СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД
METHOD AND INSTALLATION FOR WASTE WATER BURNING

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к физико-химической и термической обработке сточных вод на предприятиях химической, нефтегазодобывающей, нефтегазоперерабатывающей, строительной, деревообрабатывающей, легкой, пищевой промышленности, в транспортной отрасли, в коммунально-бытовой сфере и т.п.
Уровень техники
Обработка сточных вод путем их термического испарения (сжигания) давно известна и широко используется в добывающих и перерабатывающих отраслях промышленности, в строительстве и в коммунальном хозяйстве. В частности, сжигание сточных вод применяется в тех случаях, когда слив очищенных стоков в водоемы невозможен или нежелателен по физическим или экологическим причинам. Например, слив стоков в водоемы может быть невозможен в условиях вечной мерзлоты или запрещен на водоохранных территориях.
3
3
3
Известна горизонтальная факельная установка ГФУ-5М производства ТюменНИИгипрогаз (фиг. 1), предназначенная для термической утилизации пластовой воды на открытом воздухе путем ее испарения в газовом факеле при температуре 1000–1200°С с одновременным сжиганием содержащихся в ней органических и иных вредных веществ – сероводорода, меркаптанов и т.п. Установка ГФУ-5М позволяет снизить капитальные и эксплуатационные расходы на утилизацию стоков и сократить сроки ввода в эксплуатацию газовых скважин и технологических установок. Максимальная производительность установки составляет 6 м/час, расчетное количество газа на сжигание 1 м промышленных стоков – 400–800 м. Недостатками такой установки являются влияние погодных условий (ветер, температура воздуха) на степень сжигания загрязнений, отсутствие контроля степени сжигания загрязнений, отсутствие очистки дымовых газов от твердых частиц, необходимость создания полосы отчуждения вокруг установки, низкая производительность по стокам и высокий удельный расход газа.
Из патентной заявки на полезную модель RU 2015148743 известна установка для сжигания сточных вод коксохимического производства, содержащая вертикальную цилиндрическую камеру сгорания с жаростойкой футеровкой, снабженную форсунками для распыления сточной воды, газовыми горелками, расположенными ярусами в радиальном направлении по высоте камеры, и радиальными форсунками для распыления технической воды с целью охлаждения дымовых газов, расположенными в верхней части камеры сгорания перед отводящим газоходом. Недостатками такой установки являются расходование технической воды для охлаждения дымовых газов и необходимость последующей очистки дымовых газов от твердых частиц.
3
Из патентной заявки на изобретение RU 2010106941 известен огневой нейтрализатор промышленных стоков с горизонтальной камерой сгорания, воздуходувкой и газовой горелкой на входе в камеру сгорания, факел которой направлен в сторону камеры сгорания, форсункой для жидких отходов, распыляющей жидкие отходы в полости камеры сгорания, циклоном для очистки дымовых газов от твердых частиц, дымососом и дымовой трубой. Недостатками огневого нейтрализатора являются отсутствие очистки дымовых газов от газообразных вредных веществ, низкая производительность по стокам (1 м/час) и высокий удельный расход газа, вызванный неоптимальной конструкцией камеры сгорания.
Из патентной заявки на изобретение RU 2000112901 известна установка для огневого обезвреживания жидких отходов, содержащая циклонную печь, термохимический реактор для обработки дымовых газов аминосодержащей жидкостью с форсунками, расположенными на его боковых стенках, воздушный рекуператор для подогрева воздуха, подаваемого в печь и в поток дымовых газов, скруббер испарительного типа, центробежный каплеуловитель, сухой пылеуловитель и дымовую трубу. Недостатком такой установки является расходование чистой воды в скруббере.
Из патентной заявки на изобретение RU 2005132841 известна установка для термического обезвреживания жидких отходов, содержащая циклонную печь с газовой горелкой, установленной на ее крышке, тангенциально расположенные нагрузочные газовые горелки, форсунки для подачи жидких отходов, расположенные в плоскости ниже плоскости нагрузочных горелок под углом 8–10° к радиальному направлению навстречу вращению потока продуктов сгорания нагрузочных горелок, скруббер, содержащий ряд форсунок для распыления воды, установленных на его входном патрубке, и, по меньшей мере, три яруса форсунок для распыления воды, расположенных по ходу движения газового потока, трубу Вентури, циклон-каплеуловитель и дымовую трубу. Недостатком такой установки является расходование чистой воды для орошающего раствора в скруббере.
Из патентной заявки на изобретение SU 1481775 известен способ сжигания сточных вод в циклонной печи, в которую подают топливо, воздух и сточную воду, распыляемую совместно с вторичным воздухом, при этом сжигание ведут при недостатке вторичного воздуха с последующим дожиганием отходящих газов на выходе из печи за счет подачи острого дутья. Недостатком такого способа является отсутствие очистки дымовых газов от газообразных вредных веществ и твердых частиц, а также высокий удельный расход топлива.
Из патентной заявки на изобретение SU 2052947 известен способ сжигания жидких производственных отходов и устройство для его осуществления. Устройство содержит вертикальную цилиндрическую камеру с тангенциально расположенными на ее внутренней поверхности горелками, соплами вторичного воздуха и размещенными внутри них форсунками для щелочного стока, а также дополнительными форсунками, установленными под соплами для последовательной подачи кислого стока и раствора минеральных солей. Недостатком такого способа является отсутствие очистки дымовых газов от газообразных вредных веществ и твердых частиц, а также высокий удельный расход топлива.
Из патентной заявки на изобретение SU 2558050 известна печь для сжигания сточных вод, содержащая циклонную камеру сгорания с горелками, кольцевую камеру предварительного испарения, соединенную окнами с рабочей камерой и прокалочной камерой. В камере предварительного испарения происходит частичное испарение сточных вод, при этом концентрат сточных вод подается в рабочую камеру, а полученная в результате испарения воды и летучих органических веществ парогазовая смесь подается в прокалочную камеру. Недостатком такой печи является отсутствие очистки дымовых газов от газообразных вредных веществ и твердых частиц, а также высокий удельный расход топлива.
Из патентной заявки на изобретение SU 2549483 известна циклонная печь для огневого обезвреживания жидких промышленных отходов, содержащая камеру сгорания в виде ряда кольцевых полостей с горелками, охватывающую водоохлаждаемую цилиндрическую рабочую камеру с расположенными на ней поясами форсунок для подачи отходов и соединенную с ней тангенциальными каналами, при этом количество кольцевых полостей соответствует количеству поясов форсунок. Недостатком такой печи является отсутствие очистки дымовых газов от газообразных вредных веществ и твердых частиц, а также высокий удельный расход топлива.
Из патентной заявки на изобретение SU 4748621 известен способ обезвреживания сточных вод, содержащих органические вещества, включающий в себя термическую обработку при температуре 900–1100°С, в котором с целью сокращения энергетических затрат сточные воды, содержащие хлорорганические вещества, подвергают фильтрованию гибкими трубчатыми фильтрами с рециркуляцией сгущенного осадка, направляемого на сжигание, и выводом очищенного стока. Недостатками такого способа являются необходимость сливания или дальнейшей утилизации очищенного стока и отсутствие очистки дымовых газов от газообразных вредных веществ и твердых частиц.
Из патентной заявки на изобретение GB 19740038360 известны способ и циклонный реактор для инсинерации, технические решения которого, по существу, аналогичны решениям SU 2052947.
Из патентной заявки на изобретение FR 2272955A1 известен циклонный реактор для огневой обработки сточных вод, технические решения которого, по существу, аналогичны решениям SU2052947.
Из патентной заявки на изобретение US 19740500854 известны способ и циклонный реактор для огневой обработки промышленных сточных вод, технические решения которого, по существу, аналогичны решениям SU2052947.
Из патентной заявки на изобретение DE 19742440743 известен инсинератор для сточных вод, технические решения которого, по существу, аналогичны решениям SU2052947.
Из патентной заявки на изобретение KR 19960045644 известно устройство для обработки сточных вод, содержащее реактор с камерой сгорания, горелкой для сжигания топлива, флотатор для отделения загрязнений от сточных вод, форсунки для подачи очищенных сточных вод в камеру сгорания и пылеуловитель. Загрязнения, отделенные флотатором, подаются в камеру сгорания отдельно от очищенных сточных вод. Недостатками такого устройства являются отсутствие очистки дымовых газов от газообразных вредных веществ и высокий удельный расход топлива.
Из патентной заявки на изобретение US 19740450862 известен циклонный инсинератор для сточных вод, содержащий горизонтальную цилиндрическую камеру сгорания с двойными стенками и воздушным охлаждением, при этом сточные воды подаются в инсинератор в осевом направлении от торцевой стенки, а продукты сгорания от горелки направляются в инсинератор в тангенциальном направлении от цилиндрической стенки. Недостатком такого инсинератора является отсутствие очистки дымовых газов от газообразных вредных веществ и твердых частиц, а также высокий удельный расход топлива.
Из патентной заявки на изобретение KR 200461848 известен циклонный инсинератор для жидких отходов, содержащий горизонтальную цилиндрическую камеру сгорания. Недостатком такого инсинератора является отсутствие очистки дымовых газов от газообразных вредных веществ и твердых частиц, а также высокий удельный расход топлива.
Из патентной заявки на изобретение FR 19730007503 известны способ и устройство для инсинерации азотсодержащих водных растворов. В горелку камеры сгорания подается газ и воздух, а также концентрированный азотсодержащий водный раствор, получаемый путем частичного испарения исходного азотсодержащего водного раствора, разбрызгиваемого в потоке продуктов сгорания из камеры сгорания. Далее продукты сгорания попадают в скруббер для очистки дымовых газов, дымосос и дымовую трубу. Недостатком такого способа является расходование чистой воды для орошающего раствора в скруббере, а также высокий удельный расход топлива.
Таким образом, в предшествующем уровне техники не решена задача экономичной переработки больших объемов сточных вод без сливания в водоемы или дренирования результата переработки.
Раскрытие изобретения
Задача экономичной переработки больших объемов сточных вод без сливания в водоемы или дренирования результата переработки решена в установке для сжигания сточных вод, содержащей узел грубой фильтрации, выполненный с возможностью удаления твердых частиц из стоков; узел химической подготовки, вход которого соединен с выходом узла грубой фильтрации, выполненный с возможностью введения в стоки щелочного или кислотного корректора и/или коагулянта; электрофлотатор, вход которого соединен с выходом узла химической подготовки, выполненный с возможностью электрохимической очистки стоков; отстойник, вход которого соединен с выходом электрофлотатора, выполненный с возможностью осаждения взвесей из стоков; узел тонкой фильтрации и ионного обмена, вход которого соединен с выходом отстойника, выполненный с возможностью удаления мелкодисперсных взвесей, ионов металлов и соединений азота из стоков; скруббер, входы которого соединены с выходом узла тонкой фильтрации и ионного обмена и с выходом инсинератора, выполненный с возможностью распыления очищенных стоков из узла тонкой фильтрации и ионного обмена в потоке продуктов сгорания из инсинератора; дегидрататор, вход которого соединен с выходом электрофлотатора для загрязнений и с выходом отстойника для загрязнений, выполненный с возможностью разделения загрязнений на фугат и кек; инсинератор, вход которого соединен с выходом дегидрататора, выполненный с возможностью сжигания фугата.
Соединение между узлом тонкой фильтрации и ионного обмена и скруббером в установке может содержать узел мембранной фильтрации, выполненный с возможностью разделения стоков на концентрат, предназначенный для сжигания в инсинераторе, и пермеат, предназначенный для распыления в скруббере. Узел мембранной фильтрации может представлять собой узел ультрафильтрации, узел нанофильтрации или обратноосмотический узел.
Соединение между электрофлотатором, отстойником и дегидрататором в установке может содержать накопитель осадка, выполненный с возможностью накопления загрязнений (пены из электрофлотатора, осадка из электрофлотатора и из отстойника) до подачи в дегидрататор.
Соединение между дегидрататором, узлом тонкой фильтрации и ионного обмена и инсинератором может содержать накопитель загрязненных стоков, выполненный с возможностью накопления загрязненных стоков (фугата, концентрата, промывных вод) до подачи в инсинератор.
Соединение между узлом тонкой фильтрации и ионного обмена или узлом мембранной фильтрации и скруббером может содержать накопитель очищенных стоков (стоков из узла тонкой фильтрации и ионного обмена или пермеата из узла мембранной фильтрации), выполненный с возможностью накопления очищенных стоков до подачи в скруббер.
Установка может дополнительно содержать узел термического обезвреживания твердых отходов, соединенный с дегидрататором, выполненный с возможностью термического обезвреживания кека с целью его дальнейшей утилизации.
Соединение между инсинератором и скруббером может содержать теплообменник, выполненный с возможностью утилизации тепловой энергии продуктов сгорания; альтернативно теплообменник может быть соединен с выходом скруббера.
Инсинератор может содержать циклонную печь и копильник, принимающий продукты сгорания из циклонной печи.
Установка может содержать вертикальный дымоход и горизонтальный дымоход между инсинератором и скруббером, а также дымосос после скруббера, обеспечивающий разрежение в установке. Скруббер может представлять собой скруббер сухого или полусухого типа.
Установка может быть реализована по модульному принципу. В частности, инсинератор, скруббер, вертикальный и горизонтальный дымоходы, дымосос и дымовая труба могут быть объединены в секцию сжигания, представляющую собой один из модулей. Установка может содержать несколько секций сжигания, способных работать параллельно и независимо друг от друга. Установка также может содержать несколько модулей, каждый из которых содержит оборудование для очистки стоков и способен работать независимо от других аналогичных модулей, включенных параллельно.
Задача экономичной переработки больших объемов сточных вод без сливания в водоемы или дренирования результата переработки решена способом сжигания сточных вод в установке для сжигания сточных вод, включающим в себя следующие стадии:
- (а) удаляют твердые частицы из стоков в узле грубой фильтрации;
- (б) после стадии (а) вводят в стоки щелочной или кислотный корректор и/или коагулянт в узле химической подготовки;
- (в) после стадии (б) выполняют электрохимическую очистку стоков в электрофлотаторе;
- (г) после стадии (в) осаждают взвеси из стоков в отстойнике;
- (д) после стадии (г) удаляют из стоков мелкодисперсные взвеси, ионы металлов и соединения азота в узле тонкой фильтрации и ионного обмена;
- (е) очищенные стоки после стадии (д) распыляют в скруббере в потоке продуктов сгорания из инсинератора;
- (ж) загрязнения, отделенные на стадиях (в) и (г), разделяют на фугат и кек в дегидрататоре;
- (з) фугат после стадии (ж) сжигают в инсинераторе.
В указанном способе стоки после стадии (д) возможно дополнительно обрабатывать в узле мембранной фильтрации с разделением на концентрат и пермеат, при этом концентрат сжигают в инсинераторе совместно с фугатом и другими загрязненными стоками, а пермеат распыляют в скруббере. Узел мембранной фильтрации возможно обеспечивать в виде узла ультрафильтрации, узла нанофильтрации или обратноосмотического узла.
Загрязнения, отделенные на стадиях (в) и (г) в указанном способе, возможно накапливать в накопителе осадка до разделения в дегидрататоре.
Загрязненные стоки (фугат, концентрат, промывные воды) в указанном способе возможно накапливать в накопителе загрязненных стоков до сжигания в инсинераторе.
Очищенные стоки (стоки из узла тонкой фильтрации и ионного обмена или пермеат из узла мембранной фильтрации) в указанном способе возможно накапливать в накопителе очищенных стоков до распыления в скруббере.
В указанном способе кек, образованный в дегидрататоре, возможно подвергать термическому обезвреживанию в узле термического обезвреживания твердых отходов с целью дальнейшей утилизации.
Указанный способ может предусматривать утилизацию тепловой энергии продуктов сгорания с использованием теплообменника.
В указанном способе сжигание загрязненных стоков в инсинераторе возможно осуществлять с использованием циклонной печи, а продукты сгорания из циклонной печи направлять в копильник.
В указанном способе продукты сгорания из инсинератора возможно направлять в скруббер с использованием вертикального дымохода и горизонтального дымохода. Скруббер в указанном способе может быть реализован в виде скруббера сухого или полусухого типа. Для обеспечения разрежения в установке для сжигания сточных вод возможно использование дымососа, расположенного после скруббера.
В указанном способе установка для сжигания сточных вод может быть реализована по модульному принципу, в частности инсинератор, скруббер, вертикальный и горизонтальный дымоходы, дымосос и дымовая труба могут быть объединены в секцию сжигания, представляющую собой один из модулей установки. При этом способ может предусматривать реализацию нескольких секций сжигания, способных работать параллельно и независимо друг от друга. Также способ может предусматривать реализацию несколько модулей, каждый из которых содержит оборудование для очистки стоков и способен работать параллельно с другими аналогичными модулями и независимо от них.
Задача экономичной переработки больших объемов сточных вод без сливания в водоемы или дренирования результата переработки решена с достижением следующих технических результатов.
В настоящем изобретении сжиганию в инсинераторе подвергается меньшая часть объема перерабатываемых установкой сточных вод, а для испарения большей части стоков используется тепловая энергия дымовых газов из инсинератора. Это обеспечивает высокую энергетическую эффективность и экономичность установки.
Многоступенчатая технология очистки стоков до направления их на сжигание и испарение позволяет существенно снизить содержание вредных веществ в парогазовой смеси, выпускаемой в атмосферу, при одновременном обеспечении высокой производительности установки.
Модульный принцип функционально-конструктивного разукрупнения позволяет реализовать высокие показатели надежности установки, стабильность технологических показателей работы установки (в том числе содержание вредных веществ в выпускаемых газах) при воздействии дестабилизирующих факторов (аварии, отключение части оборудования для технического обслуживания и планово-предупредительного ремонта, изменение физико-химических показателей сточных вод, резкое увеличение дебита сточных вод и т.п.), а также возможность поэтапного наращивания производительности установки без вывода из эксплуатации ее действующих мощностей.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена горизонтальная факельная установка ГФУ-5М производства ТюменНИИгипрогаз и ее применение для сжигания пластовых вод на месторождении «Медвежье» в Надымском районе Тюменской области (2009 г.).
На фиг. 2 представлена принципиальная технологическая схема установки для сжигания сточных вод в соответствии с изобретением.
На фиг. 3 представлены сведения о содержании веществ в очищенных стоках, направляемых в скруббер для распыления в дымовых газах в соответствии с изобретением.
На фиг. 4 представлен пример конструкции циклонной печи.
На фиг. 5 представлен пример конструкции копильника.
На фиг. 6 представлен пример конструкции скруббера.
На фиг. 7 представлен пример секции сжигания.
На фиг. 8 представлен пример установки, содержащей 12 секций сжигания.
На фиг. 9 представлена установка с фиг. 8 в другом ракурсе.
Осуществление изобретения
На фиг. 2 представлена принципиальная технологическая схема установки для сжигания сточных вод в соответствии с изобретением. Сточные воды, доставляемые системой канализации или транспортными средствами, накапливаются в буферной емкости (1), объем которой выбирается достаточным для обеспечения непрерывной круглосуточной работы установки. Емкость может быть оснащена встроенными обогревателями и наружной тепловой изоляцией.
Из буферной емкости (1) стоки насосом подаются в узел (2) грубой фильтрации, содержащий одну или несколько ступеней механических фильтров, где происходит удаление из сточных вод твердых частиц – мусора и грубых взвесей. В качестве механических фильтров могут применяться сеточные фильтры, размер ячейки которых может составлять от 0,1 мм до 10 мм в зависимости от происхождения сточных вод. Очистка механических фильтров от загрязнений может выполняться вручную или автоматически. Например, первая ступень механических фильтров может иметь размер ячейки фильтрующей сетки 5 мм, а вторая ступень – 0,5 мм, при этом очистка фильтров первой ступени может выполняться вручную, а очистка фильтров второй ступени – обратной промывкой автоматически (по таймеру или в зависимости от перепада давления на фильтре). Крупные твердые частицы направляются в узел (12) термического обезвреживания, а часть стоков после механической фильтрации возвращается в буферную емкость для взмучивания с целью предотвращения или уменьшения образования осадка в буферной емкости. Туда же сливаются промывные воды при периодической обратной промывке фильтров.
Из узла грубой фильтрации стоки попадают в узел (3) химической подготовки, в котором в стоки, в зависимости от исходного значения рН стоков, вводится щелочной или кислотный корректор, а также раствор коагулянта, способствующий образованию хлопьев гидроксидов металлов, в дальнейшем выпадающих в осадок, причем эти хлопья обладают способностью агрегировать коллоидные и взвешенные частицы загрязнений. Дозирование щелочного корректора, кислотного корректора и коагулянта осуществляется насосами-дозаторами. Для приготовления упомянутых реагентов используется технологическая вода из накопителя (11) очищенных стоков.
Из узла химической подготовки стоки попадают в электрофлотатор (4), в котором осуществляется электрохимическая обработка стоков, необходимая для очистки стоков от нерастворимых фосфатов и гидроксидов металлов, суспензий, эмульгированных веществ, нефтепродуктов, масел, поверхностно-активных веществ и прочих загрязнений. В процессе электрофлотации упомянутые загрязнения взаимодействуют с электролитическими газами – водородом и кислородом, образующимися на катоде и аноде, и легкие продукты этого взаимодействия выносятся на поверхность стоков в виде пены, которая удаляется в накопитель (7) осадка, а тяжелые оседают на дно вместе с продуктами коагуляции и откачиваются насосом в тот же накопитель осадка.
Из электрофлотатора стоки попадают в отстойник (5), по пути в них вводится раствор карбоната натрия для снижения жесткости (как карбонатной, так и некарбонатной) и раствор коагулянта для осаждения из стоков коллоидных частиц, которому способствует плавное перемешивание стоков в смесителе (не показан на чертежах). В отстойнике под действием упомянутых реагентов осаждаются взвеси, которые откачиваются насосом и подаются в накопитель осадка. Для облегчения забора осадка он может взмучиваться технологической водой из накопителя очищенных стоков, которая также может использоваться для приготовления упомянутых реагентов.
Из отстойника стоки направляются в узел (6) тонкой фильтрации и ионного обмена, где в засыпных фильтрах с зернистой структурой фильтрующего элемента происходит удаление из стоков мелкодисперсных взвесей и окисленных примесей размером более 10÷100 мкм. Фильтры по мере засорения подвергаются обратной промывке технологической водой из накопителя очищенных стоков, промывные воды отводятся в накопитель (8) загрязненных стоков. Удаление из стоков оставшихся солей жесткости, тяжелых металлов и аммонийного азота осуществляется в результате ионообменной очистки в катионообменных фильтрах, которые периодически подвергаются обратной промывке, при этом промывные воды сливаются в накопитель загрязненных стоков. По мере выработки рабочей обменной емкости катионообменные фильтры регенерируются хлоридом натрия. Затем стоки обрабатываются картриджными механическими фильтрами, где задерживаются частицы загрязнений размером более 1÷10 мкм.
Из узла тонкой фильтрации стоки подаются в накопитель (11) очищенных стоков, откуда они попадают в скруббер (14), испаряются в потоке продуктов сгорания из инсинератора (13) и через дымовую трубу выводятся в атмосферу.
В некоторых вариантах осуществления изобретения часть оборудования установки может отсутствовать (например, буферная емкость, узел термического обезвреживания, дегидрататор), а их функции может выполнять оборудование смежных систем объекта, на котором смонтирована или который обслуживает установка.
В зависимости от минерального состава стоков и требований к степени очистки стоков, распыляемых в дымовых газах, между узлом тонкой фильтрации и накопителем очищенных стоков может применяться дополнительная ступень очистки – узел мембранной фильтрации, например узел ультрафильтрации, где задерживаются частицы загрязнений размером более 0,01÷0,1 мкм, узел нанофильтрации, где задерживаются частицы загрязнений размером более 0,001÷0,01 мкм, или обратноосмотический узел, в котором происходит деминерализация стоков – из них удаляются хлориды, сульфаты и остатки аммонийного азота. Для защиты мембран от солей жесткости в стоки может вводиться антискалант.  В процессе мембранной очистки стоки разделяются на две части – концентрат (поток с высоким содержанием солей) частично идет на циркуляцию, частично отводится в накопитель грязных стоков, а пермеат (поток очищенной воды) направляется в накопитель очищенных стоков. Концентрат также возможно отводить из установки для хозяйственного использования, например концентрат, получаемый при очистке буровых шламов на водно-солевой основе, может использоваться для приготовления свежих буровых растворов.
На фиг. 3 представлены сведения о содержании веществ в очищенных стоках, направляемых в скруббер для распыления в дымовых газах, полученные заявителем в ходе опытной эксплуатации установки согласно изобретению на станции очистки стоков СОС-360 нефтегазоконденсатного месторождения Чаяндинское-1. Из них видно, что применение дополнительной мембранной очистки стоков позволяет существенно снизить минерализацию очищенных стоков, подаваемых в скруббер для распыления, и тем самым уменьшить выбросы в атмосферу, например, с целью предотвратить засоление почв хлоридами натрия и калия.
Осадок из накопителя осадка поступает в дегидрататор (10), в котором загрязнения подвергаются частичному обезвоживанию, при этом фугат (отделенная от осадка вода) отводится в накопитель загрязненных стоков, а кек (частично обезвоженный осадок) влажностью 50÷80% отправляется в узел (12) термического обезвреживания, откуда после термической обработки он поступает на полигон для захоронения или подвергается иной утилизации. В дегидрататор подается флокулянт, способствующий агломерированию дисперсной фазы осадка. В установке может использоваться дегидрататор любого вида (центробежный, шнековый и т.д., периодического или непрерывного действия), имеющий достаточную производительность и обеспечивающий указанную выше влажность кека.
Следует отметить, что в различных вариантах осуществления изобретения технологические стоки, образующиеся в процессе эксплуатации установки (например, промывные воды из упомянутых выше частей установки), в зависимости от их объема и физико-химического состава могут либо сливаться в накопитель загрязненных стоков, либо возвращаться во входную буферную емкость и использоваться для взмучивания.
Загрязненные стоки из накопителя загрязненных стоков подаются в инсинератор (13), в котором они распыляются в камере сгорания циклонной печи (20), при этом органические вещества практически полностью сгорают, а минеральные вещества в расплавленном виде оседают в копильнике (30), откуда они в зависимости от их объема и состава могут либо отводиться в виде расплава, либо извлекаться в твердом виде для отправки на захоронение или иной утилизации.
Продукты сгорания из инсинератора через систему дымоходов (16, 17) попадают в скруббер (14), где в потоке продуктов сгорания испаряются очищенные стоки, подаваемые из накопителя очищенных стоков, обеспечивая охлаждение дымовых газов, которые далее дымососом выводятся в атмосферу через дымовую трубу. Оседающие в нижней части скруббера загрязнения удаляются промывкой технологической водой, промывные воды направляются в накопитель загрязненных стоков.
Парогазовая смесь (ПГС) из инсинератора до попадания в скруббер или из скруббера до попадания в дымовую трубу может проходить через теплообменник (15) для утилизации тепловой энергии дымовых газов. Нагретый в теплообменнике теплоноситель далее может использоваться в технологическом процессе для обогрева частей установки (например, буферной емкости, трубопроводов, емкости для приготовления раствора соды и т.п.), обогрева технологических помещений, в которых размещена установка, или для иных производственных либо хозяйственных нужд.
При необходимости парогазовая смесь из скруббера до попадания в дымовую трубу может проходить через дополнительный узел фильтрации (не показан на чертежах) для удаления из нее следов вредных веществ (соединений серы, сурьмы, мышьяка и т.п.).
Инсинератор содержит циклонную печь (20) и копильник (30). На фиг. 4 представлен пример конструкции циклонной печи. Циклонная печь (20) содержит камеру сгорания с огнеупорной футеровкой (21), теплоизоляцией (22) и наружной обшивкой (23), запальную горелку (24), по меньшей мере, одну топливную горелку (25) и, по меньшей мере, одну форсунку (26) для распыления загрязненных стоков. Наружная обшивка отделена от теплоизоляции кольцевым зазором для прохождения охлаждающего воздуха, который подается через входной патрубок (28) и отводится через выходной патрубок (29).
В варианте осуществления, представленном на фиг. 4, циклонная печь оборудована двумя горелками для газообразного топлива (например, природного газа) и четырьмя форсунками для распыления загрязненных стоков. В других вариантах осуществления циклонная печь может быть оборудована горелками для жидкого топлива (например, дизельного топлива или печного топлива надлежащей степени очистки), которые могут монтироваться в патрубках (27).
Тангенциальное расположение горелок (25) и высокая скорость подачи топлива и первичного воздуха обеспечивает интенсивное вихревое движение потока продуктов сгорания топлива, в который радиально расположенными форсунками (26) распыляются загрязненные стоки. Высокая температура в камере сгорания (900÷1000°С) обеспечивает термическое обезвреживание загрязнений. Вихревое движение продуктов сгорания в направлении сверху вниз способствует более полному и эффективному сгоранию загрязнений.
Из циклонной печи продукты сгорания попадают в копильник (30), пример конструкции которого представлен на фиг. 5. Копильник представляет собой коробчатую конструкцию, ограниченную крышкой (31), стенками (34) и основанием (35), с огнеупорной внутренней поверхностью, предназначенную для сбора несгоревших частиц загрязнений, поступающих с потоком продуктов сгорания из циклонной печи и представляющих собой, в основном, капли и аэрозоль минерального расплава. Расплав оседает в нижней части копильника и по мере накопления выводится через летку (36), а газообразные продукты сгорания через отверстие (33) поступают в дымоход. Технологический люк (37) используется для технического обслуживания копильника.
Из копильника продукты сгорания через систему дымоходов, содержащую вертикальный дымоход (16) и горизонтальный дымоход (17), попадают в скруббер (14).
На фиг. 6 представлен пример конструкции скруббера. Скруббер представляет собой в целом цилиндрическую конструкцию, в которую сверху через входное отверстие (40) подаются продукты сгорания из инсинератора, а через входной патрубок (41) коллектора (42) поступают очищенные стоки, которые распыляются через форсунки (43) в рабочем объеме (44). В представленном на фиг. 6 примере применено шесть форсунок, но их количество может быть иным, в зависимости от требуемой производительности скруббера.
Образуемый при распылении аэрозоль испаряется в потоке продуктов сгорания, охлаждая их с приблизительно 900°С на входе скруббера до приблизительно 180°С на выходе скруббера. Предпочтительно применение скруббера сухого или полусухого типа, в котором в потоке продуктов сгорания испаряется весь или практически весь аэрозоль. Образующаяся парогазовая смесь забирается через внутренний газоход (45) из нижней части скруббера и отводится из скруббера через выходное отверстие (46). Твердые вещества (в основном, минеральные соли) оседают в нижней части скруббера, и растворимая часть этого осадка может удаляться промывочными водами, подаваемыми через входной дренажный патрубок (47) и отводимыми через выходной дренажный патрубок (48), а нерастворимая часть – выгружаться в сухом виде через технологический люк (49) и далее направляться на захоронение или утилизироваться иным способом либо удаляться химическим путем.
Установка также содержит оборудование, не указанное в описании изобретения, но объективно необходимое для функционирования установки – промежуточные и балансировочные емкости, трубы, патрубки, фланцевые и иные соединения, запорную и регулировочную арматуру, клапаны, насосы, вентиляторы, компрессоры, измерительные приборы и индикаторы, электронную систему управления технологическим процессом, электронную систему безопасности, загрузочные и разгрузочные механизмы и т.п. Такое оборудование, его характеристики, цели и способы его применения хорошо известны специалисту в данной области техники, и поэтому их описание опущено для краткости изложения.
Установка может быть реализована на основе модульного принципа, предполагающего деление установки на части по функционально-конструктивным признакам и возможность применения нескольких однотипных модулей для обеспечения необходимых характеристик установки. В частности, в зависимости от требований к производительности и безотказности установки она может содержать одну или несколько буферных емкостей, один или несколько узлов грубой фильтрации, один или несколько узлов химической подготовки, один или несколько электрофлотаторов, один или несколько отстойников, один или несколько узлов тонкой фильтрации и ионообмена, один или несколько узлов мембранной фильтрации (при необходимости), один или несколько накопителей осадка, один или несколько накопителей загрязненных стоков, один или несколько накопителей очищенных стоков, один или несколько дегидрататоров, одну или несколько установок термического обезвреживания твердых отходов, один или несколько теплообменников (при необходимости) и одну или несколько секций сжигания.
Модульность конструкции позволяет упростить и ускорить проектирование установки для конкретных условий эксплуатации, обеспечивает возможность выбора характеристик установки из широкого спектра значений, делает возможным наращивание производительности установки в процессе эксплуатации без существенного перерыва на реконструкцию, а также обеспечивает возможность проведения технического обслуживания или планово-предупредительного ремонта на части установки без вывода из эксплуатации всей установки.
Модульный принцип проиллюстрирован на примере секции сжигания, пример конструкции которой представлен на фиг. 7. В состав секции входят инсинератор, содержащий циклонную печь (20) и копильник (30), скруббер (14), дымоходы (16, 17), дымосос (18) и дымовая труба (19). Циклонная печь, копильник, скруббер и высокотемпературные дымоходы могут быть смонтированы на металлической несущей конструкции (50) рамного типа. Несколько секций могут объединяться для параллельной работы с целью достижения требуемой производительности и безотказности работы установки.
На фиг. 8 и 9 представлен пример, в котором установка (100) содержит 12 секций сжигания, из которых 10 секций рабочие, 2 секции – резервные. Резервные секции могут использоваться при выполнении технического обслуживания, проведении планового или внепланового ремонта, а также в случае необходимости временного повышения производительности установки для исключения переполнения буферных емкостей в случае залпового сброса сточных вод. При этом технологические показатели работы установки не выходят за пределы заданных значений, близких к оптимальным для конкретных условий эксплуатации.
Очистная часть установки также может быть реализована по модульному принципу и располагаться в непосредственной близи от секций сжигания. В примере на фиг. 8 и 9 очистная часть также смонтирована на металлической несущей конструкции рамного типа, там же расположены топливная арматура для питания инсинератора, устройства управления и автоматики, технологические помещения и помещения для дежурного персонала. Несущие конструкции очистной части установки и секций сжигания совместно образуют металлическое сооружение (51), которое может содержать кровлю и ограждающие конструкции. За пределами сооружения расположены буферные емкости (1) для сточных вод, топливный бак (52) для жидкого топлива, дымососы (18) и дымовые трубы (19) с собственными несущими конструкциями (53).
3
3
3
3
В одном из примеров практической реализации изобретения буферные емкости способны принять по 400 м сточных вод каждая, производительность по стокам каждой секции сжигания составляет 1,5 м/ч, из которых приблизительно 580 л/ч подается на сжигание в инсинератор и приблизительно 920 л/ч направляется для распыления в скруббер. Номинальная производительность установки составляет 15 м/ч, максимальная – 18 м/ч.
3
3
3
3
Таким образом, сжиганию в инсинераторе подвергается менее 40% объема перерабатываемых установкой сточных вод, а для испарения остальной части стоков используется тепловая энергия дымовых газов из инсинератора. Это позволяет достичь высокой эффективности использования топлива. В описанном примере удельный расход топлива в установке составляет 92 м природного газа на 1 м стоков (против 400–800 мна 1 м стоков при сжигании сточных вод на открытом воздухе в установке ГФУ-5М, см. фиг. 1).
Многоступенчатая очистка стоков до направления их на сжигание и испарение обеспечивает выполнение экологических требований, а модульный принцип реализации установки гарантирует высокую надежность и стабильность работы установки, а также возможность наращивания производительности установки без длительного перерыва в ее работе.
Позиционные обозначения на чертежах
1 – буферная емкость
2 – узел грубой фильтрации
3 – узел химической подготовки
4 – электрофлотатор
5 – отстойник
6 – узел тонкой фильтрации и ионного обмена
7 – накопитель осадка
8 – накопитель загрязненных стоков
9 – узел мембранной фильтрации
10 – дегидрататор
11 – накопитель очищенных стоков
12 – узел термического обезвреживания твердых отходов
13 – инсинератор
14 – скруббер
15 – теплообменник
16 – вертикальный дымоход
17 – горизонтальный дымоход
18 – дымосос
19 – дымовая труба
20 – циклонная печь
21 – огнеупорная футеровка
22 – теплоизоляция
23 – наружная обшивка
24 – запальная горелка
25 – топливная горелка для газообразного топлива
26 – форсунка для распыления загрязненных стоков
27 – топливная горелка для жидкого топлива
28 – входной патрубок для охлаждающего воздуха
29 – выходной патрубок для охлаждающего воздуха
30 – копильник
31 – крышка
32 – отверстие для соединения с циклонной печью
33 – отверстие для соединения с вертикальным дымоходом
34 – стенка
35 – основание
36 – летка
37 – технологический люк
40 – входное отверстие скруббера
41 – входной патрубок
42 – коллектор
43 – форсунка
44 – рабочий объем
45 – внутренний газоход
46 – выходное отверстие
47 – входной дренажный патрубок
48 – выходной дренажный патрубок
49 – технологический люк
50 – несущая конструкция
51 – металлическое сооружение
52 – топливный бак
53 – несущая конструкция трубы
100 – установка для сжигания сточных вод