Антропогенное загрязнение окружающей среды в настоящее время уже не компенсируется полностью процессами, происходящими в биосфере. В результате интенсивной деятельности человека происходит значительное загрязнение окружающей среды, биосфера постоянно деградирует: ухудшается качество атмосферы, водоёмов и почв, уничтожается фауна и флора. Выбросы и сбросы промышленных предприятий, энергетических систем и транспорта в атмосферу, водоёмы и почву достигли таких масштабов, что в некоторых регионах земного шара, особенно в крупных промышленных центрах, уровни загрязнений окружающей среды значительно превышают допустимые санитарные нормы.

Поэтому проблема защиты окружающей среды является одной из важных задач человечества.

Составной частью природопользования является переработка и воспроизводство природных ресурсов, охрана их и защита окружающей среды в целом, которая осуществляется на основе инженерной экологии – науки о взаимодействии технических и природных систем.

Теоретические основы защиты окружающей среды –комплексная научно-техническая дисциплина инженерной экологии, изучающая основы создания ресурсосберегающих технологий, экологически безопасных промышленных производств, реализации инженерно-экологических решений по рациональному природопользованию и охране окружающей среды.

В целях защиты окружающей среды (ЗОС) работа промышленности должна быть организована так, чтобы её отходы не наносили вреда природе и человеку. Охрана природы требует, чтобы производство совершенствовалось, а отходы утилизировались; все новые процессы создавались на основе малоотходной и безотходной технологии. Это позволит не только решить проблему ЗОС, но одновременно обеспечит высокую экономическую эффективность производства.

Данная реферативная работа посвящена вопросу термического обезвреживания (сжигания) сточных вод.

Теоретическими основами процессов удаления взвешенных загрязнений из состава сточных вод являются общие законы физической и коллоидной химии, термодинамики, гидро- и аэродинамики.

1. Общая характеристика термических методов обезвреживания сточных вод

Все методы очистки сточных вод могут быть разделены на деструктивные и регенеративные.

Под деструктивными понимают такие методы, при которых загрязняющие воду вещества подвергаются разрушению. Образующиеся продукты распада удаляются из воды в виде газов или осадков или остаются в растворе, но уже в обезвреженном виде. Чаще всего это происходит при использовании естественных или искусственных окислительных процессов.

Регенеративные методы решают две задачи: очистку сточных вод и утилизацию ценных веществ. Практически нередко приходится совмещать обе группы методов, а также проводить стадии предварительной очистки и доочистки.

Методы очистки сточных вод можно подразделить также на гидромеханические, химические, физико-химические, термические, электрохимические, биохимические .

Если в сточных водах имеются весьма вредные вещества, применяют термические методы, позволяющие уничтожить эти примеси, например, при сжигании. Такой процесс применим для обезвреживания органических примесей сточных вод. Для очистки минерализованных сточных вод из термических методов можно использовать выпаривание, адиабатное испарение, вымораживание и кристаллизацию из растворов и др.

Для обезвреживания значительной группы жидких, твердых, пастообразных и газообразных промышленных отходов с большим набором и высокой концентрацией органических и минеральных веществ применяют термические методы. Они заключаются в тепловом воздействии на отходы, при котором происходит окисление или восстановление некоторых вредных веществ с образованием безвредных или менее вредных.

К термическим методам относят жидкофазное окисление, гетерогенный катализ, газификацию отходов, пиролиз отходов, плазменный и огневой методы.

По теплотворной способности промышленные стоки делят на сточные воды, способные гореть самостоятельно, и на воды, для обезвреживания которых необходимо добавлять топливо. Эти сточные воды имеют энтальпию ниже 8400 кДж/кг (2000 ккал/кг).

При использовании термоокислительного метода все органические вещества, загрязняющие сточные воды, полностью окисляются кислородом воздуха при высоких температурах до нетоксичных соединений. К этим методам относят метод жидкофазного окисления, метод парофазного каталитического окисления и пламенный или «огневой» метод. Выбор метода зависит от объема сточных вод, их состава и теплотворной способности, экономичности процесса и требований, предъявляемых к очищенным водам.

Метод жидкофазного окисления. Этот метод очистки основан на окислении органических веществ, растворенных в воде, кислородом при температурах 100 – 350°С и давлениях 2 – 28 МПа. При высоких давлениях растворимость в воде кислорода значительно возрастает, что способствует ускорению процесса окисления органических веществ. Эффективность процесса окисления увеличивается с повышением температуры. Летучие вещества окисляются в основном в парогазовой фазе, а нелетучие — в жидкой фазе. С увеличением концентрации органических примесей в воде экономичность процесса жидкофазного окисления возрастает.

Метод начинают использовать для очистки сточных вод в химической, нефтеперерабатывающей, целлюлознобумажной, фармацевтической и других отраслях промышленности.

Метод парофазного каталитического окисления. В основе метода находится гетерогенное каталитическое окисление кислородом воздуха при высокой температуре летучих органических веществ, находящихся в сточных водах. Процесс протекает интенсивно в паровой фазе в присутствии медно-хромового, цинк-хромового, медно-марганцевого или другого катализатора. Основной недостаток метода — возможность отравления катализаторов соединениями фосфора, фтора, серы. Поэтому необходимо предварительное удаление каталитических ядов из сточных вод.

Достоинства метода: возможность очистки большого объема сточных вод без предварительного концентрирования, отсутствие в продуктах окисления вредных органических веществ; возможность комбинирования с другими методами; безопасность в работе.

Недостатки метода: неполное окисление некоторых органических веществ; высокая коррозия оборудования в кислых средах.

Огневой метод. Этот метод обезвреживания сточных вод является наиболее эффективным и универсальным из термических методов. Сущность его заключается в распылении сточных вод непосредственно в топочные газы, нагретые до 900 – 1000°С. При этом вода полностью испаряется, а органические примеси сгорают.

Огневой метод применяют для обезвреживания сточных вод, содержащих только минеральные вещества. Метод может быть использован также для обезвреживания небольшого объема сточных вод, содержащих высокотоксичные органические вещества, очистка от которых другими методами невозможна или неэффективна. Кроме того, огневой метод целесообразен, если имеются горючие отходы, которые можно использовать как топливо.

В процессе обезвреживания сточных вод различного состава могут образовываться оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов (CaO, MgO, BaO, K2 O, Na2 O и др.). При диссоциации хлоридов в дымовых газах содержится хлор и хлороводород. Органические соединения, содержащие серу, фосфор, галогены, могут образовывать SO2, SO3, P2O5, HC1, C12 и др. Присутствие этих веществ в дымовых газах нежелательно, т.к. это вызывает коррозию аппаратуры. Из сточных вод, содержащих нитросоединения, могут выделяться оксиды азота. Между этими соединениями происходят взаимодействия с образованием новых соединений, в том числе и токсичных.

2. Огневой метод

Огневой метод используют для сжигания негорючих сточных вод. Сущность метода заключается в распылении сточных вод в топочные газы, имеющие высокую температуру (900—1000 °С). Вода при этом полностью испаряется, органические примеси сгорают с образованием газовых продуктов, а минеральные вещества образуют твердые или расплавленные частицы, которые затем улавливаются.

Для обезвреживания особо опасных, ядовитых и неутилизируемых отходов огневой метод является наиболее целесообразным, а зачастую единственно возможным. Однако у данного метода есть существенный недостаток – это высокие затраты энергоресурсов и дороговизна, которые ограничивают возможности и масштабы его применения. Поэтому снижение себестоимости термического способа очистки сточных вод является весьма актуальным.

Разработан ряд технологических установок для огневого метода обезвреживания: без рекуперации тепла и очистки газов; без рекуперации тепла с очисткой газов; с рекуперацией тепла без очистки газов; с рекуперацией тепла и очисткой газов. Во всех этих схемах отсутствует рекуперация твердых отходов. Предложены схемы и с рекуперацией твердых отходов, выделяющихся при использовании огневого метода обезвреживания сточных вод. Огневой метод требует больших затрат топлива на испарение воды и полного сгорания токсичных примесей. Обычно расход топлива составляет 250—300 кг на 1 т сточной воды.

История развития термических способов обезвреживания сточных вод начинается с использования камерных и шахтных печей, в которых осуществлялось подсушивание и сжигание распыливаемой при помощи сопел сточной воды за счет сжигания топлива.

Основными их недостатками являются громоздкость, дороговизна и малая удельная производительность.

Наиболее совершенными для сжигания жидких отходов являются циклонные печи, преимущества которых обусловлены аэродинамическими особенностями (вихревая структура газового потока), обеспечивающими высокую интенсивность и устойчивость процесса сжигания с малыми тепловыми потерями и минимальными избытками воздуха. Это позволяет создавать малогабаритные устройства, работающие с высокими удельными тепловыми нагрузками, в десятки раз превышающими нагрузки камерных, шахтных и барабанных печей. Широкое применение циклонные печи нашли для обезвреживания сточных вод, загрязненных органическими и минеральными компонентами. Подача воздуха и топлива осуществляется тангенциально газо-мазутными горелками предварительного смешения, расположенными на боковой поверхности камеры сгорания. Распыливание сточных вод осуществляется центробежными механическими форсунками, установленными радиально ниже зоны горения топлива.

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 о С. Дать принципиальную схему абсорбера и фазовую диаграмму Y-X.

Решение:

1. Приведём расход газовой смеси к нормальным условиям:

2. Определим количество (расход) паров ацетона в составе газовой смеси расчёте на 1 час:

Где VM – молярный объём газа, кмоль/м3 .

3. Построение рабочей линии и линии равновесия.

Для построения рабочей линии процесса абсорбции необходимо определить координаты точек А и В, характеризующих состав газовой и водной фаз на входе и выходе из абсорбера.

а ) Содержание паров ацетона во входящем воздухе (в отн. мольных долях) составляет:

б ) Относительная мольная доля паров ацетона в газовой смеси на выходе из адсорбера:

в ) Содержание ацетона в поглотителе-воде при входе в абсорбер по условию задачи составляет Хв =0.

г) Находим координату Хн .

По условию задачи координата Хн, т.е. концентрация ацетона в поглотителе на выходе из абсорбера составляет n = 71% от равновесной с входящим газом. Поэтому необходимо сначала найти равновесную со входящим газом концентрацию Х* .

Т.к. уравнение линии равновесия Y* =1,68·Х и при входе в абсорбер отн. мольная доля ацетона составляла Yн = , то:

Следовательно,

Таким образом координаты точек А и В составляют:

А (0; 0,08695) и В (0,03674; 0,008695)

На основе полученных данных строим линию равновесия и рабочую линию процесса АВ, а также схему абсорбера для противоточной абсорбции:

Построение рабочей линии АВ и линии равновесия ОС:

Схема движения абсорбата и абсорбента в абсорбере:

4. Найдём среднюю движущую силу процесса по газовой фазе ∆Yср на входе в абсорбер и выходе из него:

Средняя движущая сила в абсорбере при прямой линии равновесия определяется по формуле:

5. Из уравнения массопередачи:

при условии, что Ку = Кх /1,68, рассчитаем площадь контакта фаз в адсорбере F, необходимую для обеспечения перехода требуемого количества газа в жидкую фазу.

Площадь контакта в абсорбере создаётся с помощью керамических колец Рашига. Для колец формата 25х25х3, удельная поверхность насадки δ = 204 м2 /м3 .

6. Рассчитаем габариты адсорбера:

Поскольку

F = H н · S · δ · ψ ,

где Hн – высота насадки колец Рашига;

S – площадь сечения абсорбера;

δ – удельная поверхность насадки ,

Ψ – коэффициент смачивания = 0.88,

то можно записать:

– объём насадки,

где Vн – объём слоя колец Рашига, необходимый для создания данной поверхности F при коэффициенте смачивания

Таким образом, объём насадки колец Рашига должен составить:

Далее находим площадь поперечного сечения абсорбера S:

где V0– расход газовой смеси при н.у.,

w – линейная скорость газового потока (м/с).

Для цилиндрического абсорбера площадь сечения определяется из площади круга:

Откуда определяем диаметр абсорбера:

— нормальные ряды колонных аппаратов, мм = 1400

и высоту насадки абсорбера Нн :

7. Требуемый для проведения процесса расход поглотителя–воды

www.ronl.ru

Термическое обезвреживание (сжигание) сточных вод

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. Общая характеристика термических методов

2. Огневой метод

3. Задача по абсорбции

Заключение

Вопросы

Литература и источники

ВВЕДЕНИЕ

Антропогенное загрязнение окружающей среды сегодня уже не компенсируется полностью процессами, происходящими в биосфере. В результате интенсивной деятельности человека происходит значительное загрязнение окружающей среды, биосфера постоянно деградирует: ухудшается качество атмосферы, водоёмов и почв, уничтожается фауна и флора. Выбросы и сбросы промышленных предприятий, энергетических систем и транспорта в атмосферу, водоёмы и почву достигли таких масштабов, что в некоторых регионах земного шара, особенно в крупных промышленных центрах, уровни загрязнений окружающей среды значительно превышают допустимые санитарные нормы.

Поэтому проблема защиты окружающей среды является одной из важных задач человечества.

Составной частью природопользования является переработка и воспроизводство природных ресурсов, охрана их и защита окружающей среды в целом, которая осуществляется на основе инженерной экологии - науки о взаимодействии технических и природных систем.

Теоретические основы защиты окружающей среды - комплексная научно-техническая дисциплина инженерной экологии, изучающая основы создания ресурсосберегающих технологий, экологически безопасных промышленных производств, реализации инженерно-экологических решений по рациональному природопользованию и охране окружающей среды.

Данная реферативная работа посвящена вопросу термического обезвреживания (сжигания) сточных вод.

1. Общая характеристика термических методов обезвреживания сточных вод

Все методы очистки сточных вод могут быть разделены на деструктивные и регенеративные.

При использовании термоокислительного метода все органические вещества, загрязняющие сточные воды, полностью окисляются кислородом воздуха при высоких температурах до нетоксичных соединений. К этим методам относят метод жидкофазного окисления, метод парофазного каталитического окисления и пламенный или "огневой" метод. Выбор метода зависит от объема сточных вод, их состава и теплотворной способности, экономичности процесса и требований, предъявляемых к очищенным водам.

Метод жидкофазного окисления. Этот метод очистки основан на окислении органических веществ, растворенных в воде, кислородом при температурах 100 - 350°С и давлениях 2 - 28 МПа. При высоких давлениях растворимость в воде кислорода значительно возрастает, что способствует ускорению процесса окисления органических веществ. Эффективность процесса окисления увеличивается с повышением температуры. Летучие вещества окисляются в основном в парогазовой фазе, а нелетучие - в жидкой фазе. С увеличением концентрации органических примесей в воде экономичность процесса жидкофазного окисления возрастает.

Метод парофазного каталитического окисления. В основе метода находится гетерогенное каталитическое окисление кислородом воздуха при высокой температуре летучих органических веществ, находящихся в сточных водах. Процесс протекает интенсивно в паровой фазе в присутствии медно-хромового, цинк-хромового, медно-марганцевого или другого катализатора. Основной недостаток метода - возможность отравления катализаторов соединениями фосфора, фтора, серы. Поэтому необходимо предварительное удаление каталитических ядов из сточных вод.

Огневой метод. Этот метод обезвреживания сточных вод является наиболее эффективным и универсальным из термических методов. Сущность его заключается в распылении сточных вод непосредственно в топочные газы, нагретые до 900 - 1000°С. При этом вода полностью испаряется, а органические примеси сгорают.

В процессе обезвреживания сточных вод различного состава могут образовываться оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов (CaO, MgO, BaO, K2O, Na2O и др.). При диссоциации хлоридов в дымовых газах содержится хлор и хлороводород. Органические соединения, содержащие серу, фосфор, галогены, могут образовывать SO2, SO3, P2O5, HC1, C12 и др. Присутствие этих веществ в дымовых газах нежелательно, т.к. это вызывает коррозию аппаратуры. Из сточных вод, содержащих нитросоединения, могут выделяться оксиды азота. Между этими соединениями происходят взаимодействия с образованием новых соединений, в том числе и токсичных.

2. Огневой метод

Огневой метод используют для сжигания негорючих сточных вод. Сущность метода заключается в распылении сточных вод в топочные газы, имеющие высокую температуру (900--1000 °С). Вода при всём этом полностью испаряется, органические примеси сгорают с образованием газовых продуктов, а минеральные вещества образуют твердые или расплавленные частицы, которые затем улавливаются.

Для обезвреживания особо опасных, ядовитых и неутилизируемых отходов огневой метод является наиболее целесообразным, а зачастую единственно возможным. При этом у данного метода есть существенный недостаток - это высокие затраты энергоресурсов и дороговизна, которые ограничивают возможности и масштабы его применения. Поэтому снижение себестоимости термического способа очистки сточных вод является весьма актуальным.

Основными их недостатками являются громоздкость, дороговизна и малая удельная производительность.

Дальнейшее развитие техники сжигания сточных вод привело к созданию многоподовых печей и печей с псевдоожиженным слоем. При этом имеющиеся существенные недостатки - сложность технологической схемы подготовки и сжигания сточных вод и недостаточная стойкость футеровки - ограничили широкое их распространение.

При этом, 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 области обезвреживания путем прямого сжигания небольших количеств высококонцентрированных по органическим примесям жидких отходов производств или сжигания с выпариванием небольших количеств высококонцентрированных по минеральным веществам сточных вод.

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.

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.

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 всём 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/(м2чкмоль А/кмоль В)], коэффициент смачиваемости насадки ц = 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:

2. Определим количество (расход) паров ацетона в составе газовой смеси расчёте на 1 час:

Где VM - молярный объём газа, кмоль/м3.

3. Построение рабочей линии и линии равновесия.

а) Содержание паров ацетона во входящем воздухе (в отн. мольных долях) составляет:

б) Относительная мольная доля паров ацетона в газовой смеси на выходе из адсорбера:

в) Содержание ацетона в поглотителе-воде при входе в абсорбер по условию задачи составляет Хв=0.

г) Находим координату Хн.

Т.к. уравнение линии равновесия Y* =1,68·Х и при входе в абсорбер отн. мольная доля ацетона составляла Yн = , то:

Следовательно,

Таким образом координаты точек А и В составляют:

А(0; 0,08695) и В(0,03674; 0,008695)

Построение рабочей линии АВ и линии равновесия ОС:

Схема движения абсорбата и абсорбента в абсорбере:

4. Найдём среднюю движущую силу процесса по газовой фазе ?Yсрна входе в абсорбер и выходе из него:

Средняя движущая сила в абсорбере при прямой линии равновесия определяется по формуле:

5. Из уравнения массопередачи:

при условии, что Ку = Кх/1,68, рассчитаем площадь контакта фаз в адсорбере F, необходимую для обеспечения перехода требуемого количества газа в жидкую фазу.

Площадь контакта в абсорбере создаётся с помощью керамических колец Рашига. Для колец формата 25х25х3,удельная поверхность насадки д = 204 м2/м3.

6. Рассчитаем габариты адсорбера:

Поскольку

F = Hн? S ? д ? ш,

где Hн - высота насадки колец Рашига;

S - площадь сечения абсорбера;

д - удельная поверхность насадки ,

Ш - коэффициент смачивания = 0.88,

то можно записать:

- объём насадки,

где Vн - объём слоя колец Рашига, необходимый для создания данной поверхности F при коэффициенте смачивания

Таким образом, объём насадки колец Рашига должен составить:

Далее находим площадь поперечного сечения абсорбера S:

где V0 - расход газовой смеси при н.у.,

w - линейная скорость газового потока (м/с).

Для цилиндрического абсорбера площадь сечения определяется из площади круга:

Откуда определяем диаметр абсорбера:

- нормальные ряды колонных аппаратов, мм = 1400

и высоту насадки абсорбера Нн:

7. Требуемый для проведения процесса расход поглотителя-воды ?? определяем из уравнения:

(кмоль В/кмоль А)

отсюда следует:

где Мац.- расход поглощаемого компонента ; М(ацетона)= кмоль/ч; Мв = 18 кг/кмоль (Н2О) Xн=0,03674 - конечная концентрация ацетона в воде на выходе из абсорбера (отн.мольн.доли - кмоль А/кмоль В).

Поэтому расход воды L составит:

Выводы: для проведения процесса абсорбции необходимо использовать насадку с диаметром D=м и высотой Нн= м, при всём этом расход поглотителя-воды составит м3/час.

Заключение

Загрязнение окружающей среды является серьезной проблемой для всех стран мира. По мере роста народонаселения и масштабов производства экологические последствия становятся все более серьезными и распространенными, а нетронутые природные пространства непрерывно сокращаются. Стало ясно, что снижение качества окружающей среды уже нельзя считать приемлемым компромиссом.

Дальнейшее развитие инженерной защиты окружающей среды находится в направлении совершенствования основных технологий производства и минимизации их воздействия на окружающую среду, что потребует дальнейшего развития и повышения качества технических природоохранных методов и средств. Это, в свою очередь, ставит задачи углубления теоретических основ техники и технологии защиты окружающей среды.

По мере развития техники и совершенствования технологических процессов появляются новые виды веществ, выбрасываемых в атмосферу. В то же время происходит модернизация существующего и разработка новых видов технологического оборудования, в котором осуществлена полная герметизация, автоматизация, дистанционное управление. Внедряется безотходная технология, при которой исключаются выбросы в атмосферу, возникают новые методы очистки воздуха от вредных газов и паров, разрабатывается и применяется новое технологическое оборудование, в состав которого входят встроенные агрегаты для удаления и обезвреживания вредных веществ. Все это вселяет надежду, что недалеко то время, когда практически все технологические процессы станут безотходными и выброс вредных веществ в атмосферный воздух практически прекратится.

Решение проблемы очистки сточных вод от различных загрязнений требует специальных знаний различных дисциплин, в первую очередь, химической технологии. Мы должны знать основные методы обезвреживания наиболее распространенных загрязнений, их технико-экономические показатели, реальные возможности и перспективы в этой области.

При очистке приходится решать одновременно ряд проблем, связанных с многокомпонентностью очищаемых сред, и их необходимо подвергать различным методам очистки, расход выбросов по времени непостоянен, изменяется концентрация в них различных вредных веществ и т. д. Все это, конечно, осложняет очистку, требует принятия в каждом отдельном случае соответствующих решений.

Проблемы, возникающие при разработке и проектировании очистных систем, тесно связаны и со всеобщими законами (цикличность, безотходность и др.), и с конкретными закономерностями природных технологий. Вклад каждой из них в результирующее действие зависит от большого числа факторов, связанных с параметрами загрязнений, среды, конструктивными особенностями аппаратов. Многие из факторов взаимосвязаны, а результирующие зависимости имеют настолько сложный характер, что не всегда удается найти логическое объяснение полученным результатам. Поэтому даже в расчетах простейших очистных устройств приходится основываться на экспериментальные данные и производственный опыт.

Вопросы для теста

(правильные ответы помечены звёздочкой):

1) Каков средний расход топлива при использовании огневого метода обезвреживания сточных вод на 1 тонну стоков?

А) 50-100 кг

Б) 150-200 кг

В) 250-300 кг *

Г) 350-400 кг

2) Как называется процесс улавливания и возвращения в рабочий цикл материалов и полупродуктов для повторного использования в технологическом процессе?

А) Рекуперация *

Б) Теплообмен

В) Утилизация

Г) Сепарация

3) Какой метод является наиболее удобным для обезвреживания особо опасных, ядовитых и неутилизируемых отходов?

А) Плазменный

Б) Огневой *

В) Гетерогенный катализ

Г) Жидкофазное окисление

4) Какую температуру имеют топочные газы при огневом методе обезвреживания?

А) 300-400

Б) 500-600

В) 700-800

Г) 900-1000 *

5) Какой вид установок является наиболее совершенным для сжигания жидких отходов?

А) Камерные печи

Б) Циклонные печи *

В) Шахтные печи

Г) Барабанные печи

6) Какой из нижеприведённых недостатков не относится к методам термического обезвреживания сточных вод?

А) Высокая стоимость установок

Б) Неэффективность *

В) Сложность установок

Г) Большой расход топлива

7) Какое преимущество есть у циклонных печей перед камерными и шахтными?

А) Меньший расход топлива

Б) Простота в обслуживании

В) Улучшенный механизм приготовления топливной смеси *

Г) Увеличенный объём топки

8) Какой максимальный унос солевой массы допускается в циклонных печах?

А) 20%

Б) 40%

В) 60% *

Г) 80%

9) Какой метод термического обезвреживания наиболее топливозатратен?

А) Огневой *

Б) Газификация

В) Пиролиз

Г) Жидкофазное окисление

10) Каково важнейшее направление усовершенствования термических методов?

А) Увеличение эффективности

Б) Упрощение конструкции

В) Уменьшение расхода топлива

Г) Уменьшение себестоимости *

11) К чему приводит недостаточная утилизация теплоты уходящих газов в циклонных печах?

А) Перерасходу топлива *

Б) Снижению эффективности очистки

В) Ни на что не влияет

Г) Нарушению технологических процессов обезвреживания

12) Нужно ли и если нужно, то почему надо очищать жидкие отходы перед поступлением их в форсунки?

А) Во избежание засорения форсунок *

Б) Во избежание выброса их в окружающую среду не до конца обезвреженными

В) Жидкие отходы не нуждаются в предварительной очистке

13) Для обезвреживания сточных вод какого характера загрязнения больше всего подходят циклонные печи?

А) Химическое и биологическое загрязнение

Б) Органическое и минеральное загрязнение *

В) Радиоактивное загрязнение

Г) Неорганическое загрязнение

14) Как осуществляется подогрев сточных вод в комбинированных установках?

А) За счет теплоты печных газов *

Б) В специальных устройствах перед подачей сточных вод в топку

В) Никак не осуществляется

15) Какой формы теплообменник в рекуперативной печи?

А) Прямой

Б) Змеевиковый *

В) Торообразный

Г) Цилиндрический

16) Для сжигания каких сточных вод используется огневой метод?

А) Горючих

Б) Негорючих *

В) Всех видов

17) Как сточные воды подводятся в камеру сгорания?

А) Заливаются в жидком виде

Б) Распрыскиваются форсунками *

В) Подаются нагретыми в виде пара

18) Центробежные механические форсунки в циклонных печах расположены…:

А) Ниже уровня зоны горения топлива *

Б) Выше уровня зоны горения топлива

В) Примерно на одном уровне с зоной горения топлива

19) Усложняется ли при понижении температуры окружающей среды процесс подачи сточных вод и их сжигания в печах?

А) Да *

Б) Нет

20) С каким видом отходов при использовании огневого метода невозможна рекуперация?

А) Жидкие отходы

Б) Газообразные отходы

В) Твёрдые отходы *

21) Методы очистки сточных вод делят на деструктивные и…

___________________ (вписать, правильный ответ «регенеративные»)

22) Термодинамический потенциал, характеризующий состояние системы в термодинамическом равновесии это

___________________ (вписать, правильный ответ «энтальпия»)

referatwork.ru

Водоподготовка — обработка воды, поступающей из природного водоисточника, для приведения её качества в соответствие с требованиями технологических потребителей. Водоподготовка заключается в освобождении воды от грубодисперсных и коллоидных примесей и содержащихся в ней солей, тем самым предотвращаются отложение накипи, унос солей паром, коррозия металлов, а также загрязнение обрабатываемых материалов при использовании воды в технологических процессах. Для осуществления данных процессов используются ВПУ (водопод-готовительные установки).

Сточные воды впу

При обработке воды на ВПУ образуются сточные воды двух основных типов:

воды, получающиеся на стадии предочистки воды при ее коагуляции и известковании и содержащие взвешенные вещества;
воды повышенной минерализации, образующиеся в процессе умягчения и обессоливания воды.

В сточных водах предочистки в твердом виде содержатся органические вещества, повышающие биологическое потребление кислорода водой, грубодисперсные примеси исходной воды, соединения железа и алюминия, а также карбонат кальция, гидроксид магния и «недопал» при известковании.

Качественный и количественный состав примесей таких вод зависит от качества воды и принятых методов ее обработки на предочистке. При известковании вода, кроме того, имеет повышенное значение pH (10,0—10,4). Сброс таких вод в водоемы запрещен.

Дня утилизации сточных вод предочистки на ТЭС сооружают шламоуплотнительные станции (ШУС), в которых шлам обезвоживается, а вода возвращается в технологический цикл. Обезвоженный шлам осветлителей, прежде всего известковый, используется для производства извести, в строительстве, для раскисления почв и т.п.

Значительно более сложной оказалась проблема сокращения и утилизации сточных вод второго типа. Используемый на большинстве отечественных электростанций ионообменный метод подготовки добавочной воды котлов и тепловых сетей сопровождается потреблением значительного количества химических реагентов и, как следствие, образованием большого объема минерализованных сточных вод, утилизация которых превратилась в самостоятельную и достаточно сложную проблему. Сброс вод, содержащих такие загрязнения, даже после взаимной нейтрализации кислых и щелочных стоков обессоливающих установок разрешается в таких редких случаях, когда естественный водоем имеет мощный дебит, способный разбавлять вредные химические вещества до значений их ПДК.

Совершенствование экономичных и экологичных схем ВПУ в настоящее время ведется в следующих направлениях:

применение противоточных фильтров в схемах ВПУ,
использование мембранных технологий,
изменение внутренних взаимосвязей различных узлов технологических схем и применение оборудования, позволяющего снизить расходы реагентов и воды на собственные нужды, извлекать из сточных вод ценные компоненты, то есть создавать малоотходные схемы ВПУ.

studfiles.net

Термическое обезвреживание (сжигание) сточных вод

Главная » Рефераты » Текст работы «Термическое обезвреживание (сжигание) сточных вод - Экология и охрана природы»

Содержание

- В в е д е н и е -

1. Общая характеристика термических методов

2. Огневой метод

3. Задача по абсорбции

- З а к л ю ч е н и е -

Вопросы

Литература и источники

- В в е д е н и е -

Антропогенное загрязнение окружающей среды сегодня уже не комᴨȇнсируется полностью процессами, происходящими в биосфере. В результате интенсивной деятельности человека происходит значительное загрязнение окружающей среды, биосфера постоянно деградирует: ухудшается качество атмосферы, водоёмов и почв, уничтожается фауна и флора. Выбросы и сбросы промышленных предприятий, энергетических систем и транспорта в атмосферу, водоёмы и почву достигли таких масштабов, что в некотоҏыҳ регионах земного шара, особенно в крупных промышленных центрах, уровни загрязнений окружающей среды значительно превышают допустимые санитарные нормы.

В связи с этим проблема защиты окружающей среды является одной из важных задач человечества.

Составной частью природопользования является ᴨȇреработка и воспроизводство природных ресурсов, охрана их и защита окружающей среды в целом, которая осуществляется на основе инженерной экологии - науки о взаимодействии технических и природных систем.

В целях защиты окружающей среды (ЗОС) работа промышленности должна быть организована так, чтобы её отходы не наносили вреда природе и человеку. Охрана природы требует, чтобы производство совершенствовалось, а отходы утилизировались; все новые процессы создавались на основе малоотходной и безотходной технологии. Это позволит не только решить проблему ЗОС, но одновременно обесᴨȇчит высокую экономическую эффективность производства.

Данная реферативная работа посвящена вопросу термического обезвреживания (сжигания) сточных вод.

1. Общая характеристика термических методов обезвреживания сточных вод

Все методы очистки сточных вод могут быть разделены на деструктивные и регенеративные.

Под деструктивными понимают такие методы, при котоҏыҳ загрязняющие воду вещества подвергаются разрушению. Образующиеся продукты распада удаляются из воды в виде газов или осадков или остаются в растворе, но уже в обезвреженном виде. Чаще всего это происходит при использовании естественных или искусственных окислительных процессов.

Для обезвреживания значительной группы жидких, твердых, пастообразных и газообразных промышленных отходов с большим набором и высокой концентрацией органических и минеральных веществ применяют термические методы. Они заключаются в тепловом воздействии на отходы, при котором происходит окисление или восстановление некотоҏыҳ вредных веществ с образованием безвредных или менее вредных.

По теплотворной способности промышленные стоки делят на сточные воды, способные гореть самостоятельно, и на воды, для обезвреживания котоҏыҳ необходимо добавлять топливо. Эти сточные воды имеют энтальпию ниже 8400 кДж/кг (2000 ккал/кг).

При использовании термоокислительного метода все органические вещества, загрязняющие сточные воды, полностью окисляются кислородом воздуха при высоких темᴨȇратурах до нетоксичных соединений. К этим методам относят метод жидкофазного окисления, метод парофазного каталитического окисления и пламенный или "огневой" метод. Выбор метода зависит от объема сточных вод, их состава и теплотворной способности, экономичности процесса и требований, предъявляемых к очищенным водам.

Метод жидкофазного окисления. Этот метод очистки основан на окислении органических веществ, растворенных в воде, кислородом при темᴨȇратурах 100 - 350°С и давлениях 2 - 28 МПа. При высоких давлениях растворимость в воде кислорода значительно возрастает, что способствует ускорению процесса окисления органических веществ. Эффективность процесса окисления увеличивается с повышением темᴨȇратуры. Летучие вещества окисляются в основном в парогазовой фазе, а нелетучие - в жидкой фазе. С увеличением концентрации органических примесей в воде экономичность процесса жидкофазного окисления возрастает.

Метод начинают использовать для очистки сточных вод в химической, нефтеᴨȇрерабатывающей, целлюлознобумажной, фармацевтической и других отраслях промышленности.

Метод парофазного каталитического окисления. В основе метода находится гетерогенное каталитическое окисление кислородом воздуха при высокой темᴨȇратуре летучих органических веществ, находящихся в сточных водах. Процесс протекает интенсивно в паровой фазе в присутствии медно-хромового, цинк-хромового, медно-марганцевого или другого катализатора. Основной недостаток метода - возможность отравления катализаторов соединениями фосфора, фтора, серы. В связи с этим необходимо предварительное удаление каталитических ядов из сточных вод.

Недостатки метода: неполное окисление некотоҏыҳ органических веществ; высокая коррозия оборудования в кислых средах.

Огневой метод. Этот метод обезвреживания сточных вод является наиболее эффективным и универсальным из термических методов. Сущность его заключается в распылении сточных вод непосредственно в топочные газы, нагретые до 900 - 1000°С. При этом вода полностью испаряется, а органические примеси сгорают.

Огневой метод применяют для обезвреживания сточных вод, содержащих только минеральные вещества. Метод может быть использован также для обезвреживания небольшого объема сточных вод, содержащих высокотоксичные органические вещества, очистка от котоҏыҳ другими методами невозможна или неэффективна. Кроме того, огневой метод целесообразен, если имеются горючие отходы, которые можно использовать как топливо.

В процессе обезвреживания сточных вод различного состава могут образовываться оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов (CaO, MgO, BaO, K2O, Na2O и др.). При диссоциации хлоридов в дымовых газах содержится хлор и хлороводород. Органические соединения, содержащие серу, фосфор, галогены, могут образовывать SO2, SO3, P2O5, HC1, C12 и др. Присутствие этих веществ в дымовых газах нежелательно, т.к. это вызывает коррозию аппаратуры. Из сточных вод, содержащих нитросоединения, могут выделяться оксиды азота. Между этими соединениями происходят взаимодействия с образованием новых соединений, в том числе и токсичных.

2. Огневой метод

Огневой метод используют для сжигания негорючих сточных вод. Сущность метода заключается в распылении сточных вод в топочные газы, имеющие высокую темᴨȇратуру (900--1000 °С). Вода при этом полностью испаряется, органические примеси сгорают с образованием газовых продуктов, а минеральные вещества образуют твердые или расплавленные частицы, которые затем улавливаются.

Для обезвреживания особо опасных, ядовитых и неутилизируемых отходов огневой метод является наиболее целесообразным, а зачастую единственно возможным. Однако у данного метода есть существенный недостаток - это высокие затраты энергоресурсов и дороговизна, которые ограничивают возможности и масштабы его применения. В связи с этим снижение себестоимости термического способа очистки сточных вод является весьма актуальным.

Разработан ряд технологических установок для огневого метода обезвреживания: без рекуᴨȇрации тепла и очистки газов; без рекуᴨȇрации тепла с очисткой газов; с рекуᴨȇрацией тепла без очистки газов; с рекуᴨȇрацией тепла и очисткой газов. Во всех этих схемах отсутствует рекуᴨȇрация твердых отходов. Предложены схемы и с рекуᴨȇрацией твердых отходов, выделяющихся при использовании огневого метода обезвреживания сточных вод. Огневой метод требует больших затрат топлива на испарение воды и полного сгорания токсичных примесей. Обычно расход топлива составляет 250--300 кг на 1 т сточной воды.

История развития термических способов обезвреживания сточных вод начинается с использования камерных и шахтных ᴨȇчей, в котоҏыҳ осуществлялось подсушивание и сжигание распыливаемой при помощи соᴨȇл сточной воды за счет сжигания топлива.

Основными их недостатками являются громоздкость, дороговизна и малая удельная производительность.

Наиболее совершенными для сжигания жидких отходов являются циклонные ᴨȇчи, преимущества котоҏыҳ обусловлены аэродинамическими особенностями (вихревая структура газового потока), обесᴨȇчивающими высокую интенсивность и устойчивость процесса сжигания с малыми тепловыми потерями и минимальными избытками воздуха. Это позволяет создавать малогабаритные устройства, работающие с высокими удельными тепловыми нагрузками, в десятки раз превышающими нагрузки камерных, шахтных и барабанных ᴨȇчей. Широкое применение циклонные ᴨȇчи нашли для обезвреживания сточных вод, загрязненных органическими и минеральными компонентами. Подача воздуха и топлива осуществляется тангенциально газо-мазутными горелками предварительного смешения, расположенными на боковой поверхности камеры сгорания. Распыливание сточных вод осуществляется центробежными механическими форсунками, установленными радиально ниже зоны горения топлива.

Дальнейшее развитие техники сжигания сточных вод привело к созданию многоподовых ᴨȇчей и ᴨȇчей 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 обесᴨȇчить 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 ᴨȇчах.

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 области обезвреживания путем прямого сжигания небольших количеств высококонцентрированных по органическим примесям жидких отходов производств или сжигания с выпариванием небольших количеств высококонцентрированных по минеральным веществам сточных вод.

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 ᴨȇред поступлением в камеру сгорания распыляются с помощью форсунок, в связи с этим, чтобы избежать забивки форсунок, жидкие отходы должны быть тщательно очищены, а зимой, когда отходы густеют, их тщательная очистка ᴨȇред форсунками вообще неосуществима.

Циклонные топки по сравнению с камерными и шахтными обладают целым рядом преимуществ, связанных, в ᴨȇрвую 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 ᴨȇчами, где подогрев сточной воды осуществляется за счет утилизации теплоты уходящих из ᴨȇчей газов, затраты на электроэнергию становятся определяющими.

Недостатками циклонных ᴨȇчей 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 ᴨȇреработки 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 ᴨȇречисленных 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 ᴨȇреработки части отходов в товарные продукты и сырье и их энергетического применения) более экономично использовать природные ресурсы.

Циклонная ᴨȇчь для сжигания сточных вод.

Печь для сжигания жидких, газообразных и твердых отходов.

Печь включает: огнеупорную цилиндрическую стенку ᴨȇчи 1, заключенную в кожух 2, в пространстве между которыми установлена камера подачи воздуха 3, выполненная в виде трубы, ᴨȇрфорированная поверхность 4 которой ᴨȇреходит в гофрированную 5, причем суммарная площадь отверстий ᴨȇрфорации составляет не менее 1,2 площади проходного сечения ᴨȇрфорированного трубопровода, а отношение длины гофрированной поверхности к длине ᴨȇрфорированной 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 ᴨȇчи 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 ᴨȇрфорированную стенку кольцевого конусообразного клапана 13 и направляется к трубопроводу для подачи основного воздуха 7, при этом его площадь обесᴨȇчивает оптимальную и постоянную во времени скорость воздушного потока, необходимую для наилучшего дисᴨȇрᴦᴎҏования 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 обесᴨȇчить 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 ᴨȇчи 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 рекуᴨȇративной ᴨȇчи для сжигания сточных вод:

1 - входной воздушный патрубок; 2 - кольцевой канал; 3 - воздухонагревательные трубы; 4 - нижняя часть обечайки ᴨȇчи; 5 - верхняя часть обечайки ᴨȇчи; 6 - змеевиковый теплообменник; 7 - верхний фланец ᴨȇчи; 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.), стеᴨȇнь 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 массоᴨȇредачи 0,3[кмоль А/(м2чкмоль А/кмоль В)], коэффициент смачиваемости насадки ц = 0,88. В качестве насадки используются керамические кольца Рашига размером 25х25х3, давление в колонне 0,2 (МПа) и темᴨȇратура 20 оС. Дать принципиальную схему абсорбера и фазовую диаграмму Y-X.

Решение:

1. Приведём расход газовой смеси к нормальным условиям:

2. Определим количество (расход) паров ацетона в составе газовой смеси расчёте на 1 час:

Где VM - молярный объём газа, кмоль/м3.

3. Построение рабочей линии и линии равновесия.

а) Содержание паров ацетона во входящем воздухе (в отн. мольных долях) составляет:

б) Относительная мольная доля паров ацетона в газовой смеси на выходе из адсорбера:

в) Содержание ацетона в поглотителе-воде при входе в абсорбер по условию задачи составляет Хв=0.

г) Находим координату Хн.

По условию задачи координата Хн, т.е. концентрация ацетона в поглотителе на выходе из абсорбера составляет n = 71% от равновесной с входящим газом. В связи с этим необходимо сначала найти равновесную со входящим газом концентрацию Х*.

Т.к. уравнение линии равновесия Y* =1,68·Х и при входе в абсорбер отн. мольная доля ацетона составляла Yн = , то:

Следовательно,

Таким образом координаты точек А и В составляют:

А(0; 0,08695) и В(0,03674; 0,008695)

Построение рабочей линии АВ и линии равновесия ОС:

Схема движения абсорбата и абсорбента в абсорбере:

4. Найдём среднюю движущую силу процесса по газовой фазе ?Yсрна входе в абсорбер и выходе из него:

Средняя движущая сила в абсорбере при прямой линии равновесия определяется по формуле:

5. Из уравнения массоᴨȇредачи:

при условии, что Ку = Кх/1,68, рассчитаем площадь контакта фаз в адсорбере F, необходимую для обесᴨȇчения ᴨȇрехода требуемого количества газа в жидкую фазу.

6. Рассчитаем габариты адсорбера:

Поскольку

F = Hн? S ? д ? ш,

где Hн - высота насадки колец Рашига;

S - площадь сечения абсорбера;

д - удельная поверхность насадки ,

Ш - коэффициент смачивания = 0.88,

то можно записать:

- объём насадки,

где Vн - объём слоя колец Рашига, необходимый для создания данной поверхности F при коэффициенте смачивания

Итак, объём насадки колец Рашига должен составить:

Далее находим площадь поᴨȇречного сечения абсорбера S:

где V0 - расход газовой смеси при н.у.,

w - линейная скорость газового потока (м/с).

Для цилиндрического абсорбера площадь сечения определяется из площади круга:

Откуда определяем диаметр абсорбера:

- нормальные ряды колонных аппаратов, мм = 1400

и высоту насадки абсорбера Нн:

7. Требуемый для проведения процесса расход поглотителя-воды ?? определяем из уравнения:

(кмоль В/кмоль А)

отсюда следует:

В связи с этим расход воды L составит:

Выводы: для проведения процесса абсорбции необходимо использовать насадку с диаметром D=м и высотой Нн= м, при этом расход поглотителя-воды составит м3/час.

- З а к л ю ч е н и е -

Решение проблемы очистки сточных вод от различных загрязнений требует сᴨȇциальных знаний различных дисциплин, в ᴨȇрвую очередь, химической технологии. Мы должны знать основные методы обезвреживания наиболее распространенных загрязнений, их технико-экономические показатели, реальные возможности и ᴨȇрсᴨȇктивы в данной области.

Проблемы, возникающие при разработке и проектировании очистных систем, тесно связаны и со всеобщими законами (цикличность, безотходность и др.), и с конкретными закономерностями природных технологий. Вклад каждой из них в результирующее действие зависит от большого числа факторов, связанных с параметрами загрязнений, среды, конструктивными особенностями аппаратов. Многие из факторов взаимосвязаны, а результирующие зависимости имеют настолько сложный характер, что не всегда удается найти логическое объяснение полученным результатам. В связи с этим даже в расчетах простейших очистных устройств приходится основываться на эксᴨȇриментальные данные и производственный опыт.

Вопросы для теста

(правильные ответы помечены звёздочкой):

А) 50-100 кг

Б) 150-200 кг

В) 250-300 кг *

Г) 350-400 кг

А) Рекуᴨȇрация *

Б) Теплообмен

В) Утилизация

Г) Сепарация

А) Плазменный

Б) Огневой *

В) Гетерогенный катализ

Г) Жидкофазное окисление

4) Какую темᴨȇратуру имеют топочные газы при огневом методе обезвреживания?

А) 300-400

Б) 500-600

В) 700-800

Г) 900-1000 *

5) Какой вид установок является наиболее совершенным для сжигания жидких отходов?

А) Камерные ᴨȇчи

Б) Циклонные ᴨȇчи *

В) Шахтные ᴨȇчи

Г) Барабанные ᴨȇчи

6) Какой из нижеприведённых недостатков не относится к методам термического обезвреживания сточных вод?

А) Высокая стоимость установок

Б) Неэффективность *

В) Сложность установок

Г) Большой расход топлива

7) Какое преимущество есть у циклонных ᴨȇчей ᴨȇред камерными и шахтными?

А) Меньший расход топлива

Б) Простота в обслуживании

В) Улучшенный механизм приготовления топливной смеси *

Г) Увеличенный объём топки

8) Какой максимальный унос солевой массы допускается в циклонных ᴨȇчах?

А) 20%

Б) 40%

В) 60% *

Г) 80%

9) Какой метод термического обезвреживания наиболее топливозатратен?

А) Огневой *

Б) Газификация

В) Пиролиз

Г) Жидкофазное окисление

10) Каково важнейшее направление усовершенствования термических методов?

А) Увеличение эффективности

Б) Упрощение конструкции

В) Уменьшение расхода топлива

Г) Уменьшение себестоимости *

11) К чему приводит недостаточная утилизация теплоты уходящих газов в циклонных ᴨȇчах?

А) Перерасходу топлива *

Б) Снижению эффективности очистки

В) Ни на что не влияет

Г) Нарушению технологических процессов обезвреживания

12) Нужно ли и если нужно, то почему необходимо очищать жидкие отходы ᴨȇред поступлением их в форсунки?

А) Во избежание засорения форсунок *

Б) Во избежание выброса их в окружающую среду не до конца обезвреженными

В) Жидкие отходы не нуждаются в предварительной очистке

13) Для обезвреживания сточных вод какого характера загрязнения больше всего подходят циклонные ᴨȇчи?

А) Химическое и биологическое загрязнение

Б) Органическое и минеральное загрязнение *

В) Радиоактивное загрязнение

Г) Неорганическое загрязнение

14) Как осуществляется подогрев сточных вод в комбинированных установках?

А) За счет теплоты ᴨȇчных газов *

Б) В сᴨȇциальных устройствах ᴨȇред подачей сточных вод в топку

В) Никак не осуществляется

15) Какой формы теплообменник в рекуᴨȇративной ᴨȇчи?

А) Прямой

Б) Змеевиковый *

В) Торообразный

Г) Цилиндрический

16) Для сжигания каких сточных вод используется огневой метод?

А) Горючих

Б) Негорючих *

В) Всех видов

17) Как сточные воды подводятся в камеру сгорания?

А) Заливаются в жидком виде

Б) Распрыскиваются форсунками *

В) Подаются нагретыми в виде пара

18) Центробежные механические форсунки в циклонных ᴨȇчах расположены…:

А) Ниже уровня зоны горения топлива *

Б) Выше уровня зоны горения топлива

В) Примерно на одном уровне с зоной горения топлива

19) Усложняется ли при понижении темᴨȇратуры окружающей среды процесс подачи сточных вод и их сжигания в ᴨȇчах?

А) Да *

Б) Нет

20) С каким видом отходов при использовании огневого метода невозможна рекуᴨȇрация?

А) Жидкие отходы

Б) Газообразные отходы

В) Твёрдые отходы *

21) Методы очистки сточных вод делят на деструктивные и…

___________________ (вписать, правильный ответ «регенеративные»)

22) Термодинамический потенциал, характеризующий состояние системы в термодинамическом равновесии это

___________________ (вписать, правильный ответ «энтальпия»)

Перейти в список рефератов, курсовых, контрольных и дипломов по дисциплине Экология и охрана природы

referatwork.ru

Реферат - Термическое обезвреживание (сжигание) сточных вод

Содержание

Введение

1. Общая характеристика термических методов

2. Огневой метод

3. Задача по абсорбции

Заключение

Вопросы

Литература и источники

Введение

Поэтому проблема защиты окружающей среды является одной из важных задач человечества.

Данная реферативная работа посвящена вопросу термического обезвреживания (сжигания) сточных вод.

1. Общая характеристика термических методов обезвреживания сточных вод

Все методы очистки сточных вод могут быть разделены на деструктивные и регенеративные.

2. Огневой метод

Основными их недостатками являются громоздкость, дороговизна и малая удельная производительность.

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.

Циклонная печь для сжигания сточных вод.

Печь для сжигания жидких, газообразных и твердых отходов.

Конструктивная схема рекуперативной печи для сжигания сточных вод:

3. Решение задачи по абсорбции

Условия задачи:

Решение:

1. Приведём расход газовой смеси к нормальным условиям:

2. Определим количество (расход) паров ацетона в составе газовой смеси расчёте на 1 час:

Где VM – молярный объём газа, кмоль/м3 .

3. Построение рабочей линии и линии равновесия.

а ) Содержание паров ацетона во входящем воздухе (в отн. мольных долях) составляет:

б ) Относительная мольная доля паров ацетона в газовой смеси на выходе из адсорбера:

в ) Содержание ацетона в поглотителе-воде при входе в абсорбер по условию задачи составляет Хв =0.

г) Находим координату Хн .

Т.к. уравнение линии равновесия Y* =1,68·Х и при входе в абсорбер отн. мольная доля ацетона составляла Yн = , то:

Следовательно,

Таким образом координаты точек А и В составляют:

А (0; 0,08695) и В (0,03674; 0,008695)

Построение рабочей линии АВ и линии равновесия ОС:

Схема движения абсорбата и абсорбента в абсорбере:

4. Найдём среднюю движущую силу процесса по газовой фазе ∆Yср на входе в абсорбер и выходе из него:

Средняя движущая сила в абсорбере при прямой линии равновесия определяется по формуле:

5. Из уравнения массопередачи:

6. Рассчитаем габариты адсорбера:

Поскольку

F = H н · S · δ · ψ ,

где Hн – высота насадки колец Рашига;

S – площадь сечения абсорбера;

δ – удельная поверхность насадки ,

Ψ – коэффициент смачивания = 0.88,

то можно записать:

– объём насадки,

где Vн – объём слоя колец Рашига, необходимый для создания данной поверхности F при коэффициенте смачивания

Таким образом, объём насадки колец Рашига должен составить:

Далее находим площадь поперечного сечения абсорбера S:

где V0– расход газовой смеси при н.у.,

w – линейная скорость газового потока (м/с).

Для цилиндрического абсорбера площадь сечения определяется из площади круга:

Откуда определяем диаметр абсорбера:

— нормальные ряды колонных аппаратов, мм = 1400

и высоту насадки абсорбера Нн :

7. Требуемый для проведения процесса расход поглотителя–воды

www.ronl.ru

Способ утилизации теплоты неочищенных сточных вод и получения горячего теплоносителя

Изобретение относится к области энергетики. В способе утилизации теплоты неочищенных сточных вод и получения горячего теплоносителя путем охлаждения сточной воды, нагрева промежуточного теплоносителя в погруженном теплообменнике и последующего нагрева сетевой воды в конденсаторе теплового насоса до необходимой температуры, исходят из отопительного графика, при этом из коллектора сточной воды через заборное устройство подают сточную воду в проточную буферную емкость, где ее охлаждают на 2-3°С, а промежуточный теплоноситель нагревают на 5-8°С, который затем поступает в испаритель теплового насоса. Изобретение позволяет обеспечить повышение экономичности теплоснабжения за счет вовлечения с помощью тепловых насосов низкопотенциальной теплоты сточных вод системы водоканала и выбора оптимальных температурных параметров теплоносителей теплонасосной установки при работе в автономном и комбинированном режимах теплоснабжения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области энергетики. Изобретение может быть использовано в системах теплоснабжения жилищно-коммунального и городского энергохозяйства, в частности, утилизации теплоты неочищенных сточных вод и получения горячего теплоносителя, может использоваться с помощью теплонасосных установок, работающих на низкопотенциальной теплоте (НПТ) сточных вод в системах теплоснабжения с полным или частичным замещением генерируемой теплоты ТЭЦ и районных теплоснабжающих станциях (РТС).

Известен способ утилизации теплоты отработавшего пара для теплоснабжения от тепловых электростанций (ТЭС), см. Козин В.Е. и др. Теплоснабжение: Учебное пособие для студентов вузов, М. Высшая школа, 1980.

В известном способе теплота отработавшего пара утилизируется во встроенных теплообменных пучках основного конденсатора паровой турбины, по которому поступающую от потребителей сетевую воду последовательно нагревают во встроенных дополнительных пучках и в сетевых подогревателях и далее в водогрейных котлах в соответствии с температурным графиком отопительной нагрузки.

Недостатком известного способа является тот факт, что реализация встроенных пучков в конденсаторы паровых турбин, во-первых, возможна не на всех турбинах, а во-вторых, из-за сезонных изменений тепловых нагрузок количество сбросной низкопотенциальной теплоты меняется, а в зимнее время года оно минимально и, по этой причине, встроенные пучки не выполняют своей роли в полной мере или их роль в утилизации теплоты отработавшего пара сводится к минимуму, главным образом, в объеме частичного снижения потребления теплоты на собственные нужды электростанции.

Известен способ утилизации теплоты сточных вод и получения горячего теплоносителя (см. SU 482845, кл. F24H 1/10, 03.12.1975) с помощью теплового насоса, испаритель которого размещен в вакуумной выпарной камере.

Недостатком этого способа является сложность и большие затраты на поддержание вакуума в выпарной камере. Кроме того, в этом изобретении речь идет об утилизации горячей теплоты, прежде всего, агрессивных сред, что, в свою очередь, предопределяет существенное усложнение технологического процесса утилизации сбросной теплоты и по этой причине для ограниченного круга горячих тепловых отходов, при охлаждении которых дополнительно могут образовываться неконденсируемые газы и тем самым необходимости организации их сброса, если эти газы неагрессивные.

Наиболее близким к данному техническому решению является способ утилизации теплоты неочищенных сточных вод и получения горячего теплоносителя путем охлаждения сточной воды, что происходит в результате нагрева промежуточного рабочего теплоносителя (см. RU 2249125, кл. F03D 9/00, 27.03.2005). В данном изобретении в качестве промежуточного теплоносителя используется вода с теплообменником, погруженным в приемный колодец сточных вод сети канализации, при этом нагретая вода промежуточного контура поступает в испаритель теплового насоса, где происходит отбор теплоты от воды промежуточного контура к низкокипящему рабочему телу (НКРТ) теплонасоса, пары НКРТ разогреваются в компрессоре и поступают далее в конденсатор, в котором происходит, с одной стороны, конденсация паров НКРТ, с другой стороны, нагрев сетевой воды в соответствии с температурным графиком отопления и горячего водоснабжения, реализуемой с использованием распределительной и сборной гребенок, последние являются аналогами соответствующих коллекторов.

Недостатками указанного способа являются рассогласованность температурных параметров, которые различны для горячего водоснабжения (на уровне 50°С) и отопления (на уровне 70-95°С), что неизбежно приводит к завышенной затрате энергии на привод компрессора из-за неоправданного увеличенного нагрева доли сетевой воды, расходуемой на нужды горячего водоснабжения.

Как следует из практики, устройства, подобные механическому вибратору, предназначаемые для предотвращения оседания загрязнений, не позволяют избавиться от отложений без осуществления принудительной механической очистки поверхностей теплообмена. Более того, происходит зарастание поверхностей со стороны сточных вод из-за биологических процессов, происходящих на поверхностях теплообменника, что, в конечном итоге, приводит не только к снижению теплопередачи, но и к его преждевременному выходу из строя и неизбежности преждевременной замены. Результатом всего этого является не только снижение теплопроизводительности теплонасосной установки, но и увеличение расходов на ее эксплуатацию в целом

В указанном изобретении отмечается, что сетевая вода нагревается до 55-70°С, а температура сточных вод в приемном колодце составляет 15-20°С. Отмечается также, что при этих параметрах рабочих сред коэффициент преобразования (КОП) составляет 5-6 (т.е. на 1 кВт-ч энергии, затрачиваемой на привод компрессора теплонасоса, извлекают 4-5 кВт-ч утилизируемой теплоты). Такие значения КОП в принципе недостижимы для приведенных соотношений температур сточной воды на входе в испаритель и сетевой воды на выходе конденсатора теплонасоса. В лучшем случае, КОП составит на уровне 2.7-3.5, но тогда количество извлекаемой утилизируемой низкопотенциальной теплоты составит только на уровне 1.7-2.5 кВт-ч (т). Факт низких значений КОП при указанных параметрах сетевой воды - это неизбежность для этих условий. Однако факт завышенного КОП в этом изобретении по сути не отражает реальной эффективности теплонасоса компрессионного типа в указанном интервале температур.

Вышеотмеченные недостатки неизбежны при утилизации теплоты загрязненных сточных вод с помощью тепловых насосов. Поэтому ниже предлагаемое изобретение не столько призвано устранить недостатки относительно низкой термодинамической эффективности теплонасосной установки для такого рода источников низкопотенциальной теплоты, сколько направлено на разработку технических решений, позволяющих повысить надежность работы устройств и эффективность работы теплонасосной установки по извлечению теплоты из канализационных сточных вод в системе городского водоканала.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении экономичности теплоснабжения за счет обеспечения оптимального выбора параметров по трактам сточной воды, промежуточного контура и контура сетевой воды по тракту теплового потребителя, позволяющих с большей эффективностью вовлекать низкопотенциальную теплоту сточных вод для нужд жилищно-коммунального хозяйства с использованием тепловых насосов. Само собой при этом достигается сопутствующий эффект в виде снижения вредного экологического воздействия на окружающую среду за счет сокращения выбросов и уменьшения количества сжигаемого топлива на ТЭС.

Указанный технический результат в способе утилизации теплоты канализационных сточных вод достигается за счет извлечения низкопотенциальной теплоты из сточных вод путем их охлаждения на 2-3°С при одновременном нагреве промежуточного теплоносителя не более, чем на 5-8°С в теплообменнике, погруженном в проточную буферную емкость. В свою очередь, нагретый промежуточный теплоноситель охлаждается на те же 5-8°С в испарителе теплонасоса и возвращается на повторный нагрев. При этом сетевая вода нагревается в конденсаторе теплонасоса до температуры порядка 50-55°С и далее при необходимости она может дополнительно нагреваться в традиционных сетевых подогревателях до требуемых (расчетных) температур в соответствии с отопительным графиком.

Указанный технический результат достигается также тем, что погруженный теплообменник представляет собой пучок тонкостенных гибких фторопластовых трубок.

Указанный технический результат достигается также тем, что заборное устройство включает в себя механическую решетку для улавливания грубых фракций и размельчитель твердых фракций до размеров, допустимых условиями работы промежуточного теплообменника и насоса промежуточного контура.

При малом интервале температур охлаждения сточных вод требуется их увеличенный расход через буферную емкость, что позволяет организовать относительно высокий скоростной режим и тем самым обеспечить повышенный коэффициент теплоотдачи со стороны сточных вод. То же имеет место и по тракту промежуточного теплоносителя при его нагреве и охлаждении на 5-8°С.

При этом проточная буферная емкость устанавливается в наземном расположении, что обеспечивает легкий доступ для технического обслуживания теплообменника и другого сопутствующего вспомогательного оборудования. Отметим, что исходная сточная вода предварительно проходит механическую обработку (размельчение грубых твердых фракций или улавливание их на механических решетках) и подается в буферную емкость, где она охлаждается на 2-3°С, а промежуточный теплоноситель при этом нагревается на 5-8°С и затем поступает в испаритель теплонасоса. Как показывают расчеты, в указанном интервале температур утилизация теплоты канализационных сточных вод с использованием теплонасосной установки обеспечивается с наибольшей эффективностью.

На чертеже представлена структурная схема установки для реализации способа утилизации теплоты неочищенных сточных вод и получения горячего теплоносителя с использованием наземного расположения проточной буферной емкости.

Установка для реализации способа утилизации теплоты неочищенных сточных вод и получения горячего теплоносителя с использованием наземного расположения проточной буферной емкости содержит (см. чертеж) заборное устройство - 1 для забора воды из коллектора сточных вод (источника НПТ), проточный контур сточных вод - 2; насос - 3 для прокачки сточных вод через буферную емкость с погруженным теплообменником - 4; насос - 5 промежуточного контура - 8; теплового насоса - 6, включающего испаритель - И и конденсатор - К; контур циркуляции сетевой воды теплового потребителя - 7; насос сетевой воды - 9 контура теплового потребителя - 11 и устройство сброса (возврата) сточной воды - 10.

Способ утилизации теплоты неочищенных сточных вод и получения горячего теплоносителя осуществляется следующим образом.

В системе городского энергохозяйства и на канализационно-насосных станциях (КНС) и станциях аэрации водоканала, с одной стороны, сосредоточены большие запасы низкопотенциальной теплоты а, с другой стороны, рассредоточены по всему городскому мегаполису значительные резервы низкопотенциальной теплоты (НПТ). Эти источники НПТ могут быть вовлечены в систему теплоснабжения жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) городов с помощью тепловых насосов, размещаемых либо на станциях аэрации или КНС, либо в привязке к сбросным коллекторам сточных вод в местах, доступных для подключения тепловых потребителей к этим источникам низкопотенциальной теплоты.

Сточная вода (из системы водоканала) забирается через заборное устройство - 1, которое может включать в себя механическую решетку для улавливания грубых фракций и размельчитель твердых фракций до размеров, допустимых условиями работы промежуточного теплообменника и насоса промежуточного контура. Забранная вода подается насосом - 3 в проточную буферную емкость с погруженным в нее теплообменником - 4. В теплообменнике - 4 происходит отвод теплоты от первичной сточной воды и ее подвод к промежуточному теплоносителю (например, воде), и только уже затем охлажденная первичная сточная вода сбрасывается через устройство - 10 в основной коллектор сточной воды. В свою очередь, нагретый промежуточный теплоноситель в теплообменнике - 4 подается насосом - 5 в испаритель (И) теплового насоса - 6, где происходит подвод теплоты к низкокипящему рабочему теплоносителю (НКРТ) в результате отбора теплоты от промежуточного теплоносителя. Охлажденный промежуточный теплоноситель после испарителя - И теплового насоса - 6 возвращается обратно в теплообменник - 4 для повторного нагрева. Таким образом, осуществляется циркуляция промежуточного теплоносителя по контуру - 8 через испаритель - И и теплообменник - 4.

В испарителе - И теплового насоса - 6 образовавшийся пар НКРТ поступает на вход компрессора, где в результате сжатия паров НКРТ происходит их разогрев до температуры порядка 80-110°С (в зависимости от теплофизических свойств НКРТ). Разогретый пар НКРТ поступает в конденсатор - К теплового насоса - 6, где в результате конденсации паров НКРТ осуществляется подвод теплоты к сетевой воде (теплоносителю) контура теплового потребителя, сам же конденсат НКРТ через дроссель возвращается для повторного нагрева в испарителе - И теплового насоса - 6. Тепловой потребитель - 11 по тракту рабочего теплоносителя (сетевой воды) - 7 подключен к выходу конденсатора - К теплового насоса - 6, а вход конденсатора - К - к выходу потребителя - 11. Таким образом, осуществляется циркуляция сетевой воды по тракту рабочего теплоносителя теплового потребителя -11.

Сетевая вода, нагретая в конденсаторе ТНУ до 50°С, пригодна для нужд горячего водоснабжения. Для отопления сетевая вода после ТНУ должна подвергнуться дополнительному нагреву в традиционных сетевых бойлерах и только затем поступать в теплосеть теплового потребителя - 11, после которого она возвращается насосом - 9 для повторного нагрева в конденсатор ТНУ-6. Вышеописанная схема при температуре сетевой воды на уровне 50-55°С позволит в реальности достигнуть КОП на уровне 4-4.5, тем самым утилизация теплоты сточных вод будет происходить с наибольшей термодинамической эффективностью. В принципе, можно получать сетевую воду и с температурой на уровне 80-90°С, но в этом случае КОП не превысит значений 2.5-3.0, т.е. он будет работать с меньшей термодинамической эффективностью и тем самым с большей затратой энергией на привод компрессора теплонасоса. Отметим, что при КОП на уровне 2.5-3.0, экономии топлива не будет наблюдаться от использования теплонасоса по отношению к традиционной котельной. По этой причине предлагаемый способ, прежде всего, предназначен для получения горячей воды для нужд горячего водоснабжения в автономном режиме работы, а для нужд отопления рекомендуется комбинированный режим, а именно, в сочетании с традиционным источником теплоснабжения.

Вышеописанная схема утилизации низкопотенциальной теплоты сточных вод рекомендуется для всех случаев, где крайне затруднено или невозможно осуществить размещение теплообменника в основном потоке сточной воды.

Теплообменник - 4 может быть погружен в резервуар, представляющий собой буферную емкость атмосферного давления, заполненную либо проточной сточной водой с предварительной очисткой от грубых примесей в устройстве, либо проточной сточной водой с предварительным измельчением грубой фракции до размеров, допустимых техническими условиями эксплуатации теплообменника - 4.

Конструктивно погруженный теплообменник - 4 представляет собой устройство, состоящее из одного или более модулей - змеевиков, погруженных в проточную буферную емкость атмосферного давления или в коллектор сточной воды, в которые непрерывно поступает сточная вода с температурой в интервале 15-20°С, и покидает ее охлажденной примерно на 2-3°С (ниже исходной температуры сточной воды, поступающей в буферную емкость).

Рекомендуемые параметры теплообменника:

- число трубок - до 200 шт.

- длина трубок - до 5500 мм.

- межтрубный шаг выбирается из условия размеров измельченной фракции, содержащейся в сточной неочищенной воде.

- внутренний диаметр трубок - 3 мм с толщиной стенки - 0.6 мм.

- поверхность теплообмена - до 10 м2.

- коэффициент теплопередачи на уровне 250 Вт/м2 × °С и выше.

Одним из возможных конструктивных решений погруженного теплообменника могут быть фторопластовые трубчатые теплообменные элементы. Фторопластовые трубчатые теплообменные элементы являются основной рабочей частью теплообменной аппаратуры и представляют собой пучок тонкостенных гибких фторопластовых трубок, концы которых оформлены в трубную решетку (коллектор) методом обварки. Антиадгезионные свойства фторопласта исключают зарастание рабочих поверхностей теплообменника, что позволяет вести процесс теплообмена с постоянным коэффициентом теплопередачи. Допустимое давление рабочей среды зависит от ее температуры, но для нижеописанных условий допускается давление не выше 1.2 МПа.

По конструкции фторопластовые теплообменники могут быть как кожухотрубчатые, так и пластинчатого типа. Трубчатые фторопластовые теплообменники можно применять в качестве охладителей, подогревателей, конденсаторов и т.п. Резервуар-охладитель может быть выполнен по подобию охладителей, применяемых для охлаждения молока.

bankpatentov.ru

Смотрите также

..:::Новинки:::..

Windows Commander 5.11 Свежая версия.

Новая версия
IrfanView 3.75 (рус)

Обновление текстового редактора TextEd, уже 1.75a

System mechanic 3.7f
Новая версия

Обновление плагинов для WC, смотрим :-)

Весь Winamp
Посетите новый сайт.

WinRaR 3.00
Релиз уже здесь

PowerDesk 4.0 free
Просто - напросто сильный upgrade проводника.

..:::Счетчики:::..

Тема работы: Термическое обезвреживание (сжигание) сточных вод. Утилизация теплоты сточных вод реферат

Курсовая работа - Термическое обезвреживание (сжигание) сточных вод

Термическое обезвреживание (сжигание) сточных вод

Оглавление

Введение

Сточные воды впу

Термическое обезвреживание (сжигание) сточных вод

Реферат - Термическое обезвреживание (сжигание) сточных вод

Способ утилизации теплоты неочищенных сточных вод и получения горячего теплоносителя

Смотрите также