Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Методы очистки нефтесодержащих сточных вод в энергетике 10
1.1. Источники появления нефтепродуктов в сточных водах ТЭС 10
1.2. Методы очистки нефтесодержащих сточных вод ТЭС 14
1.3. Сущность адсорбционных процессов 28
1.4. Природа, запасы и комплексное использование торфа в 42
народном хозяйстве
ГЛАВА 2. Математическая модель процесса адсорбции
2.1. Основные закономерности процесса 48
2.2. Кинетика процесса 54
2.3. Определение коэффициента массопередачи 59
ГЛАВА 3. Экспериментальная часть 63
3.1. Определение основных свойств низинного торфа из месторождения Чистое 63
3.1.1. Общетехнические свойства торфа 63
3.1.2. Физические параметры пористой структуры 69
3.1.3. Удаление балластных примесей 71
3.1.4. Свойства водной вытяжки из торфа 72
3.1.5. Определение содержания нефтепродуктов в сточных водах
3.1.6. Оценка эффективности торфа как сорбента нефтепродуктов
3.2. Построения изотермы адсорбции 93
3.3. Разработка модернизированной технологической схемы 97
очистки сточных вод от нефтепродуктов на примере Казанской ТЭЦ-1
3.3.1. Технологическая схема очистки сточных вод от нефтепродуктов на ТЭС 97
3.3.2. Пути энергосбережения за счет использования торфа
ГЛАВА 4. Расчетная часть 102
4.1. Выбор котла и расчет горелочного устройства, пригодного для сжигания отработанного сорбента 102
4.2. Расчет гидравлических характеристик аппарата с пористым слоем 110
4.3. Расчет экономической эффективности модернизированной технологической схемы очистки сточных вод от нефтепродуктов на примере Казанской ТЭЦ-1 111
4.4. Расчет предотвращенного экологического ущерба 115
Заключение 118
Библиографический список
- Методы очистки нефтесодержащих сточных вод ТЭС
- Кинетика процесса
- Физические параметры пористой структуры
- Расчет гидравлических характеристик аппарата с пористым слоем
Введение к работе
Ухудшение экологической обстановки, истощение природных ресурсов Земли требуют повышения эффективности работы всех звеньев народного хозяйства. Для республики Татарстан, одного из мощнейших промышленных регионов РФ, проблема рационального использования природных ресурсов приобретает особую остроту. Успешное ее решение возможно только при комплексном подходе в выборе конкретных технических решений, сочетающем как экономические, так и экологические аспекты.
Одним из основных природных ресурсов, потребляемых предприятиями теплоэнергетики, являются природные воды, используемые в основном технологическом процессе производства тепла и электроэнергии. Кроме того, вода используется для вспомогательных целей: охлаждения оборудования, очистки дымовых газов, обмывки и промывки оборудования, приготовления технологических растворов для химической очистки оборудования и т.д.
В целом предприятия теплоэнергетики, в частности тепловые электрические станции (ТЭС), относятся к крупным потребителям природных вод, и их взаимосвязь с природными водоемами носит замкнутый характер, так как после использования очищенные сточные воды возвращаются в водоем.
Состояние же природных водоемов, особенно расположенных на территории промышленно развитых регионов, нельзя назвать удовлетворительным. По официальным данным в настоящее время 15% территории Республики Татарстан не соответствует нормативам; значительный вклад в загрязнение биосферы вносит и энергетический комплекс. Основными факторами воздействия на окружающую среду здесь наряду с загрязнением атмосферы являются сбросы в водные объекты [2].
С целью уменьшения негативного воздействия промышленных сточных вод на водные объекты Республики Татарстан на правительственном
уровне разработан комплекс мероприятий и технологических решений, способствующих повышению качества их очистки [3-5].
В настоящее время уровень обеспеченности очистки сточных вод новейшими технологиями невысок. Существующие технологии, основанные на процессах механической, физико-химической и химической очистки, не всегда позволяют поддерживать нормативное качество воды при сбросе ее в водоем. Поэтому при строительстве новых или модернизации действующих очистных сооружений требуются принципиально новые подходы к решению природоохранных задач [4].
В ряду факторов, угрожающих экологической безопасности водных объектов, существенное место занимают воды, загрязненные нефтью и нефтепродуктами. Источником их появления в сточных водах ТЭС являются мазутные хозяйства, электротехническое оборудование, вспомогательные службы. Эти воды представляют собой опасность в силу малой предельно допустимой концентрации (ПДК) нефтепродуктов в природных водоемах. Установленная ПДК нефтепродуктов для рыбохозяйственных водоемов составляет всего 0,05 мг/л, в то время как во многих водоемах фоновая концентрация нефтепродуктов еще до сброса сточных вод уже превышает это значение [4, 6, 7]. Значительную нагрузку испытывают природные водоемы и при аварийных ситуациях, которые практически трудно прогнозировать, и можно лишь констатировать изменение содержания нефтепродуктов.
Нефтепродукты могут попадать в водоемы в эмульгированном, коллоидном и растворенном состоянии. Они характеризуются высокой токсичностью по отношению к живым организмам. Присутствуя в воде в значительных количествах, образуют на поверхности воды пленки, препятствующей аэрации и нормальному режиму самоочищения природных вод. Тяжелые фракции нефтепродуктов образуют донные отложения, отсекая придонную фауну и флору от остальной части водоема, что также негативно сказывается на его жизнедеятельности. Воздействие сброшенных
нефтепродуктов в водоемы имеет длительный характер, т.к. они относятся к числу слабоокисляющихся веществ. Поэтому все острее становится задача глубокого извлечения их из сточных вод [6, 8, 9].
Существует много способов очистки сточных вод от нефтепродуктов, но единственным, позволяющим удалить их вплоть до следовых количеств, является метод сорбции. Он характеризуется высокой степенью очистки, эксплуатационной надежностью и относительной простотой аппаратурного оформления процесса. Существует широкий спектр различных минеральных и органических сорбентов природного или искусственного происхождения, пригодных для извлечения нефтепродуктов, лучшим из которых в настоящее время признан гранулированный активированный уголь (ГАУ).
Процесс сорбционной очистки сточных вод от нефтепродуктов тесно связан с вопросом переработки отработанных сорбентов. Для снижения эксплуатационных затрат после исчерпания сорбционной емкости ГАУ, как и большинство сорбентов, подвергают регенерации, приводящей к вторичному загрязнению воды, что в сложившихся макроэкологических условиях нельзя назвать целесообразным. В настоящее время актуальной стала проблема поиска сорбентов, лишенных этого недостатка [9, 10, 11].
Для нужд теплоэнергетики, в частности, для очистки сточных вод ТЭС от нефтепродуктов, целесообразно использовать в качестве сорбента торф Татарстана. В Татарстане находятся значительные залежи торфа, разработка которых промышленным способом не ведется, поскольку с энергетического ранка его вытеснили более доступные и калорийные виды топлива. Практически на государственном уровне отсутствует контроль над добычей и использованием запасов торфа.
В целом Россия обладает почти половиной всех мировых запасов торфа, и до начала 90-х годов занимала ведущие позиции в мировом масштабе по его добыче и использованию. Объем добычи торфа достигал 150 млн. тонн в год, из которых 30 млн. тонн использовалось в энергетике в виде топлива. Мощность электростанций, работающих на торфе, достигала в
России 3800 МВт. В настоящее время использование торфа для нужд теплоэнергетики многократно сократилось: добыча торфа на топливо составляет всего 2,5 млн. тонн, а из порядка 80 энергообъектов, работавших на торфе, осталось 11 электростанций и 3 ТЭЦ. Такой крайне низкий уровень участия в теплоэнергетике не соответствует ни доступным для освоения торфяным ресурсам, ни производственному потенциалу торфяной отрасли [13, 14].-
На энергетическом рынке в сложившихся в мировом масштабе условиях торф необходимо рассматривать как стратегический ресурс России, и в ближайшее время в соответствии с Федеральной программой «Энергетическая стратегия России» он вновь должен стать одним из широко используемых видов топлива [14-16]. Достоинством торфа как сорбента нефтепродуктов при очистке сточных вод ТЭС является дешевизна, доступность и возможность утилизации отработанного материала путегл сжигания, что позволяет ликвидировать вторичное загрязнение воды, неизбежное при процессе регенерации, и одновременно частично решить проблему надвигающегося энергетического кризиса [12]. Важным обстоятельством, существенно повышающим народно-хозяйственную роль торфа, является его экологическая безопасность, заключающаяся в снижении количества вредных выбросов в атмосферу и простоту утилизации золы [17].
Цель работы. Разработать высокоэффективные ресурсо- и энергосберегающие технологические решения по глубокой очистке сточных вод тепловых электрических станций от нефтепродуктов. Для достижения поставленной цели необходимо:
изучить сорбционные свойства различных видов торфов Татарстана по отношению к нефтепродуктам;
разработать замкнутую математическую модель процесса сорбции на торфяных сорбентах в условиях отсутствия регенерации отработанного фильтрующего материала;
предложить пути модернизации типовой технологической схемы очистки сточных вод ТЭС от нефтепродуктов, с целью повышения степени и надежности очистки как в условиях нормальной эксплуатации, так и при залповых выбросах;
изыскать экологически чистые и экономичные способы утилизации отработанного сорбента, не сопровождающиеся вторичным загрязнением воды.
Научная новизна.
Комплексное ресурсо- и энергосберегающее решение проблемы очистки сточных вод ТЭС от нефтепродуктов с использованием в качестве сорбента местного возобновляемого вида топлива - торфа.
Экспериментальные исследования технических, физико-химических и энергетических свойств, а именно влажности, зольности, гранулометрического состава, теплоты сгорания, содержания балластных примесей и сорбционных свойств торфа Татарстана из месторождения Чистое.
Для выбора эффективных технических решений по практической реализации метода сорбционной очистки сточных вод ТЭС от нефтепродуктов использована одномерная диффузионная модель сорбционного фильтрования в динамических условиях и экспериментально определены необходимые для ее решения неизвестные параметры.
Выполнены расчеты и показано согласование с экспериментальными данными по концентрациям нефтепродуктов на выходе из слоя.
Практическая значимость.
Решена задача по ресурсо- и энергосбережению при очистке сточных вод ТЭС от нефтепродуктов и эффективной утилизации отработанного сорбента путем сжигания в котлах марки ПК-14 с выработкой дополнительного количества тепловой энергии. Разработана модернизированная технологическая схема глубокой очистки нефтесодержащих сточных вод ТЭС, позволяющая с минимальными
затратами существенно повысить эффективность очистки и исключающая вторичное загрязнение воды. Результаты работы приняты к внедрению на очистных сооружениях Казанской ТЭЦ-1 и проектных организациях.
Положения, выносимые на защиту. Результаты экспериментального исследования метода адсорбционной очистки низкоконцентрированных нефтесодержащих сточных вод ТЭС торфом из месторождения Чистое, РТ. Разработанная автором математическая модель процесса адсорбционной очистки в зернистом слое и результаты решения полученных уравнений. Модернизированная схема очистки сточных вод ТЭС от нефтепродуктов
Апробация работы и публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 24 работы, из них 1 из перечня ВАК. Отдельные разделы диссертации докладывались и обсуждались на Международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» (ММТТ), г. Казань, 2005; г. Воронеж, 2006; г. Ярославль, 2007; г. Саратов, 2008; 1-й международном экологическом Конгрессе (3-я международной научно-технической конференции) ELPIT-2007 «Экология и безопасность жизнедеятельности транспортных комплексов», г. Тольятти, 2007; Всероссийских школах - семинарах «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении», г. Казань, 2006, 2008; Международных Научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», г. Москва, 2006-2008; Международной молодежной научной конференции XVI Туполевские чтения, г. Казань, 2006; Конференции молодых ученых: «Энергоресурсоэффективность, инженерная экология и промышленная безопасность предприятий. Проблемы и решения», г. Казань, 2006; Юбилейной международной научно-технической конференции «Энерго- и ресурсоэффективность в энергобезопасности России», г. Казань, 2007; а также на семинарах и конференциях КГЭУ.
Методы очистки нефтесодержащих сточных вод ТЭС
С целью разработки эффективных решений по реконструкции очистных сооружений ниже рассматриваются методы и технологии очистки сточных вод от нефтепродуктов, наиболее распространенные в отечественной и зарубежной практике, состояние работ в этой области и соответствующие достижения [19].
Опыт эксплуатации ГРЭС, а также ТЭС и АЭС показывает, что удаление нефтепродуктов (мазута, масел) из воды является одной из наиболее сложных проблем в работе водно-химических систем. Концентрация нефтепродуктов в некоторых видах сточных вод может достигать 1000 мг/л, а при аварийных и залповых сбросах намного больше. Высокая их летучесть при выпаривании является причиной загрязнения дистиллята, в котором их может содержаться до 10 мг/л.
Глубина очистки воды от нефтепродуктов зависит от вида очистки или комплекса различных видов очистки, что в свою очередь, зависит от вида и концентрации нефтепродуктов в воде. По физическим свойствам различают, легко отделяемые, трудноотделимые и растворимые в воде нефтепродукты. К числу главных проблем при очистке нефтесодержащих сточных вод относится выделение эмульгированных минеральных масел, мазута и других видов нефтепродуктов. Поэтому однозначно дать рекомендацию о выборе метода очистки, не имея четкого представления о качестве и количестве загрязненной воды, практически невозможно [4, 6].
Очистка сточных вод на современных промышленных предприятий включает несколько последовательных стадий: предварительной механической очистки, в процессе которой из сточных вод удаляются грубодисперсные и всплывающие примеси; физико-химической очистки (удаляются взвешенные и коллоидные вещества, частично органические растворенные и эмульгированные вещества) и глубокой очистки воды (доочистки), при которой степень удаления загрязняющих веществ практически не регламентируется и определяется исключительно условиями сброса очищенных вод в водоёмы, или условиями использования очищенной воды в обороте [24-26].
Отстаивание — наиболее простой и распространенный способ выделения из сточных вод грубо дисперсных примесей, которые под действием гравитационной силы оседают на дне отстойника или всплывают на его поверхность [20]. Широкому внедрению метода отстаивания способствует и самопроизвольное разделение воды и нефтепродуктов, и высокая эффективность разделения. Отстаиванием можно выделить взвешенные частицы определённой гидравлической крупности с плотностью, большей или меньшей плотности воды. Продолжительность отстаивания в этом случае составляет 1,5 - 2 часа.
Если концентрация нефтепродуктов незначительна, и соответственно размер частиц нефтепродуктов мал, применять как метод разделения отстаивание нецелесообразно, поскольку продолжительность разделения таких суспензий или эмульсий увеличивается до несколько суток, что экономически не выгодно.
Свойства сточных вод отличаются от свойств чистой воды. Сточные воды характеризуются более высокой плотностью и вязкостью. Вязкость (JIC) и плотность (рс) сточных вод, содержащих нефтепродукты, равна: ! C=R)(1 + 2 5CH) (1.1.) рс=рє + рн(і-є) (1.2.) Объемная доля жидкой фазы вычисляется по соотношению = Vj{Vb+Vn) (1.3.) Здесь цо _ динамическая вязкость чистой воды, Па-с; сп — объемная концентрация нефтепродуктов, кг/м ; р и рн — плотность соответственно чистой воды и нефтепродуктов, кг/м ; є - объемная доля жидкой фазы; Уъ и з VH - объем воды и нефтепродуктов, м . Скорость всплывания нефтепродуктов wBC непрерывно изменяется во времени и вследствие агломерации частиц может изменяться в несколько раз по сравнению с теоретической скоростью. Она зависит от размера частиц, плотности, вязкости, т.е. от числа Рейнольдса: Re = wBCdp/\iQ, и характеризуется кривой, представляющей зависимость эффективности отстаивания Э, % от времени отстаивания т (рис. 1.2).
Отстаивание нефтесодержащих стоков производится в отстойниках специальной конструкции, называемых нефтеловушками. Распространенным недостатком применяемых в большинстве случаев нефтеловушек является их относительно низкая эффективность, не превышающая обычно 40-60 %, вызванная главным образом высокой степенью дисперсности частиц. Как правило, в нефтеловушках задерживаются лишь плавающие примеси (пленка) и весьма крупные частицы [11].
Более эффективными являются тонкослойные отстойники, эффективность очистки которых на 10-15% превышает эффективность нефтеловушек. Рабочий объем тонкослойных отстойников разделен наклонными пластинами на отдельные зоны отстаивания - ярусы, что обеспечивает более эффективное отстаивание частиц в тонком слое в стеснённых условиях. В этом случае практически исключено влияние на процесс отстаивания плотностных и конвекционных потоков, а равномерное распределение рабочего потока, обеспеченное в начале сооружения, сохраняется по всей длине последнего. Тонкослойные отстойники имеют значительно (в 4-6 раз) меньшие объемы и занимают меньшие площади [9].
Наиболее часто применяемыми на практике конструктивными схемами тонкослойных отстойников являются отстойники с перекрестным и прямоточно-противоточным движением фаз.
Для изготовления тонкослойных элементов используют стекло, оцинкованное железо, полиэтиленовую пленку, полиэтиленовые профилированные листы, полипропилен, винипласт, полихлорвиниловый и полистирольный пластик, армированную полихлорвиниловую пленку и другие материалы [27, 28].
Скорость отстаивания нефтепродуктов зависит от их концентрации, определяющей, в конечном счёте, размер их частиц. При отстаивании под действием гравитационных сил всплывание мелких капелек нефтепродуктов происходит с малыми скоростями. Гораздо более интенсивно этот же процесс разделения происходит при коагуляции или флотации сточных вод.
Коагуляционная и электрокоагуляционная очистка заключается в укрупнении эмульгированных частиц нефтепродуктов химическим или электрохимическим путём. В промышленных масштабах этот вид очистки применяется редко, хотя и позволяет достигать высокую степень очистки эмульгированных нефтепродуктов. Химическая коагуляция позволяет снизить содержание нефтепродуктов до остаточной концентрации в воде 15 — 20 мг/л, а электрокоагуляция - до 2,5 - 3 мг/л.
Кинетика процесса
Движущей силой процесса сорбции из водных растворов является градиент химического потенциала сорбата. По достижении равенства химических потенциалов последнего в объеме раствора и в сорбенте наступает химическое равновесие. Лимитирующее влияние на скорость сорбции оказывают подвод сорбируемого вещества к зерну сорбента (внешний массоперенос) и перемещение его молекул внутри зерна пористого сорбента (внутренняя диффузия). Обычно во всех аппаратах и сооружениях сорбционной очистки воды путем турбулизации потоков и интенсивного подвода новых порций воды снимаются внешне-диффузионные ограничения, а единственной стадией, лимитирующей кинетику, является перенос вещества в транспортных порах, равномерно распределенных по всему объему зерна сорбента. Собственно акт сорбции - заполнение микропор — происходит столь быстро, что не влияет на кинетику процесса в целом [38, 78, 79].
Диффузия в транспортных порах (мезо- и макропорах) прямо пропорциональна градиенту концентраций. Скорость сорбции, при прочих равных условиях, убывает с ростом размеров зерна сорбента d3KB и уменьшением объемов транспортных пор [38].
Процесс адсорбции характеризуется вероятностными функциями распределения частиц между подвижной и твердой фазами, на основании которых находятся кривые распределения концентраций.
Приняты следующие допущения: 1. изменениями плотности потока вследствие убыли адсорбтива можно пренебречь; 2. движение потока осуществляется в одном направлении со средней постоянной скоростью.
В этом случае процесс адсорбции описывается системой уравнений: балансом адсорбированного вещества между твердой и жидкой фазами, кинетикой процесса переноса примеси из потока жидкости внутрь, зерен адсорбента и изотермой адсорбции [39].
Пусть вдоль слоя адсорбента с линейной скоростью w движется поток жидкости, содержащий адсорбированную примесь с концентрацией С. На входе в слой поддерживается постоянная концентрация примеси Со. Принимая, что слой первоначально не был заполнен адсорбируемой примесью, и обозначая через у(х, т) количество примеси, поглощаемое единицей объема адсорбента, а через С(х, т) - концентрацию примеси в жидкости, находящемся между зернами адсорбента в слое на расстоянии х от входа в слой в момент т, запишем уравнение, описывающее динамический процесс адсорбции, учитывая долю свободного объема є адсорбента
Данное уравнение описывает баланс адсорбированного вещества между твердой и жидкой фазами. Первый член уравнения отражает количество загрязнений, поступающих в адсорбер, второй - задержанных загрязнений, третий - остаток загрязнений в воде, четвертый (практически равный нулю в адсорбере с плотным слоем) - продольную диффузию [79]. Кинетика процесса переноса примеси из потока жидкости внутрь зерен адсорбента fpPob-Сраіш]. С2-11) Изотерма адсорбции определяется выражением JWH =/( )- С2-12) Граничные и начальные условия к уравнениям математической модели при первоначально незаполненном слое: при х=0, C=CQ при т=0, С=0,у=0, дС/дх=0.
Здесь С - концентрация примеси в сточной воде, Сршш - концентрация примеси в жидкости, равновесная концентрации адсорбированной примеси в данном месте слоя адсорбента, D - коэффициент продольной диффузии, учитывающий молекулярную диффузию и конвективное перемешивание вдоль слоя. Коэффициент D находится путем эксперимента, (30 — общий коэффициент массопередачи адсорбируемой примеси, на него оказывают влияние природа сорбата и сорбента, пористость сорбента и степень заполнения его пор, коэффициент массопередачи монотонно убывает при увеличении величины адсорбции, чем ниже концентрация примесей в воде, тем вероятнее попадание в очищенную воду только трудносорбируемых компонентов.
Для решения системы уравнений (2.10)-(2.12) в первом приближении, пренебрегая эффектом продольной. диффузии (Р =0), введем движущуюся вместе с фронтом адсорбции координату z = х - кх, где к - скорость движения фронта адсорбции. Тогда уравнение (2.10) в системе приводится к виду ,дС дС 7Э /1-Б Л w-kdC є ду -к— + w-——к— = 0или = —. (2.13) dz dz dz є к dz l-s dz Проинтегрировав (2.16) от начала слоя сорбента до границы слоя адсорбции, получим У = 7равн - (С0 - С) - - - (2.14) к 1-е Преобразуя (2.16) получаем („_ ) & = .± Д. (2.15) dz є дх
Проинтегрируем (2.15) в пределах от х -кх$ до H-JHQ, где х — точка на оси х, соответствующая началу активной части слоя адсорбента, где образуется начальный фронт адсорбции, XQ — фиксированный момент времени, Так как в переделах интегрируемого участка временная координата постоянна, dz-dx.
Физические параметры пористой структуры
Основными техническими свойствами торфа, по которым производится первичная оценка торфяного сырья, являются степень разложения, влажность, зольность, гранулометрический состав и теплота сгорания. Из перечисленных показателей для торфа как сорбента нефтепродуктов, подлежащего утилизации путем сжигания, наиболее значимыми являются влажность, зольность, гранулометрический состав и теплота сгорания.
1. Влажность торфа определяют по ГОСТ 23314-91 косвенным весовым методом, основанным на измерении массы торфа, значение которой зависит от влажности [84].
Методика определения влажности заключается в следующем. Бюксы с навесками торфа помещают в предварительно нагретый до температуры 160 - 165С сушильный шкаф, снимают с них крышки и также кладут в шкаф.
После того, как температура в сушильном шкафу, понизившаяся при открывании дверцы, вновь поднимется до 160 С, начинают отсчет времени сушки. Длительность сушки при определении содержания влаги w торфа составляла 60 мин.
По окончании сушки бюксы закрывают крышками, вынимают из шкафа, охлаждают 2-3 мин на воздухе, а затем в эксикаторе над сульфатом магния до комнатной температуры, но не более 20 мин, после чего взвешивают. Влажность аналитической пробы (йк ), %, рассчитывают по формуле І) где тн - масса навески до нагревания; тк - масса навески после нагревания.
По этой методике определяли влажность экспериментальных образцов торфа из месторождения Чистое. Расхождения между результатами двух последовательных определений ТУ не превышают 0,4 % (абсолютных), как и предусмотрено ГОСТ 23314-91 при содержании влаги свыше 10 % [85]. Таким образом, влажность исследуемого образца торфа составила 67,2%.
2. Зольность торфа определяли в соответствии с ГОСТ 11022-95 ускоренным озолением, которое производят в заранее нагретой печи, постепенно продвигая навеску от холодного края печи в ее наиболее горячую рабочую зону [86].
Определяли зольность лабораторной и аналитической пробы. Из лабораторной пробы торфа берут навески 6 г в тигли. Тигли с навесками ставят в нагретый до 300С муфель и постепенно нагревают до температуры 800 - 825С. После прокаливания в течение 1 часа тигли охлаждают 5 мин на воздухе и взвешивают. Зольность лабораторной пробы торфа определяют по формуле: 5) где т\ — масса пустого бюкса; ті — масса бюкса с навеской до нагревания; тз — масса бюкса после нагревания.
Аналитическая проба торфа приготовлялась из лабораторной в соответствии с ГОСТ 11303-65 путем высушивания при 50С в течение 6 ч с дальнейшим измельчением до прохода через сито №028. Из аналитической пробы торфа берут навески 1 г в предварительно взвешенные тигли. Прокаливание проводят как для лабораторной пробы.
Зольность аналитической пробы торфа определяют по формуле: где т\ — масса пустого бюкса; ті — масса бюкса с навеской до нагревания; тт, — масса бюкса после нагревания.
Таким образом, зольность лабораторной пробы торфа составила 2,33%, что свидетельствует о низком содержании в нем балластных негорючих примесей. По этому показателю торф превосходит угли кузнецкого бассейна и горючие сланцы (зольность 15% и 54,2% соответственно), и уступает мазуту марки М-100 -зольность 0,05-1,15%.
3. Гранулометрический состав торфа определяли рассевом пробы на стандартных ситах (грохотах) с размером ячеек 1,4, 1,0, 0,5, 0,09 мм. Сита собрали в комплект, располагая их друг под другом с убывающими сверху вниз размерами ячеек. Дно выполняется глухим. На верхнее сито помещают пробу торфа, и весь комплект встряхивают с помощью специальной машины.
После этого определяют остаток на каждом сите и на дне, и выражают его в процентах первоначальной массы пробы.
Получаемые на всех ситах остатки, кроме верхнего, называют фракционными и обозначают как F с индексом, указывающим размер ячеек данного Xf _ і и предыдущего х і сита Fx .
Средний расчетный диаметр зерна фракции равен среднему арифметическому из размеров отверстий сит.
Насыпная плотность или плотность топлива в засыпке рн представляет собой массу частиц, отнесенную к единице занятого ими объема, включающего не только объем пор, но и объем промежутков между частицами в слое.
Насыпная плотность определяется как отношение массы топлива, свободно насыпанного в мерный сосуд к объему этого сосуда:
Расчет гидравлических характеристик аппарата с пористым слоем
Базовый показатель удельного ущерба для Республики Татарстан на единицу приведенной массы нефтепродуктов: Ууд = 7612Д тыс. руб./усл. т Упр =УуД(М1 +М2)КЭ =7612,1 -3,099 = 23590тыс. руб./усл. т (4.82) Выводы:
Из приведенных расчетов видно, что ТЭС имеет высокие энергетические показатели, однако по существующей схеме очистки сточных вод от нефтепродуктов достаточно высокие и затраты на обслуживание очистных сооружений.
Для использования на заключительном этапе очистки сточных вод ТЭС процесса сорбции существующую схему очистки можно модернизировать без существенной реконструкции. Вследствие этого снижаются затраты на электроэнергию на собственные нужды экономический эффект составляет 29447 руб./год.
Кроме того, отработанный сорбент с поглощенными нефтепродуктами может быть использован в топливной промышленности в качестве сырья для получения топлива. При этом снижаются затраты на топливо.
При использовании торфа взамен газа экономия топлива составляет 539055 руб./год, мазута - 781238 руб./год, каменного угля - 399300 руб./год.
Новая схема очистки сточных вод от нефтепродуктов предусматривает замену загрузки механических фильтров на торф, в результате исключается их промывка. Экономия промывной воды — 13860 руб./год.
Однако по новой схеме появляются затраты на торф, они составили 83853 руб./год.
Таким образом, экономический эффект составляет: при утилизации торфа вместо газового топлива: 498509 руб./год; вместо мазута: 677692 руб./год; вместо каменного угля: 358754 руб./год.
Кроме того, приведенный расчет удельного ущерба для РТ по нефтепродуктам говорит о том, при отсутствии эффективно работающих очистных сооружений ущерб от попадания нефтепродукты в водоемы составит 23590 тыс. руб./уел. т.
1 Основные выводы по результатам диссертационной работы можно сформулировать следующим образом:
1. Проведен анализ литературных источников, который показал, что все существующие методы очистки низкоконценрированных нефтесодержащих сточных вод, какими являются сточные воды теплоэлектростанций, применяются в последовательной схеме очистки и не всегда позволяют снижать концентрацию нефтепродуктов до требуемого уровня. Наиболее эффективным методом глубокой очистки нефтесодержащих сточных вод ТЭС является сорбция. С учетом природных условий Татарстана в качестве сорбента целесообразно использовать торф, являющийся дешевым и доступным возобновляемым видом топлива.
К достоинству торфа как сорбента относится возможность утилизации-отработанного материала путем сжигания в условиях ТЭС. Это позволит не только ликвидировать вторичное загрязнение воды, неизбежное при регенерации сорбционного материала, но и в определенной степени решить проблему поиска доступного и недорогого вида топлива, выполняя при этом. Государственную программу «Энергоресурсоэффективность в Республике Татарстан на 2006-2010 годы».
2. Проведен физический эксперимент по исследованию поглощения нефтепродуктов из сточных вод Казанской ТЭЦ-1 торфами Татарстана.
По полученным экспериментальным данным видно, что образцы торфа обнаруживают сорбционную активность по отношению к нефтепродуктам, которая проявляется как в режиме фильтрования, так и при сборе нефтепродуктов с поверхности жидкости.
Полученные данные в дальнейшем послужили для построения изотермы адсорбции, из которой можно определить оптимальные параметры промышленных установок очистки.
3. Разработана замкнутая математическая модель процесса адсорбции нефтепродуктов из сточных вод, решение которой проводилось методом Галеркина, строя приближение в виде двумерного алгебраического многочлена 4 степени по каждой переменой.
4. Для решения задач энергосбережения и повышения качества очистки сточных вод предложена модернизация технологической схемы очистных сооружений Казанской ТЭЦ-1. Модернизация заключается в исключении из схемы наиболее энергоемкой электронейтрализационной установки и замены механической фильтрующей загрузки фильтра толстостенными взаимозаменяемыми фильтр-патроны, заполненные торфом и произведен расчет гидравлических характеристик аппарата с пористым слоем.
5. Произведен расчет горел очного устройства котла марки ПК-14, с помощью которого планируется утилизировать отработанный сорбент путем сжигания в условиях ТЭЦ; расчет экономического эффекта при эксплуатации модернизированной схемы очистки сточных вод ТЭЦ от нефтепродуктов, который составил от 358,7 до 677,7 тыс. руб./год.