Регенерация гранулированного активного угля

Установки с гранулированным углем обычно включают колонны для очистки воды и печи для регенерации угля, который затем используется повторно. Возможность регенерации и повторного использования гранулированного угля, а также отсутствие при этом жидких или твердых отходов подтверждают целесообразность широкого применения этого способа удаления органических веществ из сточных вод в составе сооружений доочистки.

Установки с гранулированным углем обычно включают колонны для очистки воды и печи для регенерации угля, который затем используется повторно. Возможность регенерации и повторного использования гранулированного угля, а также отсутствие при этом жидких или твердых отходов подтверждают целесообразность широкого применения этого способа удаления органических веществ из сточных вод в составе сооружений доочистки.

Имеются четыре основных способа реактивации гранулированного угля: отмывка растворителями, отмывка кислотами или щелочами, реактивация паром и термическая регенерация.

При использовании растворителя, который должен растворить адсорбированные вещества, абсорбат проходит через угольный фильтр в направлении, противоположном прохождению рабочего цикла. Такая промывка растворителем производится до тех пор, пока загрязнения не удаляются полностью. После этого растворитель выпускается из фильтра, а регенерированный уголь отправляют на дальнейшее использование.

Если в определенных условиях кислота или щелочь являются более эффективными, чем растворители, их применяют так же, как растворители. Абсорбаты с низкими температурами кипения могут быть удалены с помощью пара. Примерно 3—6 кг пара на 1 кг абсорбата должны быть пропущены через слой угля в направлении, обратном нормальному протоку, после чего пар выпускается в атмосферу либо конденсируется и повторно используется.

В настоящее время самым распространенным является четвертый способ — термическая регенерация.

Термическая регенерация гранулированного угля состоит из трех основных этапов: сушка, обжиг (или пиролиз) абсорбата и активация угля.

Сушка производится при температуре 100° С, обжиг — при температуре 100—800°С и активация при температурах угля выше 800°С. Все эти этапы обработки угля могут быть осуществлены в многоподовой печи. Применение этих печей в настоящее время является наиболее распространенным и эффективным способом регенерации гранулированного угля, используемого в очистке сточных вод.

Наименьший диаметр многоподовой печи составляет 1400 мм. При производительности станции 28 400 м³/сутки такая печь - может обработать уголь, подлежащий регенерации, в количестве 96 кг на 1000 м³ что обеспечивает большой запас по производительности. В сутки на ней можно обработать 2170 кг сухого угля при температурах 897—927°С.

Когда сток колонны с гранулированным активным углем имеет низкое качество (ХПК—15 мг/л или менее 50% величины ХПК в поступающей воде; цветность — 5 единиц), использованый уголь удаляется из колонны. Эксплуатация подобных установок показала, что ухудшение качества воды по показателю ХПК на 1 блюдается при дозе угля 26 кг/1000 м³. При дозе угля 30 кг/1000 м³ снижаются затраты труда и средств на его регенерацию. Таким образом, эта величина может быть сигналом для выпуска угля из колонны. Для более насыщенного загрязнениями угля период регенерации увеличивается в два раза.

При выпуске использованного угля в угольной колонне создают давление в процессе ее работы. При протоке снизу вверх нагрузку увеличивают до 6,8 л/(с-м²) для достижения небольшого «расширения» угля, обеспечения равномерного выпуска его и предотвращения образования щелей типа «крысиных нор». За один выпуск удаляется 11% (около 5 м³) содержимого одной колонны и заменяется регенерированным углем. Использованный уголь в виде шлама поступает в один из двух бункеров, предназначенных для дренирования и подачи угля на последующую обработку. Эти бункера расположены на более высокой отметке, чем верхняя часть печи. Объем каждого бункера составляет около 5,7 м³ (2,5 т сухого) угля. При подаче угольного шлама в бункер вода отделяется и вытекает через решетки, расположенные по бокам дна бункера; при этом влажность шлама доводится до 50% в течение 15 мин.

Частично обезвоженный шлам транспортируется из бункеров в печь с помощью винтового конвейера. Конвейер выполнен из стали 304 во избежание коррозии. Для регулирования скорости подачи угля имеется редуктор. Частота вращения питающих устройств печи может изменяться в пределах 6:1, что позволяет подавать в печь от 0,45 до 2,7 т сухого угля в суши (0,93—6,7 м3/сутки).

Конвейер имеет винт диаметром 225 мм, причем в нижней его части, расположенной напротив бункера, шаг винта равен 75 мм, а в верхней части напротив печи 225 мм. В связи с тем что конвейер в нижней части винта работает полным сечением, он является замерным устройством. В верхней части конвейер заполнен частично для уменьшения скручивающего усилия. Без учета скольжения в верхней части, где шаг винта равен 225 мм, конвейер должен подавать 70 л за один оборот, а при шаге винта 75 мм — 23 л за один оборот, при этом при частоте вращения 0,3—1,8 об/мин конвейер может подать необходимое количество угля в печь. Конвейер приводится в действие электродвигателем с частотой вращения 216—2160 об/мин через редуктор с соотношением 952,6:1. После редуцирования частота вращения конвейера может изменяться от 0,2 до 2 об/мин.

Возле дна бункера установлен сигнальный прибор, контролирующий наинизший допустимый уровень расположения использованного угля в бункере. Этот контроль необходим во избежание прорыва газа из бункера в помещение при минимальном уровне угля, когда ликвидируется гидравлический затвор из угольного шлама.

Использованный уголь в виде шлама с влажностью около 60% подается конвейером в верхнюю часть многоподовой печи через впуск размером 250 мм.

Рассмотрим печь диаметром 1,4 м с шестью горизонтальными перегородками. Печь обогревается природным газом; в качестве резервного топлива применяется пропан.

Дымовые газы проходят через устройства для дожигания и мокрый скруббер во избежание загрязнения воздуха. Уголь движется сверху вниз, падая с одной перегородки на другую, с помощью скребков, выполненных из нержавеющей стали. Поды нумеруются от 1 до 6, считая сверху вниз.

Две газовые торелки установлены на четвертой и шестой перегородках. Температура около этих перегородок контролируется автоматической системой с точностью до 5°. На трубах, подводящих газ и воздух к горелкам, установлены приборы, регулирующие постоянное количество избыточного кислорода; при необходимости к четвертой и шестой перегородкам может быть подан пар.

При прорыве пламени печь автоматически выключается из работы. (Кроме того, печь выключается из работы в следующих опасных случаях: при повышении либо понижении давления газа; повышенном давлении подаваемого воздуха; пониженном давлении в системе водяного охлаждения вращающегося механизма, приводящего в движение скребки; повышенной температуре дымовых газов; при выключении из работы вентиляторов.

Система воздушного охлаждения оси вращения скребков является резервной и включается при отсутствии электроэнергии.

На подах перегородок необходимо поддерживать следующую температуру: № 1—427°С; № 2 —538°С; № 3— 704°С;№ 4—915°С; № 5—871°С;№ 6 —915°С. Уголь в печи регенерируется благодаря повышенным температурам в присутствии пара; при этом загрязнения, адсорбированные углем, испаряются и газифицируются, а активность угля восстанавливается примерно до первоначальной величины. При подаче пара на четвертую и шестую перегородки тепло равномерно распределяется по всей печи; «роме того, при подаче пара снижается плотность и увеличивается йодное число регенерированного угля. Пар необходимо подавать в печь из расчета 1 кг на 1 кг сухого угля.

Газы, образующиеся при регенерации угля, проходят через верхнюю зону печи и при необходимости поступаю в устройство для дожигания. Дожигание происходит при температуре около 650°С для полного сжигания пахучих газов органического происхождения.

B большинстве случаев достаточно пропускать газы через мокрый скруббер, и дожигание не требуется. Так как в мокром скруббере задерживаются угольная пыль и пахучие вещества, выпуск дымовых газов в атмосферу не создает опасности загрязнения воздуха.

Регенерированный уголь удаляется со дна многоподовой печи в небольшой охладительный резервуар, который имеет две отдельные всасывающие линии, ведущие к насосу. Каждая всасывающая линия снабжена не сколькими насадками, которые предназначены для пол держания угля в состоянии непрерывного движения в охладительном резервуаре и присоединенных трубопроводах. Во избежание отложений угля в резервуаре и засорения всасывающих линий угольный шлам необходимо тщательно перемешивать.

Из охладительного резервуара угольный шлам перекачивается в сборный резервуар регенерированного угля или в промывные тёнки. Для перекачки угольного шлами применяют два диафрагмовых насоса, производительность каждого насоса 0,2—1,3 л/с.. Эти погружные насосы перекачивают угольный шлам по трубе диаметром 25 мм в сборный или промывные резервуары.

Процесс отмывки мелких частиц из регенерированною угля аналогичен описанному при первичном заполнении колонны углем. После промывки угля в промывном резервуаре создается давление, и регенерированный уголь в виде шлама по трубе диаметром 50 мм подается в верхнюю часть колонны. Покупной уголь добавляют для возмещения потерянной части угля при регенерации; этом уголь направляется в бетонный бункер для угольного шлама, откуда перекачивается диафрагмовыми шламовыми насосами в промывные тенки, где промывается водой перед подачей в колонны.

Работа многоподовой печи контролируется обычно по удельному весу угля; периодически проверяют йодное число, изотерму адсорбции и другие показатели, характеризующие активность регенерированного угля. Обычно уголь регенерируется до удельного веса, равного 0,48. Если удельный вес регенерированного угля выше 0,49, значит, в печь подается чрезмерно большое количество угля или в печи низкая температура; если удельный вес менее 0,48, температура в печи чрезмерно высокая или в печь подается мало угля и возникает опасность выгорания угля. Чрезмерное снижение йодного числа показывает, что температура регенерации слишком низка, адсорбат превращается в уголь и остается в порах, которые имелись в угле до начала процесса обжига.

Температура угля в процессе регенерации должна быть не менее 815°С во избежание ухудшения его качества; рекомендуется поддерживать температуру около 954—982°С.

Как известно, получение эксплуатационных данных о работе установки по регенерации угля является длительным процессом, так как период между циклами регенерации очень продолжителен. За цикл работы из колонны должно выпускаться 8—10 партий (порций) угля, а период времени между выпусками порций — четыре-шесть недель в зависимости от расхода очищаемой воды. После 4,5 лет работы самая первая порция угля проходит только четвертый цикл использования и за это время после регенерации удельный вес, и йодное число были близки к первоначальным; наличие золы не обнаружено. По данным ускоренных лабораторных опытов, гранулированный уголь, насыщенный органическими веществами из сточных вод, мог регенерироваться после 20 циклов использования.

Норма подачи угля в печь изменялась в зависимости от характеристик использованного угля и в среднем составляла 53 кг/ч. Влажность использованного угля, подаваемого в печь (угольного шлама), была близка к 44%. Пар подавался в количестве 1 кг на 1 кг сухого угля. При подаче пара температура на первом, втором и третьем подах повышалась примерно на 110°, обеспечивая при этом более равномерное распределение тепла во всей печи. При тех же температурах и нормах подачи угля, но при добавке пара заметно снижался удельный вес угля до 0,5—0,45 и повышалось йодное число до 880—910. Количество тепла, подаваемого в многоподовую печь, составляло 3050—6550 Дж на 1 кг угля.

Потери угля и стоимость рабочей силы являются основными источниками затрат при регенерации угля. Стоимость покупного угля составляет примерно 50% общей стоимости обработки углем, следовательно, при регенерации необходимо стремиться к снижению потерь угля. Так как за короткий период эксплуатации измерить потери угля весьма трудно, поэтому наиболее надежным способом определения потерь является точный замер количества покупного угля, необходимого для заполнения колонн до установленного уровня. Обычно потери угля составляют 2—12% за один цикл.

Важным фактором потерь угля является выгорание его при работе печи, а также при запуске и выключении печи из работы, поэтому при длительной работе печи без перерыва потери угля снижаются.