авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Ресурсосберегающая технология утилизации продувочной воды испарителей водоподготовительной установки тэс на базе электромембранных модулей

На правах рукописи

КОРОЛЕВ АЛЕКСАНДР ГЕННАДЬЕВИЧ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ УТИЛИЗАЦИИ ПРОДУВОЧНОЙ ВОДЫ ИСПАРИТЕЛЕЙ ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ТЭС НА БАЗЕ ЭЛЕКТРОМЕМБРАННЫХ МОДУЛЕЙ Специальность 05.14.14 – Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань – 2013 2

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном учрежде нии науки Казанский научный центр Российской академии наук Исследова тельском центре проблем энергетики (Академэнерго) и в федеральном государ ственном бюджетном учреждении высшего профессионального образования «Казанский государственный энергетический университет» (КГЭУ).

Научный консультант: Чичирова Наталия Дмитриевна доктор химических наук, профессор

Официальные оппоненты: Шарапов Владимир Иванович доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Ульяновский государ ственный технический университет», заведующий кафедрой «Теплогазо снабжения и вентиляции» Москаленко Николай Иванович доктор физико-математических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Казанский государственный технический универ ситет», профессор кафедры «Котель ные установки и парогенераторы»

Ведущая организация: ОАО «ВНИПИэнергопром», г.Москва

Защита состоится «4 » июля 2013 года в 14.00 часов на заседании диссер тационного совета Д 212.082.02 при ФГБОУ ВПО Казанский государственный энергетический университет по адресу: 420066, г.Казань, ул.Красносельская, д.51, зал заседаний Ученого совета (Д-223).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Казан ский государственный энергетический университет».

Автореферат разослан «3» июня 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.082. кандидат химических наук, профессор Э.Р. Зверева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Функционирование тепловой электростанции (ТЭС) характеризуется потреблением большого количества природной воды и сбросом сточных вод разного уровня загрязненности. Основным источником сбросов являются водоподготовительные установки (ВПУ).

Минимизация сбросов сточных вод требует повышения коэффициента во дооборота на тепловых электрических станциях, т. е. создания малоотходных и безотходных схем водопользования. Это должно быть реализовано не только путем усовершенствования многих существующих технико-экономических ре шений по обработке воды различного состава, необходим также учет экономи ческого влияния примесей технологических потоков, используемых реагентов и конкретные экономическая и социологическая оценки ущерба, причиняемого окружающей среде в результате сбросов.

Реализация концепции создания экологически безопасной ТЭС возможна по двум направлениям.

Первое направление основано на разработке и внедрении экономичных и экологически совершенных технологий подготовки добавочной воды парогенераторов и подпиточной воды теплосети. В этом аспекте разработка эффективных технологических схем водоприготовления на ТЭС с сохранением базисного оборудования является наиболее перспективным направлением, отвечающим поставленным требованиям, в особенности там, где речь идет о расширении и реконструкции функционирующих установок.

Второе направление связано с разработкой и внедрением технологий максимально полной переработки и утилизации образующихся сточных вод с получением и повторным использованием в цикле станции исходных химических реагентов.

Наиболее перспективной является электромембранная технология обра ботки воды, позволяющая исключить сбросы солей и потребление воды на соб ственные нужды водоподготовительных установок.

Результатом внедрения разработок с использованием электромембранной технологии является создание замкнутых производственных циклов при мини мизации производственных отходов, сокращение удельного потребления при родных ресурсов и энергии.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ (госкон тракты № 14.В37.21.0335, №14.В37.21.0658) в рамках реализации ФЦП «Науч ные и научно-педагогические кадры инновационной России» за 2012-2013 го ды.

Цель работы - практическая реализация концепции создания бессточной замкнутой системы водопользования на ТЭС на базе электромембранных моду лей.

Задачи работы:

• анализ системы водопользования ТЭС на примере Казанской ТЭЦ-3;

• определение истинного состава продувочных вод испарителей термо обессоливающего комплекса;

• разработка технологии переработки высокоминерализованных продувоч ных вод испарителей на базе «хвостовой» электромембранной установки;

• создание и внедрение опытно-промышленной установки утилизации про дувочных вод испарителей;

• проведение промышленного эксперимента по получению щелочного и умягченного растворов из производственного стока на опытно промышленной установке;

• разработка документации по эксплуатации установки.

Научная новизна. Для ТЭС с ионитной и термической ВПУ предложены технологические схемы, обеспечивающие бессточность работы ВПУ.

Разработаны технологические решения, позволяющие с использованием «хвостовых» электромембранных модулей перерабатывать продувочную воду испарителей и повторно использовать получаемые ценные компоненты в цикле ВПУ.



На базе электромембранных модулей разработаны схемные решения, поз воляющие в результате переработки продувочной воды испарителей выделить ценные сырьевые компоненты, повторно используемые в производственном цикле.

Впервые получены экспериментальные данные опытно-промышленных испытаний электромембранной технологии переработки высокоминерализо ванных стоков с получением умягченного солевого и щелочного растворов.

Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечивается: в теоретическом плане – использованием научно-обоснованных моделей и мето дов расчета процессов и аппаратов;

в практическом плане – согласованием ре зультатов расчетов с экспериментальными данными промышленных испыта ний, выполненных в настоящей работе, и литературными данными.

Практическая ценность работы и внедрение её результатов.

Результаты исследований, а также разработанные схемы могут быть ис пользованы при создании малоотходных комплексов водопользования как на существующих ТЭС РФ и других производствах в процессе их реконструкции, так и при сооружении новых.

На Казанской ТЭЦ-3 реализована электромембранная технология перера ботки стоков термообессоливающей установки с извлечением умягченного со левого и щелочного растворов, о чем получен акт внедрения.

За счет повторного использования полученных продуктов в технологиче ском цикле создан замкнутый цикл водопользования с полным исключением стоков.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Электромембранная технология переработки высокоминерализованных щелочных стоков испарителей с использованием «хвостовой» электромембран ной установки.

2. Технологические схемы утилизации высокоминерализованных отходов с получением повторно используемых компонентов на ТЭЦ – щелочного и умягченного растворов.

3. Конструкция электромембранной установки (ЭМУ).

4. Результаты опытно-промышленных испытаний по получению щелочно го раствора из стоков водоподготовительной установки Казанской ТЭЦ-3.

5. Оценка технико-экономической эффективности разработанной техноло гии.

Личный вклад автора. Основные результаты получены автором лично под руководством д-ра хим.наук, проф. Чичировой Н.Д.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на молодежных международных научных конференциях «Тинчуринские чтения» (Казань, КГЭУ, 2009 г., 2010 г.), III Всероссийском конкурсе молодых специалистов ин жинирингового профиля в области энергетики (Дивноморское, Краснодарский край, 2009г.), шестнадцатой и семнадцатой международных научно технических конференциях студентов и аспирантов: Радиоэлектроника, элек тротехника, энергетика (Москва, МЭИ, 2010 г., 2011 г.), VII Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН В.Е. Алемасова (Казань, 2010 г.), международной молодежной научной конфе ренции «XVIII Туполевские чтения» (Казань, 2010 г.), IV молодежной научно практической конференции ОАО «Генерирующая компания» (Казань, 2009 г.), I молодежной научно-практической конференции ОАО «ТГК-16» (Нижне камск, 2010 г.), молодежной научно-практической конференции ОАО «Тат энерго» (Казань, 2010 г.), XV и XVI международных научно-технических кон ференциях «Состояние и перспективы развития электротехнологий» (Бенардо совские чтения) (Иваново, ИГЭУ, 2009 г., 2011 г.), международной научной конференции «Современные научно-технические проблемы теплоэнергетики и пути их решения» (Саратов, СГТУ, 2010 г.), XIII Всероссийском студенческом семинаре «Энергетика: эффективность, надежность, безопасность» (Томск, 2011 г.), международной молодежной конференции по естественно-научным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу – творчество молодых» (Йошкар-Ола, 2011 г.) Публикации. По материалам диссертации опубликовано шестнадцать пе чатных работ, из них три в периодических изданиях из перечня ВАК Минобр науки РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введе ния, пяти глав, выводов, заключения, акта о внедрении технологии на Казан ской ТЭЦ-3 и списка литературы из 158 наименований. Диссертация изложена на 173 страницах машинописного текста, содержит 57 рисунков и схем, 25 таб лиц.





ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой проблемы, цели и задачи исследования, изложены научная новизна, практическая значимость ра боты, основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен обзор литературы, в котором рассмотрены ос новные направления создания экологически безопасных ТЭС, а также результа ты практической реализации электромембранных технологий на тепловых электрических станциях.

Приведены данные промышленных испытаний и результаты практическо го использования технологии электромембранной обработки воды на ряде дей ствующих ТЭС. Отмечено, что, как правило, все исследования были посвящены использованию электромембранных аппаратов (ЭМА) в схемах обессоливания воды для восполнения потерь в цикле ТЭС. Однако, невысокая производитель ность используемых аппаратов и потребность в предварительной очистке, затраты на которую в ряде случаев превышают затраты на проведение процесса электро мембранной обработки, увеличивает себестоимость подготовленной воды и не позволяет рекомендовать эту технологию в качестве альтернативы методам под готовки обессоленной воды, используемым в настоящее время на ТЭС.

Результаты применения электромембранных процессов в схемах утилизации стоков ТЭС весьма малочисленны и, как правило, не выходят за стадию опытно промышленных исследований.

Задача создания бессточной ТЭС с использованием «хвостовых» ЭМУ для выделения ценных компонентов и возврата их в технологический цикл станции в литературе не рассматривалась.

Во второй главе рассмотрены этапы реализации бессточной технологии водоподготовки, реализованные на Казанской ТЭЦ-3.

FeSO4 NaCl H2SO4 NaOH Ca(OH) на КрН на ТХУ в СМ ОС БИКВ Н МФ БОВ НI АI пред ХОУ ХОУ шлам БНЩ продувка БСВВ СВ СОО СВ Н2О Н2О СО БЩСВ Б-Н конц БИКВ ОС МФ БПП БОВ БNaКВ ИМВ МИУ БНП ДА ВДА NaI NaII ТОК ТОК ТОК избыток продувка из ТХУ БНП т/сеть шлам МФ СМ БРР Б-Р ЦШУ БССВ Са(ОН)2 в ОС ТОК Кр КрН ТХУ Са(ОН) БЖСВ Гипс Гипс Рис. 1. Принципиальная схема водоподготовки, реализованная на Казанской ТЭЦ-3:

СОО – система оборотного охлаждения;

СВ – сырая вода;

ОС – осветлитель;

БИКВ – бак известково-коагулированной воды;

БСВВ – бак сбора вод взрыхле ния;

Б-Н – бак нейтрализатор;

МФ – механические фильтры;

БОВ –бак освет ленной воды;

Нпред, НI – водород-катионитные фильтры;

АI – анионитные филь тры;

NaI, NaII – натрий катионитные фильтры 1 и 2 ступени;

БНЩ СВ – бак накопления щелочных сточных вод;

БЩСВ – бак щелочных сточных вод;

БNaКВ – бак натрий катионированной воды;

ВДА – вакуумный деаэратор;

ИМВ –испаритель мгновенного вскипания;

ДА – деаэратор атмосферный;

МИУ – многоступенчатая испарительная установка;

БПП – бак периодической про дувки;

БНП – бак накопления продувки;

БРР – бак регенерационного раствора;

СМ –смеситель;

ЦШУ – центробежный шламоуловитель;

Б-Р – бак реактор;

БССВ – бак сбора сточных вод;

Кр – кристаллизатор;

КрН – кристаллизатор нейтрализатор;

БЖСВ – бак жестких сточных вод;

ТХУ – термохимический умягчитель.

В процессе создания бессточной технологии водоподготовки Казанской ТЭЦ-3 необходимо выделить три основных этапа.

I этап: Оптимизация работы СОО и реконструкция оборудования химиче ского цеха. На данном этапе с целью сокращения объема потребления речной воды было принято решение использовать воду СОО в качестве исходной воды для нужд химводоочистки (ХВО). Тем самым была исключена необходимость периодической продувки СОО и сброс продувочной воды.

ХВО Казанской ТЭЦ-3 состоит из двух очередей: I очередь имеет схему с параллельным включением фильтров – «гребенка», II очередь, с включением фильтров в «цепочку». Обессоливание на I и II очередях выполняется одинако во последовательным пропуском воды через ионитные фильтры первой и вто рой ступени. Принципиальным отличием является процесс регенерации филь тров. На цепочках смонтирована средняя дренажная система для организации прямоточно-противоточного ионирования с повторным использованием кислых и щелочных регенерационных растворов. Это позволило сократить удельные расходы реагентов кислоты и щелочи на регенерацию фильтров в 2 раза. Расход известково-коагулированной воды и частично обессоленной воды на собствен ные нужды «цепочек» снизился более чем в 2 раза.

II этап: Внедрение термообессоливающего комплекса (ТОК). Первона чально работа комплекса планировалась на сточных водах ХВО и промливне вой канализации. Ввиду быстрого заноса греющих секций испарителей от этой идеи отказались и перевели его питание умягченной водой. ТОК производи тельностью 350 т/ч деминерализованной воды состоит из двух цепочек МИУ по 6 испарителей в каждой и двух ИМВ. Основным преимуществом ТОК является низкое (порядка 8%) потребление воды на собственные нужды и отсутствие необходимости использования химических реагентов.

III этап: Ввнедрение «Установки утилизации сточных вод ХВО».

Проведенные реконструкции ХВО и внедрение ТОК не позволяли исключить сброс стоков. Поэтому была разработана комплексная схема переработки минерализованных сточных вод с повторным использованием их в цикле станции, получившая название «Установка утилизации сточных вод ХВО».

Основная задача – комплексная переработка высокоминерализованных сточных производственных вод ТОК (продувка испарителей) и ХВО (кислые и щелочные стоки), для использования их в качестве исходной воды ТОК с получением дистиллята для питания энергетических котлов и раствора натриевых солей для регенерации Nа-катионитовых фильтров (вместо привозных реагентов). Данная технология разработана специалистами Московского энергетического института во главе с д-ром техн. наук, проф.

Седловым А.С. и ОАО «ВНИПИэнергопром» во главе с д-ром техн. наук, проф.

Шищенко В.В., которые являются основными идеологами создания малосточных технологий в России.

Однако в процессе реализации описанной технологии образуется избыточное количество продувочной воды ТОК, составляющее в среднем 0,8 м3/ч.

Для полного прекращения сброса сточных вод ВПУ необходимо решить вопрос с утилизацией данного избыточного количество продувочной воды испарителей.

В третьей главе определен истинный солевой состав продувочной воды испарительной установки. Обычные методы анализа не применимы в связи с большой погрешностью анализа. Поэтому для определения состава продувоч ной воды был применен метод рН метрического титрования.

По данным анализа продувка представляет собой концентрированный раствор, содержащий в основном натриевые соли: сульфаты, хлориды и гид роксиды. Общее солесодержание продувки-30 – 70 г/л.

Также, продувочная вода содержит большое количество малораствори мых примесей: соединения железа, меди, кремния. Кроме того, присутствуют природ ные высокомолекулярные ор ганические соединения.

Все названные примеси содержатся большей частью в коллоидном состоянии, либо будут переходить в коллоид ное состояние в процессе об Общее солесодержание...... 17 – 77 г/л Железо....................0,005 – 0,02 г/л рН........................ 13,0 – 13,7 Медь........................0,2 – 1,2 мг/л работки воды. Отсюда следует Натрий.....................5 – 40 г/л Кремниевая кислота............ 0,2 -0,5 г/л необходимость отделения ма Сульфаты..................10 – 30 г/л Взвешенные вещества........ 0,09 – 0,15 г/л ло- и нерастворимых примесей Хлориды...................2 – 5 г/л Нитраты......................0,1 – 0,3 г/л Нитриты................... 0,5 – 2 мг/л Карбонаты.................. 0,01 – 0,1 г/л до и в процессе обработки.

Рис. 2. Солевой состав продувочной воды испарителей.

Следует обратить внимание на высокое содержание щелочи и щелочных компонентов (карбонат натрия) в продувке. Щелочь и сода – дорогостоящие продукты, которые широко используются на ВПУ ТЭС. Отметим также практически полное отсутствие ионов жесткости. В связи с чем была сформулирована идея разделения продувочной воды на щелочной и умягченный растворы и их использования в цикле станции. Ранее были разработаны лабораторные методы электромембранной переработки различных жидких отходов ТЭС, которые изложены в наших совместных работах с Вафиным Т.Ф. и представлены в его диссертационной работе.

Для утилизации избытка продувочной воды испарителей разработана тех нология с использованием в качестве основного элемента электромембранных аппаратов.

Определен минимально необходимый перечень контролируемых парамет ров: рН, удельная электропроводимость (УЭП), общая щелочность (Що), ще лочность по фенолфталеину (Щфф), хлориды общие (Cl), окисляемость перман ганатная (Ок), железо общее (Fe).

На первой ступени про исходит частичное отделение щелочи от исходного раствора в ЭМА с катион- и анионооб менными мембранами. По скольку селективность про цесса невысока, в качестве продукта возможно получение щелочного раствора, содер жащего соли исходного рас твора.

На ЭМА первой ступени Рис. 3.Схема утилизации продувки испарите- получается концентрирован лей с использованием ЭМА и получением ный щелочной раствор и ди щелочного и кислого растворов (сокращен- люат I. Последний представ ляет собой более разбавлен ная):

ный раствор исходных солей и I – ЭМА для отделения щелочи;

II – ЭМА с оставшейся щелочи. Дилюат I биполярными мембранами;

III – концентри является исходным раствором рование, обессоливание.

для ЭМА второй ступени.

ЭМА второй ступени собран с биполярными мембранами и служит для разделения раствора солей на щелочной и кислый растворы. В качестве про дуктов на второй ступени образуется дилюат II, представляющий собой более разбавленный раствор исходных солей, неконцентрированные растворы щело чи и смеси кислот.

Дилюат III используется для получения щелочного и кислого растворов на II ступени ЭМУ.

Дилюат II направляется на ЭМА третьей ступени, щелочной раствор – на концентрирование на I ступень или в ЭМА-концентратор щелочи. Кислый рас твор, содержащий смесь серной, соляной и азотной кислот, направляется по требителю.

На ЭМА III ступени осуществляется процесс концентрирования обессоливания дилюата II с получением частично обессоленной воды с концен трацией солей примерно 0,3 г/л (дилюат III) и концентрата.

В схеме (рис.3) используется 3 аппарата с суммарным потреблением элек троэнергии 100 кВтч на 1 тонну обрабатываемого раствора.

В результате обработки образуется 0,4 т щелочного раствора (5% щелочи, 1 % солей) и 0,6 т кислого раствора (1,2 % кислот, 1 % солей).

Представленная схема достаточно гибкая. Возможно последовательное со кращение ступеней, начиная с последней. Если убрать третью ступень ЭМА, частично обессоленную воду для II ступени можно забирать с ВПУ ТЭС. Экви валентное количество воды в виде дилюата II (раствор натриевых солей) направляется на подпитку теплосети. Таким образом, происходит обмен водой между водоподготовительной и электромембранной уста новками. При сокращении третьей и второй ступеней одновременно на ЭМА I сту пени возможно получение щелочного раствора и ди люата I. Щелочной раствор отправляется на концентри рование или непосредственно потребителю. Дилюат I (соле вой раствор) можно исполь Рис. 4. Полная схема утилизации продувки зовать на регенерацию Na испарителей с использованием ЭМА и полу- катионитных фильтров, на чением чистых щелочи и смеси кислот: подпитку теплосети или под I –ЭМА с биполярными мембранами;

КЩ - питку испарителей.

электромембранное концентрирование щело- Для получения более чи чи;

КК - электромембранное концентрирова- стой щелочи и более концен ние кислот. трированного кислотного Продувочная вода раствора необходимо устано испарителей вить еще один тип ЭМА концентратор.

Предварительная очистка В качестве продуктов на ЭМУ получаются щелочной и обессоленная вода кислый растворы.

Щелочной раствор со II ступени В зависимости от нали чия ступени электромембран Щелочной раствор ного концентрирования ще КЩ I лочи, а также степени разло жения солей в биполярном Умягченный ЭМА, концентрация щелочи в раствор Концентрированный щелочном растворе составит щелочной раствор от 4 до 8 масс.%. В качестве Рис. 5. Схема утилизации продувки с получе- примесей присутствуют ис нием чистой концентрированной щелочи и ходные соли – сульфат- и солевого раствора: хлорид натрия до 10 % от КЩ – концентратор щелочи. массы основного вещества.

Второй продукт – кислый раствор, содержит исходные соли и смесь серной с включениями соляной и азотной кислот. В зависимости от степени разложения солей на II ступени электромембранной обработки концентрация кислот может меняться от 0 до 3 %. В предельном случае при полном разложении солей по лучаются примерно равные количества щелочного и кислого растворов.

При работе по схеме, показанной на рис.4, образуется 0,3 т щелочного раствора (5% щелочи, 0,5 % солей) и 0,7 т кислого раствора (2% кислот, 0,2% солей). В схеме используется 5 электромембранных аппаратов с суммарным потреблением электроэнергии 120 кВт·ч на 1 тонну обрабатываемого раствора.

В схеме на рис. 5 используется 2 аппарата с суммарным потреблением электроэнергии 13 кВтч на 1 тонну обрабатываемого раствора.

Продуктами переработки продувочной воды испарителей в этом случае являются 0,1 т щелочного раствора (4% щелочи, 2% солей) и 1 т солевого рас твора (2,5% исходных солей), используемые в дальнейшем в цикле станции.

Сравнительно невысокие эксплуатационные затраты делают наиболее це лесообразным использование схемы, указанной на рис. 5, для утилизации про дувочной воды испарителей с получением концентрированного щелочного и умягченного солевого растворов, которые используются в технологическом цикле станции.

В четвертой главе приводится описание принципиальной технологиче ской схемы переработки продувочной воды испарителей с получением чистого раствора щелочи (рис. 6).

Схема состоит из отдельных технологических блоков, размещенных ком пактно и выполняющих определенную задачу.

Блок переключения подачи продувочной воды размещается в химиче ском цехе и включает два вентиля переключения подачи продувки – (П1) на установку получения гипса и (П2) на ЭМУ.

Блок накопления и предварительной очистки продувки включает бак объёмом 4500 л, который предназначен для сбора и накопления продувочной воды испарителей, а также фильтр предварительной очистки продувочной воды испарителей и насос для её перекачки. Фильтр предназначен для удаления из воды мелкодисперсных частиц и взвесей, снижения содержания в воде железа, марганца, удаления из воды хлора, хлорсодержащих примесей и органических соединений. На момент запуска установки загрузка фильтра составляла:

- активированный уголь Hidrofin (50л., 25 кг);

- наполнитель - кварц 2-5 мм.

Блок рециркуляции рабочих растворов включает четыре пластиковых бака рабочей емкостью 750 литров. Первый бак заполняется промывочным рас твором, представляющим собой 1 % раствор щелочи в воде. Раствор из данного бака используется для непрерывной промывки приэлектродных камер ЭМА.

Второй бак первоначально заполняется обессоленной водой. Используется для получения концентрированного щелочного раствора на II ступени обработки и накопления. Третий бак первоначально заполняется обессоленной водой. Ис пользуется на I ступени обработки для отделения щелочи от исходного раство ра. Бак № 4 заполняется предочищенной продувочной водой испарителей из бака-накопителя продувки.

Блок элек На установку П- Продувочная утилизации сточных вода тромембранных вод испарителей П- аппаратов вклю БАК М9 М 10 Б- Фильтр НАКОПИТЕЛЬ чает стадию отде Б-1 Б- ПРОДУВКИ ления щелочи от Б-2 Б- Обессоленная Б- вода Конденсат Б- исходного раствора Отбор проб на аппарате ЭМА- ОВ-1 ОВ-2 В канализацию Б- М и стадию концен Р-1 Р-2 Р-3 Р-4 Р-5 Б- трирования щелоч Р- Р-6 Р-7 Р- Р- ного раствора на Р- Р- аппарате ЭМА-2.

Р-11 Р- БАК БАК БАК БАК №1 №2 №3 № На первой ступени происходит ча В канализацию Э- стичное отделение Р- Р- Р- Р- щелочи от исход Р- Р- ного раствора. На Р- Р- Р- ЭМА первой сту Р-17 Э- М6 М5 М пени получается Э-20 Р- М Р Э -16 Э-4 Э- концентрирован Ф Э-14 Э - Э- Э- ный щелочной и ЭМА-1 М2 Э- Э-11 Э-8 Р2 Э- умягченный рас Ф Э - Э -13 Э- творы. Последний М3 Э - Р Э-7 Э- ЭМА- представляет собой Ф Э -10 Э- более разбавлен М Н- ный раствор ис Щелочь М ходных солей и Н- Умягченный раствор оставшейся щело чи. Щелочной рас Рис. 6. Принципиальная технологическая схема перера твор отправляется ботки продувочной воды испарителей с использованием на концентрирова ЭМА:

ние, а умягченный ЭМА-1 – электромембранный аппарат для отделения ще раствор использует лочи;

ЭМА-2 – электромембранный аппарат ся для подпитки концентратор;

1-3 – насосы циркуляции рабочих раство теплосети или под ров;

4 – насос для перекачки щелочного раствора;

5 – питки испарителей.

насос для перекачки умягченного раствора;

6 – насос по Блок перекач дачи продувочной воды;

Э-1 – Э-12 - запорная арматура в ки готовых рас пределах электромембранных аппаратов;

Р-1 – Р-25 - за творов состоит из порная арматура в пределах блока рециркуляции рабочих двух насосов для растворов;

Б-1 – Б-8 – запорная арматура в пределах бло умягченного и ще ка предварительной очистки и накопления продувки;

ОВ лочного раствора.

1, ОВ-2 – арматура на линии подвода обессоленной воды;

В главе также Н-1,2 – арматура на линии перекачки щелочного и умяг описаны условия ченного растворов, соответственно;

М-1 – М-11 – мано эксплуатации ЭМА.

метры;

Р-1 – Р-3 – ротаметры (расходомеры);

Ф-1 – Ф-3 – Приведены опи патронные фильтры.

сания технологических процессов вы С, ммоль/л деления и концентрирования щелочи и возврата готовых продуктов в произ водственный цикл.

y = 0,0342x + 3, R = 0, В пятой главе представлены ре зультаты промышленного эксперимен та на ЭМУ.

В ходе эксперимента проводился анализ рабочих растворов в соответ y = 0,0178x + 0, R = 0, ствии с разработанной картой химиче 0 20 40 60 80 100 120 ского контроля.

Время, мин Щ(2) NaА(2) Линейная (Щ(2)) Линейная (NaА(2)) Полученные результаты показы Рис. 7. Динамика процессов по I сту вают, что при переработке продувоч пени в аппарате ЭМА-120/2 – отде ной воды испарителей на аппарате лителе щелочи.

ЭМА-120/2 диффузат преимуще ственно переходит в щелочь, количе С, ммоль/л ство которой составляет в среднем y = -0,0001x2 + 0,2314x + 21, R = 0, 60 % исходного содержания в диализа те. Селективность разделения щелочи и соли возрастала по времени работы аппарата (рис.7).

y = 140,36e -0,002x R = 0, При концентрировании происхо дил полный перенос щелочи из камер y = -1E-05x2 + 0,0249x + 2, 20 R = 0, дилюата в камеры концентрата. Далее y = 18,606e -0,004x R = 0, 0 100 200 300 400 500 600 наблюдался процесс разложения воды Время, мин NaА(2) Щ(2) с получением в камерах дилюата кис Щ(3) NaА(3) Степ енная (NaА(2)) Полиномиальная (NaА(2)) Полиномиальная (Щ(2)) Эксп оненциальная (Щ(3)) лоты. Процесс остановили при рН в Рис. 8. Динамика процессов в кон баке № 2 - 12,85. Содержание щелочи центраторе (ЭМАК-120).

при этом составило 3,54 г/л (рис.8).

Ввиду того, что процесс отделения С, г/л щелочи по I ступени медленный по 3,5 y = -0,0025x + 3, R = 0, результатам промышленных испыта 2, ний была проведена модернизация y = 0,0023x + 1, 2 R = 0, технологической схемы ЭМУ и кор 1, ректировка режима (рис.9).

y = 0,0002x + 1, Изменение технологической схе 0, мы и внесение дополнительных эле 0 50 100 150 200 250 ментов позволили перейти на непре Время, мин рывную схему работы с последова NaOH(1) Cl(1) NaOH(3) Линейная (NaOH(1)) Линейная (Cl(1)) Линейная (NaOH(3)) Рис. 9. Динамика процесса по непре- тельным включением аппаратов. При рывно-последовательной схеме элек- этом общая скорость процесса отде тромембранной утилизации продув- ления и концентрирования щелочи ки испарителей. возросла в 10 раз по сравнению с ис ходной периодической схемой. В схему установки добавлены 3 насоса пони женной мощности. В трубной системе добавлены новые линии и вентили, обеспечивающие непрерывную последовательную работу одновременно двух аппаратов. Внесенные усовершенствования позволяют обеспечить работу уста новки в непрерывном «безлюдном» режиме.

В результате обработки 1 тонны продувочной воды с общим солесодержа нием 30 кг/т образуется DЩ =0,05 тонн щелочного раствора и DСР = 1,05 тонн чистого солевого раствора. Для реализации процесса используется DОВ = 0, тонны обессоленной воды. Расход электроэнергии 13 кВт*ч.

Стоимость образующейся щелочи в пересчете на концентрацию составляет СЩ=3522 руб/т, стоимость получаемого солевого раствора - ССР=10 руб/т.

Количество неиспользованной продувки составляет около 30 т/сут зимой и около 7,2 т/сут летом. В течение года количество неиспользованной продувки составляет около Dпрод =8760 т/год. При обработке указанного объема про дувочной воды затраты, связанные с использованием обессоленной воды, со ставляют ЗОВ=1,75 тыс. руб/год.

Экономический эффект от использования ЭМУ с учетом затрат на подго товку обессоленной воды составляет 1,5 млн. руб/год и за счет повторного ис пользования извлекаемых продуктов будет увеличиваться пропорционально росту цен на замещаемые реагенты. Экономический эффект при сокращении сброса промышленных стоков будет увеличиваться пропорционально росту ставок платы за негативное воздействие на окружающую среду.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1) Проведен анализ технологической схемы водоподготовки с ионитной и испарительной ВПУ на примере Казанской ТЭЦ-3. Выполнен расчет солевого состава продувочной воды испарителей с использованием данных по качеству воды.

2) Разработаны схемы электромембранной переработки продувочной во ды испарителей, позволяющие выделить ценные сырьевые компоненты, по вторно используемые в производственном цикле:

- схема получения щелочного и кислотного растворов из продувочной во ды испарителей;

- сокращенная схема получения щелочного и кислотного растворов;

- схема получения щелочного и умягченного раствора.

3) На Казанской ТЭЦ-3 внедрена новая технология переработки жидких отходов водоподготовительной установки с получением и повторным исполь зованием в цикле станции умягченного солевого и щелочного растворов. Со здан замкнутый цикл, обеспечивающий бессточность технологии водоподго товки ТЭС. Получен акт внедрения.

4) Впервые получены данные опытно-промышленных испытаний элек тромембранной технологии переработки высокоминерализованных стоков с получением умягченного солевого и щелочного растворов, позволяющие со здать непрерывно-последовательную схему высокой эффективности.

5) Результаты исследований, а также разработанные схемы могут быть использованы при создании малоотходных комплексов водопользования как на существующих ТЭС и других производствах в процессе их реконструкции, так и при сооружении новых.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ В изданиях из перечня ВАК Минобрнауки России:

1. Чичирова, Н.Д. Экологическая и экономическая эффективность внедрения ресурсосберегающих технологий на тепловых электрических станциях / Н.Д.Чичирова, А.А.Чичиров, А.Г.Королёв, Т.Ф.Вафин // Труды Академ энерго. – 2010.- №3. – С. 65-71.

2. Chichirova, N.D. Prospects of environmentally friendly thermal power plant de velopment / N.D.Chichirova, A.A.Chichirov, I.H.Gaifullin, A.G.Korolev // Transactions of Academenergo. – 2010- №4.-c.33-53.

3. Чичирова, Н.Д. Разработка и создание ТЭС с высокими экологическими по казателями / Н.Д.Чичирова, А.А.Чичиров, А.И.Ляпин, А.Г.Королёв, Т.Ф.Вафин // Труды Академэнерго. – 2010.- №1. –С. 34-44.

В других периодических изданиях:

4. Фардиев, И.Ш. Опыт создания комплексной малоотходной системы водо пользования на Казанской ТЭЦ-3 / И.Ш.Фардиев, И.А.Закиров, И.Ю.Силов, И.И.Галиев, А.Г.Королев, В.В.Шищенко, А.С.Седлов, И.П.Ильина, С.В.Сидорова, Ф.Р.Хазиахметова // Новое в российской энергетике. – 2009.- №3 с.30-37.

В материалах конференций:

5. Королев, А.Г. Ресурсосберегающие технологии утилизации продувочных вод испарителей на базе электромембранной установки с возвратом щелочи в цикл станции. // III Всероссийский конкурс молодых специалистов инжи нирингового профиля в области энергетики: материалы докладов.

с.Дивноморское, Краснодарский край. - 2009. - с.61-71.

6. Вафин, Т.Ф., Королёв, А.Г., Ляпин, А.И. Электродиализная технология раз деления продувочной воды на ТЭЦ // XV Международная научно техническая конференция «Состояние и перспективы развития электротех нологии» (Бернардосовские чтения): материалы докладов. – Иваново. – 2009. - Т.1. - С.205.

7. Вафин, Т.Ф., Королёв, А.Г. Ляпин, А.И. Электродиализная технология пе реработки сточных вод ТЭС // IV Международная молодежная научная конференция «Тинчуринские чтения»: материалы докладов. – Казань. 2009. - Т.2. - С. 153-154.

8. Вафин, Т.Ф., Королёв, А.Г. Электродиализная установка для утилизации сточных вод ВПУ ТЭС и генерации щелочи // V Международная молодеж ная научная конференция «Тинчуринские чтения»: материалы докладов. – Казань. - 2010. - Т.2. - С.167-168.

Вафин, Т.Ф., Королёв, А.Г. Утилизация стоков испарительной установки с 9.

возвратом щелочи в цикл станции // XVI Международная научно техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, элек тротехника и энергетика»: материалы докладов. – Москва. – 2010. - Т.3. – С.152-153.

10. Вафин, Т.Ф., Королёв, А.Г., Чичирова, Н.Д., Чичиров, А.А. Внедрение элек тромембранной технологии для очистки стоков Казанской ТЭЦ-3 // VII Школа-семинар молодых ученых и специалистов под руководством акаде мика РАН В.Е. Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении»: материалы докладов. - Казань.- 2010.- С. 434-436.

11. Вафин, Т.Ф., Королёв, А.Г. Применение электродиализа для переработки сточных вод // XVIII Международная молодежная научная конференция «Туполевские чтения»: материалы докладов. - Казань. - 2010. - Т.2. - С.230-231.

12. Вафин, Т.Ф., Королёв, А.Г. Технология переработки сточных вод ТЭС с применением электродиализа // Международная научная конференция «Со временные научно-технические проблемы теплоэнергетики и пути их реше ния»: материалы докладов. - Саратов. - 2010.- С.176-177.

13. Вафин, Т.Ф., Королёв, А.Г. Ресурсосберегающая технология переработки промышленных стоков на базе электромембранных модулей // XVII Меж дународная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Ра диоэлектроника, электротехника и энергетика»: материалы докладов. Москва. – 2011. - Т.3. – С.156-157.

14. Вафин, Т.Ф., Королёв, А.Г. Современные технологии в схеме переработки сточных вод ТЭС // XIII Всероссийский студенческий семинар «Энергетика:

эффективность, надежность, безопасность»: сборник трудов. - Томск. 2011. - Т.2. - С.101-102.

15. Вафин, Т.Ф., Королёв, А.Г. Бессточные технологии водоподготовки для экологически безопасных ТЭС // XVI Международная научно-техническая конференция «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (Бернардосовские чтения): материалы докладов. – Иваново. – 2011. - Т.2. С.105-106.

16. Вафин, Т.Ф., Королёв, А.Г. Принципиальная технологическая схема перера ботки сточных вод ВПУ ТЭС // Международная молодежная научная кон ференция по естественнонаучным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу – творчество молодых»: материалы докладов. - Йошкар-Ола. 2011. - С.138-139.

Изд. лиц. № 00743 от 28.08.2000 г.

Подписано к печати 15.04.2010 Формат 6084/ Гарнитура «Times» Вид печати РОМ Бумага офсетная Физ. печ. л. 1.0 Усл.печ.л. 0.94 Уч.-изд. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ № Типография КГЭУ 420066, Казань, Красносельская, 51.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.