Работа установки термического обезвреживания

Получение газообразного топлива из углей, а также из твердых веществ, включающих как органическую, так и неорганическую составляющую (в том числе из промышленных, радиоактивных и бытовых отходов) – в настоящее время актуальная задача. Получаемые горючие газы (пирогаз) могут быть использованы в энергетических (для газовых турбин и котельных установок) и в технологических (производство целевых продуктов) целях.

«Одним из возможных путей газификации твердых органических веществ является использование шахтных реакторов. При этом в некоторых случаях представляет интерес жидкое шлакоудаление, позволяющее использовать получаемый экологически чистый шлак для производства строительных материалов» [26].

«Такой процесс требует газообразного окислителя, в качестве которого могут выступать кислород, воздух и водяной пар. Причем для получения высококалорийного газа количество воздуха должно быть минимальным ввиду значительной концентрации в нем азота. Для обеспечения жидкого шлакоудаления и поддержания температурного уровня процесса, целесообразно иметь повышенную температуру в окислительном дутье» [23].

 

1, 5 — гидроцилиндры; 2 — загрузчик; 3 — плазмотрон; 4 — задвижка; 6 — бункер; 7 — питатель; 8 — взрывной клапан; 9 — подвод сжатого воздуха для охлаждения (Z)_y = 20); 10 — запорные устройства; 11 — выпускной лоток; К —контрольные точки

Рисунок 3.1 -  Установка термического обезвреживания (пиролиз — газификация)

 

«В этой связи возможным вариантом такого процесса является использование электродугового плазмотрона для нагрева воздуха. Это позволяет, с одной стороны, обеспечить необходимую энергию для плавления неорганической части сырья, а с другой — поддерживать требуемый температурный уровень процесса при не очень больших расходах воздуха. Наиболее перспективно использовать этот процесс для газификации остекловывания бытовых и промышленных отходов. В этом случае использование плазмотрона позволяет поддерживать жидкое шлакоудаление при наличии практически любых органических включений (и получать экологически чистый шлак, пригодный для изготовления стройматериалов). Кроме того, при наличии в отходах хлора восстановительная среда, образующаяся в процессе газификации, предотвращает образование диоксинов. Преимуществом этого процесса является также существенно меньшее количество подлежащих очистке газов (по сравнению с процессом сжигания отходов). При этом теплотворная способность получаемых горючих газов позволяет во многих случаях получать такое количество энергии, которое не только компенсирует затраты энергии в плазмотроне, но может отпускаться внешним потребителям (особенно при использовании современных газотурбинных установок с высоким КПД)» [24].

 

 

Анализ результатов

Метод слоевого сжигания неподготовленных отходов в мусоросжигательных установках, используемый на ООО «Альфа» является наиболее распространенным методом термической переработки ТБО. При этом помимо обезвреживания отходов можно получить тепловую или электрическую энергию, сократить расстояние между местом сбора отходов и мусоросжигательным заводом, значительно сократить земельные площади, отводимые под захоронение ТБО.

«Однако при сжигании отходов выделяются твердые и газообразные вредные вещества, поэтому все современные мусоросжигательные заводы (МСЗ) должны быть оборудованы высокоэффективными газоочистными устройствами» [22].

В России построено семь мусоросжигательных заводов. Технологическая схема одного из них показана на рис. 3.2.

«Мусор, доставляемый на МСЗ сжигают без какой-либо предварительной подготовки или обработки. При поступлении на завод мусоровозы взвешивают на платформенных автоматических весах. Затем мусоровозы поступают в приемное помещение, где осуществляется выгрузка ТБО в бункер-накопитель. Мусор из бункера-накопителя частями забирает мостовой кран, оборудованный грейферным ковшом» [20].

 

1 – мостовой грейферный кран; 2 и 3 – мусорный и шлаковый отсеки бункера-накопителя; 4 – вентилятор первичного дутьевого воздуха; 5 – станция гидропривода; 6 – паровые калориферы-воздухоподогреватели; 7 – шлакоизвлекатель; 8 – ленточные транспортеры для удаления шлака и золы; 9 – дымосос; 10 – дымовая труба; 11 – электростатический фильтр; 12 – котел-утилизатор; 13 – вентилятор вторичного воздуха; 14 – загрузочный бункер; 15 – растопочная горелка; 16 – колосниковая решетка

Рисунок 3.2 -  Технологическая схема переработки отходов на мусоросжигательных заводах

 

«В приемном отделении поддерживается некоторое разряжение воздуха за счет забора из него дутьевого воздуха для поддержания процесса горения ТБО в котлоагрегатах, что предотвращает выброс неприятных запахов и пыли за пределы отделения. Мусор из приемного бункера подают в загрузочный желоб питателя печи котлоагрегата до определенной высоты. Емкость желоба образует буферный резерв питания печи. Образуемая таким образом колонна мусора обеспечивает герметичность между камерой горения и загрузочным бункером. Нижняя часть желоба защищена водяной рубашкой от перегрева в случае подъема пламени. Питатель распределяет мусор по колосниковой решетке, на которой сжигают мусор. Она является основным элементом печи» [16].

«Имеется несколько видов колосниковых решеток. Наибольшее применение получило топочное устройство, оборудованное обратно переталкивающей колосниковой решеткой системы «МАРТИН» (Германия), шириной 3 м и наклоненной под углом 26° к горизонтальной плоскости. Решетка имеет одну или несколько секций, каждая из которых состоит из 13 рядов чередующихся подвижных и неподвижных колосников» [30].

«Каждый второй колосник приводится в возвратно-поступательное движение общим устройством управления. Амплитуда возвратно-поступательного движения в направлении решетки снизу вверх составляет около 400 мм, а число циклов может изменяться от 0 до 60 в час» [29].

«Перемещение колосников решетки влияет на процесс сжигания мусора, который при каждом цикле медленно перемешивается и раскладывается по поверхности. Таким образом, в начале решетки образуется интенсивное пламя, при котором все стадии сжигания – сушка, возгорание и сжигание – происходят одновременно. Благодаря наличию сильного пламени в начале решетки газы, выделяющиеся на стадии сушки, смешиваются с очень горячими газами горения и сжигания» [29].

«Мусор, сжигаемый на решетке, постепенно перемещается вниз, постоянно перемешиваясь. Сжигание мусора завершается приблизительно на 2/3 длины решетки, а на оставшейся части мусор, превратившийся в шлак, постепенно охлаждается под действием подаваемого в топку воздуха» [29].

«Конструкция колосниковой решетки позволяет сжигать отходы с различной теплотой сгорания и большим (до 50 %) содержанием золы при высокой удельной производительности (более 400 кг/(м²ч)). Площадь колосниковой решетки каждого агрегата 20 м², номинальная производительность 8,33 т/ч при теплоте сгорания ТБО 6,3 МДж/кг. Температура в топочном пространстве регулируется автоматически и составляет 800-1000 °С, что обеспечивает выгорание твердых и газообразных горючих составляющих отходов» [29].

«Для обеспечения требуемого качества сжигания, т. е. для получения хорошо перегоревшего шлака, его необходимо сразу удалять. Шлак составляет около 25 % по массе от общего количества сжигаемых отходов» [29].

«Для удаления шлака используют барабаном с регулируемой скоростью вращения, позволяющий и сглаживать толщину слоя мусора и шлака на решетке, а также удалять шлак в бункер шлакового экстрактора. Горячий шлак падает в бункер, а затем в бак с водой, в котором охлаждается до 80-90 ºС. Из бака шлак удаляется толкателем, который проталкивает его в желоб, установленный с обратным уклоном. Конструкция желоба позволяет, с одной стороны, уплотнять удаляемый материал без риска закупорки рабочего сечения желоба, а с другой – стекать избыточной влаге. Таким образом, потери воды за счет ее испарения и поглощения шлаком сводятся к минимуму» [29].

«Затем охлажденный шлак по системе ленточных транспортеров проходит через виброполотно, где с использованием с магнитного сепаратора, оборудованного электромагнитом, из шлака удаляют металлические частицы. Металлолом удаляют в специальные емкости, а шлак поступает по ленте в шлаковый отсек бункера-накопителя. Зола из-под воздушного короба и из бункеров котла удаляется вместе со шлаком» [29].

«Для обеспечения процесса горения отходов подают воздух, нагнетаемый вентилятором первичного дутья через короб, установленный под решеткой и состоящий из нескольких отсеков или зон. Каждая зона подачи воздуха под решетку обеспечивает впуск определенного количества воздуха под решетку и в слой мусора для обеспечения горения; сбор и удаление мелких частиц, просеивающихся под решетку» [29].

«В нижней части в подрешеточной зоне установлены воронки асимметричной формы, которые предназначены для сбора и удаления просева» [29].

«Дополнительно воздух подается вентилятором вторичного дутья под высоким давлением через сопла, расположенные на передней и задней стенках камеры горения, для полного сжигания газов в нижней части камеры сжигания» [29].

«Полученные при сжигании ТБО тепловая энергия и пар могут быть использованы на нужды централизованного теплоснабжения. Для снижения капитальных затрат рационально совмещать на одной площадке мусоросжигательную и промышленно-отопительную котельные. Поэтому целесообразно проектировать комбинированные котельные, имеющие как котлоагрегаты, сжигающие энергетическое топливо, так и котлоагрегаты, в топках которых сжигают ТБО. Таким образом, ТБО можно рассматривать как нетрадиционные виды топлива» [27].

«По прогнозам специалистов слоевое или камерное сжигание специально подготовленных отходов в топках котлов или цементных печах в ближайшее время получит широкое применение. В США и Великобритании с 70-х гг. проводятся работы по переработке отходов в гранулированное топливо «RefuseDeringFull» (RDF), которое длительное время можно хранить и транспортировать на относительно большие расстояния и при сжигании, которого негативное воздействие на окружающую среду значительно меньше. Однако теплотехнические свойства топлива, получаемого этими странами различны. Так, в США за счет высоких капиталовложений стремятся получить высококачественное топливо, а в Великобритании создают простые дешевые способы получения RDF среднего качества. В США экономичны установки производительностью 1000 т/сут и выше перерабатываемых отходов, а в Великобритании – до 200-300 т/сут» [26].

«Технологический процесс получения RDF состоит из двух операций: дробления отходов и сепарации черных металлов. Если ограничиваться только этими двумя операциями, то получаемый в этом случае RDF будет содержать много балластных фракций и иметь низкое качество. Поэтому при изготовлении гранулированного топлива используют дополнительные машины, механизмы и агрегаты, позволяющие обогащать, гранулировать и брикетировать топливо из отходов, при этом возрастают капиталовложения и эксплуатационные расходы, но полученное топливо имеет значительно лучшее качество» [26]. Принципиальная схема производства гранулированного топлива приведена на рис. 3.3.

Рисунок. 3.3 -  Принципиальная схема производства гранулированного топлива

 

«Способ получения гранулированного топлива выбирают в зависимости от вида отходов, их состава, а также последующего способа использования – в качестве основного или дополнительного (вместе с основным – углем, торфом или т.д.) топлива. Теплота сгорания гранулированного топлива колеблется от 5300 до 17700 кДж/кг» [26].

«Многие котельные установки нуждаются лишь в небольшой модернизации для работы на гранулированном топливе, т. к. они оборудованы устройствами для удаления шлака и летучей золы» [26].