Чистые ключи - № 1/2005 Печать
Статьи - Решения

Если сточные воды теплоэлектростанций прошли через автоматизированную установку нейтрализации, их сброс в наши реки не нарушит сложившийся веками баланс
Алексей Булгаков, Борис Булгаков.

Выбор технической платформы определяет функциональную эффективность АСУ ТП, ее надежность, долговечность, затраты на создание, обслуживание и проведение ремонтных работ

В наше время автоматизация в большей или меньшей степени уже охватила практически все сферы производственной и непроизводственной деятельности человека. Промышленные роботы, системы управления на транспорте, тренажеры для операторов энергетических объектов, связь и телекоммуникации, электробытовая техника с программируемым управлением...

Автоматизировать можно все, только природа не подлежит автоматизации. Да и не нужно это ни ей, ни всему живому на Земле. Однако если мы решили помочь природе справиться с техногенным давлением на нее, нам придется осваивать экологически чистые и безотходные технологии, устраняя или хотя бы уменьшая вредные выбросы в атмосферу и водоемы. И здесь, как и везде, понадобится автоматика, контролирующая параметры газов и водных растворов, отдаваемых природе промышленностью и энергетикой после использования в производственных процессах воздуха и речной воды.

Еще важнее применение автоматики для управления технологиями нейтрализации вредных веществ, которые могут попасть в окружающую среду. И вот почему. До сих пор такие технологии в подавляющем большинстве реализованы в «ручном исполнении», а это значит, что всегда есть большая вероятость ошибок, забывчивости, халатного отношения к обязанностям на работе, неквалифицированного исполнения инструкций по выполнению тех или иных операций. То есть стопроцентной гарантии в том, что предприятие выполнило свой долг по защите экологии от своего же вредного воздействия, нет.

Только при автоматическом управлении такими процессами можно гарантировать, что предельно допустимые нормы вредных веществ, поступающих в природу, не превышены (автоматика их попросту «не выпустит» с предприятия).

Одним из показательных примеров такого решения является автоматизированная установка нейтрализации сточных вод теплоэлектростанций.

Сутки на усреднение

Тепловые электростанции берут из рек воду для приготовления энергетического пара и применения в системах охлаждения конденсаторов турбин. Использованная в производственном цикле вода загрязняется нефтепродуктами и химически агрессивными веществами (солями, кислотами, щелочами) — продуктами промывки ионообменных фильтров отделений химводоподготовки. В цехе химической подготовки воды на тепловой электростанции средней мощности за сутки образуется и сбрасывается до 1000 м3 сточных вод с показателем рН в пределах от 3 до 6, в то время как допустимыми к сбросу являются растворы, если значение их рН находится в интервале 6,5—8,5.

Как правило, на теплоэлектростанциях (или теплоэлектроцентралях — ТЭЦ) кислых стоков образуется значительно больше, чем щелочных, поэтому после утилизации щелочных вод, поступающих из ионообменных фильтров, в кислые воды приходится добавлять щелочные реагенты: известковое молоко, растворы кальцинированной соды, а иногда и едкого натра.

С позиции рационального использования реагентов и достижения допустимого отклонения от нейтральности среды на выходе из накопительной емкости кислые и щелочные воды следует принимать на обработку раздельно. Это мотивируется тем, что и кислые, и щелочные стоки поступают неравномерно и с различными значениями показателя рН. Поэтому если химический состав кислых и щелочных вод не усредняется во всем объеме раздельно, то расход реагентов (щелочи и кислоты) на нейтрализацию возрастает в 1,5 раза.

Различные расходы и неравномерность во времени поступления кислых и щелочных стоков теплоэлектростанций не позволяют полностью их взаимно нейтрализовать. Cтоки чаще всего сливают в один бак и перемешивают с помощью барботеров. Для полной нейтрализации стоков по этой технологии требуется несколько часов, а то и суток, поскольку лимитирующей стадией процесса является не кинетика химических реакций, а скорость усреднения концентраций реагирующих сред по всему объему реактора. Есть ли возможность ликвидации этого узкого места?

Реактор-ускоритель

Проведенные исследования показали, что наиболее эффективным решением для повышения скорости протекания химических реакций является турбулизация смеси реагентов. Для реализации этого процесса фирмой «ИНТРЭК» (Киев) совместно с АО «Мосэнерго» разработан гидродинамический кавитационный реактор (ГКР) проточного типа с кавитирующими телами по оси цилиндрической проточной камеры.

Реактор монтируется непосредственно на трубопроводах и не требует дополнительных производственных площадей. Отличительной особенностью параметрического ряда ГКР является высокий уровень унификации конструктивных элементов, отсутствие в них подвижных деталей и устойчивость к кавитационному износу рабочих поверхностей реакторов.

Образующаяся в ГКР каверна является зоной высокоактивного конвективного массопереноса, протекающего вследствие схлопывания микроскопических кавитационных паровых пузырьков и возникновения в результате этого кумулятивных струек и микрогидроударов, создающих давления до 108 Па. Каверна занимает в ГКР почти все поперечное сечение проточной камеры, из-за чего проходящая жидкость испытывает мощные напряжения сдвига и благодаря этому подвергается интенсивному перемешиванию. При этом акустическая (ультразвуковая) составляющая энергии релаксации напряжений сдвига, доля которой достигает 50 %, существенно повышает химическую активность реагирующих сред. В результате на выходе из ГКР химические реакции, предусмотренные технологическим регламентом, практически полностью завершаются в любом единичном объеме смеси, и интегральный параметр рН нового вещества имеет высокую степень достоверности.

Таким образом, применение ГКР в технологическом цикле нейтрализации химически агрессивных жидкостей обеспечивает повышение производительности и эффективности этого процесса.

Алгоритм управления

Для реализации новой технологии нейтрализации сточных вод ТЭЦ с помощью гидродинамического кавитационного реактора разработана автоматизированная установка. Она включает запорную арматуру с приводами дистанционного управления фирмы «АРМАТЭК» (Россия), регулирующие клапаны с приводами типа МЭО, рН-метры с сенсорами Mettler-Toledo, индукционные расходомеры, датчики уровня «Сапфир», насосы и управляющий микропроцессорный контроллер FX-2N Mitsubishi, на который поступают сигналы от первичных датчиков и где вырабатываются сигналы команд на исполнительные механизмы.

Выбор технической платформы определяет функциональную эффективность АСУ ТП, ее надежность, долговечность, затраты на создание, обслуживание и проведение ремонтных работ

Процесс нейтрализации начинается с усреднения концентраций щелочи и кислоты в соответствующих баках сбора. Для этого при закрытых задвижках 3 и 4 включаются насосы 1 и 2 и в течение 10—15 минут осуществляется циркуляция растворов в баках сбора щелочных и кислых вод.

После отключения насосов 1 и 2 включаются насосы 5 и 6, которые через регуляторы расхода 7 и 8 подают щелочные и кислые воды на взаимную нейтрализацию в ГКР, показатель рН смеси после которого непрерывно определяется и передается на управляющий контроллер рН-метром рН3.

Контроллер вырабатывает корректирующий сигнал и передает его на исполнительные механизмы регулирующих задвижек 7 и 8 для изменения соотношения потоков щелочных и кислых вод.

В случае если запас щелочных стоков исчерпан до завершения нейтрализации кислых вод, в ГКР в необходимом количестве принудительно подается щелочной раствор.

На выходе из накопительного бака установлена электроприводная задвижка, открытие которой на сброс будет заблокировано автоматикой, если показатель рН нейтрализованных вод, определяемый рН-метром рН4, не вписывается в пределы от 6,5 до 8,5.

Цифры и факты

Приведенные диаграммы демонстрируют, что время, необходимое для достижения стационарного режима, при использовании известкового молока больше, чем при использовании, например, соды. Это объясняется тем, что известковое молоко представляет собой суспензию, а значительная часть растворенного едкого кальция сосредоточена внутри капиллярно-пористой твердой известняковой частицы.

Низкая скорость диффузии поглощенного раствора на поверхность частицы является сдерживающим фактором начальной стадии процесса. Кроме того, известковый ил, используемый в качестве щелочного реагента, крайне затрудняет работу рН-метров и забивает измерительные ячейки его электродов. К тому же сбрасываемые в водоемы стоки хоть и являются рН-нейтральными, они содержат твердую фазу, концентрация которой превышает допустимую в развитых европейских странах. Этот параметр сточных вод в Украине пока не регламентирован, но уже сегодня следует ориентироваться на применение реагентов, которые не являются источником механического загрязнения окружающей среды.

Выбор технической платформы определяет функциональную эффективность АСУ ТП, ее надежность, долговечность, затраты на создание, обслуживание и проведение ремонтных работ

Испытания и длительная эксплуатация автоматизированных установок нейтрализации стоков производств химводоподготовки на ГРЭС-4 (Кашира), ГРЭС-5 (Шатура), ТЭЦ-8, ТЭЦ-16, ТЭЦ-17 (Москва) позволяют отметить следующие результаты.

  1. За счет высокоинтенсивного конвективного массопереноса в ГКР производительность процесса нейтрализации повышена в 1,5—2 раза (по сравнению с традиционным перемешиванием с помощью барботеров) при гарантированном исключении сброса отработанных вод с недопустимыми концентрациями химически агрессивных компонентов. Значение показателя рН стоков находится в пределах 6,5—8,5.
  2. Время выхода на технологический режим при нейтрализации щелочами не превышает 4—5 минут, а известковым молоком — 10 минут, что составляет не более 3,5—8 % общего времени обработки. Воды переходных режимов возвращаются на повторную нейтрализацию.
  3. Задвижка сбросного трубопровода заблокирована автоматикой на открытие в случае отклонений содержимого бака-сборника от допустимых норм химических загрязнений. С этой целью бак-сборник на выходе оснащен отдельным рН-метром, функционально связанным через контроллер с пускателем электропривода задвижки.
  4. Параметры сточных вод на основных стадиях процесса автоматически контролируются, а их значения синхронно выводятся на мнемосхему и вторичные приборы щита управления.
  5. Установка защищена от несанкционированных вмешательств в автоматический режим управления.
  6. Сведено к минимуму применение ручного труда и существенно улучшены санитарно-гигиенические условия работы персонала.

Экологи, проводящие мониторинг состояния воды в бассейне Москвы-реки и контролирующие параметры растворов, сбрасываемых промышленными предприятиями в окружающую среду, с удивлением обнаружили, что речная вода вблизи некоторых ТЭЦ имеет лучшие показатели, чем вне зоны их месторасположения. Причину долго искать не пришлось: сточные воды этих ТЭЦ прошли обработку в автоматизированной установке нейтрализации.

 

Архив журнала

Год 2017:


Год 2016:


Год 2015:


Год 2014:


Год 2013:


Год 2012:


Год 2011:


Год 2010:


Год 2009:


Год 2008:


Год 2007:

Год 2006:

Год 2005:

AdvertisementAdvertisementAdvertisementAdvertisementAdvertisementAdvertisementAdvertisementAdvertisementAdvertisement
AdvertisementAdvertisementAdvertisementAdvertisementAdvertisementAdvertisementAdvertisementAdvertisementAdvertisement

© 2018, Мир Автоматизации. Издательский Дом "ПРОФИТ". ООО "Издательский Дом "ПРОФИТ". Все права защищены.