2. Исследование тепловой и экологической...

2

ОГЛАВЛЕНИЕ

РЕФЕРАТ .................................................................................................................... 4

ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................. 5

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР .................................................................................. 7

2 ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ КОМПЛЕКСА ПО

ПРОИЗВОДСТВУ МИНЕРАЛОВАТНЫХ ИЗДЕЛИЙ .................................... 14

2.1 Технология получения теплоизоляционных плит из минеральной

ваты ...................................................................................................................... 14

2.2 Технологическое оборудование [3] .................................................................. 16

2.2.1 Вагранка ........................................................................................................... 17

2.2.2 Камера очистки и дожига ваграночных газов. ............................................. 21

2.2.3 Камера полимеризации ................................................................................... 27

3 ТЕПЛОВАЯ РАБОТА И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

ПЕЧИ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ ОАО «УРАЛАСБЕСТ» ....................................... 32

3.1 Анализ тепловой работы печи полимеризации ОАО «Ураласбест» ............ 32

3.2 Циркуляционная тепловая схема печи полимеризации [5] ........................... 41

4 РАСЧЕТ ПЕЧИ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ И СИСТЕМЫ ДОЖИГА ..................... 53

4.1 Расчет теплового баланса печи полимеризации [6]........................................ 53

4.2 Выводы ................................................................................................................ 66

5 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО

ПРОЦЕССА [7] ..................................................................................................... 67

5.1 Общие положения ............................................................................................. 67

5.2 Токсикология и защита окружающей среды ................................................... 71

5.3 Очистка сточных вод и отработанного воздуха ............................................. 74

5.4 Способы утилизации фенолов на заводе ОАО «Ураласбест» ....................... 81

6 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ОТ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ПО ПРОИЗВОДСТВУ

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МИНЕРАЛОВАТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ........... 84

6.1 Основные источники загрязняющих веществ ................................................. 84

6.2 Мероприятия по уменьшению выбросов загрязняющих веществ в

атмосферу ............................................................................................................ 85

6.3 Выбросы вредных веществ от коксовой вагранки, камеры

волокноосаждения и камеры полимеризации. [8] .......................................... 86

6.3.1 Определение температуры газовоздушной смеси ....................................... 86

6.3.2 Определение объема газовоздушной смеси ................................................. 87

6.3.3 Определение величин выбросов загрязняющих веществ ........................... 89

3

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................ 99

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .................................................................. 101

4

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка содержит 101 страницу, 21 таблицу, 32 рисунков

и 9 библиографических наименования.

МИНЕРАЛОВАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО, ПЕЧЬ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ,

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС, РАБОЧЕЕ ПРОСТРАНСТВО, КОНСТРУКЦИЯ

ПЕЧИ, ОЧИСТКА ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ.

Данная работа посвящена совершенствованию тепловой работы и

конструкции печи полимеризации ОАО «Ураласбест». Рассмотрена

существующая тепловая схема и конструкция печи, проведен тепловой

расчет и предложены технические решения по совершенствованию тепловой

работы. .

На основании исследований и расчётов установлено, что с точки зрения

экологических характеристик, минераловатное производство не

соответствует требованиям к экологическим нормам, и при этом необходима

доработка процессов дожигания с применением более эффективных

горелочных систем, необходимо провести исследования контуров

рециркуляции с целью эффективного использования фенола при обработке

минераловатного ковра, что позволит снизить содержание фенола и оксидов

азота в отходящих газах.

5

ВВЕДЕНИЕ

Всё возрастающие темпы промышленного и гражданского

строительства в нашей стране требуют создания новых экологически чистых,

достаточно дешевых и эффективных строительных материалов.

Поставленные цели решаются на основе использования, как первородных

природных материалов, так и отходов производства, объемы которых

постоянно увеличиваются и приобретают угрожающие для экологии страны

темпы. В первую очередь это касается шлаков металлургического

производства. В отвалы ежегодно поступает более 81 млн тонн таких отходов

из черной металлургии. Из них около 65% составляют доменные шлаки,

около 32% сталеплавильного и около 3% ферросплавного производства.

Значительный объем твердых отходов составляют шлаки цветной

металлургии (свыше 150 млн.т).

С учетом того, что в общем балансе затрат в строительстве стоимость

материалов составляет до 40-60% все большее значение приобретает

тенденция к понижению затрат на их получение, что может быть достигнуто

только за счет использования отходов промышленности.

В соответствие с требованиями строителей, современные здания должны

обеспечивать минимальные тепловые потери при их отоплении. С учетом

повышения требований к снижению топливно-энергетических затрат особое

значение приобретают теплоизоляционные материалы на основе

использования пористых структур. В этой связи наиболее интенсивно

развивается производство и применение минераловатных изделий. Объем их

выпуска превысил 55% от общего объема всех производимых

теплоизоляционных материалов.

В данном дипломном проекте объект исследования – печь

полимеризации завода ОАО «Ураласбест». Асбестовый завод

теплоизоляционных материалов был запущен в июле 2010 года. Это завод с

полным технологическим циклом производства минеральной ваты.

Предмет исследования: тепловая работа и конструктивные особенности

печи полимеризации.

Цель дипломного проекта: Проанализировать и усовершенствовать

тепловую работу и конструкцию печи полимеризации ОАО «Ураласбест»

для повышения качества, производительности и экологии на заводе.

Задачи дипломного проекта:

- сделать литературный обзор производства жесткой минеральной ваты;

- проанализировать тепловую работу и конструкцию печи

полимеризации;

- рассчитать тепловой баланс и циркуляционную схему печи;

6

- сделать выбор и обоснование технических решений по

совершенствованию тепловой работы печи;

7

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

Производство минеральной ваты включает в себя ряд

технологических стадий. Сюда следует отнести операции подготовки

сырьевых материалов, составление шихтовой смеси, плавление исходных

компонентов, переработку расплава в волокно, осаждение минеральной ваты

и формирование ее слоя, введении связующего, тепловую обработку

минерального ковра, получение готовых изделий [1].

Исходное сырье, базальт, доломит, кокс поставляется по железной

дороге в полувагонах и думпкарах. Разгрузка кокса из полувагонов

производится через нижние люки в приемные траншеи; разгрузка базальта и

доломита из думпкаров производится путем опрокидывания думпкаров

также в приемные траншеи. При этом в атмосферу выбрасываются пыль

неорганическая (до 70% SiO2) .

Транспортировка сырья из приемных траншей на склад для хранения

осуществляется при помощи фронтального погрузчика с емкостью ковша 4

м3. При этом в атмосферу выделяются продукты сгорания дизельного

топлива (диоксид азота, оксид азота, сажа, диоксид серы, оксид углерода,

керосин), пыль неорганическая (до 70% SiO2). Склад открытый с навесом

предусматривает отдельное хранение сырья за счет применения поперечных

разделительных стенок (закрома). При помощи фронтального погрузчика

сырье перевозится со склада в шихтовое отделение (суточные силосы). При

перегрузке и хранении исходного сырья в атмосферу также выбрасываются

пыль неорганическая (до 70% SiO2). Сортировка и дозировка исходного

сырья в суточных силосах сопровождается образованием отсева фр. 5-10 мм

(38035,2 т/год). Отсев погрузчиком вывозится в буферный склад отсева на

промплощадке, далее тем же погрузчиком отгружается в железнодорожный

транспорт. Отсев вывозится на нужды ОАО «Ураласбест» для подсыпки и

строительства технологических дорог. При перегрузке и хранении отсева на

буферном складе в атмосферу выбрасываются пыль неорганическая (до 70%

SiO2).

При разгрузке исходного сырья в приемный бункер в атмосферу

выбрасываются пыль неорганическая (до 70% SiO2).

Подача сырья в вагранку осуществляется при помощи ленточных

транспортеров в узел загрузки и распределения шихты в вагранке, а отсев в

закром отходов.

8

Производство минераловатного волокна осуществляется путем плавки

сырья: базальта, доломита или других подобных горных пород с

необходимыми химическими добавками. Кроме того, в повторную

переработку идут обрезки и брак минераловатных плит. Расплавленный

материал при помощи центрифуги преобразуется в тонкое волокно. В печи

осуществляется плавка сырья с использованием кокса и кислорода. Размеры

печи разработаны так, чтобы достичь наивысшей эффективности.

Для плавления сырья на данном предприятии применяют вагранку

производительностью до 9,2 т/ч, она представляет собой закрытый шахтный

плавильный агрегат противоточного типа непрерывного действия, для

плавления магматических пород камня и добавок, работающий на коксе.

При работе вагранки в атмосферу после очистки поступают оксид

углерода, сернистый ангидрид, диоксид азота, оксид азота, сажа, аммиак,

амины алифатические (С10-С16), пыль неорганическая (до 70% SiO2).

Вредные выбросы от коксовой вагранки и камеры волокноосаждения

приведены в таблице 1.1. Вагранка оснащена устройством отсасывания,

очистки и дожига ваграночных газов, которое предназначено для

обеспечения соответствующего пониженного давления в узле загрузки

вагранки, удаления частиц пыли из ваграночных газов, сжигания всех

горючих составляющих ваграночных газов, вывода всех очищенных газов в

окружающую среду (через дымовую трубу), использования отработанной

энергии ваграночных газов для нагревания воздушного дутья вагранки.

Система очистки отходящих ваграночных газов имеет зону, в которой за счет

сгорания природного газа СО, H2S превращается в СO2, H2O и SO2. Для

дожига ваграночных газов используется природный газ.

При плавке сырья (базальт, доломит) с использованием кокса

образуется шлак. Опорожнение вагранки происходит каждые 2 4 часа. Шлак

выгружается на бетонированный пол, посыпанный песком, охлаждается,

после чего погрузчиком доставляется на установку по брикетированию.

После брикетирования шлак возвращается в производственный процесс. В

момент выгрузки шлака происходит выброс пыли неорганической (до 70%

SiO2)

Центрифуга, расположенная под точкой выхода расплава, превращает

расплавленный материал в тонкое волокно. В волокно, отдуваемое от

центрифуги потоком воздуха отсасывающей системы камеры

волокноосаждения, вносят связующие вещества, затем оно оседает на

ленточный транспортер слоями, до достижения конечного слоя минеральной

9

ваты необходимого веса. Камера волокноосаждения является источником

выброса в атмосферу фенола и формальдегида (см. таблицу 1.1).

Таблица 1.1 − Выбросы от коксовой вагранки и камеры

волокноосаждения.

Наименование

загрязняющего

вещества

Величин выбросов от источников выделения

загрязняющих веществ

Коксовая вагранка Камера

волокноосаждения,

эмиссия в рабочее

помещение

т/год г/с т/год г/с

Диоксид азота 37,52 1,3571 - -

Аммиак 3,85 4,1813 - -

Оксид азота 6,097 0,2205 - -

Углерод (Сажа) 0,77 0,0279 - -

Диоксид серы 70,3 2,5427 - -

Оксид углерода 17,6 0,6366 - -

Фенол - - 14,72 0,8363

Формальдегид - - 5,34 0,8363

Амины

алифатические (С10-

С16)

7,69 0,2783 - -

Пыль

неорганическая: до

70% SiO2

1,00 0,0362 - -

Слой минеральной ваты затем подается на производственную линию,

которая состоит, главным образом из камеры полимеризации, где связующее

полимеризуется и готовому материалу придается необходимая толщина.

Специальные весы взвешивают минераловатный ковер перед подачей его в

камеру и автоматически регулируют скорость линии исходя из заданного

веса готовой продукции. Камера полимеризации является источником

выбросов в атмосферу фенола, формальдегида, аммиака, оксида углерода,

оксидов азота (Таблица 1.2). Камера полимеризация оснащена системой

циркуляции, которая предназначена для нагрева теплоносителя

(циркуляционного воздуха) до заданного значения температуры и

термической очистке отходящих газов перед выбросом их в атмосферу.

10

Таблица 1.2 − Выбросы от камеры полимеризации.



вещества

Величин выбросов от источников выделения

загрязняющих веществ

Камера полимеризации

т/год г/с

Диоксид азота 2,4 0,0868

Аммиак 4,4 0,1591

Оксид азота 0,39 0,0141

Оксид углерода 6,6 0,2387

Фенол 0,6 0,0217

Формальдегид 0,6 0,0217

При открытой транспортировке от камеры волокноосаждения до

входа в камеру полимеризации происходят выбросы фенола и формальдегида

в рабочую зону.

Изделия, которые выходят из камеры полимеризации, охлаждаются в

холодильной зоне, которая является источником выбросов в атмосферу пыли

неорганической (до 70% SiO2).

После охлаждения изделия распиливаются по бокам и на заданную

длину, штабелируются и, в итоге, упаковываются в полиэтиленовую пленку.

В процессе распиловки изделий загрязненный воздух проходит через фильтр

из минплиты с площадью – 650 м2. Степень очистки – 96%. После очистки

воздух подается обратно в помещение. Таким образом, распиловка изделий

не является источником выбросов вредных веществ в атмосферу.

Материалы, применяемые при изготовлении связующего, хранятся на

специальном складе, который оборудован автосливной площадкой разгрузки

фенолформальдегидной смолы. Смола из автоцистерн насосом сливного

колодца перекачивается в вертикальные стальные наземные резервуары (4

шт.) емкостью по 25 м3, которые установлены в отделении приготовления

связующего. В резервуарах смола выдерживается при постоянной

температуре, чему способствует холодильная установка. При сливе

фенолформальдегидной смолы из автоцистерн в наземные резервуары в

атмосферу выбрасываются фенол и формальдегид.

Аммиачная вода, используемая для приготовления связующего,

доставляется спец. автотранспортом и перекачивается в резервуары

аммиачной воды, расположенного снаружи зданий печного отделения

(вагранки). При перекачивании аммиачной воды в атмосферу выбрасывается

11

аммиак. Остальные компоненты поступают на склад в мелкой таре (мешки,

бочки, контейнеры) и по мере надобности перевозятся в этой же таре в

отделение приготовления.

В зависимости от условий поставки продукция может отгружаться на

автомобильный или железнодорожный транспорт. Погрузка готовой

продукции в транспорт (вагоны, большегрузные автомобили) производится

на складе готовой продукции вилочными погрузчиками грузоподъемностью

0,8 т. При этом в атмосферу выделяются продукты сгорания дизельного

топлива.

Можно выделить следующие технологические операции данного

производства, являющиеся источниками выделения основных загрязняющих

веществ:

- коксовая вагранка;

- камера волокноосаждения;

- выделения загрязняющих веществ в рабочее помещение при открытой

транспортировке материала от камеры волокноосаждения до входа в

камеру полимеризации;

- камера полимеризации;

- на выходе фильтра холодильной зоны;

- распиловка изделий;

- термоусадочная камера;

- выгрузка шлака из вагранки;

- пересыпка, загрузка исходного материала в бункеры в шихтовом

отделении со встроенной теплой стоянкой;

- слив смолы из автоцистерн на площадке для слива смолы.

Наибольшее количество вредных примесей выделяется при работе

вагранки, камеры полимеризации и камер дожига газов. Одним из главных

загрязнителей на данном предприятии являются оксиды азота и

азотосодержащие соединения.

Предельно допустимые выбросы для предприятия не установлены,

поэтому экологические характеристики производства оцениваются в

сравнении с показателями которые приведены в технических

характеристиках на установку поставляемую изготовителем, представленные

в таблице 1.3.

Таблица 1.3 – Предельно допустимые выбросы загрязняющих веществ

установленные для ОАО «Ураласбест»

12

Наименование вещества Концентрация

вещества, мг/м3

Класс

опасн.

Выброс

вещества, г/с

Выброс

вещества, т/год

Железо 0,04 3 0,049030 0,29701

Марганец и его

соединения

0,01 2 0,000970 0,00765

Диоксид азота 0,2 3 1,835954 48,68627

Аммиак 0,2 4 4,347119 8,25032

Оксид азот (II) 0,4 3 0,297558 7,90948

Углерод (Сажа) 0,15 3 0,043299 1,14035

Диоксид серы 0,5 3 2,560018 70,58425

Сероводород 0,008 2 0,000001 0,00002

Оксид углерода 5,0 4 1,420152 32,83683

Фториды газообразные 0,02 2 0,000420 0,00192

Фториды плохо

растворимые

0,2 2 0,001840 0,00844

Метан 50,0 4 0,000339 0,01918

Безопорен 0,000001 1 0,000000 0,00000

Фенол 0,01 2 0,858157 15,32042

Формальдегид 0,035 2 0,858211 5,94053

Метантиол

(Метилмеркаптан)

0,001 4 0,000000 0,00000

Смесь природных

меркаптанов (в пересч.

на этилмеркаптан)

0,00005 3 0,000000 0,00000

Этантиол

(Этилмеркаптан)

0,00005 3 0,000000 0,00000

Амины алифатические

(С10-С16)

0,01 3 0,278329 7,69000

Бензин (нефтяной,

малосернистый)

5,0 4 0,047488 0,09482

Керосин 1,2 0,049344 1,26823

Пыль неорганическая:

70-20% SiO2

0,3 3 0,633164 14,81887

Пыль неорганическая: до

20% SiO2

0,5 3 0,489804 8,21542

Пыль абразивная

(Корунд белый,

Монокорунд)

0,04 0,018000 0,06220

Всего веществ: 24 13,789196 223,15220

В том числе твердых: 8 1,236107 24,54994

Жидких/газообразных: 16 12,553089 198,60227

13

На основании вышеизложенных фактов, целью моей работы является

методы модернизации камер дожига газов, для уменьшения вредных

выбросов, в частности оксидов азота.

Для достижения цели необходимо:

1) Разработать предложения по улучшению экологической обстановки за

счет совершенствования конструкции и режима работы комплекса по

производству минераловатной продукции.

2) Рассмотреть вопросы контроля и управления процессом производства

минераловатных изделий на этапе получения минераловатного ковра.

3) Выполнить оценку экологического эффекта после введения

предложений по совершенствованию конструкции и работы

оборудования.

14

2 ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ КОМПЛЕКСА ПО ПРОИЗВОДСТВУ

МИНЕРАЛОВАТНЫХ ИЗДЕЛИЙ

2.1 Технология получения теплоизоляционных плит из минеральной

ваты

Технологический процесс, показанный на рисунке 2.1, заключается в

следующем [2]. Сырье доставляется на завод железнодорожным транспортом,

выгружается в углубленную рампу. При помощи фронтального погрузчика

транспортируется на склад. Откуда доставляется в суточные силосы (5 шт.).

Предварительно разрабатывается рецептура шихты (порция сырья). Через

дозирующе - взвешивающие блоки шихта транспортируется наверх плавиль-

ного агрегата (вагранки).

Кусковая шихта, медленно опускаясь, омывается восходящим потоком

раскаленных газов до получения расплава. Отходящие газы подвергаются

глубокой очистке и дожигу. Далее расплав вытекает из сифона и попадает на

центрифугу. Центрифуга предназначена для формирования волокон из

расплава и одновременного смачивания волокон связующим веществом. В

качестве связующего вещества применяется фенолформальдегидная смола,

модифицированная карбамидом, с введением различных добавок.

Сформировавшиеся на валках центрифуги волокна вначале при помощи

воздуходува снимаются с них, и затем при помощи потока воздуха

отсасывающей системы направляются на перфорированный наклонный

конвейер камеры волокноосаждения, где происходит формирование

первичного слоя ковра. Слой минеральной ваты продвигается вверх до

принимающего конвейера перед системой качания. Система качания

(маятник) укладывает слой минеральной ваты под прямым углом к

направлению движения первичного слоя. Количество слоев зависит от

толщины и плотности конечного изделия. Далее по транспортеру слой

минеральной ваты проходит контрольные весы, где окончательно

взвешивается. Далее ковер проходит систему роликовых конвейеров —

гофрировщик-подпрессовщик. Здесь происходит окончательное сжатие и

уплотнение до нужной плотности и толщины. Гофрировщик придает волокну

вертикальное направление для улучшения прочностных свойств. После

прохождения гофрировщика ковер поступает в камеру полимеризации, где

происходит тепловая обработка ковра горячим потоком воздуха с после-

дующим затвердеванием связующего вещества. Отобранные газы

подвергаются фильтрации и дожигу. Перед распиловкой ковер проходит зону

охлаждения и поступает на резку пилами (по толщине, ширине и длине) для

получения конечных размеров плит. Плиты проходят штабелем, где

происходит набор определенного количества плит для упаковки в пачки.

15

Сформированная пачка направляется на упаковку в терм усадочную пленку.

Затем происходят укладка пачек на поддоны и транспортирование их в склад

готовой продукции.

Рисунок 2.1 – Схема процесса получения теплоизоляционных плит из

минеральной ваты на синтетическом связующем

16

2.2 Технологическое оборудование [3]

Производство минеральной ваты включает в себя ряд технологических

стадий. Сюда следует отнести операции подготовки сырьевых материалов,

составление шихтовой смеси, плавление исходных компонентов, переработку

расплава в волокно, осаждение минеральной ваты и формирование ее слоя,

введении связующего, тепловую обработку минерального ковра, получение

готовых изделий. Для производства минераловатной теплоизоляционной

продукции специалисты ОАО "Ураласбест" выбрали передовое техноло-

гическое оборудование производства словенской фирмы "Izoteh". На

сегодняшний день это оборудование обладает наилучшими технико-

экономическими характеристиками по сравнению с другими

производителями (повышенная производительность, более низкий расход

кокса на 1 т готовой продукции, однородность, меньшее количество брака и

отходов, минимальные вредные воздействия на окружающую среду,

возможность быстрого запуска оборудования и выхода на проектную

мощность).

Для закупки оборудования и строительства решено было использовать

собственные и заемные средства.

Контракт со словенской фирмой "Izoteh" был заключен в феврале 2008

г. и в апреле получено задание на проектирование, в это же время были

начаты подготовительные работы по промплощадке. Проектирование завода

институтами "Уралгипрошахт" и "Челябинский Промстрой - проект"

началось в марте 2008 г. Из-за постоянного срыва сроков выпуска проектной

документации и низкого качества выполнения проекта положительное

заключение государственной экспертизы и разрешение на строительство

завода получены только в ноябре 2009 г.

Поступление основного технологического оборудования началось в

апреле 2009 г. и в июне закончено. На территории завода была создана зона

временного таможенного контроля, что исключило затраты, связанные с

перегрузкой оборудования для проведения таможенной очистки.

17

2.2.1 Вагранка

Вагранка представляет собой закрытый шахтный плавильный агрегат

противоточного типа непрерывно действующий, для плавления

магматических пород камня и добавок, работающий на коксе.

Вагранка – вертикальная печь, состоящая из двух основных частей:

горновой и шахтной. В горновой, нижней части печи происходит горение

топлива и плавление сырья. Здесь развиваются наиболее высокие

температуры, поэтому горновая часть защищена водяной рубашкой –

ватержакетом. Выше ватержакета шахта защищена от воздействия высоких

температур футеровкой из шамотного кирпича.

Воздух, не обходимый для горения топлива, подается в вагранку через

специальные устройства – фурмы, которые симметрично расположены по

окружности в один ряд, все фурмы соединены между собой общим

кольцевым поясом – венцом воздушного дутья, через который воздух

поступает по всему периметру вагранки. Все фурмы вагранки имеют

съёмные рамки, закрытые не бьющимся защитным стеклом, для наблюдения

за ходом плавки и очистки фурм.

Загрузку печи производят через загрузочное окно, расположенное в

верхней части печи. Загружаемое сверху сырье и топливо чередующимися

слоями опускают вниз, а образующиеся в нижней части вагранки продукты

горения топлива поднимаются вверх, передовая свою теплоту верхним слоям

материала. Таким образом, сырье, опускаясь вниз по вагранке, разогревается

и превращается в расплав.

Начальный розжиг вагранки производят на естественной тяге при

открытых фурмах. Топливом служат дрова и древесные отходы. Когда дрова

хорошо разгорятся, несколькими порциями загружают кокс без сырья

(холостая колоша). После этого закрывают фурмы и одновременно включают

дутье, давление которого по мере увеличения высоты уровня кокса

повышают путем постепенного открывания воздушной задвижки. Сырье с

коксом (рабочая колоша) загружают, когда кокс хорошо разгорится,

примерно через 30 – 40 минут после включения дутья.

Продукцией вагранки является расплав, который затем поступает в

систему волокнообразования (центрифуга).

Переработка минерального расплава в волокно происходит

центробежно – валковым способом. Т.е. минеральное волокно из расплава

получают под действием центробежных сил, создаваемых четырьмя

вращающимися валками центрифуги.

18

Расплав должен иметь соответствующий химический состав, вязкость,

температуру и довольно большой и стабильный поток. В процессе работы

вагранки образуются боковые продукты – железо, фильтрованная пыль и

дымовые газы.

Пять основных процессов происходящих в вагранке:

- подогрев (холодная шихта подогревается за счет теплоты отходящих

продуктов горения топлива).

- сушка (удаляется механически связанная влага)

- плавление (подогретое сырье переходит из твердого состояния в

жидкое)

- перегрев (нагревание до температуры, выше температуры

плавления)

- расплав (расплавленное сырье только в жидком виде)

Работает как обратно направленный теплообменник:

- Загруженный камень и кокс продвигаются вниз, затем протекает

процесс нагревания и плавления, и таким образом из сифона вытекает

расплав и периодически выполняется выпуск железа.

- Вверх продвигаются газы, нагревающие материал, выходящие затем

через трубу вагранки и подающиеся в фильтр устройства очистки газов

Вагранка обеспечивает переработку следующих видов сырья из

которого получается минераловатные изделия.

К ним относятся:

• Различные виды магматических пород камня (амфиболит, диабаз,

базальт)

• Доломит (карбонат кальция магния) = Ca CO3 . Mg CO3

• Брикеты (переработанный материал из отходов различного вида,

цемент и, в случае необходимости, боксит для достижения необходимой

биорастворимости)

Важные характеристики сырья

- Насыпной вес (кг/м3);

- Грануляция;

- Доля материала, оставшегося после просеивания на сите;

- Химический состав;

- Влажность;

- Потери отжига (%);

19

Процесс переработки сырья показан на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Схема переработки сырья вагранкой

Топливом для вагранки служит кокс, при сгорании которого

освобождается необходимое количество теплоты для плавления

загружаемого материала (шихты).

На данном заводе для этих целей применяется кемеровский кокс.

Важные качества кокса:

- Теплота сгорания 28.5-31 МДж/кг;

- Механическая твердость;

- Насыпной вес (кг/м3);

- Грануляция (доля отсеянного материала, крупные зерна);

- Химический состав (сера, испаряющиеся вещества);

- Реакционная способность ;

- Влажность;

- Содержание золы.

Кроме отдаваемой энергии, кокс служит также в качестве несущего

элемента для всех закладываемых пород камня, находящихся в вагранке над

слоем кокса. Нижняя часть слоя кокса при нормальной работе залита

расплавом (и на днище расплавленным железом). Эта часть находится в

области, простирающейся от дна вагранки до верхнего уровня сифона.

Отсюда вверх до высоты 100-300 мм над фурмами слой кокса «свободный» и

сгорает при подаче дутья (и кислорода) и отдает необходимо теплоту для

плавления загруженного материала. Слой кокса формируется уже при

растопке печи, причем часть кокса используется для нагревания печи и

загруженного материала (шихты). Остаток подкладываемого кокса образует

20

затем несущий слой кокса, постоянно отгорающий в области фурм. Вместе с

загружаемым материалом сверху поступает свежий кокс и таким образом

устанавливается динамическое равновесие между расходом и подачей

свежего кокса. Кокс является частью шихты, которая при соответствующей

грануляции наиболее пропускает дымовые газы и понижает давление дутья в

вагранке

Рассмотрим составные части вагранки, показанные на рисунке 2.3, с

точки зрения их назначения.

1 – вагранка нижняя часть, 2 – вагранка верхняя часть, 3 – вращающийся дозатор, 4 –

венец воздушного дутья с изоляцией, 5 – патрубок для раздачи дутья к фурмам, 6 –

патрубок для подачи воздушного дутья к венцу, 7 – днище, 8 – гидравлический цилиндр

для закрывания днища, 9 – рука для закрывания слива железа, 10 - несущий элемент

вагранки, 11 – патрубок для отвода технического газа, 12 – сифон для слива расплава, 13 -

фурмы

Рисунок 2.3 – Составные части вагранки

11

1

13

12

21

Технические характеристики вагранки приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Технические характеристики вагранки

Наименование технической характеристики Величина

характеристики

Внутренний диаметр вагранки 1800 мм

Производительность по сырью 7,0-8,2 т/час

Потери отжига и влага 14,3 %

Количество расплава до 7,5 т/час

Количество железа 0,21 т/час

Максимальное количество воздушного дутья 8,7 м3/час

Температура воздушного дутья от 550 до 650 °C

Расход кислорода до 300 м3/час

Средняя температура расплава 1500 °C

Расход кокса 1 - 1,1 т/час

Расход доломита 0,5 -0,55 т/час

Расход габбро 7 – 7,2 т/час

Температура отходящих газов 100 - 135 0С

2.2.2 Камера очистки и дожига ваграночных газов.

Устройство отсасывания, очистки и дожигания ваграночных газов (в

продолжении «устройство очистки и дожига») предназначено для

обеспечения следующего:

- соответствующего пониженного давления в узле загрузке вагранки;

- удаления частиц пыли из ваграночных газов;

- сжигания всех горючих составляющих ваграночных газов;

-. вывода всех очищенных газов в окружающую среду (через дымовую

трубу);

- использования отработанной энергии ваграночных газов для

нагревания воздушного дутья вагранки;

- защиты окружающей среды от пыли и некоторых образующихся в

процессе работы вагранки газов, загрязняющих окружающую среду.

В процессе плавления минераловатного сырья в вагранке образуются

дымовые газы, которые наряду с частицами пыли кокса, доломита и

алюмосиликатов содержат также соединения серы и соединения углерода.

Вследствие редукционных условий сера в газе содержится в виде

сероводорода (H2S), двуокиси серы (SO2) и дисульфида углерода (CS2 -

сероуглерода). Соединения углерода – окись углерода (CO) и двуокись

22

углерода (CO2) образуются приблизительно в одинаковом соотношении.

Вследствие такового состава дымовые газы являются ядовитыми.

При нормальной работе все ваграночные газы пропускаются через

устройство очистки и дожига, и только в исключительных случаях

направляются из вагранки в обходную трубу и затем в дымовую трубу.

Работа вагранки и сопутствующего устройства очистки и дожига

газов тесно связаны между собой. Это означает, что при отказах в устройстве

очистки и дожига газов работа вагранки также остановится.

Ваграночные газы выводятся в обход устройства очистки и дожига

газов в случае нарушения следующих параметров камеры сгорания :

- Если температура в камере сгорания превышает верхнее предельное

значение 850 0 С

- Если температура в камере сгорания падает ниже нижнего предельного

значения 6500 С

- Если температура воздушного дутья превышает верхнее предельное

значение 6500 С

- Если расход (поток) воздушного дуться находится ниже

установленного минимального значения

- Если не работает хотя бы одна из горелок, работающая на природном

газе.

23

Рассмотрим составные части камеры дожигания ваграночных газов,

показанные на рисунке 2.4, с точки зрения их назначения.

1. Камера сгорания

2. Рукавный фильтр с импульсной обратной продувкой

3. Нагреватель – охладитель газов

4. Элемент для собирания пыли

Рисунок 2.4 – Составные части камеры дожигания ваграночных газов

24

Технические характеристики камеры дожигания ваграночных газов

приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Технические характеристики камеры дожигания

ваграночных газов

Наименование технической


Величина технической


Общая подключаемая мощность 360 кВт

Газовый поток мин. 3 м³/час

Газовый поток макс. 12,5 м³/час

Нормальная температура газового

потока

130 - 250 °C

Концентрация СО на входе 4-12 %

Концентрация СО при пуске до 14%

Температура на входе в фильтр 170 –190 °C

Мощность камеры сгорания:

Главная горелка 2900 кВт

Вспомогательная горелка 880 кВт

Температура в топке макс. 900 °C

Температура в топке мин. 750 °C

Расход природного газа при пуске:

Главная горелка макс. 290 м³/час

Вспомогательная горелка макс. 88 м³/час

Воздушное дутье макс. 8,7 м³/час

Температура на выходе:

Теплообменника макс. 650 °C

Теплообменника мин. 550 °C

Газы на выходе из устройства:

Поток макс. 27 м³/час

Температура прибл. 350 °C

Камера сгорания, представленная на рисунке 2.5, предназначена для

смешивания подаваемых ваграночных газов с необходимым для сгорания

газов воздухом, воспламенения смеси ваграночных газов и воздуха при

соприкосновении с пламенем, которое обеспечивается работающей на

природном газе газовой горелкой и воздухом, и сжигания ваграночных газов

при требуемой температуре. С учетом больших колебаний составляющих

компонент горючих газов (в первую очередь CO) в подаваемых ваграночных

25

газах, для надежной работы камеры сгорания следует обеспечить также

резервное топливо, которое на всех этапах работы сможет обеспечить

предварительный подогрев камеры, воспламенение ваграночных газов и

дополнительное количество топлива, необходимое для поддержания

температуры реакции в камере сгорания.

Рисунок 2.5 – Камера сгорания

Мощность газовых горелок (работающих на природном газе) должна

быть достаточной для подогрева камеры сгорания и поддержания

температуры также и на этапе, когда в ваграночных газах еще отсутствуют

горючие компоненты. Горелка представляет собой классическую

промышленную горелку, работающую на природном газе, тепловая

мощность которой находится в интервале от 300 кВт до 2900 кВт.

Природный газ и воздух для его сгорания подаются в горелку при помощи

общего моторного привода и связанных дозирующих заслонок, подающих к

горелке необходимое количество газа и воздуха. Все перечисленные функции

смешивания ваграночных газов с необходимым для сгорания воздухом,

установки главной и пилотной горелки и воспламенения – зажигания

ваграночных газов и воздуха, объединены во входной части камеры сгорания

(передней части камеры сгорания). Наряду с перечисленными функциями

передняя часть камеры сгорания предназначена также для предупреждения

высоких температур в камере, которые могли бы возникнуть в том случае,

когда содержание СО в ваграночных газах превышало бы 10 %. Слишком

высокая температура в камере сгорания предупреждается путем подачи

соответствующего количества охлаждающего воздуха. Для этих целей

26

предусмотрен особый распределительный обруч, дозирующий охлаждающий

воздух через 12 щелей, равномерно расположенных по внутреннему ободу

обруча.

Желаемая температура в камере сгорания устанавливается технологом

при помощи компьютера и составляет 730–780 0C. При соответствующей

установленной температуре происходит сгорание всего CO и остальных

горючих газов (H2S, CS2, H2, …) и переход в CO2 , H2O и SO2. Система

регулировки обеспечивает высокую гибкость с учетом концентрации СО в

ваграночных газах. Расход природного газа значительным образом зависит от

содержания СО.

Если температура в камере сгорания будет достаточно высокой,

включается только пилотная горелка. Если температура будет ниже

установленного предельного значения, включается еще и главная горелка.

(верхнее предельное значение 850 0С, нижнее предельное значения 650

0C)

Рукавный фильтр с импульсной обратной продувкой служит для

выделения оставшейся пыли, а именно мелких фракций пыли из ваграночных

газов. Тем самым эмиссия пыли в окружающую среду не превышает

допустимого предельного значения. Наряду с этим предупреждается

загрязнение горелки и части рекуперации устройства очистки и дожига газов.

На входе в фильтр необходимо обеспечить соответствующую температуру

дымовых газов, которая обуславливается материалом рукавов фильтра.

Пыль оседает (задерживается) на наружной стороне вертикально

установленных рукавов фильтра. Когда на рукаве образуется достаточно

толстый слой пыли и вследствие этого возрастет давление в фильтре,

автоматически включится очистка фильтра. Продувка рукавов

осуществляется сжатым воздухом с внутренней стороны рукавов наружу.

Для этого над каждым рукавом устанавливается особое сопло с диффузором.

Для каждого типа рукавов имеется труба подачи сжатого воздуха давлением

6 бар, в которую подается сжатый воздух из распределителя через

электромагнитные управляющие клапаны. Удаленный слой пыли

сбрасывается в воронку «грязной» части фильтра, откуда шнековым

(спиральным) транспортером подается к стоку, где находится блокирующее

вращающееся устройство, обеспечивающее последовательное удаление пыли

и одновременно предупреждающее обратное поступление воздуха из

окружающей среды в фильтр. Отсюда мелкая пыль транспортируется

дополнительным шнековым транспортером в мешки «big-bag» (большие

мешки), установленные снаружи объекта

27

Сначала ваграночные газы поступают из вагранки по трубопроводу в

охладитель, служащий для охлаждения газов или нагревания. Охлаждение

выполняется во избежание поступления в рукава фильтра газа повышенной

температуры. Температура газа для рукавов фильтра из материала «NOMEX»

должна составлять 140 - 200 0C. Если температура дымовых газов во время

нормальной работы находится в этом интервале, охладитель не работает.

Температура дымовых газов вагранки зависит от качества загруженного в

вагранку сырья (шихты), особенно от качества кокса и высоты материала в

вагранке.

Конструкция охладителя позволяет ваграночных газам проходить по

пучку труб (вертикально в направлении вниз), в которых они могут отдавать

или получать теплоту. Для обеспечения безопасности на входной и выходной

поверхности охладителя установлены противовзрывные мембраны.

Одновременно охладитель является устройством выделения крупной

пыли и искр. Под ним установлено вращающееся блокирующее устройство,

постоянно выводящее крупную пыль и искры по вертикальной трубе на

общую свалку.

Удаленный слой пыли сбрасывается в воронку «грязной» части

фильтра, откуда шнековым (спиральным) транспортером подается к стоку,

где находится блокирующее вращающееся устройство, обеспечивающее

последовательное удаление пыли и одновременно предупреждающее

обратное поступление воздуха из окружающей среды в фильтр. Отсюда

мелкая пыль транспортируется дополнительным шнековым транспортером в

мешки «big-bag» (большие мешки), установленные снаружи объекта.

2.2.3 Камера полимеризации

Камера полимеризации предназначена для формирования пласта

теплоизоляционного материала (сжатие в зависимости от заданной толщины

выпускаемой продукции), сушки (выпаривания воды) и полимеризации

(отвердевания) связующего, которым пропитан слой волокон.

Минераловатный ковер поступает в камеру полимеризации в виде

равномерного по толщине слоя минераловатных волокон, который на входе в

камеру при помощи верхнего и нижнего конвейеров сжимается до заданной

толщины выпускаемого изделия.

Нижняя часть камеры цельная, не разделенная на части, в то время как

верхняя часть камеры делится на три секции (зоны). Для равномерного

распределения воздуха вдоль камеры расположены 4 вдувающие канала.

Вдувающие каналы находятся в нижней части камеры, т.е. в полу камеры

полимеризации. Вытяжка воздуха из камеры полимеризации осуществляется

28

в ее верхней части. Камера полимеризации оборудована уплотнением в целях

предотвращения эмиссии дымовых газов в производственное помещение.

Для этого параметры (циркуляция, отсос камеры) должны быть заданы таким

образом, чтобы обеспечить разряжение внутри камеры и сократить до

минимума эмиссию дымовых газов в производственное помещение.

Отвердевание связующего происходит за счет потока горячего

воздуха, вдуваемого в камеру полимеризации, температура которого обычно

составляет 250ºC - в зависимости от вида выпускаемой продукции. Горячий

воздух циркулирует снизу вверх и проходит через слой минеральной ваты. В

камере сначала происходит нагревание сжатого слоя минеральной ваты с

выпариванием воды, и затем полимеризация связующего.

В камере полимеризации непрерывно протекает процесс

затвердевания связующего в слое минеральной ваты, поступающем по

конвейерным лентам из камеры волокноосаждения. Слой минеральной ваты

транспортируется через камеру полимеризации в зажатом состоянии между

нижним и верхним конвейерами. Верхний пластинчатый конвейер встроен в

каркас камеры и является стационарным, в то время как нижний

пластинчатый конвейер - перемещающийся. При помощи подъемного

механизма с приводом электродвигателя можно отрегулировать (установить)

желаемую толщину конечного изделия.

Удаление насыщенного влагой воздуха осуществляется следующим

образом – часть воздуха используется для обогревания пластин-ламелей

верхнего пластинчатого (ламельного) конвейера. Вытяжка влажного воздуха

предупреждает насыщение циркулирующего воздуха влагой. Тем самым

достигается более быстрое и качественное затвердевание связующего в слое

минваты. Сквозь негерметичные места камеры, а также путем подачи воздуха

сгорания у горелок происходит замена удаленного воздуха новым свежим

воздухом.

Рассмотрим составные части камеры полимеризации, представленные

на рисунке 2.6.

29

Камера полимеризации состоит из следующих составных частей (подузлов):

1 – Каркас, 2 – Направляющие элементы, 3 – Конвейер камеры,4 – Обратные

направляющие, 5 – Вал, приводимый в движение сверху, 6 – Вал, приводимый в

движение снизу, 7 – Приводной вал сверху, 8 – Приводной вал снизу,

9 –Подъёмная система, 10 – Входные валки, 11 – Выходные валки,

12 – Уплотнение, 13– Щетки, 14 – Двери и крыши, 15 – Смазка подшипников, 16 –

Управление камерой, 17 – Смазка цепи, 18 – Защита ламелей (поперечных элементов) от

ломки (снизу, сверху).

Рисунок 2.6 – Составные части камеры полимеризации

Система циркуляции которая представлена на рисунке 2.7, входит в

состав камеры полимеризации, она обеспечивает:

- нагрев теплоносителя (циркуляционного воздуха) до заданного

значения температуры;

- термическую очистку отходящих газов перед выбросом их в

атмосферу.

Система циркуляции обеспечивает необходимый поток горячего

воздуха сквозь толщину пласта минеральной ваты. Горячий воздух подается

в камеру снизу – 4 входа, выходы находятся по бокам с обеих сторон камеры

по три выхода с каждой стороны. Каждый выход оборудован регулируемой

заслонкой с пневматическим приводом и дистанционным управлением.

Циркуляцию воздуха обеспечивает вентилятор.

Подогрев воздуха осуществляется обычным способом за счет

сжигания природного газа в специальной камере сжигания, оборудованной

газовой горелкой G1.

30

Мощность горелки, установленной в камере сжигания, составляет

2200 кВт. Сжигание газа происходит в защитной трубе. Циркуляционный

воздух подается в камеру сжигания сверху по касательной. В выходной части

камеры циркуляционный воздух смешивается с продуктами сгорания

природного газа.

Рисунок 2.7 – Общий вид системы циркуляции камеры полимеризации

Рассмотрим составные части системы дожигания газов из камеры

полимеризации.

Технические характеристики камеры (печи) полимеризации

приведены в таблице 2.3.

31

Таблица 2.3 – Технические характеристики камеры (печи)

полимеризации

Наименование технической характеристики Величина технической


Общая подключаемая мощность 100 кВт

Скорость конвейера 23 м/мин

Ширина слоя минеральной ваты в камере


2000 мм

Толщина слоя минеральной ваты в камере


от 20 до 250мм

Количество отверстий вдувания 4

Количество вытяжных отверстий 6

Масса камеры полимеризации 230420 кг

Длина камеры полимеризации 33700 мм

Ширина камеры полимеризации 5557 мм

32

3 ТЕПЛОВАЯ РАБОТА И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПЕЧИ

ПОЛИМЕРИЗАЦИИ ОАО «УРАЛАСБЕСТ»

3.1 Анализ тепловой работы печи полимеризации ОАО «Ураласбест»

На заводе «Эковер» (г. Асбест) на линии по производству

теплоизоляционных материалов после камеры волокнообразования

установлена печь полимеризации, в которой производится тепловая

обработка сформованных минераловатных изделий. Так как этот агрегат

находится в конце технологической цепочки аппаратов для завершения

технологии, то его состояние в значительной степени определяет

экономичность и эффективность всего производства.

Тепловая обработка минераловатных изделий осуществляется путем

фильтрации теплоносителя с заданной температурой через слой

сформованных изделий в виде минераловатного ковра снизу вверх. Его

подача в нижний сплошной канал производится при помощи четырех

патрубков размерами 600х1000мм. При этом первый патрубок со стороны

входе ковра полностью заглушен перед печью. Отработанные газы

собираются из верхней части печи через 8 патрубков, расположенных с

боковых сторон канала между колосниковыми конвейерами в шахматном

порядке диаметром 630мм. Собранные газы направляются в систему дожига

с одновременным подогревом их. Обеззараженные газы подаются в

пространство верхнего канала выше верхней холостой ветви колосников для

их подогрева. При этом избыток газов частично идет на формирование

потока теплоносителя в топке, часть его сбрасывается в атмосферу.

Для предварительной оценки энергоэффективности печи полимеризации

были выполнены теплотехнические измерения расходов газовых потоков,

твердых компонентов, их температур и состава газов в соответствие со

схемой (рисунок 3.1).

33

І – нижняя, ІІ – верхняя часть тепловой камеры, ІІІ – ІV – конвейер,

V – минераловатный ковер, VІ – топка, VІІ – дожигатель, 1-12 – точки

замеров температуры, скорости, давления

Рисунок 3.1 - Схема материальных потоков на печи полимеризации

Для проведения измерений использовались теплотехнические приборы:

Термоскоп 100-ТН-СН, трубка Пито-Прандтля, газоанализатор. Результаты

измерений представлены в таблицах 3.1, 3.2 и 3.3.

Таблица 3.1 – Результаты измерений состава газа

№

точки

Температура, оС

Содержание

О2, %


СО, ррм


СО2, %


NOx, ррм

1 - - - - -

2 235 16,78 209 2,38 47

3 236 16,58 207 2,49 37

4 236 16,48 202 2,56 30

5 115 17,23 18 2,12 6

5' 145 17,01 81 2,28 16

6 165 15,41 179 3,16 26

6' 185 15,23 203 3,27 29

7 185 15,44 183 3,14 27

7' 178 15,77 139 2,96 22

8 134 15,6 159 3,04 22

34

9 335 14,51 303 2,67 87

10 170 17,19 213 2,15 30

11 176 17,59 92 1,11 52

В результате пересчета содержания NOx из ррм в мг/м3, пользуясь

формулой (1) предложенной в паспорте газоанализатора (где Эталонный

2O

предустановленное число равное 16), получаем расход NOx ,тонн в год

(таблица 3.2) .

ppm2,05O21

O21мг/мNO

2

Эталонный

23

x . (1)

Реальные выбросы оксидов азота 47,01 т/год превышают ПДВ

установленные для данного предприятия 7,91 т/год, почти в 6 раз.

Таблица 3.2 – Результаты измерений NOx в системе циркуляции камеры

полимеризации.

№

точки


NOx, ррм


NOx, мг/м3

Расход газа

м3/ч

Расход

NOx, т/год

1 - - - -

2 47 114,16 17582 17,58

3 37 85,80 20822 15,65

4 30 68,03 17798 10,61

5 6 16,31 19307,0 2,76

5' 16 41,10 9023,8 3,25

6 26 47,67 8558,6 3,57

6' 29 51,52 10921,4 4,93

7 27 49,78 9894,6 4,31

7' 22 43,12 17794 6,72

8 22 41,76 12321 4,51

9 87 137,40 19492 23,46

10 30 80,71 23042 16,29

11 52 156,30 34330 47,01

35

Таблица 3.3 – Результаты измерений

Наименование величины Размерность Значение величины

Производительность печи кг/ч 4800

Температура колосников на входе:

- верхний

- нижний

оС

177

185

Температура колосников на выходе:

- верхний

- нижний

оС

193

186

Средняя температура:

- свода печи

- стенки печи

оС

39,13

31

Толщина ковра мм 200

Плотность ковра кг/м3

50

Для измерения расхода использовалась трубка Прандтля. Для этого

одновременно измерялся расход газа при помощи последовательно

установленной на одном трубопроводе трубки Прандтля. При измерении

расхода трубкой Прандтля воспользуемся методикой [4].

Сечение трубопровода делим на концентрические кольца (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 – Разбивка сечения трубопровода при измерении трубкой

Прандтля

36

Перемещая трубку Прандтля строго по диаметру трубопровода,

измеряем динамическое давление в местах пересечений колец с диаметром,

по которому движется трубка. Таким образом, для каждого кольца

проведено измерение в двух точках. Итог измерения представлен в

таблице 3.4.

Таблица 3.4 – Результаты измерений давления трубкой Прандтля в

Паскалях

№ точки h1 h2 h3 h2' h1'

1 - - - - -

2 44,145 31,392 30,411 43,164 0,981

3 74,556 60,822 24,525 11,772 0,981

4 49,05 42,183 29,43 19,62 1,962

5 12,753 11,772 10,791 4,905 11,772

5' 61,803 67,198 68,866 62,097 52,287

6 59,841 13,734 10,692 12,949 11,968

6' 75,537 16,363 19,041 19,865 18,580

7 63,765 46,107 45,126 66,708 74,556

7' 20,718 23,897 24,142 22,818 19,708

8 35,316 72,594 55,917 41,202 35,316

9 4,905 12,753 10,791 13,734 17,658

10 15,69

6 69,651 41,202 31,392 18,639

11 15,597 19,423 21,876 25,309 15,401

Используем формулу м3. (2)

Скорости движения среды в каждом кольце

Далее определяем среднее значение R, для чего используем формулу:

Действительный измеряемый расход среды VT определяем

по формуле (2). Скорость газа рассчитываем по формуле

м/с,

где S – площадь патрубка, м2.

Результаты расчетов представлены в таблицах 3.5 и 3.6.

37

Таблица 3.5 – Результаты расчета среднего значения R

№

точки ∆hi, Па , м/с Ri, м

Ri,

м2/c

,

м2/с

1 - - - - -

2 22,563

37,278

30,411

8,017

10,304

9,307

0,5

0,3

0,05

4,008

3,091

0,465

3,112

3 37,768

36,297

24,525

10,382

10,177

8,366

0,5

0,3

0,05

5,191

3,053

0,418

3,683

4 25,506

30,901

29,430

8,532

9,391

9,164

0,5

0,3

0,05

4,266

2,817

0,458

3,148

5 12,262

8,338

10,791

5,164

4,258

4,844

0,315

0,189

0,032

1,627

0,805

0,153

1,107

5' 570,451

646,479

688,662

36,442

38,795

40,04

0,315

0,189

0,032

11,479

7,332

1,261

8,394

6 89,761

71,613

106,929

14,808

13,227

16,162

0,315

0,189

0,032

4,665

2,5

0,509

3,25

6' 1306,69

1811,42

1904,12

57,947

68,226

69,950

0,315

0,189

0,032

18,253

12,895

2,203

13,792

7 69,1605

56,4075

45,126

13,331

12,04

10,768

0,315

0,189

0,032

4,199

2,275

0,399

2,915

7' 2021,351

2335,761

2414,241

71,425

76,780

78,059

0,315

0,189

0,032

22,499

14,511

2,459

16,496

8 11,2815

13,2435

10,791

5,060

5,482

4,949

0,355

0,213

0,036

1,796

1,168

0,176

1,317

9 35,316

56,898

55,917

10,990

13,950

13,829

0,45

0,27

0,045

4,945

3,766

0,622

3,832

10 17,167

50,521

41,202

6,516

11,179

10,095

0,6

0,36

0,06

3,910

4,024

0,606

3,397

11 154,998

223,668

221,706

19,728

23,699

23,595

0,45

0,27

0,045

8,878

6,399

1,062

6,749

38

Таблица 3.6 – Результаты расчета действительного измеряемого расхода

среды

№

точки

Температура

газа

T, оС

Плотность

газа

ρ, кг/м3

Площадь

патрубка

S, м2

Средняя

скорость

, м/с

Расход

VT, м3/ч

1 - - - - -

2 235 0,7022 0,6 8,14 17582

3 236 0,7008 0,6 9,64 20822

4 236 0,7008 0,6 8,24 17798

5 115 0,9197 0,312 17,19 19307,0

5' 145 0,8591 0,312 8,03 9023,8

6 165 0,8187 0,312 7,62 8558,6

6' 185 0,7783 0,312 9,72 10921,4

7 185 0,7783 0,312 8,81 9894,6

7' 178 0,7924 0,312 15,84 17794

8 134 0,8813 0,636 5,38 12321

9 335 0,5848 0,396 13,67 19492

10 170 0,8086 1,8 3,56 23042

11 176 0,7965 0,636 14,99 34330

Обобщенные данные о результатах эксперимента представлены в

таблице 3.7.

39

Таблица 3.7 - Экспериментальные данные о тепловой работе печи


№

точки

Размер

патрубка,

мм

Площадь

патрубка,

м2

Средняя

скорость,

м/с

Температура, оС

Расход

м3/ч кг/ч

1 600х1000 0,6 0 0 0 0

2 600х1000 0,6 8,14 235 17582 12346

3 600х1000 0,6 9,64 236 20822 14592

4 600х1000 0,6 8,24 236 17798 12473

5 630 0,312 17,19 115 19307,0 17757

5’ 630 0,312 8,03 145 9023,8 7752

6 630 0,312 7,62 165 8558,6 7007

6’ 630 0,312 9,72 185 10921,4 8500

7 630 0,312 8,81 185 9894,6 7701

7’

630 0,312 15,84 178 17794 14100

8 710 0,636 5,38 134 12321 9857

9 900 0,396 13,67 335 19492 15282

10 1200х1500 1,8 3,56 170 23042 18632

11 900 0,636 14,99 176 34330 27344

Полученные результаты позволили составить материальный баланс

(таблица 3.8) этого теплотехнического агрегата без учета циркуляции.

Таблица 3.8 - Материальный баланс печи полимеризации

Приход массы Расход массы

Статья кг % Статья кг %

1. Масса исходного

теплоносителя

первой камеры

(после дожига)

15282 25,20 1. Масса

сбрасываемых

газов

27344 45,10



второй камеры

12346 20,36

2. Масса

отходящих газов

на

рециркуляцию

18632 30,73

40



третей камеры

14592 24,07 3. Масса ковра 4800 7,92



четвертой камеры

12473 20,57 4. Масса

отходящих газов

в камеру дожига

9857 16,26

5. Масса ковра 5040 8,31

6. Невязка 899 0,75

Итого: 60633 100,00 Итого: 60633 100,00

Расход газа в камере дожига 142,51 м3/ч, в топке 234,44 м

3/ч.

Количество NOx в газах представлено в таблице 3.9.

Таблица 3.9 – Материальный баланс по NOx

Приход NOx Расход NOx

Статья кг/ч % Статья кг/ч %


теплоносителя первой

камеры (после дожига)

2,68

34,59 1. Масса

сбрасываемых газов

5,37 69,33


теплоносителя второй

камеры 2,01

25,92 2. Масса отходящих

газов на

рециркуляцию

1,86 24


теплоносителя третей

камеры 1,79

23,07 3. Масса отходящих

газов в камеру

дожига

0,51 6,65



четвертой камеры 1,21

15,64

5. Невязка 0,06 0,8

Итого 7,74 100 Итого: 7,74 100

41

3.2 Циркуляционная тепловая схема печи полимеризации [5]

Система циркуляции, входящая в состав камеры полимеризации,

обеспечивает:

- нагрев теплоносителя (циркуляционного воздуха) до заданного

значения температуры;

- термическую очистку отходящих газов перед выбросом их в

атмосферу.

Система циркуляции обеспечивает необходимый поток горячего воздуха

сквозь толщину пласта минеральной ваты. Горячий воздух подается в камеру

снизу – 4 входа, выходы находятся по бокам с обеих сторон камеры по три

выхода с каждой стороны. Каждый выход оборудован регулируемой

заслонкой К1 ... К6 с пневматическим приводом и дистанционным

управлением.

Циркуляцию воздуха обеспечивает вентилятор V1 (рисунок 3.2).

Подогрев воздуха осуществляется обычным способом за счет сжигания

природного газа в специальной камере сжигания, оборудованной газовой

горелкой G1.

Мощность горелки, установленной в камере сжигания, составляет

2200 кВт. Сжигание газа происходит в защитной трубе. Циркуляционный

воздух подается в камеру сжигания сверху по касательной. В выходной части

камеры циркуляционный воздух смешивается с продуктами сгорания

природного газа.

Циркуляционная система печи состоит из частей:

- система циркуляции с камерой сжигания (рисунок 3.3);

- отсос камеры полимеризации с фильтром системы дожига (рисунок

3.4);

- система дожига отходящих газов (рисунок 3.5);

- вытяжка – выброс очищенных газов в атмосферу (рисунок 3.6), с

использованием избыточного тепла (воздухоотвод – подогрев пластин

конвейера камеры полимеризации) (рисунок 3.7).

42

Рисунок 3.3 – Система циркуляции камеры полимеризации

Рисунок 3.4 – Система отсоса камеры полимеризации

Отсос отходящих газов из камеры полимеризации обеспечивает

вентилятор V2 с частотной регулировкой оборотов, что позволяет

регулировать количество отсасываемых газов. Перед вентилятором

установлен фильтр. Далее отсасываемые газы направляются в камеру

дожига. В случае неисправности системы дожига, дымовые газы

направляются по байпасу, минуя камеру дожига. В нормальном состоянии

заслонка K8 в положении «закрыто», заслонка K9 открыта. Заслонка K7

предназначена для «холодного» пуска системы. Система дожига нагревается

до рабочей температуры приблизительно 750 oC с использованием свежего

43

воздуха, подаваемого при помощи заслонки K7. В нормальном состоянии

заслонка K7 закрыта (рисунок 3.4).

Рисунок 3.5 – Система дожига

Рисунок 3.6 – Выброс очищенных газов в атмосферу

44

Рисунок 3.7 – Подогрев поперечных пластин конвейера

Система дожига предназначена для термической очистки отходящих

газов перед выбросом их в атмосферу. Камера рассчитана на дожиг до 13000

м3/ч газов. Система функционально разделена на три части:

- входную часть с газовой горелкой;

- среднюю часть, где происходит термическая реакция;

- выходную часть с теплообменниками.

Система дожига оборудована двумя теплообменниками для

предварительного подогрева прошедших механическую очистку отходящих

газов. Температура газов на входе в камеру дожига составляет прибл. 550 oC.

Во входной части камеры установлена промышленная газовая горелка G2

мощностью 1500 кВт.

Отходящие газы подаются в среднюю часть при помощи смесительной

головки, где они смешиваются с продуктами сгорания природного газа.

Температура в средней части, в которой происходит сжигание отходящих

газов, составляет прибл. 750 oC. Температура очищенных газов на выходе

системы дожига - за теплообменниками - не более 400 oC.

Избыточная тепловая энергия очищенных газов используется для

подогрева отходящих газов из камеры полимеризации и для нагревания

поперечных пластин конвейера. Для транспортировки теплоносителя через

систему дожига к камере полимеризации служит вентилятор V3.

Температура газов на входе в камеру полимеризации для подогрева

поперечных конвейера не должна превышать 350 oC. Если температура

очищенных газов на выходе системы дожига выше, приоткрывается

45

регулируемая заслонка K10, через которую из окружающего пространства

дополнительно подсасывается свежий, холодный воздух.

Из канала для подогрева пластин конвейера отходящие газы

направляются в конечный фильтр для механической очистки от загрязнений

на стадии подогрева пластин, и затем, очищенные, выбрасываются в

атмосферу. Необходимую тягу обеспечивает вентилятор V5.

Газовые горелки

В состав системы циркуляции камеры полимеризации Asbest входят две

газовые горелки Eclipse - тип TJ (рисунок 3.8). Газовые горелки Eclipse тип

TJ являются универсальными горелками, применяемыми для решения

различных производственных задач. Для работы горелок требуется подача

достаточного количества свежего воздуха, необходимого для сжигания газа.

Воздух для горелок через фильтр всасывается из окружающего пространства

с помощью вентилятора.

Газовая горелка зажигается непосредственно при помощи

поджигающего электрода. Для контроля горелки служит ультрафиолетовый

датчик. Горелка оборудована специальным отверстием, через которое можно

наблюдать за пламенем.

Горелка может работать в непрерывном интервале между минимальной

и максимальной мощностью. Розжиг выполняется на стартовой мощности,

после успешно выполненного старта мощность горелки можно поднимать до

максимального заданного значения. Мощность работающей горелки в

определенный момент времени зависит от количества воздуха, подаваемого к

горелке.

Контроль и безопасность работы обеспечивает автомат управления

горелкой (блок управления), который обеспечивает правильную

последовательность пуска, а также контролирует процесс горения

(постоянный контроль пламени).

Газовые горелки G1 и G2, работающие независимо одна от другой,

имеют общую систему подачи воздуха, которая включает в себя вентилятор

V4 и реле давления. Вентилятор работает с постоянным числом оборотов.

Газовая горелка системы циркуляции G1 работает под давлением,

поэтому для контроля (коррекции) давления газа применяется регулятор

соотношения газ-воздух, который соединен импульсной трубкой с системой

подачи воздуха для горелки. Действие этого регулятора заключается в

приведении в соответствие давления газа и давления воздуха за

регулируемой заслонкой (рисунок 3.9).

46

Газовая горелка системы дожига G2 работает в условиях пониженного

давления, поэтому система подачи газа и место подключения импульсной

трубки несколько отличаются от системы циркуляции (рисунок 3.10).

Подключение импульсной трубки регулятора соотношения газ-воздух

находится перед регулируемой воздушной заслонкой. Заслонка механически

соединена с эл. моторным приводом регулировочного вентиля системы

подачи газа. Возможные несоответствия характеристик регулируемой

воздушной заслонки и регулировочного газового вентиля компенсируются

(нейтрализуются) за счет настройки кулисы, установленной на общем

электроприводе обоих регуляторов[5].

В таблице 3.10 представлена общая характеристика горелок

Eclipse TermJet. На рисунке 3.8 техническая характеристика горелки.

Таблица 3.10 – Характеристика горелок Eclipse TermJet

Наименование серии TermJet

Тип Смешивание топлива в носовой части (сопло)

Количество

типоразмеров

14

Параметры мощности 44…5860 кВт

Соотношения 50:1

Максимальная рабочая

температура

1540 °C

Вид топлива природный газ, пропан, бутан

Область применения отпуск металлов, повторный нагрев, нагревание

металла до температуры обработки, закалка,

сушка в кипящем слое, термическое окисление,

плавка металла, отжиг стекла, нагрев воздуха

Свойства работа по новым стандартам выделения продуктов

горения, производительности, надежности,

широкая сфера применения

47

Рисунок 3.8 – Газовая горелка Eclipse TermJet

Рисунок 3.9 – Система циркуляции - камера сжигания с газовой горелкой G1

48

Рисунок 3.10 – Система дожига с газовой горелкой

49

Рисунок 3.11 – Диаграммы производительности горелки

В результате проведённых измерений, сделан вывод, что горелка Eclipse

TermJet не подходит для данного производства. Предлагается заменить

данную горелку на горелку другой конструкции, но такой же мощности.

Для данного производства можно предложить следующую горелку -

ГМГС-СР – горелку на самотяге с рециркуляцией продуктов сгорания, с

низким образованием NOx (рисунок 3.12). Так как газовые горелки Eclipse

TermJet имеют мощность 1,5 мВт и 2,2 мВт, целесообразно поставить

модификации горелок ГМГС-1,6СР номинальной тепловой мощности 1,6

МВт, и ГМГС-2,5СР номинальной тепловой мощности 2,5 МВт

соответственно.

50

.

Рисунок 3.12 – ГМГС-СР – горелка на самотяге с рециркуляцией

продуктов сгорания

Конструктивные особенности горелок ГМГС-СР:

1. Конструктивное исполнение горелочного камня обеспечивает

рециркуляцию продуктов сгорания к корню факела в оптимальном

количестве с точки зрения снижения выбросов NOx и устойчивого

горения.

2. Конструктивное исполнение газового коллектора и газоводов

обеспечивает возможность быстрой очистки при случайном

засорении одного или нескольких газоводов без демонтажа

горелки. Установка заглушки (входит в ЗИП) позволяет

эксплуатировать горелку в период профилактики одного или

нескольких газоводов.

3. Конструкция воздушной заслонки обеспечивает плавное, без

заклиниваний, перемещение, что определяет точное

регулирование подачи воздуха.

4. Конструктивное исполнение газовых сопел обеспечивает

требуемую тепловую мощность при располагаемом разрежении

для работы на газе заданного состава.

5. Съемный фильтр, установленный в газовом коллекторе,

предотвращает засорение проходных сечений газовых сопел после

монтажа и в процессе эксплуатации.

51

6. Нержавеющее исполнение корпуса и заслонки предотвращает

коррозию и гарантирует ресурс эксплуатации не менее 10 лет.

7. Узел контроля факела основной горелки обеспечивает

независимый контроль факела основной горелки от факела

пилотной горелки.

8. Узел контроля факела пилотной горелки обеспечивает

независимый контроль факела пилотной горелки от основного

факела.

Таблица 3.11 – Характеристика горелок ГМГС-СР

Наименование показателя ГМГС-

1,6СР

ГМГС-

2,5СР

Номинальная тепловая мощность горелки при

Qн=8550ккал/нм3, МВт (Гкал/час)

1,6

(1,37)

2,5

(2,15)

Номинальная производительность при g=0,72 кг/м3,

м3/час

159 252

Температура газа перед горелкой, °C 50 – 80 50 – 80

Коэффициент избытка воздуха при номинальной

производительности, в долях единицы 1,15 1,15

При испытаниях на огневом стенде испытательного центра ИЦ ГУГО г.

Каменск-Шахтинский горелки газовой на самотяге со ступенчатой подачей

газа и с рециркуляцией продуктов сгорания газом выбросы NОх не

превышали 46 мг/м3 (при сжигании природного газа).

Рециркуляция продуктов сгорания в горелках этого типа обеспечивается

за счет кинетической энергии газа, поэтому снижение эмиссии оксидов азота

при работе горелки в комбинированном режиме зависит от процентного

соотношения сжигаемого жидкого и газообразного топлива

На графике представлены ожидаемые выбросы NOx горелки ГМГС-СР

(рисунок 3.13).

52

Рисунок 3.13 – Выбросы окислов азота при комбинированном режиме

работы горелки ГМГС

В результате использования горелок ГМГС выбросы оксидов азота

снизятся с 156,3 мг/м3, при горелках Eclipse TermJet,

до 46 мг/м

3, что

позволит снизить выбросы оксидов азота более чем в 3 раза.

В этой главе рассмотрели тепловую работу и конструктивные

особенности печи полимеризации ОАО «Ураласбест». Проведены

необходимые расчеты и сделаны выводы.

53

4 РАСЧЕТ ПЕЧИ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ И СИСТЕМЫ ДОЖИГА

4.1 Расчет теплового баланса печи полимеризации [6]

Предлагаемый вариант схемы газопотоков предполагает максимальное

использование тягодутьевых средств. При этом по длине печи следует

выделить четыре тепловые камеры длиной lкамеры=8,5 м каждая. Для

обеспечения возможностей управления процессом тепловой обработки

минераловатных изделий используется циркуляционная схема движения

газов.

Как показывает опыт работы аналогичных агрегатов, а также

исследования кинетики сушки и полимеризации минераловатных изделий

среднюю скорость фильтрации газов через каждую камеру следует

поддерживать не менее vф= 0,65 м/с. При ширине камеры a= 2,0 м на каждую

камеру следует подавать:

чмvalG камерык /39780360065,00,25,83600 3

нагретых газов.

Для реализации циркуляционной схемы движения газов и создания

условий для управления процессами используют проходную печь

полимеризации. Условно разделим печь на 4 камеры, которые состоят из

двух подкамер: нижней и верхней, разделенных по вертикали

минераловатным ковром, расположенным между двумя сетчатыми

конвейерами. Сырой минераловатный ковер толщиной от 40 до 200 мм в

печи полимеризации проходит последовательно три технологические зоны со

скоростью 1…5 м/с. При этом для обеспечения завершенности процесса

тепловой обработки при конструировании следует ориентироваться на самые

тяжелые условия работы технологического оборудования. Температуру газа-

теплоносителя примем 250 оС. В первую камеру поступает половина

требуемых нагретых газов, т.е. Gк1 = 19492,21 м3/ч.

Для расчета выбираем толщину минераловатного ковра 200 мм. При

длине печи 34 м скорость движения конвейера примем vконвейера = 4 м/мин.

Исходный ковер имеет относительную влажность 5%. Исходя из

практических данных, скорость фильтрации газов в камерах принимаем

0,65 м/с.

Для установления параметров тепловой обработки рассмотрим

подробнее работу каждой камеры в отдельности.

Первая камера. С учетом свободного пространства камеры исходный

теплоноситель в количестве Gк1 =19890 м3/ч подается в верхнюю часть

первой камеры через патрубок площадью S=0,636 м2. При круглой форме

54

газохода он имеет диаметр d1 =0,9 м. Подаваемый поток теплоносителя будет

иметь теплосодержание 2187,93600

1,3230019890потокапотока сtGQ к1 кВт.

При прохождении его через камеру это тепло будет расходоваться на:

1. Нагрев и сушку изделий (удаление влаги).

Принимаем, что температура минераловатного ковра в конце камеры

будет равна средней температуре между входящим газовым потоком tпотока

(300 оС) и отводимым (t1). Тогда эта статья теплового баланса для первой

камеры примет вид

.,0,839340,733600/5060.450,2

100)2,09(204,1926750,0520)2

3004,19)(0,05(0,84

,

1

1

1

1

1

кВтt

tt

Q

tcGQ

2. Физическую теплоту отходящих газов объемом

Gотход.г.=G1+G2=19890+ чм /84,1989983,919890488,0

5,05060422,0 3 ,

которая имеет теплосодержание

tcGQ2 11 25,63600/)51,183,932,119890( tt , кВт

3. Потери тепла на нагрев колосников весом 80 кг/м. Предполагаем, что

верхние колосники нагреваются до температуры tвк =180 оС, а нижние до

tнк=t1. Тогда

,2

)(2.

нквк

ккккол

ttсvМtcGQ

.колQ = tt

57,276,4613600/2

)180(481,0604802 1 , кВт

4. Потери тепла в окружающее пространство. Их величину определяем

по выражению )( ст5 вiрп ttFQi

, где tст – температура внешней

поверхности стенки. Принимаем tст=40оС;

tв – температура окружающей среды. tв=20оС.

αi – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности в окружающую

среду с i-го участка поверхности, Вт/м2К.

Fi - площадь поверхности i-го участка, м2.

Для свода печи αсв=10+0,05tст=12Вт/м2К. Для вертикальных стен

αв=8+0,06tст=10,4Вт/м2К.

Тогда

55

кВт

ttFttFttFQ вствввхствввстсвсврп

308,731000/)20180(5,564,10

1000/)30040(265,84,10)2040(5,55,812

)()()(215

Уравнение теплового баланса первой камеры будет иметь вид

2187,9=310,73 + 0,839t1 + 6,25t1 + 461,76 + 2,57t1 + 73,308

t1 = 135,95 оС.

Сводный тепловой баланс первой камеры представлен в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Сводный тепловой баланс первой камеры

Приход тепла Расход тепла

Статьи кВт % Статьи кВт %

1. Физическое

тепло исходного


2187,90 100,00

1. Физическое тепло

нагрева ковра и

испарения влаги

454,78 20,79

2.Физическое тепло

отходящих газов 849,30 38,82


нагрева колосников 810,51 37,04

4.Потери тепла в

окружающую среду 73,308 3,35

Итого 2187,90 100,00 Итого 2187,90 100,00

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что общий тепловой

КПД первой камеры составляет 20,79 %. При этом основные тепловые

потери связаны с физическим теплом отходящих газов (38,82 %) и нагревом

колосниковых решеток (37,04 %). Остальные тепловые потери 3,35 %.

Вторая камера. Нагретый до температуры

Сtt

t оквх

к 97,2172

95,135300

2

1

2 минераловатный ковер поступает во

вторую камеру, через которую снизу вверх подается теплоноситель со

скоростью 0,65 м/с в количестве 39780 м3/ч из патрубка и 19897,38 м

3/ч из

первой камеры. Теплосодержание потока из патрубка

tcGQ 2п кВт69,36323600/315,125039780 . Общее теплосодержание

газа во второй камере Q2=Qп2+Qотх1 =849,3+3632,69=4481,99 кВт. Тогда

температура газа составит СcG

Qt о206

31,138,59677

360099,4481

2

22г

.

56

При прохождении через вторую камеру тепло этого теплоносителя будет

расходоваться на:

1. Нагрев изделий до температуры равной средней между температурой

входящего теплоносителя tг2 (206оС) и отводимым газом (t2). Тогда эта статья

теплового баланса второй камеры примет вид

кВтtt

Q

tcGQ

67,656,03600/)97,2172

206(50600.422,084,0

,

2

22

1

2

1

2. Физическую теплоту отходящих газов, считая, что объем газов не

изменяется, имеющую теплосодержание

22

2

2 72,213600/31,138,59677 tttcGQ , кВт

3. Потери тепла на нагрев колосников. Предполагаем, что верхние

колосники нагреваются от температуры 180оС до t2, а нижние с 135,95

оС до

206 оС. Тогда

2

)(2.

2 нквк

ккккол

ttсvМtcGQ

,87,281565,23600/2

)95,135180206(481,0604802 2

2.

2 кВтtt

Q кол


по выражению )(5 встiрп ttFQi



tв – температура окружающей среды. Tв=20оС.


среду, Вт/м2К.

Fi - площадь поверхности, м2.


αв=8+0,06tст=10,4Вт/м2К.Тогда

кВтQ рп 828,211000/30040(265,84,10)2040(5,55,8125.

Уравнение теплового баланса второй камеры будет иметь вид

4481,99=0,56t2 – 6,67 + 21,72t2 + 2,565t2 – 281,87 + 21,828.

Тогда t2 = 191,15 оС.

Сводный тепловой баланс второй камеры представлен в таблице 4.2.

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что вторая камера

выполняет в основном функцию выдержки при заданной температуре, при

котором изменение теплосодержания теплоносителя покрывает в основном

тепловые потери на подогрев колосников (2,05 %) и тепловые потери

57

(0,44 %). Общий тепловой КПД второй камеры составляет 0,9 %. При этом

основные тепловые потери связаны с физическим теплом отходящих газов

(96,6 %), которые используют в качестве рециркулята, подаваемого в топку

на формирование исходного теплоносителя и в камеру дожига.

Таблица 4.2 – Сводный тепловой баланс второй камеры




исходного


4481,99 100,00


тепло нагрева

ковра

100,38 2,24

2.Физическое

тепло отходящих

газов

4151,28 92,62



колосников

208,51 4,65


окружающую

среду

21,83 0,49

Итого 4481,99 100,00 Итого 4481,99 100,00

Третья камера. Охлажденный до температуры

Сtt

t окк

к 61,1982

15,191206

2

21

3 минераловатный ковер поступает в

третью камеру, через которую снизу вверх подается теплоноситель со

скоростью 0,65 м/с в количестве 39780 м3/ч и температурой 250

оС.

Рассматриваемый поток будет иметь теплосодержание tcGQ 3п

кВт69,36323600/315,125039780 .

При прохождении через третью камеру тепло этого теплоносителя будет


1. Нагрев изделий от температуры 198,61 оС до температуры равной

средней между температурой входящего теплоносителя (250оС) и отводимым

газом (t3). Тогда эта статья теплового баланса третьей камеры примет вид

кВтtt

Q

tcGQ

3

33

1

3

1

56,078,283600/)61,1982

250(50600.422,084,0

,


изменяется и имеет теплосодержание

33

3

2 53,143600/315,139780 tttcGQ

58

3. Потери тепла на нагрев колосников. Предполагаем, что нижние

колосники нагреваются от температуры 206 до 220оС, а верхние с 191,5

оС до

t3. Тогда:

2

)(2.

3 нквк

ккккол

ttсvМtcGQ

кВтtt

Q кол 59,47356,23600/2

)5,191206220(481,0604802 3

3.

3










αв=8+0,06tст=10,4Вт/м2К.

Тогда

кВтQ рп 828,211000/30040(265,84,10)2040(5,55,8125.

Уравнение теплового баланса третьей камеры будет иметь вид

3632,69 = 28,78 + 0,56t3 + 14,53t3 + 2,56 t3 – 473,59 + 21,828

t3= 229,70 оС.

Сводный тепловой баланс третьей камеры представлен в таблице 4.3.

Таблица 4.3 – Свободный тепловой баланс третей камеры




исходного


3632,69 100 1. Физическое тепло

нагрева ковра 157,41 4,33


отходящих газов 3337,77 91,88


нагрева колосников 115,68 3,18


окружающую среду 21,83 0,60

Итого 3632,69 100 Итого 3632,69 100,00

59

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что третья камера

продолжает выполнять в основном функцию выдержки при заданной

температуре, при которой изменение теплосодержания теплоносителя

покрывает в основном тепловые потери на подогрев колосников и тепловые

потери в окружающую среду (менее 4 %). Общий тепловой КПД третьей

камеры составляет только 4,33 %. При этом основные тепловые потери

связаны с физическим теплом отходящих газов (91,88 %), которые

используют в качестве рециркулята, подаваемого в топку на формирование

исходного теплоносителя.

Четвертая камера. Нагретый до температуры

Сtt окк

к 85,2392

7,229250

2

32

4 минераловатный ковер поступает в

третью камеру, через которую снизу вверх подается теплоноситель со

скоростью 0,65 м/с в количестве 39780 м3/ч и температурой 250

оС.

Рассматриваемый поток будет иметь теплосодержание tcGQ 4п

кВт69,36323600/315,125039780 .

При прохождении через третью камеру тепло этого теплоносителя будет


1. Нагрев изделий от температуры 239,58 оС до температуры равной

средней между температурой входящего теплоносителя (250 оС) и

отводимым газом (t4). Тогда эта статья теплового баланса третьей камеры

примет вид

кВтtt

Q

tcGQ

3

44

1

4

1

56,068,53600/)58,2392

250(50600.332,084,0

,


изменяется и имеет теплосодержание

33

4

1 53,143600/315,139780 tttcGQ

3. Потери тепла на нагрев колосников. Предполагаем, что нижние

колосники нагреваются от температуры 220 до 240оС, а верхние с 229,7

оС до

t4. Тогда 2

)(2.

4 нквк

ккккол

ttсvМtcGQ

кВтtt

Q кол 96,57356,23600/2

)7,229220240(481,0604802 3

4.

4

60










αв=8+0,06tст=10,4Вт/м2К. Тогда:

кВт

Q рп

6,831000/)20200(5,564,10

1000/30040(265,84,10)2040(5,55,8125.

Уравнение теплового баланса третьей камеры будет иметь вид

3632,69=5,68 + 0,56t3 + 14,53t3 + 2,56t3 – 537,96 + 83,6

t3 = 231,16 оС.

Сводный тепловой баланс третьей камеры представлен в таблице 4.4.

Таблица 4.4 – Свободный тепловой баланс четвертой камеры




исходного


3632,69 100



ковра

135,13 3,72


тепло отходящих

газов

3358,91 92,46



колосников

55,04 1,52


окружающую

среду

83,60 2,30

Итого 3632,69 100 Итого 3632,69 100,0

0

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что четвертая камера

продолжает выполнять в основном функцию выдержки при заданной

температуре, при которой изменение теплосодержания теплоносителя

покрывает в основном тепловые потери на подогрев колосников и тепловые

потери в окружающую среду (менее 4 %). Общий тепловой КПД четвертой

камеры составляет только 3,72 %. При этом основные тепловые потери

61

связаны с физическим теплом отходящих газов (92,46 %), которые

используют в качестве рециркулята, подаваемого в топку на формирование

исходного теплоносителя. Избыточная часть газа идет на сброс.

Камера дожига. В первую камеру газ-теплоноситель поступает из

камеры дожига. Рассматривая ее как тепловой агрегат, для установления

расхода природного газа и величины подаваемого рециркулята составим ее

тепловой баланс.

Конструкция камеры дожига предполагает сжигание определенного

количества топлива расходом В1 с коэффициентом расхода воздуха = 1,2

при удельном расходе воздуха Lo = 9,62 м3/м

3; Lα = 11,59 м

3/м

3 и получением

продуктов сгорания в количестве Vг=12,69 м3/кг с кгкДжQ р

н /36328 с

общей энтальпией 3

г

/11,286269,12

36328мкДж

V

Qi

р

нб

общ.

Получаемые продукты сгорания разбавляются рециркуляционными

газами Vр с температурой 191,15 оС, которые предположительно поступают

из второй камеры. Их энтальпия составляет 3/12,248298,115,191 мкДжctiр . При энтальпии подаваемого

теплоносителя 3/39619890

36002187,9мкДж

G

Qiпод и энтальпии факела

3/69,22898,011,2862 мкДжiф получаем количество рециркулята на

разбавления продуктов сгорания:

33

1 /81,1212,248396

39669,2289мм

ii

iiХ

фпод

под

б

общ

р.

Приходная часть теплового баланса топки первой камеры состоит из:

1. Химической теплоты топлива

11

1 09,103600

328,36В

ВBQQ р

нхим ,кВт.

2. Физического тепла газа-рециркулята

11г1 2,113600/12,24869,1281,12 ВВiVХQ ррр , кВт.

Все полученное тепло в количестве Qобщ= 111 29,212,1109,10 ВВВ

расходуется на:

- нагрев теплоносителя имеющего теплосодержание 2187,9 кВт

- на тепловые потери топки. Исходя из практических данных, принимаем

их величину 10% от затрат тепла на нагрев теплоносителя, т.е. 218,79 кВт.

62

Тогда тепловой баланс топки первой камеры принимает вид

79,2189,2187,11 1В .

В1 = 113,04 кг/ч.

Сводный тепловой баланс топки первой камеры представлен в

таблице 4.5.

Таблица 4.5 - Сводный тепловой баланс топки первой камеры



1. Химическая

теплота топлива

1140,61 47,39 1. Физическое тепло


2187,9 90,91


тепло рециркулята

1266,08 52,61 2. Тепловые потери 218,79 9,09

Итого 2406,69 100 Итого 2406,69 100,0

Анализ статей теплового баланса топки первой камеры показывает, что

формирование теплового потока осуществляется за счет физического тепла

рециркулята (52,61 %) и химического тепла топлива (47,39 %). Тепловой

КПД топки составляет 90,91 %.

В соответствие с полученными данными количество рециркулята,

подаваемого в камеру дожига, составляет

чмВVХV ррец / 18369,7704,11369,1281,12 3

1г1 с температурой

191,15оС.

Топка. Конструкция топки предполагает сжигание определенного

количества топлива расходом В2 с коэффициентом расхода воздуха =1,2

при удельном расходе воздуха Lo=9,62м3/м

3; Lα=11,59м

3/м

3 и получением

продуктов сгорания в количестве Vг=12,69м3/кг с кгкДжQ р

н /36328 общей

энтальпией 3/11,286269,12

36328мкДж

G

Qi

р

нб

общ.

Получаемые продукты сгорания разбавляются рециркуляционными

газами Vр с температурой 217,34 оС. Их энтальпия составляет

3/15,285312,134,217 мкДжctiр . При энтальпии подаваемого

теплоносителя G

Qiпод

3/328,75111340

360010898,06мкДж и энтальпии факела

3/69,22898,011,2862 мкДжiф получаем количество рециркулята на

разбавления продуктов сгорания

63

33

2 /97,4415,28575,328

75,32869,2289мм

ii

iiХ

фпод

под

б

общ

р.

Приходная часть теплового баланса топки первой камеры состоит из:

3. Химической теплоты топлива

2

2

2 09,103600

328,36В

ВBQQ р

нхим , кВт

4. Физического тепла газа-рециркулята

22г2 21,453600/15,28569,1297,44 ВВiVХQ ррр кВт

Все полученное тепло в количестве Qобщ= 111 3,5521,4509,10 ВВВ

расходуется на

- нагрев теплоносителя имеющего теплосодержание 10898,06кВт

- на тепловые потери топки. Исходя из практических данных, принимаем

их величину 10% от затрат тепла на нагрев теплоносителя, т.е 1089,81 кВт.

Тогда тепловой баланс топки первой камеры принимает вид

81,108906,108983,55 1В

В1 = 216,79 кг/ч.

Сводный тепловой баланс топки первой камеры представлен в

таблице 4.6.

Таблица 4.6 - Сводный тепловой баланс топки первой камеры




теплота топлива

2187,44 18,24 1. Физическое тепло


10898,06 90,91


тепло рециркулята

9800,43 81,75 2. Тепловые потери 1089,81 9,09

Итого 11987,87 100 Итого 11987,87 100,0

Анализ статей теплового баланса топки первой камеры показывает, что

формирование теплового потока осуществляется за счет физического тепла

рециркулята (81,75%) и химического тепла топлива (18,24%). Тепловой КПД

топки составляет 90,91%.

В соответствие с полученными данными количество рециркулята,

подаваемого в топку, составляет:

чм ВVХV ррец /123730,176,21669,1297,44 3

2г2 с температурой

217,34 оС.

Для оценки общих показателей работы печи составим ее материальный и

тепловой балансы.

64

В рассматриваемом агрегате основными входящими материальными

потоками являются:

- сырой ковер с влажностью 5% в количестве:

чкгG /50401,055060420,2ковра.м;

- природный газ в количестве В=(216,79+113,04)0,72=298,18 кг/ч

- воздух на горение природного газа в количестве:

чкгVвоздх /27,45872,159,1179,329 ;

Основными расходными компонентами в печи при получении

минераловатной плиты являются:

- обожженный ковер в количестве чкгG /48005060422,0ковра.сух;

- сбрасываемые излишки газов из тепловых камер, величину которых

определим из материального баланса.

Материальный баланс печи принимает вид

5040 + 298,18 + 4587,27 = 4800 + Х

Тогда Х = 5125,45 кг/ч.

Эти газы распределяются по камерам пропорционально расходу топлива.

Сводный материальный баланс печи полимеризации с рециркуляцией

газов представлен в таблице 4.7.

Таблица 4.7 - Сводный материальный баланс печи полимеризации с

рециркуляцией газов

Приход Расход

Статьи кг/ч % Статьи кг/ч %

1.Сырой ковер 5040 50,77 1.Обожженный ковер 4800 48,36

2. Природный газ 298,18 3,00 2. Сбрасываемые

газы

5125,45 51,63

3. Воздух на горение 4587,27 46,23

Итого: 9925,45 100,0 Итого: 9925,45 100,0

Анализ материального баланса печи полимеризации с рециркуляцией

газов показывает, что основными исходными материальными потоками в

стационарном режиме являются масса исходного ковра (50,77 %) и воздуха

на горение (46,23 %). Основными расходными массовыми потоками

являются масса сбрасываемых газов (51,63 %) и готового ковра (48,63 %).

Рециркуляционные газы не покидают печи, а многократно проходят

через ее рабочее пространство агрегата, производя тепловую обработку

ковра.

Выход обожженных материалов составляет %23,951005040

4800η .

По данным материального баланса был составлен тепловой баланс печи

(таблица 4.8).

65

Таблица 4.8 – Сводный тепловой баланс печи полимеризации




теплота топлива, 3025,5 100,00


ковра и испарения

влаги, в т.ч

847,71 28,02

Камера дожига 1988,58 в первой камере 454,78

Топка 1036,92 во второй камере 100,38

в третьей камере 157,41

в четвертой камере 135,13


нагрева

сбрасываемых газов

787,50 26,03

3. Физическая

теплота нагрева

конвейерных

колосников, в т.ч.

1189,73 39,32

в первой камере 810,51

во второй камере 208,51



4. Тепловые потери

в окружающую

среду, в т.ч.

200,57 6,63

в первой камере 73,308

во второй камере 21,83



Итого 3025,5 100,00 Итого 3025,5 100,00

Анализ статей теплового баланса печи полимеризации с циркуляцией

газов показывает, что общий тепловой КПД агрегата составляет 28,02%.

Основные тепловые потоки на печи связаны с подачей жидкого топлива

поступающего в печь (100%), со сбросом отработанных газов (26,03%),

утилизация которых вследствие низкого температурного потенциала

затруднительна, а также физическим нагревом колосников (39,32%),

утилизация тепла которых невозможна[5].

66

4.2 Выводы

Тепловая схема несовершенна, т.к. более 50 % тепла уходит на сброс. С

этими газами в атмосферу вылетают СО, NOx и необеззараженный фенол. В

соответствие с нормой количество NOх в сбрасываемых газах превышено в

несколько раз. Из-за низкой кратности циркуляции газов занижена

производительность печи и газа требуется расходовать больше. Поэтому

требуются мероприятия по оптимизации процесса.

Для этого рекомендуется провести пуско-наладочные работы:

- уменьшить количество оборотов вентилятора сброса;

- увеличить количество оборотов вентилятора рециркуляционных газов.

Мероприятия позволят:

- увеличить производительность печи на 10%;

- снизить расход топлива на 10%;

- интенсифицировать процесс полимеризации за счет увеличения

кратности циркуляции;

- уменьшить количество выбросов СО, NOx и необеззараженных газов от

фенола за счет уменьшения объема сбрасываемых газов.

67

5 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА [7]

5.1 Общие положения

При производстве теплоизоляционных материалов на основе

минерального сырья на стадии формования основными вредными выбросами

являются фенольные соединении, образующиеся в результате разложения

фенолоформальдегидной смолы. Количество выбросов, образующихся на

заводе ОАО «Ураласбест» представлены в таблице 5.1. Данные по выбросам

не превышают допустимый уровень, поэтому оплаты по штрафам

отсутствуют.

Таблица 5.1 – Выброс загрязняющих веществ от камеры полимеризации



вещества (класс

опасности)

Величин выбросов от источников

выделения загрязняющих веществ

Общий выброс

загрязняющих

веществ Камера


На выходе

фильтра

холодильной зоны

т/год г/с т/год г/с т/год г/с

1 2 3 4 5 6 7

Азота диоксид (2) 2,4 0,0868 - - 2,4 0,0868

Аммиак (4) 4,4 0,1591 - - 4,4 0,1591

Азота оксид (2) 0,39 0,0141 - - 0,39 0,0141

Углерод оксид (4) 6,6 0,2387 - - 6,6 0,2387

Фенол (3) 0,6 0,0217 - - 0,6 0,0217

Формальдегид (2) 0,6 0,0217 - - 0,6 0,0217

Пыль

неорганическая:

70-20% SiO2 (4)

- - 0,075 0,0027 0,075 0,0027

Пыль


20% SiO2 (4)

- - 0,025 0,0009 0,025 0,0009

Фенолформальдегидные смолы были первыми полимерами, созданными

человеком около 100 лет назад.

За прошедший век были синтезированы тысячи других полимеров,

сотни из которых были выпущены в виде промышленных изделий, и уже не

один десяток поколений полимерных материалов сменили друг друга.

Даже сегодня, при всем многообразии полимеров,

фенолформальдегидные смолы занимают весомое место в общем объеме

мирового производства синтетических смол, а дальнейшие перспективы

развития материалов на основе Формальдегидных смол гораздо

благоприятнее, чем для большинства других видов пластических масс.

68

В 1975-1976 гг. начался стремительный и быстрый рост производства

формальдегидных смол во всех странах. Всего за четыре года мировой

объем производства формальдегидных смол увеличился с 1,3 до 2,0 млн.т.

Причины столь резкого изменения структуры производства и

потребления формальдегидные смолы даже не с частными, хотя и весьма

впечатляющими достижениями в химии этих материалов (например,

создание высокотермостойких и полужестких смол), а с развитием новых

областей применения (ракетная техника, космонавтика). Эти причины

имеют гораздо более общий характер, затрагивая важнейшие проблемы,

стоящие перед человечеством: уменьшение запасов органического сырья,

экономия экономических ресурсов и охрана окружающей среды.

В самом деле, быстрое истощение легко доступных запасов нефти и

природного газа заставляет искать новые источники основного

органического сырья (этилена и пропилена) для синтеза полимеров. Однако

этот кризис не угрожает формальдегидным смолам, так как все исходные

соединения для синтеза фенольных смол (фенол, крезол и формальдегид)

можно получать не только из нефти и газа, но и из каменного угля, запасы

которого весьма велики.

Вторая не менее важная причина возрождения промышленности

формальдегидных смол связана с энергетическим кризисом. Хорошо

известно, что сегодня одним из немногих реальных путей разрешения

этого кризиса является экономия энергии за счет использования

эффективных тепло – и хладоизоляционных материалов, имеющих низкий

коэффициент теплопроводности. Оказалось, что ассортимент таких

материалов, изготовляемых на основе формальдегидных смол, необычно

широк; немаловажно при этом, что они обладают низкой стоимостью и

высокой огнестойкостью. Вот почему в последние годы столь интенсивно

развивается индустрия пористых и волокнистых материалов, используемых

буквально во всех отраслях промышленного и гражданского строительства:

пенофенопласты, стекломаты и сотопласты на фенольных связующих,

древесностружечные и древесноволокнистые плиты и т. д.

Резкому увеличению выпуска формальдегидных смол способствовали и

значительные успехи в снижении токсичности этих материалов. Так, уже

созданные фенолформальдегидные смолы с пониженным содержанием

мономеров (фенола и формальдегида) и даже «безмономерные» смолы. В

частности, содержание свободного фенола удалось снизить до 0,8 % у

новолачных смол и до 0,4% - у резольных.

Внедрены в промышленность установки для очистки и регенерации

газообразных и жидких побочных веществ синтеза формальдегидных смол,

69

фильтры «кипящего слоя», устройства для биологической очистки.

Разработан и ряд марок формальдегидных смол, отверждаемых без

гексаметилентетрамина и не имеющих запах.

Развитие промышленности. История химии фенольных смол

отчетливо показывает, что изобретение и нововведение – две разные вещи.

Бакеланд не был изобретателем фенольных смол, но он был новатором,

который первый преодолел серьезные по тому времени технологические

трудности и тем самым обеспечил возможность появления фенольных смол

на рынке.

В настоящее время важнейшими областями применения фенольных

смол является деревообрабатывающая промышленность, а также

производство прессовых и теплоизоляционных материалов. В этих областях

используется более 75 % мирового производства фенольных смол. Однако и

сегодня сохранили свое значение все те области применения фенольных

смол, которые были предложены еще Бакеландом.

Все сказанное относится, в частности, к Германии. Однако в таких

странах как Франция и Италия положение иное – здесь для производства

волокнистых и древесноволокнистых плит, эксплуатирующийся под

открытым небом, используют не фенольные, а меламиновые смолы; поэтому

в этих странах основным потребителем фенольных смол является

производство пресс-материалов. Такое же положение существует и в

Великобритании, где деревообрабатывающая промышленность потребляет

лишь незначительную часть общего объема фенольных смол.

Фенольные смолы очень неоднородны по составу: технические смолы

содержат значительное количество воды, растворителей и наполнителей.

Состав типичной фенольной смолы; реальные смолы всегда содержат

большие количества наполнителей (пресс-композиции) и летучие

соединения (фенолоспирты и мономерные фенолы и формальдегид).

Для фенольных смол характерно, что их всегда используют в

комбинации с армирующими наполнителями, в частности с волокнами,

когда фенольные смолы выполняют роль связующего. Общий объем

производства различных материалов на основе фенольного связующего –

ДСП, изоляция на основе органических и неорганических волокон,

формовочные земли, шлифовальные круги и т. п. – чрезвычайно велик. И

место, которое фенольные смолы занимают в экономике сегодня, показывает

их незаменимость в различных областях техники и в повседневной жизни.

Неплавкость, термо- и огнестойкость – вот те главные достоинства, которые

определяют дальнейший рост рынка фенольных смол.

70

Долгосрочный прогноз показывает, что от других полимеров фенольных

смол выгодно отличаются надежностью источников природного сырья и

относительно стабильной ценой. Действительно, сегодня обще признано, что

в обозримом будущем наступит момент, когда будут истощены все

месторождения нефти, но еще далеко не скоро подобное положение может

сложиться с основным источником исходных материалов для производства

фенольных смол - каменным углем. Когда источники нефти иссякнут, сырье

для основного органического синтеза придется получать по относительно

сложной технологии (например, этилен – дегидратацией этанола по

Фишеру-Тропшу и пропилен). Однако основные исходные материалы для

производства фенольных смол – это фенол, крезол и формальдегид (из

метанола) – будут получать так же, как и сегодня - из каменного угля.

Исходные материалы фенольных смол. Фенольные смолы получают

взаимодействием фенолов с альдегидами, главным образом

формальдегидом. В среднем на производства 1 т фенольных смол

расходуется около 440 кг фенола (содержащего приблизительно 10%

крезолов и ксилиленов), примерно 220 кг формальдегида, а также вода,

растворители и добавки.

Фенолы – это ароматические соединения, у которых непосредственно с

ароматическим ядром соединена гидроксильная группа. В отличие от

алифатических спиртов фенолы ведут себя подобно слабым кислотам – они

легко растворяются в водном растворе гидроксида натрия, но нерастворимы

в водном растворе карбоната натрия. Фенолы - твердые бесцветные

вещества (за исключением нескольких жидких алкифенолов). Сведения о

физико-химических свойствах наиболее важных представителей этого класса

соединений представлены в таблице 5.2.

Таблица 5.2 - Физико-химические свойства важнейших фенолов

Соединения М*

Тпл., °С Ткип.,°С рКа**

при

25°С

Фенол (гидроксибензол) 94,1 40,9 181,8 10,00

о-Крезол (2-метилфенол) 108,1 30,9 191,0 10,33

м-Крезол (3-метилфенол) 108,1 12,2 202,2 10,10

п-Крезол (4-метилфенол) 108,1 34,7 201,9 10,28

п-трет-Бутилфенол

(4-трет-бутилфенол)

150,2 98,4 239,7 -

п-Октилфенол (4-октилфенол) 206,3 81/83 284,0 -

п-Нонилфенол (4-нонилфенол) 220,2 - 295,0 -

2,3-Ксиленол (2,3-диметилфенол) 122,2 75,0 218,0 10,51



71




Резорцин (1,3-дигидроксибензол) 110,1 110,0 281,0 -

Бисфенол А

((2,2-бис(4-гидроксифенил) пропан)

228,3 157,3 - -

* - молекулярная вес;

**- константа кислотности в воде при 25°C.

Физико-химические свойства. Температура фенола резко снижается в

присутствии даже следов воды (примерно на 0,4 °С на каждые 0,1% Н2О), и

при содержании воды около 6% фенол становится жидким уже при

комнатной температуре. В производстве фенольных смол обычно

используют смесь, состоящую из 90% фенола и 10% воды. Фенолы

смешиваются с водой в любом соотношении при температуре выше 65,3 °С.

При их охлаждении разбавленных водных растворов фенола происходит их

разделение на две фазы: фенол-вода и вода – фенол. Фенол хорошо

растворяется в полярных органических растворителях и плохо в

неполярных алифатических углеводородах; кристаллизуется в форме

бесцветных призм. Под действием кислорода воздуха фенол приобретает

красноватую окраску, особенно быстро в тех случаях, когда он содержит

следы меди или железа, что случается, когда фенольные смолы получают в

стальных или омедненных реакторах или же хранят в стальных емкостях.

Дополнительные сведения о свойствах фенола представлены ниже:

Температура, °С Пределы взрываемости, %

вспышки………………..79 (об.)…………………………..2-10

самовоспламенения…..605 ПДК рабочей зоны, мг/м3

…..19

Давление паров, мбар………0,2

5.2 Токсикология и защита окружающей среды

Для того чтобы судить о потенциальной опасности применения

фенольных смол, необходимо провести четкое различие между фенолами,

форполимерами фенолоальдегидных смол и отвержденными фенольными

смолами. Характер физиологического воздействия названных соединений

обусловлен не только химическим составом, но в значительной степени их

молекулярной массой. Физиологическое действие фенольных форполимеров

зависит от содержания в них свободного фенола и формальдегида.

Отвержденные фенольные смолы полностью безвредны. Согласно

указаниям по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и

медикаментов, контакт с пищевыми продуктами пластмассовых изделий,

отформованных из фенольных смол, разрешен.

72

Токсикология фенолов. Фенолы являются сильно токсичными

веществами, вызывающими дегенерацию протеина. Кожные покровы тела

человека при попадании на них фенола сначала белеют, а затем становятся

красными и покрываются сетью морщин; вскоре на пораженных участках

возникает ощущение сильного жжения. Длительный контакт с фенолами

приводит к разрушению кожных покровов. Фенолы как в жидком, так и в

твердом виде, быстро адсорбируются кожей тела, вызывая чрезвычайно

тяжелые поражения кожного покрова, в случае больших количеств –

смертельные исходы в результате паралича центральной нервной системы.

Легкая интоксикация приводит к поражению главным образом почек,

печени и поджелудочной железы. При вдыхании паров фенола или приеме

внутрь возникает местный некроз с явлением интоксикации – головная боль,

головокружение, тошнота, прерывистое дыхание, остановка дыхания и

нарушения сердечной деятельности.

Поражающее действие фенола на кожные покровы человека

уменьшается при введении в его молекулу липофильных групп (метильных,

высших алкильных или хлора). Нейтральные молекулы обладают большим

поражающим действием, чем соответствующие ионы. Биологическая

активность фенолов обусловлена их способностью разрушать структуру

бактериальной клетки. Считают, что разрушительное действие фенола на

цитоплазматические мембраны и стенки клетки проявляется в образовании

довольно крупных пор для обеспечения диффузии цитрохрома наружу.

Крезолы по своему поражающему действию сходны с фенолом, но вызывает

менее тяжкие поражения.

Поверхностная активность алкилфенолов обусловливается накопление

их на поверхности клеток, но не объясняется их разрушающего действия на

клетки. На бактерицидное действия фенолов влияют мыла, используемые

обычно для повышения растворимости фенолов в воде при применении их

в качестве дезинфектантов.

Токсикология формальдегида. Формальдегид в водном растворе

является протоплазматическим ядом, вызывающим некроз кожных покровов

и дегенерацию протеина. Известно применение водных растворов

формальдегида для фиксации медицинских и биологических препаратов.

Полагают, что формальдегид убивает бактерии в результате

взаимодействия с аминогруппами протеинов. Попадая в живой организм,

формальдегид быстро окисляется с образованием муравьиной кислоты,

которая частично выводиться с мочой.

Работа с формальдегидами не безопасна, а его токсичность аналогична

токсичности фенола. Максимальная концентрация на рабочем месте

73

составляет 1 ч. на млн. Формальдегид в виде паров или аэрозоля оказывает

сильное раздражающее действие на слизистые оболочки. Концентрация

формальдегида до 10 ч на млн. в течение нескольких минут вызывают

конъюнктивиты, риниты с потерей обоняния и фарингита. При

концентрации 10-15 ч на млн. развивается отдышка, кашель и пневмония.

Что касается физиологического действия формальдегида, то его «порог

запаха» составляет 0,05 ч на млн., а раздражение слизистых оболочек

полости носа и глаз весьма индивидуально и наступает при концентрации

0,1-1,6 ч на млн.

Защита окружающей среды. Мероприятия, проводимые в развитых

промышленных странах в области охраны окружающей среды, включают,

во-первых, создание безотходных или малоотходных производств и, во-

вторых, утилизацию образующихся отходов.

Сравнительно низкие концентрации фенолов (менее 104 мг/л) убивают

некоторых рыб в течение 1-3 суток, а других – отравляют, делая их

непригодными для пищи. В хлорированной воде фенолы превращаются в

хлорфенолы, которые придают воде неприятный привкус и запах даже при

концентрации менее 0,01 мг/л (таблица 5.3). При сбросе сточных вод в

местные водоемы руководствуются следующими требованиями:

содержание свободных фенолов не должно превышать 0,5 мг/л, максимально

допустимая температура 30°С, рН - порядка 6,5-8,0, общий объем

сбрасываемых в течение 24 ч сточных вод – не более 75 м3.

В некоторых случаях сточные воды, содержащие фенол, могут поступать

на городские очистные станции вместе с бытовыми сточными водами. При

этом сточные воды должны иметь температуру не выше 30-35°С, рН=6,0-

9,0 и содержать не более 100 мг/л фенолов и форполимеров на их основе.

Кроме того, состав сточных вод не должен влиять на протекание

биологических процессов и на работу самой станции.

Ликвидация твердых фенольных отходов также регулируется

федеральными законодательными положениями. Отходы, содержащие

вредные вещества, необходимо уничтожать в специально отведенных

районах. Горючие отходы преимущественно уничтожают на территории

предприятия, используя специальные установки для их сжигания. Песок,

загрязненный отработанной фенольной смолой, следует вывозить в

специально отведенные места. Из песка, загрязненного отвержденной

смолой, можно извлечь фенол в количестве даже меньшем, чем при

извлечении из бытовых сточных вод.

Таблица 5.3 - Пороговые концентрации фенола в воде и токсическое

действие на рыб

74

Соединение Пороговая концентрация ЛК50***

мг/л

По запаху, мг/л По привкусу,

мг/л

Фенол 300 4000 5000

о-Крезол 3 1400 2000

м-Крезол 2 800 6000

п-Крезол 2 200 4000

2,3-Ксиленол 30 500 -

2,4-Ксиленол 500 400 28000

2,5-Ксиленол 500 400 2000

3,4-Ксиленол 50 1200 4000

3,5-Ксиленол 50 5000 50000

п-трет-Бутилфенол 30 800 -

Резорцин 2000 6000 -

о-Хлорфенол 0,1 10 8000

м-Хлорфенол 0,1 50 3000

п-Хлорфенол 0,1 60 3000

***-летальная концентрация.

Люди с повышенной чувствительностью кожи при работе с

фенольными смолами подвержены кожным заболеваниям. Для

предотвращения этого руки и другие части тела, которые могут

подвергнуться действию фенольных смол, необходимо смазать

соответствующими защитными кремами и во время работы надевать

перчатки из резины или полимерных материалов. По окончании работы

руки необходимо помыть со специальным мылом и снова обработать

защитным кремом.

Особое внимание необходимо обращать на чистоту рабочих мест и

вентиляцию производственных помещений. Максимальная концентрация на

рабочем месте составляет 5 мг/м3 для фенола и 1 мг/м

3 для формальдегида.

5.3 Очистка сточных вод и отработанного воздуха

Универсальных решений по проблемам очитки сточных вод на

предприятиях, производящих или перерабатывающих фенольные смолы,

быть не может. Выбор оптимальных способов очистки требует

индивидуального анализа вида и объема вредных веществ, а также

структуры предприятия и др. К способам очистки относятся: биологическая

очистка, термическое сжигание, физическая и физико-химическая

газоочистка, окисление и смолообразование, адсорбционные методы.

Биологическая очистка. Важной стадией в кругообороте углерода в

природе является разрушение ароматических углеводородов под

75

воздействием многих микроорганизмов. Большую роль в биохимических

процессах играют реакции ферментативного о- или п- дигидроксилирования.

Образующиеся алифатические моно- и дикарбоновые кислоты в

дальнейшем превращаются в 3-оксогександикарбоновую кислоту, которая

применяет участие в цикле Кребса, или в фумарат, пируват, уксусный

альдегид и ацетоацетат. Далее эти вещества расщепляются на СО2 и Н2О.

Некоторые виды организмов способны существовать в воде,

содержащей до 1000 мг/л фенола, вызывая расщепление ароматических

соединений. Наибольшую активность они проявляют при 25-35°С. Кроме

того, для них необходимы достаточные количества питательных веществ

(N,P) и кислорода, рН среды в интервале 7,5-8,5 и отсутствие ионов

тяжелых металлов (<5 мг/л). Для обеспечения микроорганизмов

питательными веществами целесообразно промышленные сточные воды

подвергать очистке вместе с бытовыми сточными водами. В качестве

питательного вещества часто применяют фосфат аммония. Эффективность

биомассы со временем повышается до предельного значения в результате

«отбора» тех биологических процессов, в которых участвуют наиболее

стойкие и активные в данной среде виды микроорганизмов. Отстойник

должен иметь эффективную систему аэрации и циркуляции с тем, чтобы

всегда был в избытке растворенный кислород.

Наиболее распространенным и эффективным способом очистки

сточных вод, содержащих фенол, является биохимический распад.

Очищенные таким способом сточные воды содержат 0,1 мг/л фенола. В

целях поддержания оптимальных условий существования биомассы в

отстойнике необходимо иметь эффективные системы питания и загрузки.

Окисление и осмоление. В процессе окисления фенолы обычно

подвергаются деструкции с образованием промежуточных нетоксичных

соединений (кроме СО2 и Н2О), и при этом наблюдается лишь некоторое

понижение химической потребности кислорода (ХПК). Таким образом

можно достигнуть степени очистки фенола менее 1 мг/л, или 99%.

Эффективным окислителем фенолов (других органических соединений)

является пероксид водорода в присутствии небольших количеств солей

железа, марганца, хрома и меди. Температурный фактор мало влияет на

скорость реакции и степень конверсии, что же касается рН, то оптимальное

значение составляет 3-5. Пероксид водорода можно применять как для

очистки концентрированных сточных вод с высоким содержанием

фенолов, так и для предварительной обработки сточных вод с высоким

содержанием фенолов перед их биологической очисткой с целью снижения

концентрации фенола.

76

Озон является более эффективным окислителем, чем пероксид

водорода. Обычно небольших количеств О3достаточно для полного

расщепления органических веществ на СО2 и Н2О. Обладая низкой

избирательностью при рН=11,5-11,8, озон окисляет преимущественно

фенолы. Озон часто применяют на конечной стадии очистки, что приводит

к снижению содержания фенола до 0,1 ч. на млн. и менее.

Гипохлорит натрия и диоксид хлора окисляют фенолы до бензохинонов

(рН=7-8). При рН > 10 происходит дальнейшее окисление до малеиновой и

щавелевой кислот; при этом хлорфенолы не образуются. Хлор не применяют

в качестве окислителя из-за образования хлорфенолов, которые более

токсичны и обладают более неприятным привкусом и запахом, чем

исходные фенолы. Эффективными окислителями являются также

перманганат и бихромат калия, однако в этом случае трудности возникают

при удалении осадка.

Реакция смолообразования, приводящее к осаждению полимеров, можно

использовать для очистки сточных вод, содержащих фенол, его

форполимеры и формальдегид. Для этого к сточным водам добавляют

серную кислоту и процесс очистки ведут при высокой температуре. В

качестве осадителя рекомендуется применять хлорид железа (III) или

сульфат алюминия. В большинстве случаев осадки сжигают. На

предприятиях, изготовляющих фанеру, древесностружечные и

древесноволокнистые плиты, сточные воды обычно подкисляются

сульфатом алюминия, доводя рН до 4. С помощью этого метода смолы

почти полностью переходят в осадок, который легко отфильтровать

особенно в тех случаях, когда осаждение проводят при повышенных

температурах. После этого воду необходимо нейтрализовать гашеной

известью (рН=6,5-8,0), а образовавшийся сульфат кальция отфильтровать.

Термическое и каталитическое сжигание. Очистку отработанных

газов термическим или каталитическим сжиганием применяют в тех

случаях, когда невозможно или экономически невыгодно проводить

рекуперацию растворителей. Органические соединения окисляют до СО2,

СО и Н2О. Каталитическое сжигание проводят при 350-400 °С, в качестве

катализаторов применяют оксиды металлов, однако предпочтительно

использовать элементы группы платины на различных подложках.

Соединения серы, фосфора, кремния мышьяка, галогенуглеводороды и

многие другие вещества являются для катализаторов ядами.

В принципе каталитического сжигания предпочитают применять лишь

тогда, когда в отработанном воздухе или газах содержатся небольшие

количества органических веществ (< 3 мг/ м3), отсутствуют каталитические

77

яды, а содержание в воздухе пыли минимально. Поскольку все это в

совокупности практически недостижимо, метод каталитического сжигания

не представляет большого интереса для предприятий, работающих с

фенолом и фенольными смолами. Выбрасываемые в атмосферу

отработанные газы на этих предприятиях богаты горючими веществами из-

за применения растворителей (лакокрасочная промышленность,

производство слоистых пластиков) или имеют высокое содержание

нелетучих веществ (производство шлаковаты). Сложные эфиры фосфорной

кислоты, являются компонентом многих рецептур, действуют как

каталитические яды. Они превращаются в пятиоксид фосфора, который

может взаимодействовать с носителем катализатора, что ведет к

дезактивации отходов. Уносимые в газах низкомолекулярные

фенолоспирты вызывают осмоление и образование кокса на поверхности

катализатора.

В установках термического сжигания отходящие газы сжигают в

металлических камерах при 700-800°С. Для сжигания используют газовые

или жидкостные форсунки или горелки панельного типа. Эффективность

установок для сжигания, зависящая, в первую очередь от температуры,

значительно выше (остаточное содержание углерода < 5 мг/м3), чем

установок для проведения каталитических процессов. Процесс термического

сжигания отличается большой энергоемкостью, поэтому утилизация тепла

отходящих газов является важным экономическим фактором. Для этого

можно использовать установки для дожигания промышленных выбросов

такие, как циклонная топка с газомазутной горелкой и печь-инсинератор.

Промышленные выбросы из камер волокноосаждения и

термообработки содержат минераловатную пыль, влагу, фенолы и

фенольные смолы, CO2 и др. Содержание в выбросах горючих компонентов

предопределяет рациональность их обезвреживания путем дожигания с

последующей утилизацией физического тепла. Это достигается за счет

сжигания дополнительного топлива и дожигания в образуемом факеле

фенолов и фенольных смол. Так как количества продуктов сгорания

дополнительного топлива и обезвреживаемого газа существенно различны,

то необходимо создание растянутого по длине факела и интенсификация

процессов смешения компонентов. Утилизация образующегося

физического тепла осуществляется в рекуперативном теплообменнике для

подогрева технологического воздуха для камеры термообработки. В

качестве вариантов установок для дожигания сбросного газа предлагается

циклонная топка с газомазутной горелкой.

78

Циклонная топка (рисунок 5.1) представляет собой цилиндрическую

трубу, имеющую кожух (16), теплоизоляцию (17), встроенный

теплообменник типа «труба в трубе» (5). Теплообменник изготовляется из

жаропрочной стали (Х18НIOT, IX18H9T), имеет наружную рубашку (18) и

трубку-обтекатель (19). Подача нагреваемого и отвод нагретого воздуха из

рекуператора осуществляются тангенциального для интенсификации

теплообмена. Для сжигания дополнительного топлива и дожигания

сбросного газа используется комбинированная горелка. Природный газ

подается через коллектор (5) в камеру (4) и через систему сопел (12,13)

направляется в полость амбразуры (огнеупорный тоннель (14)) под углами

от 15 до 45°. Мазут подается к горелке по трубе (6), оканчивающейся

форсункой (7). Первичный воздух для разжигания горелки поступает через

патрубок (9) и канал (6). Его расход регулируется дроссельной заслонкой

(11) с приводом (8). Газ на дожигание подается через коллектор (10) в

корпус (1) и с помощью тангенциального завихрителя (2) с неподвижными

лопатками вводится в полость амбразуры. Одновременно часть этого газа

поступает в аксиальный канал (3), на выходе из которого происходит его

смешение с дополнительным топливом. Регулирование соотношения

между двумя потоками дожигаемого газа обеспечивает изменение длины

образующегося факела. Для предотвращения затягивания пламени в

газовый тракт горелки, исключения хлопков и взрывов при падении

давления газа в трубопроводе устанавливается предохранительный

отсечной клапан типа ПЗК. Регулирование работы горелки осуществляется

с помощью дросселей на трактах подачи мазута природного газа,

первичного воздуха и сбросного газа. Для осмотров и ремонтов горелки

предусмотрен лючок (20), для наблюдения за работой горелки – гляделка

(21).

79

Рассмотренный вариант установки обеспечивает дожигание требуемых

количеств сбросного газа и подогрев технологического газа и подогрев

технологического воздуха до температур 150…200°C. В связи с тем, что

сбросный газ может содержать значительное количество пыли,

рекомендуется перед его подачей к установке дожигания производить

очистку от пыли.

Для обоснования размеров установок для дожигания сбросного газа

необходимо проведение тепловых и аэродинамических расчетов.

Термическое сжигание применяют почти на всех предприятиях,

производящих слоистые пластики, а также в целях сушки лакокрасочных

покрытий. В обоих случаях в отходящих газах содержится сравнительно

большое количество растворителей и сложные эфиры фосфорной кислоты.

Тепло от сжигания отходящих газов используют для предварительного

подогрева отработанных газов, воздуха, применяемого для сушки, а

иногда для получения горячей воды для нужд производства. Отработанный

воздух после соответствующей подготовки можно непосредственно

вводить в сушильную установку.

Метод термического сжигания применим не только к отработанным

газам и к загрязненному воздуху. Во многих случаях сжигание сточных вод

является единственно правильным с экономической точки зрения

решением. Жидкие отходы распыляют в камере сжигания либо сразу, либо

после добавления горючего при 200 °С и затем сжигают. Теоретически

смесь, состоящая примерно из 18% фенола и 82% воды, сама поддерживает

горение при 760°С. Однако растворимость фенола в воде в обычных

условиях составляет примерно 10% и поэтому при высоком содержании

фенола необходимо эффективное механическое перемешивание.

Экстракция и рекуперация. Уже давно на коксовых заводах

столкнулись с проблемой рекуперации фенола из сточных вод. В

последующие годы было разработано много различных способов

экстракции. Некоторые из них применяют и сегодня при очистке сточных

вод от фенола на коксовых заводах. Эффективность способа очистки по

Поту и Хилгенстоку, в котором в качестве растворителя используют бензол,

а водный раствор едкого натрия способствует рекуперации, можно

повысить до 98% за счет применения многоступенчатых противоточных

экстракторов Подбильняка. Однако этот процесс не дает возможности

снизить содержание фенола менее 20 мг/л. Применяя разработанный

Лурджи процесс очистки сточных вод от фенола (процесс «Феносолван»), в

котором в качестве растворителя при экстракции используют

диизопропиловый эфир в десятоступенчатом противоточном экстракторе,

80

содержание фенола в стоках можно снизить до 10 мг/л. Однако ни один из

процессов не дает возможности достигнуть предельного содержания

фенола в сточных водах – 0,5 мг/л. Поэтому эти процессы эффективно

только при рекуперации фенола на коксовых заводах, на заводах по

снижению угля и на установках по производству фенола и фенольных

смол.

Адсорбция активированным углем. Для очистки сточных вод и

отработанных газов методом адсорбции разработаны специальные

активированные угли, отличающиеся высокой адсорбционной емкостью по

отношению к фенолам, высокой стабильностью и стойкостью к истиранию.

Недавно был разработан адсорбент на основе полимерных материалов,

обладающий такой же высокой эффективностью в извлечении фенола и

подобных соединений из стоков и дающий возможность получать

очищенные воды с содержанием фенола менее 1 ч. на млн. Адсорбентами

могут служить также оксид алюминия, силикагель и цеолиты. Сточные

воды и отработанные газы предварительно очищают от твердых веществ.

Адсорбция может сопровождаться хемосорбцией и капиллярной

конденсацией.

В процессе генерации происходит десорбция и восстановление

сорбционных свойств активного угля. Для десорбции фенолов используют

разбавленную щелочь, растворители (ацетон, метанол) или инертный газ в

смеси с водяным паром. При извлечении фенола из раствора натриевых

солей рекомендуют применять серную кислоту. В случае использования

растворителей фенол извлекают перегонкой. Регенерация смесью инертных

газов-пар вызывает необходимость последующего сжигания отработанного

газа.

Очистка газов. Газообразные компоненты поглощаются жидкостью в

результате растворения или химического взаимодействия. В обработанных

газах могут находиться твердые вещества и капельки жидкостей.

Сущность работы адсорбционной установки непрерывного действия

состоит в том, что жидкость и отработанные газы проходят через абсорбер

по принципу противотока. Отработанные воды могут быть поданы на

регенерацию или в некоторых случаях возвращены в процесс для

использования по замкнутому циклу. Иначе говоря, проблема очистки

отработанных газов или воздуха становится проблемой очистки сточных

вод.

Данный процесс особенно пригоден для тех случаях, когда необходимо

удалить сравнительно небольшие количества вредных веществ из

относительно небольших объемов воздуха, например в производстве

81

изделия из шлаковаты. Важными параметрами абсорбции являются

постоянная массопередача, диаметр капель, поверхность обмена и время

прямого контактирования. В качестве абсорберов находят широкое

применение промывные башни, промывные аппараты с фильтрованием и

тарельчатые колонны.

5.4 Способы утилизации фенолов на заводе ОАО «Ураласбест»

Влажные отходящие газы, которые содержат фенол, собираются в

газовый коллектор (рисунок 3.4), далее через фильтр (рисунок 5.2) и

направляются в камеру дожига (рисунок 3.5).

Отсос отходящих газов из камеры полимеризации обеспечивает

вентилятор V2 с частотной регулировкой оборотов, что позволяет

регулировать количество отсасываемых газов. Перед вентилятором

установлен фильтр. Далее отсасываемые газы направляются в камеру

дожига. В случае неисправности системы дожига, дымовые газы

направляются по байпасу, минуя камеру дожига. В нормальном состоянии

заслонка K8 в положении «закрыто», заслонка K9 открыта. Заслонка K7

предназначена для «холодного» пуска системы. Система дожига нагревается

до рабочей температуры приблизительно 750 оC с использованием свежего

воздуха, подаваемого при помощи заслонки K7. В нормальном состоянии

заслонка K7 закрыта.

Рисунок 5.2 – Фильтр системы дожига

Фильтр служит для механической очистки отсасываемых газов от

загрязнений (частиц минеральной ваты) – защита теплообменников системы

дожига. Фильтр разделен на две секции – рабочую и резервную, в каждой из

которых находится тележка с фильтрующей поверхностью. Переключение

секций фильтра осуществляется при помощи заслонок, оборудованных

электроприводом, возможно также переключение заслонок вручную.

82

Чистка фильтра может выполняться во время производственного

процесса, поскольку используется только одна секция фильтра, которая

является рабочей, в это время другая находится в резерве и ее можно

очистить. Контроль загрязненности секции фильтра производится путем

измерения разности давлений между входом и выходом фильтра. Чистка

фильтра выполняется в соответствии с техническим руководством. В

процессе чистки производится также визуальный контроль обеих

распределительных заслонок.

Система дожига предназначена для термической очистки отходящих

газов перед выбросом их в атмосферу. Камера рассчитана на дожиг до 13000

м3/час (нормальных кубометров в час) газов входную часть с газовой

горелкой;

Система функционально разделена на три части:

- входная часть с газовой горелки (рисунок 5.3);

- среднюю часть, где происходит термическая реакция;

- выходную часть с теплообменниками.

Система дожига оборудована двумя теплообменниками (рисунок 5.4)

для предварительного подогрева прошедших механическую очистку

отходящих газов. Температура газов на входе в камеру дожига составляет

приблизительно 550 оC. Во входной части камеры установлена

промышленная газовая горелка G2 мощностью 1500 кВт.

Отходящие газы подаются в среднюю часть при помощи смесительной

головки (рисунок 5.3), где они смешиваются с продуктами сгорания

природного газа. Температура в средней части, в которой происходит

сжигание отходящих газов, составляет приблизительно 750 оC. Температура

очищенных газов на выходе системы дожига - за теплообменниками - не

более 400 оC[5].

83

Рисунок 5.3 – Входная часть камеры дожига

Рисунок 5.4 – Теплообменник

84

6 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ОТ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ПО ПРОИЗВОДСТВУ

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МИНЕРАЛОВАТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

6.1 Основные источники загрязняющих веществ

Основное технологическое оборудование по производству

минераловатных материалов размещается в главном производственном

корпусе. Можно выделить следующие технологические операции данного

производства, являющиеся источниками выделения основных загрязняющих

веществ:

- коксовая вагранка;

- камера волокноосаждения;

- выделения загрязняющих веществ в рабочее помещение при

открытой транспортировке материала от камеры волокноосаждения

до входа в камеру полимеризации;

- камера полимеризации;

- на выходе фильтра холодильной зоны;

- распиловка изделий;

- термоусадочная камера;

- выгрузка шлака из вагранки;

- пересыпка, загрузка исходного материала в бункеры в шихтовом

отделении со встроенной теплой стоянкой;

- насос на площадке для расходной емкости аммиачной воды;

- слив смолы из автоцистерн на площадке для слива смолы.

Виды и количество загрязняющих веществ, выбрасываемых в

атмосферу от основной линии по производству теплоизоляционных

минераловатных материалов производительностью 6 т/час, приняты на

основании «Технологического проекта линии для производства минеральной

ваты 6 т/час готовых изделий», Izoteh d.o.o., Slovenija.

85

6.2 Мероприятия по уменьшению выбросов загрязняющих веществ в

атмосферу

Очистные сооружения отходящих загрязненных газов от основного

технологического процесса определены «Технологическим проектом линии

для производства минеральной ваты 6 т/час готовых изделий», Izoteh d.o.o.,

Slovenija и поставляется в составе основной технологической линии. Степень

очистки газов подтверждается данными завода-изготовителя. Величины

эмиссии в окружающую среду в процессе производства также предоставлены

заводом-изготовителем. Имеется сертификат соответствия № РОСС

81.АЯ46.А66374 на линию технологическую для производства

минераловатных плит, изготовитель «IZOTEH D.O.O.», Brneiceva 15b, SI-

1000 Ljubljana, Словения.

Очистка газов от шихтового отделения осуществляется в циклоне

ЦН-15 НИИОГаз и рукавном фильтре INFA-JET со средней степенью

очистки от пыли 99,9%.

Очистка газов от коксовой вагранки осуществляется в циклоне и

рукавном фильтре (фильтровальная установка серии INFA-LAMELLEN-JET

(AJT). Общая степень очистки от пыли и сажи составит 99,9%.

Система очистки отходящих ваграночных газов имеет зону, в которой

за счет сгорания природного газа СО, H2S превращается в СO2, H2O и SO2.

Очистка газов камеры волокноосаждения осуществляется при помощи

сухой фильтрации в установке из минплиты с площадью поверхности

350 400 м2. Степень очистки от пыли составит 99%.

Очистка газов камеры полимеризации осуществляется сухим

способом. Для этого устанавливается фильтр аналогичный как для камеры

волокноосаждения. Фильтрующая поверхность 100 м2. Степень очистки

воздуха от пыли до 99%.

Аспирационная система участков механической обработки

минераловатных плит (распиловка изделий) оснащена фильтром из

минплиты с площадью – 650 м2. Степень очистки – 96%.

Воздух в отделении приготовления связующего очищается

сорбционно-каталитическими фильтрами "Улов" со степенью очистки от

фенола и формальдегида до 90%.

86

Степень очистки загрязненных газов в циклонах принимают на уровне

80%.

Места разгрузки базальта и доломита из думпкаров в приемные

траншеи укрыто навесом – эффективность пылеосаждения 90% (при

разгрузке базальта и доломита по одну сторону приемной траншеи место

пыления открыто с одной стороны) .

Место разгрузки кокса из полувагонов в приемные траншеи укрыто

навесом – эффективность пылеосаждения 80% (при разгрузке кокса в обе

стороны приемной траншеи – место пыления открыто с двух сторон) .

Поверхность буферного склада отсева поливается водой в теплое

время года. Эффективность пылеподавления – 85 % .

6.3 Выбросы вредных веществ от коксовой вагранки, камеры

волокноосаждения и камеры полимеризации. [8]

6.3.1 Определение температуры газовоздушной смеси

Загрязняющие вещества от коксовой вагранка и камеры

волокноосаждения выбрасываются в атмосферу через дымоход №1, от

камеры полимеризации и фильтра холодильной зоны через дымоход №2.

Параметры дымоходов определены заводом-изготовителем .

Кроме того, в дымоход №1 выбрасываются вредные вещества,

поступающее в рабочее помещение при открытой транспортировке

материала от камеры волокноосаждения до входа в камеру полимеризации.

Схема работы следующая: воздух подается равномерно по всему помещению

главного производственного корпуса, а забирается в одном месте в

помещении фильтров камерой волокноосаждения и через нее удаляется

общую трубу.

В дымоход №1 (источник №0001) поступают газы от устройства

очистки ваграночных газов и отсасывающей системы камеры

волокноосаждения со следующими характеристиками:

Устройство очистки ваграночных газов:

Q = 72000 м3/час;

Т = 400 С;

р = 550 Па;

диаметр подключаемой трубы Dy =1000мм;

подключение на высоте приблизительно 16,0 м.

Отсасывающая система камеры волокноосаждения:

87

Q = 230000 м3/час;

Т = 40 С;

р = 4000 Па;

диаметр подключаемой трубы Dy 1800мм;


Поскольку все эти газы выбрасываются через один дымоход, то

температура газов на выходе определяется следующим образом:

12623000072000

2300004072000400T C.

В дымоход №2 (источник №0002) поступают газы из системы

горячего воздуха камеры полимеризации и из зоны охлаждения со

следующими характеристиками:

Система горячего воздуха камеры полимеризации:

Q = 40000 м3/час;

Т = 250 С;

р = 3190 Па;

диаметр подключаемой трубы Dy = 900мм;


Зона охлаждения:

Q = 56000 м3/час;

Т = 70 С;

р = 4000 Па;

диаметр подключаемой трубы Dy = 900мм;


Поскольку все эти газы выбрасываются через один дымоход, то

температура газов на выходе определяется следующим образом:

1455600040000

560007040000250T C.

6.3.2 Определение объема газовоздушной смеси

В дымоход №1 (источник №0001) поступают газы от устройства

очистки ваграночных газов и отсасывающей системы камеры

волокноосаждения со следующими параметрами:

устройство очистки ваграночных газов – 72000 м3/час с температурой

400 С;

отсасывающая система камеры волокноосаждения – 230000 м3/час с

температурой 40 С.

88

Определяем объем газовоздушной смеси, приведенной к нормальным

условиям (Vн, м3/час), по формуле:

г

фнТ

VV273

273, м

3/час;

где Vф – объем газовоздушной смеси при фактической температуре,

м3/час;

Тг – фактическая температура газовоздушной смеси, С.

устройство очистки ваграночных газов:

400273

27372000нV = 29207 м

3/час;

отсасывающая система камеры волокноосаждения:

40273

273230000нV = 200607 м

3/час.

Общий расход отходящих газов при нормальных условиях: (29207 +

200607) = 229814 м3/час.

Объем газов при фактической температуре рассчитывается по

формуле:

273

273 г

нф

ТVV , м

3/час.

Температура газов на выходе из источника № 0001 составит 126 С.

Таким образом, объем газов при фактической температуре для

источника №0001 следующий:

273

126273229814фV = 335882 м

3/час = 93,3 м

3/с.

Высота источника №0001 – 55 м, диаметр устья трубы – 2,5 м.

Проводим аналогичный расчет для дымохода 2.

В дымоход №2 (источник №0002) поступают газы из системы

горячего воздуха камеры полимеризации и из зоны охлаждения со

следующими параметрами:

система горячего воздуха камеры полимеризации – 40000 м3/час с

температурой 250 С;

зона охлаждения – 56000 м3/час с температурой 70 С.

Определяем объем газовоздушной смеси, приведенной к нормальным

условиям (Vн, м3/час).

система горячего воздуха камеры полимеризации:

250273

27340000нV = 20880 м

3/час;

зона охлаждения:

89

70273

27356000нV = 44571 м

3/час.

Общий расход отходящих газов при нормальных условиях: (20880 +

44571) = 65451 м3/час.

Температура газов на выходе из источника № 0002 составит 145 С.

Таким образом, объем газов при фактической температуре для

источника №0002 следующий:

273

14527365451фV = 100214 м

3/час = 27,8 м

3/с.

Высота источника №0002 – 35 м, диаметр устья трубы – 1,5 м.

6.3.3 Определение величин выбросов загрязняющих веществ

Источник № 0001

От источника № 0001 (дымоход №1) в атмосферу поступают

следующие загрязняющие вещества: фенол, формальдегид, оксид углерода,

сернистый ангидрид, диоксид азота, оксид азота, сажа, аммиак, амины

алифатические, пыль неорганическая (до 20% SiO2) и пыль неорганическая

(70-20% SiO2).

Максимально разовые выбросы азота диоксида, азота оксида, серы

диоксида, углерода оксида, пыли неорганической (70-20% SiO2), пыли

неорганической (до 20% SiO2) рассчитаны на основании данных завода-

изготовителя о валовых выбросах этих веществ, исходя из годового фонда

рабочего времени производственной линии – 7680 час/год (320 дней по 24

часа) по формуле:

3600

106

t

Mq , г/с,

где М – валовый выброс загрязняющего вещества, т/год;

t – время работы производственной линии в течение года, 7680 час.

азота диоксид:

М = 46,9 0,8 = 37,52 т/год;

q = (37,52 106) / (7680 3600) = 1,3571 г/с.

азота оксид:

М = 46,9 0,13 = 6,097 т/год;

q = (6,097 106) / (7680 3600) = 0,2205 г/с.

серы диоксид:

М = 70,3 т/год;

q = (70,3 106) / (7680 3600) = 2,5427 г/с.

90

углерода оксид:

М = 17,6 т/год;

q = (17,6 106) / (7680 3600) = 0,6366 г/с.

пыль:

М = 1,0 т/год;

q = (1,0 106) / (7680 3600) = 0,0362 г/с.

Выбросы пыли представлены выбросами пыли неорганической (70-

20% SiO2) и пыли неорганической (до 20% SiO2).

Расчет величин выбросов пыли неорганической (70-20% SiO2) и пыли

неорганической (до 20% SiO2) для источников № 0001 и № 0002 проведен,

исходя из процентного соотношения исходного материала, являющегося

источником выделения пыли – базальта, доломита и золы кокса:

количество исходного материала:

базальт – 78420 т/год;

доломит – 27276 т/год;

зола кокса – 1810 т/год (при исходном количестве кокса 18100 т/год и

зольности кокса – 10%);

общее количество материала – 107506 т/год;

доля базальта в общей массе материала: 78420 / 107506 = 0,73;

доля доломита в общей массе материала: 27276 / 107506 = 0,25;

доля золы кокса в общей массе материала: 1810 / 107506 = 0,02.

Выбросы пыли базальта и золы кокса классифицируются как выбросы

пыли неорганической (70-20% SiO2), выбросы пыли доломита

классифицируются как выбросы пыли неорганической (до 20% SiO2). Таким

образом, соотношение этих видов пыли следующее:

пыль неорганическая (70-20% SiO2) – 75%;

пыль неорганическая (до 20% SiO2) – 25%.

Таким образом, выбросы пыли следующие:

пыль неорганическая (70-20% SiO2):

М = 0,75 1,0 = 0,75 т/год;

m = (0,75 106) / (7680 3600) = 0,0271 г/с;

пыль неорганическая (до 20% SiO2):

М = 0,25 1,0 = 0,25 т/год;

Суммарное количество твердых частиц Мтв, поступающих с

дымовыми газами, определяется по формуле:

з

r

ir

унтвтв

QqАаВGМ 1

68,3201,0, 4 , т/год, г/с,

91

где В – расход натурального топлива, г/с, т/год; В = 18100 т/год; 654,7

г/с;

Аr – зольность топлива на рабочую массу, %; А

r = 10%;

аун – доля золы топлива в уносе; аун = 0,19;

q4 – потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, %; q4

= 2,7%;

Qнр – низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг; Qн

р = 28,5 МДж/кг;

з – доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителях; очистка

газов от коксовой вагранки осуществляется в циклоне и рукавном фильтре

(фильтровальная установка серии INFA-LAMELLEN-JET (AJT). Общая

степень очистки от пыли составит 99,9%; з = 0,999.

999,0168,32

5,287,21019,01810001,0твМ = 0,77 т/год.

999,0168,32

5,287,21019,07,65401,0твG = 0,0279 г/с.

В соответствии с данными об отходах и эмиссии линии для

производства минеральной ваты «Технологического проекта линии для

производства минеральной ваты 6 т/час готовых изделий», Izoteh d.o.o.,

Slovenija концентрация фенола и формальдегида в отходящих газах при

нормальных условиях на выходе фильтра камеры волокноосаждения может

достигать 5 15 мг/м3. Принимаем максимальную концентрацию – 15 мг/м

3.

В соответствии с данными технологической схемой концентрация

аммиака в отходящих газах при нормальных условиях на выходе фильтра

камеры волокноосаждения – 75 мг/м3, концентрация аминов – 5 мг/м

3.

Величина выброса указанных веществ на выходе фильтра камеры

волокноосаждения составит:

фенол: 15 (мг/м3) 200607 (м

3/час) = 3009105 (мг/час);

формальдегид: 15 (мг/м3) 200607 (м

3/час) = 3009105 (мг/час);

аммиак: 75 (мг/м3) 200607 (м

3/час) = 15045525 (мг/час);

амины: 5 (мг/м3) 200607 (м

3/час) = 1003035 (мг/час).

Максимальная концентрация фенола, формальдегида, аммиака и

аминов в газовоздушной смеси для дымохода №1 (источник №0001),

приведенной к нормальным условиям, составит:

фенол: 3009105 (мг/час) / 229814 (м3/час) = 13,1 (мг/м

3);

формальдегид: 3009105 (мг/час) / 229814 (м3/час) = 13,1 (мг/м

3);

аммиак: 15045525 (мг/час) / 229814 (м3/час) = 65,5 (мг/м

3);

амины: 1003035 (мг/час) / 229814 (м3/час) = 4,36 (мг/м

3).

92

Значения концентрации фенола и формальдегида в отходящих газах

при нормальных условиях полученные расчетным путем в зависимости от

валового выброса и количества рабочих часов, несколько меньше: 8,329

мг/м3 – для фенола и 3,003 мг/м

3 – для формальдегида. Поскольку фенол и

формальдегид являются специфическими веществами для проектируемого

производства теплоизоляционных минераловатных материалов, то в расчете

рассеивания участвуют проектные максимальные величины концентрации

фенола и формальдегида – 13,1 мг/ м3.

Максимально разовые выбросы фенола, формальдегида, аммиака и

аминов рассчитаны, исходя из их содержания в отходящих газах при н.у.

дымохода №1 по формуле:

36001000

нн VCq , г/с,

где q – максимально разовый выброс загрязняющего вещества, г/с;

Сн – максимальная концентрация загрязняющих веществ в

газовоздушной смеси дымохода №1, приведенной к нормальным условиям,

мг/м3.

При этом величины максимально разовых выбросов составят:

фенол:

q = (13,1 229814) / (1000 3600) = 0,8363 г/с;

М = 14,7+0,02 = 14,72 т/год.

формальдегид:

q = (13,1 229814) / (1000 3600) = 0,8363 г/с;

М = 5,3 + 0,04 = 5,34 т/год.

Валовые выбросы аминов рассчитаны, исходя из годового фонда

рабочего времени производственной линии – 7680 час/год по формуле:

610

3600tqM , т/год.


q – максимально разовый выброс загрязняющего вещества, г/с;

t – годовой фонд рабочего времени, час/год.

амины:

q = (4,36 229814) / (1000 3600) = 0,2783 г/с;

М = 0,2783 7680 3600/106 = 7,69 т/год.

Валовые выбросы аммиака рассчитаны путем определения

материального баланса аммиака. Выбросы аммиака будут происходить при

повторной переработке обрезков и брака минераловатных плит (брикеты).

Исходя из наихудших условий, считаем, что весь аммиак, содержащийся в

93

брикетах, будет выбрасываться в атмосферный воздух. Количество аммиака в

брикетах определяется по формуле: пр

а

исх

а

бр

а МММ , т/год,

где бр

аМ - количество аммиака в брикетах, т/год;

исх

аМ - исходное количество поступающего на завод аммиака, т/год;

пр

аМ - количество, аммиака, переходящего в продукцию, т/год.

Исходное количество поступающего на завод аммиака водного

составляет 63 т/год. Массовая доля аммиака – 25%, т.е. количество аммиака

( исх

аМ ) в аммиаке водном:

63 т/год 0,25 = 15,75 т/год.

Количество готовой продукции – 47000 т/год.

Количество брикетов – 14898 т/год.

Количество, аммиака, переходящего в продукцию:

1489847000

75,1547000пр

аМ = 11,9 т/год.

бр

аМ 15,75 - 11,9 = 3,85 т/год.

аммиак: q = (65,5 229814) / (1000 3600) = 4,1813 г/с;

М = 3,85 т/год.

Результаты расчета максимально разовых выбросов от источника №

0001 представлены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 – Расчет максимально разовых выбросов от источника №

0001



вещества





веществ от ист.

№0001 Коксовая

вагранка

Камера



помещение


1 2 3 4 5 6 7

Диоксид азота 37,52 1,3571 - - 37,52 1,3571

Аммиак 3,85 4,1813 - - 3,85 4,1813

Оксид азота 6,097 0,2205 - - 6,097 0,2205

Углерод (Сажа) 0,77 0,0279 - - 0,77 0,0279

Диоксид серы 70,3 2,5427 - - 70,3 2,5427

Оксид углерода 17,6 0,6366 - - 17,6 0,6366

Фенол - - 14,72 0,8363 14,72 0,8363

Формальдегид - - 5,34 0,8363 5,34 0,8363

94



вещества






№0001 Коксовая

вагранка

Камера



помещение


1 2 3 4 5 6 7

Амины

алифатические

(С10-С16)

7,69 0,2783 - - 7,69 0,2783

Пыль


70-20% SiO2

0,75 0,0271 - - 0,75 0,0271

Пыль


до 20% SiO2

0,25 0,0091 - - 0,25 0,0091

Максимальные концентрации (мг/м3) азота диоксида, азота оксида,

сажи, серы диоксида, углерода оксида, пыли неорганической (70-20% SiO2),

пыли неорганической (до 20% SiO2) в отходящих газах определяются по

формуле:

н

нV

qС

36001000, мг/м

3,

где Сн – максимальная концентрация загрязняющих веществ в

газовоздушной смеси, приведенной к нормальным условиям;

q – максимально разовый выброс загрязняющего вещества, г/с;

1000 – коэффициент перевода (г) в (мг);

3600 – коэффициент перевода (с) в (час);

Vн – объем газовоздушной смеси, приведенной к нормальным

условиям, м3/час.

Для аммиака, аминов алифатических (С10-С16), фенола и

формальдегида максимально разовые выбросы рассчитаны, исходя из их

содержания в отходящих газах при н.у. дымохода №1 (ист. №0001) по

формуле:

36001000

нн VCq , г/с.

Расчет концентрации загрязняющих веществ (мг/м3) в отходящих

газах и максимально разовых выбросов для источника № 0001 представлены

в таблице 6.2.

95

Таблица 6.2 – Расчет концентрации загрязняющих веществ (мг/м3) в

отходящих газах для источника № 0001



вещества

Максимально

разовый

выброс

загрязняющег

о вещества q,

г/с

Объем

газовоздушно

й смеси при

фактической

температуре

Vф, м3

Фактическая

температура

газовоздушно

й смеси Тг,

С

Макс.

концентрация


веществ в

газовоздушной

смеси,

приведенной к

нормальным

условиям Сн, мг/

м3

1 2 3 4 5

Диоксид азота 1,3571 93,3 126 21,259

Аммиак 4,1813 93,3 126 65,5

Оксид азота 0,2205 93,3 126 3,454

Углерод

(Сажа)

0,0279 93,3 126 0,4371

Диоксид серы 2,5427 93,3 126 39,831

Оксид

углерода

0,6366 93,3 126 9,972

Фенол 0,8363 93,3 126 13,1

Формальдегид 0,8363 93,3 126 13,1

Амины

алифатические

(С10-С16)

0,2783 93,3 126 4,36

Пыль

неорганическая

: 70-20% SiO2

0,0271 93,3 126 0,425

Пыль

неорганическа

я: до 20% SiO2

0,0091 93,3 126 0,143

Источник № 0002

От источника № 0002 (дымоход №2) в атмосферу поступают

следующие загрязняющие вещества: фенол, формальдегид, оксид углерода,

диоксид азота, оксид азота, аммиак, пыль неорганическая (до 20% SiO2) и

пыль неорганическая (70-20% SiO2).

96

Максимально разовые выбросы всех загрязняющих веществ

рассчитаны, исходя из годового фонда рабочего времени производственной

линии – 7680 час/год (320 дней по 24 часа) по формуле:

3600

106

t

Mq , г/с,


t – время работы производственной линии в течение года, 7680 час.

азота диоксид:

М = 3,0 0,8 = 2,4 т/год;

q = (2,4 106) / (7680 3600) = 0,0868 г/с;

азота оксид:

М = 3,0 0,13 = 0,39 т/год;

q = (0,39 106) / (7680 3600) = 0,0141 г/с;

аммиак:

М = 4,4 т/год;

q = (4,4 106) / (7680 3600) = 0,1591 г/с;

углерода оксид:

М = 6,6 т/год;

q = (6,6 106) / (7680 3600) = 0,2387 г/с;

фенол:

М = 0,6 т/год;

q = (0,6 106) / (7680 3600) = 0,0217 г/с;

формальдегид:

М = 0,6 т/год;

q = (0,6 106) / (7680 3600) = 0,0217 г/с;

пыль неорганическая (70-20% SiO2):

М = 0,75 0,1 = 0,075 т/год;

q = (0,075 106) / (7680 3600) = 0,0027 г/с;

пыль неорганическая (до 20% SiO2):

М = 0,25 0,1 = 0,025 т/год;

q = (0,025 106) / (7680 3600) = 0,0009 г/с.

Результаты расчета максимально разовых выбросов от источника

№0002 представлены в таблице 6.3.

97

Таблица 6.3 – Расчет максимально разовых выбросов от источника №

0002



вещества






№0002 Камера


На выходе

фильтра

холодильной зоны


1 2 3 4 5 6 7

Диоксида азота 2,4 0,0868 - - 2,4 0,0868

Аммиак 4,4 0,1591 - - 4,4 0,1591

Оксид азота 0,39 0,0141 - - 0,39 0,0141

Оксид углерода 6,6 0,2387 - - 6,6 0,2387

Фенол 0,6 0,0217 - - 0,6 0,0217

Формальдегид 0,6 0,0217 - - 0,6 0,0217

Пыль


70-20% SiO2

- - 0,075 0,0027 0,075 0,0027

Пыль


20% SiO2

- - 0,025 0,0009 0,025 0,0009

Расчет концентрации загрязняющих веществ (мг/м3) в отходящих газах

для источника № 0002 представлены в таблице 6.4.

98

Таблица 6.4 – Расчет концентрации загрязняющих веществ (мг/м3) в

отходящих газах для источника № 0002



вещества

Максималь

но разовый

выброс

загрязняю

щего

вещества

q, г/с

Объем


смеси при

фактической

температуре

Vф, м3

Фактическ

ая

температу

ра

газовозду

шной

смеси Тг,

С

Максимальная

концентрация


веществ в


смеси, приведенной к

нормальным

условиям Сн, мг/ м3

1 2 3 4 5

Диоксида

азота

0,0868 27,8 145 4,781

Аммиак 0,1591 27,8 145 8,763

Оксид азота 0,0141 27,8 145 0,777

Оксид

углерода

0,2387 27,8 145 13,147

Фенол 0,0217 27,8 145 1,195

Формальдегид 0,0217 27,8 145 1,195

Пыль

неорганическа

я: 70-20% SiO2

0,0027 27,8 145 0,149

Пыль

неорганическая

: до 20% SiO2

0,0009 27,8 145 0,050

99

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В дипломном проекте рассмотрели пути совершенствования тепловой

работы печи полимеризации ОАО «Ураласбест». Целью проекта было

проанализировать и усовершенствовать тепловую работу и конструкцию

печи полимеризации ОАО «Ураласбест» для повышения качества,

производительности и экологии на заводе.

Для анализа тепловой работы были проведены теплотехнические

измерения. Рассчитаны тепловой и материальный баланс, сделаны выводы.

Предельно допустимые выбросы для предприятия не установлены,

поэтому экологические характеристики производства оцениваются в

сравнении с показателями которые приведены в технических

характеристиках на установку поставляемую изготовителем.

Анализ работы вагранки показал, что она как технологически агрегат

отвечает требованиям производства, достаточно экономична и экологически

соответствует современным требованиям.

Исследования работы устройств обезвреживания образующихся

загрязнений и улавливания примесей показали, что устройство дожигания

газов камеры полимеризации не обеспечивают требуемых экологических

характеристик, вместе с этим повышенные выбросы фенол содержащих газов

как показали другие исследования связаны с неэффективным

использованием этих газов в системе циркуляции в печи полимеризации.

Снижение загрязнения окружающей среды выбросами фенола и

формальдегида может быть достигнуто без серьезной реконструкции газовых

трактов за счет перераспределения потоков газовых трактов в системе

циркуляции камеры полимеризации.

Для сжигания оксидов азота существует ряд технологий, основными

являются технологии подавления, основанные на: сжигании газов в объёме

рабочего пространства за счет применения систем двухступенчатого

сжигания, введения пара в факел горелки, объёмное сжигание и др. По этому

исходя из возможностей на существующем производстве, можно предложить

подачу пара в рабочее пространство топок и установок для дожига газов.

Применение технологий очистки отходящих газов от оксидов азота

(каталитическая, аммиачная технологии и др.) в настоящее время

экономически не оправданы. На перспективу можно предложить более

совершенные горелочные системы, снижающие образование оксидов азота,

как в топках, так и в камере полимеризации.

Решение задач повышения экономических и экологических

показателей комплекса по производству минераловатных изделий связанно с

как оптимизацией газодинамического режима работы печи полимеризации,

100

так и с обеспечением высокого качества обезвреживания и улавливания

образующихся загрязнений.

101

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Майзель И. Л. Технология теплоизоляционных материалов / И. Л.

Майзель В.Г. Сандлер – М., 1988 – 239c.

2. Чернышев В.И. Новая продукция ОАО «Ураласбест» / В.И. Чернышев

– Асбест, Ураласбест – 2010. – 70с.

3. Третьяков М.Ю. Технологические инструкции завода ТИМ ОАО

«Ураласбест» / М.Ю. Третьяков – Асбест, Ураласбест – 2011. – 500с.

4. Теплотехнические испытания мартеновских печей. Курочкин Б.Н.

Издательство «Металлургия», 1972. - 208 с.

5. Руководство по эксплуатации и обслуживанию. Система циркуляции

камеры полимеризации. Izoteh d.o.o., 2009. – 149 с.

6. Телегин А.С. Теплотехнические расчеты металлургических печей

[Текст]/ А.С. Телегин – М.; Металлургия, 1982. – 360 с.

7. Экология: / учебник под редакцией Г.В. Тягунова, Ю.Г. Ярошенко –

М.: КНОРУС, 2012. – 304с.

8. Березюк М.В. Природопользование и охрана окружающей среды:

учебно-методическое пособие по курсу «Экономика природопользования»/

М.В. Березюк – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2008. – 77 с.

9. Лошкарев Н.Б «Дипломное и курсовое проектирование

теплотехнических агрегатов: методические указания к оформлению

дипломных и курсовых работ» / Н.Б. Лошкарёв, А.Н .Лошкарёв, Л.А.

Зайнуллин –Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007. – 50 с.

2. Исследование тепловой и экологической...

Documents