CC BY
27
ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНОЛОГОЛИЧЕСКОЙ УТИЛИЗАЦИИ СТОКОВ И
ОТХОДОВ ДЕРЕВООБРАОБРАБОТКИ
Левшаков А.М. (БГИТА. г. Брянск, РФ)
The article deals with methods ofpower utilization of toxic water and woodworking wastes.
На предприятиях деревообрабатывающей и мебельной промышленности в смоловарочных цехах образуются сточные воды с высоким содержанием токсичных веществ: метанола и формальдегида и т.д. /1/, которые необходимо обезвреживать. Вследствие того, что содержание указанных токсичных веществ достигает 15% и выше, сточную воду целесообразно подвергать прямом (огневому) обезвреживанию, основанному на перегреве, испарении воды и окислению токсичных паров метанола и формальдегида до нетоксичных соединений:
2СН2ОН + 3О2 = 2СО2 +4Н2О; Н2 СО + 3О2 = СО2 + Н2О.
Огневое обезвреживание промышленных стоков можно осуществлять, по крайней мере, следующим образом /2/.
В автономных установках без утилизации тепла продуктов сгорания, которые из-за высокой температуры перед поступлением в дымовую трубу охлаждают путем подачи атмосферного воздуха вентилятором. Такие установки не отвечают требованиям сегодняшнего дня, т.е. принципам энерго - и ресурсосбережения. Применение таких установок экономически не обосновано.
В топках котельных установках, предназначаемых для получения горячей воды или пара.
В автономных установках с утилизации тепла продуктов сгорания для технологических нужд, например для сушки измельченной древесины.
В большинстве случаев в этих установках в качестве топлива используется природный газ /2/. В то же самое время на предприятиях деревообрабатывающей и мебельной промышленности образуется большое количество некондиционных древесных отходов (древесно-шлифовальная пыль, опилки щепа и т.д.). Использование теплоты сгорания этих отходов для огневого обезвреживания токсичных сточных вод и последующая утилизация тепла получившихся продуктов сгорания позволяет не только экономить ценное энергетическое топливо, но и решать вопросы охраны окружающей среды /1/.
Огневое обезвреживание всех видов отходов (газообразных, жидких и твердых) заключается в том, что окисление токсичных органических веществ осуществляется в факеле пламени при температурах 1200 -1300 К, реже при более высоких температурах в зависимости от состава загрязнителей и требуемой степени очистки. Простейшим способом прямого окисления промышленных отходов является подача их в специальную печь (реактор) или топку котла. Для того, чтобы началась реакция горения, необходимо преодолеть энергетический барьер, определяемый энергией атомных связей. Для этого требуется энергия активации при наличии центров воспламенения, обладающих высокими температурами. Центры воспламенения создают условия, необходимые для сообщения топливу энергии
активации. Вопрос о носителе энергии и активации может решаться многозначно, но необходимость высокотемпературного потенциала у активного центра воспламенения решается однозначно. Этим определяется стремление к поддержанию высоких температур в топочном пространстве. Поддержание высоких температур при совместном сжигании топлива и промышленных отходов в одном факеле затруднено вследствие балластирования процесса горения этими отходами. В особо неблагоприятных условиях работают установки для обезвреживания сточных вод, т.к. сточные воды необходимо подвергнуть следующим последовательным про-цесссам: нагреть до кипения, испарить, получившийся пар перегреть, токсичные вещества подвергнуть разложению и ,наконец, окислению.
Процессы превращения воды в перегретый пар требуют больших затрат тепла, что чрезвычайно отрицательно сказывается на горении топлива: факел вытягивается факела и увеличивается объем, необходимый для осуществления процессов горения топлива и обезвреживания. В итоге возрастают размеры топочного устройства.
Небольшая концентрация горючих компонентов в промышленных стоках и выбросах требуют создания особых условий для их обезвреживания, т.к. скорость химических реакций опережает скорость физических процессов: нагревания, испарения стоков, подвод окислителя, отвод продуктов сгорания. При этом наличествует разрыв между скоростью химических реакций и скоростью физико - химических процессов внутреннего и внешнего тепло - и массообмена. Преодоление этого процесса - необходимое условие организации эффективного процесса обезвреживания любых промышленных отходов огневым способом.
В соответствии с вышеизложенным для увеличения эффективности работы установок предложена трехступенчатая схема обезвреживания токсичных стоков деревообработки /3/. В первой ступени в качестве топлива сжигают древесные отходы в условиях, которые обеспечивают полноту сгорания с температурами, близкими к теоретическим. Во второй ступени за счет тепла уходящих газов сточную воду перегревают до температуры выше температуры насыщенного пара при давлении в топке. В третью ступень подают высокотемпературные продукты сгорания первой ступени, перегретую сточную воду и воздух для окисления метанола и формальдегида.
Известно, что на деревообрабатывающих предприятиях образуется большое количество, которое используют как топливо в котлах. В древесно-шлифовальной пыли, в которой всегда находится абразивный порошок, попадающий в нее при шлифовании древесностружечных плит /1/. В процессе горения древесно- шлифовальной пыли из-за взаимодействия золы и абразива происходит сильное шлакование топки котла и занос конвективных поверхностей нагрева. Избежать этого можно, если использовать циклонный предтопок с жидким шлакоудаление, который одновременно предназначается и для обезвреживания токсичных стоков /4/.
Для преодоления разрыва между скоростью химических реакций и скоростью физико - химических процессов внутреннего и внешнего тепло - и массообмена целесообразно, как указывалось выше, перегревать сточную воду перед подачей ее в топку. Весьма перспективным является применение перегретой воды в качестве псевдоожижающей среды /5/: под распределительную решетку жидкость подают
при температуре и давлении, обеспечивающими ее превращение в пар над распределительной решеткой в слое твердых топлива. Для этого давление перед распределительной решеткой выбирают из соотношения
(Рвх - Лрр )/ps < 1, (1)
где рвх - давление воды на входе в распределительную решетку, Лрр - величина падения давления в результате прохождении воды через распределительную решетку, ps - давление насыщенного пара, соответствующая температуре жидкости перед распределительной решеткой.
Благодаря тому, что давление перед распределительной решеткой выбирают из соотношения (1), давление воды на выходе из распределительной решетки меньше давления насыщенного пара. Поэтому происходит мгновенное превращение воды в пар, что и обуславливает резкую интенсификацию процессов межфазного тепломассообменна между водой и твердыми частицами.
С целью повышения экологических показателей и надежности работы топки предложен новый способ сжигания древесно-шлифовальной предложен /6/, отличающий от известных тем, что перед подачей в топку древесную пыль нагревают без доступа воздуха в камере для термического разложения за счет рециркуляции из топки дисперсного материала для выделения летучих веществ, содержащих токсичные газы, которые отсасывают из камеры термического разложения и подают для сжигания в газоходе на выходе топки в потоке дымовых газов, которые предварительно очищены от золы и абразивной пыли.
ВЫВОДЫ
1. Для повышения эффективности процессов обезвреживания можно рекомендовать следующее:
использовать трехступенчатую схему: в первой ступени сжигать древесные отходы в условиях, которые обеспечивают полноту сгорания с температурами, близкими к теоретическим; во второй ступени за счет тепла уходящих газов сточную воду перегревать до температуры выше температуры насыщенного пара при давлении в топке; в третью ступень подавать высокотемпературные продукты сгорания первой ступени, перегретую сточную воду и воздух для окисления метанола и формальдегида.
2. Древесно - шлифовальную пыль перед подачей в топку подвергать топку термическому разложению без доступа воздуха, а образовавшиеся токсичные газы сжигать в газоходе на выходе топки в потоке дымовых газов, которые предварительно очищены от золы и абразивной пыли.
Литература
1. Левшаков А.М., Жуков Н.И. Огневое обезвреживание сточных вод на предприятиях мебельной и деревообрабатывающей промышленности: Обзор. информ. -М.: ВНИПИЭИлеспром, 1987.
2. Берладинер М.Н., Шурыгин А.П.Огневая переработка и обезвреживание промышленных отходов. -М.: Химия, 1990. - 304 с.
3. Авторское свидет. 1753189 СССР, МКИ3 F 13 G 7/04. Левшаков А.М., Шевченко Е В. , Бюл. N 29 // Открытия. Изобретения. - 1992.
4. Авторское свидет.1513315 СССР, МКИ3 F 13 G 7/04. Левшаков А.М.,, Бюл. N 17 // Открытия. Изобретения. - 1989.
5. Пат. 2256121 РФ, МПК7С 1 F 22 B 3/04. Способ проведения процессов тепломассоб-мена между жидкостью и твердыми частицами. Левшаков А.М., Бюл. N 19 // Открытия. Изобретения 2005.
п
6. Пат. 2167364 РФ, МПКС 7 F 23 G 7/00. Способ сжигания древесной пыли. Левшаков А.М., Бюл. N 14 // Открытия. Изобретения - 2001.
