Лекции по курсу: «Природоохранные технологии в промышленной теплоэнергетике»
| Вид материала | Лекции |
- Лекции по курсу: «Природоохранные технологии в промышленной теплоэнергетике», 582.03kb.
- Лекции по курсу: «Природоохранные технологии в промышленной теплоэнергетике», 148.59kb.
- Рабочая программа модуля (дисциплины) природоохранные технологии в промышленной теплоэнергетике, 226.02kb.
- Поликлиническая терапия, 68.98kb.
- 1 отделение профилактической медицины, 432.97kb.
- Главное событие промышленной автоматизации Урала, 54.58kb.
- Самостоятельная работа студента 166 часов (4,6 зачетных единиц) I. Цель и задачи дисциплины,, 105.23kb.
- Лекции по курсу «Теория ценных бумаг», 347.23kb.
- Лекции по курсу Основы технологии машиностроения, 37.78kb.
- Лекции по курсу: Компьютерные технологии, 1281.02kb.
Рис.1. Принципиальная схема установки для обезвоживания шлама продувки осветлителей:
1 - подвод шлама; 2 - осветленная вода на ВПУ; 3 - техническая вода; 4 - воздух;
5 - обезвоженный шлам; 6 - барабанно-вакуумный фильтр; 7 - воздуходувка; 8 - вакуум-насос; 9 - ресивер; 10 - бак постоянного уровня; 12 - насос; 12 - емкость; 13 - бункер для обезвоженного шлама
Продувочная вода из осветлителя направляется в сборную емкость. Для предупреждения осаждения шлама в этой емкости через продувочную воду барботируется воздух, затем вода перекачивается в бак постоянного уровня и поступает в вакуумный фильтр, в котором происходит отделение шлама. Обезвоженный шлам сбрасывается в бункер и затем направляется на шламоотвал. Вода после отделения шлама возвращается на водоподготовительную установку.
Рис.2. Схемы самонейтрализации (а) и нейтрализации (б) известью сточных вод водоподготовительных установок:
1—Н-катионитный фильтр; 2—анионитный фильтр; 3—известковая мешалка; 4—насос известковой мешалки; 5—насос-дозатор известкового молока; 6—приямок сбора регенерадионных вод; 7—перекачивающий насос; 8—бак-нейтрализатор; 9—насос перекачивания и сброса; 10—охлаждающая вода после конденсаторов турбин или водоисточник
Продувка осветлителей может направляться также в систему ГЗУ или на нейтрализацию кислых стоков (при рН>9).
Вода от промывки механических фильтров при наличии предочистки направляется либо в линию исходной воды (при коагуляции), либо в нижнюю часть каждого осветлителя (при известковании). Для обеспечения постоянного расхода эта вода предварительно собирается в бак регенерации промывочных вод механических фильтров.
При отсутствии предочистки вода от промывки механических фильтров может либо обрабатываться отстаиванием в специальном отстойнике с возвратом осветленной воды в линию исходной воды и удалением отстоявшегося шлама на шламоотвал, либо использоваться в системе ГЗУ, либо направляться в систему сбора регенерационных вод ионитовых фильтров.
Сточные воды ионообменной части водоподготовительной установки, если не считать некоторого количества грубодиперсных примесей, поступающих при взрыхлении фильтров, представляют собой истинные растворы солей. В зависимости от местных условий эти воды направляются: в водоемы с соблюдением санитарно-гигиенических и рыбохозяйственных требований; в системы гидрозолоудаления; в пруды-испарители при благоприятных климатических условиях; на выпарные установки; в подземные водоносные горизонты.
Сброс сточных вод в водоем возможен при соблюдении определенных условий. Так, при кислых сточных водах необходимо выполнение следующего неравенства:
;а при щелочных
,где а - коэффициент смешения на участке между выпуском сточных вод и расчетным створом ближайшего пункта водопользования;
Q - расчетный расход водоема, равный для незарегулированных рек наибольшему среднемесячному расходу воды 95%-ной обеспеченности;
Щ - изменение щелочности воды, которое вызовет изменение рН исходной воды до предельно допустимого значения, мг-экв/кг;
QCЩ и QСК - суточные сбросы щелочи и кислоты в сточных водах соответственно, г-экв.
Сбросы кислоты и щелочи определяются по следующим выражениям:
;
,где GЩ и GК - суточные расходы щелочи и кислоты соответственно, кг;
qЩ и qК - удельные расходы щелочи и кислоты при регенерации, г-экв/г-экв.
Величина Щ определяется по формуле
,где Щ0 - щелочность исходной воды водоема, мг-экв/кг;
рНД - допустимый показатель рН воды после смешения сточной воды с водой водоисточника (6,5 и 8,5);
рН=рНД-рН0 - величина, на которую допустимо изменять показатель рН воды водоисточника;
рН0 - показатель рН воды при температуре водоема;
- ионная сила воды в водоеме;
К1 - константа первой ступени диссоциации Н2СО3 при температуре воды в водоеме.
Если сброс сточных вод в водоем нарушает эти условия, то необходимо применять предварительную нейтрализацию. В большинстве случаев сточные воды ионообменной части водоподготовительных установок после смешения сбросов регенеративных вод от катионитов и анионитных фильтров имеют кислую реакцию. Для нейтрализации применяют щелочные реагенты, как доломит, различные щелочи, но чаще всего известь.
Рис.3. Схема нейтрализации щелочных регенерационных вод дымовыми газами:
1 - Н-катионитный фильтр; 2 - анионитный фильтр; 3 - приямок сбора регенерационныхвод; 4 - перекачивающий насос; 5 - бак нейтрализации; 6 - распределительная труба; 7 - насос перемешивания и сброса; 8 - эжектор; 9 - дымовые газы, очищенные от золы; 10 - охлаждающая вода после конденсаторов турбин
Нейтрализация известью не вызывает столь резкого повышения солесодержания воды, как при использовании других реагентов. Происходит это по той причине, что при нейтрализации известью образуется осадок, который затем выводится из воды. Положительный опыт получен также при нейтрализации сточных вод аммиачной водой.
Суточный расход реагентов, необходимых для нейтрализации кислых вод, можно записать как QСР=QСК-QСЩ, а щелочных - как QСР=QСЩ-QСК.
При нейтрализации известью суточный расход 100%-ного СаО составляет QСаО=28QСР10-3.
На рис.2 приведены схемы нейтрализации кислых сточных вод.
Если после смешения регенерационных сбросов вода имеет щелочной характер, то ее нейтрализацию можно проводить дымовыми газами за счет растворения СО2, SО3, NО2.
Необходимый объем дымовых газов V для нейтрализации суточного объема щелочных сточных вод определяется по формуле
,где VГ - полный объем дымовых газов, образующихся при сжигании топлива, после золоуловителя, м3 /кг или м3/м3;
VSO2; VCO2 и VNO2 - объемы соответствующих газов, образующихся при сжигании топлива, м3/кг или м3/м3.
На рис.3 приведена схема нейтрализации сточных вод водоподготовительных установок дымовыми газами с использованием барботажного способа растворения газа в воде.
Для тех же целей применяются и выпарные установки для концентрирования и глубокого упаривания сточных вод (Ферганская ТЭЦ, Казанская ТЭЦ-3). Концентрат подается на установку переработки концентрированных стоков. Установка представляет аппарат с погружными горелками (рис.4), где упаривание производится до получения кристаллической соли, которая складируется в нефильтруемом хранилище.
4. Очистка сточных вод, содержащих нефтепродукты
Рис.4. Аппарат погружного горения для выпаривания сточных вод:
1 - погружная горелка; 2 - аппарат; 3 - вентилятор; 4 - бак; 5 - регулятор уровня
Для очистки сточных вод от нефтепродуктов применяются методы отстаивания, флотации и фильтрования.
Метод отстаивания основан на способности самопроизвольного разделения воды и нефтепродуктов. Частицы нефтепродуктов под действием сил поверхностного натяжения приобретают сферическую форму, и их размеры находятся в диапазоне от 2 до 3102 мкм. Величина, обратная размеру частицы, называется степенью дисперсности. В основе процесса отстаивания лежит принцип выделения нефтепродуктов под действием разности плотностей воды и частиц масла. Содержание нефтепродуктов в стоках находится в широких пределах и составляет в среднем 100 мг/л.
Отстаивание нефтепродуктов производится в нефтеловушках (рис.5). Вода подается в приемную камеру и, пройдя под перегородкой, попадает в отстойную камеру, где и происходит процесс разделения воды и нефтепродуктов. Очищенная вода, пройдя под второй перегородкой, выводится из нефтеловушки, а нефтепродукты образуют пленку на поверхности воды и удаляются специальным устройством. При выборе нефтеловушки необходимо принимать следующие допущения: скорость движения воды во всех точках поперечного сечения одинакова; поток воды имеет ламинарный характер; скорость всплывания частиц нефтепродуктов постоянна в течение всего времени прохождения потока.
Рис.5. Схема типовой нефтеловушки:
1—сточная вода; 2— приемная камера; 3—отстойная зона: 4—очищенная вода; 5— вертикальные полупогруженные перегородки; 6—нефтесборные трубы; 7—пленка всплывших нефтепродуктов
Значительное влияние на эффективность работы нефтеловушки оказывает температура воды. Увеличение температуры воды приводит к снижению ее вязкости, что способствует улучшению условий выделения частиц. Например, мазут при температуре воды ниже 30 С оседает в нефгеловушке, в интервале 30...40 °С частицы мазута находятся во взвешенном состоянии и лишь свыше 40 °С проявляется эффект всплытия частиц.
Рис.6. Нефтеловушка Гипроспецпромстроя со скребковым механизмом:
1 - приемная камера; 2 - перегородка; 3 - отстойная зона; 4 - перегородка; 5 - выпускная камера; 6 - переливной лоток; 7 - скребок; 8 - поворотные щелевые трубы; 9 - приямок; 10 - гидроэлеватор
На рис.6 представлена нефтеловушка Гидроспецпромстроя. Нефтепродукты, всплывающие на поверхность в отстойных камерах, сгоняют скребковым устройством к щелевым поворотным трубам, расположенным в начале и конце отстойных зон каждой секции, через которые они выводятся из нефтеловушки. При наличии тонущих примесей в сточной воде они выпадают на дно нефтеловушки, сгребаются тем же скребковым транспортером в приямок и при помощи данного клапана (или гидроэлеватора) выводятся из нефтеловушки. Нефтеловушки такого типа рассчитаны на производительность 15...220 кг/с по сточной воде.
Рис. 5.7. Схема установки для напорной флотации:
1—вход воды; 2—приемный резервуар; 3—всасывающая труба; 4—воздухопровод; 5—насос; 6—флотационная камера; 7—пеносборник; 8—отвод очищенной воды; 9—напорная емкость
Флотационный метод очистки воды заключается в образовании комплексов частица нефтепродуктов - пузырек воздуха с последующим выделением этих комплексов из воды. Скорость всплывания таких комплексов в 102...103 раз превышает скорость всплывания частиц нефтепродуктов. По этой причине флотация гораздо эффективнее отстаивания.
Рис.8. Схема установки для безнапорной флотации:
1—вход воды; 2—приемный резервуар; 3—всасывающая труба; 4—воздухопровод; 5—насос; 6—флотационная камера; 7—пеносборник; 8—отвод очищенной воды
Различают напорную флотацию, при которой пузырьки воздуха выделяются из пересыщенного раствора его в воде, и безнапорную, которая осуществляется при помощи пузырьков воздуха, вводимых в воду специальными устройствами.
При напорной флотации (рис.7) воздух растворяется в воде под избыточным давлением до 0,5 МПа, для чего в трубопровод перед насосом подается воздух, а затем водовоздушная смесь в течение 8—10 мин выдерживается в специальной напорной емкости, откуда и подается во флотатор, где происходят сброс давления, образование пузырьков воздуха и собственно флотационный процесс разделения воды и примеси. При снижении давления на входе воды во флотатор воздух, растворенный в воде, выделяется практически мгновенно, образуя пузырьки.
При безнапорной флотации (рис.8) образование пузырьков происходит за счет механических (насосом, эжектором) или электрических сил и во флотатор вводится готовая дисперсная система пузырьки -вода. Оптимальные размеры пузырьков равны 15—30 мкм. Скорость всплывания пузырьков такого размера с захваченными частицами нефти составляет в среднем 0,9...10-3 м/с, что в 900 раз превышает скорость всплывания частицы нефти размером 1,5 мкм.
Фильтрование замазученных и замасленных вод осуществляется на заключительной стадии очистки. Процесс фильтрования основан на прилипании эмульгированных частиц нефтепродуктов к поверхности зерен фильтрующего материала. Так как фильтрованию предшествует предварительная очистка сточных вод (отстаивание, флотация), перед фильтрами концентрация нефтепродуктов невысока и составляет 10-4...10-6 в объемных долях.
При фильтровании сточных вод частицы нефтепродуктов выделяются из потока воды на поверхности зерен фильтрующего материала и заполняют наиболее узкие поровые каналы. При гидрофобной поверхности (не взаимодействующей с водой) частицы хорошо прилипают к зернам, при гидрофильной (взаимодействующей с водой) прилипание затруднено из-за наличия гидратной оболочки на поверхности зерен. Однако прилипающие частицы вытесняют гидратную оболочку и начиная с какого-то момента времени фильтрующий материал работает как гидрофобный.
Рис.9. Изменение концентрации мазута в конденсате во время пропаривания фильтра при регенерации фильтрующего материала
При работе фильтра частицы нефтепродуктов постепенно заполняют объем пор и насыщают фильтрующий материал. В итоге по истечении некоторого времени устанавливается равновесие между количеством масла, выделяющегося из потока на стенки, и количеством масла, стекающего в виде пленки в следующие по ходу потока слои фильтрующего материала.
С течением времени насыщенность нефтепродуктами сдвигается к нижней границе фильтрующего слоя и концентрациямасла в фильтрате увеличивается. В этом случае фильтр отключается на регенерацию. Повышение температуры воды способствует уменьшению вязкости нефтепродуктов и, следовательно, более равномерному его распределению по высоте слоя.
Традиционными материалами для загрузки фильтров являются кварцевый песок и антрацит. Иногда применяют сульфоуголь, отработанный в Nа-катионитовый фильтр. В последнее время применяют доменный и мартеновский шлак, керамзит, диатомит. Специально для этих целей ЭНИН им. Г. М. Кржижановского разработал технологию получения полукокса из канско-ачинских углей.
Рис.10. Технологическая схема очистки сточных вод, содержащих нефтепродукты:
1—приемный бак: 2—нефтеловушка; 3—промежуточные баки; 4—флотатор; 5—напорная емкость; 6—эжектор; 7—мазутоприемник; 8—механический фильтр; 9—угольныий фильтр; 10—бак промывочной воды: 11—ресивер; 12—компрессор; 13—насосы: 14—раствор коагулянта
Регенерацию фильтра следует производить водяным паром давлением 0,03...0,04 МПа через верхнее распределительное устройство. Пар разогревает уловленные нефтепродукты, и они под давлением вытесняются из слоя. Длительность регенерации обычно не превышает 3 ч. Вытеснение масла из фильтра сопровождается сначала ростом его концентрации в конденсате, а затем ее уменьшением (рис.9). Конденсат сбрасывается в баки перед нефтеловушкой или флотатором.
Эффективность очистки сточных вод в насыпных фильтрах от нефтепродуктов составляет около 80%. Содержание нефтепродуктов составляет 2...4 мг/кг, что значительно превышает ПДК. Вода с таким качеством может направляться для технологических целей ТЭС. В ряде случаев этот фильтрат необходимо доочистить на сорбционных (загруженных активированным углем) или намывных фильтрах.
Полная типовая схема очистки сточных вод от нефтепродуктов показана на рис.10. Сточные воды собираются в буферные усреднительные баки, в которых происходит выделение части наиболее крупных грубодисперсных. примесей и частиц нефтепродуктов. Сточная вода, частично освобожденная от примесей, направляется в нефтеловушку. Затем вода поступает в промежуточный бак и оттуда насосом подается на флотатор. Выделенные нефтепродукты направляются в мазутоприемник, затем подогреваются паром для снижения вязкости и эвакуируются из установки для сжигания.
Частично очищенная вода направляется во второй промежуточный бак и подается из него на фильтровальную установку, состоящую из двух ступеней. Первая ступень представляет собой фильтр с двухслойной загрузкой из кварцевого песка и антрацита. Вторая ступень состоит из сорбционного фильтра. загруженного активированным углем. Степень очистки воды по этой схеме составляет около 95%.
5. Очистка обмывочных вод поверхностей нагрева котлов
Обмывочные воды регенеративных воздухоподогревателей (РВП) представляют собой кислые растворы (рН= 1,3...3), содержащие грубодисперсные примеси: оксиды железа, кремнекислоту, продукты недожога, нерастворившуюся часть золы, свободную серную кислоту, сульфаты тяжелых металлов, соединения ванадия, никеля, меди и др.
В среднем обмывочная вода содержит, г/л: свободную кислоту (в пересчете на Н2SО4) 4...5, железо 7...8, никель0,1...0,15, ванадий 0,3...0,8, медь 0,02...0,05, взвешенные вещества 0,5, сухой остаток 32...45.
Сточные воды от обмывок РВП и конвективных поверхностей нагрева котлов обезвреживаются нейтрализацией их щелочами. При этом ионы тяжелых металлов осаждаются в шлам в виде соответствующих гидрооксидов. Так как обмывочные воды мазутных котлов содержат ванадий, шлам, образующийся при их нейтрализации, является ценным сырьем для металлургической промышленности. Поэтому процесс нейтрализации и очистки обмывочных вод организуется так. чтобы конечными продуктами являлись обезвреженная осветленная вода и обезвоженный ванадиевый шлам, который направляется на металлургические заводы.
Нейтрализация обмывочных вод производится в одну или две стадии. При нейтрализации в одну стадию сточные воды обрабатываются известковым молоком до рН=9,5...10 и выпадения всех токсичных компонентов в осадок.
На рис.11 показан разработанный ВТИ и Теплоэлектропроектом и внедренный на Киевской ТЭЦ-5 вариант схемы нейтрализации и обезвреживания обмывочных вод РВП. В этой схеме обмывочные воды подаются в бак-нейтрализатор, в который также дозируется и раствор извести. Раствор перемешивается насосами рециркуляции и сжатым воздухом, затем отстаивается в течение 7...8 ч, после чего часть осветленной воды (50—60%) используется повторно на обмывку котлов, а шлам подается для обезвоживания на фильтр-прессы типа ФПАКМ. Шлам шнековым транспортером отправляется на расфасовку и на склад. Производительность фильтр-пресса 70 кг/(м2ч). Фильтрат из фильтр-пресса поступает на катионитный фильтр для улавливания остатков катионов тяжелых металлов. Фильтрат катионитных фильтров сбрасывается в водоем.
Рис.11. Схема установки для обезвреживания и нейтрализации обмывочных вод котлов и РВП:
1—обмывочная вода; 2—бак-нейтрализатор; 3—насос; 4—фильтр-пресс; 5—техническая вода на промывку фильтровальной ткани; шнековый транспортер; 7—машина для зашивания мешков; 8—погрузчик; 9—бак-сборник; 10—насос фильтрата; 11—насос раствора соли; 12—бак-мерник раствора соли; 13—фильтрат; 14—регенерационный раствор; /5—катионитный фильтр; 16—известковое молоко; 17—мешалка; 18—насос; 19—осветленная вода на повторное использование; 20—сжатый воздух
Регенерация фильтра производится раствором NаСl, регенерационные воды сбрасываются в бак-нейтрализатор. Вода обезвреживается, однако получаемый шлам обогащен оксидами железа, сернокислым кальцием и беден соединениями ванадия (пентаоксида ванадия менее 3...5%).
Челябинским научно-исследовательским институтом металлургии (ЧНИИМ) совместно с Киевской ТЭЦ-5 разработан метод повышения содержания ванадия в осадке. При одностадийной нейтрализации в качестве реагента-осадителя используют смесь, содержащую гидрооксид железа Fе(ОH)2, кальция Са(ОН)2, магния Мg(ОН)2 и силикат-ион SiO32-. Процесс осаждения производится при рН=3,4...4,2.
Для повышения концентрации соединения ванадия в шламе процесс осаждения можно организовать в две стадии. На первой стадии производится обработка щелочью (NаОН) до рН=4,5—4,0, при котором происходит осаждение Fе(ОН)3 и основной массы ванадия, а на второй стадии процесс нейтрализации проводится при рН=8,5...10, при котором осаждаются остальные гидроокиси. Вторая стадия осуществляется известью. В этом случае ценность представляет шлам, полученный на первой стадии нейтрализации.
6. Очистка сточных вод химических промывок и консервации оборудования
Сточные воды от предпусковых (после окончания монтажа) и эксплуатационных химических промывок и консервации оборудования представляют резкие, «залповые» сбросы с большим разнообразием содержащихся в них веществ.
Общее количество загрязненных стоков от одной химической промывки, подлежащих очистке, м3, можно определить из выражения
V=kа,
где а—суммарный объем промывочных контуров, м3;
К—коэффициент, равный 25 для газомазутных ТЭС и 15 дляпылеугольных, так как в последнем случае часть отмывочных вод с содержанием железа менее 100 мг/л может быть сброшена в ГЗУ.
Различают два основных варианта очистки отмывочных и консервационных вод:
- на ТЭС, работающих на жидком и газообразном топливе, а также на угольных ТЭС с разомкнутой (прямоточной) системой ГЗУ;
- на ТЭС, работающих на твердом топливе с оборотной системой ГЗУ.
По первому варианту предусматриваются следующие стадии очистки: сбор всех отработанных растворов в емкости-усреднители, выведение из раствора токсичных веществ второй группы, очистка воды от веществ третьей группы. Сбор и обезвреживание сточных вод производятся на установке, включающей двухсекционный открытый бассейн или емкость-усреднитель, баки-нейтрализаторы и бак для коррекции рН.
Стоки первоначальных водных промывок оборудования, загрязненные продуктами коррозии и механическими примесями, направляются в первую секцию открытого бассейна. После отстаивания осветленная вода из первой секции должна перепускаться во вторую - усреднитель бассейна. В эту же секцию отводятся стоки с рН=6...8 от водных промывок после завершения операции по вытеснению кислых и щелочных растворов.
Вода из секции-усреднителя должна повторно использоваться для подпитки оборотных систем водоснабжения или ГЗУ. Примерный состав стоков в бассейне-отстойнике указан в табл.2. Кислые и щелочные растворы от химических очисток оборудования собираются в баки-нейтрализаторы (рис.12), вмещающие 7...10 объемов очищаемого контура, для их взаимной нейтрализации. Растворы из баков-нейтрализаторов и использованные растворы от консервации оборудования направляются в бак для коррекции рН в целях проведения их окончательной нейтрализации, осаждения ионов тяжелых металлов (железа, меди, цинка), разложения гидразина, разрушения нитратов.
Донейтрализация и осаждение железа производятся путем подщелачивания растворов известью до рН=10...12 в зависимости от состава обезвреживаемых сточных вод. Для осаждения шлама и осветления вода отстаивается не менее двух суток, после чего шлам удаляется на шламоотвал предочисток водоподготовительных установок или на золоотвал.
Если в промывочных растворах на основе лимонной кислоты кроме железа присутствуют также медь и цинк, то для осаждения меди и цинка следует применять сульфид натрия, который необходимо добавлять в раствор после отделения шлама гидрооксида железа. Осадок сульфидов меди и цинка должен уплотняться отстаиванием не менее суток, после чего шлам удаляется на шламоотвал предочистки.
