Способ сжигания осадков сточных вод кожевенных производств

Предлагаемое изобретение относится к утилизации промышленных отходов и может быть использовано на кожевенных предприятиях для обезвреживания путем сжигания осадков сточных вод.Известен способ схсигания осадков сточных вод в барабанной печи, заключающийся в подаче в печь осадков и дополнительного топлива раздельными потоками, осуществлении процесса горения органической части осадков и топлива на огнеупорной футеровке печи 1, стр. 54-55.К недостаткам указанного способа следует отнести высокую энергоемкость процесса, неполное сгорание газов, выделяющихся из осадков под воздействием высоких температур, повышенное содержание в золе вредных веществ, например соединений шестивалентного хрома.Известен способ сжигания отходов в реакторе с подвижным уплотненным слоем 2,стр. 221-223. Сжигаемые отходы подают в верхнюю часть реактора, а в нижней части осуществляют процесс горения путем подачи воздуха и поджига от источника пламени.Недостатками данного способа являются высокая энергоемкость процесса сжигания, невозможность осуществления процесса сжигания отходов с низким содержанием горючих составляющих (менее 30-40 ).Наиболее близким к предлагаемому изобретению является принятый за прототип способ сжигания осадков сточных вод в псевдоожиженном слое 3, стр. 41.Согласно указанному способу, в печь с псевдоожиженным слоем подают осадки сточных вод и топливо (жидкое или газообразное) через форсунку и осуществляют процесс сжигания.К недостаткам данного способа следует отнести1. Повышение содержания в продуктах сгорания вредных веществ, например соединений шестивалентного хрома в продуктах сгорания осадков сточных вод кожевенных производств.2. Неполное сгорание газов, выделяющихся из осадков, что приводит к необходимости использования камер дожигания.3. Повышенное количество газообразных продуктов сгорания вследствие использования воздуха для обеспечения работы форсунок.Целью предлагаемого изобретения является снижение вредных выбросов в окружающую среду при сжигании осадков сточных вод. Поставленная цель достигается тем, что в отличие от известного способа, заключающегося в подаче в печь с псевдоожиженным слоем осадков сточных вод и топлива через форсунку, новым является то, что предварительно перед подачей в печь осадки смешиваются с топливом, в качестве которого используют твердое топливо с выходом летучих 490 мас. , при этом весовую концентрацию топлива в смеси устанавливают в пределах 0,247 О,678.На рисунке приведена схема установки, на которой реализуют способ сжигания осадков сточных вод кожевенных производств.Установка содержит теплоизолированную колонну 1 со слоем инертного материала, например песка 2. Установка оборудована вентилятором 3, краном 4, бункером с осадком стошчых вод 5,бункером с твердым топливом 6, весовыми дозаторами 7 и 8, смесителем 9, электронагревателем 10, шнековым дозатором 11 с электроприводом, термодатчиком 12, циклоном 13 с емкостью 14 И емкостью для золы 15.Согласно предлагаемому изобретению, сжигание осадков сточных вод кожевенных производств осуществляют следующим образом.Известно, что количество воздуха, необходимое для создания псевдоожиженного слоя из частиц диаметром (1, и плотностью рм, может бьгть определено на основании критериального уравнения 4, стр. 46При величине площади поперечного сечения аппарата 8 количество воздуха определится какДанного количества воздуха должно быть достаточно для поддержания процесса горения.Поскольку осадки сточных вод содержат влагу, горючие составляющие и негорючие составляющие, то оценим минимальную концентрацию С Сдав Ст горючих составляющих (Саш, горючие составляющие осадков сточных вод, Ст - горючие составляющие топлива, котороесмешивают с осадками). Пусть теплота сгорания сухого безвольного вещества осадков 0, атеплота сгорания топлива О , теплопотери в окружающую среду равны Оджрь, удельная теп ЛОТЗ ФЗЗОВОГО ПРСВРЗЩОНИЯ ВОДЫ В пар Гф, ТСПЛОСМКОСТЬ пара С , Масса ПОДЗВНСМЫХ на сжига ние осадков Мо, масса подаваемого в печь воздуха Мвозд. Составим уравнение теплового баланса процесса сжигания осадков и топлива в печиУравнение теплового баланса (4) отражает то, что выделяющееся при сгорании сухого вещества (горючих составляющих осадков и топлива) тепло СОСВОЬМЗВ СТО -М 3 , гдеМ М М, расходуется на компенсацию теплопотерь Описи, испарение воды из смеси осадки-топливо (полка вода не испарится, смесь не сгорит), 1-(ССтСзд)Мт , нагрев водяного пара от температуры 100 С до Тюр, 1(ССв Ст Своды )1/1 осд(Тр 100 С , нагревнегорючих составляющих (золы), отмести (Тир 20 С), нагрев горючих сухих веществ осадков и топлива от Т 20 С до Тюр, С 0 свс 2 вМ 0(Т,р 20 С) СТсМо(Т 20 С),нагрев воздуха, Мшдсд(Тр 20 С), нагрев воды до температуры кипения,1 (Сосв Ст СЗО 1 Ь 1 П 1 ДОСОЗД(1 ОООС 20 0 С) Из уравнения (4) определим концентрацию (весовую) твердого топлива, добавляемого в смесьд. Опогерь о сваи Т г Т о Си 1 Т О мс от -с Тгор 100 с о, -с, т, - 100 с С 3 ст Твин 100 ос Гф 8 д (Тр 100 С) (5) Т г гор т 1 С сс ста от -с 2 т 100 сБ МоЖ . где своды 1-(СОСВС.ГСЗОШЛ) своды 418-103 Д с - теплоемкость воздуха, с - тепло кг С емкость топлива, Дж/кг С Тюр - температура горения С с- теплоемкость золы сгсв - теплоемкость осадка сточных вод. М М Поскольку С п С Своды Мводы/Мо Своды Мзолы/Мт ТО (5) МОЖТМо э осв Мо быть преобразовано к следующему видуЗОЛЫ ВОЗД шыср Мшдср .Исходя из (б), определим предельные (шах и 111111) количества топлива (горючих составляющих М), которые необходимо смешивать с осадками для осуществления процесса сжигания. Очевидно, что максимальное количество топлива необходимо добавлять в смесь в случае,когда в осадках сточных вод нет горючих составляющих и сами осадки имеют максимальнуювлажность, т.е. МЕС, 0, Мводы 826 г, 20,, 174 г (расчет ведется на 1 кг осадков при влажности исх. 82,6 ). Температура горения в псевдоожиженном слое Т,р 850 С. Теплофизичесше величины (с, с, с с,О,О гф ) определим из справочных данных.Теплоемкость золы с 0,75 кДж/кг С теплоемкость твердого топлива с 1,13 кДж/кг С. Теплоемкость воздуха (средняя при Т 2085 О С) с 1,08 кДж/кг С. Теплота испареьшя воды гф 2257 кДж/кг. Теплоемкость водяного пара с 2,2 кДж/кг С (средняя при Т 100. 4 6 800 С и давлении Р 0,1 МПа). Теплота сгорания топлива О Й-- 24,5 МДж/кг. В ка 7 честве топлива выбраны горючие сланцы с минимальной теплотой сгорания, что необходимо для определения максимально возможной концентрации топлива в смеси осадки-топливо 5стр. 132, табл. 2.11 стр. 178, табл. 3.7 стр. 211, табл. 3.15 стр. 212, табл. 3.15 стр. 364, табл. 7.3. Теплота сгорания осадков сточных вод кожевенных производств О 25,6 МДж/кг. Тепло емкость осадков сточных вод (горючего вещества осадков) СЗСВ 1,4 кДж/кг С 5 стр. 176, табл. 3.7 (кожа).Подставим данные значения в соотношение (3) с учетом того, что смешиваемое с осадками твердое топливо имеет собственную влагу и золу. В нашем случае 5 табл. 7.3 стр. 364. Кашпирские горючие сланцы имеют влажность ШР 14 И зольность АР 67,2 . Поэтому масса воды в смеси будет следующаяос кон топлива о 021 г Мводы Моск Мводы Мводы Мшплива М д- МшдтиваСодержание горючих составляющих в сланцах Щш-Зд 0,188, а 0,140. Анало ТОШШВВ ТОПЛНВПГИЧНЫМ образом определяется полная масса ВОДЫ В СМССИ осадки-топливоТаким образом получим 01 м 24,5 - 106 дм сш 24,5106 Е- 1,13 -1 о 3 ж (850 ос -100 С) кг кг С 0140 0 26 м 8 Кг д 0,188 т х 24,510 113.103 дж (850 с 10 о ос) кг кг С 2257 .10-8 о С.4,18-10 ДЖ 22.103 Дж (850 с-100 С) (7) кг кг С кг С 850 ос - 100 с х 24,5 .10 б 1,13 . 106 (850 с -1 оо ос) кг кгС 0,672 , Дж Дж М х (0,174 кг РЙЕЕМТОШЗХ 750 КГ С 1080 Кг С т, . Произведя в (7) арифметические действия, получим следующее соотношение м 02245 о,0504 м, . (8)Поскольку горючие составляющие в топливе равны О,188 Мт то общее количество топли ва (в расчете на 1 кг осадков) составит величину МТОШ 1,1940268 Мвозд . 9)Или концентрация топлива в смеси будет равна Ср Мш 1194 О,268 Мш М, 1 1,194 одвзмщОпределим массу воздуха Мшд, исходя из следующих соображений. В нашем случае горючие составляющие в осадках отсутствуют. В качестве твердого топлива используются кащпирские горючие сланцы, ИМеЮЦП/С минимальную из всех видов топлив теплоту сгорания, причем сос тав данных сланцев следующий У 1(влага)14 АР 67,2 5 (сера пиритная)12 51) (сера органическая)1,2 С 1(углерод)10,9 НР(водород)1,4 ЫР(азот)03ОР(кислород)3,8 5, стр. 364, табл. 7 .3. Согласно известной формуле 5, стр. 359, количество воздуха (м 3/кг) может быть определено как3 у 0,0889(С о 375 ) О,265 Н - 0133330 129315. кг Плотность воздуха при Т О С и Р 0,1 Мпа, рв 1,251 кг/м 3. Поскольку масса топлива имасса воздуха связаны СООТНОШВНИСМТО, определив КОЛИЧССГВО ВОЗДУХЗ, расходуемое на 1 КГ ГОРЮЧИХ ВВЩССТВ топлива, И решив СИСТВМУ уравненийщ БЕЗЕ 0,188 86 , О,2245 00504 8,6 М получим М 0,396. 0,396 Рабочая масса топлива будет равна М 0188 2,12 кг.Масса воздуха, необходимая для сжигания 1 кг рабочей массы горючих сланцев, определится такТаким образом из (10) следует предельная концентрация топлива в смесис --216 КГ 0,678. 1 кг 2,106 кг Использование больших количеств топлива в смеси (больше чем в 2,106 кг топлива на 1 кг осадков) нецелесообразно по соображениям экономии топлива (перерасход топлива). Определим минимальное количество топлива, которое необходимо добавлять в смесь, чтобы осуществить процесс сжигания. Очевидно, что минимальное количество топлива необходимо добавлять всмесь в том случае, когда используется твердое топливо с максимально возможной теплотой сгорания.Как известно 5, стр. 360, таб. 7.3 максимальную теплоту сгорания из всех видов твердыхОпределим О 5, стр. 356 17 О р Он 100 58,5 МДж ЗПЗЕРСРНРМРОРЙ кг Подставим данное значение в (6) при условии, что Мг, 0 (в осадке нет горючих состав ляющих), и получим М 016600142 Мшд.Поскольку горючие составляющие в топливе равны 0,598 Мтопд, то общее количество топлива (в расчете на 1 кг осадков) составит величину Мтопд 02780024 Мд. Или концентрация топлива в смеси будет равнаОпределим массу воздуха Мвозд, исходя из следующих соображений. В осадке нет горючих составляющих. В качестве твердого топлива используется львовскшволынский уголь, состав которого следующий