Українська   English
ДонНТУ Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Электроэнергетика является ключевой мировой отраслью, которая определяет технологическое развитие человечества в глобальном смысле этого слова. Данная отрасль включает в себя не только весь спектр и разнообразие методов производства (генерации) электроэнергии, но и ее транспортировку конечному потребителю в лице промышленности и всего общества в целом. Развитие электроэнергетики, ее совершенство и оптимизация, призванная удовлетворить постоянно растущий спрос на электроэнергию – это ключевая общая мировая задача современности и дальнейшего обозримого будущего.

Тепловая электростанция (ТЭС) является крупным источником загрязнения атмосферы, гидросферы, литосферы. Основным источником загрязнения литосферы являются золоотвалы и шламонакопители.

На ТЭС, при производстве электрической и тепловой энергии в результате подготовки больших объемов воды для восполнения потерь, связанных с отпуском технологического пара на производство, образуются значительные объемы отходов водоподготовки – шлама химической водоочистки (ХВО).

Шлам ХВО – это продукт известкования и коагуляции природной воды.

В настоящее время шлам ХВО ТЭС утилизируется как отход V класса опасности. Данные шламы образуются на стадии предварительной очистки воды, которая включает в себя осветление воды (процессы известкования и коагуляции), а также снижение щелочности и её умягчение.

Шламовые отходы накапливаются в поверхностных хранилищах, необорудованных средствами защиты окружающей среды от фильтрационных вод. В шламах не содержится высокотоксичных веществ, однако остаются проблемы со складированием данных отходов. При этом происходит отчуждение больших площадей, создается угроза их засоления, минерализации подземных вод прилегающих территорий и нарушение гидрохимического режима близлежащих водоемов. Во многих развитых странах отказываются от хранения шламов в шламонакопителях, представляющих угрозу окружающей среде. В настоящее время не существует универсального метода обработки и утилизации шлама химводоочистки.

1. Актуальность темы

В процессе выработки тепловой и электрической энергии на Старобешевской ТЭС образуется многотоннажный шлам химводоочистки.

Шламонакопители, используемые для долгосрочного накопления шлама цехов водоподготовки, являются источником загрязнения окружающей среды, негативное воздействие которых выражается фильтрацией суспензий в почву и грунтовые воды, а также вторичным выносом пыли с поверхности щламонакопителя.

Поэтому, несмотря на давность и большое количество исследований в области экологически чистого производства, проблема утилизации и переработки промышленных отходов остается актуальной до сих пор. Поэтому, появилась экономически, технологически и экологически обоснованная необходимость в разработке и внедрению всё новых прогрессивных и безопасных методов решения утилизации отходов виде шлама цеха химводоочистки Старобешевской ТЭС.

2. Объект, цели, задачи исследования

Цель работы – разработка технологии утилизации шлама цеха химводоочистки.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

  1. Описать процесс образования шлама цеха химводоочистки.
  2. Произвести обзор существующих методов утилизации шлама.
  3. С учетом химического и фазового состава шлама цеха химводоочистки Старобешевской ТЭС разработать технологию утилизации шлама.
  4. Произвести эколого – экономическую оценку разработанных мероприятий.

Объект исследования: шлам цеха химводоочистки Старобешевской ТЭС.

Научная новизна: в результате исследований разрабатывается экологически безопасная технология утилизации шлама цеха химводоочистки на Старобешевской ТЭС.

Старобешевская ТЭС

Рисунок 1 – Старобешевская ТЭС

3. Процесс образования шлама

Шламовые отходы водоочистки теплоэлектростанций образуются на стадии осветления воды технологического процесса очистки, обессоливания и умягчения воды, которая поступает на паротурбинные установки тепловых электростанций. Осадок в виде шламовой пульпы образуется в осветлителях при удалении из воды грубодисперсных и коллоидных примесей путем одновременного известкования и коагуляции с применением извести Ca(OH)2 и коагулянта FeSO4.

Исследования химического состава шламов водоочистки Старобешевской ТЭС показали, что основными ингредиентами являются соединения Ca, Si, Mg, Fe, глинозем и незначительное содержание серосодержащих соединений. Это подтверждает, что нерастворимые вещества шлама состоят из кальциевых и магниевых соединений и частично из глиноземно–железистых веществ. Приблизительно 30 % в шламе – органические вещества [1].

Состав шламов, образующийся при известковании и коагуляции природных вод, зависит от состава обрабатываемой воды и режимов обработки, однако во всех случаях основными компонентами является карбонат кальция (75–85 %), а также гидроксиды магния и железа (по 4–8 % каждого компонента) и кремнекислые и органические соединения.

Использование карбонатного шлама возможно только после обезвоживания или сушки при постоянной температуре 120–130 С. Высушенный шлам представляет собой сыпучий порошок от серого до бурого цвета с влажностью не более 20 % и массовой долей карбонатов кальция и магния – 80–88 %.

На ТЭС средней мощности ежесуточно образуется около 20 т шлама, то есть в год, по сухому веществу, это составляет около 7300 т. При работе ТЭС на твердом топливе шламы ХВО в большинстве теряются, так как их направляют в систему гидрозолоудаления, смешивая с зольной частью твердого топлива. ТЭС, сжигающие газ или мазут, имеют шламонакопители, в которые шламы ХВО поступают в виде пульпы, в количестве до 900 м3/сут. или около 330 тыс. м3 в год. Шламонакопители занимают от 1000 до 3000 га [2].

Большие объемы накопленного шлама представляют серьезную проблему, т.к. очистка шламоотвалов и утилизация крупнотоннажных отходов водоподготовки сопряжены с рядом экономических и экологических проблем. В настоящее время шламы ХВО складируются на шламоотвалах.

После заполнения шламоотвалов до проектной отметки сброс шламовых вод прекращается, шламоотвал оставляется для обезвоживания шлама с целью его последующей очистки и подготовки к дальнейшему временному накоплению отхода. В этой связи самой большой проблемой в энергетике является образование и утилизация большого количества шлама ХВО, который накапливается в течение нескольких лет на шламоотвалах, способствуя отчуждению больших территорий для его хранения.

Разработка способов утилизации промышленных отходов с получением хозяйственно-полезной продукции позволяет снизить потребление природных ресурсов и создать реальную основу для рационального (сбалансированного) природопользования [3].

4. Обзор существующих методов утилизации шлама

Учитывая значительное количество накопленных шламов, безопасность, доступность и дешевизну они имеют хорошую перспективу для широкого использования. Проанализировав литературные данные, нами были выбраны наиболее перспективные методы утилизации шлама ХВО:

  1. Использование шлама ХВО в строительной индустрии.
  2. Использование шлама осветлителей химводоочистки ТЭС в производстве полимерных композитов.
  3. Использование шлама ХВО в качестве минерального удобрения.
  4. Использование шлама ХВО в качестве адсорбента.

Поскольку образующийся шлам в своем составе имеет большое количество карбоната кальция, то его в основном используют в строительной индустрии, для производства цемента, строительной извести, для производства гипсового вяжущего. Установлено, что получение гипса на основе шлама ХВО должно проводиться в автоклавных условиях: температура – 139 С, давление – 0,25 МПа, время обработки – 2,0–2,5 часа. По предлагаемой технологии шлам ХВО после нейтрализации серной кислотой подвергается автоклавной обработке по установленным выше режимам, после чего обезвоживается механическим способом и досушивается в сушилке [4].

В настоящее время наблюдается стремительный рост использование шлама ХВО ТЭС в качестве минерального инертного наполнителя в резинотехнические смеси позволяющий снизить затраты на его утилизацию, а предпринимателям–изготовителям – снизить себестоимость продукции за счет использования более дешевого сырья.

Химический состав шлама ХВО ТЭС позволяет использовать его и в качестве минерального удобрения – для нейтрализации кислых почв, поскольку водная среда шлама ХВО щелочная.

Один из способов утилизации шлама ХВО является его использование в качестве сорбента для очистки сточных вод ТЭС от нефтепродуктов. На основе карбонатного шлама используется специальный гранулированный гидрофобный сорбент [5].

5. Выбор и обоснование наиболее эффективного метода утилизации шлама цеха ХВО Старобешевской ТЭС

С точки зрения экологической безопасности наиболее приемлемыми для внедрения на производственных объектах являются технологии утилизации шламовых отходов с максимальным использование их ресурсоценных составляющих.

Проанализировав возможные методы утилизации шламов ХВО, нами был выбран метод – сорбционной очистки газовых выбросов от оксидов азота и серы, с помощью карбонатного шлама.

Использование данного метода позволит обеспечить высокую интенсивность очистки дымовых газов от оксидов азота и оксидов серы и снижение стоимости очистки за счет использования в адсорбере в качестве сорбента сухого (влажность 20 %) шлам ХВО тепловых электрических станций.

Адсорбер для очистки дымовых газов от оксидов азота и серы содержит корпус 1 с размещенным в нем неподвижным слоем сорбента 5, патрубком 2 подвода дымовых газов, патрубком 3 отвода очищенных газов.

Отличием предлагаемого адсорбера является то, что в него введен патрубок 6 отвода сорбента с поглощенными оксидами азота и серы, а в качестве сорбента 5 использован сухой шлам ХВО с влажностью 20 %, размещенный на стальной сетке 4 с размером отверстий не более 1 мм[6].

Адсорбер для очистки дымовых газов от оксидов азота и серы работает следующих образом.

Дымовые газы поступают через патрубок 2 в корпус 1 адсорбера. Далее они проходят через неподвижный слой сорбента, в качестве которого использован сухой шлам ХВО, где происходит их очистка от оксидов азота и оксидов серы.

Адсорбер для очистки дымовых газов от оксидов азота и серы

Рисунок 2 – Адсорбер для очистки дымовых газов от оксидов азота и серы
(анимация: 4 кадра, 6 циклов повторения, 130 килобайт)

При очистке дымовых газов от оксидов азота происходит физическая адсорбция, а при очистке от оксидов серы – процесс хемосорбции [7].

Очищенные дымовые газы отводятся через патрубок 3. Патрубки 2 и 3 связаны с диффузионными колпачками, которые обеспечивают равномерное распределение газов по неподвижному слою сухого шлама 5.

Отработанный сухой шлам ХВО с поглощенными оксидами азота и серы выводится через патрубок 6 [8].

Использование данной установки позволит обеспечить высокую интенсивность очистки дымовых газов от оксидов азота и оксидов серы и снижение стоимости очистки за счет использования в адсорбере в качестве сорбента сухого (влажностью 20 %) шлама ХВО тепловых электрических станций. Степень очистки достигает 99 %.

Выводы

В ходе работы рассмотрен состав шламов Старобешевской ТЭС, процесс образования шламов цеха химводоочистки, проанализированы оптимальные методы утилизации шлама цеха ХВО, исходя и физико–химического состава шлама, предложена технология утилизации шламов в качестве сорбционного материала очистки газовых выбросов от оксидов азота и серы. Использование данного метода позволит обеспечить высокую интенсивность очистки дымовых газов от оксидов азота и оксидов серы и снижение стоимости очистки за счет использования в адсорбере в качестве сорбента сухого (влажность 20 %) шлам ХВО тепловых электрических станций.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: июнь 2021 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. Зверева Э.Р. Ресурсо– энергосберегающие технологии в мазутных хозяйствах тепловых электрических станций: монография. Казань: Казан. гос. энерг. ун–т, 2010. – 184 с.
  2. Л.А. Николаева, Е.Н. Бородай Ресурсосберегающая технология утилизации шлама водоподготовки на ТЭС. Монография. – Казань.: КГЭУ, 2015. – 110 с.
  3. Классификация отходов ТЭС. – Глобальная сеть рефератов Олбест [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://otherreferats.allbest.ru/...
  4. Фалалеев П.П. Пути повышения эффективности энергетического строительства. // Энергетическое строительство, 2016. – 150 с.
  5. Николаева Л.А., Голубчиков М.А. Очистка производственных сточных вод от нефтепродуктов модифицированными сорбционными материалами на основе карбонатного шлама // Водоснабжение и санитарная техника. – 2016. – №7. – С. 251 – 258.
  6. Николаева Л.А., Каляпина С.А. Использование шлама химводоочистки ТЭС в производстве полимерных композитов // Экология и промышленность России. – 2017. – №11. – С. 5 – 7.
  7. Николаева Л.А., Хуснутдинова А.Н. Очистка газовых выбросов предприятий химической промышленности карбонатным шламом // Экология и промышленность России. – 2018. – Т. 22. – №8. – С. 14 – 18.
  8. Вальдберг А.Ю. Процессы и аппараты защиты окружающей среды. Защита атмосферы / А.Ю. Вальдберг, Н.Е. Николайкина.– М.: Высшее образование, 2008. – 240 с.