Автореферат Алимовой К.К.


УДК 628.162.1 (043)                                                                    

УДК 666.32.666.041.536                                                                                                                                                                                                                                                                            На правах рукописи

 

 

 

 

 

 

 

Алимова Куляш КаБпасовна

 

 

 

 

Исследования очистки производственных сточных вод и системы газоснабжения туннельной печи по производству огнеупоров

 

 

 

05.23.04 – Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

05.23.03 – Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

 

 

 

 

 

 

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Республика Казахстан

Алматы, 2009


Работа выполнена в Казахском национальном техническом университете имени К.И.Сатпаева

 

Научные руководители:      доктор технических наук

  Мырзахметов М.

 

  доктор технических наук

  Унаспеков Б.А.

 

 

Официальные оппоненты:  доктор технических наук (05.23.04)

    Соатов У.А.

 

     кандидат технических наук (05.23.03)

     Боронбаев Э.К.

 

 

 

Ведущая организация:         Казахская академия транспорта и

    коммуникаций им. М.Тынышпаева

 

 

 

Защита состоится «30» апреля 2009 года в 1430час. на заседании диссертационного Совета Д 14.61.25 при Казахском национальном техническом университете им. К.И. Сатпаева по адресу: Республика Казахстан, 050013, г.Алматы, ул. Сатпаева, 22, конференц - зал (НК), 1 этаж, факс 8 (727) 292-60-25

 

 

 

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского национального технического университета им. К.И. Сатпаева по адресу: 050013, г.Алматы,

ул. Сатпаева, 22

 

 

 

 

Автореферат разослан « 25 » марта 2009 года

 

 

 

 

Ученый секретарь

диссертационного совета                                                            Жараспаев М.Т. 

 


Введение

Общая характеристика работы. В диссертационной работе выполнен анализ современного состояния проблем очистки производственных сточных вод и рационального использования природного газа на промышленных печах по производству огнеупоров. Экспериментально обоснован выбор коагулянтов для очистки загрязненных вод промышленного предприятия, установлены эффективные способы, обеспечивающие улучшение процессов осветления. Применительно к крупногабаритной туннельной печи по выпуску огнеупорных изделий определены параметры работы газогорелочных устройств и системы их  газоснабжения.

Актуальность работы. В Программе развития «Казахстан 2030» уделяется особое внимание мероприятиям, направленным на защиту водоемов от загрязнений, а также на разработку новых методов и установок по очистке производственных сточных вод.

Анализ современного состояния проблемы очистки сточных вод показал, что до настоящего времени практически отсутствуют исследования по очистке загрязненных вод предприятий по производству строительных и огнеупорных материалов различного назначения. С увеличением выпуска высокоогнеупорных материалов расширяются производственные площади очистных сооружений, наряду с этим возрастают объемы сточных вод, что приводит к необходимости применения  современных методов их очистки и осветления. Наиболее эффективно использование гидроциклонов. Следует отметить, что изучение работы гидроциклонов для очистки сточных вод в огнеупорной промышленности практически отсутствуют.

Крупными потребителями природного газа при производстве огнеупоров являются туннельные печи. Основная проблема при выпуске огнеупорной продукции это обеспечение требуемых согласно технологии обжига температур (1600-17500С) в рабочем пространстве теплового агрегата. Анализ показал, что используемые в настоящее время конструкции газовых горелок не обеспечивают в полной мере решения данной проблемы. Недостаточно изучены вопросы, связанные с распределением газового топлива на позициях зон обжига с применением современных газогорелочных устройств. Выполненные научные работы в странах СНГ и в Республике Казахстан применительно к туннельным печам не обеспечивают решения вышеуказанных проблем.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно- исследовательских работ, выполняемых на кафедре «Строительные инженерные системы» КазНТУ им.К.И.Сатпаева, связанных с совершенствованием технологии очистки производственных сточных вод, охраны окружающей среды, рационального использования газового топлива.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются производственные сточные воды и система газоснабжения туннельной печи по производству высокоогнеупорных изделий. Предмет исследования - установление оптимальных параметров очистки сточных вод при производстве огнеупорных изделий и обеспечение требуемых по технологии обжига температур (1600 - 17000С) в рабочем пространстве теплового агрегата.

Цель работы: научное обоснование технологии очистки производственных сточных вод и рационального сжигания газового топлива при производстве огнеупорных изделий в печи непрерывного действия.   

В соответствии с идеей и целью работы в диссертации поставлены и решены следующие задачи:

по специальности 05.23.04-

1. Изучить эффективность осветления производственных сточных вод в горизонтальных отстойниках при механическом отстаивании.

2. Исследовать влияние различных реагентов при механо-химической очистке производственных сточных вод огнеупорного завода.

3. Изучить процессы очистки производственных сточных вод, образующихся от мокрых пылеуловителей  при промывке  производственного оборудования.

4. Выполнить исследования по очистке сточных вод предприятия по производству огнеупоров с использованием гидроциклонов.

по специальности 05.23.03-

5. Изучить систему газоснабжения и тепловой режим действующей крупногабаритной туннельной печи.

6. Определить теплотехнические параметры газогорелочных устройств, обеспечивающих рациональное сжигание газового топлива.

7. Разработать теплотехнические параметры по интенсификации теплового режима туннельной печи, обеспечивающие достижение требуемых температур обжига (1600 - 1700°С) огнеупорных изделий, снижение расхода газа и улучшение качества продукции.

8. Разработать программу компьютерного расчета параметров и эжекционной способности горелок с периферийной подачей газа.

Научные положения, выносимые на защиту:

по специальности 05.23.04

1. Экспериментально установлены закономерности эффекта осветления сточных вод от продолжительности отстаивания в горизонтальных отстойниках при механической очистке, позволяющие определить скорость осаждения взвешенных веществ загрязненных шамотом, магнезитом и хромитом.

2. Научно обоснован выбор реагентов при механо-химической очистке сточных вод и установлены их оптимальные дозы, позволяющие ускорить процесс выпадения взвешенных веществ.

3. Выявлены процессы, оказывающие влияние на выпадение осадков из сточных вод, загрязненных пылью магнезита, шамота и глины.

4. Определены параметры очистки сточных вод с применением модернизированного гидроциклона, позволяющего улучшить эффект осветления.

по специальности 05.23.03

5. Экспериментально изучена работа газогорелочных устройств и способы достижения требуемых температурных условий в рабочем пространстве туннельной печи.

6. Изучена закономерность распределения газового топлива, позволяющая интенсифицировать тепловой режим и создать равномерные температуры  в рабочем пространстве теплового агрегата.

7. Разработана программа компьютерного расчета параметров работы эжекционной горелки с периферийной подачей природного газа.

Научная новизна заключается в следующем:

по специальности 05.23.04:

1. Установлено, что при механическом отстаивании скорость осаждения взвешенных веществ производственных сточных вод различных цехов неодинакова. Взвеси сточной воды от производства шамотных изделий наиболее устойчивые.

Взвешенные вещества магнезита и хромита характеризуются более быстрым осаждением по сравнению с глиной. Основное количество огнеупорной взвеси выпадает за первые 40-50 минут, что обусловлено повышенной плотностью (2,6-2,9 г/см3) и особенностью кристаллической структуры.

2. Экспериментальные физико-химические исследования производственных и искусственно-приготовленных вод позволили установить, что: - процесс коагуляции сточных вод цеха высокоглиноземистых изделий, содержащих 45-50 г/л взвешенных веществ осуществлялся эффективно с добавкой СаО в пределах 500-700 мг/л, которую можно считать оптимальной;

- для сточных вод шамотного цеха и цеха магнезиальных изделий дозы реагентов соответственно составили 300 и 480 мг/л железного купороса, 80 и 60 мг/л извести.

3. Исследованиями процессов выпадения осадка из сточных вод, загрязненных пылью установлено, что:

- шамотные взвешенные частицы с концентрацией от 15 до 25 мг/л осаждаются медленнее, чем магнезитовые: за 1,5-2,0 ч выпадает около 90%; при коагулировании воды известью с дозой 120 мг/л СаО резко сокращается время, а эффект очистки повышается;

- осаждение веществ в отстойнике происходит очень медленно: в течение 3,0-4,0 ч выпадает около 60 -70% взвеси; при коагулировании водой и известью с дозой 120-180 мг/л СаО время  осаждения сокращается и в течение 1 ч выпадает в осадок 75%  взвеси.

4. На основе исследований работы гидроциклона по очистке сточных вод установлено, что:

- продолжительность отстаивания из сточных вод, загрязненных мелкодисперсным шамотом, зависит от количества взвесей в исходной воде;

- при количестве взвесей 5, 10 и 20 г/л в течение часа в осадок выпадает, соответственно, 65, 80 и 83%;

- основная масса загрязненного осадка выпадает в течение двух часов при том же ее количестве и достигает уровня от 60 до 80%.

5. Экспериментально установлено влияния на эффект осветвления суспензии на гидроциклоне в зависимости от концентрации взвеси и диаметра песковой насадки. Применение традиционной конструкции аппарата диаметром 250 мм, песковой насадки от 20 до 25 мм, при концентрации взвеси от 2,5 до 20 г/л, эффект осветвления изменяется в пределах от 37 до 60%. Использование усовершенствованной конструкции гидроциклона улучшает эффект осветвления сточной воды от 45 до 84% при тех же концентрациях взвеси за счет эффективного удаления осадков из конической части аппарата.

по специальности 05.23.03

6. Выполнены исследования работы газовых горелок, установленных в зоне обжига туннельной печи. Экспериментально установлено, что эффективное сжигание природного газа осуществляется при использовании горелок типа ГНП-2, обеспечивающих условия для достижения требуемых температур (1700°С) в рабочем пространстве туннельной печи.

7. Экспериментально определены показатели, влияющие на эффективность работы горелочного устройства с периферийной подачей газа, установленного в зоне подогрева. Выявлено, что:

- максимальная эжекционная способность газовой горелки достигается при совместной работе смесителя и диффузора и расположении сопла для подачи газа под углом 45°С по отношению к оси горелки;

- шиберные устройства для подачи первичного и вторичного воздуха должны быть полностью открыты и расположены на расстоянии 40-45 мм от входного сечения горелочного устройства.

8. Разработаны оптимальные параметры распределения газового топлива по позициям туннельной печи для достижения требуемой  температуры обжига 1700°С, отличающиеся тем, что максимальное количество топлива подается в центральную часть теплового агрегата, тогда как традиционное распределение топлива характеризуется его сжиганием на последних позициях зоны обжига, что снижает температурный уровень (до 1500°С) в рабочем пространстве теплового агрегата.

Определены оптимальные условия по рециркуляции продуктов сгорания, способствующие созданию равномерных температур в рабочем пространстве при тепловой обработке материала.

9. На основе программы компьютерного расчета выявлена эжекционная способность горелки с периферийной подачей природного газа. Сравнение опытных данных с расчетными показало их удовлетворительную сходимость.

 

Практическая ценность работы заключается:

по специальности 05.23.04

- изучена механическая, механо-химическая очистка сточных вод предприятия по производству огнеупоров, позволяющая использовать  существующую систему очистки;

- обоснована необходимость использования современных систем очистки производственных сточных вод;

- проведены исследования напорных  гидроциклонов для повышения эффективности очистки сточных вод.

 

 

по специальности 05.23.03

- изучена система газоснабжения и тепловая работа крупногабаритной туннельной печи, установлены оптимальные параметры, направленные на совершенствование ее тепловой работы;

- для высокотемпературных туннельных печей рекомендовано использовать современные газовые горелки, обеспечивающие температурный режим обжига огнеупорных изделий;

- разработаны рекомендации по проектированию и расчету параметров газовых горелок.

Рекомендации используются в проектных и научно-исследовательских институтах: ТОО «НИИСтромпроект», ТОО «Гипрогаз» (г.Алматы), Казахстанский институт нефти и газа (г.Алматы), и на производственных предприятиях: завод «Казогнеупор» (г.Рудный), ТОО «Таукентское горно-химическое предприятие» (ЮКО, пос.Таукент).

Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработок на высокотемпературной туннельной печи по производству огнеупорных изделий составит 2 350 000 тенге.

Методы исследования включают анализ современного состояния очистки сточных производственных вод промышленными предприятиями; механическую, механо-химическую очистку сточных вод огнеупорного предприятия; физико-химические методы исследования производственных сточных вод с применением реагентов; экспериментальное изучение работы газогорелочных устройств  промышленной печи; математическую обработку результатов исследований.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждены:

- сходимостью теоретических результатов с результатами лабораторных и натурных экспериментов с относительной погрешностью 5-10%;

- корректностью используемых подходов и методов, базирующихся на классических теориях гидравлики,  теплотехники, аэродинамики и математики.

Выводы работы согласуются с существующими теориями других авторов в области водоснабжения, канализации, теплогазоснабжения и вентиляции.

Личное участие автора состоит в получении указанных выше научных результатов и научных положений, выносимых на защиту.

Реализация результатов работ. Научные положения и разработки диссертации использованы на производственных предприятиях коммунального хозяйства, на предприятиях ТОО МИТЦ «Жалын» (г.Алматы), ТОО «Астана сантехпроект», ТОО «Таукентское горно-химическое предприятие» (ЮКО, пос.Таукент) и завода «Казогнеупор» (г.Рудный), Казахстанский институт нефти и газа (г.Алматы).

Методы расчета параметров газовых горелок, способы рециркуляции продуктов сгорания природного газа, обеспечивающих требуемый температурный режим огнеупорных изделий использованы проектными институтами ТОО «НИИСтромпроект», ТОО «Гипрогаз». Результаты работ используются в учебном процессе при курсовом и дипломном проектировании по водоотведению, канализации и газоснабжения промышленных предприятий.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались и получили одобрение на научно-технических конференциях: Международная научно-практическая конференция «Архитектура и строительство в новом тысячелетии» (Алматы, КазНТУ, 2008г.); Международная научно-практическая конференция «Современные проблемы механики транспортных конструкций и сооружений» (Алматы, КазАТК, 2008г.); Десятая Международная научно-практическая конференция «Новое в безопасности жизнедеятельности» (Алматы, КазНТУ, 2008г.); на научном семинаре кафедр: «Строительные инженерные системы» КазНТУ им. К.И.Сатпаева, «Строительство транспортных сооружений» Казахской академии транспорта коммуникаций им. М.Тынышпаева и «Теплогазоснабжение и вентиляция» Кыргызского государственного университета строительства, транспорта и архитектуры.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных трудов, из них 7 статей на Международных научно-практических конференциях, учебное пособие, 4 статьи в изданиях, рекомендованных Комитетом по контролю в сфере образования и науки МОН РК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,

5 разделов и заключения, которые изложены на 147 страницах компьютерного набора, иллюстрируется 46 рисунками и 39 таблицами, списка использованных источников из 146 наименований и 8 приложений.

 

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1 Современное состояние проблемы очистки сточных вод и рационального сжигания в туннельных печах при производстве огнеупоров. На заводе «Казогнеупор» подготовка и выпуск огнеупорных изделий различного назначения производится в четырех основных цехах: цех №1- магнезиальных изделий; цех №2- шамотных изделий; цех №3- шамотообжигательный; цех №4- высокоглиноземистых изделий. Для всех перечисленных выше производств требуется вода. Кроме того, вода расходуется на охлаждение оборудования и промывку трубопроводов. После охлаждения и промывки оборудования и трубопроводов образуются сточные воды. Воздух аспирационных систем очищают в сухих и мокрых пылеотделителях. В качестве мокрых пылеотделителей применяют циклоны-промыватели, скрубберы, пенные фильтры и другие аппараты. Сточные воды от мокрой очистки воздуха аспирационных систем являются наиболее загрязненными.

На основе изучения проблемы очистки сточных вод следует отметить, что вопросы загрязнения окружающей среды от загрязненных вод промышленных предприятий имеют важное значение.

В результате изучения и анализа современного состояния вопроса по очистке производственных сточных вод на предприятиях огнеупорной промышленности следует, что:

- сточные воды заводов огнеупорной промышленности относятся к сильно загрязненным, состав их многообразен, непостоянен и характеризуется в основном содержанием минеральных веществ во взвешенном состоянии;

- основным способом очистки сточных вод является механическая очистка. В настоящее время нет экспериментальных и достоверных данных для предприятий огнеупорной промышленности, в частности:

- не полностью исследованы процессы по механо-химической очистке производственных сточных вод предприятий по производству огнеупоров с использованием коагулянтов и выбору эффективных реагентов;

- отсутствуют данные по очистке сточных вод, образующихся при промывке оборудования  и трубопроводов от пыли;

- не в полной мере изучены вопросы применения напорных гидроциклонов на предприятиях огнеупорной промышленности, практически отсутствуют экспериментальные данные по работе этого оборудования.

В связи с повышением качества выпускаемых огнеупорных изделий и рационального использования природного газа возникает необходимость в совершенствовании систем сжигания газового топлива в туннельных печах. Анализ тепловой работы крупногабаритной туннельной печи завода «Казогнеупор» показал, что в рабочем пространстве теплового агрегата не обеспечиваются требуемые температуры (1600-1700°С) согласно технологии обжига изделий и как следствие снижается качество выпускаемых огнеупорных изделий.

Для решения основной теплотехнической проблемы, при производстве огнеупоров наиболее перспективно использование современных газогорелочных устройств, обеспечивающих эффективное сжигание топлива.

 

2 Исследования по очистке производственных сточных вод в горизонтальных отстойниках. Первой ступенью очистки производственных сточных вод являются отстойники. Нами проведены исследования на горизонтальном отстойнике огнеупорного предприятия. Для определения эффективности осветления сточных вод при механическом отстаивании были проведены эксперименты. При этом получены данные, связанные с эффектом осветления промышленных сточных вод цеха №2 высокоглиноземистых и цеха №4 шамотных изделий и сточной воды общего сброса с территории завода «Казогнеупор».

Проведены эксперименты по осветлению сточных вод в зависимости от продолжительности отстаивания. Установлено, что время осаждения взвешенных веществ сточных вод различных цехов неодинаковы.  Взвеси сточной воды шамотных изделий наиболее устойчивы.

Наряду с проведением работ по определению осветления непосредственно производственных сточных вод были проведены исследования искусственно приготовленных сточных вод. Результаты опытов приведены в таблице 1. Видно, что для взвешенных веществ магнезита и хромита характерны быстрые осаждения. Основное количество взвеси выпало за первые 40-50 минут.

С целью определения зависимости эффекта осветления сточных вод от физико-механических свойств и структуры, используемых в производстве огнеупоров материалов, в частности загрязненных глиной и магнезитом проведены исследования по динамике осаждения взвесей.

Таблица 1 – Опытные данные по эффекту осветления искусственно приготовленных сточных вод

Сточные воды

Время осаждения, мин

20

40

60

80

100

120

Количество взвеси, выпавшей в осадок, %

1. Загрязненные шамотом (С=25 г/л)

50

75

92

93

93

2. Загрязненные хромитом и магнезитом (С=25 г/л)

90

94

95

95

95

Установлено, что скорость осаждения взвешенных веществ зависит от вида исходного материала и его фракционного состава. Более быстрое осаждение взвешенных частиц магнезита обуславливается большей плотностью (2,6-2,9 г/см3), тогда как у глины эта величина изменяется в пределах (1,5-2,0 г/см3) и их кристаллической структурой. Медленное осаждение глины связанно  также с аморфностью его структуры.

Применительно к искусственно приготовленным сточным водам выполнены исследования по изучению процессов выпадения взвешенных веществ завода «Казогнеупор», загрязненных магнезитом и хромитом показали, что остаточная концентрация взвеси после 2-ч отстаивания колебалась для магнезита от 74 до 270 мг/л, для хромита от 120 до 320 мг/л и после 4-ч и 24-ч отстаивания была соответственно 74 до 160 и 0; 180 – 415 и 0 – 150 мг/л.

Из приведенных данных видно, что горизонтальные отстойники цехов по производству огнеупорных изделий работают неэффективно. В горизонтальных отстойниках шамотного и высокоглиноземистых цехов улавливались соответственно 45% и 55% взвешенных веществ. Нормами  предъявляется требование допустимой величины остаточного содержания взвешенных веществ в осветленной воде, при выпуске ее в водоем должно быть в пределах 0,25 - 0,75 мг/л. Простым отстаиванием в отстойниках  нельзя достичь высокой эффективности очистки, сам процесс длительный. Наиболее традиционным решением проблемы является механо–химическая очистка сточных вод огнеупорных заводов, поэтому нами изучены процессы механо-химической очистки сточных вод.

Установлено, что процесс коагуляции сточных вод цеха высокоглиноземистых изделий, содержащих 45-50 г/л взвешенных веществ осуществлялся эффективно с добавкой СаО в пределах 500-700 мг/л, которую можно считать оптимальной. А для сточных вод шамотного цеха и цеха магнезиальных изделий дозы реагентов соответственно составили 300 и 480 мг/л железного купороса, 80 и 60 мг/л извести.

3 Исследования по очистке сточных вод огнеупорного производства гидроциклонами. Для изучения влияния на осветление параметров работы гидроциклонов в производственных условиях нами были проведены исследования влияния диаметров и песковой насадки, на основе которых получены данные по изменению эффекта осветления суспензии на гидроциклоне диаметром 250 мм в зависимости от первоначальной концентрации взвеси, диаметра песковой насадки и крупности взвеси.

Экспериментально установлено, что использование модернизированной конструкции гидроциклона (заявка №2009/0124.1) с песковой насадкой диаметра от 2,0 до 5,0 мм способствует улучшению эффекта осветления. Результаты опытов сведены в таблицу 2.

Основным параметром, влияющим на эффект осветления при работе гидроциклона является давление на входе. Для выяснения влияния давления на входе в гидроциклон на эффект осветления была проведена серия специальных экспериментов на гидроциклонах диаметрами 15, 25, 37 и 50 мм. Из результатов экспериментов следует, что с повышением давления до 25 м.вод.ст. эффект осветления гидроциклонами диаметрами 15, 25 и 37 мм с повышением давления до 15 м.вод.ст. улучшается, гидроциклонами диаметрами 50 и 75 мм во всём диапазоне повышения давления улучшается незначительно.

Таблица 2 - Изменения эффекта осветления суспензии на гидроциклоне от взвеси и диаметра песковой насадки

Диаметры

песковой насадки,

мм

Концентрация взвеси, г/л

2,5

5

7,5

10

12,5

15

17,5

20

Эффект осветления, %

традиционная конструкция

2

37

40

43

45

47

50

51

54

3

47

48

50

52

57

58

60

63

4

53

57

59

60

61

63

65

67

5

60

61

62

63

66

67

68

70

 

модернизированная конструкция

2

45

48

52

55

58

60

62

65

3

48

50

53

56

58

62

65

68

4

55

60

62

64

65

68

72

75

5

65

68

70

73

75

80

82

84

 

4 Исследование системы газоснабжения и тепловой работы крупногабаритной туннельной печи завода «Казогнеупор». В изучаемой туннельной печи установлены 16 газовых горелок Теплопроекта, типа ГНП с принудительной подачей воздуха. Нами были проведены испытания трех типоразмеров горелок: ГНП-2, ГНП-4 и ГНП-6.

Экспериментально установлено, что горелка ГНП соплом Б позволяет организовать более устойчивый факел. При исследованиях выгорания факела горелок серии ГНП проводился анализ состава продуктов горения, пробы которых отбирались в пяти точках вдоль оси факела.

Было изучено влияние следующих факторов на эжекционную способность системы:

- подачи воздуха в сопло при углах установки сопла 45°, 60° и 70° по отношению к оси центральной трубы;

- расположения регулировочного устройства для подачи вторичного воздуха от сечения корпуса горелки b1 = 20÷80 мм;

- расположения регулировочного устройства для подачи первичного воздуха от сечения воздушной трубы b2 = 20 ÷90 мм. При вычислении коэффициента US использовались значения расходов, полученные с помощью графического интегрирования поля скоростей на выходе из сечения диффузора.

Количество воздуха, проходящего через воздушную трубу, при угле подачи газа из сопла 45° и изменении расстояния b1 увеличивается. Тогда как с увеличением угла подачи газа из сопла 60° и 80° уменьшается. Это связано c уменьшением разряжения у входного сечения цилиндрической трубы, которое при α = 45°, 60° и 80°осоставили соответственно (- 15), (- 8,0) и (- 3,0) Па. Влияние оказало также отсутствие поступления вторичного воздуха в горелочное устройство, b2 = 0 мм.

Результаты экспериментов показаны на рисунке 1. Объемный коэффициент эжекции US изменяется от 5,1 до 15,0 при b1 = 20÷80 мм и α = 45° (рисунок 1, кривая 1). Изменение US от остальных показателей видно из рисунка 1 (кривые 2 и 3).

 

 

1, 2, 3 – кривые US, соответственно при α = 45°, 60° и 70° (эксперимент выполнен при b2 = 0 мм без подачи воздуха в диффузор)

 

Рисунок 1 – Изменение коэффициента эжекции US в зависимости от расположения регулировочного устройства смесителя по отношению к воздушной трубе b1 и угла подачи газа из сопла

Было подробно изучено влияние на эжекционную способность газовой горелки с периферийной подачей газа в зависимости от расположения регулировочного устройства для подачи первичного и вторичного воздуха в горелку; подачи воздуха в сопло при различных углах ее установки по отношению к оси центральной трубы.

Результаты экспериментов для всех исследованных параметров, влияющих на эжекционную способность системы приведены в таблице 3, из которой видно, что эжекционная способность газогорелочного устройства при вышеуказанных условиях максимальная, т.е. величина US = 20.

 

Таблица 3 – Изменение коэффициента US (эжекционной способности) системы в зависимости от параметров работы горелочного устройства

 

Изменение эжекционной способности газовой
горелки с периферийной подачей газа

Расстояние от входного сечения диффузора до регулировочного устройства по подаче воздуха, b2, мм

20

40

60

Расстояние от входного сечения воздушной трубы до регулировочного устройства по подаче воздуха, b1, мм

20

40

60

80

20

40

60

80

20

40

60

80

Изменение угла подачи газа в сопло горелки, α

45

45

45

45

60

60

60

60

70

70

70

70

US

20

15

12,5

10,2

15,5

12,8

9,3

7,4

10

8,3

6,2

4,5

 

Повышение значения US связано с увеличением скорости потока, поступающего в пространство между воздушной и центральной трубами, а также в диффузор горелки и увеличением скорости газовоздушной смеси до 15 м/с на выходе из диффузора горелочного устройства.

5 Интенсификация тепловой работы крупногабаритной туннельной печи, работающей на природном газе. В реальных условиях обеспечить получение требуемых согласно технологии обжига температур (1600-1700°С) на позициях зоны обжига трудноосуществимо. Это связано с поступлением значительного количества топлива на последние позиции зоны обжига. В результате обеспечение вышеуказанных температур, и как следствие осуществление выпуска качественной продукции затрудняется.

В связи с этим возникла необходимость теоретического расчета распределения природного газа и воздуха по газовым горелкам позиций зоны обжига для обеспечения требуемого наиболее эффективного теплового режима. С целью получения требуемых температур обжига и поддержания этих температур на позициях зоны обжига печи, составлен тепловой баланс каждой позиции зоны обжига и на этой основе определен расход природного газа и воздуха по горелкам крупногабаритной туннельной печи завода «Казогнеупор».

Расчетным путем установлено, что максимальное количество топлива необходимо подавать на позиции 28-29 зоны обжига туннельной печи, т.е. находящиеся в ее центральной части. Это является основным отличием от существующего распределения топлива в крупногабаритных туннельных печах, где подача максимального количества топлива осуществляется на последнюю позицию зоны обжига.

С целью анализа работы эжекционного смесителя, горелки с периферийной подачей газа использовано основное характеристическое уравнение:

                      (1)

Для выполнения анализа работы эжектора в производственных условиях уравнение(1) было приведено к более удобному виду, т.е.

                                    (2)

где          

Была составлена блок-схема и программы для выполнения расчетов и определения параметров эжектора. Данные программы позволяют определить эжекционную способность газогорелочного устройства и оптимизировать ее работу.

Заключение

В диссертационной работе изложены новые научно-обоснованные результаты по очистке производственных сточных вод и использованию современных систем газоснабжения туннельных печей по производству огнеупорных изделий.

Основные научные результаты, практические выводы и рекомендации, полученные при выполнении теоретических и экспериментальных исследований лично автором, заключается в следующем:

1. На основе выполненных исследований по определению эффективности осветления сточных производственных вод при механическом отстаивании установлено, что:

- время осаждения взвешенных веществ сточных вод различных цехов неодинаково;

- наиболее неустойчивы (происходит длительное осаждение) взвеси сточной воды, загрязненные от цеха по производству шамотных изделий. В течение 1 часа выпадает в осадок 50%, тогда как общее количество осадка сточных вод, загрязненных с цеха высокоглиноземистых изделий, составляет 65-70%.

2. Изучение динамики осаждения взвесей сточных вод, загрязненных глиной (при С = 8,0 г/л и 8,5 г/л) и магнезитом (С = 56,48 и 65 г/л), показало, что скорость осаждения взвешенных веществ зависит от вида исходного материала и его фракционного состава. В частности, быстрое осаждение взвешенных частиц магнезита обусловлено повышенной плотностью (2,6-2,9 г/см3), тогда как для глины эта величина составляет 1,5-2,0 г/см3. Влияние оказывает  также  и кристаллическая структура магнезита. Для структуры глины характерно аморфное состояние, что в свою очередь приводит к ее медленному осаждению.

3. Результаты исследований по очистке сточных вод с использованием коагулянтов позволили установить, что:

- процесс коагуляции сточных вод цеха высокоглиноземистых изделий, содержащих 45-50 г/л вешенных веществ, осуществлялся эффективно с добавкой СаО в пределах 500-700 мг/л, которую можно считать оптимальной;

- для сточных вод шамотного цеха и цеха магнезиальных изделий дозы реагентов соответственно составили 300-480 мг/л железного купороса, 80 и 60 мг/л извести.

4. На основе исследований процессов выпадения осадков из сточных вод, загрязненных пылью установлено, что:

- шамотные взвешенные вещества с концентрацией от 15 до 25 мг/л осаждаются медленнее, чем магнезитовые частицы: за 1,5-2,0 ч выпадает около 90%; коагулированием воды известью дозой 120 мг/л СаО это время резко сокращается, а эффект очистки повышается;

- осаждение веществ в отстойнике происходит очень медленно - в течение 3,0-4,0 ч выпадает около 70% взвеси; при коагулировании воды известью с дозой 120-180 мг/л СаО время осаждения сокращается и в течение 1 ч  выпадает в осадок до 95% взвеси.

5. Исследования работы гидроциклона по очистке сточных вод позволили установить, что:

- продолжительность отстаивания из сточных вод, загрязненных мелкодисперсным шамотом, зависит от количества взвесей в исходной воде;

- при количестве взвесей 5, 10 и 20 г/л в течение часа в осадок, соответственно, выпадает 65, 80 и 83%;

- основная масса загрязненного осадка выпадает в течение двух часов при том же ее количестве и достигает уровня от 80 до 95%.

6. Экспериментально установлено влияние на эффект осветвления сус-пензии на гидроциклоне в зависимости от концентрации взвеси и диаметра песковой насадки. Использование модернизированной конструкции гидроциклона улучшает эффект осветвления сточной воды от 45 до 84% при тех же концентрациях взвеси за счет эффективного удаления осадков из конической части аппарата.

7. Выполнены исследования работы газовых горелок, установленных в зоне обжига туннельной печи. Экспериментально установлено, что эффективное сжигание природного газа происходит при использовании в системе газоснабжения горелок типа ГНП-2, обеспечивающих условия для достижения требуемых температур (1700°С) в рабочем пространстве туннельной печи.

8. Экспериментально определены показатели, влияющие на эффектив-ность работы горелочного устройства с периферийной подачей газа, установленного в зоне подогрева. Выявлено, что:

- максимальная эжекционная способность газовой горелки достигается при совместной работе смесителя и диффузора и расположении сопла для подачи природного газа под углом 45° по отношению к оси горелки;

- шиберные устройства для подачи первичного и вторичного воздуха должны быть полностью открыты и расположены на расстоянии 40-45 мм от входного сечения горелочного устройства.

9. Разработаны оптимальные параметры распределения газового топлива по позициям туннельной печи, отличающиеся тем, что максимальное количество топлива подается в центральную часть теплового агрегата для достижения требуемой температуры обжига 1700°С, тогда как традиционное распределение топлива характеризуется его сжиганием на последних позициях зоны обжига, что снижает температурный уровень (до 1500°С) в рабочем пространстве теплового агрегата.

10. Экспериментально установлено, что увеличение расстояния между газовыми соплами, соответственно по подаче смеси и газа, приводит к сглаживанию начального профиля скорости, и, как следствие, к увеличению коэффициентов неравномерности по расходу и количеству движения.

Определены оптимальные условия по рециркуляции продуктов сгорания, способствующие созданию равномерных температур в рабочем пространстве при тепловой обработке материала.

11. На основе программы компьютерного расчета выявлена эжекционная способность горелки с периферийной подачей природного газа. Сравнения опытных данных с расчетными показало их удовлетворительную сходимость.

Оценка полноты решения поставленных задач. В работе поставлены и полностью решены следующие задачи:

-выявлены основные параметры при технологии очистки сточных вод;

-изучена работа теплового агрегата, обеспечивающая эффективность использования природного газа.

Разработка рекомендаций и исходных данных по конкретному использованию результатов. Полученные результаты будут использоваться на предприятиях при очистке производственных сточных вод, а также в области теплогазоснабжения промышленных печей, работающих на газовом топливе.

Оценка технико-экономической эффективности внедрения. Внедрение современных систем по очистке и осветления производственных сточных вод  позволяет обеспечить эффективность работы очистных установок, а также  использования современных систем сжигания природного газа на промышленных печах. Это позволит улучшить температурный режим обжига огнеупорных изделий, обеспечить  экономию газового топлива на 10-12%, повысить производительность агрегатов на 5-8%. Ожидаемый экономический эффект от результатов выполненных работ составит 2 350 000 тенге.

Оценка научного уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области. Предлагаемая работа по научно-практической значимости соответствует современному научно-техническому и технико-экономическому уровню.

 

 

 

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Унаспеков Б.А., Алимова К.К. Учебное пособие: Газоснабжение.-Алматы: КазНТУ, 2007.-285с.

2. Мырзахметов М.М., Алимова К.К.Исследование работы гидроциклонов при осветлении сточных вод// Известия научно-технического общества «КАХАК».-2008. №3 (22).- С.104-109.

3. Алимова К.К. Исследования по очистке производственных сточных вод огнеупорного предприятия механо-химическим способом// «Поиск», серия естественных и технических наук, 2009. №1.- С.108-113.

4. Унаспеков Б.А., Алимова К.К., Кошумбаев М.Б. Анализ эжекционного смесителя горелки с периферийной подачей газа// Известия научно-технического общества «КАХАК».-2008.№3 (22).-С.113-117.

5. Алимова К.К. Использование оборотно-последовательного водоснабжения     для очистки производственных сточных вод// «Вестник КазГАСА».-2008.

№2 (28).-С.162-165.

6. Мырзахметов М.М., Алимова К.К. Эффективность использования гидроциклонов для осветления сточных вод// Труды Международной научно-практической конференции «Архитектура и строительство в новом тысячелетии».- Алматы, КазНТУ им. К.И.Сатпаева. 2008.- С.25-29.

7. Унаспеков Б.А., Алимова К.К.Использование современных систем сжигания газового топлива в промышленных печах// Труды Международной научно-практической конференции «Архитектура и строительство в новом тысячелетии».- Алматы, КазНТУ им. К.И.Сатпаева, 2008.- С.30-32.

8. Алимова К.К. Повышение эффективности очистки производственных сточных вод// Труды Международной научно-практической конференции «Архитектура и строительство в новом тысячелетии», Алматы, КазНТУ им. К.И.Сатпаева, 2008.-С.45-47.

9. Унаспеков Б.А., Алимова К.К.Совершенствование и проектирование современных конструкций тепловых агрегатов при использовании газового топлива// Труды Международной научно-технической конференции «Современные проблемы механики транспортных конструкций», Алматы, КазАТК им. М.Тынышпаева, 2008. -С.98-102.

10. Алимова К.К. Исследование работы горелочного устройства и пути снижения вредных выбросов// Труды десятой Международной научно-технической конференции «Новое в безопасности жизнедеятельности», Алматы, КазНТУ им. К.И.Сатпаева, 2008.- С.68-72.

11. Унаспеков Б.А., Алимова К.К.Начальные условия истечения турбулентных струй и их влияние на характеристики струйного течения// Труды десятой Международной научно-технической конференции «Новое в безопасности жизнедеятельности», Алматы, КазНТУ им. К.И.Сатпаева, 2008.- С.97-100.

12. Унаспеков Б.А., Алимова К.К., Кошумбаев М.Б. Интенсификация тепловой работы туннельной печи с использованием современных систем газоснабжения//Труды десятой Международной научно-технической конференции «Новое в безопасности жизнедеятельности», Алматы, КазНТУ им. К.И.Сатпаева, 2008.- С.393-395.

Тұжырым

Алимова Куляш Кабпасовна

 

«Өндірістік сарқынды суларды тазалау және отқа төзімді бұйымдарды шығаратын туннельді пештің газ жүйелерін зерттеу»

 

05.23.04 – Сумен жабдықтау, канализация, су ресурстарын қорғау құрылыс  жүйелері

05.23.03 – Жылумен жабдықтау, желдету, ауаны  тазарту, газбен жабдықтау және жарықтандыру

 

   Зерттеулерді жүргізу өзектілігі. Өндірістік сарқынды сулар және жоғары температуралы туннелдік пеш.

   Жұмыстың мақсаты. Өндірістік сарқынды суларды толық тазалауға механиқалық, механиқалық-химиялық әдістерді зерттеу, сонымен қатар гидроциклон қөмегімен лайлы суды тазарту. Отқа төзімді бұйымдарды заманға сай газды оттықтарды және газ жүйелерін қолдана отырып қажетті тиімді жылу өлшемдерді әзірлеу.

   Жұмыс жүргізу әдісі. Жұмыста өндірістік сарқынды суларды зертханалық, физика-химиялық талдаулар және туннельдік пештердің  жылыту жұмысына өнеркәсіп сынақтары үлгісіндегі кешенді зерттеулер пайдаланылды.

  Жұмыс нәтижесі. Өндірістік сарқынды суларды механикалық, механо - химиялық тазалаумен зерттеулер және коагулянттардың мөлшерлері анықталған. Өндірістік сарқынды суларды тұндыру динамикасы зерттелінген. Гидроциклонның құрамы өзгертілген және өндірістік сарқынды  сулардың сапасын жақсартуға мүмкіндік берді. Гидроциклонның жұмысы толығымен қарастырылған. 

Отқа төзімді материалдардың және оларды күйдіртін жоғары температуралары туннельдік пеште қолданылатын оттық жұмыстарының зерттеулері орындалды. Нәтижесінде бұйымдарды күйдірудің мерзімі, табиғи газды жұмыс аймақтарында тиімді пайдалану мәселелері толығымен қарастырылды.

Жоғары температураға ( 17000С-қа дейін) жету үшін өнеркәсіптік жағдайларға қажетті газ шығындарының қөлемдері анықталды. Сонымен қатар осы жұмыстардың шаралары арқылы бұйымдардың сапасын қөтеруге және газ отынының үнемдеуге мүмкіндік берді. Нәтижесінде табиғи газды жағуды ұйымдастыру және отқа төзімді шикізатты күйдіру процесін жақсартуға толығымен жағдай жасалынды.

Негізгі конструкторлық-техниқалық және пайдалану сипаттамасы  Өнеркәсіптік сарқынды суларды тазарту кезінде қажетті коагулянтар анықталды. Олардың мөлшерлері сонымен қатар құралдары дәлелденді. Гидроциклондардың жұмыстары толығымен әр түрлі жағдайда қарастырылып, өнемді шешімдер қабылданды.

Газды оттықтарды зерттеу кезінде туннельдік пештің күйдіру аймағында температураны 1600-17000С-ға дейін жеткізу мүмкіндігі жасалды және отқа төзімді бұйымдардың сапасы жақсартылды.

Енгізу дәріжесі. Өндірістік сарқынды суды тазалау техниқалық шешімдері Таукент тау-өндіру мекемесінде енгізілді, сонымен қатар жобалау институттарында өнеркәсіптік пештерді газбен жабдықтау кезінде ЖШС «Гипрогаз» және ЖАҚ «Қазахстан мұнай және газ институнда» қолдануда.

Қолданылу саласы. Коммуналды және өндірістік мекемелерде және отқа төзімді бұйымдар өндіретін қәсіпорындардың және жоғары температуралы пештерде отын жанғыш газ жүйелерінде қолданылады.

Экономиқалық тиімділік. Отқа төзімді бұйымдар шығаратын кәсіпорындардың жоғары температуралы өнеркәсіп пештерінде енгізуден келешекте болатын экономиқалық пайдасы 2 350 000 теңгені құрады.

 


SUMMARY

 

Alimova Kulyash Kabpasovna

 

The studies on clearing the production sewage and systems of gas supply tunnel stove on production ogneuporov

 

05.23.04 – Water supply, the water drain, building systems of protection of water resources

05.23.03 – The heat supply, ventilation, an air conditioning, gas supply and illumination

 

Object of research: Waste industrial waters of the enterprise of fire-resistant manufacture and the large tunnel furnaces for firing refractory materials.

The work purpose: Identification of efficient parameters on effluent treatment, Improvement of gas-supply system and thermal performance of the high-temperature tunnel furnace.

Topicality of researches The Engineering systems on clearing the production sewages and tunnel stove on production ogneuporov.

Methodic: The technology of effluent treatment and gas supply system of the tunnel furnace, laboratory, physical and chemical researches of gas jet parameters are studied in the project.

Basic idea of the work. When clearing the production sewages are used laboratory, physico-chemical studies.

Results of works: it is established that:

- The time for sedimentation of the weighed substances of sewage of different sections vary;

- The most unstable (long-term sedimentation) suspensions of water polluted from section of chamotte ware manufacture. There is sedimentation of 50% within an hour whereas the total sedimentation of the water polluted from section of high-alumina shapes makes up 65-70 %.

Studying of dynamics of suspensions sedimentation of the sewage polluted by clay (C = 8,0 grams per liter and 8,5 grams per liter ) and magnesite (C = 56,48 and 65 grams per liter), has shown that speed of sedimentation of the weighed substances depends on type of basic material and its fractional structure. To establish that:

- Coagulation process of section of high-alumina shapes containing 45-50 grams per liter  of suspended material, was carried out effectively with the additive of CaO within 500-700 mg/l which is considered optimal;

 - for water of chamotte ware section and section of magnesian ware where reagents ration makes up 300-480 mg/l FeSO4, 80 and 60 mg/l of lime; it is established that:

- weighed chamotte substances with concentration from 15 to 25 mg/l are precipitated more slowly, than magnesian particles: 1,5-2,0 h precipitate about 90 %; by coagulating water with lime in ratio of120 mg/l CaO duration is sharply reduced, and the effect of clearing raises; On the basis of researches of hydrocyclone run on sewage treatment it is established that:

- Duration of precipitation from the sewage which are polluted with fine chamotte depended on quantity of suspensions in initial water;

- at quantity of suspensions 5, 10 and 20 g/l within an hour per precipitation at 65, 80 and 83 %;

- the great bulk of the polluted deposit precipitated within two hours at the same quantity and reaches level from 60 to 80 %.

It is experimentally established that the distance increase between gas nozzles, accordingly on mix and gas giving, leads to smoothing of an initial profile of speed, and, as consequence, to increase in factors of non-uniformity under the expense and quantity of movement. Optimum conditions on recirculation products the combustion promoting creation of uniform temperatures in working space at thermal processing of a material are defined.

On the basis of the computer program on calculation it is revealed ejection ability of a torch with peripheral giving of natural gas.

The basic engineering, technological and the characteristic of technical indicators. Research of hydrocyclones provides increase of efficiency of clarification of the sewage polluted with fine weighed dust. Rational distribution of fuel on positions of roasting zone provides achievements of demanded temperatures (1600-17000С).

Results of introduction: Recommendations on clearing of industrial sewage and technical decisions will be used by Taukent mining-chemical enterprise LLP, "Kazhyprogas" LLP.

Branches: Enterprises for manufacture of structural materials and high-temperature industrial furnaces.

 

Estimation of completeness of the decision of tasks in view. In work are put and are completely solved: - technology of sewage treatment which provides achievements of demanded parameters: - the thermal and aerodynamic work of units provides efficiency of use of natural gas.

Scope: Working out of recommendations and the initial data on concrete use of results. The received results are calculated on experts of the enterprises in manufacture of fire-resistant materials, and also in area furnaces of different function, the industrial furnaces working on gas fuel.

Economic efficiency of work: Estimation of technical and economic efficiency of introduction. Introduction of modern systems on clearing and clarification of industrial sewage and its turnaround water supply allows providing. Decrease in a water consumption, use of modern systems of burning of natural gas will allow to improve a temperature mode, economy of gas fuel on 10-12 %, to raise productivity of units on 5-8 %. Economic benefit of results of performance of works makes 2350 thousand tenge.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подписано в печать 18.03.2009г.

Формат издания 60×84 1/16. Бумага офсетная.

Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии «Иманел» по адресу:

050010, г. Алматы, пр. Достык, 14, офис 1,тел:…….