автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему: Термическое обессоливание природных и сточных вод на тепловых электростанциях с высокими экологическими показателями

Автореферат диссертации по теме "Термическое обессоливание природных и сточных вод на тепловых электростанциях с высокими экологическими показателями"

московский энергехлческии институт ( технический универс55тег )

На правах рукописи

СЭДДОВ Анатолий Степанович

термическое ОЪЕСССЛШАНИЕ природных и сточных вод на тешюшх лЕКТРОСТАНЦИЯХ. С высокими экологическими показателями

Спвдамльггосгь: 05.14.14 "Тепловые элвктри, станции

диссертанта на соискание ученой степени доктора технических наук в форма научного доклада

Работа выполнена на кафедре Тавдовза адзюгует-гезш: ставдаЗ Московского энергетического шстатута.

доктор технических наук,

профессор ДОБРОХОТОВ В.И.

доктор технически наук,

профессор КОШЩШТСВ A.C.

доктор технических наук,

профессор ЛАРИН Б.М.

Ведуввя организация - ВНИПИэнаргопроы.

Защита состоится30 июня 1993 г. в 14 час. в к-удктсрет Б-207 на заседании специализированного соьзта Ä.053.I6.QI при Московском энергетическом институте so адресу: г.Мосгш, Красноказарменная ул.. дои 17.

Ваш отзывы на автореферат, заверенные печатай управления, просим направлять но адресу: 105835, Моеюа, £-250. Краснсва-аарненная ул., дои 14, учегкЗ совзт Ы2И.

С диссертацией можно ознакрмятъсяв ваблиотека Ы311.

Автореферат разослан 1993 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, K.T.H., доцент

осковшк услогшк обозначйш

Же - жесткость ойгил исходной вода, мг-экв/л; /Каст - остаточная еосткость, мг-гжв/л.мкг-окв/л; .'/аТСС^й коицеи-рзпчя кятряй-, хлор- и сульфат-ионов, мг-экв/л; !.'/, яело'шгст» лада, содержание фосфатов в воде, мг-экв/л;

сорж ';:«» кремпешышх соединений и железа в вода; кг/л; • 'СДА'- нлтр, сода, язвость, коагулянт;

V: - кратность расхода соли на регенерацию, г-эка/г-экв; О, М - осветлитель, клхоахчаокаЛ £ш,тр? ■Жа,СС _ натрий-ка :кстаг !:кЗ у глср-::ш:Онитшгй фальтр; 115,111 ис-'.одлап вода, еий'.', .»радвка; РР,ОР - рсго(гврй:дао:г."аЛ рпотгйр, отработанный рв1еиврвт;

блочная и учог-стггиг'птая исзарителыше установки, па-рояросбрлзс; згук>"«я установка; ЛОУ - да-^г/л." •глс1:;п.л с.гр-сы^с.-ьнвя установка; //«•га» КН - йспг.Р"Тсп., конденсатор испарителя;

Т>и - зроггго.-.-. лы:сст1. испарительной установки, кг/с; П - МИУ нли ДОУ:

:'д"лмп:;! гчслэл т"плп на установку, кДд/кг;

<гплсе*кость, кДхЛКг-Ю; ■> - ряоход п-тд'глиис^ ?ола, кг/с;

1 7?млс-р'.турч !:1?сьтч9;ош грещего и вторичного ппра, нэдо-

грзз г:от:< ко гг.чпэратуры насипзния, ¡С; ■ Кц - кс2ф*яциент теплопередачи а испарителе, кВтЛ»*"*^; Нш, Нп - ввсовнз уровня в вала в над грзг&аЯ секцией нспарлтеля.м;

- скорость циркуляции, и/с;

У - коэффициент местного сопротивления; «А - кооффкцаонт тронжл, 1/и.

Заметные экологические преимущества термического метода во-доподготовки и переработки сточных вод значительно повысил>! в последнее время интерес к применению испарительных установок. В энергетике наибольшее распространение получили блочные и авто-номиыо многоступенчатые испарительные установки на базе испарителей кипяшего типа (тип И) ПО "Красный котельщик". Однако высокая металлоемкость этих испарителей, несовершенство схем, некомплектность поставки оборудования существенно снижает эффективность использования термического обессоливания.

С целью сокращения расхода реагентов и объема сточных вод в энергетике неоднократно делались попытки использовать продувку испарителей для регенерации Л/а -катионитных фильтров. Однако реальные результаты были получены только на морской воде. Кроме того, для пресных вод малой и средней минерализации повторное использование продувки испарителей позволяет лишь оократить ксли-чесгьс привозных химреагентов и количество дополнительных солей, отводимых о ТЭС в водоемы. Исключить дополнительный сброс минеральных солей с ТЭС можно при создании технологий водоподго-товки с многократным использованием сточных вод в цикле регенерации. Однако реализация таких технологий встречает серьезные трудности.

Из внше изложенного можно судить об актуальности разработки технологий, установок и аппаратов для термической переработки в дистиллят высокого качества природных и сточных вод.

Это является главной задачей настоящей работы.

В докладе обобщены результаты исследований, выполненных в соавторстве, непосредственно автором или под его руководством в период с 1966 по 1993 гг. Часть исследований проводилась при реализации программ, включенных в планы важнейших научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, в частности, в отраслевую научно-техническую программу ОНТП.85.02.07 "Защита водных бассейнов от загрязнения сточными водами ТЭС" и Государственную программу "Экологически чистая энергетика?

Новизна данной работы заключается в создании научно-технических основ разработки технологий термохимического обессоливания природных и сточных вод при многократном использовании в цикле водоподготовки единожды введенного регенерационного раст-

•вора. Опираясь на лабораторные, опнтно-промнзлекные и промнилен-ные исследования, разработаны и проверены на практике новые технологии водоподготовки, основанные на использовании продувки испарителей в цикле регенерата!. Предложена и обоснована новая гидродинамическая модель испарителей и паропреобразователей, работающие в условиях глубокого (до 100 г/л) концентрирования природных и сточных вод, разработана новая более обцая методика их теплогидравлического расчета. Разработаны новые элективные конструкции испарителей и паропреоОразователей, новые типы испарительных установок, предложены способы их включения в технологические схемы тепловых электростанций, создана методическая база для расчета, оптимизации и проектирования испарительной техники.

На основе решения указанных вопросов осуществлено пирокое внедрение результатов научно-исследовательских работ в энергетике. Создана и освоена в условиях длительной промышленной эксплуатации технология переработки сточных вод с использованием продувки испарителей в цикле регенерации на Саранской ТЗЦ-2, ведется освоение в промышленных условиях технологии переработки природных и сточных вод з цикле с многократным использованием единожды Езеденного регенерациоиного раствора. Разработанные автором методам расчета и оптимизации испарительных установок позволяют существенно повысить точность расчетов, определить пути технического совершенствования испарителей, оптимизации их конструкции и схем включения. ПО "Красный котельщик" принял к постановке на производство разработанный МЭИ совместно с ВШШАМ новый паропре-образователь повышенной производительности.

На защиту выносятся:

- обобщенные результаты теоретических и экспериментальных исследований в области создания технологий термохимического обес-соливания природных и сточных вод, основанных на многократном использовании единожды введенного регенерпцпонного раствора;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований процессов гидродинамики и теплообмена в испарителях и паропреоб-разователях, работатаих в условиях глубокого концентрирования природных и сточных вод;

- результаты научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, направлению на создание новой испарительной техники и технологий;

- ыетодлческие разработка дав расчета я «глчлгзада штут-телей и паропреобраэователеЕ, исаарьтельвкх ж

тельных установок, териохЕшгчасккх -ш^шачогид йсдояодзроуоиш, результаты расчетов и одткмнзз№й;

- результаты разработай, внедр-ешгя к ociwx::ívj! з прсншясэ— ности техники и технология переработки щт-рой-па ш cwsasx юд для производств с васогяш экологическими ясказаявдяет,,

I. ТЕРМИЧЕСКОЕ СБКСОХтШЕ ШРОЩИХ U сточньх юд. адзд КССЗЕДОЕОШ

Термический метод вожолодготовхи о щяишекнси жсзпрнтсявй яашел распространение для. регионов с, иождашэй акзсрлтазазазА вод поверхностных водоемов и вод, сокоржа^дх ««ифизеяю органические соединения. Моашэ вадалить да осиогзглх ncEpaiiSSím s реализации этого метода: тврмьяесков ©С«е»<шя»»к2!в "«край"® »ада или упрощенно отработанной вода и тбрютвсвое оозссолирзакс е©да, проведаей глубокое катеонитов ^ма^аки«. Первое вг.грарлквв обличается высокой эколойкй-йа! ие^еа ^отал процесса подготовки воды дня вспар®твяай, а« соврэт-садлзтсл аавл-венными капитальный^ в вкбхчуатоцаоикЕка ш&яг&ш» Паэто&зг т ТЭС преимущественное распроотраяошкз полунаго второз пгшргшзсем с применением испариузлой тзша "И" Ш "ЗфаеииЗ ¡ктаьвдк*.

В разработке, ировгаяроааяш s ююздтзгщш ««шрюгашюЗ техники на ТЭС как парного» sus 2 зтераго ищракешш, sawvcwí много недостатков и проблей. В яигтсядаз вргэш еухвстгует ísü» *ество неунифадировашг^ вроагиазс ревеав!» и сзикз, ршгаЕзкгсг да экономичноетя в надежности- й^вгс?о-<вет1 sas spetissa ожюязажгеч излишней сложностью. Нявксе качество вроввт«ро1»зня« зэдлстуй «¿да» водит к тому, что периода пускэ-ваяадтошас psxfc? жозергслшгш установок растягивается на масида а года, тая йз »ш-яфо^азих установок реконструируется уяг э Le-рвэд осашшая, ъъыряз установки так и остаются неосвоет-:ь>и. С азодак в дайстзжэ ррулках блоков мощностью 300, 500 ж 800 МВт ттрбоусташогда ао&>7сет5ш 100 «■ 200 МВт стали вереводаксл ь иаауаиющз), в мш я в паковую части храфика элекифачезкой аагрузкк. В '¿тих условии :,ч>» мбтно усложнились вкевдуатагош КС. Потребовалась разработка -новых технических.решений дан преодоления воэюикеЯ проблема. Б отличив от ГРЭС BI7 на ТЭЦ на подучкля ¿ырсксго ргдвроетрзна-шц

•В ятей связи требовалось разработать, внедрить и освоить новые охямн испаритолмгых установок, максимально адаптированных к схемам теплофикационных турбин, разработать методы их расчета и оптимизации, В энергетике существует настоятельная необходимость разработки и впядрен«я испарителей нового поколения с существен->■0 более внсокпггл тешгообменныг.га характерна тикает и более совер-яе.'пшх г экологическом отношении. Найти лрявилыше направления у ¡¡утаения тталсобмешшх характеристик испарителей и паропреобрр,-^ог.атвлсй :-сю!о к гон числе за счет детального исследования процессов гидродинамики рягработки болея сбяеЯ гидродкнамическоЛ 1 одзля ;г создания на э^оЯ ссночп ?го.тзз.Ч кэтогдаг их расчета я оп-•«шизацта, Экологические ".птякя .-.южко улучшить, в порву»

1' ;еряда, счет упецымяш р.ис;. ; ! х!2.«чееких реагентов на старта подготовка ветч дач исягарггтрлвй. Наиболее эффективная путь в - пон'-'орчоч \"-.г.г. гдчогократно* использовании про-дутжк ксетрнт«!'«? и ротеи^г^ггг.

йипгиз лсточггакоп в;казква«?, что вопросу нс-

зольг-свшшя '^с^'^счиой йода ясзарателеЗ (концентрата) для рего-корацяа •/>•' -итсиптяшс фидьтрез уделялось бсяьшо* внимание, особенно пр'-< : ;г .ецзштч морской воды. Промшалетгое опробование иглольээод«»-: голеагригг, аспарятегай для регенерации натриЯ-ка-•«шгаи ¿гров ара опреснении воды Каспийского моря било «зеуцостаяеко на крупных установках г.Баку и г.Красноводска в 50-С0-6 годя. Болеэ сдогшая ситуация складывается при переработай юрапосхам автолом наломзшерализованннх пресных вод. Для ло-.'¡учоная продувка требуемого качества пресную воду приходится коацентрзровоть в 100 200 раз с соответствующий увеличением содеряашш зсэх присутствувизи в ной компонентов, в частности ор-ганжчесгагх, кремнекислых н др. соединений. Кроча того, в таких годах дондантрадяя сульфатов сиза, чей хлервдоз. Все это значительно услогиязт использование продувочной воды испарителей для регонэращга натрай-катнопатннх фильтров. Существенное внимание зсвроссм создания бессточных водоподготовок на основе многократного использования сточных вод уделено в работах АзИСИ, Ш5ПМ-энергспрсм. Лзне#твхях, О'тПЛ, и др. йаесте о тем, многообра-гаа подобного рода технологий требовало проведения глубоких обоб-пянзЯ, вцяхденхя зх ебстз а специ'>ичвскях признаков и разработки няучно-тезекпчеекп еекзз сг.вдвнич технолога!? с замкнутом пиклоя регенерация, СярубвкгчЯ -"»пят подгаврадяэт еозможость создания

бессточных гэс на базе применения испарительной техники. В таких известных случаях испарительная техника применяется "на хвосте" технологического процесса, перерабатывая до сухих солей концентрированные стоки. Такой подход существенно сужает возможность испарительной техники. Включение испарителей непосредственно в процесс производства добавочной воды энергетических котлов позволяет не только удешевить процесс, но и на ранних стадиях водопод-готовки осуществить разделение солой в стоках на компоненты о целью получения конечных товарных продуктов.

Критический анализ патентной и технической литературы, фактического состояния дел в отечественном машиностроении и теплоэнергетике показал, что для успешного создания ТЗС с высокими экологическими показателями необходимо:

- провеоти теоретические и экспериментальные исследования в области создания технологий переработки природных н сточных вод с многократным использованием стоков в цикле водоподготовки на базе применения испарительной техники;

- выполнить исследования по совершенствованию тепловых схем блочных и автономных испарительных установок (БИУ и МИУ), способов включения их в тепловые схемы ТЭС; разработать схемы установок для пиковых ГРЭС; разработать унифицированные конструкторские и поверочные методы расчета г оптимизации испарительных установок как для водоподготовки, так а для переработки сточных вод; разработать в создать для ТЭЦ такие хе экономичные ЕИУ как на КЭС;

- провести теоретические и экспериментальные исследования процессов гидродинамики в испарителях и паропреобраэователях, работающих в условиях глубокого концентрирования природных и сточных вод, выявить влияние их па условия теплообмена и разработать на этой основе более общую методику их теплогидршушческого расчета;

- разработать и создать новые более эффективные модификации испарительной техники для глубокого концентрирования природных

- на оонове проведенных исследований разработать, внедрить и освоить установки и технологии термохимической переработки природных и сточных вод для ТЭС с высокими экологическими показателями и малоотходных ТЭС.

2. ЭКОЛОШЕСКИВ ПОКАЗАТЕЛИ ТЕШЮ1Ш аШТРОСТАЩЙ, ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СПОСОБОВ водоподготонки

При разработке мероприятий по защите окружающей среды важно провести классификации ТЭС по степени их экологической эффективности. Автором предложена следующая классификация: экологически чистая ТЭС, ТЭС с предельными экологическими показателями (безотходная ТЭС), ТЭС с высокими экологическими показателями (экологически благоприятная ТЭС), ТЭС с низкими экологическими показателями /I/. Экологически чистая - это такая ТЭС, которая не должна оказывать воздействия на природу. Это значит, что она производит энергию и вторичные ресурса, по количеству и качеству соответствуют э первичным. Такая ТЭС невозможна. В идеале можно представить себе получение на ТЭС из отходов производства вторичных полезных ресурсов - строительного шлака, строительного гипса, кислот, элементарной серы, удобрений и т.д. Как и низкопотенциальное тепло на ТЭЦ эти вторичные ресурсы можно рассматривать как ресурсы, частично потерявшие свою ценность. Такую ТЭС логично назвать - о предельными экологическими показателями. Таким образом, ТЭС с предельными экологическими показателями - это полностью безотходная ТЭС. В качества первого приближения к таким ТЭС можно рассматривать ТЭС с малоотходными технологическими процессам. Основное требование к ТЭС о высокими экологическими показателями можно сформулировать в следуицем виде: "взаимодействие" такой ТЭС с окружагаэй средой не сопровождается возникновением в ней необратимых изменений. Это значит, что с такой ТЭС не должг-пи сбрасиваться неочищенные стоки и газы, загрязнявшие окружающую среду твэрдна отхода. Незначительные предельно допустимые лимита обросов с ТЭС долети рассчитываться о учетом возможности о круга кий среда к самоочивенкв. Прочив ТЭС - это ТЭС о низкими экологическими показателями.

Для ТЭС о высокими эколопгчесюояг показателями система водопользования должна быть малоеточной, для безотходной ила малоотходной - бессточной. При разработке и ооздании иалосточнкх систем водопользования на ТЭС важно правильно о экологической точки зрения определяться с предельными объемами ятях стоков и ко-, лжчеотвом содержащихся в них компонентов. На рис.2.1 приведены удельные сбросы минеральных солей ( <jte ) для исходных вод различной минерализации при производстве обессоленной воды тремя

способами: методом хакичоского обьссоглшеал 1заз»»скыость 3), термического обеосолввания с прикбивнлем исяарим ко»'- типа "И" (зависимости 2"а" и 2"б") и с прккеаеиием "с^рлтодуй, ряйотахт* на упрощенно обработанной пода (завиг.-лкост!. 1) /I/. /дежышЗ сброс минеральных содей <^сс- количество солей в тотчх зодах, отнесенное на производительность установки, - вггорби иродкокв-но рассматривать одним из важнейших шслогачсегаа ткльзмелеЯ метода обессоливают. Пришнепав «вдритсдов, рвЗо-кижих ш узиро» иенно обработанной воде, обеспечивает «аявй

со стоками обессоливания. При этом их *амжч:встэо зза ьргтчмзст но-личество солей, поступавших с исходной подой,

Тькой же экологический шаг« ара

те5ма*эст1 обовсожгшвге в Ярьеимммм ал-

ш OJ >1 а о ьн р s VJ l__

(!£*&> ^ звогзто тз*7«тп. «о вчот шэ-уг-экв/лторното нсЕадьздгэдян яро-

дашй яш^пгвлвй две з^ггв--яагешгаак (йлЕягакосгь 2®ô">a Дяй №d ECÎfflBSSIoS tKHSpS-Aî!AtJpr,i Î8K9TO 39

txmo яобятя "Яшуйо ^чогократшы веиояьаозанзщ етозшза: ses

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎