Технологии стабилизационной обработки воды системы оборотного водоснабжения ТЭС Власов Сергей Михайлович

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Литературный обзор 11

1.1 Характеристика системы оборотного охлаждения с градирнями на тепловой 11 электрической станции

1.2 Стабилизационная обработка воды на тепловой электрической станции

1.2.1 Технологический метод 17

1.2.2 Химические методы 18

1.2.3 Физические методы 24

1.3 Мониторинг и управление физико-химическими процессами в системах оборотного охлаждения с градирнями 24

1.4 Предварительная очистка воды на водоподготовительной установке тепловой электрической станции 38

1.5 Обработка воды методом ионного обмена 40

1.6 Сточные воды тепловой электрической станции 42

1.6.1 Сточные воды системы оборотного водоснабжения тепловой электрической станции и их пути сокращения 49

1.7 Опыт создания бессточных и малоотходных тепловых электрических

станций 51

ГЛАВА 2 Методическая часть 55

2.1 Описание системы водоснабжения филиала ОАО «Генерирующая компания» Набережночелнинская теплоэлектроцентраль 55

2.2 Разработка и создание лабораторного стенда «Установка водооборотного охлаждения – 0,3» для физического моделирования 60

2.3 Методики измерений и анализа объектов системы оборотного водоснабжения 69

ГЛАВА 3 Исследования процессов накипеобразования, коррозии и биобрастаний в несопряженной системе оборотного водоснабжения работающей набережночелнинской теплоэлектроцентрали филиал оао «генерирующая компания» 79

3.1 Программно-аппаратный комплекс «Мониторинг СОВ ТЭС» на основе платформы SCADA «Круг-2000» 79

3.2 Контроль и мониторинг процессов отложения и накипеобразования в системе оборотного водоснабжения 83

3.3 Анализ активности популяции биологических микроорганизмов в системе оборотного водоснабжения 93

ГЛАВА 4 Экспериментальные исследования и отработка технологий на лабораторном стенде «УВО-0,3» 98

4.1 Исследования процессов в системе оборотного водоснабжения с необработанной исходной водой 98

4.2 Исследование процессов предобработки исходной воды известкованием 104

4.3 Исследование процессов предобработки исходной воды щелочением и циркуляционной воды байпасированием 105

4.4 Математическое и физическое моделирование физико-химических процессов в системе оборотного водоснабжения 115

ГЛАВА 5 Разработка технологических схем организации системы оборотного водоснабжения работающей тепловой электрической станции с несопряженной системой водоснабжения

5.1 Расчеты по системе оборотного водоснабжения филиала ОАО «Генерирующая компания» Набережночелнинская теплоэлектроцентраль 125

5.2 Технологии с известкованием исходной и циркуляционной воды 128

5.3 Схемы со щелочением исходной и циркуляционной воды 133

5.4 Технико-экономический расчет технологий стабилизации воды системы оборотного водоснабжения II очереди филиала ОАО «Генерирующая компания» Набережночелнинская теплоэлектроцентраль

5.4.1 Текущие затраты по существующей технологии филиала ОАО «Генерирующая компания» Набережночелнинская теплоэлектроцентраль 137

5.4.2 Технико-экономический расчет известкование–коагуляция исходной воды с подкислением байпасом и подачей продувки на установку подпитки теплосети 138

5.4.3 Технико-экономический расчет текущих затрат по технологии щелочение исходной воды и байпасирования 139

5.4.4 Технико-экономический расчет за счет снижения перерасхода топлива 142

Основные результаты и выводы 144

7 Список литературы

• Мониторинг и управление физико-химическими процессами в системах оборотного охлаждения с градирнями
• Разработка и создание лабораторного стенда «Установка водооборотного охлаждения – 0,3» для физического моделирования
• Контроль и мониторинг процессов отложения и накипеобразования в системе оборотного водоснабжения
• Математическое и физическое моделирование физико-химических процессов в системе оборотного водоснабжения

Введение к работе

Актуальность работы.

Создание тепловых электрических станций (ТЭС) с минимальным вредным воздействием на окружающую среду (экологически безопасных ТЭС), без сомнения, относится к числу важнейших научных и технологических задач. Под экологической безопасностью ТЭС понимается защита природной среды от негативного воздействия хозяйственной деятельности, связанной с производством тепловой и электрической энергии. При ограниченности природной пресной воды и постоянном ухудшении состояния водоисточников, при одновременном ужесточении требований контролирующих органов к качеству сбрасываемых сточных вод оценка воздействия ТЭС на окружающую среду становится одним из основных критериев эффективности их работы.

Другой проблемой работы ТЭС является загрязнение поверхностей теплообмена. Из-за низкой теплопроводности отложений, образующихся на поверхности конденсаторов (КТ), ухудшается теплопередача. Из-за этого снижается вакуум. Снижение вакуума увеличивает расход пара, что ведет к понижению КПД ТЭС и в конечном итоге к перерасходу топлива.

Для предотвращения отложений устанавливаются ограничения на степень упаривания воды в системе оборотного водоснабжения (СОВ) при бессточной схеме. По литературным данным коэффициент упаривания (К_у) в СОВ не должен превышать 1,2…1,3. При больших степенях упаривания необходима стабилизационная обработка циркуляционной воды (ЦВ).

Для предотвращения отложений в СОВ широкое распространение получила обработка воды органическими фосфонатами и композициями на их основе. В рекомендациях по использованию фосфонатов производители отмечают необходимость строгого соблюдения режимных параметров, а именно, пределы содержания фосфонатов в ЦВ и предельно допустимые значения карбонатной жесткости или общей щелочности ЦВ. Общая жесткость воды при этом, как правило, не нормируется. Опыт эксплуатации показывает, что качество воды существенно влияет на дозу реагентов. Также отмечаются примеры внезапной потери активности реагентов-антискалянтов, что приводит к созданию аварийной ситуации, т.к. ЦВ СОВ находится в состоянии пересыщения. Немаловажное значение имеет экономика, поскольку современные ингибиторы отложений и коррозии – реагенты дорогостоящие.

Кроме того, в СОВ отмечены и другие негативные процессы – зашлам-ление протоков аппаратов, коррозия оборудования, биологическое обрастание и биозашламление и др.

Ранее в диссертации Волкова М.А. были представлены результаты исследований на филиале ОАО «Генерирующая компания» Набережночелнин-ской ТЭЦ (НЧ ТЭЦ), а именно проведен системный анализ несопряженной системы СОВ с комплексной реагентной обработкой ЦВ, разработана матема-

тическая модель несопряженной СОВ, система мониторинга и выполнено исследования эффективности работы СОВ.

Вышеизложенное свидетельствует о необходимости разработки и внедрения методов стабилизационной обработки ЦВ ТЭС, отличающихся более высокими экономическими и экологическими характеристиками.

Работа выполнена в рамках и при поддержке:

1. Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013»: «Разработка мобильного автоматизированного комплекса мониторинга и управления системы оборотного охлаждения с башенными испарительными градирнями». Соглашение № 14.132.21.1734 от 11.10.2012 г.

2. Государственного задания высшим учебным заведениям и научным организациям, подведомственным МОН РФ, в сфере научной деятельности: «Системный анализ структуры водопользования предприятий энергетики с современными мембранными технологиями водоподготовки при разработке замкнутых бессточных малоотходных систем водооборота». Проект №3029.

Целью работы является разработка экологичных и экономически обоснованных технологий стабилизации воды несопряженной СОВ ТЭС.

Для достижения поставленной цели в работе сформулированы следующие задачи.

1. Исследование процессов накипеобразования, коррозии и биообраста
ния в СОВ с современными системами реагентной стабилизационной обработ
ки ЦВ на работающей ТЭЦ.

2. Отработка методики оценки опасности бактериального загрязнения воды СОВ, забивки оборудования, коррозии СОВ и здоровья персонала ТЭС.

3. Разработка конструкции и создание лабораторного стенда - физической модели СОВ ТЭС.

4. Математическое моделирование физико-химических процессов, протекающих при стабилизационной обработке исходной (ИВ) и ЦВ СОВ.

5. Теоретическое и экспериментальное исследование процессов предварительной обработки ИВ и ЦВ СОВ, обеспечивающих снижение накипе- и коррозионной активности.

6. Разработка технологических схем стабилизационной обработки ИВ и ЦВ СОВ ТЭС, обеспечивающих безнакипную и антикоррозийную работу и отвечающих соответствующим экологическим требованиям.

7. Технико-экономические расчеты разработанных технологий.

Соответствие диссертации паспорту специальности.

Соответствие диссертации паспорту специальности. Диссертация соответствует паспорту специальности 05.14.14. – «Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты»:

в части формулы специальности:

Научная специальность, объединяющая исследования по существенным особенностям технических и физико-химических процессов, характерных для

систем, установок и агрегатов, связанных единым технологическим циклом производства тепла и электроэнергии на тепловых электростанциях, включая проблемы совершенствования действующих и обоснования новых технологий производства электрической энергии и тепла, …, водоподготовки, … Ведется поиск приемов и методов оптимизации рабочих режимов оборудования, разрабатываются вопросы водоиспользования и водных режимов, … Области исследований:

1. Разработка научных основ методов расчета, выбора и оптимизации параметров, показателей качества и режимов работы агрегатов, систем и тепловых электростанций в целом.

2. Исследование и математическое моделирование процессов, протекающих в агрегатах, системах и общем цикле тепловых электростанций.

3. Разработка, исследование, совершенствование действующих и освое
ние новых технологий производства электрической энергии и тепла, использо
вания топлива, водных и химических режимов, способов снижения влияния ра
боты тепловых электростанций на окружающую среду.

Научная новизна работы состоит в следующем:

3. Получены новые результаты по объему и составу отложений, коррозионной и биоактивности в СОВ ТЭС с современными системами реагентной обработкой воды.

4. Разработана методика оценки опасности биообрастания и забивки оборудования, коррозии ЦВ СОВ, здоровья персонала ТЭС на основе биотестов.

5. Получены новые результаты физического моделирования работы СОВ с различными новыми технологическими решениями по обработке ИВ и ЦВ.

4. Разработана математическая модель процессов абсорбции/десорбции углекислоты СО₂ из воздуха многокомпонентными, в т.ч. щелочными растворами, в башенной испарительной градирни (БИГ).

5. Разработана математическая модель байпасной стабилизационной обработки ЦВ СОВ ТЭС.

6. Предложены новые технологические схемы стабилизационной обработки ИВ и ЦВ СОВ работающей ТЭС, обеспечивающие повышение эффективности и экологичности.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в следующем.

Разработаны методики расчета в виде системы уравнений и калибровочных кривых, необходимые для анализа СОВ работающей ТЭС, а именно, для расчета материального водокомпонентного баланса, затрат реагентов на под-кисление и щелочную обработку, прогноз водородного показателя и т.д.

Разработан программно-аппаратный комплекс (ПАК) мониторинга и управления СОВ ТЭС, позволяющий сканировать нежелательные процессы.

Разработана методика оценки биогенной опасности СОВ, отличающаяся оперативностью, простотой и рекомендуемая к внедрению на всех ТЭС РФ для постоянного сканирования.

Предлагаемые технологические решения позволяют снизить удельные расходы топлива на ТЭС за счет снижения уровня отложений и биобрастаний КТ, коррозионных повреждений, а также сократить забор ИВ и полностью исключить сброс сточных вод с СОВ.

Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечивается использованием научно-обоснованных теорий процессов и аппаратов, растворов, в практическом плане – проверкой адекватности расчетных моделей с технологическими характеристиками лабораторной установки градирни с конденсатором, а также совпадением результатов теоретических расчетов с экспериментальными данными исследований, проведенных в настоящей работе, и данными из литературных источников.

Автор защищает:

1. Конструкцию лабораторного стенда СОВ с БИГ и конденсатором.

2. Математическую модель и расчеты по пред- и байпасной обработке ИВ и ЦВ СОВ.

3. Методику оценки биогенной опасности ЦВ СОВ ТЭС.

4. Новые бессточные технологические схемы стабилизационной обработки ЦВ ТЭС.

5. Результаты технико-экономического обоснования новых технологий.

Реализация результатов работы.

Проведено исследование эффективности функционирования СОВ с новым реагентным режимом стабилизационной обработки ИВ НЧ ТЭЦ и разработаны рекомендации для повышения надежности работы СОВ. Разработан и внедрен ПАК мониторинга и управления СОВ на НЧ ТЭЦ. Разработаны технические решения по модернизации СОВ НЧ ТЭЦ. Получен акт об использовании результатов работы на ТЭЦ.

Личный вклад автора заключается:

Под руководством д.х.н., проф. Чичирова А.А. автором лично проведены исследования на лабораторном стенде для разработки экономически, экологически обоснованных технологий стабилизационной обработки воды СОВ ТЭС и производственные исследования состава твердых отложений, а также оценка биогенной опасности. Власов С.М. участвовал в разработке ПАК на действующей ТЭЦ г. Набережные Челны.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы представлялись на следующих конференциях:

Аспирантско-магистерских научных семинарах, посвященных «Дню энергетика», Казань, КГЭУ, 2012, 2013 гг. Школах семинарах молодых ученых и специалистов академика РАН В.Е. Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении», Казань, 2010, 2012, 2014 гг. Международных молодежных научных конференциях «Тинчуринские чтения», Казань, КГЭУ 2011, 2012, 2013 гг. Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энерге-

тика», Москва, МЭИ, 2011, 2012 гг. Республиканском конкурсе научных работ среди студентов и аспирантов на соискание премии им. Н.И. Лобачевского, Казань, Академии наук Республики Татарстан, 2011 г. Всероссийской молодежной конференции «Повышение эффективности теплоэнергетического оборудования», Казань, Казанская ярмарка, 2011 г. «Национальном конгрессе по энергетике», Казань, КГЭУ, 2014 г.

Публикации. Основное содержание работы изложено в 51 публикациях, в том числе в 12 научных статьях из перечня ВАК, 5 патентах, 10 материалах докладов, и 24 тезисах докладов.

Содержание и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы, приложений и акта об использовании результатов в филиале ОАО «Генерирующая компания» «Набережночелнинская теплоэлектроцентраль». Работа изложена на 186 страницах машинописного текста, включая 67 рисунков, 17 таблиц. Список литературы содержит 128 наименований.

Мониторинг и управление физико-химическими процессами в системах оборотного охлаждения с градирнями

Известно [32], что при концентрации в ЦВ способного к распаду гидрокарбоната кальция на уровне 1,0-1,5 мг-экв/л рост толщины накипи на трубных поверхностях КТ составляет 0,3-0,5 мм/год. При этом коэффициент теплопередачи уменьшается более чем в 3,5 раза, а гидравлическое сопротивление увеличивается до 15%. При увеличении давления в КТ на 1 кПа мощность энергоблоков на конденсационном режиме уменьшается на 0,8-0,9%, а для турбин низкого и среднего давления - на 1,2-1,5% [85].

Толщина накипи в 1 мм приводит к перерасходу топлива на ТЭС на 7%. Перерасход топлива по этой причине на электростанциях России в среднем составляет 2% и на некоторых ТЭС достигает 10%.

Одним из факторов снижения мощности турбин ТЭС является повышение температуры, при котором происходит конденсация пара в КТ, т.е. «уменьшение» вакуума. Причиной этого может быть либо повышение температуры ЦВ вследствие неудовлетворительной работы БИГ, либо образование солевых (преимущественно карбонатных) отложений на внутренних поверхностях трубок КТ, по которым протекает ЦВ [34, 39, 112].

Неудовлетворительная работа СОВ приводит к снижению экономичности турбины и блока в целом. Снижение расхода ЦВ на КТ по сравнению с расчетным из-за неполадок в системе (насос, тракт охлаждающей воды) приводит к увеличению недогрева воды в КТ, соответствующему снижению вакуума и потере экономичности блока.

Так, например, для блока с турбиной К-300-240 уменьшение расхода ЦВ на 20 % приводит к потере экономичности при температурах ЦВ 5, 15 и 25 С, соответственно, около 0,4; 0,5 и 0,9 % [34].

Однако, если даже удается сохранить расчетный расход ЦВ путем разворота рабочих лопастей на больший угол, повышенный напор насоса приводит к перерасходу электроэнергии на подачу ЦВ, что опять ведет к понижению эффективности станции, т.е. ее технико-экономических характеристик.

Неполадки и неисправности в работе СОВ с БИГ приводят к неэкономичной работе турбин, пережогу топлива и перерасходу электроэнергии на собственные нужды, а иногда и к ограничению мощности ТЭС. Неравномерность распределения плотности орошения также оказывает существенное влияние на интенсивность массопередачи в градирне [110,111]. Они могут быть вызваны острым дефицитом водных ресурсов, биологическими и химическими загрязнениями СОВ и зарастанием системы, ограниченным диапазоном регулирования производительности циркуляционных насосов (ЦН), отсутствием режимных карт эксплуатации СОВ для поддержания экономичного вакуума, недолговечностью глубинных водозаборов, не поддающихся ремонту без полного останова ТЭС [34].

Согласно действующим нормативным документам [39] предотвращение образования отложений в КТ, ЦВ должно обеспечиваться поддержанием заданного коэффициента упаривания Ку. Под ним понимается отношение концентрации примесей воды в СОВ к концентрации примесей в добавочной воде (ДВ). На практике этот показатель определяется по концентрации хлоридов [39].

Эффективность многих БИГ хуже нормативной, недоохлаждение ЦВ в них составляет до 10 оС. Недоохлаждение воды в БИГ может быть вызвано разными причинами, в том числе и не герметичностью вытяжной башни. По данным испытаний, проведенных фирмой ОРГРЭС, повреждение 10% обшивки БИГ площадью орошения 1600м2 ухудшает ее охлаждающую эффективность в теплое время года на 2-3 оС, тем самым вызывает снижение мощности турбоагрегатов, снижение вакуума в КТ [85].

До сих пор очистка КТ от минеральных отложений и биологических обрастаний производится механическими методами (дробление, сверление, бурение трубок КТ.). При данных операциях производится отключение оборудования блока, увеличение периода ремонтных работ блока, появляются механические повреждения трубок КТ (дырки, глубокие царапины). При повреждении трубной поверхности КТ на трубки навариваются заглушки, что уменьшает поверхность теплообмена КТ.

Проблемы в СОВ могут вывести всю ТЭС в аварийное состояние, а именно полное отключение всех агрегатов на станции. При данных авариях произойдет отключение большого участка местности (района, поселка, города) от электроэнергии, отопления, что недопустимо для нормальной жизнедеятельности населения, работ больниц, школ, социально-общественных зданий. Необходимо сказать о небезопасных условиях работы персонала ТЭС. Указанные обстоятельства делают актуальной проблему разработки технологий стабилизационной обработки ЦВ, а также мониторинга процессов в СОВ (внедрения автоматизированного комплекса мониторинга и управления СОВ за образованием отложений, эффективности действия ингибиторов, потерь водного ресурса.

Разработка и создание лабораторного стенда «Установка водооборотного охлаждения – 0,3» для физического моделирования

Сточные воды предочисток воды в общем случае могут содержать недопал, шлам, грубодисперсные вещества, органические вещества, соединения железа и алюминия, Mg(OH)2 и СаСО3. Качественный и количественный состав примесей таких вод зависит от качества воды и принятых методов ее обработки при предочистке. При известковании сбрасываемая вода, кроме того, имеет повышенное значение рН (10–10,2).

К этому шламу следует присоединить шлам, уловленный на механических фильтрах, количество которого при промывке фильтров составляет 2–3 кг/м3 фильтрующего слоя. По опытным данным, при промывке промышленного фильтра диаметром 3 м сбрасывается 8 – 20 кг шлама.

При регенерации Н- и ОН-ионитных фильтров затрачиваются растворы H2SO4 и NaOH, поэтому и сбросные воды имеют соответственно кислую и щелочную реакции. Н-катионитные фильтры I ступени сбрасывают до 75% всех кислых вод, а остальное количество сбрасывают Н-катионитные фильтры II ступени.

Экспериментально установлено, что при регенерации Н-катионитных фильтров максимальное солесодержание сбрасываемой воды достигает при пропуске регенерационного раствора 50 г/кг. Среднее солесодержание отмывочных вод составляет 2,0–8,0 г/кг всего количества использованной на регенерацию воды 0,5–5,5 г/кг при средней кислотности 0,3–0,4%.

При регенерации анионитных фильтров I ступени максимальное солесодержание достигает 20–60 г/кг, среднее солесодержание 1,4–1,6 г/кг, средняя щелочность 0,5–0,7%; для анионитных фильтров последующих ступеней эти величины соответственно составляют 15–30 г/кг, 1,2–1,4 г/кг и 0,8–1,0%.

Расчеты, проведенные авторами [82], показали, что в среднем при выработке 1 МВт-ч энергии со стоками ТЭС сбрасывается 0,7 кг солей. В настоящее время для очистки производственных сточных вод применяются самые разнообразные методы химической технологии, существенно различающиеся как по характеру используемых в них физико-химических процессов, так и по технологическому оформлению.

Я. Ярославский, Г. И. Николадзе и др. [115] подразделяют методы очистки воды на три группы: механические, физико-химические и химические. Наиболее развернута классификация внутри группы физико-химических методов. Л. А. Кульским [50] предложена классификация, в основе которой лежит различие характера удаляемых примесей. Согласно этой классификации загрязненные воды представляют собой гомогенные или гетерогенные системы, которые соответственно подразделяются на ионные, молекулярные, коллоидные растворы и взвеси. В каждой из четырех групп вод (систем) подобраны соответствующие, наиболее эффективные методы очистки воды

Согласно М. И. Лапшину [53] все методы очистки сточных вод можно разделить на четыре группы, включающие: методы непосредственного выделения примесей; методы выделения примесей с изменением фазового состава воды или примеси; методы превращения примесей; биохимические методы.

Наибольшее практическое значение при очистке промышленных сточных вод на ТЭС имеют методы первой группы, в частности: отстаивание, флотация и фильтрование. Из методов второй группы наиболее часто применяются коагуляция и сорбция (в том числе ионный обмен). В третьей группе наиболее употребительны методы осаждения, в частности, известкование, процессы разложения и окисления веществ.

Уменьшение количества сбрасываемых сточных вод в технологических процессах может осуществляться упорядочением и рационализацией технологических процессов и характера использования воды в них и изменением технологических процессов при невозможности существенного снижения сбросов примесей в используемых процессах.

Поэтому основными задачами в области уменьшения сточных вод ВПУ следует считать рационализацию существующих методов и схемных решений обработки воды с целью уменьшения расхода применяемых реагентов, а значит, и количества сбрасываемых примесей и разработку и внедрение новых безреагентных (или практически безреагентных) методов подготовки воды [82].

Для утилизации сточных вод предочистки на ТЭС сооружают шламоуплотнительные станции (ШУС), в которых шлам обезвоживается, а вода возвращается в технологический цикл. Обезвоженный шлам осветлителей, прежде всего известковый, используется для производства извести, в строительстве, для раскисления почв и т.п.

Используемый на большинстве отечественных ТЭС ионообменный метод подготовки ДВ котлов и тепловых сетей сопровождается потреблением значительного количества химических реагентов. Кроме того, согласно приведенным выше данным при создании экологически чистых ТЭС на ВПУ должна максимально использоваться продувочная вода СОВ, имеющая повышенную минерализацию. Увеличение минерализации исходной воды приводит к значительному росту расхода реагентов на регенерацию с соответствующим увеличением количества сточных вод и их минерализации. В то же время имеется довольно много сведений о разработке и создании «бессточных» и даже «безотходных» ВПУ на ТЭС [54-56, 103].Разработаны «Методические указания по проектированию обессоливающих установок с сокращенными расходами реагентов и сокращенными стоками» [76].

Эффективным методом снижения расхода реагентов и соответствующего уменьшения сброса сточных вод и минеральных примесей может стать замена традиционного для отечественной практики многоступенчатого прямоточного химического обессоливания на противоточное.

Контроль и мониторинг процессов отложения и накипеобразования в системе оборотного водоснабжения

Интенсивное поглощение на границе около 450 см"1 относится к оксиду железа FeO (455-616 см"1). Узкообразный пик с одной вершиной на длине волны 713 см"1 является оксидом серы SO2. Следующий пикообразный скачок 874 см"1 и пик -1422 см"1 относится к карбонатовым соединениям СО3. Пикообразный скачок с двумя вершинами при длине волны 1002 см"1 - соединения SiC 2. Малые вершинки при длинах волн от 1500-1800 см"1 (пик 1799 см"1) относятся к соединениям с характерными группами С=С; С=О. Следующий пик - 2515 см"1 в зоне малопрозрачной области относится с карбокислотам. Поглощение на границе 2980 см"1 с множеством расплывчатых пикообразных вершин определяются как соединения алканов С-Н. Поглощение на границе 3438см"1 относится к валентным колебаниям ОН группы. В области поглощения 3500 - 3900 см"1 (3687 см"1) наблюдаются соединения -ОН группы, и глинные соединения.

В анализируемом спектре № 3 содержатся соединения: SiO2, СаСО3, глинные соединения, органика, FeOх, остаточные соединения SO, соединения с характерными группами С=С; С=О, карбокислоты, алканы С-Н. Область 3438см-1 относится к валентным колебаниям ОН группы. В области 3500 см-1 наблюдаются соединения –ОН группы, глинные соединения.

Интенсивное поглощение на границе около 400 см"1 относится к органическим соединениям. Полоса с двумя пикообразными вершинами при 496, 518 см"1 относится к оксиду железа FeO. Интенсивные узкие пики полос 694 и 713 см"1 определяются как Ач-Н. Следующий пикообразный скачок с малыми вершинками при длине волны 779, 797 см"1 и пик с четырьмя вершинами при длине волны 1033 см"1 относится к соединениям Si02. Пики 873 и 1425 см"1 относятся к остаткам карбоната СОз. Малые вершинки при длинах волн от 1600-1800 см"1 (пик 1797 см"1) относятся к соединениям с характерными группами С=С; С=О. Следующий пик – 2515 см-1 в зоне малопрозрачной области относится с карбокислотам. Поглощения на границе 2980 см-1 с множеством расплывчатых пикообразных вершин определяются как соединения алканов С-Н. Пик при длине волны 3415 см-1 – VОН. В области 3500 – 3750 см-1 (3697 см-1) наблюдаются соединения –ОН группы, Mg(OH)2 и глинные соединения.

В анализируемом спектре № 4 содержатся соединения: SiO2, СаСО3, глинные соединения, органика, FeOх, Aч-Н, соединениям с характерными группами С=С; С=О, карбокислоты, алканы С-Н. В области 3500 см-1 наблюдаются соединения, содержащие ОН группы, Mg(OH)2 и глинные соединения.

Образец № 4: Интенсивное поглощение на границе около 400 см-1 относится к органическим соединениям. Полосы c четкими узкими пиками при 414, 596, 798 см-1 относятся к оксиду железа (гетит) FeO(OH) и диоксиду кремния SiO2. Пик 893 см-1 – сложносоставной. Там есть в небольшом количестве карбонат СаСО3, т.к. основной пик карбоната при 1429 см-1 – небольшой и, кроме того, пик слишком широкий для карбоната. Остается один вариант – органические соединения. Следующий пик – 1026 см-1, с двумя вершинами, интенсивный, широкий, сильно уменьшается и смещается до 1429 см-1. Вывод – основной вклад вносит органика с поглощением в районе 1000 см-1, а остальное – силикаты. Наиболее вероятные органические соединения – бензольные смолы, которые имеют интенсивное поглощение при 1026 см-1. Соответствует основной полосе SiO2, а также сульфата и арагонита. Следующий пик – 1636 см-1 – органические вещества - гумусовые соединения. В районе поглощения ИК волны - 1797 и 3173 см-1 наблюдаются соединения оксида железа (гетит) FeO(OH). Поглощение на границе 3410 см-1 относится к валентным колебаниям ОН группы.

Вывод по отложениям: Основным веществом, содержащимся в спектре образца № 4 (коричневого цвета) является гетит FeO(OH). Замечены остатки гумусовых соединений в области 1600-2000 см-1. В спектре наблюдается малое содержание карбонатов СаСО3 и силикатов SiO2,а также валентные колебания ОН группы.

Представленные результаты свидетельствуют об интенсивно протекающих процессах образования отложений в СОВ НЧ ТЭЦ. Отложения особенно интенсивно протекают на взвешенных твердых веществах, которые выступают в роли «затравки». Химический состав в массовых процентах исследуемых видов отложений из СОВ НЧ ТЭЦ представлен в табл. 3.2. Таблица 3.2 – Химический состав отложений из СОВ НЧ ТЭЦ, масс % № п/п12345 67 8 Содержание масс, % 1 вид (черный) 2 вид (белый) 3 вид (песочный) 4 вид (коричневый)

Карбонаты на СаСО3 2 40 ЗО Силикаты на SiO2 1 ЗО 40 Магнетит на Fe3O4 80 - - Лепидокрокит (Fe3+0(OH)) 5 - - Гетит (FeO(OH)) - 10 10 Органические вещества 2 10 10 Адсорбируемая вода 4 4 4 Другое 6 2 2 1

Прежде всего, это твердые частицы черного цвета (образец 1). По химическому составу – это сложные оксиды железа-магнетит (Fe3O4) и лепидокрокит (Fe3+O(OH)). Данные вещества – это основные конечные продукты коррозии конструкционных материалов, изготовленных из стали, так называемые формы продуктов коррозии или состарившиеся отложения на поверхности металла. При работе системы в проточном режиме эти продукты отрываются с поверхности и разносятся по всей системе.

При перемещении частиц по СОВ на них происходят отложения малорастворимых веществ из ЦВ – главным образом карбонатов СаСО3, MgCO3 и силикатов, а также выделение органических веществ. По характеру спектров это, прежде всего гуминовые вещества, поступающие с ИВ, и продукты биообрастания.

Другой тип твердой фазы – свежие продукты коррозии железных конструкций (коричневые, более рыхлые образцы). Это гетит (FeO(OH)), - форма отложений.

При этом образуется гидроксид железа (3+), который очень плохо растворяется в воде и образует рыхлый осадок красно-коричневого цвета. При его образовании в объеме раствора захватываются крупные молекулы и малорастворимые вещества. Поэтому в составе отложений содержатся карбонаты, силикаты, глина, органические гуминовые вещества. Центром кристаллизации могут выступать также другие твердые частицы - в том числе песок, что видно по составу образца № 3.

Представленные данные однозначно свидетельствуют о наличии в системе коррозионных процессов и выделение малорастворимых веществ (отложений). Это означает, что антискалянтная антикоррозионная система обработки циркуляционной воды реагентами - акварезалт, биоциды Б1 и Б2 полностью не подавляет данные негативные процессы. Возможно, это связано с нестабильностью режима дозирования реагентов или с его не оптимальностью.

Математическое и физическое моделирование физико-химических процессов в системе оборотного водоснабжения

Содержание хлоридов в ИВ и в капельном уносе составляет 310 мг/л. Для сравнения, без добавления коагулянта содержание хлоридов – 99 мг/л. Таким образом, повышение содержания хлоридов примерно на 200 мг/л, что можно считать приемлемым.

Щелочение ИВ и байпас ЦВ с/без добавкой коагулянта позволяет достичь «бессточности» СОВ при ее автономной работе. Однако, щелочь – дорогой реагент, что без сомнения повлияет на технико-экономические показатели технического решения. Рассмотрены варианты сокращения или полной замены чистой щелочи. На НЧ ТЭЦ работает ВПУ с ионитными фильтрами для получения ХОВ. Регенерация анионитных фильтров осуществляется крепким щелочным раствором (6% раствор NaOH). При регенерации используется избыток щелочи. Удельный расход щелочи 2 моль экв/ мольэкв и более. Это означает, что более половины щелочи остается неизрасходованной и переходит в щелочные отработанные регенерационные растворы (ЩОРР). В составе ЩОРР более 2 масс % и 2-3 масс % натриевых солей главным образом, (Na2SO4, NaCl). Объем ЩОРР колеблется и в среднем составляет 2-3 т/ч. Расчет показывает, что такого количества щелочного раствора хватает для щелочения ИВ СОВ. Платой за замену щелочи на ЩОРР является повышение ОСС ЦВ. По расчетам ОСС ЦВ при «бессточности» повышается примерно в 2 раза и достигает 5 г/л. Это вполне допустимо, поскольку ОСС представлены только натриевыми солями, которые не образуют отложений.

Технико-экономический расчет технологий стабилизации воды системы оборотного водоснабжения II очереди филиала ОАО «Генерирующая компания» Набережночелнинская теплоэлектроцентраль

Текущие затраты по существующей технологии филиала ОАО «Генерирующая компания» Набережночелнинская теплоэлектроцентраль На II очереди СОВ НЧ ТЭЦ текущие затраты по существующей технологии составляют: Перерасход воды за счет продувки СОВ по данным ПТО НЧ ТЭЦ составляет 100 т/ч. Расход воды на продувку в год равен: 100 т/ч 24 365=87600 т/год. При стоимости воды 7 руб./т. (по данным ПТО НЧ ТЭЦ за 2015 г.), материальные затраты на перерасход воды составят: 876000 т/год 7 руб./т=6 млн.132 тыс. руб. Расходы на реагенты для обработки ЦВСОВ II очереди НЧ ТЭЦ. Безвозвратная потеря воды в СОВ II очереди НЧ ТЭЦ за счет продувки системы и капельного уноса составляют 120 т/ч или 752000 т/год. Потеря Акарезалта, при дозировке 10 мг/кг, составит 11 тонн при стоимости Акарезалта Ц=310 тыс. руб./т. затраты составят 3 млн.260 тыс. руб/год. Соответственно, расход Турбодиспина – 0,34 кг/час при цене Ц=220 тыс.руб./т, материальные затраты на Турбодиспин равны 1 млн. 630 тыс. руб./год. Плата за сточные воды СОВ (плата за сточные воды 10 руб./т). Тогда в год штраф за сточные воды СОВ II очереди НЧ ТЭЦ составит: 876 000 т/год 10 руб./т=8 млн.760 тыс. руб. /год

Годовые суммарные расходы на перерасход воды и реагенты, млн.: 6,132+3,26+1,63=10,92 млн. руб./год С учетом штрафов за сточные воды экономия может составить: 10,92 млн.+8,76 млн.=19,68 млн. руб./год Технико-экономический расчет известкование–коагуляция исходной воды с подкислением байпасом и подачей продувки на установку подпитки теплосети Принимаем продувку СОВ 180 т/ч. Тогда по (5.4):

Расход серной кислоты на подкисление известкованной воды 0,5 млн./год. Расход на дополнительное количество воды на УПТС составит в год составляет 1,57 млн. т/год. Это дополнительное количество воды обеспечивает снижение расхода осветленной воды на ПТС. При стоимости осветленной воды 15 руб./т, экономия составит 23,65 млн. т/год.

Исходные установки определены по средним значениям СОВ II очереди НЧ ТЭЦ и составляют: mисп. =200 т/ч mКУ=20 т/ч mпр=100 т/ч ЖСа,ИВ=2 мольэкв/т ЖMg,ИВ=0,7 мольэкв/т Поступление Са 2+ с ИВ: ССа=(mисп+mку) ССа, ИВ, (5.11) где ССа, ИВ – концентрация Са 2+ в исходной воде. В среднем 2мольэкв/т. ССа= (200+20)т/ч 2мольэкв/т=440 моль экв /т

Следовательно, текущие затраты на реализацию технического решения ниже, чем при существующей технологии стабилизации ЦВ СОВ НЧ ТЭЦ.

Частичная или полная замена щелочи на ЩОРР еще более снижает текущие затраты. Технико-экономические показатели существующей и некоторых предлагаемых технических решений представлены в табл. 5.1.

№ Статьи Технологические схемы п/п расходов Существующая технология Известкованиекоагуляция ИВи подачейпродувкинаПТС Щелочение ИВ сбайпасированиембез продувки Обработка ИВ ЩОРР с байпаси-рованием без продувки

Технико-экономический расчет также зависит от сокращения перерасхода топлива за счет поддержания нормируемых значений по вакууму в КТ, расхода химических реагентов на стабилизационную обработку ЦВ в СОВ за счет поддержания оптимальных значений их дозировки, подпиточной сырой, продувочной воды за счет реорганизации байпаса СОВ.

При активных процессах накипе- осадкообразования и биообрастаний на поверхностях нагрева КТ увеличивается температура конденсации tS (насыщения) пара. Увеличение tS приводит к увеличению энтальпии насыщенного пара iS и, как следствие, к уменьшению теплоперепада турбоустановки и снижению активной мощности вырабатываемой турбиной.

Результаты неудовлетворительных нормируемых значений по вакууму КТ возможны за счет перерасхода топлива из-за активных процессов накипе-осадкообразования и биообрастаний на трубной доске КТ. При увеличении tS возникает необходимость аварийного останова энергетического блока для очистки КТ;