют в горелках, где он не весь реагирует: так появляются замазученные стоки, которые сливаются в окружающую среду. Технология ТЭС требует очистки воды, причем используется

Н-катионирование и ОН-анионирование. При регенерации ионообменных фильтров стоки, содержащие CaSO4, MgSO4, NaCl и т.п., в окружающую среду.

Теперь подробнее рассмотрим взаимодействие тепловых электростанций на воздух, воду и землю

14.2 Воздействие ТЭС на  природные воды

Вода является важнейшей составляющей живого вещества, без которой невозможна жизнь на нашей планете. По выражению  В. И. Вернацкого, вода стоит особняком в истории нашей планеты, но воде принадлежит особая роль в геологической истории земли. Вода является одним из факторов формирования физической и химической среды, климата и погоды на земле, возникновения жизни на ней.

Вода является обязательным компонентом  практически всех технологических  процессов. Вода является рабочим телом  любой электростанции, на некоторых

ТЭС вода отводит тепло, также ТЭС  сбрасывают различные стоки в  воду.

Воздействие тепловых электростанций на водные объекты осуществляется по двум направлениям: использование водных ресурсов и прямое воздействие ТЭС  на качественное состояние водных объектов путем сброса в них сточных  вод с повышенными по сравнению  с природной водой концентрациями загрязняющих веществ.

В условиях ограниченности свободных  водных ресурсов и ухудшения качественного  состояния водных объектов при ужесточении  требований к качеству воды оценка масштабов воздействия ТЭС на водные объекты становится одним  из основных вопросов прогноза развития электроэнергетики.

 

14.3 Теплые воды

 

Для охлаждения различных аппаратов  ТЭС применяется вода. Основное ее количество расходуется на охлаждение конденсаторов турбин. На конденсацию 1 тонны отработавшего в турбине  пара приходится расходовать в зависимости от времени года 50 ( 60 тонн воды. На ТЭС мощностью 4000 МВт вырабатывается около 13000 т/ч пара, однако часть этого пара направляется в регенеративные подогреватели, а в конденсатор идет около 10000 т/ч пара. Для конденсации этого количества водяного пара в конденсаторы необходимо подавать до 500000 тонн охлаждающей воды в час. Температура этой воды повышается всего лишь на

8 ( 10 (С, но оказывается, что и такое, казалось бы незначительное повышение температуры уже отражается на всей экологической обстановке естественных водоемов. Сбрасывать эти воды непосредственно в реки и озера нельзя. Такой сброс приводит к разрастанию сине-зеленых водорослей, происходит значительное обеднение воды растворенным кислородом, погибают обитатели воды, не терпящие высоких температур и т.д.

Вследствие этого приходится применять  способы, ослабляющие это “тепловое  загрязнение” водоисточников, а во многих случаях и полностью отказываться от сброса теплых вод в реки. Если электростанция расположена на берегу мощной реки, то можно избежать последствий теплового загрязнения, применяя специальные смесительные устройства, распределяющие тепло на большую массу воды и снижающие тепловое воздействие. Можно также пользоваться различными температурами воды по глубине водоема или применять предварительное, т. е. перед сбросом, охлаждение теплых вод путем их разбрызгивания. Такой способ одновременно способствует и насыщению воды кислородом. Можно также перейти на замкнутое охлаждение – прудовое там, где позволяет местность или в градирнях.

Замкнутое прудовое охлаждение может  быть организовано на ТЭС, находящихся  в отдалении от больших населенных пунктов. Создается система прудов, точнее, озер, соединенных между  собой протоками. В одно из этих озер спускают теплые воды, которые постепенно перетекают из озера в озеро, охлаждаясь при этом. Из последнего по пути воды озера ТЭС забирает воду для охлаждения. В такой системе прудов - озер тепло охлаждающей воды может  быть использовано для разведения теплолюбивых рыб, обогрева теплиц и оранжерей  и других полезных целей.

К сожалению на ТЭС, расположенных в больших городах и крупных населенных центрах, такой способ не осуществим, так как он требует значительных свободных площадей для организации прудов – озер. В этих ТЭС приходится переходить на замкнутые системы охлаждения при помощи градирен, т. е. специальных сооружений, наверх которых подается теплая вода, стекающая по насадке градирен вниз, в бассейн, расположенный под градирней. Теплая вода охлаждается встречным потоком воздуха.

Особый интерес представляют маслоохладители. В систему охлаждения включены не только конденсаторы турбин, но и ряд  других аппаратов, которые хотя и  требуют несравненно меньшего расхода  охлаждающий воды, но способны эту  воду загрязнять. К таким аппаратам  относятся маслоохладители –  трубчатые аппараты, которые в  процессе эксплуатации могут пропускать некоторые количества масел в  охлаждающую воду. Следствием этого является ее загрязнение нефтепродуктами, причем масла попадают в общей поток охлаждающей воды. Предложен ряд способов для устранения этого загрязнения: изменение конструкции маслоохладителей, выделение их в самостоятельную систему охлаждения, повышение давления охлаждающей воды и т. д. Наиболее часто применяется сооружение промежуточного водяного теплообменника, где существуют два контура: маслоохладитель – теплообменник и теплообменник – градирня – конденсатор. При этом маслами может загрязняться только малый контур, так как давление воды, охлаждающий маслоохладитель, выше давления в малом контуре.

 

 

14.4 Обмывочные воды

 

Особенностью ТЭС, сжигающих жидкое топливо, т. е. сернистые мазуты или  нефть, является высокое содержание серы, никеля и ванадия в топливе. Так сернистые мазуты от уфимской и сибирской нефти содержат около  100 г ванадия, 10 ( 15 г никеля, и примерно 5 г других металлов в каждой тонне этого топлива.

На станции мощностью 4000 МВт  сжигается за час 900 т мазута. При  этом освобождается 90 кг ванадия, 15 ( 20 кг никеля и около 5 кг других металлов. Большая часть этих веществ в виде различных окислов выбрасывается в атмосферу с уходящими газами; от 5 до

 

15 % оседает в системе котла  на различных поверхностях. Отлегающие  в зоне низких температур соединения  могут быть смыты водой, так  как они состоят из растворимых  сульфатов ванадия V(SO4)3, ванадила VOSO4, сульфатов никеля

NiSO4 и железа FeSO4. Соли железа  являются продуктом коррозии  металлических поверхностей сернистыми  соединениями, главным образом серной  кислотой.

Технология обработки обмывочных вод с извлечением из них ванадия  разработана ВТИ. Она заключается  в частичной нейтрализацией этой воды до рН

( 4. В этих условиях осаждается часть железа и практически весь ванадий.

Осадок отделяется и направляется металлургам для выплавки феррованадия, а жидкость подвергается окончательной  нейтрализации для полного осаждения  железа и других примесей. Освобожденная  от металлических соединений вода может  быть возвращена для проведения следующих  обмывок.

Физиологические свойства ванадия  и его соединений весьма опасны. Соединения ванадия ядовиты. При  попадании их в организм человека развивается поражение дыхательных  путей, нарушается деятельность сердца, почек и печени.

 

14.5 Нефтезагрязненные воды

 

Воды, загрязненные нефтепродуктами, т. е. мазутом и маслами, образуются на всех станциях независимо от вида топлива. На мазутных ТЭС количество этих вод  обычно больше за счет конденсатов, получающихся при разогреве мазута.

ВТИ предложил установку для  очистки нефтезагрязненных вод.

 

Рис 2. Схема многоступенчатой установки  для очистки нефтезагрязненных вод.

1-сборник-усреднитель для удаления  осевших и всплывших нефтепродуктов; 2- эжектор для засасывания воздуха  и насыщения им воды; 3- дозатор  реагентов- сернокислого алюминия и щелочи; 4- флотатор; 5- механический фильтр; 6- сорбционный фильтр с активированным углем.

Нефтезагрязненная вода собирается в бак-отстойник, являющийся также усреднителем. В нем происходит всплывание части нефтепродуктов и оседание тяжелых фракций. Как всплывающие, так и оседающие загрязнения периодически удаляются. Далее к воде добавляются реагенты – сернокислый алюминий и щелочь, в результате чего образуется осадок Al(OH)3, хорошо захватывающий нефтепродукты. В аппарате происходит насыщение воды воздухом под давлением

6 кгс/см2. Насыщенная воздухом вода поступает во флотатор, в котором вода вскипает вследствие выделения пузырьков воздуха. Пена, содержащая хлопья гидроокиси алюминия и нефтепродуктов, удаляется с поверхности флотатора, а вода проходит механические и сорбционные фильтры, на чем заканчивается ее очистка. Для высокозагрязненных стоков эффективность работы очень высока.

Так, в усреднителе остается до 30% нефтепродуктов, если их содержание в поступающей воде было 100 мг/л. Флотатор при этих условиях снижает содержание нефтепродуктов еще на 30 ( 40%. Достаточно эффективно работают механические и сорбционные фильтры.

Следует заметить, что в системах оборотного охлаждения с градирнями возникают на насадках градирен живые  организмы, существующие за счет окисления  органических примесей циркулирующей  воды. Эти организмы способны окислять также и нефтепродукты, так что  сброс грубоочищенных вод в систему  оборотного охлаждения не будет приводить  к загрязнению нефтепродуктами  этой системы.

 

14.6 Воды химводоочисток

 

Подготовка воды для питания  паровых котлов на современных ТЭС  осуществляется методами глубокого  химического обессоливания с  применением ионитов. Основной вклад  в эти стоки вносит обработка  воды методом ионного обмена. Катионированием называется процесс обмена катионов между веществами, растворенными в воде и твердым нерастворимым веществом

(катионитом). Так при Na – катионировании обменным катионом является Na:

 

Ca2++2 Na+R– ( Ca2+R–+2Na+

 

Mg2++2 Na+R– ( Mg2+R–+2Na+

Когда ионов Na становися мало, то фильтры ставят на регенерацию, пропуская через них NaCl

 

Ca2R + 2 NaCl ( 2 NaR + CaCl2

 

Mg2R + 2 NaCl ( 2 NaR + MgCl2

Растворы CaCl2 и MgCl2 выводятся в окружающую среду.

Также может производится Н-катионирование где в результате регенерации выбрасываются CaSO4 и MgSO4.

Практически также выглядит и ОН – анионирование, только при этом удаляются ионы SO42–, Cl–, HCO3–. Результат регенерации: Na2SO4 и NaCl.

Основной недостаток ионообменного  метода большой объем сточных  вод, достигающий на многих установках 20 ( 30 % количества поступающих на водоочистку вод. Все это приводит к тому, что количество сбрасываемых солей превышает количество извлеченных в 2 раза.

 

Например, мощная химводоочистка на одной из ТЭЦ, расположенной на берегу

Камы, имеет производительность около 2000 т/ч. Солесодержание речной воды в  створе этой ТЭС составляет 500 ( 600 мг/л. следовательно, за 1 час извлекается водоочисткой 1 ( 1,2 т солей, а сбрасывается 2 ( 3 т солей.

Такое количество не сильно отражается на составе Камы, но для рек с  меньшим водостоком солевой сброс  водоочисток уже ощутим. Так, солесодержание реки

Уй, на которой расположена Троицкая ГРЭС, ежегодно повышается на 30 ( 50 мг/л.

Один из предполагаемых путей отказа от ионитного способа водоподготовки является переход на испарители. В испарителях реализован принцип, что обессоленная вода испаряется, а с солями нет. Этот способ связан с трудноразрешимыми задачами. Необходимо, во-первых иметь испарители большой мощности и при этом такие, которые могли бы выдавать достаточно чистый дистиллят. Другой путь – применение испарителей для упаривания солевых стоков. Здесь возникает задача, где можно использовать образующуюся смесь солей.

 

14.7 Отработавшие растворы  от промывок и консервации  теплосилового оборудования

 

В результате химических промывок и  консервации теплосилового оборудования получаются отработавшие растворы довольно разнообразного состава. Эти растворы содержат минеральные (обычно соляную  или серную, реже плавиковую) или  органические кислоты. Для промывок применяется лимонная, фталевая, ЭДТА или ее двунатривая соль – трилон. Для ускорения растворения некоторых компонентов накипи, например металлической меди, в промывочные растворы вводят тиамочевину, окислители. В консервационных растворах присутствует аммиак, гидразин, NaNO3. С целью ослабить коррозионное воздействие кислотных растворов на металл применяют каптакс, катапин, уротропин или формалин.

Так как органические вещества, присутствующие во всех этих растворах, могут подвергаться биологической переработке, то можно  было бы сбрасывать эти отработавшие растворы на биологическую очистку  вместе с хозяйственно- бытовыми стоками. Однако этому препятствует присутствие  некоторых веществ, являющихся ядами  для биологических агентов. К  таким ядовитым примесям относятся  ионы меди и железа, формалин, гидразин и трилон. Вследствие этого перед сбросом в хозяйственно-фекальную канализацию эти стоки должны быть обработаны: железо и медь должны быть осаждены щелочами или сернистым натрием; трилон связан в виде кальциевых комплексов; гидразин окислен.

14.8 Пути устранения влияния  стоков ТЭС на окружающую среду

Наиболее перспективным путем  устранения влияния жидких стоков ТЭС  на природные водоемы является создание бессточных ТЭС, точнее электростанций совершенно не сбрасывающих загрязненные стоки в природные водоемы. Для  станций, работающих на твердых топливах, системы ГЗУ могут явиться  приемником всевозможных стоков и в  тоже время источником водоснабжения  электростанций.

Очевидно, что воды ГЗУ должны проходить  предварительную очистку вплоть до дистилляции в отдельных случаях. Образующиеся при испарении соли можно было бы подавать в топки  паровых котлов, если будет установлена  возможность образования сплавов  с золой этого топлива.