Энергоресурсосберегающая технология вторичного использования отходов теплоэнергетического комплекса

В статье рассматриваются вопросы вторичного использования отходов промышленности — избыточного активного ила и шлама водоподготовки тепловых электрических станций в качестве потенциального топлива.

Ключевые слова: утилизация, отход производства, избыточный активный ил, шлам водоподготовки, энергоресурсосбережение, минимизация антропогенного воздействия.

В настоящее время поиск новых решений по вторичному применению осадков промышленности является актуальной задачей. Одним из возможных методов утилизации промышленных отходов является их вовлечение в различные технологические процессы в качестве вторичных материальных ресурсов.

Перспективным методом вторичной утилизации осадка биологических станций очистки сточных вод — избыточного активного ила является его сжигание в качестве топлива. Наличие органического вещества в сухом веществе осадка дает возможность рассматривать его как потенциальное топливо, что подтверждается сравнением элементного состава их органического вещества с углями, горючими сланцами и торфом [1,2,3].

Ранее авторами было представлено исследование биосорбционной технологии очистки сточных вод, в котором в качестве сорбционного материала использован шлам водоподготовки — отход, образующийся на тепловых электрических станциях (ТЭС). Были получены удовлетворительные результаты [4], на основании которых при дозировании шлама водоподготовки происходит повышение эффективности биологической очистки сточных вод по ХПК, БПК5, снижение концентрации аммонийного азота, взвешенных веществ и. т.д. Исследования проводились в лаборатории биологической очистной станции ОАО «Казанский завод синтетического каучука» (БОС КЗСК) с использованием шлама водоподготовки Казанской ТЭЦ-1 (КТЭЦ-1).

Шлам водоподготовки образуется на стадии известкования и коагуляции природных вод. Химический состав шлама КТЭЦ-1 представлен преимущественно (% масс.): Ca2+– 87, Мg2+ — 9,7, CO32- — 71,7, OH- — 10,03, SO42- — 5,7. Шлам содержит органические вещества — 12 % от общей массы образца, которые выявлены методом газовой хроматомасс-спектрометрии. Влажность шлама– 3 %, зольность — 89 %.

После биосорбционной очистки сточных вод шлам совместно с активным илом выносится во вторичные отстойники, поэтому возникает проблема дальнейшей переработки смешанного осадка. Перспективным методом является использование активного ила и шлама в качестве дополнительного топлива на станциях.

Выводы о возможности совместного сжигания избыточного активного ила и шлама ТЭС были сделаны на основании серии экспериментов по определению теплоты сгорания смешанного осадка. Теплоты сгорания определялись при сжигании топлива в калориметрической бомбе [5] при температуре 900°С для различных массовых соотношений шлама и активного ила, взятых исходя из реальных концентраций при нормальном режиме работы БОС КЗСК. Количество избыточного активного ила выбрано с учетом регламента –1,5–2 мг/дм3.

Таблица 1

Теплоты сгорания смешанного осадка при различных массовых соотношениях шлама и активного ила

(Средняя зольность осадка A=63 %.)

Разработана и представлена принципиальная технологическая схема процесса сжигания смешанного осадка на Казанской ТЭЦ-1 (рис. 1).

Активный ил совместно с шламом подаются в приемный резервуар 1, откуда смесь самотеком перетекает в уплотнитель 2, где происходит ее уплотнение. После уплотнения смесь поступает в приемное отделение 3, оборудованное питателем и передвижным бункером с секторным затвором. Далее смесь подается в сушильное отделение 4, где засчет попутного пара из паросборника 9 происходит осушка совместного осадка до влажности равной 20 %. Затем высушенная смесь подается в бункер запаса 5, рассчитанный на сменный объем выработки, и далее в помольное отделение 6, где на установке тонкого растирания размалывается до размеров не более 1,5 мм. Затем происходит подача подготовленной смеси на сжигание в топочное устройство 7.

Рис. 1. Схема утилизации шлама химводоочистки и избыточного активного ила: 1 — резервуар шлама и ила, 2 — резервуар-уплотнитель, 3 — приемное отделение, 4 — сушильное отделение, 5 -бункер запаса,6 -помольное отделение, 7 — камера сгорания, 8 — воздухоподогреватель, 9 — нагнетатель, 10 — котел-утилизатор, 11 — паросборник, 12 — бункер золы, 13 — адсорбер, 14 — дымовая труба

Смесь высоконапорными насосами подают на инжекторы камеры сгорания 7 одной печи, в которой за счет предварительно нагретого в воздухоподогревателе 8 воздуха, подаваемого нагнетателем 9, происходит сушка и сжигание шлама и ила. Сжигание происходит при температуре 900°С, а температура уходящих газов равна 870 °С.

Золу отводят из системы через систему сбора и удаления золы и подают в бункер хранения золы 12. Уходящие газы очищают в адсорбере 13. В адсорбере 13 может происходить и очистка дымовых газов. Загрузка адсорбера осуществляется золой из бункера 12. Далее очищенные уходящие газы подаются в дымовую трубу 14.

На КТЭЦ-1 существует цех термической осушки шлама, в связи с этим значительно снижаются затраты станции на подготовку материала к сжиганию, так как дополнительная энергия не затрачивается.

Выбор в качестве сорбента золы обусловлен наличием в литературе [6] сведений о высокой сорбционной способности золы, образующейся после сжигания твердого топлива, по отношению к различным токсичным газообразным соединениям.

В работе произведен расчет необходимого объема воздуха для сжигания смеси, объема дымовых газов, образующихся при сжигании шлама и активного ила, результаты расчета представлены на табл.2. Как следует из расчетов для сжигания 1 кг смеси активного ила и шлама понадобится 2,38 м3/кг воздуха. Объем дымовых газов при сжигании 0,75 кг/с смеси осадка составит 4,3 кг/с.

Таблица 2

Выбросы вредных веществ в атмосферу при сжигании смеси осадка

При сжигании смеси шлама и активного ила происходит увеличение расхода уходящих газов, поступающих в котел-утилизатор, что приводит к повышению прироста тепла в цикле на 2930 кВт. Прирост полезного отпуска тепла тепловому потребителю с сетевой водой составит 8334 МДж/ч, откуда следует возможность повышения температуры сетевой воды, отпускаемой тепловому потребителю или увеличение расхода сетевой воды при той же температуре.

После сжигания совместного осадка была получена зола, которую предполагается использовать в качестве загрузки адсорбера периодического действия с целью очистки уходящих газов.

Таким образом, предложенный метод является целесообразным для проведения вторичной утилизации смеси избыточного активного ила и шлама ТЭС, так как при его внедрении решается проблема энергоресурсосбережения, очистки, осуществляется регенерация тепла уходящих дымовых газов, происходит прирост полезного отпуска тепла тепловому потребителю с сетевой водой, а также возможно вторичное использование золы в адсорбере для очистки газов от вредных примесей.

Литература:

1.                Алексеев В. И. Проектирование сооружений переработки и утилизации осадков сточных вод с использованием элементов компьютерных информационных технологий: Учебное пособие / В. И. Алексеев, Т. Е. Винокурова, Е. А. Пугачев — М.: Издательство АСВ, 2003. — 176 с.
2.                Вильямс Ф. А. Теория горения; Пер. с англ. /Ф. А. Вильямс –М.: Наука, 1973. — 29 с.
3.                Померанцев В. В. Основы практической теории горения / В. В. Померанцев — Л.: Энергия, 1973. — 264 с.
4.                Исхакова Р. Я. Очистка сточных вод предприятий химической промышленности карбонатным шламом (на примере ОАО «Казанский завод синтетического каучука»): дисс. … канд. техн. наук / Р. Я. Исхакова — Казань, 2014.– 136 с.
5.                ГОСТ 147–95 «Топливо минеральное. Определение высшей теплоты сгорания и вычисление низшей теплоты сгорания»
6.                Буваков К. В. Свойства минеральных сорбентов применительно к технологиям топливосжигания: автореферат дисс.... канд. техн. наук. / К. В. Буваков — Томск, 2007. — 19 с.