Концепция создания бессточной - безреагетной ТЭЦ
Главная 

Обращение к коллегам

Концепция создания бессточной - безреагетной ТЭЦ

Богданов А.Б. Шлапаков В.И. Омская ТЭЦ-6

Сайт www.exergy.narod.ru
Электронный адрес: exergy@list.ru

Бессточность – высшее качество жизни.

Бессточность – высшая ступень развития общества

Бессточность – высший принцип деятельности предприятия.

Бессточность это отсутствие в принципе возможности сбросов загрязняющих веществ в окружающую среду.

Бессточность (малосточность) технологического объекта, (схемы, котельной, предприятия, ТЭЦ) это комплексное свойство объекта характеризующее режим экологически, экономически обоснованного, минимально-возможного водоотведения, негативно влияющего на окружающую среду при выполнении объектом своих основных задач.

Виды технологических вод на ТЭЦ.

В настоящее время на большинстве тепловых электростанций и котельных имеется значительное количество сточных вод, достигающих 10-14% от количества воды поступающей на ТЭЦ. Это ведет к нерациональному расходованию предварительно очищенной сырой воды. Кроме этого, перед сбросом сточных вод в окружающую среду необходимо дополнительно предусматривать затраты на их доочистку (обеззараживание, разбавление до норм ПДК).

Говоря о бессточности предприятий теплоэнергетики, необходимо выяснить и устранить коренные причины, вызывающие образование стоков для следующих видов технологических вод: 1)регенерационные первой и второй ступеней ХВО; 2)непрерывная и периодическая продувка котлов, испарителей; 3) от кислотных очисток оборудования; 4)после опорожнения оборудования, баков, трубопроводов; 5) через неплотности запорной, дренажной арматуры; 6)продувка оборотной системы охлаждения с градирнями; 7)от охлаждения основных и вспомогательных механизмов; 8)шламовые от предочистки ХВО; 9) ливневые и паводковые с территории станции; 10) грунтовая из под заглубленных объектов станции; 11) от гидроуборки помещений, оборудования, котлотурбинного цеха, топливно-транспортного цеха, гаража; 12) от гидропневмотеческой промывки оборудования, сетей; 13) хозяйственно бытовые и фекальные; 14) замасленные стоки из картеров подшипников, уплотнений, маслосистем турбин, ПЭНов, СЭНов, мельниц и т.д; 15) возможные протечки мазута, масла от технологического оборудования, пропарки трубопроводов; 16) возможные протечки ГСМ от автотранспорта; 17) продувка оборотной схемы гидрозолоотвала; 18) "ложные стоки" от недостоверности коммерческого учета "больших и малых расходов" водопотребления и водоотведения.

Коренными причинами вызывающими образование сточных вод по видам 1, 2, 3, 4, 5 на ТЭС являются неплотность технологического оборудования и элементов тепловой схемы пароводяного цикла ТЭС. Основные усилия специалистов должны быть направлены на организацию замкнутых технологических контуров, пароводяных циклов, исключающих потери пара и конденсата во внешние схемы, и также не допускающие присосы охлаждающей технической или сетевой воды из внешних схем. К ним можно отнести: 1) исключение неоправданных перетоков пара, конденсата из тепловой схемы высоких параметров в схемы с более низкими параметрами; 2) перевод работы атмосферных деаэраторов подпиточной воды теплосетей от режима с контактным нагревом паром подпиточной воды в головке деаэратора на режим работы с предварительно перегретой исходной химической воды до 115град; 3) организация доочистки воды внутри отдельных технологических схем.(например: блочная обессоливающая установка (БОУ) для теплофикационных энергоблоков; замкнутая схема кислотной промывки с перепариванием отработанного раствора в роторно-пленочных испарителях); 4) организация водных химических режимов, не требующих химических реагентов (нейтральный водный химический режим, безреагентная парокислородная очистка оборудования); 5) замена химических методов очистки основного оборудования 6) на безреагентные способы (шарикоочистка конденсаторов турбин, шарикоочистка бойлеров, подогревателей сетевых горизонтальных (ПСГ), очистка труб механическим сухим способом); 7) организация контролируемых перетоков вод из одной технологической схемы в другую (например, на ТЭС, имеющих несколько очередей на различные параметры пара) как при продувке от барабанов котлов высокого давления в котлы низкого давления , так и при подпитке конденсатом низкого давления в схему высокого давления; 8)переход от химических методов очистки подпиточной воды теплосети на коррекционную обработку подпиточной воды с ингибиторами отложения минеральных солей (ИОМС); 9) разработка теплообменного оборудования повышенной плотности (конденсаторы, ПСГ, подогреватели сетевые вертикальные); разработка новых типов валов насосов не требующих смазки; 10) подшипников, сальниковых уплотнений с применением водяного охлаждения подшипников (без сальниковые питательные насосы , воздушные компрессора); По видам сточных вод 6, 7, 8, 9, 10 необходимо решить вопросы по их водоотведения, без воздействия на окружающую среду. Для этого необходимо: 1) разделить схемы охлаждения конденсаторов и охлаждения механизмов на гидравлически независимые; 2) разработать схемы сбора отстоя и повторного раздельного; 3) использования ливнёвых вод с крыш, с территории; 4) рассчитать реальную величину загрязнения с объемами ливневыми вод, обеспечивающих переработку и очистку от поверхностных загрязнение стоков до 60% обеспеченности. Остальное, что не покрывается внутренним водопотреблением необходимо отводить в водоемы без их очистки. По видам 11,12, 13, необходимо создавать локальные оборотные схемы с индивидуальными очистными сооружениями, не допускающими перемешивания как загрязненных, так и очищенных вод с другими потоками. По устранению стоков от технологических схем 14, 15, 16 необходимо предусматривать индивидуальные схемы сбора, пропарки, очистки повторного использования или сжигания замазученных вод в котлах. По виду сточных вод 17 коренным решением по исключению стоков является отказ от гидрозолоудаления и переход на комплексную 100% переработку золы в строительные материалы (зольный гравий, золошлаковые блоки, инертный заполнитель, клинкер и т.д.) По сокращению "ложных стоков" 18 необходимо внедрять официально утвержденные методы измерения и сведения материального баланса, как по воде, так и по загрязняющим веществам.

Теоретические основы создания бессточной технологии

Водный технологический цикл - совокупность технологических процессов пароводяной системы, периодически повторяющихся явлений, при котором вода, являющаяся основным рабочим телом цикла, подвергающая изменениям в определенной последовательности вновь приходит в исходное состояние. Существуют два крайних вида циклов: прямоточные - разомкнутые и оборотные- замкнутые циклы. Прямоточные – разомкнутые циклы, это те циклы, где вода поступает в технологическую схему и удаляется из цикла после однократного воздействия на технологический процесс. Пример- прямоточная система охлаждения конденсаторов турбин водой из реки или озера. Оборотные – разомкнутые циклы, это те циклы, где вода поступает в технологическую схему и многократно участвует в технологическом процессе. Примеры: оборотные циклы в холодильных машинах, оборотные паросиловые циклы станций, оборотные системы охлаждения с градирнями.

Основой бессточного (малосточного) режима работы ТЭЦ являются замкнутые –плотные водные технологические циклы, входящих в состав станции. Оценку степени плотности водного технологического цикла производится по следующим известным критерием:

Процент восполнения потерь (ПрВП), процент продувки (ПрПр), процент уноса в атмосферу (ПрУн) – предназначены для оценки плотности прямоточного разомкнутого технологического цикла и он показывает ту долю рабочего агента которую необходимо восполнить или продуть для восполнения утечек агента из цикла.

Для оценки степени плотности замкнутых технологических циклов предлагается ввести дополнительное новое понятие - период обмена (ПеО) рабочего агента технологического цикла. ПеО определяется отношением водного объема заключенного в цикл к величине подпитки технологического цикла.

Тпео= Vцикла/Gпод.

По физическому смыслу ПеО определяет время, в течение которого производится 100% обмен воды содержащейся в технологическом контуре. Чем больше ПеО, тем больше требуется времени для полного обмена воды в цикле, тем экологически чище технологический процесс, производство.

ПрПр испарителей – процент продувки испарителей составляет 2.5%; ПрВп ХВО –потеря регенерационных вод ХВО теплосети составляет 11.5%; ПрВп ТЭЦ – потеря воды на собственные нужды ТЭЦ составляют 8%.

Принципы создания бессточной ТЭЦ.

Перед принятием решения о необходимости строительства объектовых или локальных очистных циклов (ЛОЦ) необходимо сравнивать затраты на исключение причин образования сбросов. Мероприятия по организации плотных циклов всегда оправданны.

1. Необходимо отказываться от химических способов приготовления подпиточной воды котлов. Восполнение конденсата производить термическим способом – получать пар, конденсат из сетевой или подпиточной воды для тепловых сетей. Химический способ очистки воды должен применятся только для глубокой доочистки конденсата загрязненного через неплотность оборудования.

2. В тепловой схеме станции должны быть определены вышестоящие и нижестоящие технологические циклы. Должна быть определена организация каскадно-ступенчатого восполнения потерь пара и конденсата от нижестоящего технологического контура термическим способом в вышестоящий технологический контур и наоборот организация каскадно-ступенчатой продувки вышестоящего технологического контура в нижестоящий технологический контур.

Пример : паросиловой контур 130ати продувается в контур 90ати далее в контур 45ати затем в контур 16ати и далее в цикл подпитки теплосети. И наоборот: исходная вода от теплосети через испаритель мгновенного вскипания в виде пара подпитывает цикл 16ати, далее конденсат из цикла 16 ата подпитывает цикл котлов45ати, затем в цикл ПГУ 90ати и наконец конденсатом в цикл 130ати.

3. По каждому технологическому циклу и в целом по станции должны быть рассчитаны и нормированные показатели периода обмена ПеО, процент восполнения потерь ПрВП, процент продувки ПрПр цикла, станции, нормы водно-химического режима.

4. Разделение смешанных технологических циклов на функционально независимые индивидуальные технологические циклы. По вышестоящим и нижестоящим циклам, а также для одноименных технологических циклов должны быть разработаны технологические схемы организации подпитки и продувки с выделением "соленых" и "чистых" циклов.

5. По каждому циклу должен быть составлен материальный баланс как по воде, по солям так и по загрязняющим веществам, нефтепродуктам и т.д.

6. Вопрос обеспечения замкнутости циклов должен решаться путем разделения смешанных циклов на составляющие и разработкой решений внутри каждого элементарного цикла.

7. При наличии регламентированных потерь пара и конденсата должен технически решаться вопрос вывода и утилизации солей в твердом виде на общегородской полигон или станционный "могильник".

8. Создание замкнутых технологических циклов, на основе разработки высокоплотного теплообменного оборудования (конденсаторов, бойлеров, запорной арматуры, безсальниковых насосов )

9. Отказ от применения ранее регламентированных потерь пара и конденсата в атмосферных деаэраторах подпитки теплосети, невозврата конденсата от промышленных потребителей. Переход на широкое применение деаэраторов на перегретой воде, паропреобразавателей, испарителей мгновенного вскипания.

Безреагентная ТЭЦ - высшая ступень развития бессточной ТЭЦ.

Природоохранными органами ставится задача внедрения таких технологий в которых бы исключались сбросы любых видов сточных вод образующихся на станции. Однако такая постановка вопроса не всегда экологически и экономически обоснованной. Не является обоснованным требование о недопустимости сброса продувочных вод от циркуляционных систем охлаждения конденсаторов турбин. Охлаждение конденсаторов турбин приносит только тепловое загрязнение окружающей среды: а) при прямоточном охлаждении тепло сбрасывается в реку, б)при оборотном охлаждении тепло сбрасывается в атмосферу. Никакого химического загрязнения охлаждающих вод при этом не происходит. Негативная сторона сброса продувочных вод от системы охлаждения конденсаторов турбин заключается в том, что из охлаждаемой воды происходит выпаривание чистейшего пара до 0.5-0.8% За счет непрерывной потери чистейшего конденсата, в оставшейся воде происходит непрерывный рост составных элементов исходной воды. Даже наоборот, выполнение требования по исключению сброса продувочных вод от градирен повлечет к дополнительному негативному экологическое воздействию 1) в месте добычи реагентов, 2) в месте хранения утилизированного шлама. Рассмотрим этот "парадокс" на конкретном примере строящейся Омской ТЭЦ-6.

Предложения о возможности и целесообразности работы Омской ТЭЦ-6 со сбросом теплообменных вод от градирен в реку Иртыш, представили следующие организации: 1) Всесоюзный научно-исследовательский институт по охране вод (ВНИИВО), Государственного комитета СССР по охране природы, г. Харьков 1990г.; 2)Российский центр экологически чистых технологий (РОСЭК), Академии наук России, г. Москва 1994.; 3) Уральский филиал всесоюзного теплотехнического института, (Урал ВТИ), г. Челябинск 1996г; 4)Центральная специализированная инспекция (ЦСИ) Министерства экологии и природных ресурсов России. 1994 г. Москва; 5)Центр независимых экологических исследований (ЦНЭИ) г. Москва 1994г.

Выводы научных институтов и инспекций.

  1. Сбросы сточных вод от систем охлаждения конденсаторов турбин в не являются загрязняющим воздействием на окружающую среду!. Никаких дополнительных загрязнений эта система вносить не может. Тепловое загрязнение отводится в атмосферу, а минеральные соли, взвешенные вещества, исходные загрязняющие вещества в каком количестве брались из реки в этом же количестве, в виде продувки циркуляционной системы, возвращаются в реку.
  2. Теплообменные воды в виде продувки циркуляционной системы нужно отводить рассеянным выпуском обратно в источник.
  3. Вопрос о возможности сброса продувочных вод ТЭЦ-6 решается разделением типовой циркуляционной системы на два независимых контура: А) Для 99.5% отвода тепла –это контур для охлаждения конденсатора турбин, Б) Для 0.5% отвода тепла –это контур для охлаждения маслоохладителей, газоохладителей, пробоотборников, подшипников механизмов и т.д.

ТЭЦ необходимо проектировать не сколько абсолютно бессточной, а скорее всего безреагентной. Чем меньше реагентов будет завозиться с внешнего мира для использования в технологии, тем меньшее будет негативное воздействие станции на окружающую среду. Двойной экологический и экономический эффект! Эти решения позволяет отказаться от необоснованной физико -химической переработки для 99.9% воды (6.08млн тонн/год) по варианту "абсолютно бессточной ТЭЦ". Не требуются добыча реагентов для обработки воды. Не надо решать вопросы по утилизации 6845 тонн солей в год

Причины по которым не создаются бессточные ТЭЦ.

Основная причина отсутствия бессточных ТЭЦ- нет сформулированной идеи бессточности Из-за отсутствия сформулированной идеи бессточности, выявляется следующие организационные и технические причины определяющие возможность создания бессточной технологии:

а) отсутствие финансовой заинтересованности которая заставила бы по сути относится к вопросам сокращения платы за сбросы и экономии средств за счет оптимизации режимов водопотребления и водоотведения.

б) из-за отсутствия финансовой заинтересованности, предприятие (ТЭЦ, котельная, завод) не ставит задачи как своему персоналу, проектному институту, наладочной организации. . Исторически сложилось так, что у эксплуатационника, у проектировщика, наладчика, в учебном институте отсутствовали специалисты по вопросам комплексного подхода к разработке схем водоснабжения и водоотведения. В большей степени к этому вопросу на уровне проекта подключены химики-водники, при этом они привлекают к этой работе специалистов -технологов, специалистов гидротехников. При этом, никто из них по отдельности, не рассматривал в комплексе поставленную задачу. На ТЭЦ также нет конкретного специалиста который в комплексе производит анализ и ставит задачу изменения основной технологии. В большей степени эту задачу должен сформулировать главный инженер, начальник технического отдела, инженер по охране окружающей среды, но для этого в условиях отсутствия нормативной документации, нужен неформальный инженерный анализ и личная убежденность в возможности технического решения поставленной задачи.

с) отсутствует академический, методический и комплексный подхода к анализу режимов водопотребления и водоотведения на промышленных предприятиях и на ТЭЦ. Нет учения о технологических водных циклах станции составляющих 70-80% всей технологической схемы станции. По этой причине не разработаны нормативные документы, технические требования к созданию циклов ТЭЦ.

д) отсутствие нормативных требований привело к хаотичному формированию водных технологических циклов. Водные потоки разных схем перемешаны, Для их разделения требуются капитальные затраты. Гидрозолоотвал является замыкающей системой куда поступают все несбалансированные водные потоки станции.

е) недостаточная квалификация инженерного персонала ТЭЦ, промышленных предприятий, инспектирующих работников природоохранных органов. Отсутствие системы повышения квалификации по вопросам организации режимов технологических циклов водоснабжения и водоотведения.

ж) организационная разобщенность по режимам водопользования. Так технологические стоки образуются в тех цехах где реально можно и нужно менять основную технологию определяющие стоки, а ответственность за очистку и сброс стоков осуществляет как правило другой цех который реально не может повлиять на коренные причины образования сбросов.

 

Итоги внедрения концепции бессточного режима работы ТЭЦ-6

Из за отсутствия финансирования электрические генерирующие мощности Омской ТЭЦ-6 не были введены, поэтому проверка правильности принятых принципов проектирования бессточной тепловой электростанции осуществлена только на действующей котельной ТЭЦ-6.

За счет внедрения бессточных, безреагентных технологий, создания гидравлически плотных циклов на котельной за 7 лет достигнуты довольно значимые результаты.

Расход воды со сбросами снижен с 916 до 250 тысяч тонн в год, (с 16% до 4.9%). Удельный сток воды сокращен в 3.7 раза с 0.73 до 0.2 м3/Гкал.

Сбросы загрязняющих веществ от котельной ТЭЦ-6 снизились:

 

Показатель

Ед. изм.

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

Водопотребление

тыс. м.3

5720

5653

5084

4731

5034

4587

5133

Сброшено сточной воды

тыс. м3

916

848

565

396.3

366.0

291.0

250.0

Сброс воды к забору

%

16.0

15.0

11.1

8.4

7.5

6.0

4.9

Сброс воды к 1992 году

%

100

92.6

61.7

43.3

40.0

31.8

27.3

Удельный сброс воды

м3/Гкал

0.73

0.61

0.44

0.34

0.28

0.26

0.20

А) Переход на безреагентную технологию водоподготовки в схеме подпитки тепловых сетей для горячего водоснабжения населения

Существующая на сегодня традиционная технология обработки подпиточной воды химическим способом, по так называемой схеме одноступенчатого "натрий -катионирования" предусматривают потери 8-10% исходной воды на регенерации и отмывку. Переход на новую технологию с применением ингибитора отложений минеральных солей (ИОМС) позволил полностью исключить сбросы загрязняющих веществ от 1-ой ступени ХВО. В результате этого сбросы сократились до 450 тысяч тон в год. Значительно сократилось потребление и соответственно сбросы поваренной соли.. Вместо 1200 тонн соли в год стали потреблять всего 4 тонны ИОМСА. Однако перевод от схемы "натрий –катионирования" на ИОМС потребовал капитальных затрат на изменение технологической схемы подогрева сетевой воды. Для надежного обеспечения температуры сетевой воды до 150ºС на водогрейных котлах КВГМ –100 и ПТВМ –30 были смонтированы промежуточные теплообменники.

Б) Переход на безреагентый способ восполнения потерь воды для паросилового контура 13 ата.

Традиционная технология подготовки подпиточной воды химическим способом, по схеме двухступенчатой "натрий -катионирования" предусматривают дополнительные потери до 7-9% исходной воды на регенерации и отмывку. Термический способ приготовления подпиточной воды для подпитки котлов позволяет полностью исключить потери воды на регенерации и отмывки. В качестве источника восполнения потерь пара и конденсата на Кировской котельной используются совершенно новая технология, НОУ-ХАУ деаэрационные колонки на "перегретой воде". Суть работы деаэрационных колонок на "перегретой воде" заключается в том, что кроме получения деаэрированной подпиточной воды теплосети, попутно, безреагентным способом получается до 2-3% чистого конденсата. В отличии от традиционного атмосферного деаэратора, в новом деаэраторе экономится до 8-10% чистого конденсата на восполнение которого химическим способом требуется затратить химические реагенты. Сокращение стоков от 2-х ступенчатого натрий катионирования составляет до 150 тысяч тонн в год. Сокращение отработанных реагентов – поваренной соли, составляет до 300 тонн в год. В данной технологической схеме, с термической способом восполнения потерь, никаких других химических реагентов не требуется. В течение 3 лет ведется поэтапный перевод оборудования на новую схему. Отладка режимов работы, монтаж нового оборудования, будет продолжаться еще в течение 4 лет. В дальнейшем планируется изучить и освоить вакуумные режимы работы.

С) Выполнены работы по созданию гидравлически плотных, замкнутых технологических циклов.

1. Смонтирована и налажена двухконтурной схемы подогрева мазута с применением паропреобразователей – испарителей И-600, что позволило создать гидравлически плотную замкнутую схему первичного и вторичного пара. Первичный пар полностью конденсируется и без потерь 100% возвращается в пароводяной цикл котельной. Экономия конденсата составляет до 30 тысяч тонн в год. Сокращение потребления соли и сбросов составило до 20 тонн/год;

2. Смонтирована схема доочистки загрязненного возврата конденсата от промышленных потребителей, протечек в бойлерах, пробоотборных точек на фильтрах ХВО, экономия конденсата до 50 тысяч, соли до 40 тонн;

3. Для полного исключения загрязнения окружающей среды возможными протечками масла, произведена реконструкция подшипников сетевых, контурных, подпиточных насосов с установкой подшипников из силицированного графита. Охлаждаемое масло полностью заменено на воду.

4. Разделены схемы сбора и повторного использования охлаждающей воды от дренажей, воздушников, пробоотборных точек котловой, сетевой воды

Д) Для подготовки технического персонала на ТЭЦ-6 разработаны "Правила организации и ведения малосточно -бессточного режима работы станции". Правилами описаны принципы создания малосточного режима работы котельной; определены лица ответственные за обеспечение малосточного режима и их должностные обязанности; определены 18 основных видов загрязнённых вод котельной, описаны решения по утилизации стоков; определен порядок проведения работ связанных с нарушением малосточного режима; описаны возможные аварии и отказы ведущие к загрязнению окружающей среды.

Е) Разработан пример "Технического задания для проектирования бессточно- безреагентной ТЭЦ" для проектной организации и для эксплуатационного персонала.

На ближайшие 5 лет перед персоналом станции ставится задача по дальнейшему сокращению стоков до минимального значения 0.1м3/Гкал (до 125 тысяч тонн в год), что в 7 раз меньше против начальных показателей 1992 года когда только начали работу по сокращению сбросов

Заключение

Задача создания малосточного режима работы станции не является чисто экологической задачей. Это в основе технологические задачи. для решения этой задачи необходимо произвести анализ каждого потока в технологической схеме и надо ставить задачи не по устранению следствий загрязнения, а по выявлению и устранению причин образования загрязнения при разработке технических предложений по вновь проектируемой ТЭЦ создание малосточного режима работы станции требует конкретного анализа прежде всего со стороны заказчика –главного инженера станции. Наличие золоотвалов на станции играет отрицательную роль так как золоотвал в принципе является последним звеном замыкающим на себе все ошибки и просчеты как прежде всего на уровне проектирования, так и на уровне эксплуатации. Ошибки по созданию бессточной станции проявляются не сразу, а через 5-8 лет когда необходимо решать вопрос с продувкой золоотвала, с переполнением золой. .

Основой успеха создания малосточного режима работы станции является личная убежденность первых руководителей станции.

Желаем успехов в создании малосточного бессточного

режима работы станции. 


Обращение к коллегам

Главная