CC BY
143
УДК 534
Г. И. Павлов, А. В. Кочергин, О. Р. Ситников,
А. И. Галимова, К. А. Кочергина, С. Ю. Гармонов
УСТАНОВКА ДЛЯ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ОТРАБОТАННЫХ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ
Ключевые слова: пульсирующее горение, смазочно-охлаждающие жидкости, способ огневого обезвреживания.
Для обезвреживания отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей разработана установка на принципе пульсирующего горения. С помощью разработанного способа также возможно уничтожение отработанных масел, шламов нефтепродуктов и промышленных сточных вод. Показано, что данная установка не окажет существенного влияния на загрязнение окружающей среды.
Keywords: pulsating combustion, lubrication-cooling liquid, ways of fire disposal.
The plant for used lubricant coolants disposal was designed on the principle of pulsating combustion. Also destruction of used oils, petrochemical sludge and industrial sewage are possible by this way. It is declared that this plant will have no impact on pollution.
В создавшейся ситуации высокого антропогенного давления на окружающую среду встает ряд задач по утилизации жидких отходов. Одна из таких задач связана с обезвреживанием отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей.
Смазочно-охлаждающие технологические средства являются неотъемлемым элементом процессов механической обработки металлов. Их применение позволяет повысить точность и чистоту обработки, снизить брак, в ряде случаев сократить количество технологических операций, улучшить условия труда и повысить производительность металлообрабатывающего оборудования [1-4]. В практике металлообработки наибольшее применение находят жидкие средства - смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) водосмешиваемые и масляные. В связи с ограниченными ресурсами минерального сырья имеется тенденция роста доли водосмешиваемых СОЖ [3, 5].
В процессе многократного использования все СОЖ истощаются и теряют свои технологические свойства. Осуществляемые в процессе эксплуатации меры позволяют существенно продлить срок службы СОЖ, однако рано или поздно наступает момент, когда дальнейшее их использование становится невозможным. Возникает необходимость удаления отработанной СОЖ из системы и ее замены [1, 4, 6].
Наибольшее количество СОЖ при обработке металлов резанием уносится стружкой. Наличие на стружке масел, масляных и водосмешиваемых СОЖ усложняет ее транспортировку, хранение, погрузочно-разгрузочные работы, переплав и способствует загрязнению окружающей среды. При переплаве стружки уносимые аэрозоли, осаждаясь на фильтрующих элементах, снижают эффективность работы газоочистительных установок. Контакт расплавленного чугуна с загруженной в конвертор стружкой вызывает бурное вскипание СОЖ, что создает аварийные ситуации. Кроме того, безвозвратно теряется значительное количество дефицитных и дорогостоящих СОЖ. Следует отметить, что если масляные СОЖ, особенно сейчас, как-то утилизируются, то с водосмешиваемыми жидкостями дела обстоят значительно хуже [1, 4, 6-10].
С экономической точки зрения отработанные СОЖ целесообразно регенерировать, но не всегда это возможно технологически. Одним из основных методов утилизации СОЖ является огневое обезвреживание (сжигание), а одним из наиболее эффективных и перспективных методов сжигания является пульсирующее горение. При пульсирующем горении достигается наибольшая полнота сгорания СОЖ и экологичность выбросов. Об отсутствии недожога свидетельствует отсутствие в выбросах углеводородов, а концентрация оксидов азота и монооксида углерода в несколько раз ниже предельно допустимой.
Для термического обезвреживания отработанных обводненных СОЖ разработана специальная установка, которая состоит из следующих узлов и механизмов: газогенератор, емкость для обводненных отходов, смеситель лопастной с электроприводом, емкость для жидких горючих отходов, электронагреватель, горелочный узел, камера дожига, теплообменный блок, дымовая труба высотой 3 м.
Газогенератор располагается на каркасном основании, которое анкерными болтами крепится к бетонированной площадке с навесом. Конструктивно установка выполнена легкоразборной, благодаря чему имеет улучшенные эксплуатационные характеристики. Не имеет огнеупорных покрытий. Стенки реактора изготовлены из жаропрочной стали, которые во время работы от перегрева защищаются пленкой обезвреживаемой жидкости. Общий вид установки представлен на рисунке 1.
Данная установка позволяет уничтожать кроме отходов СОЖ также отработанные синтетические и минеральные масла; шламы нефтепродуктов и сточные воды, сбрасываемые с территорий технологических площадок.
Рис. 1 - Технологическая схема обезвреживания отходов
Из емкости (1) через блок перемешивания с системой подогрева (2), в газогенератор (4), при помощи насоса-дозатора подаются обводненные отходы. Причем, камера сгорания форсунок не имеет. Жидкость в зону горения подается по трубке, ее распыление осуществляется непосредственно в газогенераторе за счет пульсационных эффектов. В газогенератор одновременно с жидкими отходами подаются высокотемпературные газы, которые генерируются горелочным узлом (5). Жидкие горючие производственные отходы или дизельное топливо из емкости (3), через систему подогрева по трубопроводу подаются в горелочный узел (5), где они сгорают в пульсирующем режиме. Под воздействием высокотемпературных пульсирующих газов и воздушного напора, создаваемого вентиляторной установкой, обезвреживаемая жидкость распыляется на стенки газогенератора, прогревается, и в смеси с воздухом сгорает. Подводимый для горения воздух и жидкостная пленка, образующаяся из обводненных отходов, предотвращает стенки камеры сгорания от перегрева. Внутрикамерные процессы в газогенераторе организованы таким образом, что обезвреживаемая жидкость подается сверху вниз, а огненный столб, состоящий из продуктов сгорания, движется снизу вверх. Такая схема горения (противоточная) позволяет повышать
производительность установки и поддерживать требуемую температуру горения даже при сжигании сильно обводненных отходов. Это обеспечивается тем, что в нагреве очередной порции обезвреживаемых отходов используется тепло не только вспомогательных горючих, но и горючих элементов, содержащихся в самих отходах. Продукты термического разложения, обогащенные горючими компонентами, в виде сложнозакрученного газового потока тангенциально выводятся из сопла, расположенного в нижней части газогенератора, в дожиговую камеру (6). Туда же эжектируется воздух. В дожиговой камере происходит окончательное огневое обезвреживание недогоревших газовых компонентов в окислительной среде. Отходящие газы направляются в теплообменник (7). Через теплообменник проходит змеевик, который соединен с накопителем тепла (8). Циркуляция теплоносителя осуществляется с помощью насоса. Из накопителя тепла горячая вода поступает потребителю. Следует отметить, что перед тем, как подать водную эмульсию в газогенератор (4), она в смесителе подвергается предварительной механической обработке (доводится до однородного состояния). При высокой степени обводненности обезвреживаемых отходов в последние добавляются жидкие горючие отходы. Твердый осадок в виде золы газовым потоком выносится в теплообменный блок, где сепарируется в зольнике (в нижней части теплообменника). Зольный остаток относится к 4 классу опасности, в виде мелких абразивных частиц составляет от 1 до 1,5% от объема сжигаемых отходов. Предлагаемая установка работает в непрерывном режиме. Время работы регламентируется периодичностью удаления зольного остатка, накапливающегося в нижней части реактора, и как показывает опыт, составляет 5^8 часов в зависимости от состава жидких отходов. В таблице 1 приведены технические характеристики установки.
Таблица 1 - Технические характеристики установки для обезвреживания жидких
обводненных отходов
Технические характеристики Значение параметра
Количество обезвреживаемых жидких обводненных отходов, л/ч Количество обезвреживаемого жидкого горючего отхода, л/ч Расход воздуха, подаваемого в горелочный узел, м /ч Расход воздуха, подаваемого в камеру дожига, м /ч Температура газов в термическом реакторе, 0С Потребляемая электрическая мощность, кВт (суммарная) 300-350 10-15 3000 1500-2000 800-1000 5
В таблице 2 представлены результаты замеров выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух непосредственно в устье источника выбросов. Эти результаты соответствуют следующим режимам работы установки: частота пульсаций составляет 110 Гц, коэффициент избытка воздуха в газогенераторе а = 0,7 ^ 0,8, в дожиговой камере а = 1,1 ^ 1,2, содержание воды в жидких отходах - 65 ^70%. Соотношение количества
обезвреживаемых жидких обводненных отходов к количеству жидких горючих отходов составляет 35:1.
Таблица 2 - Концентрации основных загрязняющих веществ в устье источника выброса
Вид сжигаемых отходов Ингредиент Место измерения Выброс, м3/с Концентрация максимальная, мг/м3
Обводненные отходы СОЖ Оксиды азота 54,32 ± 10,9
Диоксид серы 118,52 ± 23,7
Углерод чёрный (сажа) Устье трубы 25,50 ± 2,0
Диоксид углерода 0,145 465,67 ± 116,4
Предельные углеводороды (С1-С5) 13,60 ± 3,4
Расчёты концентраций и рассеивания выбросов загрязняющих веществ показали, что при самых неблагоприятных метеоусловиях с учётом эффекта суммации максимальная расчётная приземная концентрация вредных веществ в расчётных точках и на границе санитарно-защитной зоны не превышает ПДК. Из этого следует, установка для сжигания жидких обводненных отходов не окажет негативного воздействия на окружающую среду.
Литература
1. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки материалов / под ред. Е. Г. Бердичевского. - М.: Машиностроение, 1985. - 224 с.
2. Смазочно-охлаждающие жидкости для обработки металлов резанием: Рекомендации по применению. -М.: Научно-исследовательский институт информации по машиностроению, 1979. - 95 с.
3. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием / под ред. С. Г. Энтелиса, Э. М. Берлинера. - М.: Машиностроение, 1986. - 352 с.
4. Худобин Л.В. Техника применения смазочно-охлаждающих средств в металлообработке / Л. В. Худобин, Е. Г. Бердичевский. - М.: Машиностроение, 1977. - 189 с.
5. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение / под ред. В. М. Школьникова. - М.: Химия, 1989. - 432 с.
6. Малиновский Г.Т. Масляные смазочно-охлаждающие жидкости для обработки металлов резанием / Г. Т. Малиновский - М.: Химия, 1988. -192 с.
7. Ансеров Ю. М. Машиностроение и охрана окружающей среды / Ю. М. Ансеров В. Д. Дурнев - Л.: Машиностроение, 1979. - 224 с.
8. Костюк В.И. Очистка сточных вод машиностроительных предприятий / В. И. Костюк, Г. С. Карнаух. -Киев: Техника, 1990. -120 с.
9. Кучеренко Д.И. Оборотное водоснабжение / Д. И. Кучеренко, В. А. Гладков. - М.: Стройиздат, 1980. - 169 с.
10. Системы оборотного водоснабжения и локальные методы очистки сточных вод / А. Н. Семин - М.: НИИТхим, 1978 - 36 с.
© Г. И. Павлов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. специальных образовательных технологий КУИМЦ КНИТУ-КАИ им. А.Н.Туполева; А. В. Кочергин - д-р техн. наук, проф., директор КУИМЦ КНИТУ-КАИ им. А.Н.Туполева; О. Р. Ситников - канд. техн. нак, профессор каф. специальных образовательных технологий КУИМЦ КНИТУ-КАИ им. А.Н.Туполева; К. А. Кочергина - канд. техн. нак, доцент той же кафедры; С. Ю. Гармонов - д-р хим. наук, проф. каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КНИТУ, [email protected].
