Термическое обезвреживание (сжигание) сточных вод (стр. 2 из 4)
Дальнейшее развитие техники сжигания сточных вод привело к созданию многоподовых печей и печей с псевдоожиженным слоем. Однако имеющиеся существенные недостатки - сложность технологической схемы подготовки и сжигания сточных вод и недостаточная стойкость футеровки - ограничили широкое их распространение.
В связи с огромным разнообразием и сложностью химических процессов, появлением сложных соединений различного класса, пластификаторов, синтетических материалов, ядохимикатов и др. резко возросла необходимость в поиске путей эффективного обезвреживания сточных вод различных производств, содержащих токсичные органические и неорганические вещества. Описанные выше методы и способы термического обезвреживания сточных вод оказываются не в состоянии обеспечить надежную их очистку и утилизацию содержащихся в них солей. В этих случаях наиболее надежным, а часто и экономически целесообразным, является огневой способ обезвреживания в циклонных печах.
Однако, несмотря на столь существенные качественные преимущества метода термического обезвреживания и термической очистки сточных вод промышленных предприятий, его применение в современных условиях является достаточно ограниченным и несоответствующим потенциальным возможностям последнего и относится, главным образом, лишь только к областиобезвреживания путем прямого сжигания небольших количеств высококонцентрированных по органическим примесям жидких отходов производств или сжигания с выпариванием небольших количеств высококонцентрированных по минеральным веществам сточных вод.
Основными недостатками методов термического обезвреживания и термической очистки сточных вод промышленных предприятий, препятствующих дальнейшему расширению применения последних, являются:
1) высокая стоимость процесса термического обезвреживания и термической очистки сточных вод промышленных предприятий, обусловленная, прежде всего, большой удельной затратой топлива в процессе обезвреживания в существующих промышленных установках ;
2) конструктивная сложность и большие размеры установок;
3) высокая начальная стоимость установок ;
4) недостаточная надежность установок ;
5) сложность эксплуатации установок ;
6) трудность осуществления полной и высоконадежной автоматизации установок.
Жидкие отходы перед поступлением в камеру сгорания распыляются с помощью форсунок, поэтому, чтобы избежать забивки форсунок, жидкие отходы должны быть тщательно очищены, а зимой, когда отходы густеют, их тщательная очистка перед форсунками вообще неосуществима.
Циклонные топки по сравнению с камерными и шахтными обладают целым рядом преимуществ, связанных, в первую очередь, с лучшей организацией смешения воздуха с топливом, что позволяет резко увеличить теплонапряжение топочного объема. В циклонных топках значительно удлиняется процесс сжигания во времени и сравнительно просто решается вопрос о выгрузке плава.
В комбинированных установках, сопряженных, например, с технологическими печами, где подогрев сточной воды осуществляется за счет утилизации теплоты уходящих из печей газов, затраты на электроэнергию становятся определяющими.
Недостатками циклонных печей являются частичный унос солевой массы газом (иногда до 60%) и загрязнение поверхностей котлов - утилизаторов. Кроме того, недостаточная утилизация теплоты уходящих газов приводит к излишнему расходу топлива, а следовательно, увеличению затрат на обезвреживание сточных вод.
Сточные воды производств переработки нефти содержат загрязняющие вещества разнообразного характера: нефть и нефтепродукты, растворенные минеральные соли и твердые механические примеси, серную кислоту и ее соли, щелочи (сульфиды и гидросульфиды натрия, меркаптаны и др.), спирты (метиловый, этиловый и бутиловый) и другие органические соединения, жирные кислоты, парафин, фенол, эфиры, загрязняющие примеси от производства катализаторов, токсичные и ядовитые вещества (например, тетраэтилсвинец) и др. Основная масса стоков НПЗ характеризуется повышенным рН и разнообразным солевым составом.
Объем перечисленных отходов измеряется многими миллионами тонн в год. В настоящее время значительную часть их складируют на полигонах, в шламонакопителях, сливают в канализацию. Это приводит к загрязнению поверхностных и подземных вод, воздуха и почвы. Применение установок сжигания и огневого обезвреживания отходов позволяет не только предотвратить загрязнение окружающей среды, но и (в результате переработки части отходов в товарные продукты и сырье и их энергетического применения) более экономично использовать природные ресурсы.
Циклонная печь для сжигания сточных вод.
Печь для сжигания жидких, газообразных и твердых отходов.
Печь включает: огнеупорную цилиндрическую стенку печи 1, заключенную в кожух 2, в пространстве между которыми установлена камера подачи воздуха 3, выполненная в виде трубы, перфорированная поверхность 4 которой переходит в гофрированную 5, причем суммарная площадь отверстий перфорации составляет не менее 1,2 площади проходного сечения перфорированного трубопровода, а отношение длины гофрированной поверхности к длине перфорированной поверхности не менее 0,2. Трубопроводы для подачи сжигаемых отходов 6, основного 7 и дополнительного 8 воздуха расположены коаксиально относительно друг друга и соединены между собой радиальными пластинами 9, 10, 11, 12, равномерно распределенными по кругу. Трубопровод для дополнительной подачи воздуха 8 соединен с камерой подачи воздуха 3 через кольцевой конусообразный клапан 13 с регулируемым зазором 14, образованным внутренней стенкой трубопровода 8 и наружной стенкой кольцевого конусообразного клапана 13. На стенке кожуха печи 2 камера подачи воздуха 3 закреплена с помощью резьбовой муфты 15, на наружной поверхности которой установлен регулятор зазора 16 и имеется зазор 17, образованный торцами трубопроводов 6 для подачи отходов и 7 для подачи основной части воздуха. Печь для сжигания жидких, газообразных и твердых отходов работает следующим образом. В камеру подачи воздуха поступает воздух, причем часть потока с постоянным расходом проходит через перфорированную стенку кольцевого конусообразного клапана 13 и направляется к трубопроводу для подачи основного воздуха 7, при этом его площадь обеспечивает оптимальную и постоянную во времени скорость воздушного потока, необходимую для наилучшего диспергирования жидких отходов. В трубопровод для дополнительной подачи воздуха 8 через регулируемый зазор 14 поступает другая часть воздуха. Величина зазора изменяется с помощью регулятора зазора 16 и позволяет обеспечить дополнительную подачу воздуха на горение. Скорость подачи основного воздуха остается постоянной независимо от изменения подачи дополнительного воздуха на горение. Для регулирования положения фронта пламени возможно изменение зазора 17 путем осевого смещения трубы отходов 6. В результате такой организации подачи воздуха и отходов в камеру печи улучшается тепломассообмен, ускоряется процесс горения, что приводит к резкой интенсификации окисления продуктов неполного сгорания, и необходимость в дополнительной турбулизации и рециркуляции газового потока отпадает.
Конструктивная схема рекуперативной печи для сжигания сточных вод:
1 - входной воздушный патрубок; 2 - кольцевой канал; 3 - воздухонагревательные трубы; 4 - нижняя часть обечайки печи; 5 - верхняя часть обечайки печи; 6 - змеевиковый теплообменник; 7 - верхний фланец печи; 8,9 - воздушные сопла; 10 - камера сгорания; 11 - топливный патрубок; 12 - топливная форсунка; 13 - летка; 14 - входной патрубок в змеевиковый теплообменник; 15 - выходной патрубок из змеевикового теплообменника; 16 - продувочный патрубок; 17 - распыляющее устройство; 18 - регулировочный вентиль; 19 - патрубок для выхода дымовых газов.
3. Решение задачи по абсорбции
Условия задачи:
Рассчитать диаметр и высоту насадки абсорбера для улавливания из воздуха ацетона водой. Рассчитать также расход поглотителя в м3/ч, если расход газовой смеси в рабочих условиях 6000 (м3/ч) с концентрацией ацетона 8 (%, объемн.), степень улавливания составляет 90 (%). Концентрация ацетона в воде на входе в абсорбер Хн = 0, а на выходе составляет 71 % от максимально возможной в данных условиях, т.е. от равновесной с входящим газом. Уравнение линии равновесия имеет вид Y* = 1,68X, где Y[кмоль А/кмоль воздуха], X [кмоль А/кмоль В]. Скорость газа в абсорбере 1,1 (м/с), коэффициент массопередачи 0,3[кмоль А/(м2×ч×кмоль А/кмоль В)], коэффициент смачиваемости насадки φ = 0,88. В качестве насадки используются керамические кольца Рашига размером 25х25х3, давление в колонне 0,2 (МПа) и температура 20 оС. Дать принципиальную схему абсорбера и фазовую диаграмму Y-X.
Решение:
1. Приведём расход газовой смеси к нормальным условиям: