Очистка сточных вод котельных

Обновлено: 16.05.2024

Статьи

Эксплуатация тепловых электрических станций и теплоцентралей связана с использованием большого количества воды. Основная часть воды (более 90%) расходуется в системах охлаждения различных аппаратов: конденсаторов турбин, масло- и воздухоохладителей, движущихся механизмов и прочее.

Сточной водой является любой поток воды, выводимый из цикла электростанции. Основные сточные воды, образующиеся при работе ТЭЦ и ТЭС следующие (в порядке убывания объёмов стоков):

сточные воды как оборотных, так и прямоточных (разомкнутых) систем гидрозолошлакоудаления (ГЗУ) электростанций, работающих на твердом топливе;

продувочные воды оборотных систем водоснабжения ТЭС, сбрасываемые постоянно;

сточные воды водоподготовительных (ВПУ) установок, сбрасываемые периодически и/или постоянно, в том числе: концентрат обратного осмоса, промывная вода механических фильтров, элюаты после регенерации ионообменных фильтров;

продувочные воды паровых котлов, испарителей и паропреобразователей, сбрасываемые постоянно;

снеговые и дождевые стоки с территории, содержащие взвешенные частицы различного характера и нефтепродукты (в том числе мазуты);

замасленные, загрязненные внешние конденсаты, пригодные после их очистки для питания паровых котлов-испарителей;

отработанные моющие кислые и щелочные растворы и отмывочные воды после химических промывок и консервации паровых котлов, конденсаторов, подогревателей и другого оборудования (периодический сток, образующийся обычно в летний период);

В качестве примера, можно привести состав стока современной ТЭЦ, использующей в качестве топлива природный газ.

На ТЭЦ используется следующее энергетическое оборудование:

Три турбогенераторные установки (ТГУ) типа ТВМ-Т130 производства компании ТURВОМАСН SA (Швейцария) установленной электрической мощностью 14,4 МВт каждая. ТГУ оборудованы котлами-утилизаторами, предназначенными для производства 19 тонн пара в час.

Одним паровым турбогенератором производства Siemens AG (Германия) установленной электрической мощностью 20,8 МВт, с отбором пара на теплофикацию.

Для работы в отопительный период, предусмотрена установка двух паровых котлов ОКР-25 паропроизводительностью по 25 тонн в час.

Исходная вода – поверхностная. Характеристики стоков усреднённые, даны на основании обработки статистических данных по химическому составу стоков, некоторые показатели расчётные.

Общий поток исходных сточных вод, поступающих на очистку формируют следующие локальные потоки:

    1. Сток концентрата обратного осмоса и промывную воду с фильтров механических и сорбционных угольных.

    Объём стока – до 16 м 3 /час из них концентрат обратного осмоса – до 14,5 м 3 /час.

    Сток характеризуется следующим усреднённым составом:

    Перманганатная окисляемость (П/О)

    Общая жёсткость (ОЖ)

    Аммоний ион (NH 4+ )

    Взвешенные вещества (ВВ)

    c. Стоки после промывки песчаных фильтров.

    Объём промывной воды – до 400 м 3 /мес.

    d. Промывка охладительной системы.

    Объём промывной воды – до 350 м 3 /мес.

    e. Продувка котельного оборудования периодическая и непрерывная

    Периодическая продувка

    Непрерывная продувка
    с 5 котлов

    Паровый котлы

    Общий объём периодической промывки

    Котлы утилизаторы

    Суммарный расход непрерывная + периодическая продувки

    Состав стоков после продувки котельного оборудования.

    f. Существуют также некоторое количество небольших потоков сточных вод.

    Общий суммарный поток после усреднения, объёмный расход стока и состав.

    Объёмный расход – до 50 м 3 /час.

    Возможно данный пример не совсем корректен, так как данная ТЭЦ весьма небольшая и оборудована современным оборудованием. Например, здесь отсутствует сток после регенерации ионообменных фильтров, так как данная ТЭЦ оборудована современной системой обратного осмоса.

    Цель – разработка технологического процесса, обеспечивающего получение воды для последующего сброса в водоём рыбохозяйственного назначения.

    1. Для стока подобного состава была предложена следующая технологическая схема процесса очистки:

    1) Усреднение сточных вод с целью регулирования потока сточной воды и исключения значительных колебаний состава по отдельным компонентам в период залповых сбросов.

    2) Дезинфекция потока исходной воды гипохлоритом натрия, необходима для поддержания санитарного состояния очистных сооружений.

    3) Реагентное умягчение воды содово-натриевым методом, необходим для удаления кальция из исходной воды.

    4) Коагуляция железосодержащими реагентами и флокуляция для последующего удаления образовавшихся кристаллов карбонатов кальция и частиц гидроксида магния.

    5) Процесс тонкослойного отстаивания с целью выделения взвешенных частиц.

    6) Удаление взвешенных частиц и кристаллов карбоната натрия гидравлической крупностью менее 0,2 мм/с в процессе трубчатой ультрафильтрации.

    7) Сорбция органических соединений на активированном угле.

    8) Процесс двухступенчатого обратного осмоса с целью получения очищенной воды пригодной для возврата в производство или сброса в водоём рыбохозяйственного назначения, а также минимизация образующегося концентрата обратного осмоса.

    9) Вакуумное выпаривание для получения солей с влажностью 40-60% и их возможной последующей утилизации как твёрдых промышленных отходов, чистый конденсат смешивается с фильтратом обратного осмоса и также возврат в производство или сброс в водоём рыбохозяйственного назначения.

    10) Образующиеся шламы подвергаются обезвоживанию.

    2. Описание технологического процесса.

    Концентрат обратного осмоса и промывных вод с угольных фильтров, сток с градирни, промывные воды песчаных фильтров, продувка котельного оборудования, и другие потоки направляется в приёмную камеру усреднителя.

    Тип усреднителя – многоканальный с барботажем. Исходные стоки попадают в приёмную камеру усреднителя, сюда же дозируется раствор гипохлорита натрия. Подача гипохлорита натрия необходима для дезинфекции исходной воды, т.к. исходный сток, загрязнён с точки зрения микробиологии (ОМЧ в некоторых случаях составляет до 10000).

    Усреднённый сток собирается в камере усреднённых стоков, откуда насосами подаётся на собственно очистку.

    Первый этап очистки – реагентное умягчение содово-натриевым способом. Цель данного этапа – удаление из воды ионов кальция и частично магния. Дело в том, что для финишного этапа – процесса обратного осмоса требуется тщательная предподготовка и одна из важнейших задач в процессе предподготовки, это удаление ионов и солей, которые в процессе концентрирования на обратном осмосе могут выпадать на поверхности мембраны в виде малорастворимых соединений. Для данной воды основным катионом, который будет давать на поверхности мембраны осадки солей, является катион кальция Ca 2+ , в процессе обратного осмоса кальций образует карбонатные и сульфатные отложения, а также формирует малорастворимые фосфатные и фторидные соли. Именно поэтому тщательное удаление ионов кальция, является важным этапом предподготовки перед обратноосмотическим разделением.

    В основе содово-натриевого метода умягчения лежит принцип удаления ионов кальция в виде труднорастворимых карбонатов. Для перевода кальция в карбонатные соединения, должно выполняться условие, когда исходная воды содержит гидрокарбонаты в эквивалентном к кальцию количестве. Когда соблюдается равенство эквивалентных количеств кальция и гидрокарбонатов процесс можно вести только добавлением щёлочи к исходной воде до рН 10,0-10,5. В этом случае основная часть гидрокарбонатов переводится в карбонаты и выпадает в осадок в виде кристаллического карбоната кальция.

    В случае если содержание гидрокарбонатов в исходной воде меньше чем содержание кальция, необходима дозировка соды – карбоната натрия для подачи в исходную сточную воду недостающего количества карбонатов.

    Исходная сточная вода подаётся насосом в реактор. Реактор представляет собой прямоугольный в плане резервуар, разделённый на 3 секции, каждая секция оборудована мешалкой. В 1-ой секции установлена высокоскоростная мешалка и в эту же секцию подаются исходные реагенты: гидроксид натрия в виде 40-45% раствора и при необходимости карбонат натрия (сода) в виде 10% водного раствора. В 1-ой камере КР реагенты равномерно и быстро перемешиваются с исходной водой, при этом контроль процесса осуществляется рН-метром.

    Вторая и третья камеры реактора КР оборудованы низкоскоростными мешалками и рассчитаны на время пребывания 15-16 минут каждая. В этих камерах проходит процесс образования кристаллов карбоната кальция и хлопьев хлорида магния, причём особенностью образования кристаллов карбоната натрия является то, что растворы при рН 10-11 и без значительного количества взвешенных веществ в исходной воде могут долгое время находится в пересыщенном состоянии без образования кристаллов. Для интенсификации процесса кристаллообразования часть шлама, который выделяется далее в виде шлама в отстойниках пневматическими мембранными насосами возвращаются во вторую камеру реактора КР в качестве центров кристаллизации. В третьей камере завершается процесс образования кристаллов карбоната кальция и хлопьев гидроксида магния.

    Второй этап очистки – обработка воды коагулянтом и флокулянтом. Учитывая, что после процесса реагентного умягчения, образующиеся кристаллы карбоната кальция и хлопья гидроксида магния имеют весьма малые размеры и плохо оседают, необходимо создать условия для их укрупнения с целью затем максимально полно выделить их из воды методом отстаивания.

    Основным способом укрупнения присутствующих в исходной воде загрязнений, является коагуляция с последующей флокуляцией. Коагулянт, это соль как правило алюминия или железа, которая при введении её в воду гидролизуется с образованием нерастворимых хлопьев гидроксида железа или алюминия. Образующиеся хлопья адсорбируют на своей поверхности частицы загрязнений, присутствующие в воде и далее подвергаются обработке флокулянтом. В данном случае в качестве коагулянта используется хлорид железа (III), т.к. рабочий диапазон рН железных коагулянтов, существенно шире, чем алюминиевых которые работают только в нейтральных средах, а при рН более 8,0-8,4 переходят в растворимые алюминаты.

    Коагулянт дозируется в 1-ю камеру реактора КХ. Реактор представляет собой прямоугольный в плане резервуар, разделённый на 3 секции, каждая секция оборудована мешалкой. В 1-ой секции установлена высокоскоростная мешалка и в эту же секцию подаётся раствор коагулянта – FeCl3. Задача 1-ой камеры максимально быстро и равномерно распределить вводимый коагулянт в потоке исходной воды.

    Вторая и третья камеры реактора КР оборудованы низкоскоростными мешалками и рассчитаны на время пребывания 10-12 минут каждая. Во вторую камеру вводится флокулянт. Вторая и третья камеры предназначены для обеспечения достаточного времени контакта исходной воды и свежеобразованных хлопьев коагулянта с целью завершения процесса сорбции загрязнений и для формирования крупных устойчивых хлопьев коагулянта и флокулянта.

    Флокулянты, это высокомолекулярные вещества на основе полиакриламида с молекулярной массой 16 – 22 млн. Дальтон, несущие на своей матрице отрицательные заряды. Как правило молекула флокулянта линейная. Задача флокулянта – укрупнение хлопьев гидроксида железа путём образования полимерных мостиков между отдельными хлопьями коагулянта, что способствует укрупнения хлопьев и последующему их более полному выделению в отстойниках.

    Далее сточная вода перетекает в промежуточную ёмкость, откуда насосами подаётся тонкослойные отстойники, где происходит выделение хлопьев гидроксида железа с сорбированными загрязнениями, укрупнённых в процессе флокуляции.

    Насосы, перекачивающие сформированный осадок из промежуточной ёмкости в отстойники являются винтовыми насосами, т.к. основная задача данных насосов подать хлопья коагулянта-флокулянта в отстойник, не разрушив их структуру, что характерно для центробежных насосов.

    Отстойники с тонкослойными модулями состоят из большого количества наклонных трубчатых каналов, что даёт увеличение площади осаждения по отношению к площади основания. Для получения оптимальных результатов при эксплуатации отстойника необходимо надлежащим образом рассчитывать высоту, угол наклона и тип модулей, а также гидравлическую нагрузку. Отстойники трубчатого типа работают на основе принципа противотока, то есть потоки очищенной воды поднимаются наверх к выпуску, а осадок соскальзывает вниз по наклонным каналам в илосборник, откуда он удаляется с помощью скреперов и насосов.

    Тонкослойный отстойник предназначен для осветления сточных вод после реагентной обработки. Отстойник представляет собой стальную сварную емкость, изготовленную стали, установленную вертикально на раму, выполненную из профиля. Внутри отстойника установлен сотоблок, представляющий собой клеёную конструкцию, выполненную из полимерных листов толщиной 3 мм. Сотоблок свободно опускается в отстойник и опирается на уголки, приваренные к стенкам. В нижней части отстойника расположена осадочная часть, объём осадочной части рассчитан на сбор осадка в течение 6-8 часов, однако шлам в осадочной части не задерживается, а выводится пневматическими мембранными насосами в сборники шлама, часть шлама при этом возвращается во вторую секцию реактора КР. Для контроля качества осветлённой воды, в отстойнике предусмотрена установка мутномера.

    123.jpg

    Тонкослойный отстойник. Вид серху.

    Осадок выводимый из отстойника собирается в шламовых емкостях, откуда пневматическим мембранными насосами подаётся на обезвоживание.

    Для обезвоживания осадка предлагается использование камерного фильтр-пресса. После процесса обезвоживания ориентировочная влажность осадка 60-70%.

    Химическая очистка паровых котлов от отложений и продуктов коррозии традиционными методами и методом «в работе»

    Отложения котлового камня, как причина эксплуатационных проблем

    В ходе нашего исследования мы рассматривали вопросы образования отложений котлового камня в котлах с низким и средним давлением (т.е. работающих под давлением до 40 бар). На внутренней поверхности котлов во время их работы, а также и во время простоя могут образовываться отложения различные по химическому составу и по структуре, обычно называемые котловым камнем. Данное явление обуславливается следующими процессами:

    Образование отложений зависит от множества факторов, а именно:

    Данные отложения могут возникнуть также вследствие возвращения в котел конденсата с повышенной жесткостью воды, например в случае коррозионного повреждения теплообменника с бытовой водой.

    Вследствие превышения растворимости в твердой форме выпадают в осадок соли соединений кальция, магния, железа, кремния. Во время нагрева воды происходит разложение бикарбоната кальция в соответствии с нижеприведенной реакцией:

    Полученный карбонат кальция может осаждаться в форме кристаллического кальцита или в форме аморфного арагонита как ил. Диоксид же углерода выделяется в паровую часть котла и конденсирует в конденсате трубопровода, окисляя его как угольная кислота, вызывая коррозию труб и емкости для конденсата. Образующиеся железистые коррозионные отложения могут возвращаться в котел вместе с конденсатом и осаждаться там, вызывая уменьшение поперечного сечения труб вначале нагревателя, а затем непосредственно осаждаются в котле. Помимо этого в котле образуются отложения гипса и другие, перечисленные в таблице 1.

    Taблица 1. Распространенные отложения, образующиеся в паровых котлах [1].

    Химическая формула Название материала
    СаСОэ Кальцит или арагонит
    CaS04 lub CaSO4x0,5H2O Сульфат кальция или полугидратный гипс
    ЗСа3(Р04)2хСа(0Н)2 Гидроксиапатит
    3Mg0x2Si02x2H20 Серпентин
    Fe3(P04)2xH20 Вивианит
    Fe203 Гематит
    FeO(OH) Гетит
    Mg2Si04 Форстерит
    (Mg, Fe)2Si04 Оливин

    Часть отложений осаждается из воды в виде грязи, а часть в виде твердых отложений, называемых котловым камнем, который накапливается на нагревательных поверхностях и других элементах котла. Наиболее твердые отложения образуют силикаты (за исключением силиката магния), сульфаты, а также оксиды железа и карбонат кальция, если кристаллизуется в форме кальцита. Осаждаются в виде ила также гидроксид железа, карбонат кальция, как арагонит, гидроксид и силикат магния, фосфаты кальция и магния. Периодически в котле могут осаждаться соединения меди, накапливающиеся в котле вследствие декупрумизации его элементов либо поступающие с подающей водой. Это может послужить причиной гальванической коррозии котлов. Осаждение отложений в котле однозначно свидетельствует о несоответствующем процессе очистки воды для котловых нужд.

    Отложения в котле изображены на фотографиях (рис. 1, 2 и 3).


    Отложения карбоната кальция не представляют собой коррозионной угрозы (а даже наоборот, улучшают коррозионную безопасность). Однако данные отложения снижают тепловую эффективность котла, а также ухудшают его гидравлические параметры (увеличение сопротивления потока, локальная блокировка потока).


    Отложения, осаждающиеся из поступивших из системы продуктов коррозии (гидратированные оксиды и гидроксиды), обычно образуют на теплообменных поверхностях мягкий и пористый слой с умеренным коэффициентом теплового сопротивления. Отложения данного типа способствуют коррозии, а особенно одной из ее разновидностей, называемой щелевой коррозией, связанной с возникновением так называемых концентрационных очагов, т.е. мест на поверхности металла с различной степенью насыщения воды кислородом (см. табл. 2).

    Taблица 2. Коэффициент теплопроводности котлового камня с различным составом в сравнении с другими материалами [1].




    Химические технологии, помогающие в удалении отложений котлового камня

    Очистка нагревательной поверхности от отложений в котле химическим способом достигается путем полного растворения отложений либо только их размягчением и отслоением от поверхности, а затем удалением сильной струей воды. На практике, как правило, эти два метода применяются в комплексе, вначале используют растворы, которые преобразуют отложения (если не полностью, то по крайней мере частично) в растворимые соли и вызывают тем самым нарушение их структуры и отслоение от поверхности. Затем оставшиеся, раздробленные с нарушенной структурой отложения отрываются с помощью сопел, работающих под давлением (рекомендуемое рабочее давление в наконечнике сопла составляет около 1000 бар).

    Основными реагентами при химической очистке могут быть: минеральные кислоты, органические кислоты, комплексоны, щелочи, либо препараты, представляющие собой смесь вышеуказанных веществ. Соответственно, возможны методы очистки котлов: щелочные, комплексоны и кислотные, последние в свою очередь могут быть с применением ингибированных органических кислот, ингибированных неорганических кислот или смеси органических и неорганических кислот с ингибиторами коррозии.

    К наиболее популярным относятся методы с применением неорганических кислот, в том числе соляной и сульфаминовой кислот, а также ортофосфорная, лимонная и аскорбиновая (витамин C) кислоты.

    На практике для котлов, изготовленных на базе стали и чугуна, чаще всего применяют растворы, основа которых представляет собой соляную либо сульфаминовую кислоту, с добавлением ингибитора коррозии. Соляная кислота является наиболее эффективным и наиболее быстро действующим реагентом и может применяться как для удаления карбонатного камня, так и для борьбы с продуктами коррозии, а также загрязнений, имеющих механический состав, которые часто остаются в котловой воде. Преимуществом данного реагента является также его низкая цена, что весьма существенно в случае нахождения в котле большого количества отложений.

    Однако в отношении котлов, изготовленных из коррозионно-стойкой стали применяются растворы фосфорной либо сульфаминовой кислот, с соответствующими ингибиторами коррозии.

    Реакция соляной кислоты с отложениями котлового камня в зависимости от химических соединений, присутствующих в отложениях, выглядит следующим образом:

    При растворении котлового камня в соляной кислоте растворимыми становятся те компоненты отложений, структура которых представлена карбонатами, фосфатами, гидроксидами кальция и магния и оксидами железа.

    Если, однако, отложения представлены сульфатами, силикатами, алюмосиликатами, т.е. солями нерастворимыми в минеральных кислотах, необходимо преобразовать данные отложения, в процессе так называемой щелочной варки, в отложения, которые будут растворимы в минеральных кислотах. Для щелочной варки применяют щелочные соединения, такие как карбонат натрия, фосфат натрия и непосредственно гидроксид натрия. В процессе щелочной варки наступает инверсия сульфатов и силикатов в реакции двойного обмена на карбонаты и фосфаты, которые уже будут растворимы в соляной кислоте. Реакция щелочной варки протекает следующим образом:

    3CaSO4+2Na2PO4=Ca3(PO4)+3 Na2SO4, (7)

    Значительно труднее растворяются в соляной кислоте оксиды железа, а в частности магнетита. Эффективность их растворения в соляной кислоте представлена в следующей последовательности: FeO, Fe2O3 и Fe3O4.

    Я. Марьяновский в своих работах описал эффективность различных растворов для растворения магнетита. Результаты размещены в таблице 3 [3].

    Taблица 3. Растворимость соединений магнетита в различных растворах и при разных температурах.


    Процедуру очищения котлов невозможно было бы осуществить без ингибиторов коррозии. Это соединения, которые обычно добавляются от доли процента до нескольких процентов, они противодействуют коррозии стали как основного конструкционного материала котла. Они должны максимально ограничивать коррозию стали (железа), не влияя при этом на скорость растворения оксидов и других соединений. В процессе химической очистки конструкционный материал также подвергается травлению и для предотвращения данного явления необходимо для поверхности металла обеспечить ингибитор, который необратимо будет абсорбироваться металлической поверхностью. При выборе ингибитора основополагающими являются следующие аспекты: эффективное защитное действие и высокая стабильность ингибитора. Наиболее эффективные ингибиторы задерживают коррозию почти на 99% [2].

    Опыт применения ингибиторов показывает, что эффективность их действия зависит от присутствия полярных групп, таких как амино-группа, сульфатная группа, а также в значительной степени гидрофобная группа. Ингибиторы со значительной долей гидрофобной группы плохо растворимы в воде либо нерастворимы в целом, однако растворимы в кислотах.

    Хотя современные ингибиторы представляются очень эффективными и действенными, необходимо отметить, что в течение десятилетий перед соляной кислотой применялся уротропин (гексаметилентетрамин). Скорость коррозии стали в низких температурах при применении уротропина невысокая и снижена примерно в тысячу раз по сравнению с показателями коррозии без использования ингибиторов. Однако при температурах свыше 45 О С наступает процесс разложения уротропина, с выделением характерного запаха. В температуре около 60 О С уротропин не действует больше как ингибитор, а поверхность металла покрывается пузырьками водорода, которые высвобождаются. Может возникнуть так называемая водородная хрупкость металла. Водород начинает поглощаться зернами стали, где может скапливаться под высоким давлением в виде пузырьков, что в итоге может привести к необратимым повреждениям стали.

    Ниже, в таблице 4 приведена эффективность выбранных субстанций как ингибиторов коррозии в 2N HCl для стали при температуре 38 О С после 4 ч [4].

    Taблица 4. Эффективность ингибиторов в среде 2N HCl в темп. 38 О С, после 4 ч.


    Технические и технологические мероприятия при химической очистке котла

    Непосредственно сам изолированный процесс химической очистки котла, уже после получения формального разрешения на процедуру очистки, согласно утвержденной технологии, состоит из следующих последовательных существенных операций:

    Непосредственно процесс химической очистки с применением кислотной ванны производится с принудительной циркуляцией промывных растворов, что обеспечивает более высокую эффективность и сокращает время процедуры. Вспомогательное оборудование, так называемый насосный агрегат для промывки состоит из химического насоса, соответствующей мощности (целесообразно в течение часа пятикратно промыть емкость котла), вспомогательного бака (емкостью 0,2-2 м 3 ), а также армированных резиновых шлангов. Напорный шланг (от насоса) соединяется с самой низкой частью котла, например с нижним коллектором, а насос обратной воды с наиболее высокой точкой и производится водный тест, с целью проверки герметичности. Чтобы не допустить пенообразования в котле, вследствие быстро выделяемого диоксида углерода, к раствору добавляется незначительное количество так называемого пеногасителя. Это сотые доли % от объема, а оказывают крайне полезное воздействие в предотвращении хлопотного пенообразования и выливания пены на наружные элементы котла и насосный агрегат. Циркуляция раствора производится до тех пор, пока контрольный анализ не покажет, что концентрация реагентов поддерживается на постоянном уровне.

    Если паровые котлы загрязнены отложениями силикатной, сульфатной или магнетитовой природы, которые слабо растворяются в серной кислоте, либо не растворяются в целом, после процедуры удаления струей воды слабо связанных с поверхностью отложений и перед нейтрализацией и пассивацией котла необходимо выполнить процедуру щелочной варки. Процедура осуществляется с применением карбоната натрия и добавлением фосфата натрия, преобразующего нерастворимые в соляной кислоте соли в растворимые в ней карбонаты и фосфаты.

    Процедура щелочной варки котла продолжается 2-3 суток без получения пара с частыми, около 0,5 ч, простоями. После этого этапа котел вновь подвергается окислению раствором HCl с ингибитором коррозии, согласно вышеприведенной схеме, и заканчивает процесс процедура нейтрализации и пассивации котла.

    Раствор, образовавшийся после очистки, т.е. сточные воды необходимо слить в несколько приемов во вспомогательный бак и произвести в нем коррекцию сточных вод до 6,5<pH<9.

    Последним шагом является визуальное подтверждение очистки котла. В процессе осуществления процедуры ведется «Журнал операций», в котором фиксируются все произведенные действия и анализы.

    Формальные действия, связанные с процедурой химической очистки котла

    В Польше техническое оборудование, к которому относятся паровые котлы, подвергается техническому надзору и все ремонтные мероприятия, к которым собственно и относятся операции, связанные с химической очисткой, попадают под устав от 21 декабря 2000 г о техническом надзоре [5]. Процедуру очистки может осуществлять только учреждение, получившее разрешение в Техническом Надзоре на осуществление химической очистки оборудования. Каждая операция химической очистки должна быть согласована с отделением Технического Надзора (ТН) согласно с WUDT-UC-CH-2/2008.

    Решение о необходимости химической очистки котла обычно принимается после плановой инспекции котла. Во время инспекции должны быть проверены определенные зоны котла, для которых свойственны коррозионные процессы или образование котлового камня. Другие факторы, которые необходимо учитывать, это:

    Химическая очистка производится всегда после обнаружения [1]:

    Рекомендации по химической очистке котла представлены в табл. 5.

    Taблица 5. Количество отложений на теплообменных поверхностях в котле и рекомендуемые действия.


    Очистке должна предшествовать соответствующая запись в Книге по эксплуатации котла, рекомендующая химическая очистку в соответствующем для данного региона отделении ТН.

    Исходная документация для химической очистки должна быть разработана на основе анализа химического состава отложений с очищаемого устройства/элемента устройства, в соответствии с определенным образцом, с учетом химического сопротивления материала, из которого изготовлено устройство/элемент устройства.

    Учреждение, уполномоченное осуществлять операцию химической очистки, после завершения процедуры должно выдать свидетельство о произведенной химической очистке, а владелец котла уведомляет соответствующее отделение ТН с целью проведения срочного внутреннего аудита. Целью внутреннего аудита является проверка чистоты котла и определение технического состояния стенок элементов котла и обнаружение различных повреждений, таких как коррозия, трещины, деформации и т.д. После внутреннего аудита производится гидравлический тест, заключающийся в двукратном образовании в котле с помощью напорного насоса испытательного давления (около 25% выше допустимого), с целью определения герметичности котла и его элементов. Если все испытания проходят успешно, котел допускается к дальнейшей регулярной эксплуатации, что фиксируется соответствующей записью в Книге по эксплуатации котла.

    Химическая очистка котлов «в работе», в процессе их нормальной эксплуатации

    Описанный ниже метод представляет собой специфическую методику предотвращения дальнейшего накопления отложений котлового камня в котле, если для этого есть определенные условия. Имеется методика очистки котла от уже образовавшихся в котле отложений, применяемая в случаях, если толщина слоя отложений менее 2 мм. Способ очистки котла от отложений котлового камня при методе «в работе» заключается в очистке воды и подаче в котел тщательно рассчитанных доз химических реагентов, которые способствуют отслоению и эмульгированию котлового камня.

    Методы химической очистки котлов «в работе», в отличие от традиционных методов в широком понимании, не основываются на сильных кислотах, а используют более дружественные для человека и окружающей среды субстанции из группы хелатов и органических полимеров. Наиболее популярные хелатные соединения, используемые в данной методике, это соли этилендиаминтетрауксусной (EDTA) и нитрилотриуксусной (НТА) кислот. К наиболее часто применяемым полимерам, в свою очередь, относятся акриловые полимеры, с повышенной устойчивостью к высокой температуре и давлению. С точки зрения термического разложения хелатов и органических полимеров, методика может применяться в паровых котлах, с рабочим давлением не выше 50 бар. Основной задачей хелатных соединений, применяемых в данной методике, является захват из общей массы отложений ионов кальция и магния и их комплексообразование. Таким образом, нерастворимые соли этих металлов переходят в раствор. В свою очередь, полимерный компонент отвечает за дисперсию остальных элементов отложений, например, оксидов железа или кремния, трансформируя их в жидкую - коллоидную форму.

    Сильное сродство хелатных соединений к кальцию и магнию обуславливает то, что данный метод является эффективным даже в отношении солевых отложений, не поддающихся действию сильных минеральных кислот, таких, например, как сульфаты, фосфаты и даже силикаты [1]. Способность хелатного соединения - EDTA связывать кальций, представлена на рис. 5 [6].


    Процедура очистки котла «в работе», в зависимости от количества скопившихся отложений, может длиться от нескольких дней до нескольких месяцев. Очищающее средство добавляется в подпиточную воду. Доза препарата рассчитывается на основе физико-химического анализа подпиточной воды, а в частности - показателей общей жесткости. Например, для связывания карбоната натрия CaCO3, в концентрации 1 мг/л, необходимая доза комплексона составляет 3,8 мг/л. Обычно доза рассчитывается таким образом, чтобы содержащееся в препарате хелатное соединение полностью связало остаточную жесткость подпиточной воды, и остался незначительный избыток в размере от 0,4 до 1,0 мг/л. Больший избыток комплексона вследствие его концентрации в котловой воде может вызвать нежелательные коррозионные реакции на наружной поверхности котла (так называемая «хелатная коррозия»). Дозировка чистящего средства осуществляется при использовании мембранного насоса-дозатора, управляемого с помощью импульсов, поступающих от водомера, установленного на трубопроводе подпиточной воды, либо сопряженного с насосом, подающим воду в котел.

    Во время дозировки чистящего препарата, котел работает в нормальном режиме, нет также необходимости в приостановлении дозировки корректирующих веществ, применяемых в процессе его нормальной эксплуатации, например таких как фосфаты, поглотители кислорода, либо ингибиторы коррозии. Однако, в связи с этим появляется необходимость в частой продувке котлов, т.к. удаленные отложения частично рассеиваются полимерными соединениями и переводятся в коллоидную форму. Две черты, характерные для процесса очистки «в работе», - это рост общей жесткости котловой воды, а также рост концентрации железа в сточной воде, что представлено на рис. 6 и 7.



    Результаты проведенных до настоящего времени нашей компанией процедур химической очистки котлов «в работе» демонстрируют, что данная методика не уступает по эффективности традиционным методам очистки котлов, с использованием кислотных ванн. На рис. 8 показано состояние котла перед процедурой, а также результаты после 4 месяцев применения процедуры очистки.


    При помощи метода возможно удаление свыше 90% массы отложений, образовавшихся на нагревательных поверхностях парового котла, в сроки, не превышающие, как правило, 6 месяцев, без исключения котла из эксплуатации.

    Сравнивая оба метода очистки паровых котлов, а именно традиционный метод (в большинстве случаев кислотный) и метод «в работе», можно отметить следующие преимущества метода «в работе» по сравнению с традиционной методикой:

    Естественно, что данная методика имеет и некоторые ограничения. К наиболее существенным можно отнести:

    Заключение

    Методы традиционной очистки котлов известны более 100 лет, хотя общедоступными лишь в течение последних 50 лет стали высокоэффективные ингибиторы кислотной коррозии. Эффективность их не вызывает сомнений, но с экономической точки зрения стоимость процедуры достаточно высокая. Если к данной цифре прибавить также потери пара, исключенного из производства, то процедура химической очистки оказывается весьма дорогостоящей.

    Подводя итоги, следует обратить внимание, что метод химической очистки паровых котлов «в работе» характеризуется столь же высокой, а в некоторых случаях и превосходящей эффективностью, по сравнению с традиционными методами кислотной очистки, и при этом применение данного метода позволяет избежать многих перечисленных выше недостатков, имеющих место в случае традиционных методов. Авторы обладают достаточно обширным опытом в сфере методов традиционной химической очистки котлов, в частности Я. Марьяновский - 40-летним, однако мы убеждены, что необходимостью является разработка и внедрение современных, более экономически выгодных, а в то же время безопасных и экологически чистых технологий. У нас есть много примеров успешного внедрения технологий безкислотной очистки котлов «в работе», что дает данному методу очень хороший прогноз на будущее.

    Литература

    1. Д. Хомич. Очистка воды в котельных и на тепловых станциях. - Изд. Arkady 1989 г.

    2. А. Якубяк. Вода в дизельных паровых электростанциях. - Изд. Научно-хническое, Варшава 1967 г.

    3. Я. Maрьяновский. Неопубликованные материалы. - Гданьск, 2005 г.

    4. З. Шклярская-Шмялковская. Ингибиторы коррозии металлов. - WNT Варшава 1971 г.

    5. Устав от 21 декабря 2000 г. o техническом надзоре Dz. U. z 2000 г. № 122, 1321 с изменениями.

    6. Metal Ion Control for Hard Surface Cleaners, брошюра DOW Chemical Company.

    7. Carter W. Brown, Mark A. Moore, Saleh A. Al-BenHamad and Michel Didden, On-line Cleaning of Boilers Using A Novel Polymer Technology to Avoid Acid, The 4th Middle East Refining & Petrochemicals Conference and Exhibition, 29 September - 1 October 2003, Kingdom of Bahrain.

    Очистка сточных вод тепловых электростанций

    Проблема утилизации промывной воды является актуальной для крупных станций водоподготовки в России. В процессе водоподготовки на фильтровальных станциях образуется большое количество промывной воды фильтров и контактных осветлителей (15 - 30 % от объема обрабатываемой воды). Для промывной воды, сбрасываемой со станций, характерны высокие значения концентраций алюминия, железа, взвешенных веществ, окисляемости, что негативно сказывается на состоянии водоемов, принимающих данный вид сточных вод.

    Согласно СНиП 2.04.02-84 промывные воды следует направлять на повторное использование, однако на практике не удается таким образом полностью утилизировать промывные воды по ряду причин: ухудшение процессов хлопьеобразования и отстаивания взвеси, сокращение продолжительности фильтроциклов. В настоящее время большая часть (

    75%) промывных вод либо сбрасывается в бытовую канализацию, либо, после предварительного отстаивания (или без него), в природный водоем. При этом в первом случае значительно возрастает нагрузка на канализационные сети и сооружения биологической очистки, нарушается их нормальный режим работы. Во втором случае происходит загрязнение природных водоемов токсичным осадком, что негативно сказывается на их санитарном состоянии.

    Таким образом, необходимы новые подходы, исключающие загрязнение окружающей среды и позволяющие получить дополнительное количество очищенной воды без увеличения водозабора.

    В данной работе мы исследуем схему очистки сточных вод тепловых электроцентралей и влияние их на окружающую среду.

    Проблематика данной работы: исследование выбросов сточных вод промышленных предприятий, влияние сточных вод на окружающую среду.

    1. Энергетика и окружающая среда

    Современный период развития человечества иногда характеризуют через три параметра: энергетика, экономика, экология.

    Энергетика среди данных показателей занимает особое место. Она является определяющим показателем, как и для экономики, так и для экологии. От энергетических показателей зависит экономический потенциал государств и благосостояние людей.

    Спрос на электроэнергию и тепло растет с каждым годом, и в нашей стране и за рубежом, соответственно.

    Появляется необходимость увеличения мощностей существующих производств и модернизация оборудования для того, чтоб повышения получения энергии и тепла.

    Между тем, получение большего количества электроэнергии негативно влияет на природные ресурсы.

    Производство электроэнергии в больших масштабах, влияет на:

    • атмосферу;
    • гидросферу;
    • литосферу;
    • биосферу.

    В настоящее время энергетические потребности обеспечиваются в основном за счет трех видов энергоресурсов: органического топлива, воды и атомного ядра. Энергия воды и атомная энергия используются человеком после превращения ее в электрическую энергию.

    Основные виды производства электроэнергии в РФ

    Современный энергетический комплекс РФ включает почти 600 электростанций единичной мощностью свыше 5 МВт. Общая установленная мощность электростанций России составляет 220 тыс. МВт. Установленная мощность парка действующих электростанций по типам генерации имеет следующую структуру: 21% - это объекты гидроэнергетики, 11% -атомные электростанции и 68% - тепловые электростанции.

    Тепловая энергия

    Тепловые электроцентрали - это комплекс сооружений и оборудования для вырабатывания электроэнергии и тепла.

    Тепловые электроцентрали различают:

    По степени загрузки:

    По характеру потребляемого топлива:

    Данные типы электростанций, большой мощности, требуют огромного количества воды, необходимой для охлаждения пара.

    При этом поступающая охлаждающая вода, проходит через охлаждающие устройства и возвращается в источник.

    В РФ используется паротурбинные виды ТЭС.

    Энергетика г. Екатеринбург

    Основным видом развития электрической энергии в Екатеринбурге припадет на тепловые электростанции.

    Энергосбережение г. Екатеринбурга обеспечивает 6 ТЭЦ и 172 котельные различной мощности от 0,1 до 515 Гкал/час.

    Установленная электрическая мощность ТЭЦ составляет 1 906 МВт (выработка более 6,1 млрд. кВт часов в год).

    Общая тепловая мощность энергоисточников составляет 9 200 Гкал/час. В год производится более 19 млн. Гкал тепловой энергии, в том числе:

    56% - на станциях «Свердловэнерго»;

    39% - котельными промышленных предприятий;

    5% - муниципальными котельными.

    Годовой расход топлива составляет 3 млн. т.у.т., более 99% из которых приходится на природный газ, остальное - каменный уголь, мазут (последнее в качестве резервного топлива).

    Протяженность магистральных тепловых сетей в г. Екатеринбурге составляет 188км, разводящих и квартальных тепловых сетей - более 3200 км.

    . Характеристика сточных вод

    Сточными водами принято называть пресные воды, изменившие вследствие хозяйственно-бытовой и промышленной деятельности человека свои физико-химические и биохимические свойства. По происхождению сточные воды разделяют на следующие классы: хозяйственно-бытовые, промышленные и дождевые сточные воды.

    Промышленные сточные воды образуются в ходе производственной деятельности предприятий, заводов, комплексов, электростанций, автомоек и т.д.

    Основными характеристиками сточных вод являются:

    • виды загрязнений и их концентрация (содержание) в сточных водах;

    • количество сточных вод, скорость их поступления, расход;

    •степень равномерности распределения (периодичность) загрязняющего компонента.

    Читайте также: