Раздел 6. Воздействие ТЭС на водные объекты

Раздел 6 Воздействие ТЭС на водные объекты

6.1 Виды воздействия ТЭС на водные объекты

Водные ресурсы используются в существенных объемах для удовлетворения следующих основных производственных потребностей ТЭС:

- охлаждения основного генерирующего (конденсаторы паровых турбин, газоохладители генераторов) и вспомогательного (маслосистемы турбин, трансформаторы, компрессоры, тягодутьевые машины, насосное оборудование и т.п.) оборудования;

- компенсации пароводяных потерь в основных технологических циклах, потерь при невозврате конденсата потребителями пара, подпитки систем централизованного теплоснабжения (как правило, после водоподготовки);

- компенсации потерь в водных системах золоулавливания и золошлакоудаления на угольных ТЭС.

Водопотребление для удовлетворения хозяйственно-бытовых нужд персонала энергопредприятий не связано со значительными объемами расхода воды, рисками и затратами.

Кроме забора воды из водных объектов, ТЭС могут отводить в них стоки, которые в итоге могут влиять на температуру и химический состав водных объектов. Можно выделить следующие группы сточных вод, существенно различающиеся по объемам, составу и методам обращения с ними:

- возвратные воды систем охлаждения технологического оборудования;

- засоленные стоки от обессоливающих установок ВПУ, блочных, автономных, общестанционных установок очистки конденсата, установок подпитки теплосетей;

- замасленные и замазученные воды, в том числе дренажные воды производственных помещений, турбинных отделений, маслоаппаратных, компрессорных, загрязненный нефтепродуктами конденсат от внутренних и сторонних потребителей пара;

- стоки, в основном загрязненные взвешенными веществами: поверхностный сток с территории ТЭС;

- сточные воды угольных ТЭС, загрязненные в результате контакта с углем или угольной золой: сбросы из систем гидрозолошлакоудаления, дренажные воды помещений и аспирационных систем топливоподач и котельных отделений;

- стоки, загрязненные специфическими веществами: обмывочные воды регенеративных воздухоподогревателей и конвективных поверхностей нагрева котлоагрегатов, работающих на жидком топливе; отработанные растворы химических очисток оборудования.

6.2 Воздействие систем охлаждения ТЭС

Наибольшие объемы забора и сброса сточных вод на ТЭС имеют прямоточные и оборотные водные системы охлаждения технологического оборудования. Объемы данных видов воздействия существенно зависят от типа генерирующего оборудования и его энергоэффективности, типа применяемой системы охлаждения, установленной мощности и климатических условий в месте размещения станции.

С точки зрения эффективности охлаждения (и, соответственно, общей энергетической и экологической эффективности основного технологического процесса), затрат энергии на собственные нужды систем охлаждения, объема безвозвратных потерь воды из водных объектов, интенсивности негативных воздействий на окружающую среду наиболее предпочтительны прямоточные системы охлаждения. При прочих равных условиях они обеспечивают наивысшую эффективность работы основного оборудования с минимальными энергозатратами, приводят к наименьшим безвозвратным потерям воды из водных объектов, не загрязняют водоемы химическими веществами.

В то же время в прямоточных системах охлаждения образуется наибольший объем стоков, который составляет 100-300 м ³/МВт*ч выработанной электроэнергии - в зависимости от климатических условий. Системы прямоточного охлаждения применяются на порядка 40 % российских ТЭС. По сведениям участников анкетирования, объем возвратных теплообменных вод прямоточных систем составляет в среднем 86 % воды, забранной из водного объекта. Остальные 14 % используются повторно для различных целей: возвращаются для частичного оборота охлаждающей воды, а также в качестве исходной воды для водоподготовки, для подпитки систем ГЗУ и других производственных нужд ТЭС.

Снижению объема возвратных вод способствуют меры поддержания чистоты теплообменных поверхностей конденсаторов. По итогам анкетирования сообщалось о широком применении систем шариковой очистки конденсаторов - на 120 из 532 турбоагрегатов (23 %). Кроме того, для этой цели применяются многоскоростные циркуляционные насосы, что позволяет регулировать объемы забора воды в соответствии с потребностями отведения избыточного тепла, климатическими условиями.

В целях снижения платы за забор воды на некоторых ТЭС с прямоточными системами организуется частичный оборот воды: часть теплых возвратных вод направляется на вход систем охлаждения. Для организации оборота воды используются существующие системы подавления шуги или специально создаваемые сооружения. Доля оборотной воды может быть существенной и составлять десятки процентов от объема забранной воды в зависимости от экономической эффективности мероприятия и текущих климатических условий. Необходимо отметить, что применение такого метода снижения объемов забора воды стало достаточно распространенным в результате значительного роста платы за водопользование. При этом экономические и экологические эффекты от его применения разнонаправлены:

- в результате сокращения объемов забранных и возвратных вод снижается плата за водопользование;

- при повышении температуры возвратных вод возрастают риски превышения ограничений по температуре возвратных вод и риски нанесения вреда водному объекту - приемнику возвратных вод, гидробионтам, другим водопользователям, например, рыбхозам;

- в случае повышения температуры охлаждающей воды снижается КПД ТЭС и увеличивается удельное потребление топлива, что влечет за собой рост выбросов парниковых газов и загрязняющих веществ в атмосферу от КТЭУ. Растут затраты на топливо и плата за выбросы.

В связи с этим при внедрении данного метода необходим комплексный анализ экономических и экологических последствий и рисков.

Возвратные воды прямоточных систем охлаждения относятся к категории "нормативно чистые без очистки" и при сбросе в водный объект не подвергаются очистке, какие-либо химические реагенты в прямоточных системах не применяются. В соответствии с результатами анкетирования 23-х прямоточных систем охлаждения в их возвратных водах не наблюдается увеличения концентраций ни по одному из 19-ти параметров, которые были включены в анкеты, при этом стоки соответствуют нормативным требованиям только в 87 % случаев. При включении в состав прямоточной системы охладителей маслосистем турбин в возвратных водах может наблюдаться увеличение концентрации нефтепродуктов. По данным анкетирования, это наблюдалось только в одной прямоточной системе охлаждения из 23, где концентрация нефтепродуктов в возвратной воде превышала значение этого показателя в забираемой воде в 10 раз, что, очевидно, свидетельствует о неплотности маслоохладителей.

Для предотвращения загрязнения водных объектов нефтепродуктами на ТЭС используют следующие специальные методы:

- охлаждение масла осуществляется через промежуточный циркуляционный контур. Этот метод применяют на 13 % из 532 паровых турбин, упомянутых в анкетах. Средняя мощность циркуляционных насосов составляет порядка 150 кВт, или 0,1 % от установленной электрической мощности турбоагрегата;

- на около 28 % турбин (150 из 532) поддерживают давление охлаждающей воды в маслоохладителе выше, чем давление масла, что препятствует попаданию масла в воду. В то же время нужно отметить, что это создает риски обводнения масла и снижения надежности работы турбины.

Снижению рисков также способствует применение традиционных методов обеспечения надежности работы любого оборудования: контроль состояния металла и плотности охладителей, профилактические ремонты, своевременная замена. Снижению рисков сброса значительного объема масла в водный объект может способствовать установка за маслоохладителями датчиков наличия нефтепродуктов в воде с возможностью отключения каждого маслоохладителя. Имеется теоретическая возможность устройства автономных водных оборотных или воздушных систем охлаждения масла, однако о практическом применении такого метода при анкетировании не сообщалось.

Оборотные водные системы охлаждения являются наиболее распространенными в энергетике РФ. Охлаждение циркулирующей воды в них осуществляется за счет ее частичного испарения в специальных охладителях: испарительных градирнях, брызгальных бассейнах, прудах-охладителях. В результате постоянного испарения части циркуляционной воды в ней происходит повышение концентраций солей и возникает риск отложений карбоната кальция на поверхностях теплообмена и, как следствие, снижения КПД ТЭС. С целью предотвращения этих процессов необходимо отводить часть засоленной воды из системы и заменять ее свежей водой. Этот процесс называют продувкой оборотной системы, а сточные воды - продувочными.

Оборотные системы охлаждения с русловыми и наливными водохранилищами применяются на ТЭС при недостаточном расходе воды в источнике водоснабжения. Эти системы менее энергоэффективны, чем прямоточные. Для таких систем характерны проблемы заиливания и зарастания водной растительностью прудов-охладителей, что требует дорогостоящих работ по их очистке.

Средний удельный объем образования продувочных вод, по данным анкетирования, составляет порядка 15 м ³/МВт*ч. В соответствии с результатами анкетирования, 60 % продувочных вод сбрасываются в водные объекты, 35 % - в ливневую канализацию населенных пунктов, оставшаяся небольшая часть повторно используется на ТЭС. При этом более 40 % продувочных вод, сбрасываемых в водные объекты, не подвергаются какой-либо очистке, нейтрализации или обеззараживанию, 30 % подвергаются механической очистке (отстаиванию) и еще 30 % - физико-химической очистке или нейтрализации. В 90 % случаев эти стоки соответствуют нормативным требованиям, установленным разрешительными документами.

Отведение в ливневую канализацию населенных пунктов осуществляется, как правило, без предварительной очистки. При этом отводимая вода не всегда соответствует требованиям организаций, эксплуатирующих водопроводно-канализационное хозяйство.

В целях снижения объемов и (или) загрязненности продувочных вод возможно применение следующих способов:

- повышение коэффициента концентрирования за счет введения в циркуляционную воду химических реагентов с целью предотвращения или замедления роста солевых и механических отложений, развития коррозии, биологических обрастаний. По данным опросных анкет, средняя масса различных реагентов, вводимых в циркуляционную воду, составляет 0,7 г/м ³. Однако диапазон изменения этого показателя очень широк - от 0,001 г/м ³ до 7,6 г/м ³ - и зависит от применяемых реагентов и их методов (непрерывная или периодическая обработка), свойств подпиточной воды, актуальности различных проблем в конкретных системах охлаждения. Основные используемые реагенты для подавления накипеобразования - обработка известью части охлаждающей воды, подкисление серной или соляной кислотой, фосфатирование. В последнее время наиболее эффективным методом является обработка охлаждающей воды различными фосфонатами с присадками диспергаторов. Для подавления биообрастания наиболее часто используется гипохлорит кальция или натрия, также применяются неокисляющие биоциды на основе соединений брома и йода;

- использование материалов, наименее подверженных коррозии в среде охлаждающей воды, например, нержавеющих сталей, титана, пластмасс, или конструктивных мер, предотвращающих образование механических отложений, например, ликвидация мест резкого изменения направления или снижения скорости потока; очистка охлаждающей воды от плавающего мусора; предотвращение попадания в систему охлаждения взвешенных веществ и водных организмов; например, самопромывных сетчатых фильтров; использование механических методов очистки теплообменных поверхностей, которые могут применяться на действующем или остановленном оборудовании, например, систем шариковой очистки конденсаторов.

Одним из способов повторного использования продувочных вод на ТЭС является приготовление подпиточной воды для теплосетей с закрытым водоразбором, но это возможно только при степени концентрирования в оборотной системе, обеспечивающей требуемое качество сетевой воды тепловой сети. Такое решение снижает непроизводительные потери воды с продувкой и увеличивает степень обмена воды, но, в то же время, в случае ограничения коэффициента концентрирования требует роста объема продувки. Применение этого метода повторного использования продувочных стоков требует обоснования для каждого конкретного случая.

По данным анкет, для подпитки оборотных систем охлаждения, помимо свежей воды, применяются сточные воды без очистки или после очистки (от взвешенных веществ и/или нефтепродуктов при необходимости): дренажные воды котельных и турбинных отделений, поверхностный сток с территории ТЭС. Для данных целей также рекомендуется использовать любые сточные воды, близкие по солевому составу к добавочной воде системы оборотного охлаждения, отбираемой из водоисточника.

По результатам опроса, в продувочных водах по отношению к исходной подпиточной воде может повышаться концентрация следующих загрязняющих веществ (из 19-ти): взвешенные вещества (средний рост - 55 %), сульфаты (80 %), хлориды (92 %), натрий (95 %), магний (56 %), кальций (58 %), железо (73 %), медь (210 %).

Применяемые методы снижения сбросов загрязняющих веществ в поверхностные водные объекты с продувочными водами направлены на:

- снижение коррозии оборудования систем охлаждения, в том числе применение некорродирующих покрытий;

- предотвращение утечек охлаждаемого масла методами, применяемыми и для прямоточных систем;

- выбор менее экологически опасных, биоразлагаемых реагентов;

- применение методов обработки охлаждающей воды, не связанных с применением реагентов, описанных выше;

- оптимизацию методов применения реагентов, выбор места и времени их ввода, где и когда он будет наиболее эффективным в минимальном объеме.

Для охлаждения основного генерирующего и вспомогательного оборудования возможно применение любых доступных технологий: прямоточных, оборотных с испарительными градирнями, наливными и русловыми прудами-охладителями, закрытых воздушных систем. Применение каждой из этих систем обусловлено местными условиями, имеет свои преимущества и недостатки и не противоречит нормативным требованиям. Поэтому замена действующих систем охлаждения основного генерирующего оборудования на другие типы нецелесообразна. Перевод существующих ТЭС с прямоточным охлаждением на оборотное не рекомендуется в связи с тем, что это снижает технико-экономические показатели ТЭС, противоречит целям энергокомпаний в области экономики и энергосбережения. Кроме того, оборотные системы имеют ряд негативных экологических аспектов: приводят к росту безвозвратного водопотребления, химическому загрязнению водных объектов и т.п. В то же время, при соответствующем подтверждении технической целесообразности и экономической эффективности, могут рассматриваться мероприятия по возврату в холодное время года части нагретых вод на вход прямоточных систем охлаждения.

Для вспомогательного оборудования рекомендуется замена агрегатов, требующих водяного охлаждения, на аналоги с воздушным охлаждением. Может рассматриваться внедрение небольших локальных оборотных систем охлаждения с механическими (вентиляторными) градирнями на компрессорных станциях, азотно-кислородных станциях, электролизерных. Обоснованным может являться перевод на оборотное водоснабжение систем охлаждения маслонаполненного оборудования, при невозможности устранения рисков загрязнения нефтепродуктами водных объектов иными методами.

Для оборотных систем с испарительными градирнями в качестве НДТ рассматриваются:

- модернизация градирен с внедрением современных сепараторов уноса, каплеуловителей, набивки;

- меры по снижению объемов подпитки и продувки, повышению коэффициента концентрирования до уровня, позволяющего отведение продувочных вод в водные объекты без очистки;

- повторное применение продувочных вод.

6.3 Воздействие водоподготовительных установок

6.3.1 Предварительная очистка (осветление) воды

Предварительная очистка (осветление) сырой воды является этапом процесса водоподготовки. В процессе предварительной очистки происходит удаление из воды механических примесей во взвешенной и коллоидно-дисперсной фазе, в том числе органических соединений, а также железа и кремния.

По результатам анкетирования, в зависимости от качества исходной воды, для предварительной очистки подпиточной воды теплосетей используются технологии:

- для исходной воды из сетей централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения - фильтрование на механических фильтрах;

- для воды из поверхностных водных объектов - фильтрование на механических фильтрах; отстаивание в осветлителях, с известкованием, содоизвесткованием, магнезиальным обескремниванием и коагуляцией или без них, и дальнейшая механическая фильтрация.

Для предварительной очистки подпиточной воды паросиловых циклов используются технологии:

- отстаивание в осветлителях, с известкованием, содоизвесткованием, магнезиальным обескремниванием и коагуляцией или без них, с дальнейшей механической фильтрацией;

- ультрафильтрация с предварительной очисткой на самопромывных фильтрах и (или) механических фильтрах, с коагуляцией или без нее.

В таблице 6.1 представлены данные о производительности и удельных объемах образования сточных вод от установок предочистки, полученные в результате анкетирования.

Таблица 6.1 - Производительность установок предочистки и удельные объемы образования сточных вод

Технология предочистки	Количество установок, ед.	Производительность, т/час		Удельный объем образования сточных вод на м 3 осветленной воды, м 3/м 3
		min	max	средний, м 3/м 3	max, м 3/м 3	Отношение max/средний, раз
Предочистка с известкованием и коагуляцией в осветлителях (включая мех. фильтры)	48	100	2 580	0,02	0,11	5
Предочистка с коагуляцией и флокуляцией в осветлителях (включая мех. фильтры)	45	35	1 600	0,03	0,20	6
Установка ультрафильтрации	21	13	600	0,08	0,27	3

Из данных таблицы можно сделать вывод, что наибольший объем сточных вод образуется на установках ультрафильтрации, он превышает объем сточных вод от прочих технологий в 2-4 раза. При применении установок обратного осмоса для обессоливания, как правило, для предочистки применяются установки ультрафильтрации.

При применении технологий осветления с коагулированием в состав основного оборудования предочисток входят: осветлители, баки сбора коагулированной или известково-коагулированной воды, механические (осветлительные) фильтры с загрузкой из гидроантрацита (при известковании) или кварцевого песка. В качестве реагентов применяют алюминийсодержащие коагулянты (сульфат, оксихлорид алюминия) и реагенты для создания оптимальной величины рН для технологии коагуляции. При коагуляции с известкованием применяются железный купорос, хлорное железо и известь. При содоизвестковании дополнительно вводится каустическая сода. Для магнезиального обескремнивания воды технологически пригодными являются следующие реагенты: каустический магнезит; продукты обжига минерала доломита - каустический (иначе - полуобожженный) и декарбонизированный (иначе - обожженный) доломиты.

Шламовые воды предочисток, работающих по технологии известкования и коагуляции соединениями железа, содержат карбонат кальция, гидроксид магния, железа, кремнекислоту, органические вещества, и имеют рН более 10,0. Этот шлам легко поддается отстою и фильтрации в отстойниках, вакуумных фильтрах, декантерных центрифугах и фильтр-прессах. Фильтрат может быть возвращен в осветлитель, а отжатый шлам может быть захоронен или утилизирован.

Шлам осветлителей при коагуляции солями алюминия имеет низкую величину рН, состоит из гидроксида алюминия, кремнекислоты, соединений железа, взвешенных веществ, содержит большое количество воды (более 90 %) и имеет гелеобразную форму. Этот гель плохо поддается отстою, не фильтруется с приемлемыми показателями ни на одном из типов фильтр-прессов или вакуумных фильтров. Имеется информация об успешном применении для обезвоживания такого шлама декантерных центрифуг.

Стоки от механических фильтров могут отстаиваться в конусных баках повторного использования или сразу направляться на вход осветлителей.

По данным анкетирования (таблица 6.2), сток предочисток с коагулированием, включающий продувку осветлителей и отмывочные воды механических фильтров, в основном отводятся в водные объекты или в системы централизованного водоотведения, повторно используются на ТЭС только порядка 30 %. Стоки от промывки механических фильтров направляются либо в линию исходной воды (при коагуляции без известкования), либо в нижнюю часть осветлителя (при известковании). Для обеспечения постоянного расхода эти стоки предварительно собираются в бак промывочных вод механических фильтров.

В установку по очистке продувочных вод осветлителей входят: трубопроводы (с арматурой) шламовых вод из осветлителей до установки, баки сбора продувочных вод, насосы рециркуляции, шламонакопители, вакуум-фильтры, декантерные центрифуги или фильтр-прессы, бункеры обезвоженного шлама, трубопроводы (с арматурой) внутри установки.

В целях повышения уровня экологической безопасности предочисток применяются следующие методы:

- использование для взрыхления и отмывки механических фильтров, промывки установок ультрафильтрации концентрата установок обратного осмоса, отмывочных вод ионитовых фильтров;

- сбор и повторное использование продувочных вод осветлителей, вод от взрыхления механических фильтров, промывочных вод установок ультрафильтрации, сливов пробоотборных точек;

- повышение эффективности работы предочисток ВПУ за счет подбора оптимальных доз химических реагентов при изменениях качества исходной воды, а также обеспечение стабильного температурного режима процессов коагуляции, известкования, содоизвесткования;

- автоматизация предочистки, которая позволяет стабилизировать режим ее работы, снизить объем стоков, улучшить работу последующих ступеней за счет улучшения качества осветленной воды.

Таблица 6.2 - Частота применения методов обращения со сточными водами предочисток

Технология предочистки	Отведено в водные объекты		Отведено сторонним организациям		Использовано повторно на ТЭС		Отведено в накопители
	Без очистки или нейтрализации	После очистки или нейтрализации	Без очистки или нейтрализации	После очистки или нейтрализации	Без очистки или нейтрализации	После очистки или нейтрализации	Без очистки или нейтрализации	После очистки или нейтрализации
Предочистка с известкованием и коагуляцией в осветлителях (включая мех. фильтры)	4 %	15 %	47 %	5 %	14 %	12 %	3 %	0 %
Предочистка с коагуляцией и флокуляцией в осветлителях (включая мех. фильтры)	24 %	24 %	8 %	7 %	1 %	28 %	8 %	0 %
Установка ультрафильтрации	0 %	15 %	3 %	0 %	34 %	48 %	0 %	0 %

Область применения технологии динамического осветления воды:

- очистка поверхностных вод (перед ионитными фильтрами и обратноосмотическими установками);

- очистка промышленно-ливневых сточных вод (максимальное содержание нефтепродуктов - 4 мг/дм ³).

Применяемые технологии предварительной очистки воды перечислены в таблице 6.3.

Таблица 6.3 - Применяемые технологии предварительной очистки воды

Технология предочистки	Область применения
Механическая фильтрация в однослойном зернистом фильтре	Перед параллельноточным ионным обменом как самостоятельная ступень при необходимости удаления только взвешенных веществ из исходной воды
Механическая фильтрация в многослойном зернистом фильтре	Перед противоточным ионным обменом как самостоятельная ступень при необходимости глубокого удаления только взвешенных веществ из исходной воды
Коагуляция (с флокуляцией или без) с последующей механической фильтрацией	При необходимости удаления взвеси, органики, соединений железа, цветности воды перед ионным обменом
Известкование с коагуляцией и последующей механической фильтрацией	При необходимости снижения взвеси, органики, соединений железа, цветности, кремнекислоты, жесткости, щелочности в исходной воде перед ионным обменом, термообессоливанием, как самостоятельная стадия
Содоизвесткование с коагуляцией (с флокуляцией или без) и последующей механической фильтрацией	При необходимости удаления взвеси, органики, соединений железа, цветности, кремнекислоты, глубокого снижения жесткости исходной воды перед ионным обменом, термообессоливанием - как самостоятельная стадия
Магнезиальное обескремнивание с известкованием и коагуляцией (с флокуляцией или без), последующей механической фильтрацией	При необходимости снижения взвеси, органики, соединений железа, цветности, жесткости, щелочности, глубокого снижения кремнекислоты в исходной воде перед ионным обменом, термообессоливанием
Ультрафильтрация	При необходимости удаления взвеси, органики, соединений железа, цветности, кремнекислоты перед обессоливанием воды

В литературе упоминается успешное применение на ряде ТЭС установок коагуляции и осветления воды напорных фильтров с "плавающей" загрузкой (в анкетах эта технология не упоминается). Отличительной особенностью данной технологии являются усовершенствованные нижние и верхние дренажно-распределительные устройства в напорном фильтре, а также использование в качестве фильтрующей загрузки гранулированного плавающего инертного материала (грансостав 3-5 мм, плотность гранул 0,8-0,9 г/см ³), обладающего высокой механической прочностью и, соответственно, длительным сроком службы (от 20 лет).

Во время работы в исходную воду предварительно дозируются коагулянт и флокулянт последовательно. Очистка воды в фильтре производится восходящим потоком через слой зажатого инертного материала, на котором происходит "налипание" образовавшихся хлопьев коагулянта и загрязняющих веществ. При этом скорость фильтрации составляет 10-15 м/ч (в форсированном режиме до 20 м/ч). Периодическая взрыхляющая промывка инертного материала производится сначала сжатым воздухом, что позволяет обеспечить его 100-процентную очистку (эффект трения зерен и очистка от налипших к ним загрязнений), а затем водная промывка нисходящим потоком и удаление тяжелых загрязнений. Учитывая, что в качестве инертного плавающего материала используются зерна из высокопрочного полимера, при водовоздушной промывке не происходит его механического истирания, в отличие от песка и гидроантрацита.

6.3.2 Технологии умягчения и обессоливания воды

Задача снижения содержания в воде растворенных веществ, прежде всего солей жесткости (обессоливание) возникает на ТЭС:

- для восполнения пароводяных потерь в паросиловых рабочих циклах;

- для дополнительного обессоливания турбинного конденсата в циклах со сверхкритическими параметрами пара;

- для очистки загрязненных конденсатов, поступающих от внешних и внутренних потребителей пара;

- для подпитки тепловых сетей.

Количество и производительность обессоливающих и умягчающих установок, сведения о которых получены в результате анкетирования, приведены в таблице 6.4.

Таблица 6.4 - Количество и производительность обессоливающих и умягчающих установок, сведения о которых получены в результате анкетирования

Технология обессоливания	Количество установок, ед.	Производительность, т/час
		min	max
Н-ОН ионообменная параллельноточная установка	82	15	2 000
Н-ОН ионообменная противоточная установка	19	40	1 600
Установка обратного осмоса	30	5	670
Электродеионизационная установка	16	11	150
Термообессоливающая установка	2	12	12
Установка параллельноточного Na-катионирования	54	30	2830
Установка противоточного Na-катионирования	17	50	1500

Для обессоливания подпиточной воды теплосетей применяются технологии Na- или Н-катионирования.

Для обессоливания добавочной воды энергетических циклов в основном применяется двух-, трехступенчатое Н-ОН-ионирование по параллельноточной схеме. Для подпитки котлов со сверхкритическими параметрами пара вода обессоливается дополнительно на фильтрах смешанного действия (ФСД). Для подпитки котлов-утилизаторов ПГУ вода иногда дополнительно обрабатывается на установках электродеионизации (УЭДИ). Установки обратноосмотической обработки используются как самостоятельно, так и совместно с оборудованием для Н-ОН-ионирования. На рисунке 6.1 приведена "классическая" технологическая схема водоподготовки для восполнения потерь пара и конденсата на ТЭС с барабанными котлами высокого давления. На блоках с прямоточными котлами ВПУ дополняется третьей ступенью обессоливания на раздельных слоях или ФСД. Вместо ионообменных фильтров первой ступени могут применяться также установки обратного осмоса, особенно эффективно при высоком солесодержании (более 300 мг/дм ³) исходной воды, также вместо третьей ступени обессоливания возможно применение установок электродеионизации, хотя обычно они используются в составе установок, построенных только на мембранных методах очистки воды.

Рисунок 6.1 - Один из вариантов схемы химического обессоливания воды

Перед ионообменными фильтрами на БОУ и КО очищаемая вода проходит стадию механической фильтрации на осветлительных фильтрах с предвключенными электромагнитными, картриджными, нерегулируемыми фильтрами (или без них). Для очистки конденсатов от нефтепродуктов стадия механической фильтрации дополняется фильтрованием через сорбционные фильтры, загруженные активным углем.

Количество минерализованных стоков от БОУ и КО по сравнению с химическим обессоливанием невелико.

В состав отработанных регенерационных растворов и промывочных вод ионитных фильтров входят кальциевые, магниевые, натриевые соли хлоридов, сульфатов, силикатов и других анионов, содержащихся в исходной природной воде, и избыток используемых на водоочистке реагентов - серной кислоты, едкого натра или поваренной соли. Избытки реагентов (кислоты и щелочи) при параллельноточном ионировании превышают содержание солей в исходной воде как минимум в 2,2 раза.

В настоящее время применяются альтернативные технологии обработки воды, получаемой путем сочетания мембранных или термических методов обработки с химобессоливанием. Из-за улучшения технических и экономических показателей мембран - селективности, срока эксплуатации и снижения стоимости мембран они постепенно вытесняют ионный обмен и термическое обессоливание из схем обессоливания воды.

Типовая схема обессоливания воды на мембранных установках представлена на рисунке 6.2.

Рисунок 6.2 - Один из вариантов схемы мембранного обессоливания воды

В последнее время в схемах предочистки воды перед установкой обратного осмоса (УОО) применяются установки ультрафильтрации (УУФ). Механизм процесса основан на принципе сепарации или "просеивания" частиц в зависимости от их размера, т.е. происходит селективное удаление всех частиц с размерами большими, чем размер пор мембраны. Солевой состав воды при этом сохраняется неизменным. Мембрана имеет очень однородный определенный размер пор, качество обработанной воды при этом не зависит от качества исходной воды.

По мере загрязнения УУФ автоматически переводится в режим обратной безреагентной промывки, при этом промывные воды используются в цикле ТЭС. Периодически производится химическая обратная промывка с использованием гипохлорита натрия (NaOCl), щелочи (NaOH) и кислоты (HCl, Н ₂SO ₄). Кроме этого, проводят химические мойки мембран лимонной кислотой, фосфорной кислотой и другими специальными средствами с периодичностью 1 раз в 2-6 месяцев. Промывная вода после промывок собирается в баки-нейтрализаторы.

Фильтрат подается на УОО, на которой происходит разделение потока на пермеат и концентрат. Пермеат в процессе разделения освобождается от солей на 95-98 %. Концентрат, объем которого составляет 20-25 % от объема исходной воды, содержит только сконцентрированные соли исходной воды. Для сокращения объемов подаваемой на УОО исходной воды концентрат обычно "дожимается" на втором каскаде УОО, после чего сбрасывается. Дальнейшее обессоливание пермеата (его называют частично деминерализованной водой) может производиться на второй ступени обратного осмоса. При этом обеспечивается получение пермеата с удельной электропроводностью на уровне нескольких мкСм/см. Концентрат второй ступени УОО, как правило, подается на вход первой ступени. Вторая ступень УОО обычно предшествует установке электродеионизации, на которой осуществляется глубокое обессоливание. Возможно также ионообменное дообессоливание пермеата.

Периодически проводятся химические мойки мембран ультрафильтрации (1 раз в 1-3 месяца), осмоса (1 раз в 3-6 месяцев) и электродеионизации (1 раз в 3-6 месяцев). Для промывки используются слабо концентрированные растворы следующих реагентов:

- ультрафильтрация: соляная и/или серная кислота, растворы с рН около 2 ед; лимонная кислота около 4 г/л; гипохлорит натрия около 100 мг/л и гидроксид натрия с pH порядка 12; натрия лаурилсульфат около 4 г/л и гидроксид натрия pH порядка 12; аскорбиновая кислота 0,25 % и затем щавелевая кислота около 1,0 %;

- обратный осмос: соляная кислота 0,2 %, фосфорная кислота 0,5 %, лимонная кислота 2 %, гидросульфит натрия 1 %, гидроксид натрия 0,1 %, додецилсульфат натрия 0,025 %, натриевая соль ЭДТА (трилон Б) 1 %, триполифосфат натрия 0,1 %, дибромнитрилопропионамид 0,005 %;

- электродеионизация: поваренная соль около 5 %, едкий натр 2 %, соляная кислота с рН 0,5 ед, перкарбонат натрия 1 %.

Комбинированные мембранно-ионообменные технологии, имеющие высокую степень экономической эффективности и надежности, являются оптимальным методом при реконструкции существующих ВПУ, где уже имеются ионообменные фильтры, кислотно-щелочное реагентное хозяйство и системы сбора и нейтрализации стоков. Количество высокоминерализованных сточных вод и расход реагентов в этом случае во много раз меньше, чем при чисто ионообменной схеме.

Сброс засоленных стоков регенераций ионообменных фильтров в водные объекты без его разбавления более чистой водой или стоками, слабо загрязненными растворенными солями, практически невозможен из-за жестких водоохранных ограничений. Теоретически возможны: организация испарительного пруда-соленакопителя или переработка стоков регенераций в рассолы, пригодные для повторной регенерации фильтров или в иных промышленных целях.

В таблицах 6.4 и 6.5 представлены результаты опроса об удельных объемах образования сточных вод и методах обращения с ними.

ГАРАНТ:

Нумерация таблицы приводится в соответствии с источником

Таблица 6.4 - Удельные объемы образования сточных вод и методы обращения с ними на ТЭС

	Удельный объем образования сточных вод на м 3 обессоленной воды, м 3/м 3			отведено в водные объекты		отведено сторонним организациям		использовано повторно на ТЭС		отведено в накопители
	средний, м 3/м 3	max, м 3/м 3	max/средн., раз	без очистки	после очистки	без очистки	после очистки	без очистки	после очистки	без очистки	после очистки
Ионообменная параллельноточная установка	0,09	0,33	4	10 %	28 %	27 %	10 %	2 %	12 %	4 %	7 %
Ионообменная противоточная установка	0,03	0,21	6	0 %	0 %	2 %	0 %	97 %	0 %	0 %	1 %
Ионообменная установка БОУ, конденсатоочистка	0,03	0,06	19	0 %	6 %	21 %	1 %	0 %	71 %	0 %	0 %
Установка обратного осмоса	0,22	0,55	3	4 %	0 %	8 %	49 %	0 %	37 %	1 %	0 %
Электродеионизационная установка	0,13	0,63	5	0 %	0 %	2 %	0 %	1 %	0 %	36 %	60 %
Термообессоливающая установка (мгновенного вскипания)	0,01	0,02	2	0 %	100 %	0 %	0 %	0 %	0 %	0 %	0 %
Установка параллельноточного Na-катионирования	0,04	0,36	10	9 %	5 %	18 %	22 %	8 %	34 %	1 %	4 %
Установка противоточного Na-катионирования	0,1	0,45	5	0 %	13 %	17 %	68 %	0 %	0 %	2 %	0 %

Таблица 6.5 - Среднее удельное потребление ресурсов установками обессоливания

	Электроэнергия, кВтч/м 3	Среднее удельное потребление теплоэнергии на м 3 продукции, Гкал/тыс. м 3	Среднее удельное потребление расходных материалов на м 3 продукции, кг/тыс. м 3	Среднее удельное потребление реагентов на м 3 продукции, кг/тыс. м 3	Среднее удельное образование отходов на м 3 продукции, кг/тыс. м 3
Ионообменная параллельноточная установка	0,3	0,6	11	446	5
Ионообменная противоточная установка	0,4	0,3	4	443	6
Ионообменная установка БОУ, конденсатоочистка	0,3	-	38	85	0,2
Установка обратного осмоса	1,4	0,0016	2	554	0,4
Электродеионизационная установка	0,3	0,0005	77	52	-
Термообессоливающая установка (мгновенного вскипания)	Нет данных	Нет данных	Нет данных	170	Нет данных
Установка параллельноточного Na-катионирования	0,1	0,1	0,8	553	1,2
Установка противоточного Na-катионирования	0,3	0,4	0,1	494	Нет данных

Для обессоливания конденсата на БОУ применяются фильтры смешанного действия (ФСД) с выносной регенерацией или раздельное одноступенчатое обессоливание на сильнокислотных катионитах и высокоосновных анионитах.

Исходя из фактических данных, можно сделать следующие выводы:

1. Наблюдается очень широкий диапазон изменения показателей работы всех типов установок обессоливания, что обусловлено разным качеством исходной воды. Удельный объем сточных вод и их загрязненность, потребление реагентов и масса образования отходов в наибольшей степени определяются именно этим фактором, не зависящим от оператора ВПУ. В связи с этим можно говорить лишь о потенциальных сравнительных преимуществах и недостатках технологий, однако установить гарантированные конкретные значения их воздействий на окружающую среду и объемов потребления ресурсов невозможно. В свою очередь, это делает невозможными рекомендации по значениям ТП НДТ для установок водоподготовки.

2. Наибольший удельный объем сточных вод образуется на УОО, который превышает этот показатель ионитовых установок в 3-7 раз. Максимальное значение этого показателя из указанных в анкетах составило 35 % от уровня исходной воды. С учетом примерно одинаковой удельной массы реагентов, применяемых на таких установках, концентрация загрязняющих веществ в сточных водах УОО существенно ниже. Это предоставляет больше возможностей для отведения и повторного использования стоков УОО.

3. Наибольшая доля сточных вод обессоливающих установок отводится в водные объекты непосредственно или через сооружения организаций водопроводно-канализационного хозяйства, хотя стоки некоторых типов установок более пригодны для повторного использования на ТЭС: ионообменных противоточных установок, БОУ, конденсатоочисток. БОУ и конденсатоочистки характеризуются низким уровнем потребления реагентов и образования отходов, что связано с относительно более чистой исходной водой (конденсат пара) по сравнению с природной.

4. В качестве альтернативы параллельноточному ионному обмену довольно широко внедряются малосточные технологии противоточного ионирования. Следует отметить определенные сложности, связанные с необходимостью использования в качестве загрузки специфических ионообменных смол, ограниченно производимых отечественными предприятиями.

6.3.3 Рекомендации по выбору технологий водоподготовки на ТЭС

При выборе технологий, схем и оборудования приготовления добавочной воды теплосетей и подпиточной воды энергетических циклов для строящихся и реконструируемых объектов, при подготовке предложений по модернизации ВПУ действующих ТЭС и котельных необходимо учитывать следующие факторы:

1. Наиболее важной характеристикой ВПУ является ее способность обеспечивать генерирующее оборудование и теплосети подпиточной водой в необходимых объемах и с нормативным качеством. От этого фактора существенно зависят экономическая и энергетическая эффективность, надежность работы энергогенерирующего оборудования, а также уровень экологической безопасности всей электростанции. Отсутствие отложений на теплообменных поверхностях и их коррозии обеспечивает более высокий КПД работы оборудования, меньший объем сжигания топлива, меньше выбросов в атмосферу загрязняющих веществ и парниковых газов, а также сбросов тепла в окружающую среду, предотвращает аварийные остановы оборудования, необходимость химических чисток поверхностей нагрева котлов, износ лопаток турбин и другие негативные процессы.

В связи с этим самой важной характеристикой при оценке работы действующих ВПУ, выборе технологий, схем и оборудования водоподготовки при их проектировании является их способность обеспечить необходимые объемы и нормативное качество очищенной воды. Любые планируемые изменения технологий, схем, оборудования не должны приводить к ухудшению качества очистки воды на ВПУ и снижению надежности ее работы.

2. Важным показателем ВПУ является потребление воды на собственные нужды. Этот показатель существенно влияет на экономичность работы ВПУ, а также определяет объем сточных вод, образующихся при водоподготовке.

Для снижения потребления воды на собственные нужды необходимо внедрять повторное использование сточных вод предочисток (продувочных вод осветлителей, концентрата ультрафильтрации, вод взрыхления механических фильтров), обессоливающих установок (например, условно чистых отмывочных вод регенераций для проведения взрыхлений фильтров, концентрата осмоса первой ступени после умягчения для подпитки теплосети или оборотной системы охлаждения, проведение совместных регенераций для второй и первой ступени ионирования), вод слива пробоотборных точек на ВПУ и на других технологических участках ТЭС, использование в качестве исходной воды сточных вод других технологических участков, автоматизацию ВПУ.

Необходимо рассматривать возможности повторного использования сточных вод ВПУ для водоснабжения другого оборудования, например, использование концентрата мембранных установок для подпитки теплосетей или оборотных систем охлаждения.

3. Другими важными показателями, влияющими на экономические и экологические показатели работы ВПУ, являются удельная масса, стоимость и доступность химических реагентов. Эти показатели влияют на массу загрязняющих веществ, образующихся при водоподготовке и, как правило, на качество сточных вод.

4. Необходимо учитывать массу и уровень опасности отходов, образующихся при водоподготовке, а также возможности их утилизации. При эксплуатации ВПУ могут образовываться различные виды твердых и жидких отходов, которые включают отработанные ионообменные смолы и коагулянты, вещества, извлеченные из исходной воды при ее очистке и т.д. При выборе технологий предпочтение нужно отдавать технологиям с минимальной массой образующихся отходов, их минимальной опасностью для окружающей среды, возможностью их полезного использования, минимальной стоимостью обращения с отходами.

Необходимо отметить, что перечисленные аспекты и показатели работы ВПУ существенно зависят не только от применяемых технологий и оборудования водоподготовки, качества эксплуатации и технического обслуживания оборудования, но и, в определяющей степени, от качества исходной воды, которое не зависит от оператора ВПУ или ТЭС. В связи с этим введение единых целевых значений экологических показателей работы ВПУ, формирование единых технических требований на основе сравнения фактически достигнутых характеристик ВПУ практически невозможны и нецелесообразны.

В то же время можно говорить, что более высокий уровень экономической эффективности и экологической безопасности по сравнению с другими технологиями имеют мембранные технологии и противоточное ионообменное обессоливание по сравнению с параллельноточным. Однако оптимальный набор применяемых технологий и оборудования индивидуален для каждой ТЭС. Поэтому предложения по применению или оптимизации технологических схем водоподготовки на конкретных ТЭС должны формироваться по результатам анализа источника водоснабжения, работы не только оборудования водоподготовки, но и основного технологического оборудования, систем технического водоснабжения и водоотведения ТЭС, в том числе с точки зрения влияния на:

- повышение качества очистки воды, надежность достижения нормативных требований к качеству очищенной воды, в том числе при изменениях качества исходной воды;

- снижение расходов реагентов;

- снижение расходов воды ВПУ на собственные нужды;

- снижение объемов и загрязненности сточных вод в целом по ТЭС;

- снижение массы и класса опасности для окружающей среды образующихся отходов, получения отходов, которые в дальнейшем будет возможно утилизировать;

- снижение энергопотребления.

6.4 Сточные воды, загрязненные нефтепродуктами

Основные виды сточных вод, загрязненных нефтепродуктами, на ТЭС:

- дренажные воды турбинных отделений (цехов);

- дренажные воды помещений и поверхностный сток с территории мазутных хозяйств и маслохозяйств;

- дренажные воды помещений компрессорных станций, гаражей, ремонтных мастерских;

- конденсат мазутных подогревателей;

- отмывочные воды фильтров конденсатоочистки.

По данным опроса, уровень содержания нефтепродуктов в таких сточных водах лежит в очень широком диапазоне 0,04-36 мг/дм ³ и в среднем составляет около 6 мг/дм ³. Содержание нефтепродуктов в таких сточных водах превышает значени