Экологизированное производство водяного пара теплоэлектроцентралей и совместная очистка дымовых газов и гальванических производств

Инв. № подп

Подп. и дата

Взам. инв. №

Инв. № дубл.

Подп. и дата











Лист

77

ТПЖА.061311.050



Лит

№ докум.

Изм.

Подп.

Дата























МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 

высшего образования 

«Вятский государственный университет»



			Институт химии и экологии	

Кафедра промышленной и прикладной экологии 





Допускаю к защите

Заведующий кафедрой                                         / Хитрин С. В. / 

					(подпись) 			(Ф. И. О.)







Экологизированное производство водяного пара теплоэлектроцентралей и совместная очистка дымовых газов и гальванических производств

Пояснительная записка дипломной работы 

ТПЖА. 061311. 050 ПЗ









Разработала студентка гр. РСП-41   _________________ / Рочева Д. Ю./  

(подпись) 

Руководитель к.т.н., доцент 		                                        / Фукс С. Л./ 

			(подпись) 

Нормоконтролер к.т.н., доцент      	                                        / Фукс С. Л./               

(подпись) 		   (Ф. И. О.)           (дата)





Киров 2016


Содержание





У

Д

Лист

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата1

ТПЖА. 061311.050 ПЗ  

Листов

Лит.

Р

2



 Разраб.     Рочева Д. Ю.

 Проверил   Фукс С. Л.

 Н. контр.   Фукс С. Л.

 Утв.        Хитрин С. В.

 Т. контр.



ЭКОЛОГИЗИРОВАННОЕ ПРОИЗВОДСТВО ВОДЯНОГО ПАРА ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛЕЙ И СОВМЕСТНАЯ ОЧИСТКА ДЫМОВЫХ ГАЗОВ И ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ



Кафедра ППЭ

РСП-41

Инв. № подл.

Подпись и дата

 Подпись и дата

Взам. инв. №

Инв. № дубл.

Введение



Электрическая энергия считается основой современной цивилизации. От данного продукта зависят практически все сферы деятельности, такие как фабрики, заводы, транспорт, медицинские учреждения и многое другое.

			Тепловые электроцентрали могут оказывать негативное воздействие на окружающую природную среду. Оно различно по характеру и степени в зависимости от вида используемого топлива, применяемой технологии, мощности и т.д. [1].

Образование электрической энергии происходит при выделении различных видов энергии, в том числе тепловой, возникающей в процессе сжигания топлива: угля, торфа, природного газа, мазута, горючих сланцев.

			Использование угля приводит к образованию газообразных, твердых и жидких отходов. Это осложняет процесс производства энергии необходимостью уменьшать воздействие этих отходов на ОС. Основным путем снижения антропогенного давления является создание технологических процессов, позволяющих минимизировать отрицательное влияние процессов горения угля. В связи с этим необходимо разрабатывать малоотходные технологии с утилизацией максимально возможного количества шлаков, золы и сточных вод данного производства в различных технологических процессах. Это возможно путем переработки отходов во вторичные материальные ресурсы. В настоящее время наиболее эффективными методами рекуперации  являются способы использования вторичных материалов в строительстве, в изготовление керамики, стекла, создание новых эффективных сорбентов и т.д.

Целью данной работы является разработка производства тепла для получения электрической энергии с утилизацией всех компонентов дымового газа, а также применение твердых отходов ТЭЦ для очистки сточных вод участка фосфатирования сталей.





Задачи дипломного проекта:

1) теоретическое обоснование экологизации технологий производства пара для получения электрической энергии и гальванического производства для получения фосфатного покрытия на стальных деталях

2) разработка технологии получения пара и очистки дымовых газов;

3) разработка технологии фосфатирования деталей и очистки сточных вод;

4) утилизация отходов процессов очистки дымовых газов и СВ;

 5) рекомендации по созданию малоотходных энергетических и гальванических производств;

6) оптимизация технологии фосфатирования деталей из стали;

7) изучение процесса адсорбции Zn2+ и РО43- сорбентом, представляющим смесь золы-уноса и гидролизного лигнина. 




1 Характеристика объектов и исходные данные проектирования 



1.1 Характеристика ТЭЦ



Кировская тепловая электроцентраль является предприятием непрерывного действия, вырабатывающим тепловую и электрическую энергию.

На всех ТЭЦ процесс получения тепловой и электрической энергии осуществляется за счет использования потенциальной химической энергии горючих элементов топлива. Используемое топливо: природный газ, каменный уголь Кузнецкого угольного бассейна торф и мазут. Резервным топливом является мазут. 

Кинетическая энергия пара превращается в механическую энергию вращающегося ротора турбогенератора и затем в электрическую. Пар, покидающий турбину, обладает еще достаточно большим запасом тепла, которое можно использовать в различных целях, поэтому в отопительный период большая часть отработанного пара поступает в сетевые подогреватели, где нагревает сетевую воду, поступающую в г. Киров. Остальной пар поступает в конденсатор, где охлаждается циркуляционной водой.

Охлажденный пар конденсируется в сетевых подогревателях и в конденсаторе. Конденсат обратно возвращается в паровой котел.

Летом при отсутствии потребления тепла отработанный пар поступает в конденсатор, где охлаждается циркуляционной водой, конденсируется и снова возвращается для выработки пара.

Нагретая циркуляционная вода поступает в градирню, где охлаждается поступающим воздухом и возвращается снова в конденсатор и на другие теплообменные аппараты.

На ТЭЦ в качестве основного топлива используется каменный уголь Кузнецкого бассейна. В настоящее время в котлах сжигается также торф и природный газ. 

Пиковые водогрейные котлы включаются в работу для покрытия пиковых тепловых нагрузок г. Кирова при достижении отрицательных температур воздуха – 10 °С и ниже.

Мазут является резервным топливом для пиковых котлов и может сжигаться в паровых котлах, на подсветку факела при низком качестве твердого топлива.

При сгорании твердого топлива образуется зола, которая улавливается в золоуловителях водой - мокрыми скрубберами с трубами Вентури. 

Очищенные газы идут в дымовую трубу. Золовая пульпа поступает на золоотвал, где происходит отстой, осветление воды. Осветленная вода возвращается снова для целей золоудаления.

Таким образом, на станции существует 4 основных контура обращения воды.

Кроме этого имеются очистные сооружения ливневых стоков и замасленно-замазученных стоков, которые образуют 5 контур - систему оборотного водоснабжения.

При опорожнении градирен, водоводов, конденсаторов, обмыве поверхностей водогрейной котельной, ливневые и талые стоки с кровли машзала, ПВК и т.д. поступают на очистные сооружения, очищаются и возвращаются вновь на станцию.

Требования к качеству воды в каждом контуре резко различны, поэтому для восполнения потерь в 1-ом и 2-ом контурах вода в них поступает только после очистки до нормативных требований на химводоочистке.

Источником водоснабжения является р. Вятка, где установлена береговая насосная станция I-го и II-го подъема.

Вода по трем водоводам поступает в контур циркуляционной воды.

Источником хозяйственно-питьевого водоснабжения является городской водопровод.





1.2 Характеристика машиностроительного производства



Местом проектирования линии   фосфатирования является территория завода, который расположен в черте г. Кирова. 

Кроме нанесения покрытий на заводе проводятся следующие виды деятельности: стальное и цветное литье, механическая обработка, термообработка, ремонтно-механические операции, покрытие лакокрасочными материалами. Кроме перечисленного на территории находятся очистные сооружения. 

Водоснабжение завода производится из городского водопровода. СВ, после станции очистки и контроля, сбрасываются в городскую канализацию.



1.3 Описание окружающей среды



			В 2014 году стабильное состояние атмосферного воздуха, сложившееся в последние годы, в целом на территории Кировской области сохранилось. 

			Количество загрязняющих веществ, отходящих от всех стационарных источников выделения (18973 единицы) по всем респондентам, составило в 2014 году 358,0 тыс. тонн, из них выброшено в атмосферный воздух без очистки 93,8 тыс. тонн и поступило на очистные сооружения 264,3 тыс. тонн загрязняющих веществ. В установках очистки газа за год уловлено 243,1 тыс. тонн загрязняющих веществ, из них утилизировано 30,5 тыс. тонн.

			Наибольшая часть выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух (по данным Кировстата) поступила от организаций, осуществляющих свою деятельность в производстве и распределении электроэнергии, газа и воды.

			Валовый выброс ЗВ от стационарных источников в 2014 году по г. Кирову составил 42,3 тыс. тонн (36,8 % от общего объёма выбросов по области). От сжигания топлива (для выработки электро- и теплоэнергии) выброс ЗВ в атмосферу составил 35,8 тыс. т, от технологических и других процессов – 3,1 тыс. т.

			Концентрации взвешенных частиц, диоксида серы, оксида углерода, диоксида азота, оксида азота,  тяжелых металлов не превысили допустимые нормы.

			Качество воды реки Вятка относится к «загрязненным водам». Характерными загрязняющими веществами являются железо и трудноокисляемые органические вещества по показателю ХПК. Также на данном участке р. Вятка испытывает значительную техногенную нагрузку, приводящую к значительному изменению качества воды [1].

Уровень загрязнения воздуха рассматривается как  повышенный, поэтому вредное воздействие производств рекомендуется исключить или свести к минимуму, а для предотвращения негативного воздействия на водные  объекты требуется проектирование замкнутой системы водоснабжения.



1.4 Оценка возможно-неблагоприятного воздействия на окружающую среду

	

1.4.1 Воздействие ТЭЦ на окружающую среду 



При сжигании угля на ТЭЦ основными видами загрязнения атмосферного воздуха являются продукты сгорания, выбрасываемые в атмосферу, содержащие оксиды азота, углерода, серы, твердые частицы и другие ЗВ.

1) Оксиды азота.

Основными, образующиеся при сжигании органического топлива, являются оксид азота (NO), диоксид азота (NO2) и закись азота (N2O). Оксиды азота в дымовых газах образуются как за счет высокотемпературных процессов в факеле (фиксация атмосферного азота), так и за счет окисления азотсодержащих соединений самого топлива. На выходе из трубы оксиды азота дымовых газов состоят на 85 – 90 % из NO и на 10-15% из NO2. В атмосфере происходит быстрое окисление NO в NO2, что усиливает отрицательное воздействие дымовых газов на природу и живые организмы, поскольку двуокись азота более токсична. 

NO2 раздражает дыхательные пути и угнетает аэробное окисление в легочной ткани, что приводит к развитию токсического отёка легких, может подавлять рост некоторых растений (например, томатов), также играет важную роль в образовании фотохимического смога.

Основное отрицательное воздействие оксидов азота на окружающую среду заключается в каталитическом разрушении озонового слоя, поглощающего жесткое ультрафиолетовое космическое излучение.

2) Оксиды углерода. 

Выбросы CO2, как основного продукта горения, не рассматриваются как токсичные. Повышенное содержание углекислого газа способствует возникновению "парникового" эффекта и в перспективе может приводить к изменению микроклимата промышленных комплексов.

Окись углерода является одним из наиболее распространенных отравляющих газов в природе, так как не имеет ни запаха, ни цвета, ни вкуса, не является раздражающим и легко смешивается с воздухом, а также беспрепятственно распространяется. Острые отравления СО относятся к модели отравления веществом, которое не подвергается обменным процессам в организме и влияет на все органы. 

3) Оксиды серы

Серосодержащие соединения накапливаются в основном в Мировом океане. После сгорания топлива сера полностью превращается в SO2, затем направляется в электрофильтры и уносится в атмосферу. В присутствии кислорода происходит окисление SO2 в SO3. При соединении с водой эти оксиды образуют сернистую и серную кислоту, которые оседают на землю в виде «кислых» дождей.

Высокие концентрации диоксида серы вызывают серьезное повреждение растительности. Острое повреждение, вызванное диоксидом серы, отражается в появлении белесых пятен на широколистных растениях или обесцвеченных некротических полос на листьях с продольным жилкованием. Хронический эффект проявляется как обесцвечивание хлорофилла, приводящее к пожелтению листьев, появлению красной или бурой окраски, которая в нормальных условиях маскируется зеленой.

Диоксид серы вызывает повышение частоты респираторных симптомов и заболеваний у детей и взрослых.

4)Зола. 

При сжигании углей в топках котлов при температурах 1400 - 1600 оС химический состав минеральной части этих углей практически не меняется, но существенно изменяется фазово-минералогический состав. При температуре выше 1200 о С содержащиеся в природе оксиды кремния, алюминия, железа, кальция и др., образуют жидкоплавкие эвтекнические смеси, которые при последующем охлаждении образуют стекловидную фазу, а также кварц, магнетит, гематит, силикаты кальция и т.п.

Этим объясняется крайне низкая растворимость золы и шлака, образующихся при сжигании углей. В водную вытяжку переходит около 1% содержащихся в золе веществ.

Таким образом, золошлаковые отходы являются нетоксичными.

При этом зола истирает котельные трубы и дымососы, также при удалении с дымовыми газами загрязняет атмосферу. 

5) Пыление золоотвалов.

Взвешенные частицы пыли в воздухе уменьшают видимость, проникая в дыхательные пути человека, оказывают вредное воздействие на его здоровье. Пыль оседает на поверхности земли, меняет минеральный состав почв, наблюдается оскудение животного и растительного мира. Частицы пыли могут служить ядрами, на которых конденсируется водяной пар. Продолжительные туманы могут быть вызваны высоким уровнем содержания частиц в воздухе [2]. 

Воздействие выбросов загрязняющих веществ ТЭЦ на окружающую среду и человека огромно и несет опасность, для этого предусматриваются меры по снижению негативного воздействия ЗВ на атмосферу в целях сохранения благоприятной природной среды для жизни животного и растительного мира. 





1.4.2 Воздействие на окружающую среду гальванического производства



Гальваническое производство является одним из наиболее опасных источников загрязнения окружающей среды, главным образом, поверхностных и подземных водоемов, ввиду образования большого объёма сточных вод, а также большого количества твердых отходов, особенно от реагентного способа обезвреживания сточных вод [3].

1) Жидкие отходы.

Жидкие отходы гальванических производств - это постоянно текущие сточные воды, промывные воды от периодических промывок оборудования, а также ливневые воды.

По объему классифицируют производственные сточные воды на крупные (более 20 м3/ч), средние (5 - 20 м3/ч) и мелкие (менее 5 м3/ч).

 В процессе фосфатирования образуются кислотно-щелочные стоки. Они могут иметь рН от 2 до 12 и содержат в своем составе катионы (Fe2+, Fe3+, Na+, Zn2+, PO43- и др.), ПАВ (ингибиторы травления).

Соединения металлов, выносимые сточными водами гальванического производства, весьма вредно влияют на экосистему водоем–почва–растение–животный мир–человек. Они обладают токсическим, канцерогенным, мутагенным, тератогенным  и аллергенным действием. 

Некоторые неорганические соединения оказывают отрицательное действие на микроорганизмы очистных сооружений, прекращают или замедляют процессы биологической очистки сточных вод и сбраживание осадков в метантенках. Токсичные металлы в водоемах губительно действуют на животную и растительную среду, а также тормозят процессы самоочищения водоемов.

При использовании воды загрязненных водоёмов для орошения, цветные металлы скапливаются в почве, откуда попадают в продукты питания, а также снижают плодородие почвы. Например, тяжелые металлы, таким образом, попадают в злаковые, корнеплодные и другие растения [3]. 

В производственную промышленную ливневую канализацию сбрасываются и поступают на очистные сооружения стоки, загрязненные механическими примесями, взвешенными веществами, нефтепродуктами. 

Ливневые стоки образуются при выпадении атмосферных осадков, содержащих в себе связанные с водой вредные вещества. Эти вредные вещества накапливаются в воздушных массах при выбросах с производств. Также загрязнения в ливневые стоки попадают, когда реагенты хранят на открытом воздухе, и выпадающие атмосферные осадки размывают их [3].

2) Твердые отходы

Основной проблемой является охрана окружающей среды от загрязнения токсичными промышленными отходами, т.е. такими, которые при прямом или опосредствованном контакте с организмом человека способны оказывать прямое или отдаленное токсическое воздействие или же повлиять на условия проживания людей и окружающую среду. Это объясняется тем, что промышленные отходы, являясь вторичным продуктом производства, обогащены токсичными компонентами как органического, так и неорганического характера. 

Например, шламы, образующиеся при реагентной очистке сточных вод предприятий, содержат в своем составе твердую фазу – труднорастворимые соединения алюминия, железа, гипс и другие вещества.  Перед утилизацией гальванического шлама необходимо его обезвоживание, чтобы снизить его объем. Способ утилизации шламов зависит от его природы [3]. 

Для снижения уровня загрязнения от сточных вод гальванического производства необходимо совершенствовать систему очистки сточных вод. Использовать более новое оборудование, и, соответственно, новые технологии, а также необходимо рассмотреть возможность повторного использования воды, прошедшей очистку.









2 Теория процесса



	2.1 Теория процесса сжигания угля



На ТЭЦ в качестве основного топлива используется каменный уголь Кузнецкого бассейна.

Угли, используемые в качестве основного топлива, содержат: 50 - 97% и более углерода, водорода 1,5 - 5,7 %,  влажность 5 - 15 %, фосфора до 0,12 %, летучих веществ 4 - 42 %, серы 0,4 - 0,6 %; обладают теплотой сгорания 7000 - 8600 ккал/кг (29,1 - 36,01 МДж/кг); угли, залегающие вблизи поверхности, характеризуются более высоким содержанием влаги, золы и пониженным содержанием серы [4].

Твёрдое топливо содержит серу в виде колчедана Fe2S и пирита FeS2 в составе молекул органической части топлива, а также в виде сульфатов в минеральной части. В результате горения соединения серы образуют оксиды серы, причём около 99 % составляет сернистый ангидрид SО2.

Сернистость углей в зависимости от месторождения составляет 0,3 – 6 %. 

В настоящее время сжигания твердого топлива происходит в паровом котле с естественной циркуляцией. 

Перед сжиганием твердое топливо проходит соответствующую подготовку, в центробежных мельницах осуществляется сухой помол с влажностью до 21 % до получения однородных угольных частиц со средним размером 50 – 300 мкм. Приготовленная угольная пыль поступает в вибрирующий сборный бункерсепаратор, где угольные частицы размером более 70 мкм отводятся назад в мельницу, а частицы с размером 50  70 и менее всасываются струйным аппаратом, прокачиваемым подогреты (до температуры 300 °С и более) воздухом, приготавливая при этом сухую. Далее пылеугольновоздушная смесь подается воздухом к топливным горелкам. С помощью горелок смесь распыляется в топочном объеме и зажигается [5]. 

Горючая часть топлива сгорает, а минеральная образует золу. Зола частично попадает в холодную воронку котла (до 15 %), где смачивается и в виде золовой пульпы шнековыми аппаратами подается в золовые каналы и далее в багерную насосную. Остальная часть золы (85 %) поступает с дымовыми газами в золоуловитель. Также дымовые газы содержат оксиды серы (SО2 и SО3), оксиды азота (NО и NО2) и оксид углерода (СО).



2.2 Теория получения фосфатного покрытия



2.2.1 Основы процесса фосфатирования



Фосфатирование представляет собой процесс обработки металлических изделий растворами кислых фосфорнокислых солей с образованием на поверхности защитной солевой пленки из нерастворимых фосфатов. Фосфатная пленка выполняет свое основное назначение – защиту от коррозии только в сочетании с лакокрасочными покрытиями или масляной пленкой, что объясняется хорошими адгезионными свойствами, зависящими от пористости гранул.

Технология нанесения фосфатных покрытий сравнительно просты в реализации, но при этом сущность процесса сложна. Для создания оптимальной технологии фосфатирования и контроля полученных покрытий очень важно понимать механизм образования фосфатного покрытия [6].

Процессы фосфатирования базируются на свойствах фосфорной кислоты и ее солей.

Фосфорная кислота (H3PO4) образует три вида солей - это дигидрофосфаты, моногидрофосфаты, фосфаты.

Дигидрофосфаты Me(H2PO4)2 – однозамещенные соли, где Me – двухвалентный металл. Образуются сразу при первичном контакте металла с фосфорной кислотой. Взаимодействие описывается реакцией:



                            Me + 2H3PO4 ? Me(H2PO4)2 + H2?.                            (2.1)



При дальнейшем взаимодействии кислоты с металлом (концентрация кислоты уменьшается) образуются двухзамещенные (моногидрофосфаты MeHPO4) и трехзамещенные (фосфаты Me3(PO4)2) соли.

Реакции образования вторичных и третичных солей



      Me(H2PO4)2 ? MeHPO4 + H3PO4.          	              (2.2)



Продуктами реакции (2.2) являются двухзамещенная соль и свободная ортофосфорная кислота.

Образование трехзамещенной соли и свободной ортофосфорной кислоты протекает по реакции

 

   3Me(H2PO4)2 ? Me3(PO4)2 + 4H3PO4.                  	    (2.3)



Основная составляющая часть фосфатных покрытий являются труднорастворимые  фосфаты железа. Их качество определяется свободной и основной кислотностью раствора, природой катионов металла, концентрацией монофосфатов.

При введении в раствор для фосфатирования окислительных анионов (например, ClO3, NO2, NO3) процесс формирования защитной пленки значительно ускоряется.

При фосфатировании  на поверхности металла наблюдается два основных процесса – осаждение фосфатов и растворение основного металла [7].



2.2.2 Подготовительные операции [6, 7]



На поверхности деталей  имеют различные загрязнения по своей природе и свойствам. Поэтому перед фосфатным покрытием осуществляются несколько стадий обработки. От качества очистки напрямую зависит результат покрытия защитным слоем металла. 

1) Обезжиривание.

Способ очистки поверхности деталей зависит от природы жировых загрязнений. Жиры неорганического происхождения (полировочная паста, минеральные масла) не растворяются в воде. Их удаляют специальными органическими растворителями. Жиры органического происхождения (животные и растительные) почти не растворяются в воде, но, взаимодействуя с водными растворами щелочей или солей щелочных металлов, образуют растворимые в воде мыла.

Щелочные растворы позволяют удалить животные и растительные жиры с поверхности металла, химически или физико-химически взаимодействуя с ними. Минеральные жиры, не участвующие в реакции, под действием щелочных растворов, в определенных условиях образуют водные эмульсии, что облегчает их удалению с поверхности металла. При введении ПАВ в щелочные растворы, усиливается эмульгирующее действие последних. Используя горячий щелочной раствор, с содержанием эмульгаторов и веществ, понижающих межфазное натяжение на границах раствор–жир и раствор–металл, происходит разрыв жировой пленки, уменьшается ее толщина, образуются отдельные капели, отрывающиеся от поверхности металла. Вместе с этим одновременно отделяются и мелкие механические загрязнения.

2) Травление.

Состав окисного слоя, образующегося на металле под воздействием окружающей среды, неодинаков по толщине. Внешний слой обычно обогащен высшими окислами, тогда как у поверхности находятся, преимущественно, низшие окислы. Так окалина на железе состоит, если рассматривать ее от внешнего слоя к внутреннему, из окислов Fе2О3, Fе3О4, а у поверхности металла - из закиси FеО.

Для травления черных металлов используются растворы серной и соляной кислот. Скорость растворения в них окислов зависит от концентрации и температуры кислоты. При концентрации до 5 % растворимость Fе3О4 в обеих кислотах почти одинаковая. При концентрации свыше 40% окалина растворяется в соляной кислоте легче, чем в серной. В последней из них окалина удаляется в значительной мере благодаря нарушению ее связи с металлом в результате подтравливания и разрыхления выделяющимся при реакции водородом. Повышение в определенных пределах концентрации кислоты и температуры раствора ускоряет травление.

В любой кислоте травление стали сопровождается побочными процессами. Растворение металла может приводить к перетравливанию поверхности, возрастанию микрошероховатости. Эти последствия ухудшают внешний вид изделий. Заготовки с такими дефектами не допускаются при обработке для точных элементов аппаратуры. С целью сократить количество дефектов к травильным растворам добавляют ингибиторы коррозии, которыми служат некоторые соли и органические соединения.



2.3 Классификация методов очистки сточных вод гальванических производств 



	Современные методы очистки сточных вод:

	- реагентный;

	- электрокоагуляция;

	- ионного обмена;

	- электродиализ;

	- адсорбционный.

1) Реагентный метод. 

Очистка сточных вод осуществляется путем перевода ионов тяжелых металлов в малорастворимые соединения при нейтрализации сточных вод с помощью различных щелочных реагентов (например, гидроксидов и карбонатов натрия, кальция, магния, оксидов кальция).

Осаждение образующихся в процессе реагентной обработки нерастворимых соединений осуществляет в отстойниках. Продолжительность отстаивания составляет не менее двух часов.

2) Электрокоагуляционный метод.

Метод заключается в превращении примесей в грубодисперсное состояние и основывается на различных физико-химических процессах, протекающих в жидкости под воздействием электрического тока:

- электрофорез;

- катодное восстановление растворенных в стоках органических и неорганических веществ или их химическое восстановление, а также образование катодных осадков металлов

- флотация твердых эмульгированных частиц обрабатываемой сточной воды пузырьками газообразного водорода, выделяющегося на катоде

- сорбция ионов и молекул растворенных примесей стоков, а также частиц эмульгированных в воде примесей на поверхности гидроксидов железа и алюминия, которые обладают значительной сорбционной способностью.

3)Ионообменная очистка. 

При ионообменной очистке из сточных вод гальванических производств удаляют соли тяжелых, щелочных и щелочноземельных металлов, свободные минеральные кислоты и щелочи, некоторые органические вещества.

Очистку сточных вод производят с помощью синтетических ионообменных смол, представляющих собой практически нерастворимы в воде полимерные материалы. В составе молекулы ионита имеется подвижный ион (катион и анион), способный в определенных условиях вступать в реакцию обмена с ионами аналогичного знака заряда, находящимися в сточной воде.

5) Метод электродиализа. 

Электродиализатор разделен чередующимися катионитовыми и анионитовыми мембранами, образующими чередующиеся концентрирующие и обессоливающие камеры. Через данную систему пропускают  постоянный ток, под действием которого катионы, двигаясь к катоду, проникают через катионитовые мембраны, но задерживаются анионитовыми, а анионы, двигаясь в направлении анода, проходят через анионитовые мембраны, но задерживаются катионитовыами.

6) Адсорбционный метод. 

Данный метод в основном применяется в доочистки сточных вод. Так данная очистка эффективна при низких концентрациях загрязнений.

Адсорбция растворенных веществ - результат перехода молекулы растворенного вещества из раствора на поверхность твердого адсорбента под действием силового поля поверхности. При этом наблюдаются два вида межмолекулярного взаимодействия: молекул растворенного вещества с молекулами (или атомами) поверхности адсорбента и молекул растворенного вещества с молекулами воды в растворе (гидратация). Разность этих двух сил межмолекулярного взаимодействия и есть та сила, с которой удерживается извлеченное из раствора вещество на поверхности адсорбента. Чем больше энергия гидратации молекул растворенного вещества, тем большее противодействие испытывают эти молекулы при переходе на поверхность адсорбента и тем слабее адсорбируется вещество из раствора.

В качестве адсорбентов применяют различные искусственные и природные пористые материалы: силикагели, алюмогели, активные глины, золу, шлаки, опилки, коксовую мелочь, торф и др. Эффективными адсорбентами являются активированные угли различных марок [4].




3 Технологическая схема очистки дымовых газов и сточных вод



Технологическая схема получения дымовых газов на ТЭЦ и СВ на гальваническом производстве в процессе фосфатного покрытия с последующей очисткой от твердых частиц, диоксида серы, нитрозных газов, ионов фосфата и цинка представлена на рисунке 1.




	Очистка дымовых газов. Сжигание твердого топлива осуществляется в паровом котле, нагретый воздухом. В паровой котел 1 подается топливо и питательная вода. При сжигании топлива происходит образование шлака, который вытекает через сетку пола топки и скапливается в шлаконакопителе 5,  и дымового газа, содержащий твердые и газообразные вещества.

Далее дымовой газ направляется на очистку от твердых и газообразных веществ.

Очистка дымового газа от твердых частиц осуществляется в несколько стадий. На первой стадии запыленный поток поступает по входному патрубку в корпус циклона 2. Под действием возникающих при вращении потока центробежных сил частицы золы отжимаются к внутренним стенкам и выпадают в бункер-накопителя. Далее газ направляется на очистку в скруббер Вентури 3 по касательной относительно стенок корпуса и начинает интенсивно вращаться. Частицы пыли отбрасываются к стенкам скруббера под действием центробежной силы и удаляются вместе с водой, которая стекает по стенкам. Шлам стекает в шламонакопитель 7. Очищенный газ выходит через верхнее отверстие и направляется в электрофильтр 4. Происходит улавливание твердых частиц в результате их осаждения на электродах. После чего электроды встряхивают, осевшая зола поступает в золонакопитель 7.

Затем дымовой газ проходит через  абсорбер 8, где происходит абсорбция SO2 суспензией гидроксида кальция с образованием смеси гипса и Ca(OH)2 . 

Данная смесь стекает в бункер и отправляется на сушку в барабанной печи 11, после чего осуществляется помол в мельнице 12 и направляется бункер. После отправляется потребителю.

Очищенный газ направляется на очистку от NOx в скруббер 14, где происходит восстановление оксидов азота до N2 и H2O за счет ввода аммиака. Смесь газов охлаждают и выбрасывают в атмосферу. 

Аммиак поглощают азотной кислотой, в результате образуется аммиачная селитра. Может использоваться в качестве удобрений.

Очистка СВ. Исходная деталь  поступает в гальванический цех для фосфатирования, где происходит ее монтаж на подвесы 17. Для удаления пленки жира деталь подвергают химическому обезжириванию в ванне 18, далее деталь поступает в ванну промывки, сначала в теплую воду в проточной ванне 19, а затем холодную 20. Промывку проводят в течение 3 минуты, путем погружения детали в ванну промывки.

Затем деталь подвергают травлению в ванне 21, с целью удаления окалины, ржавчины и оксидов с поверхности. После травления деталь промывают в две стадии в ваннах с холодной  водой, путем погружения в воду в течение 3 минут.

После подготовительных операций деталь поступает в ванну фосфатирования 22, в которой происходит нанесение основного покрытия. Затем деталь промывается в ванне-уловителе 23, с целью уменьшения потерь электролита и последующего его использования. Затем детали промывают теплой и холодной водой в ванне путем их погружения в воду на 30 с.

Заключительными операциями являются сушка в сушильной ванне 24, путем обдува сжатым воздухом, и демонтаж с подвесов 25.

Образующиеся кислотно-щелочные стоки при регенерации фильтров направляются в емкость накопления кислотно-щелочных стоков и подвергаются очистке.

Очистка смешанных сточных вод, образовавшиеся после фосфатного покрытия, проводится адсорбционным методом. Все стоки попадают в зернистый фильтр 27, сорбентом которого является смесь золы-уноса и лигнина. После очистки СВ направляется в емкость накопления 28.

Для уменьшения негативного влияния на окружающую среду предусмотрена установка катионообменного 29 и анионообменного 30 фильтров. После фильтрации этими фильтрами воду возможно использовать в оборот, на нужды производства. 




4 Утилизация отходов ТЭЦ и машиностроительного производства



Ввиду того что ТЭЦ и машиностроительное производство имеет большое количество отходов, для решения данной проблемы, можно применить совместную утилизацию отходов. 

Количество золошлаковых отходов от ТЭЦ электрической мощностью 353 МВт и тепловой мощностью 1376 Гкал/ч составляет около 60 тыс. т. в год.

Химический состав золы кузнецкого угля: SiO2 = 59 %; Al2O3 = 22 %; Fe2O3 = 8 %; CaO = 2,5 %; MgO = 0,8 %; K2O = 1,4 %; Na2O = 1,0 %; TiO2 = 0,8 %; CaSO4 = 3,5 %; C = 1,0 %. 

Так как состав золы позволяет ее использовать в качестве сорбента, который можно использовать для очистки тяжелых металлов и фосфатов из СВ гальванических производств, в частности для участка фосфатирования, с добавлением лигнина (крупнотоннажного производства спирта). 

Также золу можно использовать в больших количествах в целлюлозно-бумажной, деревообрабатывающей, легкой, химической и других секторах промышленности. 

Шлаки используются в качестве материала для изготовления щебня, сырья для минеральной ваты либо как компонент (в молотом виде) для легких заполнителей.




	5 Расчет материальных балансов [8]



Расчет материального баланса малоотходного производства тепла и энергии начинается с выбора исходных данных.

 Исходные данные к расчету представлены в таблице 1.



Таблица 1 - Характеристики каменного угля Кузнецкого бассейна 

Показатель

Значение, %

	Влажность, WP

11,0

Сера, SP

0,4

Азот, NP

1,3

Водород, НР

3,0

Углерод, СР

51,4

Кислород, ОР

4,6

Зольность, Ар

28,3

Выход летучих компонентов, Vг

40,0

	

Теплотой сгорания топлива называют количество тепла в кДж, выделяемое при полном сгорании 1кг твердого топлива. Величины высшей и низшей теплоты сгорания рабочей массы топлива связаны выражением QРВ = QРН + 225 ? НР + + 25 ? WР. Тепловые расчеты котельных агрегатов выполняют, пользуясь низшей теплотой сгорания топлива.

Низшая теплота сгорания рабочей массы для твердого топлива определяется по формуле



QРН = 338 ? СР + 1025 ? НР – 108,5 ? (ОР – SР) – 25 ? WР,



(5.1)

	где   СР, НР, SP, OP – содержание горючих ком.......................