CC BY
56Раздел ^.Инженерное обеспечение
УДК 621.311
РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ НА ОБЪЕКТАХ БОЛЬШОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Чичиров А.А., Чичирова Н.Д., Филимонова А.А., Минибаев А.И., Филимонов А.Г.
ФГБОУ ВО «Казанский государственный энергетический университет» 420066, г. Казань, ул. Красносельская, 51 aachichirova@mail.ru
Аннотация. В современном мире внимание общественности нацелено на глобальные экологические проблемы, в том числе все больший интерес вызывает комплексный подход к решению проблемы сточных вод в масштабе всей электростанции. Основные составляющие комплексного подхода состоят в применении оборотного и многократном использования природной воды для максимально возможного сокращения ее потребления и объема образования сточных вод. С учетом значительных штрафов, которые станция платит за превышение установленных нормативов предельно допустимых сбросов по отдельным компонентам, включая характерные для сбросов сульфаты и хлориды, необходимо стремиться к созданию малосточных и бессточных систем водопользования ТЭС, используя наилучшие доступные технологии. В статье представлены результаты проведенного системного анализа структуры водопользования, определены источники образования и состава засоленных сточных вод установок и аппаратов водоподготовительных узлов и водооборотных подсистем Нижнекамской ТЭЦ (ПТК-1). На основании представленных данных предложены схемные решения по снижению сульфатов в сточных водах, сокращению объема сточных вод и выделению ценных химических реагентов из щелочных регенерационных и отмывочных растворов. Для реализации технологий регенерации предполагается использование новых решений по конструкции электромембранных модулей, способных перерабатывать высокоминерализованные жидкие отходы водоподготовительных установок предприятий большой энергетики и промышленных предприятий. Полученные в результате электромембранной обработки продукты возможно повторно использовать в технологическом цикле станции. Для энергетических предприятий России задача взаимоувязанной комплексной водоподготовки и переработки жидких отходов с выделением ценных химических компонентов и возвратом их в голову системы не ставится. В связи с этим задача разработки мембранных технологий и применения мембранных модулей в качестве «хвостовых» установок при создании замкнутых систем водооборота на энергетических предприятиях является новой и весьма актуальной.
Ключевые слова: тепловая электрическая станция, электромембранные технологии, электродиализное разделение, высокоминерализованные щелочные отходы.
ВВЕДЕНИЕ
Тепловые электрические станции являются одним из основных источников
высокоминерализованных стоков, оказывающих негативное влияние на экологию водных систем региона. Минимизация сбросов сточных вод требует повышения коэффициента водооборота на станциях, что возможно при создании малоотходных или безотходных схем водопользования [1-3].
Технически возможно создание бессточной водоподготовительной установки (ВПУ), на которой из сточных вод выделяют ценные товарные продукты в твердом виде посредством обработки стоков на многоступенчатой испарительной установке. Однако такой способ утилизации экономически нецелесообразен. Поэтому перед исследователями стоит задача создания менее затратного замкнутого цикла водопользования на ТЭС. Это должно быть реализовано не только путем усовершенствования многих существующих технико-экономических решений по обработке воды различного состава, необходим также учет экономического влияния примесей технологических потоков, используемых
реагентов и конкретные экономические и экологические оценки ущерба, причиняемого окружающей среде в результате сбросов, а также привлечение новых более современных технологий.
Ядром высокоминерализованных стоков на ТЭС выступают ВПУ, прежде всего установки ионитного обессоливания. Главным источником жидких высокоминерализованных отходов являются отработанные регенерационные растворы ионитных фильтров. Именно при ионитном обессоливании в технологическую схему ВПУ вводится основное количество №+ в виде NaOH и сульфатов в виде H2SO4.
В настоящее время на большинстве ТЭС кислые высокоминерализованные стоки с катионитовых фильтров и щелочные высокоминерализованные стоки с анионитовых фильтров ВПУ взаимно нейтрализуют и конечный высокоминерализованный сток сбрасывают.
Практикуемый в ряде стран способ утилизации высокоминерализованных стоков упариванием с захоронением твердых солей нельзя назвать удачными, так как при этом способе безвозвратно теряются все ценные химические компоненты стоков. Вариантом этого способа является раздельная утилизация регенерационных
растворов с ионитных фильтров в виде маломинерализованных и
высокоминерализованных регенерационных вод. Маломинерализованные стоки предлагается возвращать в технологический цикл, а высокоминерализованные упаривать до увлажненных солевых остатков [4].
В рамках концепции малосточных и бессточных систем водопользования необходимо извлекать ценные компоненты из стоков с последующим полезным использованием их в цикле водооборота станции. Для этих целей наилучшим решением является применение «хвостовых» электромембранных установок. Электромембранные аппараты целевого назначения, установленные на стоках, создают возможность замкнуть весть регенеративный цикл ионообменной и баромембранной ВПУ. Это является принципиальный решением
экономической и экологической задач. Электромембранные методы позволяют значительно сократить годовой объем сточных вод ВПУ и концентрацию ионов в стоках [5-7].
В данном контексте наибольший интерес представляет использование электродиализного концентрирования стоков до уровня, пригодного для повторного использования в цикле ТЭС. При этом особое внимание стоит уделить щелочным стокам ВПУ, поскольку они не содержат ионов жесткости, а сама щелочь - дорогостоящий реагент. Щелочные стоки можно подвергнуть регенерации на электромембранной установке с выделением и возвратом в рабочий цикл №ОН [8].
Эффективный способ регенерации кислот предлагается путем ионообменного извлечения их из отработанных растворов Н-фильтров с последующей утилизацией в системах оборотного охлаждения, теплосети (для стабилизационной обработки), в схеме регенерации Н-катионитных фильтров химобессоливания или ВПУ теплосети
[9,10].
В последнее время технологии водоподготовки, основанные на ионном обмене, начинают уступать свои лидирующие позиции мембранным технологиям в связи с определенными преимуществами у последних. Являясь производителем обессоленной воды высокого качества, баромембранные ВПУ сбрасывают еще больший объем сточных вод. Объем концентрата обратноосмотической установки составляет 20% от производительности ВПУ и представляет собой высокоминерализованный щелочной отход, характеризующийся значением рН = 9,9 - 11,0.
Несмотря на относительную новизну баромембранных технологий в водоподготовке, в настоящее время предлагаются различные способы по снижению объема сточных вод [11] и различные схемы утилизации концентрата
обратноосмотических установок [6, 12].
Вторым по значимости производителем сточных вод является система оборотного охлаждения, объемы которой сопоставимы с ВПУ.
В последнее время многие станции осуществляют переход на использование продувочной воды системы оборотного охлаждения в качестве исходной на ВПУ, что значительно сокращает общий объем сточных вод. Эта технология осуществима при коэффициенте упаривания, не превышающем 1,5, в том случае, если солесодержание исходной воды не более 500 мг/л, и не более 1,2, если солесодержание выше этого значения [13].
Филиал ОАО «ТГК-16» - «Нижнекамская ТЭЦ (ПТК-1)» является самой крупной промышленно-отопительной ТЭЦ в Республике Татарстан. Установленная электрическая мощность - 880 МВт, Установленная тепловая мощность - 3 746 Гкал/ч. Обеспечивает электрической энергией и теплом г. Нижнекамск и регион, а также крупнейший в Европе комплекс химических и нефтехимических предприятий (ПАО
«Нижнекамскнефтехим»). Нижнекамская ТЭЦ (ПТК-1) потребляет большое количество природной воды р. Кама 13 млн. т/год и сбрасывает 4,5 млн. т/год производственных засоленных сточных вод. При этом в сточных водах отмечается превышение ПДК по некоторым химическим компонентам. Нижнекамская ТЭЦ (ПТК-1) остро испытывает нехватку исходной природной воды, а огромный объем сточных вод оказывает ощутимую нагрузку на экологию региона. Сточные воды Нижнекамской ТЭЦ (ПТК-1) подаются на блочные очистные сооружения ПАО
«Нижнекамскнефтехим», которые после очистки сбрасываются в природные водоемы. Очистка на блочных очистных сооружениях не обеспечивает сокращение высокой минерализации сточных вод. Следствием является повышение минерализации природных водоисточников (р. Кама), за что Нижнекамская ТЭЦ (ПТК-1) платит большие штрафы.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2014-2020 годы» нами проведен системный анализ структуры водопользования, определены источники образования и состава засоленных сточных вод установок и аппаратов водоподготовительных узлов и водооборотных подсистем Нижнекамской ТЭЦ (ПТК-1). Проведен анализ схем и оборудования обессоливающей установки химических цехов предприятий Индустриального партнера. Данная работа была проделана для оценки возможности создания и последующей разработки технологий замкнутых систем водопользования предприятия, в том числе с применением электромембранных модулей.
Для отработки предлагаемых технологий изготовлен лабораторный электромембранный стенд. На лабораторном электромембранном
стенде проведены теоретические и экспериментальные исследования массообменных процессов, протекающих при регенерации ионоселективных анионо- и катионообменных материалов высокоминерализованными растворами сложного состава. Разработаны математические модели и компьютерная программа для расчета физико-химических процессов, протекающих при регенерации.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ АНАЛИЗ
Для актуализации проблемы водопользования был проведен анализ схем и существующего оборудования обессоливающих установок химических цехов филиала ОАО «ТГК-16» -«Нижнекамская ТЭЦ (ПТК-1)». Водоподготовка, состоящая из двух цехов химводоочистки с суммарной проектной выработкой
химобессоленной воды более 3000 т/ч, делает Нижнекамскую ТЭЦ (ПТК-1) уникальным объектом отечественной энергетики. По этой
Исходная вода подается на ХВО-1 по трем трубопроводам (Рис. 1). В осветлителях вода проходит известкование и коагуляцию сернокислым железом. Приготовление
обессоленной воды осуществляется по схеме двухступенчатого обессоливания, которая предусматривает последовательную обработку воды на Н-катионитовых и ОН-анионитовых фильтрах. Производительность обессоливающей установки 1500 м3/час.
Исходной водой для ХВО-2 (Рис. 2) является циркуляционная вода из оборотной системы охлаждения турбин (СОО), а также возвращаемые воды с очистных сооружений. Речная вода проходит предварительную очистку в осветлителях по методу известкования с коагуляцией.
Установка состоит из четырех самостоятельных блоков. В состав I блока входит 8 Н-прот. фильтра, 4 Ан полуцепочки, установка обратного осмоса УОО-166, установка непрерывной электродеионизации ЭДИ №1,2. Производительность I и II блоков составляет 900 т/час, III, IV блоков - 550 т/ч.
причине предприятие оказывает интенсивное воздействие на окружающую среду, так как является крупнейшим потребителем природных ресурсов (речной воды и органического топлива), в связи с чем образует большое количество загрязняющих веществ с уходящими газами от котлов и минерализованными стоками от водоподготовительных установок. В этой же связи электростанция является крупным
отходообразующим предприятием, главным образом за счет отходов, образующихся при подготовке добавочной воды для восполнения потерь, связанных с отпуском на производство значительных объемов технологического пара. Поэтому поиск путей решения вопросов экологической безопасности на электростанции всегда имел первостепенное значение.
В настоящее время исходная вода на химводоочистке ХВО-1 и ХВО-2 забирается из системы оборотного охлаждения.
Яг
н-нст.
Химическое обессоливание воды
производится следующим образом: Н-катионирование I ступени, декарбонизация, ОН-анионирование I ступени, Н-катионирование II ступени, ОН - анионирование II ступени. Так же, параллельно после осветления на механических фильтрах, часть воды поступает на натрий-катионитовые фильтры, далее на установку обратного осмоса УОО-166 и на финишную доочистку на установку непрерывной электродеионизации ЭДИ №1,2.
При обработке воды в обессоливащей установке применяются следующие химреагенты: а) серная кислота для регенерации катионита в водород-катионитовых фильтрах; б) едкий натр -для регенерации анионитов в анионитовых фильтрах; в) соль поваренная - для регенерации катионита в фильтрах подпитки теплосети, для обработок высокоосновного анионита, для промывок модулей обратного осмоса и непрерывной электродеионизации
Рис.1. Принципиальная схема ХВО-1. Fig. 1. Schematic diagram of chemical water purification № 1.
Рис. 2. Принципиальная схема ХВО-2. Fig. 2. Schematic diagram of chemical water purification № 2.
Основные реагенты, используемые для обработки воды на станции - это сульфатсодержащие вещества - сульфат железа и серная кислота. Кроме того, сброс сульфатов со сточными представляет наибольшую проблему в связи со значительными штрафами, которые станция платит за превышение установленных нормативов предельно допустимых сбросов по отдельным компонентам, включая характерные для
сбросов сульфаты. Поэтому балансу по сульфатам уделено особое внимание.
По результатам химического анализа и математического расчета водокомпонентного баланса сточных вод установок и аппаратов водоподготовительных узлов и водооборотных подсистем Нижнекамской ТЭЦ (ПТК-1) была составлена схема и сформулированы основные проблемы водопользования (Рис. 3).
Г
к/о
ктц
LS5 [0]
2276 [0] Пар
Рис 3. Водо-компонентный баланс Нижнекамской ТЭЦ (ПТК-1) на октябрь 2017 г. Цифрами без скобок указан расход воды, т/ч. В квадратных скобках указано содержание сульфатов, г/т основного потока. * - Примерное содержание, без
расчета рецикла.
Fig. 3. Water-component balance of Nizhnekamsk TPP for October 2017. Figures without brackets indicate water flow, t / h. The square brackets indicate the sulfate content, g / t of the main stream. * - Exemplary content, without recalculation.
Основными проблемами водопользования на филиале ОАО «ТГК-16» - «Нижнекамская ТЭЦ (ПТК-1)» являются:
- Большой объем высокоминерализованных сточных вод с водоподготовительных установок ХВО-1 и 2 на Нижнекамской ТЭЦ (ПТК-1). В среднем их объем составляет 500 т/ч или до 25 % от производства химобессоленной воды ХОВ;
- Содержание сульфатов в сточных водах на Нижнекамской ТЭЦ (ПТК-1) сильно завышено и составляет порядка 2100 мг/л при нормативе 800 мг/л. За превышение сброса сульфатов со сточными водами Нижнекамской ТЭЦ (ПТК-1) выплачивает штрафы, составляющие более 100 млн. руб./год;
- Высокий удельный расход химических реагентов, в том числе серной кислоты, и натриевой щелочи на регенерацию;
- В последнее время возникла необходимость увеличения производства ХОВ на 370 т/ч. При этом на станции существует недостаток площадей и оборудования.
- Большой объем щелочных жидких отходов, являющихся перспективными для электромембранной переработки.
В связи с актуальностью выявленных проблем при комплексном анализе структуры водопользования основной целью является разработка технических решений по усовершенствованию ВПУ Нижнекамской ТЭЦ (ПТК-1).
В настоящее время исходная вода на ХВО-1 и ХВО-2 забирается из СОО. Вода в СОО за счет испарения в башенных градирнях частично концентрируется. Коэффициент упаривания (Ку) по данным за 2017 год в среднем составил 1,07, коэффициент концентрирования по сульфатам также равнялся 1,07. Это означает, что солесодержание в циркуляционной воде СОО и, соответственно, сырой воде поступающей на ХВО на 7% выше, чем в исходной воде реки Кама. Соответственно, на установках обессоливания расход реагентов (H2SO4 и №ОН) на 7% выше, чем было бы при питании непосредственно Камской водой, и содержание сульфатов в сточных водах ХВО-1 и ХВО-2 тоже на 7% повышено.
Кроме того, за счет испарения и удаления свободной угольной кислоты в башенных градирнях происходит подщелачивание (увеличение рН) циркуляционной воды. В результате, как показывают расчеты и результаты химического анализа, из циркуляционной воды в СОО происходит осаждение малорастворимых солей жесткости (Са, Mg) в основном в виде СаСО3 и силикатов в основном в виде SiO2 • пН20 • mFe2Oз • pMgO, высокомолекулярных органических веществ (гумусовые вещества) в виде гуматов и фульватов. Объем отложений в СОО составляет десятки тонн в месяц. Отложения происходят в основном на поверхности трубок конденсаторов паровых турбин за счет повышенной температуры и на элементах
(разбрызгивающие сопла, оросители) за счет испарения воды и местного концентрирования.
В связи с полученными результатами можно предложить для сокращения потребления реагентов на обработку воды при получении химически обессоленной воды и сокращения содержания сульфатов в стоках осуществить питание ХВО исходной водой из реки Кама, а не циркуляционной водой из СОО. В то же время при получении химически очищенной воды для подпитки теплосети не требуется полного удаления солей и не применяются реагенты - H2SO4 и №ОН, т.е., питание установки подпитки тепловой сети можно осуществлять продувочной водой СОО. Для предотвращения процессов образования отложений в конденсаторе турбин и башенных градирнях необходима стабилизационная обработка циркуляционной воды СОО.
Из полученных данных следует, что поступление сульфатов в воду Нижнекамской ТЭЦ (ПТК-1) почти на 80 % обеспечено за счет подачи серной кислоты на регенерацию Н-катионитных фильтров и на 86 % за счет реагентов (H2SO4 + FeSO4). Выход сульфатов со станции на 99 % происходит со сточными водами. Для снижения содержания сульфатов можно произвести замену сульфатсодержащего коагулянта на
хлорсодержащий. Поступление сульфатов в сточные воды с коагулянтом (FeSO4) составляет 6,9 % от их общего количества. Следовательно, замена FeSO4 на FeQ3 позволит снизить содержание сульфатов в сточных водах примерно на 7%. Принцип действия обоих коагулянтов аналогичен -это гидролиз в щелочном растворе с образованием хлопьевидного осадка гидроксида железа.
Далее мы предлагаем схемы регенерации ионитных фильтров с сокращенными расходами реагентов и стоков. Суть технологий заключается в следующим: при регенерации предварительный перевод Н-катионита первой ступени в №-форму, «развитая» регенерация анионитных фильтров первой ступени щелочной частью отработанных регенерационных растворов анионитных фильтров второй ступени и затем свежей щелочью, «развитая» регенерация катионитных фильтров первой ступени кислыми отработанными регенерационными растворами с катионитных фильтров второй ступени, регенерация слабоосновных анионитных фильтров первой ступени раствором извести.
С целью сокращения удельного расхода реагентов и воды на регенерацию фильтров мы предлагаем каскадную ступенчатую отмывку ионитных фильтров. При использовании каскада из 3-х аппаратов (аппарат - бак с насосом) возможно снижение удельного расхода воды на отмывку в несколько раз при сохранении качества отмывки. Каскадный метод отмывки фильтров позволит сократить удельный расход воды на отмывку примерно в 5 раз.
При совместной реализации технологий предварительной регенерация Н-катионита первой
ступени №-солями и повторным использованием кислоты и щелочи с технологией ступенчатой (каскадной) отмывки ионитов возможно снижение удельного расхода серной кислоты почти до стехиометрического - 1,1 г-экв/г-экв. За счет этого количество сульфатов в стоках снижается на 50%, а в результате технологии ступенчатой промывки фильтров объем отмывочных вод снижается с 419 т/ч до 50 т/ч. Таким образом, возможно снижение расхода воды на собственные нужды и повышение производительности ХВО-1,2 на 350 т/ч.
В сточных водах ХВО-1,2 преобладают кислые компоненты. Для доведения рН стоков до норматива (рН = 6-9) необходима нейтрализация кислоты. В настоящее время для нейтрализации сточных вод используется известь (ХВО-1) или содосодержащие жидкие отходы ПАО «Нижнекамскнефтехим» (ХВО-2).
Шлам водоподготовки ХВО-1,2
Нижнекамской ТЭЦ (ПТК-1) состоит на 70% из СаСО3, на 11% из MgCOз и на 3% из Fe(OH)з. При нейтрализации кислых стоков шламом водоподготовки возможны следующие реакции:
H2SO4 + CaCOз = CaSO4| + H2O + ТО2Т H2SO4 + Mg(OH)2 = MgSO44 + 2H2O
Fe(OH)3 остается в нерастворимом состоянии.
В результате нейтрализации получается насыщенный раствор гипса (СаSO4), содержащий дополнительно соли магния и натрия. Из раствора выделяется гипсовый шлам, который вывозится в качестве твердого отхода, а нейтрализованные сточные воды сбрасываются. Снижение сульфатов в сточных водах в результате данной технологии составляет 30%.
Основной экономический и экологический эффекты планируются от реализуемой в данном проекте технологии извлечения ценных химических компонентов из водных отходов теплоэнергетического комплекса Нижнекамской ТЭЦ (ПТК-1) с их последующей утилизацией. Главным условием, определяющим успешность предлагаемого решения, является отбор и последующая переработка концентрированных жидких отходов непосредственно с узлов и установок водопользования ТЭС. Стоки с начальных и промежуточных стадий технологической цепочки имеют
высококонцентрированный, малокомпонентный состав, определенную характерную рН, что в совокупности дает возможность для их разделения на отдельные, подходящие для последующей утилизации компоненты. Таким образом, предполагается заниматься проблемой не «с конца», т.е. очищать сточные воды, имеющие, как известно, очень сложный многокомпонентный состав и большой объем воды, что экономически нецелесообразно, а, решать данную проблему, начиная с ее фундамента, используя системный анализ водного баланса производства и новые технологии водоподготовки.
Для реализации технологий предполагается использование новых решений по конструкции электромембранных модулей, способных перерабатывать высококонцентрированные
неорганические отходы с узлов и установок комплекса предприятия большой энергетики.
Организация электромембранной переработки отходов непосредственно в узлах их образования позволит реализовать процесс извлечения щелочи. В то же время, получение кислоты в чистом виде затруднительно. Возможно получение только смеси кислот (серной, соляной и азотной), которая имеет невысокую стоимость. Дальнейшее их разделение представляется экономически нецелесообразным. Это ограничивает область применения кислотной смеси в технологическом цикле станции. Кроме того, в случае переработки кислых отходов ужесточаются требования к конструкционным материалам электромембранных аппаратов.
Была проведена серия опытов по электромембранной утилизации щелочных отработанных регенерационных растворов и промывочных вод анионитных фильтров II ступени. Образцы технологических растворов получены на Нижнекамской ТЭЦ (ПТК-1).
На основании полученных результатов по диффузионному разделению компонентов соле-щелочных растворов предложена технологическая схема выделения щелочи, включающая, по крайней мере, два аппарата - диффузионно-диализный экстрактор и электродиализный концентратор. Наличие второго аппарата обусловлено необходимостью получения концентрированного щелочного раствора, пригодного для использования в технологическом цикле ВПУ.
В результате электромембранной обработки по гидравлической схеме диффузионно-диализной экстракции и электродиализной концентрации образуется прозрачный щелочной раствор с рН 13,4 и концентрацией ОН- ионов, более чем в 10 раз превосходящей содержание их в исходном растворе. В полученном концентрате в допустимых пределах присутствуют нежелательные примеси (органические вещества, железо, силикаты). Однако, солевые компоненты - сульфаты и хлориды содержатся в нем уже в значимых количествах, хотя их наличие не мешает повторному использованию щелочного раствора в цикле ВПУ.
При необходимости, можно осуществить дополнительную очистку щелочного раствора электромембранным методом с мембранным пакетом включающим мембраны слабоосновного анионита. На выходе из которого образуется щелочной (рН 13,3) раствор с незначительным содержанием солевых компонентов.
Конструктивно диффузионно-диализный и электродиализный аппараты (общее название электромембранные аппараты) однотипны и представляют собой пакет, набираемый последовательным чередованием ионообменных
мембран и межмембранных прокладок с сепараторами-турбулизаторами потока. В зависимости от объема и состава жидких отходов, поступающих на обработку, возможна организация режимов поочередной работы аппаратов. При поступлении на обработку большого объема отходов целесообразно использовать схему с одновременной работой двух аппаратов. При наличии в полученном щелочном растворе компонентов, мешающих использованию его в технологическом цикле, можно осуществить дополнительную очистку с использованием третьей ступени обработки.
Получаемый концентрированный щелочной раствор (концентрат) имеет достаточно высокую чистоту и может использоваться в цикле станции для регенерации анионитных фильтров I ступени. Умягченный солевой раствор возможно подавать на подпитку теплосети.
В результате электромембранной переработки жидких высокоминерализованных щелочных отходов Нижнекамской ТЭЦ (ПТК-1) образуется в среднем 70 кг/ч 40 %-ного щелочного раствора.
Таким образом, в год количество получаемого щелочного раствора при непрерывной работе установки составит 613 тонн.
ВЫВОДЫ
Выполнен системный анализ структуры водопользования Нижнекамской ТЭЦ (ПТК-1). Определены источники и состав жидких минерализованных отходов.
Для сокращения потребления реагентов на обработку воды при получении химически обессоленной воды и сокращения содержания сульфатов в стоках необходимо осуществить питание химических обессоливающих установок исходной водой из реки Кама, а не циркуляционной водой из системы оборотного охлаждения. В то же время получение химически очищенной воды на подпитку тепловой сети можно осуществлять продувочной водой системы оборотного охлаждения.
Замена сульфатсодержащего коагулянта на хлорсодержащий на предочистке снижает содержание сульфатов в сточных водах на 7%.
Предложены схемы регенерации ионитных фильтров с сокращенными расходами реагентов и стоков, которые совместно с каскадной ступенчатой отмывкой ионитных фильтров приводят к уменьшению содержания сульфатов в стоках до 50% и объему отмывочных растворов до 50 т/ч. Данные мероприятия позволяют повысить производительность химических обессоливающих установок на 350 т/ч.
Нейтрализация кислых стоков шламом водоподготовки позволяет сократить содержание сульфатов в них на 30%.
Разработана технология переработки жидких щелочных отходов с получением чистого щелочного раствора, пригодного для дальнейшего использования
в производственном цикле Нижнекамской ТЭЦ (ПТК-1).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бойко Н.И., Одарюк В.А., Сафонов А.В. Основные направления безотходных и малоотходных технологий // Технологии гражданской безопасности. 2015. Т. 12. № 1 (43). С. 68-72.
2. Мамет А.П., Таратута В.А., Юрчевский Е.Б. Принципы создания малоотходных водоподготовительных установок // Теплоэнергетика. 1992. № 7. С. 2-5.
3. Седлов А.С., Федосеев Б.С., Шищенко В.В. Современные технологии водоподготовки на ТЭС и их экологическая оценка // Современные природоохранные технологии в электроэнергетике: Информационный сборник. Москва, 2007. С. 126148.
4. Ларин Б.М., Ерёмина Н.А., Будаева А.Ю. Технологические решения для утилизации регенерационных вод установки химического обессоливания добавочной воды на ТЭС // Международная научно-техническая конференция «Состояние и перспективы развития электро- и теплотехнологии» (XVIII Бенардосовские чтения) (Иваново, 27-29 мая 2015 г.) : мат. докл. Иваново, 2015. В 4 т. Т 2 С. 92-95.
5. Римашевская Е.Д. Разработка малосточной ВПУ ТЭЦ // VI международная научно-техническая конференция «Электроэнергетика глазами молодежи» (Иваново, 9-13 ноября 2015 г.) : мат. докл. Иваново, 2015. В 2 т. Т 2. С. 358-363.
6. Малахов Г.И., Шищенко В.В., Боровкова И.И. Малоотходная технология подготовки добавочной воды в системы тепловодоснабжения // Новое в российской электроэнергетике. 2009. № 6. С. 45-51.
7. Кучерик Г.В., Омельчук Ю.А., Заблоцкая Е.В. Разработка ресурсосберегающих систем водопотребления в энергетике // Научно -практическая конференция с международным участием «Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность - 2017» (Севастополь, 11-15 сентября 2017 г.) : мат. док. Севастополь, 2017. С. 750-752.
8. Chichirova N.D., Chichirov A.A., Lyapin A.I., Minibaev A.I., Silov I.Y., Tolmachev L.I. Electromembrane recycling of highly mineralized alkaline blowdown water from evaporative water treatment plants at thermal power stations // Thermal Engineering. 2016. Т. 63. № 14. С. 1046-1050. DOI: 10.1134/S0040601516140044
9. Малахов И.А., Космодамианский В.Е., Храмчихин А.М., Малахов Г.И. Утилизация кислотно-щелочных сточных вод установок химобессоливания на ТЭС // Теплоэнергетика. 2000. № 7. С. 15-19.
10. Веселовская Е.В., Луконина О.В., Шишло А.Г. Современные проблемы реконструкции водоподготовительных установок
теплоэнергетических предприятий // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. 2012. № 2 (166). С. 63-66.
11. Чичирова Н.Д., Чичиров А.А., Филимонова А.А., Саитов С.Р. Повышение экологических и эксплуатационных характеристик водоподготовительных установок ТЭС на основе баромембранных технологий // Теплоэнергетика. 2017. № 12. С. 67-77.
12. Юрчевский Е.Б., Солодянников В.В. Расчетно-экспериментальное обоснование схем утилизации концентрата, образующегося в цикле обратноосмотических обессоливающих установок // Теплоэнергетика. 2018. № 7. С. 92-98.
13. Моисейцев Ю.В., Шищенко В.В. Сокращение водопотребления и водоотведения на ТЭС // Теплоэнергетика. 2001. № 10. С. 71-75.
REFERENCES
1. Boiko N.I., Odaryuk V.A., Safonov A.V. The main directions of non-waste and low-waste technologies // Tekhnologii grazhdanskoi bezopasnosti. 2015. T. 12. № 1 (43). pp. 68-72. (In Russian).
2. Mamet A.P., Taratuta V.A., Yurchevskii E.B. Principles for the development of low-waste water treatment plants // Teploenergetika. 1992. № 7. pp. 25. (In Russian).
3. Sedlov A.S., Fedoseev B.S., Shishchenko V.V. Sovremennye tekhnologii vodopodgotovki na TES i ikh ekologicheskaya otsenka // Modern environmental technologies in the electric power industry: Information collection. Moscow, 2007. pp. 126-148. (In Russian).
4. Larin B.M., Eremina N.A., Budaeva A.Yu. Technological solutions for utilization of regenerative waters of a chemical desalination plant for additional water at TPPs. International Scientific and Technical Conference "Condition and Prospects for the Development of Electrical and Thermal Technology" (XVIII Benardos Readings). Ivanovo, 2015. In 4 vol. vol. 2, pp. 92-95. (In Russian).
5. Rimashevskaya E.D. Development of a low-power TPU of a CHP plant // VI International Scientific and Technical Conference "Electrical Power
Through the Eyes of Youth". Ivanovo, 2015. In 2 vol. vol. 2, pp. 358-363. (In Russian).
6. Malakhov G.I., Shishchenko V.V., Borovkova I.I. Low-waste technology for the preparation of additional water in the systems of heat and water supply. 2009. № 6. pp. 45-51. (In Russian).
7. Kucherik G.V., Omel'chuk Yu.A., Zablotskaya E.V. Development of resource-saving water consumption systems in the energy sector. Scientific and Practical Conference with International Participation "Environmental, Industrial and Energy Security - 2017". Sevastopol, 2017. pp. 750-752. (In Russian).
8. Chichirova N.D., Chichirov A.A., Lyapin A.I., Minibaev A.I., Silov I.Y., Tolmachev L.I. Electromembrane recycling of highly mineralized alkaline blowdown water from evaporative water treatment plants at thermal power stations // Thermal Engineering. 2016. T. 63. № 14. C. 1046-1050. DOI: 10.1134/S0040601516140044
9. Malakhov I.A., Kosmodamianskii V.E., Khramchikhin A.M., Malakhov G.I. Utilization of acid-alkaline wastewater of chemical desalination plants at thermal power plants // Teploenergetika. 2000. № 7. pp. 15-19. (In Russian).
10. Veselovskaya E.V., Lukonina O.V., Shishlo A.G. Modern Problems of Reconstruction of Water Treatment Facilities of Heat Power Enterprises // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Severo-Kavkazskii region. Seriya: Tekhnicheskie nauki. 2012. № 2 (166). pp. 63-66. (In Russian).
11. Chichirova N.D., Chichirov A.A., Filimonova A.A., Saitov S.R. Increase of ecological and operational characteristics of water treatment plants of thermal power plants based on baromembrane technologies // Teploenergetika. 2017. № 12. pp. 6777. (In Russian).
12. Yurchevskii E.B., Solodyannikov V.V. Calculation-experimental substantiation of the schemes for utilization of the concentrate formed in the cycle of reverse-osmosis desalting plants // Teploenergetika. 2018. № 7. pp. 92-98. (In Russian).
13. Moiseitsev Yu.V., Shishchenko V.V. Reducing water consumption and sanitation at thermal power plants // Teploenergetika. 2001. № 10. pp. 7175. (In Russian)
DEVELOPMENT OF ENERGY EFFICIENT RESOURCE-SAVING WATER USE SYSTEMS ON OBJECTS OF LARGE POWER ENGINEERING
Chichirov A.A, Chichirova N.D., Filimonova A.A., Minibaev A.I., Filimonov A.G.
Summary In the modern world, the public's attention is focused on global environmental problems, including an integrated approach to the sewage problem on a power plant scale solving. The main components of the integrated approach are the recycled and repeated use of natural water for the maximum possible reduction of its consumption and the wastewater generation volume. Given the significant fines that the station pays for the established limits for maximum permissible discharges for individual components exceeding, including characteristic for discharges sulphates and chlorides, it is necessary to create low-power and drainless water-use systems for thermal power plants using the best available technologies. The article presents the systemic analysis results of the water use structure, formation sources and saline wastewater composition from water treatment units installations and apparatuses and water-rotation subsystems of Nizhnekamsk TPP. On the basis of the presented data, schematic solutions for sulphate reduction in wastewater, wastewater volume reduction and valuable chemical reagents separation from alkaline regeneration and washing solutions are proposed. For the regeneration technologies implementation, it is proposed to use new solutions for the construction of electromembrane modules capable to manufacture highly mineralized liquid waste from water treatment plants of large power station and industrial enterprises. The resulting electromembrane processing products can be re-used in the station technological cycle. For energy enterprises of Russia, the task of interconnected complex water treatment and processing of liquid waste with the separation of valuable chemical components and their return to the system head is not put. In this regard, the task of developing membrane technologies and the use of membrane modules as "tail" installations in the creation of closed water circulation systems at power plants is new and very relevant.
Key words: thermal power station, electromembrane technologies, electrodialysis separation, highly mineralized alkaline waste.
