CC BY
53
Результаты испытаний
№ опыта Температура, °С Скорость потока, м/с Начальная концентрация, мг/дм3 кпд улавливания, % Фракционный состав отсепарированной фракции, мкм
1 28 15 200 60,8 от 25
2 27 15 300 61,2 от 25
3 28 15 400 75,2 от 21
4 28 15 500 78,1 от 23
5 28 20 500 65,3 от 9
6 27 20 1000 75,0 от 11
7 27 20 1500 75,2 от 11
8 27 25 2500 75,6 от 9
9 27 25 3000 78,1 от 11
10 27 25 5000 79,3 от 7
Конструкция сепаратора может быть масштабирована в опытно-промышленный образец.
Проведены испытания по выделению целевой фракции кварцевых частиц. В качестве взвешенных частиц применялся кварцевый порошок с фракционным составом в диапазоне 1-150 мкм с максимумом распределения на 35 мкм. Порошок вводился дозированными порциями в воздушный поток с возможностью изменения концентрации взвешенных частиц от 200 мг/дм3 до 5г/дм3 и скоростей потока от 15 до 25 м/с.
Результаты испытаний показывают принципиальную возможность улавливания мелкой фракции кварца с минимальными размерами от 7 мкм. Верхний
предел сепарируемой фракции лимитируется фракционным составом исходных взвешенных частиц.
В настоящее время изготавливается крупнолабораторный прототип установки с целью проведения зачетных испытаний. В перспективе планируется патентная защита аппарата и его использование на производственной базе ООО «Усольехимпром», а также применительно к аппаратам газоочистки металлургических производств.
Статья подготовлена с использованием результатов научно-исследовательских работ, выполненных в рамках программы кооперации вузов и промышленных предприятий (постановление Правительства РФ № 218)
Библиографический список
1. А.с. №1662628 B 07 D 45/04/ Созонов А.Ф., Паничкина Л.Ф., Бекежанов Е.Б. (СССР) №4716476/26: опубл. 15.07.89.
2. Doerschlag С, Miczek G. Chem. Eng. (№Y), 1977. V. 84. №4. P. 64-72.
3. Соколова И.Н. Экспериментальное исследование при-
стеночных струй // Труды ЦАГИ. М.: ЦАГИ, 1982. Вып. 2148. С. 21-31.
4. Соколова И.Н. Экспериментальное исследование пределов реализации течения Коанда // Ученые записки ЦАГИ. М.: ЦАГИ, 1983. Т. IV. С. 124-126.
УДК 628.349.08
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ СОРБЦИОННОЙ ОЧИСТКИ ДРЕНАЖНЫХ ВОД ЗОЛООТВАЛА ШЕЛЕХОВСКОГО УЧАСТКА НИ ТЭЦ
Е.Ю. Фомина1, А.С. Агеева2
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Даны сведения о золошлакоотвале Шелеховского участка Ново-Иркутской ТЭЦ, характеристике р. Олха, о химическом составе дренажных сточных вод золоотвала и методах очистки таких стоков. Получены характеристики активного угля КАД-йодный, который предложен в качестве эффективного сорбента при очистке дренажных стоков от тяжелых металлов. Ил. 3. Табл. 4. Библиогр. 5. назв.
Ключевые слова: теплоэлектростанция; золошлакоотвал; активный уголь; дренажные сточные воды; очистка; изотерма адсорбции.
1 Фомина Елена Юрьевна, кандидат технических наук, доцент кафедры обогащения полезных ископаемых и инженерной экологии, тел.: (3952) 405118, 89643513702, е-mail: e_u_fom@bk.ru
Fomina Elena, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Mineral Processing and Environmental Protection, tel.: (3952) 405118, 89643513702, e-mail: e_u_fom@bk.ru
2Агеева Александра Сергеевна, аспирант, тел.: (3952) 405118, е-mail: alexa_agejewa@hotmail.com Ageeva Alexandra, Postgraduate, tel.: (3952) 405118, e-mail: alexa_agejewa@hotmail.com
STUDY OF SORPTION TREATMENT POSSIBILITY FOR DRAINAGE WATERS FROM THE SHELEKHOV SITE ASH DUMP OF NEW IRKUTSK HEAT POWER STATION E.Yu Fomina, A.S. Ageeva
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The article provides information on the ash and slag dump of the Shelekhov site of the New Irkutsk heat power station, the characteristics of the Olkha river, the chemical composition of the ash and slag dump sewage drainage, and treatment methods for such flows. The characteristics of the activated carbon KAD-iodine are obtained. The last is proposed as an effective sorbent to remove heavy metals from drainages. 3 figures. 4 tables. 5 sources.
Key words: heating and power station; ash and slag dump; activated coal; sewage drainage (waters); decontamination; adsorption isotherm.
Производство тепла и электричества в результате сжигания твердого топлива как в России, так и за рубежом связано с применением большого количества воды. Удельное водопотребление для каждой ТЭС существенно отличается в зависимости от типа системы технического водоснабжения [1].
Образующиеся на ТЭС сточные воды разнообразны по количественному и качественному составу, они содержат вредные вещества органического и минерального происхождения, многие из которых обладают токсичностью и поэтому нуждаются в механической, физико-химической или биологической очистке. При выборе метода очистки сточных вод от определенных примесей важно знать, в каком виде примесь будет выделена, как ее можно обезвредить или утилизировать.
На ТЭС наибольшее практическое значение при очистке стоков имеют методы непосредственного выделения примесей - отстаивание, флотация, фильтрование. Из методов выделения примесей с изменением фазового состава воды или примеси наиболее часто применяют коагуляцию, ионный обмен и сорбцию.
Исследование качественного состава стоков ТЭС, сбрасываемых в водоемы, позволяет оценить их как воды, содержащие вредные органические и неорганические соединения, в том числе ионы тяжелых металлов. Гидрохимический состав сточных вод золоотвала определяется видом и составом сжигаемого твердого топлива, способом золоулавливания и золоудаления, временем эксплуатации золоотвала [1].
Золоотвал Шелеховского участка Ново-Иркутской ТЭЦ (ШУ НИТЭЦ) расположен в пределах городской черты города Шелехова на расстоянии 60-160 м от уреза воды р. Олхи. Существующий золоотвал введен в эксплуатацию в 1979 г. В него осуществляется сброс свежей забранной воды после охлаждения пробоотборников и турбогенераторов, стоков химводоочистки, а также добавки свежей воды в каналы гидрозолоудаления. Золошлакоотвал ШУ НИТЭЦ предназначен для складирования золы и шлака, образовавшихся после сжигания угля и отстоя осветленной воды (рис. 1).
Поступающая в золоотвал вода после отстаивания снова используется в цикле золоудаления. Часть воды фильтруется через борта и подошву золоотвала и попадает в обводную дренажную канаву. По дренажной канаве фильтрационные воды текут к восточному углу золоотвала и оттуда попадают в р. Олха.
Расход сточных вод в зависимости от времени года колеблется от 1 до 150 м3/ч.
Рис. 1. Золоотвал Шелеховского участка Ново-Иркутской ТЭЦ
В настоящее время в поверхностных водах Олхи количество ингредиентов загрязнения, превышающих ПДК для водоемов рыбохозяйственного значения, сократилось до марганца (табл. 1) [2]. Причем повышенное содержание марганца характерно для проб, отобранных как в фоновом, так и в контрольном створах реки.
Главная форма миграции соединений марганца в поверхностных водах - взвеси, состав которых определяется в свою очередь составом пород, дренируемых водами, а также коллоидные гидроксиды тяжелых металлов и сорбированные соединения марганца. Существенное значение в миграции марганца в растворенной и коллоидной формах имеют органические вещества и процессы комплексообразования марганца, в результате которых образуются как неорганические, так и органические лиганды [3].
Факторами, определяющими изменение концентрации марганца, являются:
- соотношение между поверхностным и подземным стоками;
- интенсивность потребления марганца при фотосинтезе;
- разложение фитопланктона, микроорганизмов и высшей водной растительности;
- процессы осаждения марганца на дно водных объектов.
Таблица 1
Характеристика воды р. Олха (фоновый створ 500 м выше золоотвала)
Ингредиент ПДКр/х, мг/дм3 Концентрация, О, мг/дм3 а/пдюр/х
Марганец 0,01 0,013 1,3
Алюминий 0,04 0,04 1,0
Железо 0,1 0,18 1,8
Бериллий 0,0003 0,000006 0,02
Титан 0,06 0,0012 0,02
Барий 0,74 0,017 0,023
Свинец 0,1 0,00054 0,0054
Ванадий 0,001 0,0006 0,6
Никель 0,01 0,0008 0,08
Вольфрам 0,0008 0,0008 1,0
Хром 0,07 0,00066 0,0094
Кобальт 0,01 0,000065 0,0065
Мышьяк 0,05 0,0002 0,004
Примечание. Данные предоставлены ШУНИТЭЦ.
Марганец является необходимым для жизненных процессов как растений и животных, так и человека. Однако его высокая концентрация является токсичной [4].
Из представленных данных можно определить, что концентрация марганца превышает установленные нормативы как в контрольном створе дренажного стока, так и в самой р. Олха. Поэтому дополнительное внесение ионов марганца в водоприемник будет создавать трудности для ассимиляционной способности реки.
Превышение ПДК по ионам марганца наблюдается не только при разовых замерах в контрольном створе фильтрационного потока (Снах/ПДКк/6 равно 2,7), но и средние значения превосходят ПДКк/б в 1,57 раза, а среднее содержание марганца в р. Олха регистрируется на уровне ПДКк/б. Таким образом, в этом случае влияние золоотвала на ухудшение качества воды явно просматривается.
В 2011 г. авторами были отобраны пробы дренажной воды золоотвала Шелеховского участка НИ ТЭЦ. В результате исследований было установлено, что сточная вода имеет следующий состав (табл. 2).
Как видно из приведенных данных, концентрация ионов марганца в фильтрационных стоках значительно превышает допустимую норму.
Для изучения возможности очистки дренажных вод золошлакоотвалов от ионов марганца были проведены исследования по его сорбционному извлечению. В качестве сорбента использовали активный уголь КАД-йодный. Предварительно были определены характеристики исследуемого образца угля по известным методикам [7, 8]. Крупность основной фракции 1,6-2,5 мм; насыпная плотность 0,537 г/см3; механическая прочность 60%; активность по йоду 55%; активность по метиленовому голубому 11,5 мг/г; суммарная пористость 1,0 см3\г.
Известно, что на емкостные характеристики сорбентов по отношению к ионам тяжелых металлов значительное влияние оказывает рН среды [5, 8]. Для определения оптимальной области рН проводили следующий эксперимент: концентрация раствора
3
сульфата марганца (II) составляла 10,0 мг/дм , время установления сорбционного равновесия было определено предварительными опытами и составляло 2 ч, навеска сорбента 1 г, объём раствора 0,1 дм3, значения рН изменяли от 2 до 10. Для установления оптимального рН раствора готовили ацетатно-аммиачные буферные растворы, вносили их в колбы в количестве 10 мл, рН раствора контролировали с помощью рН-метра. Определение концентрации ионов марганца (II) проводили атомно-абсорбционным методом. На рис. 2 приведена зависимость сорбции ионов марганца от рН исходного раствора.
Таблица 2
Химический состав дренажной сточной воды золоотвала
Наименование Фактическое значение, мг/л ПДК, мг/л
Железо (II) 0,5 0,1
Марганец (II) 1,1 0,01
Сульфаты 460 500
Хлориды 170 350
Водородный показатель, рН 7,7 в пределах 6-9
Из рис. 2 видно, что максимальная сорбция марганца (II) происходит в области рН от 7,5 до 9,0. То есть практическое значение для извлечения ионов марганца имеет слабощелочная среда, что вполне применимо в производственных процессах очистки сточных вод.
В статических условиях методом переменных навесок при температуре 20°С были проведены исследования по адсорбции ионов марганца на активном угле КАД-йодный при оптимальном значении рН (7,5-7,6) в равновесных условиях. Концентрация сульфата марганца составляла 10 мг/дм3. Время контакта угля с растворами солей составляло 2 ч. По данным значений равновесных величин сорбции и
А, мг/г
рН
Рис. 2. Зависимость адсорбции марганца на сорбенте КАД-йодный от рН
б
С, мг/л
Рис. 3. Изотерма сорбции ионов марганца (исходная концентрация - 10 мг/дм3; рН - 7,8)
равновесных концентраций строили изотерму сорбции ионов марганца, которые представлены на рис. 3. Изотермы являются одним из критериев оценки адсорбционных свойств активных углей и определяют зависимость активности адсорбента от концентрации адсорбата в условиях равновесия [6].
Как видно из рис. 3, полученная изотерма сорбции принадлежит к классификации изотерм сорбции по БЭТ (Брунауэр, Эммет и Теллер) [8] и относится к изотермам V-го типа. Изотермы этого типа встречаются реже, чем остальные изотермы этой классификации и описывают сильное межмолекулярное взаимодействие в веществе сорбата. Величину равновесной адсорбции, в первую очередь, определяет внутренняя структура сорбента, а также степень активации и дисперсности сорбента. Способность углей сорбировать растворенные вещества является следствием сильно развитой удельной поверхности и соответствующего характера пористости [7,8]. С другой стороны, для
высокой сорбционной способности в области малых и средних концентраций углеродный сорбент должен иметь большое количество микропор.
Таким образом, в результате проведенных экспериментов были изучены некоторые закономерности процесса сорбции ионов марганца из модельного раствора сульфата марганца. Было установлено, что оптимальная область рН для сорбционного извлечения ионов марганца находится в слабощелочной среде, что полностью удовлетворяет проведению процесса в промышленных условиях. Сорбент КАД-йодный обладает достаточной сорбционной емкостью по отношению к ионам марганца. Необходимо провести дальнейшие исследования кинетических и динамических закономерностей сорбции ионов марганца, что позволит разработать технологию сорбционной очистки фильтрационно-дренажных вод золоотвала Шелехов-ского участка Ново-Иркутской ТЭЦ.
Библиографический список
1. Абрамов А.И., Елизаров Д.П. [и др.]. Повышение экологи- 2. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно-допустимые ческой безопасности ТЭС. М.: Изд-во МЭИ, 2002. 371 с. концентрации химических веществ в окружающей среде. Л.:
Химия, 1985. 528 с.
3. Глинка Н.Л. Общая химия: учебник. 6-е изд., перераб. и доп. М.: Высшее образование, 2010. 886 с.
4. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. М.: Высш. шк., 1998. 413 с.
5. Домрачева В.А. Извлечение металлов из сточных вод и техногенных образований: монография. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006. 152 с.
6. Дубинин М.М. Методы приведения изотерм адсорбции и удельная поверхность адсорбентов. М.: Наука, 1976. 523 с.
7. Кельцев Н.А. Основы адсорбционной техники. М.: Химия, 1976. 511 с.
8. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. Л.: Химия, 1981. 168 с.
УДК 669.713
МОДЕЛИРОВАНИЕ ГАЗОХОДНЫХ СЕТЕЙ КОРПУСОВ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ С ЦЕЛЬЮ ВЫРАВНИВАНИЯ ОБЪЕМОВ ГАЗООТСОСА ОТ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ
С.Г. Шахрай1, А.Н. Баранов2, В.В. Коростовенко3
13Сибирский Федеральный университет, 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79.
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Выполнен анализ основных причин повышенного аэродинамического сопротивления газоходных сетей и многократного различия объемов эвакуируемых от электролизеров газов. Приведены критерии моделирования газо-ходной сети и его результаты. Описаны технические решения по выравниванию объемов газоотсоса и снижению отложений в газоходах. Ил. 8. Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: аэродинамическое сопротивление; газоходные сети; моделирование; объемы газоотсоса; отложения; газоходы.
SIMULATION OF FLUE NETWORKS OF ALUMINUM PRODUCTION HOUSINGS IN ORDER TO EQUALIZE GAS-SUCTION VOLUMES FROM ELECTROLYZERS S.G. Shakhrai, A.N. Baranov, V.V. Korostovenko
Siberian Federal University, 79 Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041. National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The analysis of the main reasons for the increased aerodynamic drag of the flue networks and multiple differences in the amounts of gases evacuated from electrolyzers is performed. The simulation criteria of a flue network and its results are given. Technical solutions on equalizing the volumes of a gas-suction and the decrease of scurf in flues are described. 8 figures. 5 sources.
Key words: aerodynamic drag; flue networks; simulation; modeling of gas-suction volumes; scurf; flues.
Газоходные сети, эксплуатируемые в корпусах электролиза, представляют собой сильноразветвлен-ные сети протяженностью 2-2,5 км с большим количеством тройников, диффузоров и поворотов, создающих аэродинамическое сопротивление, на преодоление которого затрачивается более 30% мощности, развиваемой дымососами. В масштабе бригады сопротивление сети порядка 500 Па, в масштабе корпу-
са электролиза - более 2000 Па, обусловленное:
- неравномерностью углов ввода спусков от горелок в подкорпусной газоход, колеблющихся от 450 до 900;
- наличием зон внезапного расширения потока -ввод спусков от «тупиковых горелок» бригад в сборный подкорпусной газоход диаметром, превышающим в 1,4-1,7 раз диаметр спуска;
1 Шахрай Сергей Георгиевич, кандидат технических наук, доцент кафедры техносферной безопасности горного и
металлургического производства Института цветных металлов и материаловедения, тел.: 89500841967.
Shakhrai Sergey, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Technospheric Safety of Mining and
Metallurgical Production the Institute of Nonferrous Metals and Material Science of the Siberian Federal University,
tel.: 89500841967.
2Баранов Анатолий Никитич, доктор технических наук, профессор кафедры металлургии цветных металлов, тел.: 89025610167, (3952) 405265, e-mail: a_baranow@mail.ru
Baranov Anatoly, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Metallurgy of Nonferrous Metals, tel.: (3952) 405265, 89025610167, e-mail: a_baranow@mail.ru
3Коростовенко Вячеслав Васильевич, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой техносферной безопасности горного и металлургического производства Института цветных металлов и материаловедения.
Korostovenko Vyacheslav, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Technospheric Safety of Mining and Metallurgical Production of the Institute of Nonferrous Metals and Material Science of the Siberian Federal University.
