Особые требования и решения для очистки охлаждающей воды на мусоросжигательных заводах

Заводы по сжиганию мусора работают в самых тяжелых условиях среди всех промышленных объектов. Сжигание твердых бытовых, опасных или медицинских отходов при температуре, превышающей 850°C, приводит к интенсивным, устойчивым тепловым нагрузкам, с которыми системы циркуляционной охлаждающей воды должны справляться постоянно — часто круглосуточно, каждый день в году. В то же время при сжигании смешанных потоков отходов выделяются агрессивные газы, хлоридные соединения и кислые конденсаты, которые создают уникально агрессивную водно-химическую среду.

Стандартные подходы к очистке охлаждающей воды, разработанные для электростанций или нефтехимических предприятий, часто не подходят для сжигания отходов. Для эффективной очистки необходимы специально разработанные химические программы, которые учитывают высокие уровни хлоридов, колебания pH, загрязнение тяжелыми металлами, а также необходимость надежного контроля накипи и коррозии при переменных тепловых нагрузках. В этой статье подробно описаны конкретные проблемы управления охлаждающей водой на мусоросжигательных заводах и решения, которые последовательно обеспечивают безопасную, соответствующую требованиям и эффективную работу.

Почему мусоросжигательные заводы представляют собой уникальные проблемы с охлаждающей водой

Чтобы понять требования к очистке, сначала необходимо понять, как охлаждающая вода используется на типичном предприятии по сжиганию отходов и почему это использование создает проблемы, не встречающиеся в других отраслях промышленности.

Несколько контуров высокоинтенсивного охлаждения

Современный завод по переработке отходов в энергию обычно одновременно управляет несколькими отдельными контурами охлаждения. Система охлаждения колосников и топки защищает стенки камеры сгорания. Котел и контур конденсации пара обеспечивают рекуперацию тепла для выработки электроэнергии. Системы охлаждения дымовых газов доводят горячие выхлопы до температуры, подходящей для оборудования по борьбе с загрязнением. В системах тушения шлака и удаления золы для охлаждения и транспортировки твердых остатков сгорания используется вода. Каждый контур работает при разных температурах, скоростях потока и условиях контакта с материалом, и каждый из них может вносить в воду разные загрязняющие вещества.

Поступление хлоридов при сжигании отходов

Твердые бытовые отходы обычно содержат значительное количество хлорированного пластика (ПВХ), органических соединений хлора и неорганических хлоридных солей. При сжигании эти материалы выделяют в поток дымовых газов газообразный хлористый водород (HCl). Даже при наличии скрубберов некоторые газы, содержащие хлориды, и мелкие частицы попадают в контуры охлаждающей воды, особенно в секции охлаждения дымовых газов и секции мокрой очистки. Концентрация хлоридов в оборотной воде на мусоросжигательных заводах часто достигает 500–2000 мг/л по сравнению с диапазоном 200–400 мг/л, обычным для систем охлаждения электростанций. Повышенные уровни хлоридов резко ускоряют точечную коррозию на поверхностях теплообменников из нержавеющей и углеродистой стали. , и они снижают эффективность стандартных ингибиторов коррозии, которые зависят от образования пассивной оксидной пленки.

Кислые колебания pH

Обычная промышленная очистка охлаждающей воды нацелена на слегка щелочной диапазон pH 7,5–9,0, чтобы одновременно минимизировать коррозию стали и отложение карбоната кальция. В контурах охлаждения при сжигании отходов абсорбция кислых газов может привести к снижению pH ниже 6,0 за короткие периоды времени, когда производительность скруббера колеблется или во время последовательностей запуска и остановки. Кислые условия при pH ниже 6,5 ускоряют скорость коррозии углеродистой стали в геометрической прогрессии — скорость коррозии мягкой стали примерно удваивается с каждым снижением pH ниже 7,0 — а также вызывают растворение защитных отложений и пленок ингибиторов, образующихся в ходе нормальной эксплуатации.

Загрязнение тяжелыми металлами

При сжигании гетерогенных потоков отходов улетучиваются тяжелые металлы, включая цинк, свинец, медь, кадмий и ртуть. Перенос летучей золы в контуры охлаждающей воды откладывает эти металлы, создавая как проблемы катализа коррозии (ионы меди, в частности, ускоряют гальваническое воздействие на алюминий и мягкую сталь), так и проблемы с соблюдением требований по сбросу. Продувочные воды из систем охлаждения для сжигания отходов обычно требуют очистки перед сбросом, чтобы обеспечить соответствие нормам выбросов тяжелых металлов, и при выборе химикатов для очистки воды необходимо учитывать их взаимодействие с этими загрязнителями.

Высокая загрузка взвешенных веществ

Частицы золы и шлака, увлекаемые охлаждающей водой, в сочетании с ростом микробной биомассы, стимулируемым температурой теплой воды и нагрузкой органическими питательными веществами в результате контакта с отходами, образуют высокие концентрации взвешенных твердых веществ, которые могут быстро загрязнять теплообменники и засорять системы распределения. Обычные флокулянты и системы фильтрации, предназначенные для более чистого промышленного применения, часто не могут справиться с гранулометрическим составом и скоростью загрузки, характерными для охлаждающей воды для сжигания отходов.

Требования к основной обработке для каждого контура охлаждения

Учитывая многоконтурную сложность мусоросжигательных заводов, единый состав для очистки не может удовлетворить все потребности в охлаждающей воде. Решения по химической очистке мусоросжигательных заводов должны различаться по типу цепи.

Ингибирование коррозии в условиях высокого содержания хлоридов и низкого pH

Борьба с коррозией является наиболее важным и технически сложным аспектом очистки охлаждающей воды при сжигании отходов. Использование стандартных ингибиторов на основе хромата или цинка ограничено или запрещено в соответствии с экологическими нормами. Ингибиторы на основе фосфонатов, хотя и эффективны при pH от нейтрального до слабощелочного, теряют большую часть своей пленкообразующей эффективности, когда pH падает ниже 6,5, и обеспечивают недостаточную защиту в средах с высоким содержанием хлоридов, где ионы хлорида агрессивно атакуют пассивные оксидные слои.

Эффективное ингибирование коррозии в системах охлаждения для сжигания отходов обычно основано на сочетании пленкообразующих органических аминов (для защиты углеродистой стали в кислых условиях), молибдатных или вольфраматных соединений (которые поддерживают пассивацию в более широком диапазоне pH, чем фосфонаты) и производных толилтриазола или бензотриазола для компонентов медных сплавов. Этот многокомпонентный подход обеспечивает перекрывающиеся механизмы защиты, которые поддерживают приемлемую скорость коррозии, даже когда отдельные механизмы ингибитора частично нарушены из-за колебаний pH или конкуренции хлоридов.

Для контуров, работающих с водой, контактирующей с дымовыми газами, с содержанием хлоридов, превышающим 1000 мг/л, выбор материала так же важен, как и химическая обработка. Для трубок теплообменника в наиболее агрессивных зонах требуется дуплексная нержавеющая сталь или высоколегированные материалы, такие как Hastelloy. , поскольку ни одна программа химической обработки не может адекватно защитить стандартную нержавеющую сталь 304 или 316 при устойчиво высоких концентрациях хлоридов. Затем химическая обработка направлена ​​на предотвращение коррозии под отложениями, гальванической атаки на соединениях разнородных металлов и общей коррозии во вторичных контурах с низким содержанием хлоридов.

Буферизация pH и управление щелочностью

Поддержание pH циркулирующей воды в целевом диапазоне 7,5–8,5 в условиях сжигания отходов требует активной стратегии буферизации и дозирования щелочи, а не простой регулировки pH на этапе подпиточной воды. Непрерывное дозирование или дозирование каустической соды (NaOH) или кальцинированной соды (Na₂CO₃), связанное с встроенными датчиками pH с быстрым временем отклика, предотвращает продолжительные отклонения от низкого уровня pH. Резерв щелочности, поддерживаемый в системе, обеспечивает буфер против внезапных кислотных нагрузок. Целевые уровни щелочности 200–400 мг/л в пересчете на CaCO₃ обеспечивают достаточную буферную способность для большинства сценариев эксплуатации, оставаясь при этом ниже уровня, способствующего отложению карбоната кальция.

Предотвращение накипи в высокотемпературной воде переменного качества

Образование накипи в системах охлаждения для сжигания отходов обусловлено теми же фундаментальными химическими факторами, что и в других отраслях промышленности — перенасыщением карбоната кальция, сульфата кальция и кремнезема на поверхностях теплопередачи — но это осложняется переменным качеством воды, которое характеризует эти объекты. Качество подпиточной воды может меняться в зависимости от сезона, коэффициенты концентрации продувочных вод колеблются в зависимости от производственной нагрузки, а случаи загрязнения золой эпизодически повышают концентрации кальция, кремнезема или сульфатов выше проектных уровней.

Ингибиторы накипи на основе полимеров с использованием полиакриловой кислоты (PAA), сополимеров AA/AMPS или полиаспарагиновой кислоты (PASP) обеспечивают наиболее надежную работу в этой переменной среде. Эти ингибиторы действуют посредством механизмов порогового ингибирования и модификации кристаллов, которые остаются эффективными в диапазоне pH 6,5–9,5, который охватывает полный рабочий диапазон большинства контуров охлаждения при сжигании отходов. В отличие от ингибиторов на основе фосфонатов, полимерные ингибиторы отложений не способствуют увеличению выбросов фосфора, что важно для предприятий, на которых установлены ограничения на общее содержание фосфора в сбросах.

Накипь кремнезема заслуживает особого внимания на предприятиях, использующих мокрую очистку для очистки дымовых газов, поскольку возвратная вода скруббера может содержать повышенное количество растворенного кремнезема, который концентрируется в рециркуляционной системе. Ингибиторы на основе PASP с дополнительными диспергаторами, специфичными для диоксида кремния, обеспечивают лучший контроль накипи кремнезема, чем программы полимеров общего назначения, и их следует использовать, когда содержание кремнезема в циркулирующей воде превышает 150 мг/л в пересчете на SiO₂.

Наш очистка промышленной циркуляционной охлаждающей воды Ассортимент продукции включает в себя специализированные составы ингибиторов отложений, разработанные специально для сред с высоким содержанием хлоридов и переменным pH, которые встречаются при сжигании отходов.

Контроль биологического обрастания: управление риском легионеллы и биопленки

Градирни на мусоросжигательных заводах создают условия, способствующие биологическому загрязнению. Температура воды от 25°C до 45°C, содержание органических питательных веществ в результате контакта с отходами и большая площадь водной поверхности градирен способствуют быстрому росту микробов, образованию биопленок и, в наиболее серьезных случаях, размножению легионеллы. Биопленка на поверхностях теплообменника вызывает термическое сопротивление, эквивалентное отложению накипи, а заражение легионеллой создает опасность для здоровья населения, требующую немедленных мер по устранению.

Эффективные программы биоцидов для систем охлаждения мусоросжигательных заводов должны быть направлены как на планктонные (свободно плавающие), так и на сидячие (биопленочные) микроорганизмы. Окисляющие биоциды — в первую очередь гипохлорит натрия, диоксид хлора или соединения брома — обеспечивают контроль широкого спектра действия планктонных бактерий и эффективно подавляют легионеллу при правильно поддерживаемых остаточных концентрациях. Диоксид хлора особенно хорошо подходит для сжигания отходов, поскольку он остается эффективным при более высоких значениях pH (7,5–9,0), используемых для борьбы с коррозией, и не поглощается аммиаком или органическими соединениями азота так быстро, как свободный хлор.

Неокисляющие биоциды, такие как изотиазолон (CMIT/MIT), глутаральдегид или соединения четвертичного аммония, используются в качестве партнеров вращения для предотвращения развития толерантности к окислительным биоцидам и для проникновения в устоявшиеся биопленки, которые окисляющие биоциды не могут полностью устранить. Типичная программа ротации биоцидов применяет окисляющий биоцид непрерывно или полунепрерывно для устойчивого контроля с шоковым дозированием неокисляющего биоцида каждые 2–4 недели.

Требования к управлению рисками легионеллы

На мусоросжигательные заводы распространяются требования по оценке и управлению рисками легионеллы в соответствии с нормами охраны труда и окружающей среды в большинстве юрисдикций. Соответствующая программа борьбы с легионеллой требует:

• Документированная оценка рисков, охватывающая все градирни и испарительные конденсаторы.
• Регулярный отбор проб воды и тестирование культуры легионеллы (обычно ежеквартально или чаще)
• Поддержание минимальных остатков свободного хлора или эквивалентных биоцидов во всех точках распределительной системы.
• Периодическая дезинфекция высокими дозами (гиперхлорирование или термическая дезинфекция) во время простоев или после положительных результатов теста на легионеллу.
• Техническое обслуживание сепаратора для минимизации образования аэрозолей из градирен

Очистка воды для закалки шлака и обращение с тяжелыми металлами

Системы тушения шлака представляют собой специализированную задачу очистки воды, отличную от контуров рециркуляционных градирен, рассмотренных выше. Закалочная вода напрямую контактирует с горячим шлаком, поглощая значительное количество тепла, а также растворяя тяжелые металлы, хлориды и щелочные соединения, выщелоченные из шлака. Эта вода обычно перерабатывается через контур отстойника и очистки, а не направляется в главную систему градирни из-за высокого уровня загрязнения.

Обработка воды для тушения шлака направлена ​​на удаление взвешенных твердых частиц посредством коагуляции и флокуляции, осаждение тяжелых металлов с использованием извести или гидроксида натрия для повышения pH выше 9,0 (при котором большинство тяжелых металлов образуют нерастворимые гидроксиды) и обезвоживание осадка для правильной утилизации. Неорганические коагулянты, такие как сульфат железа или полиалюминийхлорид (ПАХ), эффективны для дестабилизации коллоидных частиц золы, тогда как анионные полиакриламидные флокулянты ускоряют осаждение частиц и улучшают обезвоживаемость осадка.

Перед переработкой или сбросом обработанный слив из контуров закалки шлака должен соответствовать предельным значениям выбросов тяжелых металлов. Требуется регулярный мониторинг концентрации цинка, свинца, меди, кадмия и хрома в очищенных сточных водах, а дозировка коагулянта должна корректироваться в режиме реального времени в зависимости от качества поступающей воды, которое варьируется в зависимости от состава перерабатываемых отходов.

Вопросы экономии воды и нулевого сброса жидкости

Экологические разрешения на строительство новых объектов по сжиганию мусора все чаще требуют минимизации сброса сточных вод, при этом некоторые регулирующие органы требуют работы с нулевым сбросом жидкости (ZLD). Даже там, где ZLD не требуется, соображения стоимости и нехватки воды заставляют операторов максимизировать коэффициент рециркуляции и минимизировать объем продувки.

Достижение высоких коэффициентов концентрации (5–8 циклов) в системах охлаждения для сжигания отходов требует особенно надежных программ ингибиторов накипи и коррозии, поскольку концентрированные минеральные нагрузки ухудшают эффективность ингибиторов. Это также требует более тщательного контроля накопления хлоридов — в системах с высоким содержанием хлоридов повышенные концентрации могут привести к повышению уровня хлоридов до значений, которые ставят под угрозу целостность оборудования. Умягчение в боковом потоке или ионный обмен для удаления жесткости или хлоридов могут быть необходимы для обеспечения работы с высокой степенью концентрации при сохранении приемлемого химического состава воды.

Продувка из градирен для сжигания отходов, когда они не могут быть переработаны на предприятии, обычно требует очистки в системе сточных вод перед сбросом. Химическая потребность в кислороде (ХПК), взвешенные вещества, тяжелые металлы и pH этой продувки должны находиться в нормативных пределах. Выбор биоразлагаемых химикатов для очистки воды с низким содержанием ХПК — полимерных ингибиторов накипи, не содержащих фосфора, нестойких биоцидов — обеспечивает соблюдение ограничений по ХПК в сточных водах и снижает нагрузку на систему очистки сточных вод.

Для предприятий, реализующих комплексные стратегии управления водными ресурсами, наша команда обеспечивает поддержку проектирования на уровне системы и химической оптимизации по всем направлениям. все отрасли промышленности, которые мы обслуживаем , включая интегрированные решения для предварительной очистки обратным осмосом, химии рециркуляционной системы и очистки сточных вод для поддержки замкнутого цикла управления водными ресурсами.

Лучшие практики мониторинга, автоматизации и эксплуатации

Переменная и агрессивная водно-химическая среда на мусоросжигательных заводах делает непрерывный мониторинг и автоматическое дозирование химикатов гораздо более важным, чем в более стабильных промышленных системах охлаждения. Ручной мониторинг с фиксированными интервалами недостаточен для выявления быстрых падений pH, всплесков хлоридов и всплесков биологической активности, которые характеризуют эти объекты.

Современные системы управления охлаждающей водой для сжигания отходов должны включать онлайн-датчики pH, проводимости (в качестве показателя общего содержания растворенных твердых веществ и соотношения концентраций), окислительно-восстановительного потенциала (ОВП, для мониторинга остаточных биоцидов) и мутности (для содержания взвешенных твердых веществ). Эти сигналы подаются на автоматические контроллеры дозирования, которые регулируют дозировку ингибитора коррозии, ингибитора накипи, химиката для регулирования pH и дозировку биоцида в режиме реального времени для поддержания заданных параметров качества воды, несмотря на колебания условий на входе.

Помимо автоматического дозирования, для обеспечения надежной работы необходимы следующие методы работы:

• Ежедневная регистрация качества воды: pH, проводимость, жесткость, содержание хлоридов, остатков ингибиторов и остатков биоцидов следует регистрировать как минимум один раз в смену при нормальной работе.
• Еженедельный комплексный анализ: Полная панель химического состава воды, включая кальций, магний, кремнезем, железо, взвешенные вещества, мутность и расчет индекса насыщения Ланжелье.
• Ежемесячная оценка купона на коррозию: Пробы коррозии углеродистой стали, медного сплава и любых других конструкционных материалов следует взвешивать и проверять ежемесячно, чтобы убедиться, что скорость коррозии остается в допустимых пределах.
• Ежеквартальная проверка теплообменника: Визуальный или ультразвуковой осмотр типичных секций теплообменника для выявления загрязнения или точечной коррозии на ранней стадии, прежде чем оно приведет к повреждению оборудования.
• Протоколы запуска и выключения: Специальная предварительная обработка пленкой с высокой концентрацией ингибиторов перед запуском системы и шоковое дозирование биоцидов перед длительными простоями для предотвращения роста микробов в периоды застоя.

Операторы мусоросжигательных заводов, которые внедряют структурированный мониторинг и программы автоматического дозирования, последовательно достигают более низких скоростей коррозии, более длительного срока службы теплообменников и более надежного соблюдения нормативных требований, чем те, кто полагается на периодическую ручную регулировку дозировки химикатов. Чтобы обсудить программу мониторинга и обработки, адаптированную к конкретным потокам отходов вашего предприятия и конфигурации контура охлаждения, свяжитесь с нашими специалистами по очистке воды .