Физические параметры твердых бытовых отходов

«Одной из актуальных задач в сферах ресурсосбережения и природоохранной деятельности предприятий является эффективная утилизация отходов с минимальными воздействиями на окружающую среду. Задача решается путем модернизации мусоросжигающих агрегатов, в частности, совершенствования конструкции, применения эффективных теплоизоляционных материалов, использования вторичных энергоресурсов, автоматизации процессов, внедрения высокоэффективных горелочных устройстви технологий сжигания мусора. В настоящее время наиболее перспективной технологией является импульсное отопление агрегатов. Технология начала развиваться с 70-х гг. прошедшего столетия в черной металлургии при нагреве слитков в нагревательных колодцах» [7].

Несмотря на очевидные преимущества, данная технология не получила широкого распространения из-за отсутствия быстродействующих отсечных устройств, а также из-за того, что существующие системы автоматического управления, в первую очередь, не обеспечивали поддержания необходимого режима давления, что приводило к загазованности воздуха рабочей зоны при выбивании печных газов из печи.

На рубеже XX века импульсное отопление получило свое развитие в Европе, где широко применяется более десяти лет. В настоящее время технология начинает успешно применяться на постсоветском пространстве и в США [8-10].

В процессе развития технологии возникло два направления организации импульсного отопления.

Одно из этих направлений заключается в использовании импульсных или обычных горелочных устройств, которые периодически нагружаются в режимах «большое» – «малое» горение. Частным случаем «малого» горения является полное прекращение подачи топлива на горелку. Период переключения горелок может составлять от нескольких десятков секунд до нескольких минут и регулируется с помощью процессорного контроллера.

«Другим направлением является интенсификация горения и повышения коэффициента теплоотдачи путем создания строго периодических пульсаций давления в потоках топлива и воздуха (частотно-модулированная система). Нижний предел частоты акустического колебания при этом может составлять от 0,5-10 Гц, а верхний соответствует частотам ультразвуковых колебаний» [5].

Основными преимуществами, получаемыми при импульсном сжигании по сравнению с традиционными способами являются более точное и гибкое управление основным процессом горения, более тщательный контроль и регулирование соотношения «газ – воздух» и безопасный подвод их к горелкам.

Кроме того, повышается температурная однородность благодаря тому, что каждая горелка управляется индивидуально, а распределением горелок по зонам можно увеличить циркуляцию газа в печи. Это имеет особое значение при нагреве металла перед его дальнейшей обработкой. В результате снижаются потери металла с угаром, достигается более высокое качество изделия, появляется возможность повышения производительности агрегата.

Применение частотно-модулированной системы сжигания также способствует повышению производительности агрегата за счет увеличения конвективного коэффициента теплоотдачи.

Процесс полностью управляется компьютером. Компьютер, электронное управление и индивидуальный контроль пламени на каждой горелке позволяют обеспечить высокую безопасность работы. Потеря одного контрольного сигнала пламени по любой причине не влияет на работу других горелок в системе. Когда требуется тепло, система импульсного управления просто игнорирует любую горелку в цикле бесконтрольного сигнала пламени, и другие горелки компенсируют недостачу до тех пор, пока будет устранена причина дефектного сигнала. Управление от ЭВМ также обеспечивает автоматизированное надежное и простое начало работы печи.

Механический контроль и регулирование устранено или минимизировано. В печах периодического действия имеется возможность большего выбора в использовании различных режимов сжигания от одного процесса до следующего. Большее соотношение диапазона изменения параметра позволяет достичь более высокую скорость нагрева без ослабления контроля в пиковой точке температуры.

«Тщательный контроль и регулирование соотношения «воздух – газ» позволяет значительно сократить расход топлива. Соотношение «воздух – газ» может быть установлено очень близко к "совершенному" сжиганию (отношение 10:1) в пике температуры, как в непрерывных печах, так и в печах периодического действия. Таким образом, можно достичь экономии топлива на уровне 20-25%» [8].

«Другим результатом точного регулирования соотношения «воздух – газ» является снижение загрязнения воздуха оксидами азота. Наиболее полно технология отработана для камерных печей периодического действия в черной металлургии. Известны примеры применения импульсного отопления в Российской Федерации на стане 2000 ОАО «ММК» и в Украине на стане 1700 ОАО «ММК им. Ильича» на методических печах типа «Digital» конструкции фирмы «SteinHeurtey» (ныне «FivesStein»)» [9].

Фирма «Kromshroeder» развивала идею горелок для индивидуального импульсного сжигания, концепция которых была тщательно разработана, проверена и испытана в различных отраслях промышленности.

Наряду с имеющимися достижениями следует отметить недостаточную изученность процессов, возникающих при реализации вышеописанных технологий импульсного отопления. Опубликованные в различных источниках экспериментальные данные носят разрозненный характер и не могут служить основанием для формулирования общих рекомендаций и формирования универсальных расчетных зависимостей.

При этом представляется неопределенной сфера применения технологий импульсного отопления, в частности, для котельных агрегатов. Основной проблемой внедрения является автоматическое поддержание давления на фиксированном уровне. Возможно, что применение импульсного отопления на котлах обеспечит равномерность температурного поля, особенно в тех частях, где интенсивность теплообмена достаточно низкая (например, в углях топки).

Чтобы определить точные характеристики отходов организации, необходимо проанализировать их с использованием физико-химических параметров.

Согласно [6] твердые бытовые отходы обладают следующими физико-химическими параметрами: плотность, содержание влаги, размер, теплотворная способность, полевая емкость, проницаемость уплотненных отходов, сжимаемость. Информация и данные о физических характеристиках твердых отходов важны для выбора и эксплуатации оборудования, а также для анализа и проектирования установок для захоронения [6].

1. Плотность.

Плотность отходов, т. е. их масса на единицу объема (кг/м ³), является критическим фактором при разработке системы управления твердыми отходами, например, при проектировании санитарных свалок, хранилищ, типов транспортных средств для сбора и транспортировки и т. Д. Чтобы объяснить, эффективная работа полигона требует уплотнения отходов до оптимальной плотности. Любое обычное оборудование для уплотнения может обеспечить снижение объема отходов на 75%, что увеличивает начальную плотность от 100 кг/м ³ до 400 кг/м ^3., Другими словами, транспортное средство для сбора отходов может перевозить в четыре раза больше веса отходов в своем уплотненном состоянии, чем когда оно не уплотнено. Значительные изменения в плотности происходят самопроизвольно по мере того, как отходы перемещаются из источника в захоронение из-за уборки, обработки, смачивания и сушки погодой, вибрации в транспортном средстве сбора и разложения [8].

2. Содержание влаги.

Содержание влаги определяется как отношение веса воды (влажный вес - сухой вес) к общему влажному весу отходов. Влага увеличивает вес твердых отходов и, следовательно, стоимость сбора и транспортировки. Кроме того, содержание влаги является решающим фактором экономической целесообразности обработки отходов путем сжигания, поскольку влажные отходы потребляют энергию для испарения воды и повышения температуры водяного пара. В основном, отходы должны быть изолированы от осадков или других посторонних вод [6].

Типичный диапазон содержания влаги составляет от 20 до 40%, что представляет крайние значения отходов в засушливом климате и в сезон дождей в регионе с высоким уровнем осадков. Однако значения, превышающие 40%, не являются редкостью. Помимо климатических условий, содержание влаги обычно выше в странах с низким уровнем дохода из-за более высокой доли пищевых и садовых отходов [6].

3. Размер отходов.

Распределение составляющих отходов по размеру в потоке отходов имеет большое значение, поскольку оно имеет большое значение для проектирования механических сепараторов и процесса измельчения и переработки отходов. Это сильно варьируется, и при проектировании системы следует проводить надлежащий анализ характеристик отходов [6].

4. Теплотворная способность.

Теплотворная способность - это количество тепла, выделяемого при сжигании единицы массы вещества, выраженное в ккал / кг. Теплотворная способность определяется экспериментально с использованием калориметра Bomb, в котором измеряется тепло, генерируемое при постоянной температуре 25 ^O C от сгорания сухого образца [6].

Физические свойства, необходимые для анализа отходов, размещаемых на полигонах:

5. Полевая емкость.

Емкость твердых бытовых отходов в поле представляет собой общее количество влаги, которое может удерживаться в образце отходов, подверженном гравитационному воздействию. Это очень важная мера, потому что вода, превышающая производственную мощность, образует фильтрат, и фильтрация может быть основной проблемой на полигонах. Емкость поля зависит от степени приложенного давления и состояния разложения отходов [6].

6. Проницаемость уплотненных отходов.

Гидравлическая проводимость уплотненных отходов является важным физическим свойством, поскольку оно регулирует движение жидкостей и газов на полигоне. Проницаемость зависит от других свойств твердого материала, включая распределение пор по размерам, площадь поверхности и пористость. Пористость представляет собой количество пустот на единицу общего объема материала. Пористость твердых бытовых отходов обычно варьируется от 0,40 до 0,67 в зависимости от уплотнения и состава отходов [6].

7. Сжимаемость.

Это степень физического изменения взвешенных твердых частиц или осадка на фильтре при воздействии давления [6].