Введение к работе
Актуальность проблемы. 6 Советском Союза в наогоящее время на ближайшую перспективу твердой топливо остается одним из ос-овных энергетических источников, иго доля в гоплцвно-энергети-еоком балансе страны в 1988 г. составляла около 38$, а к 000 году увеличится до 42-43#.
Одной из ответственных и наиболее трудоемких операций на епловых электростанциях, сжигающих твердое топливо, является деление и экологически безопасьое складирование золошлаковых гходов.
В настоящее время объем золошлаковых отходов отечественных валовых электростанциа превысил НО млн.г в год, более тридца-и электростанций имеют годовой выход золошлаков от одного до еста млн.?. Несмотря на предпринимаемые меры по максимально олезному использованию золошлаковых отходов, основная их часть более 85%) складируется в специальных золоогвалах.
На большинстве отечественных электростанций для удаления олошлаковых отходов на золоотвалы применяются гидравлические асгемы. На транспортирование I т золошлаков в виде гидропульпы таких оистемах расходуется от 15-20 До 80-100 мэ воды, что оставляет от 2-х до 8-ми ы3/ч на I кВт установленной мощности ЭС. При контакте о золотлаками в процессе транспортировки пуль-і на золоотвал вода загрязняется вещеогвами, растворяющими-и, главным образом, из мелкодисперсной летучей золы, в том чис-і высокотокоичными соединениями мышьяка, фтора, ванадия, ртути др. элементов.
Радикальным решением проблемы сокращения потребления при-здной воды я предотвращения загрязнения рек, водоемов и грун-
'>
товых вод является перевод ояотем гидрозолоудаления на оборотную схему водопользования и бессточный рехиы работы. Но, если перевод оистем IB7 ва работ; по оборотном; циклу потребовал дшаь дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат для организация возврата отстоявшейся (осветленной) ва золоогвале воды для повторного использования на ТЭС, то обеспечение бессточного режима работы таких оистем оказалось весьма проблематичным. По имею-щиыся данным из болев, чем 120 электростанций, оборудованных замкнутыми системами ПЗУ, только ва пяти режим работы гядрозолоуда-ления мохет быть отвесен к беосточному.
Одной из ооновных причин нарушения бессіочного режима работы этих оистем является минерализация циркулирующей воды и связанное о этим образование прочных солевых отложений в трубопроводах, наоосах и на других участках оистем 137. В наибольшей степени зарастанию отложениями подвержены коммуникации осветленной воды, что приводит х вынужденным добавкам в систему технической воды. В свою очередь эти добавки вызывает переполнение системы и необходимость сброса образусдихся на золоогвале избытков осветленной воды в ближайшие природные водоемы. Причем концентрация растворенных веществ в оборотных системах ГЗУ может в 10 рае и более превышать концентрацию этих веществ в соответствующих прямоточных оистемах.
В связи с недостаточной изученностью перечисленных вопросов ш необходимостью решительных мер по сокращение нерационального использования природной воды и защите от загрязнения поверхностных водоемов и грунтовых вод в планы ГЖГ на I97I-I975 гг. было включено гадание 0.0І.03ІА8В "Разработать комплекс мероприятий, обеспечивающих внедрение оборотных систем гидрозолоудаления для
5 мощных блочных электростанций", а в планы на 1976-1980 гг. -задание 0.0I.0I.06.H27 "Провеоги исследования и опытно-промышленные работы для создания и внедрен '.я беосточных систем золоудаления на электростанциях о блоками мощностью ЬОО, 500 и 800 МВт". Разработка научных основ и рациональных способов организации бео-огочного режима работы оборотных систем ГЗУ з учетом специфики эксплуатации ТЭС, разнообразия свойогв энергегичеоких гоплив, требований по охране окружающей среды и максимального использования золошлакозых огходов, являющаяся темой данной диссертации, таким образом, представляет собой актуальное научное направление, имеющее важное народнохозяйственное значение. Исследования в этом направления/выполненные непосредственно автором ила под его научным руководством, проводились в І97І-І980 гг. в соответствии с упомянутыми заданиями ГКНТ, а в пооладувщяе годы в соответствии о комплексными планами важнейших научно-ис-ладоватальсках работ Минэнерго СССР по защите атмосферы и водных бассейнов от загрязнения вредными выбросами ТЭС.
Цели и задачи работы. Разработка научных и методических основ для выбора рациональных способов и оисгем удаления золо-шлаковых огходов о учетом производственной специфики ТЭС, свойсгв топлива, типа золоуловителей, экологических требований и возможности максимального использования зо;.отлаков в народном хозяйстве; изучение физико-химических процессов, протекающих в оборогных системах ГЗУ и оказывающие влияние на работоспособность этих систем; разработка методов расчета химсостава ооветленной воды для прогнозирования возможности образования солевых отложений и оценка интенсивности их роста; разработка и внедрение мероприятий по предотвращению или снижению интенсивности образования солевых
отложении" в коммуникациях: систем 157 и средств очистки от этих отложений.
Научная новизна. На основе изучения факторов, влияющих на химсостав воды, циркулирующей в оборотных системах 157, разработана математическая модель процессов формирования и методика расчета химсостава ооветленной воды, а также методика химического моделирования, позволяющие проводить предпроекгную оценку химсостава воды для обоснованного выбора мероприятий до обеспечению работоспособности оборотных систем 157.
Иоследован химический состав отложений, образующихся в системах 157, я предложена их классификация, уточнены причины и условия образования каждого вида отложений. Предложено выделить в отдельный подвид отложения, состоящие из гекоагидрата карбоната кальция, экспериментально определена растворимость и температурные условия образования этого малоизученного соединения.
Еа основе теории метаотабильных пересыщенных растворов и с учетом неэквивалентного содержания в воде 157 ионов веществ, обра зупцих отложения, разработана методика оценки величины абсолютного вереоыщения, позволяющая прогнозировать возможность образования в интенсивность роста отложений того или иного типа.
На базе теоретических и экспериментальных исследований пред ложены способы, позволяющие в зависимости от конкретных уоловий обеспечить предотвращение образования отложений или снижение инте. сивносги их роста и возможность периодической очистки элементов 157 в случае их зарастания отложениями.
Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность очистки трубопроводов 157 от карбонатных и гидратных отложений промывкой омесью воды и дымовых газов. Показано, что механизм такой очистки аналогичен процессам углекислотной коррозии
іегонов, но протекает о существенно бОЛЬЕвЙ ингвнсивноогыз в свя-іи с увеличенным более чем в 1000 раз парциальным давлением диок-іида углерода в промывочной смеои ло сравнению с атмосферным юздухом.
Практическая цвнноогь а внедрение результатов работы. >сновны8 результаты работы использованы и используются в насгоя-іее время при разработке и эксплуатации оборотных систем 137. [рвдлоаенные технологические принципа и конструктивные решения [О организации удаления золошлаковых отходов ТЗС вошли в норма-!ивные документы Минэнерго СССР: "Нормы технологического провкги-ювания тепловых электрических станций" (ВНТП-28-8І), "Временные іуководящие указания по предотвращению образования отложений в рубопроводах систем гидрозолоудаления? "Руководящие указания по [роекгированию и эксплуатация установок для очистки трубопроводов 'идрозолоудаления ог карбонатных оглокекий смесью воды и дымовых 'азов", "Методика расчета показателей качества осветленной воды іистєм гидрозолоудаления тепловых электростанций", "Рекомендации ю выбору схем и оборудования для бессточных систем золоилакоуда-' іеняя тепловых электростанций". Эти нормативные документы, а гаків конкретные разработанные автором'рекомендации были исдользова-я в проектах оборотных систем ГЗУ более 50 электростанций, в исле которых Прибалтийская и Эстонская ГРЭС, ТЭЦ г.Ахгме, ТЭЦ-3 : ТЭЦ-4 г.Калинина, Рефтинская, В-Тагильская, Юяно-Уральокая, іолдавская, Кировокая, Новочеркассгзя, Томь-Усяиская, Шатурская Черепегская ГРЭС, Экибасгузские ГРЭС-1 и ГРЭС-2,,Березовская ГЭС-I, Улан-Удэнская ТЭЦ-I, Алма-Атинская ТЭЦ-2, Амурская, жно-Сахалинская и Астраханская ТЭЦ. о
Суммарный годовой экономический эффект от внедрения резуль-атов работы составляет более 10 млн.рублей.
Автор защищает: ооновные теоретические положения, методики расчета, экспериментальные результаїн, технологические схемы,способы эксплуатации оборотных систем гидрозолоудаленяя, обеспечиваг щие надежную и экокоыичн^а работу этих оистем, сокращение загрязнения водоемов стоками путем перевода систем ІЇЇУ в бессточный режим; результаты внедрения комплекса работ в практику теплоэнергетики.
Диссертация содержит изложение и обобщение материалов, являющихся личным вкладом автора в работы, в проведении которых участвовали сотрудники ВТИ им.Ф.Э.Дзержинского Н.Г.Залогин, Ю.М.Кострикин, Л.И.Кропп, М.С.Харьковский, Е.В.Соцкова, Н.Ы.Будинкова и Калининского политехнического института В.Д.Зорин, В.Л.Кравец, А.И.Елуоов, В.В.Шелгунов.
Апробапия работы. Основные положения работы докладывались автором на Первом Всесоюзном научно-техничеоком совещании по борі бе с загрязнением водоисточников оточными водами электростанций (г.Москва, 1971 г.), советско-американском симпозиуме по контролі за выбросами загрязнений в атмосферу (г.Кишинев, 1976 г.), самина ре "Пути совершенствования, проектирования, эксплуатации и ремоні систем золошлакоудаления" (г. Свердлове к, 1978 г.), Всесоюзном совещании "Энергетика и защита окружающей среды" (г.Мооква, 1976 г. краевом научно-техническом- совещании "Вопросы сжигания канско-ачинских углей в мощных парогенераторах" (г.Красноярск, 1978 г.), советско-американском симпозиуме "Сокращение вредных выбросов ТЭС в водоемы" (г.Новый Орлеан, США, І97В г.). Втором Всесоюзном научно-техническом совещании по борьбе с загрязнением водоисточников сточными водами электростанций (г.Челябинск, 1981 г.), ОВсеоогоноы оовещании "Мероприятия по"обеспечении системы пределы допустимых выбросов в энергетике" (г.Москва, 1983 г.), советско-
финском симпозиума "Сокращение врчднах выбросов ТЭС" (ЭСПОО, Финляндия, 1984 г.), Всесоюзном семинаре "Природоохранные мероприятия при эксплуатации энергетических предприятий" (г.Москва, 1985 г.), научно-техническом оовещании "Проблэмы сокращения отечных вод и создания замкнутых систем водопользования электростанций" (г.Челябинок, 1988 г.), на ряде межвузовских конференций, семинаров и оовещании в энергосистемах и на электростанциях.'
Публикация материалов работы. Основное содержание диссертации опубликовано в печатных трудах, из которых книг - 2, бротор-- 4, статей в журналах "Теплоэнергетика", "Электрические станций", "Энергетик", "Энергетическое строительство" - ІЗ, статей в других журналах и сборниках - 16, авторских свидетельств - 15.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 227 страницах машинописного тексте, содержит 35 риоун-ков, 25 таблиц. Список использованной литературы включает 248 наименований. Общий объем диссергационной работы ооогавляег 285 страниц.
