Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Технологическая схема термического обезвреживания отходов переработки отравляющих веществ 11
1.1. Классификация методов термического обезвреживания промышленных отходов 11
1.2. Технологические процессы обезвреживания отходов на объекте по уничтожению химического оружия 15
1.3. Состав, количество и классификация отходов 30
1.4. Химический состав суммарного твердого отхода 35
1.5. Полученные результаты и выводы 37
1.6. Постановка цели и задач исследований 37
Глава 2. Термическая обработка отходов переработки отравляющих веществ 39
2.1. Тепловой баланс процесса сжигания твердых отходов 39
2.2. Расчет теплового баланса процесса сжигания и дожигания твердых, жидких и газообразных отходов 43
2.3. Охлаждение дымовых газов 49
2.4. Расчет выхода нормируемых газообразных веществ 51
2.5. Экспериментальная проверка безопасности эксплуатации при повышении мощности установки термического обезвреживания 57
2.5.1. Безопасная эксплуатация и охрана окружающей среды на установках термического обезвреживания отходов 57
2.5.2. Результаты работ по сжиганию в подовой печи твёрдых отходов 61
2.5.3. Экспериментальная проверка режимов сжигания шлама после фильтрации реакционных масс 66
2.6. Полченные результаты и выводы 71
Глава 3. Сравнение установок термического обезвреживания отходов методом анализа иерархий 72
3.1. Характеристики установок термического обезвреживания отходов 72
3.2. Особенности технологических процессов на сравниваемых установках термического обезвреживания отходов 75
3.3. Иерархическая структура оценки эффективности установок 94
3.4. Полученные результаты и выводы 98
Глава 4. Моделирование гидродинамических и тепло - массообменных процессов линии дожигания отходов и охлаждения продуктов сгорания 100
4.1. Гидродинамика камеры дожигания жидких и газообразных отходов 100
4.2. Численное моделирование гидродинамических и тепло - массообменных процессов в аппарате резкого охлаждения 111
4.3. Влияние геометрии канала аппарата быстрого охлаждения
на условия образования диоксинов 119
4.4. Полученные результаты и выводы 124
Заключение 126
Литература
- Технологические процессы обезвреживания отходов на объекте по уничтожению химического оружия
- Расчет теплового баланса процесса сжигания и дожигания твердых, жидких и газообразных отходов
- Особенности технологических процессов на сравниваемых установках термического обезвреживания отходов
- Численное моделирование гидродинамических и тепло - массообменных процессов в аппарате резкого охлаждения
Введение к работе
Актуальность темы. Международная Конвенция «О запрещении разработки, производства, накопления и применения химического оружия и о его уничтожении» (январь 1993 года) обязывает Россию к выполнению международных обязательств по уничтожению его запасов. В соответствии с Указом Президента Российской Федерации и Постановления правительства РФ боевое отравляющее вещество - люизит, хранящееся в Государственном специальном арсенале г.Камбарка подлежит уничтожению, с последующей переработкой реакционных масс, восстановлением почв и утилизацией отходов.
Уничтожение химического оружия является многоплановой и сложной в реализации проблемой. Требуется разработка оптимальных технологий уничтожения химического оружия, выбор места строительства объектов по уничтожению химического оружия, обоснование и формирование системы безопасности функционирования этих объектов. Особенностью российских объектов по хранению отравляющих веществ (ОВ) является размещение арсеналов в густонаселенных регионах, в ряде случаев - в непосредственной близости от городов и населенных пунктов. Безопасность должна быть обеспечена правильной организацией работ внутри объектов, методами контроля состояния воздушной среды в производственных помещениях, способами выполнения работ, исключающими возможность заражения персонала, ухудшения состава сточных вод, снижения эффективности системы обезвреживания вредных выбросов. Условием безопасности уничтожения химического оружия также является выбор оптимальной технологии обезвреживания, соблюдение требований к организации технологического процесса, его аппаратурному оформлению и управлению им.
Опыт по промышленному уничтожению химического оружия еще не накоплен, объекты по уничтожению не имеют полных аналогов, технологии являются новыми. Поэтому выбор оптимальных по трудозатратам технологий
5 уничтожения химического оружия, обеспечивающих эффективное и необратимое обезвреживание отравляющих веществ при гарантии безопасности для персонала, населения и окружающей среды, является актуальной задачей.
Термическое обезвреживание промышленных отходов является наиболее
распространенным и эффективным методом их переработки и уничтожения.
Обезвреживание люизита осуществляется термическим методом. Установка
термического обезвреживания является важным и ответственным элементом
системы переработки и утилизации люизита. Организация дожигания вредных
веществ должна обеспечивать полное их разложение. Для оценки условий сжи
гания требуются методы, позволяющие рассчитывать газодинамику и теплооб
мен в аппаратах дожигания и охлаждения. Создание моделей технологических
процессов на всех этапах переработки отравляющих веществ представляет со
бой сложную и необходимую задачу. 3
Объектом исследования является установка термического обезвреживания отходов в составе объекта по уничтожению химического оружия.
Предметом исследования является моделирование технологического процесса термической переработки отравляющих веществ.
Область исследования: математические модели, методы расчета гидродинамических, тепловых и массообменных процессов при дожигании жидких и газообразных отходов переработки отравляющих веществ.
Методы исследования. В работе применялись методы системного анализа, теоретические и численные методы моделирования газодинамики и тепло - массообмена, нормативные акты РФ.
Моделирование газодинамических процессов основано на численном решении стационарных уравнений Навье-Стокса в криволинейной ортогональной системе координат в осесимметричной постановке. Система уравнений движения рассматривалась совместно с уравнениями переноса кинетической энергии и скорости диссипации. Для количественной оценки процесса охлаждения дымовых газов решались гидродинамические уравнения с учетом тепло- и массо-
обмена со стенками аппарата резкого охлаждения. Для численного решения применялась криволинейная ортогональная сетка и метод контрольного объема Патанкара. Условия дробления образующейся пленки или динамического срыва капель с пленки газом в расширяющемся конусе Вентури определяются механизмом, приводящим к неустойчивости Кельвина - Гельмгольца. Этот механизм характеризуется числом Вебера We із, равным отношению динамического воздействия к капиллярным силам.
Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов подтверждается сопоставительным анализом разработанных и существующих математических моделей и методов, использованием результатов натурных экспериментов на установке термического обезвреживания.
Математические модели и методы, применяющиеся в диссертационной работе, основаны на теории механики сплошных сред и реагирующих потоков, теории разностных уравнений, на теории принятия решений.
Достоверность экспериментальных результатов обеспечена использованием аттестованных средств измерений, большим объемом экспериментального материала и хорошей воспроизводимостью результатов в условиях производства.
Научная новизна проведенного исследования заключается в следующем:
на основе системного метода анализа иерархий построен комплексный показатель мощности, бесперебойности и безопасности технологического процесса переработки отходов, позволяющий сравнивать установки термического обезвреживания;
разработана математическая модель процесса дожигания и охлаждения газообразных и жидких отходов в установке термического обезвреживания. На основе численного моделирования пространственного процесса охлаждения продуктов сгорания в аппарате быстрого охлаждения установлена неоднородность температуры, влияющая на образование диоксинов;
- в результате вычислительного эксперимента определено, что для
сужающейся части аппарата охлаждения характерно устойчивое и одно-
7 родное течение; унос жидкости со стенок происходит вследствие испарения и уноса брызг; температура смеси газа и пара около стенки составляет около 50С; в начале расширяющейся части конуса происходит срыв пленки жидкости высокоскоростным потоком; в расширяющемся конусе на стенке происходит отрыв пограничного слоя и образование вихревого течения, что еще более интенсифицирует тепло и массообменные процессы в аппарате; температура парогазовой среды начинает резко снижаться по всему поперечному сечению аппарата охлаждения; тем не менее, расчеты показывают, что в осевой области течения существует протяженная зона с достаточно высокой температурой;
установлено, что в аппарат резкого охлаждения поступают дымовые газы, % об.: N2 - 64,8; С02 - 7,9; Н20 - 23; 02 - 4,3, а также капельки солей, стекающие вниз в виде тонкой пленки с поверхности футерованной топочной камеры. В аппарате резкого охлаждения дымовые газы N2 - 35,5; С02 - 4,3; Н20 -57,8; 02 - 2,4 охлаждаются, насыщаются водяными парами и через сепаратор поступают на установку очистки дымовых газов для отделения из состава дымовых газов аэрозолей и тонкодисперсной пыли, а также абсорбции кислых компонентов. Расход жидкости в аппарате т2 = \.8kg/s, расход газа 2 kg/s;
определено время нахождения продуктов сгорания в опасном интервале температур в существующей и предлагаемых конструкциях аппарата резкого охлаждения отходящих дымовых газов для предотвращения повторного образования сложных органических соединений (диоксинов, полициклических ароматических углеводородов и т.п.); установлено, что время нахождения продуктов сгорания в опасном интервале температур значительно снижается при использовании центрального тела и смещенного центрального тела;
проведен численный эксперимент процесса течения в аппарате с центральным телом, который показал, что резкое охлаждение основной части дымовых газов происходит в самом начале расширяющегося конуса; условия для образования диоксинов в таком аппарате практически отсутствуют; проведен-
8 ное численное моделирование процесса охлаждения высокотемпературных дымовых газов показало необходимость проведения многомерных расчетов для выбора более эффективных конструктивных решений.
Практическая полезность исследования заключается в возможности применения разработанных методов для повышения эффективности работы установок термического обезвреживания объектов уничтожения химического оружия (УХО). На основе проведенных экспериментов даны рекомендации для повышения производительности установки термического обезвреживания шлама после фильтрации реакционных масс.
Выявлено, что температурное поле в камере дожигания в режимах без подачи жидких отходов является существенно более однородным, чем в рабочем режиме. Проведенные расчеты показали возможность детального рассмотрения механизма горения и структуры течения в камере дожигания. Эти результаты могут быть использованы при оптимизации расположения контрольных датчиков, улучшающей достоверность контролируемых параметров. Предложенная методика расчета может применяться при получении технических решений по повышению качества процесса термического обезвреживания отходов.
Получены результаты натурных экспериментов на установке термического обезвреживания объекта УХО в г. Камбарка, подтвердившие выполнение экологических норм при сжигании отходов.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на: VI Международном конгрессе по математическому моделированию (Нижний Новогород, 2004); Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в инновационных проектах» (Ижевск, 2006); 6th International conference «Vibroengineering 2006» (Каунас, Литва, 2006); 34-й Международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе» (Украина, Крым, Ялта-Гурзуф, 2007); Международных симпозиумах «Надежность и качество» (Пенза, 2007-2008); 35-й Международной конференции «Информацион-
9 ные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе» (Украина, Крым, Ялта-Гурзуф, 2008).
Реализация работы в производственных условиях. Положения, разработки и рекомендации диссертационной работы применяются при организации технологического процесса переработки отравляющих веществ на объекте УХО в г. Камбарка.
Публикации. Основные научные результаты по теме диссертации опубликованы в виде: 2 научных трудах в изданиях, рекомендуемых ВАКом для публикации основных результатов диссертаций. Всего по теме диссертации опубликовано 14 работ общим объёмом 5,87 печатных листов, из которых 4,12 печатных листа принадлежат лично автору.
Структура диссертационной работы определяется общими замыслом и логикой проведения исследований. Диссертация содержит введение, 4 главы и заключение, изложенные на 143 с. машинописного текста. В работу включены 29 рис., 10 табл., список литературы из 108 наименований и приложение, в котором представлен акт об использовании результатов работы.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение содержит обоснование актуальности темы, формулировку цели и задач работы, основные положения, выносимые на защиту, и определяет содержание и методы выполнения работы.
В первой главе дана Классификация методов термического обезвреживания промышленных отходов. Приведено описание технологических процессов обезвреживания отходов на объекте УХО.
Во второй главе приведена методика расчета теплового баланса процесса сжигания и дожигания твердых, жидких и газообразных отходов. Представлено описание проведения экспериментальной проверки безопасности эксплуатации при повышении мощности установки термического обезвреживания.
Третья глава содержит результаты сравнения установок термического обезвреживания отходов методом анализа иерархий. Описаны особенности технологи-
10 ческих процессов на сравниваемых установках термического обезвреживания отходов и приведены оценки эффективности установок по комплексу показателей.
В четвертой главе представлены модели гидродинамических и тепло -массообменных процессов линии дожигания отходов и охлаждения продуктов сгорания. Численным методом исследовано влияние геометрии канала аппарата быстрого охлаждения на условия образования диоксинов.
В заключении сделаны выводы о проделанной работе.
Технологические процессы обезвреживания отходов на объекте по уничтожению химического оружия
Термическое обезвреживание отходов предусматривает следующие основные стадии технологического процесса: - сжигание жидких отходов и дожигания ние дымовых газов из печи с выдвижными подовыми тележками, резкое охлаждение дымовых газов; - сжигание твердых отходов; - очистка дымовых газов; - очистка сточных вод.
Для обеспечения работы основных стадий технологического процесса предусмотрены вспомогательные стадии: - прием твердых отходов; - прием сточных вод; - прием горючих отходов; - организация дегазационно-обмывочных душей; - приготовление 20 %-ного раствора щелочи; - сбор стоков от пожаротушения; - прием технической воды, баллонная установка, растарка FeC13; - сбор сточных вод от дегазации металлоконструкций и строительных конструкций; - прием дизельного топлива и установка аварийной емкости; - замена сорбента в контактных аппаратах.
Высокотоксичные твердые отходы производства обезвреживаются в печи с выдвижным подом при температуре 800 - 1000 ОС (первая ступень сжигания), и после чего, отходящие из печи дымовые газы дожигаются в камере дожига-нияния (вторая ступень сжигания) при температуре 1200 ОС.
Сжигание жидких отходов предусматривается в камере дожигания (вторая ступень).
В целях предотвращения образования диоксинов предусмотрено резкое охлаждение дымовых газов с температуры 1200 ОС до 85 ОС.
Очистка сточных вод от системы очистки дымовых газов печей предусмотрена методом двухступенчатого химического осаждения мышьяка, с последующим выделением седиментацией мышьяко с о держащих солей в твердом виде и обезвоживанием шлама в камерном фильтрпрессе.
Работа установки термообезвреживания предусмотрена в условиях разрежения для исключения выхода неочищенного дымового газа в производственные помещения. Выгрузка прокаленных твердых сыпучих веществ после охлаждения из подовой тележки предусмотрена с помощью пневматической системы пылеулавливания, состоящей из рукавного фильтра, фильтра улавливания тонкодисперсной пыли, вентилятора и устройства фасовки пыли в полиэтиленовые мешки.
Для обеспечения непрерывной работы УТО при периодическом поступлении жидких и твердых отходов в составе корпуса предусмотрен склад твердых отходов и приємно - расходные накопительные емкости для жидких отходов.
Установка термического обезвреживания отходов
Установка термического обезвреживания отходов (УТО) промзоны объекта 1281 располагается в отдельно стоящем здании 44 и состоит из расположенных в здании отделения печи обезвреживания, отделения сжигания жидких отходов, сточных вод и газовой смеси, отделения очистки дымовых газов, отделений приемных емкостей жидких отходов, сточных вод, твердых отходов, щелочи, а так же наружной площадки разгрузки твердых отходов.
В состав установки входит одна линия термического обезвреживания отходов, состоящая из топочной камеры обезвреживания твердых отходов и камеры дожигания дымовых газов и сжигания жидких отходов, сточных вод и газовой смеси. Печь термического обезвреживания твердых отходов и камера дожигания снабжены предохранительными взрывными клапанами. Выбросы от предохранительного взрывного клапана печи направляются в тамбур-шлюзы. Линия оснащена системой очистки дымовых газов и дымовой трубой.
Выбор схемы и расчет для установки термического обезвреживания твердых и жидких отходов, сточных вод и газовой смеси выполнены на базе установки УТО фирмы «Лурги» Германия, разработанной для зд. 33 об. 1282 в п. Горный Саратовской области.
Сжигание твердых отходов Твердые отходы, запаянные в полиэтиленовые мешки, упакованные в барабаны и герметичные контейнеры доставляются на площадку разгрузки твердых отходов установки термического обезвреживания автотранспортом. Разгрузка контейнеров с автомобиля производится электрическим подвесным краном грузоподъемностью 2 т.
Расчет теплового баланса процесса сжигания и дожигания твердых, жидких и газообразных отходов
Жидкие и газовые отходы сжигаются в камере дожигания продуктов газового недожога из печи для твердых отходов. В режимах пожаротушения и дегазации оборудования после окончания работы объекта - отсутствуют жидкие отходы, требующие огневого обезвреживания. В этих же режимах отсутствуют азото-ацетиленовые газовые сдувки. Нейтрализация остаточных кислот и ангидридов, содержащихся в продуктах горения твердых отходов, осуществляется карбонатом натрия, содержащегося в жидких отходах и образовавшимся при сжигании жидких отходов.
Режим № 1. Содержится в продуктах горения твердых отходов: S02 - 0,208 кг/ч; НС1-0,08 кг/ч. В жидких отходах содержится НС1 - 0,444 нм3/ч (0,723 кг/ч). Для нейтрализации S02 требуется 0,3445 кг/ч Na2C03 и 0,0364 нм /ч 02. Образуется: 0,4615 Na2S04 и 0,0728 нм3/ч С02. Для нейтрализации 0,803 НС1 требуется 1,166 кг/ч Na2CC 3. Образуется: 1,287 кг/ч NaCl; 0,24 нм3/ч Н20 и 0,24 нм3/ч С02. Объем воздуха на окисление примесей жидких и газообразных отходов: 10О6 =47905нмз/ч 8 0,21 Этот объем воздуха уже содержится в продуктах горения твердых отходов. FN2 =1533,48 + 196,44 = 1730,12 нм3/ч vco, =171,7554 + 78,052 + 0,0728 + 0,24 = 250,1 нм3/ч VHjP = 87,57 + 54,5 + 0,24 = 142,31 нм3/ч V0i =210-100,6-0,0364 = 109,36 нм3/ч Состав в %: N2 - 77,53; С02 - 11,2; Н20 - 6,37; 02 - 4,9. Количество минеральных продуктов, поступающих в камеру дожигания и образующихся в ней, кг/ч: As203 - 0,00234 + 0,0038 = 0,00614 NaCl - 0,0252 + 0,000871 + 1,287 = 1,313 Fe203- 4,843 Na2S04 - 0,00025 + 0,4615 = 0,4617 Na2C03 - 1,3396 - 0,3445 - 1,166 - 0,197 Зола древесины - 0,908. Cr203 - 0,00028 K2C03 - 0,00025 Требуется дополнительно - 0,197 кг/ч Na2C03, которые компенсируются вводом раствора NaOH. Эквивалентное количество NaOH - 0,149 кг/ч 0,149 20 Количество 20%: — ; х = 0,743 кг/ч, воды - 0,594 кг/ч. х 100 Всего минеральных продуктов GM = 6,62кг/ч. (1-0,05)(5. +6 . + 0-,. + 2: - - ) = Потери в окружающую среду Q5 принимаются 5%. Яфиз.отх. - физическое тепло продуктов горения твердых отходов, вноси-мое в камеру дожигания. з физ.отх. 2-і "Р-г-тв отх Щ -г-тв отх в — температура продуктов горения твердых отходов, С в" = 1200 С - рабочая температура в камере горения.
При расчете количества топлива и воздуха, подаваемого в камеру дожи гания, учитываются следующие обстоятельства: в продуктах горения твердых отходов содержится некоторое количество кислорода VOTBT\ количество кислорода в суммарном газовом объеме, поступающем в камеру дожигания не должно быть меньше 16%, иначе топливо не сгорит. В камеру дожигания подается дополнительный объем воздуха AVB, который вычисляется из следующей зависимости: V0ITB.T + 0,21 AVB = 0Дб(2Х,га_ + AF ) Режим № 1. Объем дополнительного воздуха AVB В режиме № 1: AVB - 2209,34 нмЗ/ч Суммарное количество воды GH0- 567,55 + 0,594 = 568,14 нмЗ/ч В = 172,28 нмЗ/ч Всего воздуха поступает VB = 1000 + 2209,34 = 3209,34 нмЗ/ч Избыточный воздух Veia6 = 3209,34 -9,51 172,28 - 479,05 = 1091,9 нмЗ/ч Объем продуктов горения на выходе из камеры дожигания VNt =1730,12 + 0,79-2209,34 = 3475,5 нмЗ/ч VCOz =249,868 + 172,28-1,01 = 423,8 нмЗ/ч УНг0 =142,1 + 172,28-2,13 + 568,14-1,24 + 0,0161-1091,9 = 1230,1 нмЗ/ч V0i =0,21-1091,9 = 229,3 нмЗ/ч С=5358 7нм3/ч Минеральные вещества в уносе с продуктами горения, кг/ч: As203-0,00614 NaCl-1,313 Fe203-4,843 Na2S04-0,4617 Зола древесины - 0,908 Cr203 - 0,00028 К2СОЗ - 0,00025 Режим № 2. Количество и состав жидких отходов пожаротушения не определен. Предварительно принимается в камере дожигания только прокалка при 1200 С продуктов горения твердых отходов. В камеру дожигания при в — 1100 С поступают: 1 =1664,64 нм3/ч VCOi =117,105 нм3/ч VHi0 =317,872 нм3/ч КОг=210 нм3/ч У =2309нм3/ч Состав в % об.: N2 - 72,075; С02 - 5,07; Н20 - 13,76; 02 - 9,092. Минеральные вещества с продуктами горения твердых отходов, кг/ч: As203 - 0,4383; NaCl - 3,024; Na2N03 - 0,235 Теплоемкости продуктов горения: СМ100 = 0,01(72,075-0,337+ 5,07-0,54 +13,76-0,418+ 9,092-0,316) = 0,36 ккал/нм3 С С/=шо = 0,01(72,075-0,338+ 5,07-0,541+ 13,76-0,4244+ 9,092-0,358) = 0,362 ккал/нм3 С Объем дополнительного воздуха: AVB = 3190,72 нм3/ч Тепловой баланс камеры дожигания: В = 205,2 нм3/ч Всего воздуха поступает ]Г VB = 1000 + 3190,72 = 4190,72 нм3/ч Избыточный воздух ГВизб = 4190,72-9,51-205,2 = 2239,3 нм3/ч Объем продуктов горения на выходе из камеры дожигания VNi =1664,64 + 0,79-3190,72 = 4185,3 м3/ч
Особенности технологических процессов на сравниваемых установках термического обезвреживания отходов
Технологический процесс на установках термического обезвреживания отходов различается количеством технологических линий. На корпусе 33 одна технологическая линия, на корпусе 44 термическое обезвреживание отходов предусмотрено в две линии сжигания. Помимо этого, при процессе гидролиза люизита на объекте УХО в г. Камбарка образуется большое количество азотно-ацетиленовой смеси, которая в качестве газообразных отходов направляется на термообезвреживание в корпус 44. На объекте УХО в п. Горный на термообезвреживание в корпус 33 направляется РМ от детоксикации иприта, смешенная со сточной водой и щёлочью.
Одна технологическая линия на корпусе 33 предусматривает зависимость сжигания жидких от сжигания твёрдых отходов. Твердые отходы производства обезвреживаются в печи с выдвижными подовыми тележками (рис.3.2) при температуре 800 1000С (первая ступень сжигания), и после чего, отходящие из печи дымовые газы дожигаются в камере дожигания (вторая ступень сжигания) при температуре 1200С (рис.3.1).
Сжигание жидких отходов предусматривается в камере дожигания (вторая ступень). При процессе смены подовых тележек, когда открываются поворотные двери во входном шлюзе и шлюзе охлаждения подовой печи температура в камере дожигания падает. При понижении температуры до 1100 С подача отходов отключается, что значительно влияет на производительность установки.
На корпусе 44 объекта по УХО в г. Камбарка технологический процесс предусматривает термическое обезвреживание отходов в две отдельные линии сжигания со своими аппаратами резкого охлаждения отходящих дымовых газов, системами очистки дымовых газов и дымовыми трубами для выброса очищенных дымовых газов в атмосферу: - линия сжигания твёрдых отходов; - линия сжигания жидких и газообразных отходов.
В случае сбоев в работе линии сжигания жидких и газообразных отходов, сжигание азотно-ацетиленовой смеси предусмотрено в камере дожигания отхо 78 дящих дымовых газов линии сжигания твёрдых отходов. Как следствие из вышеизложенного, разница в практических мощностных показателях по термообезвреживанию отходов: - сжигание жидких отходов в камере дожигания корпуса 33 от 600 тонн/год до 1 152 тонны/год; - сжигание жидких отходов в туракторе корпуса 44-4 330 тонн/год; сжигание твёрдых отходов в подовой печи корпуса 33 - 50,125 тонн/год; - сжигание твёрдых отходов в подовой печи корпуса 44 - 100 тонн/год; Мощностные показатели по термообезвреживанию отходов на корпусе 44 объекта УХО в г. Камбарка значительно выше.
На мощность по сжиганию твёрдых отходов и на бесперебойность процесса также влияет конструкция подовых печей, вспомогательного оборудования и количество одновременно перемещаемых подовых тележек при их смене.
Подовая печь на корпусе 33 вмещает в себя три подовых тележки, которые перемещаются из зоны загрузки трансбордером попарно, но заходят в печь поочерёдно. Соответственно топочная камера печи обогревается с помощью трех газовых горелок, расположенных сбоку. Боковые газовые горелки предназначены для разогрева топочной камеры и поддержания постоянной температуры на период выгорания твердых веществ на выдвижных подовых тележках.
Подовая печь на корпусе 44 вмещает в себя четыре подовых тележки, которые перемещаются из зоны загрузки трансбордером попарно и также попарно заходят в печь. Соответственно топочная камера печи обогревается с помощью четырёх газовых горелок, расположенных сбоку(рис.З.З).
В отделении сжигания твёрдых отходов корпуса 33 предусмотрено канатное тяговое устройство для перемещения подовых тележек внутри корпуса печи и в зонах загрузки и разгрузки тележек, которое периодически при работе заклинивало и требовало вмешательство эксплуатационного персонала, что снижало бесперебойность и как следствие производительность процесса термического обезвреживания твёрдых отходов в целом.
В корпусе 44 на участках загрузки и разгрузки подовые тележки по одиночно передвигаются фрикционными приводными катками. Фрикционные катки температуроустойчивы до 120С и подпружинены. Они цепляются за контррельсы, укрепленные на нижней стороне подовых тележек. Данное техническое решение передвижения подовых тележек показало себя с лучшей стороны, увеличило бесперебойность процесса и как следствие минимизировало трудозатраты, т. е. привлечение к обслуживанию эксплуатационного персонала.
Численное моделирование гидродинамических и тепло - массообменных процессов в аппарате резкого охлаждения
В целях предотвращения повторного образования сложных органических соединений (диоксинов, полициклических ароматических углеводородов и т.п.), выходящие из топочной камеры дымовые газы подвергаются резкому прямому охлаждению до температуры 85С.
Аппарат резкого охлаждения установлен под камерой дожигания и состыкован с топочной камерой фланцевым соединением. В аппарате резкого охлаждения дымовые газы охлаждаются, насыщаются водяными парами и через сепаратор поступают на установку очистки дымовых газов для отделения из состава дымовых газов аэрозолей и тонкодисперсной пыли, а также абсорбции кислых компонентов. Камера дожигания, аппа 112 рат резкого охлаждения и сепаратор образуют вертикаль, обеспечивая поступление дымовых газов сверху вниз [90].
При расчете газодинамических параметров в аппарате быстрого охлаждения необходимо учитывать взаимодействие газового потока с охлаждающей жидкостью, движущейся по стенкам. При взаимодействии высокоэнтальпийного потока газа с жидкостью происходит ее испарение и срыв капель с поверхности. Эти процессы происходят в сужающейся части аппарата (рис.4.8). В начале расширяющейся части конуса жидкая пленка срывается со стенок и дробится на капли [3]. Капли жидкости интенсивно испаряются в высокотемпературном потоке и понижают его температуру[49]. Для количественной оценки процесса охлаждения дымовых газов требуется решать гидродинамические уравнения с учетом тепло и массообмена со стенками. Система уравнений, описывающая, осесимметричное стационарное течение вязкого теплопроводного газа в области с криволинейной границей записана в разделе 4.1. Для расчета массовой скорости испарения G капель жидкой фазы в по ct{Tf) 1 + , где A,ct - тепло Н Л токе газа применялась формула [3] G = In f ctrs проводность и теплоемкость пара; Tf,Hf - температура кипения и теплота па рообразования жидкости; г, - радиус капель; т.=\жр .
Процесс уноса капель с поверхности пленки рассчитывается с применением эмпирических зависимостей из работ [61,62]. Трение между ядром и пленкой непосредственно связано с режимами течения волновой поверхности пленки, определяемыми скоростями фаз и ее толщиной. Существуют три типа режимов поверхности пленки: волновой с крупномасштабными волнами, волновой с рябью и режим гладкой пленки[50,108]. В дисперсно-кольцевом режиме течения газожидкостной смеси в каналах часть жидкости, как правило, срывается с гребней крупномасштабных волн и уносится в ядро из потока. Этот процесс называется динамическим (волновым) уносом или срывом, а его интенсивность обозначим J31 Процесс динамического уноса капель характеризуется взаимодействием турбулентных пульсаций, сил поверхностного натяжения, вязкости и сил инерции. Движение дисперсных частиц в потоке газа предполагается равновесным [52].
Условия дробления пленки или динамического срыва капель с пленки газом определяются механизмом, приводящим к неустойчивости Кельвина - Гельмгольца[108]. Этот механизм характеризуется числом Вебера We із, равным отношению динамического воздействия к капиллярным си-лам[24,102]. Мерой динамического воздействия газожидкостного потока на волновую поверхность пленки является касательное напряжение (при турбулентном течении г13 /?g(v1 -v3) ), где pg - плотность газовой фазы; vpv3 - скорости газовой и жидкой фаз. Условие начала динамического уноса записывается в виде т 8 а Влияние сил вязкости в фазах, как и при дроблении капель, характеризуется числами Лапласа: ьр = , ьр = , где о,ст,р1 - толщина пленки, коэффициент Mg Mi поверхностного натяжения и плотность жидкости; р,р?- коэффициенты динамической вязкости газа и жидкости.
Увеличение вязкости (уменьшение чисел Лапласа) повышает устойчивость пленок, т. е. повышает значение Weir. Кроме того, при турбулентном течении пленки стабилизирующим фактором, затрудняющим унос жидкости, может стать турбулентная вязкость.
