Автоматизация технологического процесса

Со сточными водами предочистки сбрасываются все уловленные органические вещества, повышающие биологическое потребление кислорода водой, а также карбонат кальция, гидроокись магния, недопал, грубодисперсные вещества, соединения железа и алюминия, поэтому непосредственный сброс этих вод в водоемы недопустим. Качественный и количественный состав примесей таких вод зависит от качества воды и принятых методов ее обработки на предочистке.

Большую опасность для водоемов представляют воды, загрязненные нефтепродуктами. Источниками появления нефтепродуктов в стоках ТЭС являются мазутохозяйство, главный корпус электростанции (за счет упусков масла из маслоохладителей турбин и подшипников насосов), электротехническое оборудование (трансформаторы, кабели и др.), вспомогательные службы (депо, гаражи, компрессорная). Общий расход таких вод на крупных ТЭС может достигать нескольких десятков тонн в час при средней концентрации в них нефтепродуктов до 50 мг/кг и выше.

Практически на всех угольных ТЭС удаление золы и шлака производится с помощью воды. Количество золы и шлаков, образующихся при сжигании 1 т угля составляет до 220 кг, а для удаления 1 т золы требуется 20 - 40 т воды. Зола отводится в виде пульпы (суспензии) на значительное расстояние от ТЭС (до 20 км) на золоотвалы, где зола осаждается, а осветленная вода либо сбрасывается в водоем (прямоточная система), либо возвращается на ТЭС для повторного использования (оборотная система). В первом случае в водоем сбрасываются все принеси, находящиеся в воде в истинно - растворенном виде, и часть грубодисперсных примесей, не осевших на золоотвале. Валовый сброс солей в этом случае громаден. Так, при прямоточной системе ГЗУ на крупной ТЭС сброс солей в водоем составляет около 12 - 14 тыс. тонн/год. В этих сбросах имеются токсичные вещества мышьяк, германий, фтор, ванадий и др. В воду могут также переходить и канцерогенные вещества (вызывающие раковые заболевания), содержащиеся в продуктах недожога топлива. Поэтому в последнее время все большее количество электрических станций переводятся на оборотные системы ГЗУ, в которых осветленная воды с золоотвала вновь поступает на ГЭС для удаления золошлаковых отходов. Однако и в этом случае часть воды из оборотной системы приходиться сбрасывать (продувать) в водоем, так как в результате длительного контакта с золой она насыщается и перенасыщается трудно растворимыми соединениями (СаСО3, СаS04 и Са(ОН)2), которые образуют отложения в системе ГЗУ, затрудняя ее нормальную работу. Величина продувки оборотной системы ГЗУ составляет 1-3% от расхода осветленной воды.

При работе паровых котлов на их наружных поверхностях нагрева и особенно в регенеративном воздухоподогревателе (РВП) образуются продукты коррозии и отложения золы. Так, при сжигании сернистого мазута в РВП осаждается до 10% образующейся золы. Эта зола содержит большое количество оксидов ванадия, которые, с одной стороны, являются очень токсичными веществами, а с другой стороны весьма ценным сырьем для производства металла, применяемого в различных областях техники. Для очистки РВП от отложений имеется несколько методов, в их числе широко используется отмывка технической и щелочной водой, приводящая к образованию токсичных сточных вод.

Сточные воды обмывок РВП представляют собой кислые растворы, содержащие как грубо дисперсные примеси - окислы железа, кремнекислоту, продукты недожога, нерастворившуюся часть золы, так и примеси в истинно - растворенном состоянии - свободную серную кислоту, сульфаты тяжелых металлов (в основном железа), соединения ванадия, никеля, меди.

При эксплуатации оборудования ГЭС не удается полностью ликвидировать процессы накипеобразования, что заставляет периодически производить внутреннюю очистку поверхностей нагрева от отложений. Удовлетворительно очистить поверхности нагрева можно лишь при применении для этой цели специальных реагентов: щелочей, органических и неорганических кислот, моющих препаратов, ингибиторов коррозии и др. В отработанных промывочных растворах реагенты составляют 70 - 90% примесей: в их состав входит множество токсичных веществ. В период остановов оборудования (котлов, турбин) применяются меры для защиты его от коррозии, для чего котлы заполняют специальными растворами, которые перед пуском котлов должны сбрасываться. Залповый характер сброса и резкопеременная концентрация примесей в сточных водах после химических очисток и консервации оборудования чрезвычайно затрудняют организацию очистки самих сточных вод.

Является характерным, что человечество не знает как избавиться от огромных объектов минерализованной токсичной, а иногда и радиоактивной воды, хранящейся на многих отвалах. Количество фильтрующейся в грунты основания минерализованной воды с отвалов примерно составляет 1-2 млрд. кубометров.

Лигуном О. и Смирновой М. подсчитано, что ежегодный ущерб, наносимый водным ресурсам страны от воздействия намывных отвалов в случае прямоточных систем водоснабжения составляет 15-25 руб. (данные РФ) на 1 тонну высокоопасных и 0,1 - 0,5 руб. (данные РФ) легкоопасных удаляемых отходов, а для оборотных систем эти издержки в 10-120 раз меньше. Расходы чистой воды на 1 тонну удаляемых гидравлическим способом отходов для прямоточных систем водоснабжения составляют от 15 до 30 тонн, а в случае водооборота в 15-20 раз меньше. В случае складирования этих отходов в насыпной отвал, потребление воды на 1 тонну отходов составляет 0,3 - 0,5 тонн.

Фильтрация воды из намывных отвалов, вызывает также подтопление территории и изменение сложившегося веками естественного состояния грунтовых вод. Этому процессу способствует и то, что масса самого отвала обжимает грунты основания, обуславливая создание, своего рода, "тромба в кровеносном сосуде". Все эти процессы вызывают заболевание территории, оттаивание мерзлых грунтов и погребенного льда, выщелачивание растворимых компонентов в грунтах и т.д. В связи с изложенным, актуальнейшей проблемой при складировании отходов является сбережение воды.

Основными факторами воздействия ТЭС на гидросферу являются выбросы теплоты, следствием которых могут быть: постоянное локальное повышение температуры в водоеме; временное повышение терпературы; изменение условий ледостава, зимнего гидрологического режима; изменение условий паводков; изменение распределения осадков, испарений, туманов. Наряду с нарушением климата тепловые выбросы приводят к зарастанию водоемов водорослями, нарушению кислородного баланса, что создает угрозу для жизни обитателей рек и озер.

1.3 Влияние отходов ТЭЦ на литосферу

Удаляемые из топки зола и шлак образуют золошлакоотвалы на поверхности литосферы. В паропроводах от парогенератора к турбоагрегату, в самом турбоагрегате происходит передача тепла окружающему воздуху. В конденсаторе, а также в системе регенеративного подогрева питательной воды теплота конденсации и переохлаждения конденсата воспринимается охлаждаемой водой. Кроме конденсаторов турбоагрегатов потребителями охлаждающей воды являются маслоохладители, системы смыва и другие вспомогательные системы, выделяющие сливы на поверхность или в гидросферу.

В соответствии с этим можно отметить, что отвалы отходов оказывают многофакторное, многокомпонентное действие на окружающую природную среду. Причем наиболее важным являются следующие компоненты воздействия (из методики оценки воздействия на окружающую среду золоотвалов):

загрязнение воздушного бассейна твердыми частицами отходов;

загрязнение воздушного бассейна газообразными веществами;

загрязнение почвы вследствие выпадения частиц отходов за пределами отвала при пылении с их поверхности;

подтопление территории;

химическое загрязнение грунтовых вод;

изменение ландшафта;

радиоактивное воздействие;

водопотребление;

изменение микроклимата;

изменение состояния грунтов;

скрытое воздействие отвала на другие сооружения;

возможность загрязнения окружающей среды, вследствие аварии на отвале;

невосполнимые потери воды из системы удаления отходов;

дополнительное уничтожение площадей земли за счет организации карьеров грунта, необходимых для строительства различных элементов отвала, например дамб, экрана;

полезное использование отходов в народном хозяйстве;

уничтожение площадей земли в перспективе, вследствие неполного заполнения отвала отходами.

Таким образом, увеличение доли угольных теплоэлектростанций в системе энергообеспечения Казахстана с одновременным ухудшением качества используемого ископаемого органического топлива увеличивает количество отходов, поступающих на литосферу, и дестабилизирует состояние окружающей среды.

1.4 Задачи бессточного режима работы ТЭЦ

Основными задачами, для решения которых предназначены системы золошлакоудаления ТЭЦ, являются надежная и своевременная эвакуация шлака из шлаковых шахт паровых котлов, золы из бункеров сухих золоуловителей и пульпы из мокрых золоуловителей, а также транспорт и складирование золошлаковых отходов на золоотвале. Кроме выполнения этих функций, системы золошлакоудаления должны удовлетворять следующим условиям: не загрязнять атмосферный воздух пылью, а природные водоемы и грунтовые воды - сточными водами; потреблять минимальное количество природной воды, используя для подпитки промстоки ТЭЦ, прежде всего наиболее загрязненные; обеспечивать работу золоулавливающих установок в оптимальном режиме; исключить присосы внешнего воздуха через золовые бункера; предоставлять возможность отгрузки потребителям максимального количества летучей золы и шлака для использования в качестве вторичного сырья. В тоже время эти мероприятия не должны противоречить остальным условиям работы нормального функционирования ТЭЦ, а также проблем водообеспечения электростанций и обезвреживания загрязненных промышленных стоков.

На основе опыта эксплуатации систем золошлакоудаления отечественных и зарубежных электростанций разработано несколько рациональных схем удаления, складирования и отгрузки потребителям золошлаковых отходов ТЭЦ, применяемых в зависимости от типа сжигаемого топлива и используемых средств золоулавливания.

Некоторые рекомендации по выбору оборудования и проектированию золоотвалов являются общими для всех систем золошлакоудаления. Так, все системы гидравлического удаления золошлаков должны проектироваться бессточными. Как известно, причиной сбровос из систем ГЗУ в природные водоемы обычно является переполнение бассейна осветленной воды вследствие не соблюдения водного баланса. Поэтому для обеспечения возможности работы системы ГЗУ в бессточном режиме необходимо проектировать ее с дефицитным балансом воды. Для этого, в частности, золоотвал должен размещаться на территории, не имеющей выхода грунтовых вод в виде ключей, родников и т.д.

Золоотвал и бассейн осветленной воды должен иметь противофильтрационные покрытия для уменьшения фильтрации осветвленнной воды до технически достижимого уровня. Насосы и магистральные трубопроводы осветвленной воды должны обеспечивать максимально возможную потребность в этой воде. При возможности образования карбонатных отложений все насосы и коммуникации осветленной воды должны иметь 100%-ный резерв, должны быть предусмотрены также средства очистки этих элементов: установка для промывки трубопроводов смесью воды и дымовых газов, пропарка трубопроводов внутренней разводки осветленной воды и растворенный узел для кислотной очистки насосов.

2 Программное обеспечение для обоснования оборотной системы ТЭЦ

2.1 Методика расчета эффективности внедрения бессточного режима работы ТЭЦ

В результате проведения НИР внедряется бессточная система золоудаления, для которой подсчитывается экономический эффект от использования системы орошения центробежных насосов скрубберов мокрых золоуловителей на щелочную осветленную воду.

Составляющие эффекта:

а) экономия от снижения расхода технической воды;

б) экономия от снижения ущерба природным водоемам;

в) экономия от снижения ущерба газовыми и золовыми выбросами;

г) увеличение затрат на электроэнергию для нейтрализации щелочной осветленной воды;

д) увеличение капитальных затрат.

Расчет составляющих эффекта. Экономия от снижения расхода технической воды определяется по формуле

.

Экономия от снижения ущерба природным водоемам определяется по формуле

,

где - коэффициент, учитывающий годовые выбросы, равный 144; - показатель относительной опасности загрязнения природного водоема, равный 0,5; - приведенная масса годового сброса вредных веществ в природные водоемы, т/год.

Приведенная масса годового сброса вредных веществ в природные водоемы, т/год, определяется по формуле

,

где - показатель опасности сброса вредных веществ го вещества; - масса годового сброса, т/год.

В таблице 2 показаны все обозначения параметров расчета эффекта.

Таблица 2 Обозначение параметров

Параметр	Обозначение
Число котлов, шт.	N
Число золоуловителей, шт.	n
Расход топлива на один котел, т/год	В
Низшая теплота сгорания, ккал/кг
Зольность топлива на рабочую массу, %
Содержание серы в топливе, %
Потребление технической воды в системе золоулавливания и золоудаления, м/год
Тарифная стоимость технической воды	b
Количество сбрасываемых вод из системы гидрозолоудаления, м/год
Содержание, кг/м:
сульфатов
фтора
меди
цинка
ванадия
мышьяка
молибдена
Норма амортизации, %
Затраты на электроэнергию в год для нейтрализации 1 м воды
Капитальные затраты на сооружение установки для нейтрализации
Эффективность золоулавливания, %
Эффективность улавливания оксидов серы, %

Показатели опасности сброса i-го вещества приведены в таблице 3.

Таблица 3 показатели опасности

Вещество
Сульфаты	0,002
Фтор	1
Медь	100
Цинк	100
Ванадий	10
Мышьяк	20
Молибден	2

Масса годового сброса вредного вещества в природный водоем, т/год, определяется по формуле

.

Увеличение затрат на электроэнергию для нейтрализации щелочной осветленной воды определяется по формуле

,

где - количество нейтрализованной воды;

.

Годовой экономический эффект составит

2.2 Выбор среды разработки программного обеспечения

Неотъемлемой частью создания программы является разработка дружественного удобного для пользователя интерфейса. Delphi 7 позволяет создать удобную для пользователя программу благодаря своим графическим возможностям. Оформление в стиле ХР дает возможность реализовать удобство пользователю для быстрой адаптации в программе для работы без использования справочной системы. Большинство функции программной системы можно реализовать с помощью манипулятора "мышь", так как это значительно ускоряет процесс работы и уменьшает количество вводимых ошибок. Следует отметить, что большая часть функции обеспечения надежности системы реализуется средствами Delphi, поскольку он обеспечивает механизм обработки исключительных ситуаций.

2.3 Интерфейс программы "Расчет годового экономического эффекта от внедрения бессточного режима работы ТЭЦ"

Программа находится в архиве. При распаковке архива происходит инсталляция программы, создаются необходимые ярлыки для быстрого запуска.

При щелчке на ярлык происходит запуск главного окна приложения, которое показано на рисунке 1.

Рисунок 1 Главное окно приложения

Главное окно приложения состоит из следующих компонентов:

- справка по ТЭЦ;

- исходные данные по ТЭЦ;

- бессточные данные по ТЭЦ;

- расчеты;

- справка;

- выход.

Справка по ТЭЦ содержит коэффициенты, используемые, как постоянные при расчетах по ТЭЦ (рисунок 2). Редактированию подлежит только поле "Значение".

Рисунок 2 Справка по ТЭЦ

Исходные данные по ТЭЦ открывает таблицу содержащею данные, которые являются постоянными и не подлежат для редактирования или являются примером базовых значений (рисунок 3). Редактированию подлежит только поле "Значение".

Рисунок 3 Исходные данные по ТЭЦ

Данные по бессточности ТЭЦ открывает доступ к работе с таблицей данных для ввода необходимых значений (рисунок 4). Редактированию подлежит только поле "Значение".

Рисунок 4 Данные по бессточности ТЭЦ

Кнопка "Расчеты" открывает окно выводящее расчеты по бессточному режиму (рисунок 5), которая включает в себя следующие результаты:

- экономия от сокращения расходов технической воды;

- сокращение ущерба от выбросов в природные водоемы;

- затраты на электроэнергию;

- капитальные затраты на сооружение для нейтрализации;

- годовой экономический эффект.

Рисунок 5 Расчеты

Справка вызывает доступ к информационным справочникам программы (рисунок 6).

Рисунок 6 Справка

При запуске программы компонент "Расчеты" недоступен, для того чтобы он стал доступен необходимо либо внести изменения в таблице "Данные по бессточности ТЭЦ", либо оставить их без изменения.

После того, как все необходимые данные внесены, можно нажимать на "Расчеты". Происходит автоматический подсчет результатов по бессточному режиму ТЭЦ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Теплоэнергетика является самой загрязняющей отраслью промышленности, при этом отходы её влияют в равной мере и на атмосферу, и на гидросферу, и на литосферу. Состав отходов, попадающих в атмосферу, диоксид углерода, токсичный оксид углерода, оксид азота, диоксид серы, триоксид серы, кислотные оксиды содержание этих вредных компонентов в атмосфере вызывающих заболевания человека (бронхостенозу, сердечно-сосудистые заболевания, развитие рака легких). Воздействие теплоэлектростанций на водные объекты определяется выбросом сточных вод, это вода, свойства которой изменены в результате бытовых, промышленных, сельскохозяйственных или других процессов: солевые стоки (нейтральные соли, кислоты и щелочи), уловленные вещества (карбонат кальция, гидроокись магния, недопал, грубодисперсные вещества, соединения железа и алюминия), нефтепродукты (мазутохозяйство), пульпа (мышьяк, германий, фтор, ванадий и др.), канцерогенные вещества (вызывающие раковые заболевания), кислые растворы (окислы железа, кремнекислоту, продукты недожога, нерастворившуюся часть золы, серную кислоту, сульфаты тяжелых металлов соединения ванадия, никеля, меди). Удаляемые из топки зола и шлак образуют золошлакоотвалы на поверхности литосферы, которые оказывают многофакторное, многокомпонентное действие на окружающую среду: загрязнение воздушного бассейна, загрязнение почвы, химическое загрязнение грунтовых вод, изменение ландшафта, радиоактивное воздействие, изменение микроклимата, изменение состояния грунтов, невосполнимые потери воды из системы удаления отходов, уничтожение площадей земли в перспективе, вследствие неполного заполнения отвала отходами.

В связи с этим очень большую роль играют статьи всемирного экологического форума в Киото, по которому страны обязались разрабатывать или покупать новые "чистые технологии".

Для ТЭЦ "чистые технологии" являются устройства переводящие с прямоточного режима работы в бессточный режим работы. Многими научно-техническими институтами мира уже разработаны такие устройства, основная задача теперь подсчитать экономический эффект от их внедрения на наши ТЭЦ Казахстана.

В курсовой работе создано программное обеспечение подсчитывающие экономический эффект от внедрения "чистых технологий".

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Залогин Н. Г., Чеканов Г. С. Особенности проектирования замкнутых систем гидрозолоудаления//Теплоэнергетика. 1917. № 2.

2. Чеканов Г. С. Бессточные система удаления золошлаковых отходов ТЭС//Теплоэнергетика. 1983. № 9.

3. Дергачов Н. Ф., Харьковский М. С. Предупреждение отложений в мокрых золоуловителях//Теплоэнергетика. 1971. № 2.

4. Кропп Л.И., Харьковский М.С. Мокрое золоулавливание в условиях оборотного водоснабжения. М.: Энергия, 1980.

5. Методика (основные положения) определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М.: Экономика, 1977.

6. Методика определения валовых выбросов вредных веществ в атмосферу от котлов электростанций. МТ34-70-010-83. М.: Союзтехэнерго, 1984.

Страницы: 1, 2