СПОСОБ ИСПАРЕНИЯ СЛОЯ ОСВЕТЛЕННОЙ ВОДЫ ШЛАМОВЫХ, ШЛАМ-ЛИГНИНОВЫХ И ЗОЛОШЛАКОВЫХ ПОЛЕЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ, МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2023 года по МПК C02F11/12 E21C41/32 

Область техники

Изобретение относится к области экологии и охраны окружающей среды. В организационном отношении это химико-технологические, металлургические и топливно-энергетические производства, в которых применяются так называемые «мокрые» системы очистки пылегазовых потоков и уловленная пыль вместе с водой направляется на шламовые поля. Для химической технологии это, например, целлюлозно-бумажная промышленность, собирающая шлам-лигнин в картах [Богданов А.В. и др. «Комплексная переработка отходов целлюлозно-бумажной промышленности». Иркутск, изд. ИрГТУ, 2000, 228 с.]. Для металлургии алюминия это красный шлам глиноземного производства [Лайнер А.И. и др., М., «Металлургия», 1978, 344 с; с. 123], а также шлам «мокрой» газоочистки электролизного производства [М.Я. Минцис, П.В. Поляков, Г.А. Сиразутдинов. «Электрометаллургия алюминия», Новосибирск, «Наука», 2001, 368 с, с. 318]. В теплоэнергетике на ТЭЦ при сжигании пылеугольного топлива золошлаковые отходы также направляются гидротранспортом на шламовые поля, организуемые на низменных участках рельефа [Напр., БСЭ, М., 1972, 622 с, с. 570 -золоудаление].

Известно большое число изобретений, направленных на очистку сточных вод. Например, для целлюлозно-бумажной промышленности это Авт.св. СССР №1.368.266; 1.573.004; Авт.св. РФ №1.747.388; 2.136.599 и др. Однако, во всех этих решениях задача ставится в излишне обобщенном виде очистки и переработки сразу всего по высоте содержимого шламовых полей. Между тем, представляется возможным и необходимым создавать и использовать технологию переработки, разделяя ее на два этапа.

Лигнин, как основной компонент соответствующего шлама, практически не растворим в воде и органических растворителях [БСЭ., М.,, 1973, т. 14, 623 с; с. 431]. Красный шлам глиноземного производства в металлургии после технологической отмывки щелочных компонентов и в результате многолетней промывки его естественными осадками состоит из оксидов железа, кремния и алюминия, также нерастворимых в нейтральных средах. Последнее утверждение можно отнести и к шламам золошлаковых полей тепловых электрических станций.

В результате шламовые поля отчетливо подразделяются на два слоя, сопоставимые по массе и толщине. Это верхний, практически чистый слой воды и нижний слой, представленный, главным образом, самим шламом.

Уровень техники

Шламовые поля образуются только при использовании «мокрых схем» пылегазоочистки, от которых давно отказались меньшие по площади страны, чем Российская Федерация, перейдя к так называемой «сухой схеме» пылегазоочистки, при которой отсутствует необходимость в самой организации таких полей.

Другим способом отказа от шламовых полей является перевод ТЭЦ на газовое топливо, содержание зольных компонентов в котором близко к нулю, в то время как содержание минеральной части («золы») в энергетических углях достигает 30% и более.

По методам и устройствам для переработки нижнего шламового, шлам-лигнинового или золошлакового полей, предложено огромное количество изобретений.

Аналоги и прототипы

Это, например, способ переработки шламов глиноземного производства (Бегунов А.И. и др. Заявка на изобрет.РФ №2010109726/02 от 15.03.2010 г. с решением ФИПС о выдаче патента ИрНИТУ от 25.08.2011 г.). По способам очистки сточных вод ЦБП это Авт.св. СССР №1.573.04 (Тимофеева С.С.и др. Публ. 23.06.90 г., Бюлл. №23); №1.368.266 (Русецкая Г.Д. и др. Публ. 23.01.1988 г., Бюлл. №3); №2.136.599 РФ (Леонов С.Б. и др., Публ. 10,09.1999 г., Бюлл. №25); №1.747.388 (Русецкая Г.Д. и др., Публ. 15.07.1992 г., Бюлл. №26) и др.

Не менее многочисленны и изобретения, относящиеся к способам и устройствам для переработки золы ТЭЦ и ТЭС. Это, например, авт.св. СССР №621648 А1 (Селиванова В.И., Нуржатов Б.Г., 1976, 12.VII); Авт.св. СССР №1010039 (Бурмистров В.Н. и др., Опубл. 1983 г., 04.07); Пат. РФ №2.443.636 (Публ. 27.02.2012 г) и др.

Шламовые поля в Иркутской области представлены отстойниками шлам-лигнина на остановленном предприятии БЦБК площадь которых равна ~130 га, а также на Селенгинском ЦКК, Братском и Усть-Илимском ЛПК, на алюминиевых заводах Шелехова, Братска, ТЭЦ, ТЭС и ряде других городов и предприятий. Наиболее тревожным является положение с переполненными картами шламонакопителей БЦБК, расположенными на берегу Байкала и в предгорьях Хамар-Дабана, т.е. в сейсмически опасной зоне, которая к тому же при ливнях в горах может подвергаться и селевой атаке. По этим причинам в качестве прототипа представляется целесообразным использовать одно из названных выше изобретений, относящихся к очистке сточных вод целлюлозно-бумажных производств. Это, например, изобретение по способу очистки сточных вод по Авт.св. СССР №1.573.004 Тимофеевой С.С.и др., (опубл. 23.06.90 г., Бюлл. №23). По нему получаемый на фильтре осадок поступает на сжигание, а осветленные воды - в бассейн чистой воды, а оттуда в общие промстоки комбината. Качество очистки сточных вод при такой технологии не позволяет использовать их в замкнутом цикле, а остаточные загрязнения наносят большой ущерб работе общим очистным сооружениям и отделению флотации цеха переработки осадка [Богданов А.В. и др. «Комплексная переработка отходов производства целлюлозно-бумажной промышленности», Иркутск, изд. ИрГТУ, 2000, 227 с, с. 116]. Как это изобретение, так и остальные аналоги предназначены, очевидно, для переработки относительно свежеполученных сточных вод. Между тем, при длительном, в течение нескольких лет хранении материалов шламового поля они отчетливо подразделяются на три слоя различной природы и свойств по высоте. Верхний слой толщиной порядка 2 м. представлен относительно чистой осветленной водой. Под ним находится биологический слой мхов и водорослей, укрывающий нижний слой собственно шлам-лигнина, зол или красных шламов глиноземных производств. Переработка по отдельности этих слоев может оказаться более эффективной при последовательном применении различных технологий. Настоящее изобретение относится, главным образом, к переработке верхнего, осветленного слоя.

Сущность изобретения

Заключается в том, что на обрабатываемом поле удаляют влагу упариванием в атмосферу с размещением нагревателей в верхнем водном осветленном слое при температуре на поверхности «нагреватель-вода» 95-98°С. При этом представляется необходимым не доводить процесс до кипения, при котором выделяющиеся пузыри пара и воздуха вызывали бы интенсивное перемешивание и захват потоками воды промежуточного биологического и нижнего, собственно шламового слоя.

Для реализации предложенного способа удаления влаги верхнего, осветленного слоя предложено устройство, выполненное в виде пластиковых труб и пожарных рукавов с циркулирующим по ним теплоносителем - чистой горячей водой, подвешенное под поверхностью водного слоя и включенное в циркуляционный контур, содержащий насосы и систему нагревания воды.

Технический результат

внедрения изобретения заключается в том, что ликвидация большей части водного слоя увеличивает резерв времени на случай проливных дождей в горах, возможных селей и других катастроф, в результате которых карты могут быть переполнены, а шламы - хлынуть с водой в Байкал, что привело бы к катастрофе глобального масштаба. Слой шлама становится доступным для дополнительного обезвоживания с применением, например, напорной фильтрации и других известных методов его утилизации, а также переработки.

Для последней заманчивой представляется, например, рекуперация осадка карт шламонакопителей с получением сорбентов и коагулянтов (Богданов А.В. Докторская диссертация, ИрГТУ, Иркутск, 2006, 275 с.).

Предложенное устройство для реализации способа отличается простотой и надежностью в эксплуатации, а запас электрических и тепловых мощностей в сетях г. Байкальска и БЦБК после закрытия комбината и снижения численности населения в городе достаточен для упаривания осветленной воды в картах-накопителях в любых масштабах.

Описание изобретения в статике и во взаимодействии

На Фиг. 1 показан вертикальный разрез шламонакопительной карты. На нем 1 - слой осветленной воды; 2 - слой шламлигнина; 3 - пластиковые трубы с горячей водой; 4 - грунт из уплотненного слоя глины.

На Фиг. 2 изображен план накопительной карты. Здесь 1 - слой осветленной воды; 3 - пластиковые трубы с внешним диаметром, например, 100 мм, при расстоянии между ними по 500 мм и длине труб около 20 м; 7 - коллектор-распределитель воды по трубам на входе в устройство (горячей воды); 8 - коллектор - собиратель воды на выходе из устройства (охлажденной воды); 9 и 10 - обводные трубы на входе и на выходе из устройства; 11 - входной патрубок; 12 - выходной патрубок. Стрелками показано направление течения горячей воды в устройстве.

Устройство монтируется под сухими деревянными плотиками на входе и на выходе из него циркуляционной чистой и горячей воды. Один-два плотика, поддерживающих трубы, располагаются также между коллекторами-распределителями охлаждающей воды на входе и на выходе из устройства.

При испарении большей части осветленной воды верхнего слоя устройство может работать некоторое время на поверхностях нижних слоев для сушки мхов и водорослей пограничного слоя. Перемещение устройства по вертикали обеспечивается благодаря использованию гибких пожарных рукавов, связывающих устройство в области входного и выходного коллекторов с подающим горячую и принимающим более холодную воду патрубками, или с помощью других приемов.

Сведения, подтверждающие возможность и целесообразность осуществления изобретения

В докторской диссертационной работе, выполненной почти 15 лет назад, А.В. Богданов утверждал, что на предприятиях прибрежной части Байкала, Братского и Усть-Илимского водохранилищ складировано более 30 млн. м³ осадка [«Развитие научных и практических основ экологических технологий комплексной переработки осадков карт - шламонакопителей…», ИрГТУ, Иркутск, 2006, 275 с.]. Масса этих осадков за прошедшее время могла только существенно возрасти. Золошлаковые отвалы ТЭЦ, ТЭС и ГРЭС, а также металлургических и других мощных предприятий Приангарья можно полагать, составляют сотни млн. м³ и тонн. Возможность, целесообразность и осуществимость переработки этих материалов представляется необходимой, тем более, что земли Прибайкалья все так или иначе связаны с Байкалом, Селенгой, Ангарой и Енисеем и их бассейны определяют уровень экологического состояния и здоровья огромного региона Восточной Сибири.

Группа изобретений относится к области экологии и охраны окружающей среды и относится к переработке шламового, шлам-лигнинового или золошлакового полей химико-технологических, металлургических и теплоэнергетических производств. Согласно способу влагу упаривают в атмосферу путем размещения пластиковых труб с циркулирующим в них теплоносителем – горячей чистой водой в слое осветленной воды при температуре на поверхности «пластиковая труба-вода», равной 95-98°С. Технический результат: простота и надежность ликвидации водного слоя, увеличение резерва времени на случай ЧС, предотвращение переполнения шламовых полей, которое могло бы привести к загрязнению водных источников. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ испарения слоя осветленной воды шламовых, шлам-лигниновых и золошлаковых полей химико-технологических, металлургических и теплоэнергетических производств, характеризующийся тем, что влагу упаривают в атмосферу путем размещения пластиковых труб с циркулирующим в них теплоносителем – горячей чистой водой в слое осветленной воды при температуре на поверхности «пластиковая труба-вода», равной 95-98°С.

2. Устройство для реализации способа по п. 1, отличающееся тем, что оно выполнено в виде пластиковых труб и пожарных рукавов с циркулирующим по ним теплоносителем – горячей чистой водой, размещено под поверхностью слоя осветленной воды и включено в циркуляционный контур, содержащий насосы и систему нагревания чистой воды.