Автор работы: Пользователь скрыл имя, 03 Февраля 2015 в 19:54, курсовая работа
На ранних этапах развития человеческого общества антропогенное воздействие на природу было незначительным. Загрязнение окружающей среды вызывались в основном природными процессами - извержением вулканов, лесными пожарами, выветриванием, эрозией почвы и т.д. Эти загрязнения имели подчас большие размеры. Более поздние природные катаклизмы вошли в историю. Например, “сухой туман”, стоявший в 1783 г. в течение трех месяцев над всей Европой, явился результатом деятельности вулканов Исландии. Извержения в 1903 г. вулкана Катмай (Аляска), а в 1883 г. - Кракатау сопровождались выбросом в атмосферу огромных масс пепла. Подобные явления бывали и ранее, однако они носили обратимый характер и проходили без каких - либо серьезных последствий для человечества.
1 - корпус; 2 - под; З - воздухоохлаждаемый полый вал; 4 - гребковые лопасти; 5 - электропривод; б - передаточный механизм; 7 - люк; 8 - патрубок
Барабанные печи - основной вид теплоэнергетического оборудования, которое применяется для централизованного сжигания твердых и пастообразных ПО. Основным узлом барабанной печи (рис.7) является горизонтальный цилиндрический корпус 1, покрытый огнеупорной футеровкой 2 и опирающимися бандажами 6 на ролики 7. Барабан наклонен под небольшим углом в сторону выгрузки шлака и получает движение от привода 10 через зубчатый венец 9. Во избежание продольного смещения барабана предусмотрены ролики 8.
1 - приемный бункер; 2 - грейфер; 3 - загрузочный бункер; 4 - колосники; 5 - воздуходувка; 6 - камерная печь; 7 - форсунка; 8 - паровой котел; 9 - транспортирующее устройство; 10 - электрофильтр; 11 - дымосос; 12 – труба
Твердые и пастообразные отходы подаются в корпус печи с ее торца в направлении стрелок А. В случае необходимости дополнительное топливо или жидкие горючие отходы (растворители) распыливаются через форсунку (стрелка Д), повышая температуру внутри печи. В зоне 12 поступивший материал, перемешиваясь при вращении печи, подсушивается, частично газифицируется и перемещается в зону горения 13.
Рис.7. Схема барабанной печи
А - загрузка отходов; С - дымовые газы; В - выгрузка золы (шлака); Д - дополнительное топливо; Е - воздух; Г - тепловое излучение; 1 - корпус барабанной печи; 2 - футеровка; З - разгрузочный торец; 4присоединительные сегменты; 5 - вентилятор; б - бандажи; 7 - ролики опорные: 8 ролики боковые; 9 - зубчатый венец; 10 - привод; 11 - зона испарения воды; 12 - отходы; 13 - зона горения; 14 - зола (шлак)
Излучение от пламени в этой зоне раскаляет футеровку печи и способствует выгоранию органической части отходов и подсушке вновь поступившего материала. Образовавшийся в зоне 14 шлак перемещается к противоположному торцу печи в направлении стрелки В, где падает в устройство для мокрого или сухого гашения золы и шлака.
Газы, покидающие печь, могут содержать несгоревшие примеси, поэтому обычно после барабанной печи в схеме установки (рис.8) предусматривается камера дожигания для очистки отходящих газов предусматриваются скрубберы или электрофильтры.
Печи с псевдоожиженным (кипящим) слоем. Применение кипящего слоя при газификации топлива в черной и цветной металлургии, химической, нефтехимической, нефтегазовой и других отраслях промышленности позволило резко интенсифицировать ряд технологических процессов. Этот метод получил широкое распространение и для термического обезвреживания ПО.
В печах с кипящим слоем продукт переходит во взвешенное состояние в камере сгорания потоком воздуха, проходящим через слой сыпучего (порошкообразного или дробленого) материала, не перемещаясь по направлению этого потока.
Скорость газового потока должна быть достаточной для того, чтобы частицы находились во взвешенном состоянии и вихревом турбулентном движении, напоминающем поток кипящей жидкости.
1 - очистка газов; 2 - труба; З - камера дожигания; 4 - барабан; 5 - подача отходов; б - шлак
В нагретом кипящем слое происходит интенсивный теплообмен между частицами и газом. Теплопередача в кипящем слое в 4 раза выше, чем в неподвижном.
На рис.9 показана принципиальная схема печи с кипящим слоем. Вертикальный корпус печи З, футерованный огнеупорным кирпичом, имеет внизу газораспределительную решетку 8 провального или беспровального типа. В процессе работы печи под решетку подается псевдоожижающий газ, обычно воздух. Воздух приводит во взвешенное состояние зернистую загрузку, которая распределяется на плотную фазу слоя 1 и разбавленную фазу 2.
Сверху на загрузку через форсунки или дозаторы подаются отходы. Горение осуществляется в камере 5. Вода, попадающая в кипящий слой, почти мгновенно испаряется. Турбулизованная раскаленная поверхность кипящего слоя с движущимися во всех направлениях твердыми частицами не дает образовываться крупным сферическим каплям, мгновенно разрушает их до мельчайших капель, что значительно увеличивает суммарную поверхность испарения. Наличие крупных частиц или слипшихся агломератов шлама создает условия для частичного горения отходов, например нефтеотходов внутри слоя, так как они тонут в слое. Среднее время существования крупных частиц составляет около 30 мин. Дымовые газы, содержащие минеральные механические примеси, очищаются в циклоне б. Выгрузка пыли производится шнеком 7.
1 - плотная фаза ожиженного слоя; 2 - разбавленная фаза ожиженного слоя; З - лечь; 4 - распыленный загруженный материал; б - камера; б - циклонный сепаратор; 7 - труба для возврата материала; 8 - газораспределилительная решетка
Печи кипящего слоя менее универсальны, чем барабанные и многоподовые и требуют особых условий работы, кроме того, эксплуатация печей с кипящим слоем на нефтеперерабатывающих предприятиях привела к отрицательным результатам. Главный недостаток состоял в том, что предварительно подогретый до 600°С слой песка периодически остывал до 400 - 450°С. При такой температуре в слое песка горение прекращалось, шли процессы крекинга и коксования, т.е. газификация шлама, что приводило к образованию коксовых агломератов и закупориванию кипящего слоя. В то же время при правильном выборе объекта обезвреживания и соблюдении технологических режимов печи кипящего слоя работают надежно и эффективно.
Пиролиз представляет собой процесс разложения органических соединений под действием высоких температур при отсутствии или недостатке кислорода. Характеризуется протеканием реакций взаимодействия и уплотнения остаточных фрагментов, исходных молекул, в результате чего происходит расщепление органической массы, рекомбинация продуктов расщепления с получением термодинамически стабильных веществ: твердого остатка, смолы, газа. Применяя термин “пиролиз” к термическому преобразованию органического материала, подразумевают не только его распад, но и синтез новых продуктов. Эти стадии процесса взаимно связаны и протекают одновременно с тем лишь различием, что каждая из них преобладает в определенном интервале температуры или времени.
Общую схему пиролиза можно представить следующим образом: твердые отходы + Q - > твердый остаток + жидкие продукты + газы + Qi (где Q - дополнительное тепло, Qi - вторичное тепло).
Следует отличать пиролиз от близкого к нему процесса газификации. Газификация является термохимическим высоко температурным процессом взаимодействия органической массы или продуктов ее термической переработки с газифицирующими агентами, в результате чего органическая часть или продукты ее термической переработки обращаются в горючие газы. В качестве газифицирующих агентов применяется воздух, кислород, водяной пар, диоксид углерода, а так же их смеси.
Процессы пиролиза отходов получили большее распространение, чем газификация. Пиролизу подвергаются твердые отходы, отходы пластмасс, резины (в том числе, автомобильные покрышки), другие органические отходы.
С санитарной точки зрения процесс пиролиза обладает лучшими показателями по сравнению с сжиганием. Количество отходящих газов, подвергаемых очистке, намного меньше, чем при сжигании отходов. Объем твердого остатка, получаемого по схеме высокотемпературного пиролиза, может быть значительно уменьшен. Твердый остаток можно использовать или в промышленности (сажа, активированный уголь и др.). Таким образом, некоторые схемы пиролиза отходов могут быть безотходными.В настоящее время известно более 50 систем по пиролизу отходов, отличающихся друг от друга видом исходного сырья (отходов), температурой процесса и конструктивными решениями технологической схемы переработки сырья. В основу классификации пиролизных установок положен температурный уровень процесса, так как именно температура в реакторе определяет выход и качество продуктов пиролиза отходов того или иного состава. Высокотемпературный пиролиз по сравнению с другими методами имеет ряд преимуществ: при нем происходит более интенсивное преобразование исходного продукта; скорость реакций возрастает с экспоненциальным увеличением температуры, в то время как тепловые потери возрастают линейно; увеличивается время теплового воздействия на отходы; происходит более полный выход летучих продуктов; сокращается количество остатка после окончания процесса. Примером низкотемпературного пиролиза может служить метод термической обработки твердых отходов Лавдгард, который осуществляется во вращающейся печи при недостаточном доступе кислорода, при этом часть горючих составляющих сгорает.
Доставленные на установку производительностью 35 т/сут отходы по двум виброжелобам направляются в дробилку, а затем в бункер, откуда их можно непрерывно подавать во вращающуюся печь. Эта печь изнутри футерована огнестойким материалом и установлена с небольшим наклоном, благодаря чему измельченные отходы в ней легко перемещаются, при этом часть горючих составляющих сгорает. Отходы, подлежащие пиролизу, движутся противотоком по отношению к обогревающим газам. Процесс эндотермичен, и для его осуществления подводится дополнительное топливо.
Остаток от сгорания твердых отходов попадает в находящуюся в конце печи ванну для гашения, питаемую водой из установки для очистки отходящих газов. Затем шлак направляется на флотационную установку, после которой отделенные легкие компоненты в виде угольного шлама вытекают, сгущаются и фильтруются перед вывозом, тогда как тяжелые составные части поступают на магнитный сепаратор. Освобожденный от железа остаток представляет собой стеклосодержащее темное вещество. Отходящие от печи газы полностью сгорают в камере с огнеупорной футеровкой, в которую подается воздух. Тепло используется для производства пара. Газ попадает в скруббер, а оттуда через дымовую трубу выбрасывается в атмосферу (рис.10).
1 - приемный бункер; 2 - дробилка грубого дробления; З - бункер для дробленых отходов; 4 - вращающаяся печь (реактор); 5 - шлаковал ванна; б - магнитный сепаратор; 7 - камера сжигания газа; 8 - парогенератор; 9 - скруббер; 10 - дымосос; 11 - дымовая труба; 12 - очистка воды
Сушка представляет собой процесс удаления влаги из твердого или пастообразного материала путем испарения со держащейся в нем жидкости за счет подведенного к материалу тепла. Это термический процесс, требующий значительных затрат тепла.
Сушка широко применяется в нефтегазовой, химической, химико-фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Процессы термического удаления той части влаги, которую невозможно удалить механическим путем, могут также найти применение при обработке ПО, которые необходимо подготовить к транспортированию и дальнейшей переработке (например, гальванические шламы), а также при обработке некоторых отходов нефтехимической, химической и других отраслей промышленности. Сушка осуществляется конвективным, контактным, радиационным и комбинированными способами.
Метод сушки выбирают на основе технологических требований к высушиваемому продукту и с учетом технико-экономических показателей. Процесс сушки осуществляется за счет тепловой энергии, вырабатываемой в генераторе тепла. Генератором тепла могут служить паровые или газовые калориферные, топки, работающие на твердом, жидком или газообразном топливе, инфракрасные излучатели и генераторы электрического тока. Выбор генератора тепла обычно определяется схемой и методом сушки, физическими свойствами высушиваемого материала и требуемым режимом сушки. При возможности целесообразно использовать тепло отходящих газов или отработанного пара, при этом одновременно утилизируются тепловые отходы.
По технологическим признакам сушилки можно классифицировать следующим образом:
по давлению (атмосферные и вакуумные);
по периодичности процесса (периодического, полунепрерывного и непрерывного действия);
по способу подвода тепла (конвективные, контактные, радиционные и сушилки с нагревом материала токами высокой частоты);
по роду сушильного агента (воздушные, газовые и сушилки на перегретом или. насыщенном паре);
по направлению движения материала и теплоносителя (прямоточные, противоточные и перекрестного тока);
по тепловой схеме (калориферные, с дополнительным внутренним обогревом, с рециркуляцией части отработанного воздуха, со ступенчатым подогревом и комбинированные, на пример, со ступенчатым подогревом и рециркуляцией);
по способу обслуживания (с ручным обслуживанием и механизированные);
по способу нагрева (с паровыми, огневыми воздухоподогревателями, путем смешения С продуктами сгорания, с электронагревом;
по циркуляции теплоносителя (с естественной, искусственной циркуляцией, однократной и многократной циркуляцией).
Типовые конструкции сушилок следующие: шкафные, камерные, туннельные, шахтные, ленточные, барабанные, вальцевые (контактные), пневматические, распыливающие, с кипящим слоем, вибрационные.
Конвективная сушка воздухом или газом является наиболее распространенной. В воздушной сушке, так же как и в газовой, тепло передается от теплоносителя непосредственно высушиваемому веществу. для получения материала необходимого качества особое внимание должно уделяться технологическому режиму сушки, правильному выбору параметров теплоносителя и режиму процесса (выбор оптимальной температуры нагрева материала, его влажности и т.д. Оптимальный режим сушки, влияющий на технологические свойства материала, зависит от связи влаги с материалом. Физическая сущность сушильного процесса заключается в следующем: движущей силой процесса удаления влаги из материала является разность парциальных давлений паров над материалом и в окружающей среде (воздушной или газовой). При P= 0 наступает равновесие, и сушка прекращается. По мере удаления влаги с поверхности материала за счет разности концентрации вkаги внутри материала и на его поверхности, про исходит движение влаги к поверхности путем диффузии. В некоторых случаях имеет место так называемая термодиффузия, когда движение влаги внутри материала происходит за счет уменьшения разности температур на поверхности и внутри материала. При конвективной сушке оба процесса имеют противоположное направление, а при сушке токами высокой частоты - одинаковое.
Сушка - процесс тепломассообменный. Удаление влаги с поверхности тесно связано с продвижением ее изнутри к поверхности. Сушка отличается от выпаривания тем, что выпаривание происходит из всей массы жидкости, при сушке же влага удаляется с поверхности высушиваемого материала. Выпаривание - более интенсивный процесс, чем сушка, однако не все материалы можно подвергать выпариванию. Так, влага из твердых материалов удаляется только тепловой сушкой.