книги / Расчёт и проектирование систем обеспечения безопасности.-1

Следовательно, допустимое теплонапряжение на входе и выходе определяется как:

qдоп′ = 0,55 0,98 (950 −630) 675,24 =116465,39 Вт/ м2 =116,465 кВт/ м2 ,

q′′ = 0,55 0,98 (950 − 780) 738, 49 = 67667,8 Вт/ м2 = 67,668 кВт/ м2 .

доп

Среднее значение допустимого теплонапряжения:

Значит, условие qp < qдоп выполняется (54,39 < 73,65). Компоновка радиантной камеры:

nпр = 3 ,

nтр = 27 (3× 9) ,

lтр = 9 м.

Габариты печи: b = 2,59 м,

h = 4,85 м,

a = lтр* + 2 0,5 ,

a = 9,396 + 1 = 10,396 м.

391

Если взять один ряд труб:

h1рв > h.

Поэтому используем шахматное расположение труб, шагом s = 1,8d в два ряда:

nтрверт = 27 (14 +13) шт,

hр2в =14 1,8 0,14 = 3,52 м.

Определим мощность одного ряда горелок, учитывая, что горелки расположены с двух сторон по пять рядов на каждой:

Определяем число горелок в одном ряду:

n = lтр* ,

bгор

Рассмотрим горелки типа «а».

Найдем необходимую производительность одной горелки:

По справочным таблицам подбираем горелки типа ГБП 3а с производительностью

392

0, 093 < 0,125 верно.

Таким образом, выбрали горелки ГБП 3а. Вычисляем действительный расход топлива:

16.3. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СООРУЖЕНИЙ ДЛЯ ГАЗИФИКАЦИИ ОТХОДОВ

Газификация́ – преобразование органической части твёрдого или жидкоготопливав горючие газы при высокотемпературном (1000–2000 °C) нагреве с окислителем (кислород, воздух, водяной пар, CO2 или чаще их смесь). Полученный газ называютгенераторнымпо названию аппаратов, вкоторыхпроводитсяпроцесс, – газогенераторов.

393

Сырьём для процесса обычно служат каменный уголь, бурый уголь, горючие сланцы, торф, дрова, мазут, гудрон.

Совокупность процессов, протекающих в ходе газификации твёрдых горючих ископаемых – пиролиз, неполное горение, полное окисление, – называют конверсией:

C + O2 → CO2 + 408,9 кДж/моль,

C + ½O → CO + 123,2 кДж/моль,

2

C + CO2 → 2CO – 161,5 кДж/моль,

C + H2O → CO + H2 – 136,9 кДж/моль, CO + H2O → CO2 + H2 + 42,8 кДж/моль,

кроме того, образуются продукты пиролиза.

Существует несколько способов проведения процесса газификации сырья: кускового – в плотном слое, мелкозернистого – в «кипящем слое», пылевидного и жидкого – в факеле. При газификации твёрдого топлива

вгазовую фазу переходит до 80 % органической части топлива. Из-за нечувствительности к качеству сырья и наличию балластов (минеральных примесей и влаги) метод находит широкое применение для переработки низкосортных видов топлива. Кроме того, полученное газообразное топливо при сжигании выделяет значительно меньшее количество вредных веществ, нежели при прямом сжигании твёрдого топлива [12–17].

Газификация нефтяного сырья (чаще всего тяжёлые нефтяные остатки) проводится при 1400–1500 °C, атмосферном или повышенном (4–8 МПа) давлении в присутствии окислителя – воздуха, иногда с применением катализаторов (боксит, кислые глины, никель, кобальт).

Взависимости от применяемого дутья получаются виды газообразного топлива: синтез-газ, водяной газ, воздушный газ, смешанный газ.

Полученные в ходе газификации генераторные газы используются

вкачестве топлива, а после очистки от H2S, CS2, CO2 – как источник водорода в производстве аммиака, смесь реагентов в производстве метанола и жидких углеводородов (синтез Фишера – Тропша) и др.

Современные газогенераторы имеют мощность для твёрдого топлива до 80 000 и до 60 000 м³/ч. Техника газификации развивается в направлении повышения производительности (до 200 000 м³/ч) и КПД (до 90 %) путём повышения температуры и давления процесса (до 2000 °C и 10 МПа соответственно).

394

В зависимости от способа подвода теплоты, необходимой для получения газа из биотоплива, различают автотермический и аллотермический методы газификации. На основе многолетних исследований шведский ученый Таннер предложил для определения границ автогенного горения использовать треугольник-схему, показанную на рис. 4, описывающую область горения органического вещества без дополнительного подвода тепла. По Таннеру нижний предел теплоты сгорания высокозольного и влажного органического вещества, при котором возможно автогенное (самоподдерживающееся) его сжигание без применения дополнительного топлива, соответствует условию: W < 50 %, А<60 %, С>25 %. Основываясь на этой зависимости, можно сделать вывод, что большинство отходов органических веществ необходимо рассматривать в первую очередь как сырье для получения энергоносителей. Это относится прежде всего к отходам переработки древесины и растительным сельскохозяйственным отходам.

Проблемой в отечественной промышленной и коммунальной энергетике, помимо отсутствия средств на приобретение дорогостоящего топлива, является физически и морально устаревшее оборудование. В Сибири и на Дальнем Востоке отечественное газогенераторное оборудование имеет и будет иметь устойчивый спрос. Но при условии его эффективности и соответствия современным требованиям.

Из многих существующих технологических схем энергохимического использования древесины в нашей стране распространение получили две:

–схема частичной газификации (термолиз) древесины в топкахгенераторах системы ЦКТИ В.В. Померанцева;

–схема полной газификации в газогенераторных установках. Первая схема применялась на крупных лесопромышленных пред-

приятиях, имеющих собственную энергетическую базу в виде электростанции мощностью 1500 кВт или сравнительно большой теплоснабжающей котельной. Преимущество ее состояло в большом энергетическом потенциале и возможности попутного снабжения населения бытовым газом.

Вторая схема при определенных условиях была эффективна для небольших лесопромышленных предприятий, основной целью которых было производство химических продуктов, а генераторный газ (при соответствующей очистке) мог использоваться как топливо в небольших котлах или двигателях внутреннего сгорания.

395

Выбор варианта установки зависел от возможностей централизованногоэлектроснабженияиэлектрическихитепловыхнагрузокпредприятия.

Сегодня три основных фактора оказывают влияние на формирование конъюнктуры национального рынка оборудования для термохимической конверсии биомассы:

–динамика подорожания традиционных ископаемых видовтоплива;

–инвестиционный кризис, следствием которого является отсутствие на национальном рынке иностранных производителей газогенераторных установок;

–динамика развития рынка биотоплива, которая инициирует быстрый рост спроса на газогенераторные установки и оборудование для производства биотоплива.

Эти факторы обусловили зарождение устойчивого спроса на оборудование, работающее по второй схеме энергохимического использования древесины.

Производство энергии из отходов биомассы конкурентоспособно уже сегодня, даже при закупках иностранного оборудования. При определенных условиях, таких как нулевая стоимость сырья (например, древесные отходы на деревообрабатывающем предприятии, избытки соломы

вфермерском хозяйстве), производство качественного генераторного газа из отходов биомассы может быть более рентабельным, чем их производствоиздинамично дорожающихтрадиционныхэнергоносителей [12–17].

16.4. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СООРУЖЕНИЙ ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ

Это широко известный метод ликвидирования твердых домашних отходов, который повсеместно используется с конца XIX века. Сложность состоит в том, что термическое уничтожение отходов обусловлено, с одной стороны, их исключительной многокомпонентностью, с другой – завышенными санитарными притязаниями к процессу их переработки. В этой связи сжигание все еще остается более популярным методом первичной обработки ТБО.

Термическое уничтожение отходов, кроме снижения массы, по-

зволяет получать дополнительные энергоресурсы, применяемые в дальнейшем для получения электроэнергии. К недостаткам данного метода относятся выделение в атмосферу вредных веществ и уничтожение цен-

396

ных органических и прочих компонентов, находящихся в составе бытового мусора.

Этатехнология переработки отходовдает 28–44 % золы от сухой массы и газообразные продукты (двуокись углерода, пары воды, примеси). Запыленность отходящих газов составляет 5–10 г/нм3 (25–50 кг/т ТБО). Процесс горения отходов происходит при температуре 800–900 ° С, поэтому в отходящих газах содержатся органическое соединения – альдегиды, фенолы, хлорорганические соединения (диоксин, фуран), а также соединения тяжелыхметаллов.

Теплотворная способность ТБО приблизительно соответствует бурому углю. Приблизительная теплотворная способность домашних отходов колеблется от 1000 до 3000 ккал/кг. Выявлено, помимо прочего, что по теплотворной возможности 10,5 т жестких домашних отходов эквивалентны 1 т нефти; по питательности домашние отходы уступают каменному углю всего в 2 раза; приблизительно 5 т мусора выделяет при сгорании столько же тепла, сколько 2 т угля либо 1 т жидкого топлива.

Термическое уничтожение отходов возможно поделить на 2 вида:

–сжигание, при котором получается лишь тепло и энергия;

–пиролиз, при котором появляется жидкое и газообразное горючее. Сегодня термическое уничтожение отходов бытовых отходов в от-

дельных государствах различен. Так, из всех ТБО доля их сжигания в Австрии, Италии, Франции, Германии колеблется от 20 до 40 %; Бельгии, Швеции – 48–50 %; Японии – 70 %; Дании, Швейцарии – 80 %; Великобритании и США – 10 %. В нашей стране сжиганию подвергаются только около 2 % мусора, а в Москве – около 10 %.

Для сохранения экологии одним из условий сжигания мусора считается соблюдение ряда правил. К главным из них относятся: температура сжигания, которая находится в зависимости от вида сжигаемых веществ; длительность высокотемпературного сжигания, также зависящая, помимо прочего, от вида сжигаемых отходов; создание турбулентных воздушных потоков.

Различие отходов по источникам образования и физико-химичес- ким свойствам предопределяет технические средства и оборудование для сжигания. В последнее время проводятся обширные исследования по совершенствованию сжигания мусора и ужесточению экологических норм. К модернизированным приемам сжигания отходов можно отнести подмену воздуха. Это позволяет снизить количество горючих отходов, поменять их состав, получить стеклообразный шлак и практически лик-

397

видировать фильтрационную пыль, подлежащую подземному складированию. Сюда же относится и метод сжигания мусора в псевдоожиженном слое. При всем этом достигается высочайшая полнота сгорания при минимальном количестве вредоносных веществ.

Термическое уничтожение отходов обеспечивает малое содержание

вшлаке и золе разложимых веществ, все же оно считается источником выбросов в атмосферу. Мусоросжигательными заводами (МСЗ) выбрасываются в газообразном виде хлористый и фтористый водород, сернистый газ, диоксин, также твердые частички разных металлов: свинца, цинка, железа, марганца, сурьмы, кобальта, меди, никеля, серебра, кадмия, хрома, олова, ртути и др.

Установлено, что содержание кадмия, свинца, цинка и олова в копоти и пыли, выделяющихся при сжигании твердых горючих отходов, меняется пропорционально содержанию в мусоре пластмассовых отходов. Выбросы ртути обусловлены пребыванием в отходах термометров, сухих гальванических частей и люминесцентных ламп. Наибольшее количество кадмия находится в синтетических материалах, стекле, коже, резине. Исследованиями США выявлено, что при прямом сжигании ТБО большая часть сурьмы, кобальта, ртути, никеля и некоторых других металлов поступает в отходящие газы из негорючих компонентов, т.е. удаление негорючей фракции из бытовых отходов понижает концентрацию в атмосфере данных металлов. Источниками загрязнения атмосферы кадмием, хромом, свинцом, марганцем, оловом, цинком считаются в равной степени как горючая, так и негорючая фракции ТБО. Значительное сокращение загрязнения атмосферного воздуха кадмием и медью связано с удалением из горючей фракции полимерных материалов. Следовательно, основным направлением в урезании выделения вредоносных веществ в находящуюся вокруг среду считается сортировка либо раздельный сбор домашних отходов.

Нужно отметить, что термическое уничтожение отходов использовалось во время, когда не были еще ужесточены нормы выброса газов

ватмосферу. В то же время стоимость газоочистительного оборудования на мусоросжигательных заводах довольно высока, поэтому все мусоросжигательные компании считаются убыточными. В связи с этим разрабатываются такие методы переработки домашних отходов, которые позволили бы утилизировать и вторично применять ценные составляющие, находящиеся в них [12–17].

398

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Перов В.А., Андреев Е.Е., Биленко Л.Ф. Дробление, измельчение

игрохочение полезных ископаемых: учеб. пособие для вузов. – 4- е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1990. – 301 с.

2.Справочник по обогащению руд. Т. I: Подготовительные процессы / гл. ред. О.С. Богданов. – М.: Недра, 1972. – 448 с.

3.Справочник по обогащению руд. Подготовительные процессы / под ред. О.С. Богданова, В.А. Олевского. – 2- е изд., перераб. и доп. –

М.: Недра, 1982. – 366 с.

4.Справочник по обогащению полезных ископаемых. Т. II / под ред. А.Ф. Таггарта. – М.: Металлургиздат, 1950. – 956 с.

5. Мельница Polycom фирмы KRUPP Polysius AG – революция в области дробильного оборудования // Горная промышленность. –

1996. – № 4. – С. 20–21.

6.Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. – 2-е изд., перераб. – М.: Химия, 1977. – 368 с.

7.Тимонин А.С. Машины и аппараты химических производств: учебноепособиедлявузов. – Калуга: Изд-воН.Ф. Бочкаревой, 2008. – 872 с.

8.Вайсман Я.И. Компостирование твердых органических отходов производства и потребления. Вермикомпостирование. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2010. – 557 с.

9.Ленский В.А. Водоснабжение и канализация. – 4- е изд. – М.: Выс-

шая школа, 1969. – 432 с.

10.Гюнтер Л.Л., Гольдфарб Л.Л. Метантенки. – М.: Стройиздат,

1991. – 128 с.

11.Канализация: учебник для вузов / С.В. Яковлев, Я.А. Карелин, А.И. Жуков, С.К. Колобанов. – 5- е изд. – М.: Стройиздат, 1975. – 632 с.

12.Беньямовский Д.Н. Термические методы обезвреживания твердых бытовых отходов. – М.: Стройиздат, 1979.

13.Бернардинер М.Н., Шурыгин А.П. Огневая переработка и обезвреживание промышленных отходов. – М.: Химия, 1990.

14.Пальгунов П.П. Утилизация промышленных отходов. – М.: Стойиздат, 1990.

15.Бельский В.И. Промышленные печи и трубы. – М.: Стройиз-

дат, 1974.

399

16.Долотов Г.П. Печи и сушила литейного производства. – М.: Машиностроение, 1990.

17.Расчет нагревательных и термических печей: справочник. – М.: Металлургия, 1988.

18.Остапчук Ю.Г., Водченко С.Ф. Современное состояние и тенденции развития таблетировочного оборудования. – М., 1975.

19.Новый справочник химика и технолога. Процессы и аппараты химических технологий. Ч.1/ под ред. Г.М. Островского / АНО НПО

«Профессионал». – СПб., 2002. – 848 с.

20.Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию / под ред. Ю.И. Дытнерского. – 2- е изд., доп. и перераб. – М. : Химия, 1991. – 496 с.

400