Многоподовой печи (экспериментальный проект Союзводоканалпроекта)

Температура воздуха и газов, *С:

на входе в печь 200

в зоне охлаждения золы 300

в зоне горения 800-950

в зоне сушки 250-350

Нагрузка по испаряемой

влаге на 1 м³ объема

сушильной зоны, кг/ч 60

Унос золы с отходящими

газами, % 5-8

Удельный расход на 1 кг

испаряемой влаги:

тепла, МДж 3,8-4,8

электроэнергии, кВт-ч 0,03-0,04

Установки с барабанными враща­ющимися печами. Барабанные враща­ющиеся печи изготовляются серий­но и широко применяются в различ­ных отраслях промышленности. Наи­большее распространение барабан­ные печи получили при обжиге це­ментного клинкера и керамзита. За рубежом барабанные печи использу­ют в основном для сжигания осадков в смеси с городским мусором.

На рис. 8.12 показана схема уста­новки барабанной вращающейся печи (экспериментальный проект Союзво-доканалпроекта). Барабан устанавли­вается с уклоном 2-4° в сторону вы­носной топки. Последняя имеет ци-

линдрическую форму, футерована шамотным кирпичом и оборудована газомазутными горелками. Топка от­катная (на рельсах), что позволяет ремонтировать барабан и заменять футеровку. Обезвоженный осадок за­гружается с противоположного от топки конца барабана.

По мере продвижения через зону сушки и зону сгорания в барабане осадок подсушивается, а затем сго­рает с выделением тепла. Горячая зола высыпается через отверстие в топоч­ной камере и поступает в воздушный охладитель, откуда пневмотранспор­тером подается в приемный бункер и далее вывозится на золоотвал.

Если зола используется как при­садка к реагенту, то она транспорти­руется в цех механического обезво­живания осадка.

Нагретый воздух после охлажде­ния золы до 100 °С поступает в топоч­ную камеру для использования при горении.

С отходящими газами выносятся мелкая пыль, а также летучие орга­нические вещества, выделяющиеся в зоне сушки.

Дожигание летучих веществ и де­зодорацию газов при необходимости можно осуществлять в специальном отсеке загрузочной камеры. Унос золы с отходящими газами невелик и со­ставляет не более 10 %, поэтому газы могут очищаться как в групповых циклонах, так и в пылеуловителях ПВМ конструкции ЦНИИпромзда-ний.

В зоне сушки температура отходя­щих газов 200-220 "С, влажность осадка при этом снижается с 65-80 % до 30-40 %.

В зоне сжигания, длина которой обычно не превышает 8-12 м, тем­пература достигает 900-1000 °С.

Барабан в зоне сжигания футеру­ется огнеупорным кирпичом, кото­рый на 4-6 м заходит в зону сушки. Последняя оборудована специальны­ми насадками, служащими для дроб­ления и перемешивания осадка в про­цессе сушки. Толщину футеровки из шамотного кирпича обычно прини­мают 230 мм.

Техническая характеристика барабанной печи

Температура воздуха и газов, *С:

на входе в печь 10-20

в зоне охлаждения золы 90-100

в зоне горения 900-1000

на выходе из печи 200-280

Нагрузка по испаряемой влаге в зоне сушки

на 1 м³ объема печи, кг/ч 55-60

Унос золы с отходящими

газами, % 8-10

Удельный расход на 1 кг

испаряемой влаги:

тепла, МДж 4-4,8

электроэнергии, кВт-ч 0,03-0,04

К достоинствам барабанных печей относятся малый вынос тепла и не­большая запыленность отходящих га­зов; возможность обрабатывать осад­ки с высокой зольностью и большой влажностью; возможность установки вращающейся части печей на откры­том воздухе (топочная часть и камера загрузки размещаются обычно в по­мещениях); наличие серийного завод­ского их изготовления.

Недостатками барабанных печей являются громоздкость, большая мас­са, высокие капитальные затраты, от­носительная сложность эксплуатации.

На рис. 8.13 приведена принципи­альная схема обработки и сжигания городских и производственных осад­ков сточных вод в г. Рур-Дюрене (ФРГ). Данная установка, построен­ная фирмой «Лурги», эксплуатирует­ся с 1974 г, причем 40 % от общего количества осадков составляют осад­ки города и 60 % - промышленных предприятий.

Вначале, по старой схеме, осад­ки из первичных отстойников вместе с избыточным активным илом уплот­нялись в отстойнике. При этом кон­центрация сухих веществ в осадках увеличилась с 2-3 % до 4-6 %. Пос­ле обезвоживания на декантировоч-ных центрифугах с добавкой полиме­ров концентрация сухих веществ в осадках повысилась до 24-26 %. С та­кой концентрацией осадки сжигались в печи с кипящим слоем.

В дальнейшем, при более высоких требованиях к очистке стоков, очист­ная станция была расширена за счет дополнительных сооружений биоло­гической очистки, что привело к зна­чительному увеличению избыточно­го активного ила, понижению кон­центрации обезвоженных осадков и повышению расхода тепловой энер­гии при сжигании их.

В результате новых поисков в схе­ме обработки осадков были введены изменения, позволившие лучше ис­пользовать тепловую энергию на очи­стной станции. За счет использования отходящего тепла уплотненные осад­ки подогревались до 60-70 °С, бла­годаря чему не только была достиг­нута экономия флокулянта на 50 %, но и повысилась концентрация осад­ков на 4-5 %. Кроме того, до рекон­струкции отходящие газы удалялись из печи при температуре 650 °С, те­перь же, благодаря введению в схему котла с масляным теплоносителем и отдельной сушилки, отходящие газы используются с перепадом темпера-

туры от 650 до 200 °С. Это дало зна­чительную экономию тепла, равную 1,8 Гкал/ч. Введение в схему отдель­ной сушилки повысило содержание сухих веществ в осадке с 28-30 (после обезвоживания) до 40 % (после суш­ки), что позволило обеспечить рабо­ту печи с кипящим слоем без затрат дополнительного топлива.

Таким образом, отдельная сушка осадка обеспечивалась теплом масля­ного теплоносителя, замкнутым в цикл, при температуре на входе в сушилку 240-250 °С. При этом испа­ряющаяся в сушилке вода от осадка в виде вторичного пара используется для подогрева уплотненного осадка до 60-70 ^вС.

На рис. 8.14 приведена другая схе­ма сжигания осадков, осуществлен­ная также фирмой «Лурги» в южной Африке (г. Сасол). Здесь избыточный активный ил в количестве 600 м³ в 1 ч после флотационного уплотнения сгущается с 99,4-99,1 % до влажнос­ти 98-97,5 %. Затем совместно с осад­ками из первичных отстойников он

обезвоживается на восьми центрифу­гах S-51 с диаметром брарабанов 1400 мм до влажности 90-92 %.

После обезвоживания и предвари­тельной сушки осадки сточных вод сжигаются в четырех многоподовых печах производительностью по 15 т/ч.

Предварительная сушка осуществля­ется газами после сжигания при тем­пературе 250-350 °С. Очистка отходя­щих газов от пылевых частиц произ­водится в мокром скруббере, после чего охлажденные газы удаляются через дымовую трубу.

На рис. 8.15 приведена схема об­работки и сжигания городских осад­ков на очистной станции г. Франк-фурт-на-Майне (ФРГ). Производи­тельность очистной станции после расширения составляет примерно 1500 тыс. м³ сточной воды в сутки. Общее количество осадков из первич­ных отстойников и избыточного ак­тивного ила после уплотнения при­близительно равно 7000 м³ в сутки при концентрации 3-4 % сухих веществ.

Согласно схеме сырой осадок и избыточный активный ил после уп­лотнения в радиальных отстойниках до концентрации 3-4 % поступают в подогреватель, где осадки нагревают-

ся до температуры 60 °С, используя для этого отходящее тепло от систе­мы сжигания. Подогрев осадка облег­чает обезвоживание его в центрифу­гах и позволяет сократить расход фло-кулянта до 50 %. После обезвожива­ния в шести центрифугах до концент­рации 25-30 % осадки подвергаются предварительной сушке и сжиганию.

Эти две важнейшие операции производятся в одном комбинирован­ном агрегате, где многоподовая су­шилка (сверху) совмещена с зоной кипящего слоя для сжигания осадков (внизу). Отходящие газы от сжигания с температурой 850 °С утилизируют­ся в котле с масляным теплоносите-

л ем, откуда тепло при / = 550 °С рас­ходуется для разогрева печи, а при / = 180°С - для электростатического обеспыливания газа. Дополнительная промывка газов и освобождение их от вредных веществ производятся в скруббере.

В соответствии с повышенными требованиями органов санитарного надзора газ после электрофильтра и скруббера дополнительно подогрева­ется до t = 105 °С, что также обеспе­чивает лучшее рассеивание дымовых газов в атмосфере.

УТИЛИЗАЦИЯ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

В настоящее время в городах и по­селках городского типа России еже­годно образуется около 150 млн. м³ (30 млн. т) твердых бытовых отходов. По прогнозам к 2006 г. ежегодное накопле­ние твердых бытовых отходов (ТБО) в России возрастет до 200 млн. м³.

Твердые бытовые отходы образу­ются при разнообразной деятельнос­ти людей в условиях жилья, учреж­дений и подразделений различного профиля (административно-управ-

тенческого, образовательного, меди-динского, культурно-просветитель­ного, спортивного и т.п.), пунктов общественного питания, улиц, обще­ственного транспорта, мест отдыха и г.п. Весьма значительные и возраста-ощие год от года массы образующих­ся ТБО обостряют санитарно-эпиде­миологическую обстановку населен­ных пунктов и отрицательно сказы­ваются на состоянии их атмосферы, гидросферы и литосферы.

ТаблицаОриентировочные нормы накопления

Классификация жилищного фонда	Нормы накопления ТБО на 1 человека		Средняя плотность, кг/м3
	кг/год	м"7год
Жилые дома благоустроенные: при отборе пищевых отходов без отбора пищевых отходов неблагоустроенные: без отбора пищевых отходов	180-200 210-225 350-^50	0,9-1,0 1,0-1,1 1,2-1,5	190-200 200-220 300
Жидкие отходы из непроницаемых выгребов нсканализованных домов		2,0-3,25	1000
Общая норма накопления ТБО по благоустроешгым жилым и общественным зданиям для городов с населением более 100 тые. чел.	260-280	1,4-1,5	190
То же, с учетом всех арендаторов	280-300	1,5-1,55	200
Примечание. Под благоустроенными жилыми домами подразумеваются дома с газом, центральным отоплением, водопроводом, канализацией; под нсблагоустросшгыми -дома с мест­ным отоплением на твердом топливе, без канализации; под общественными зданиями - детские сады, ясли, школы, вузы, столовые, магазины, зрелищные и спортивные сооружения.

В табл. 9.1 и 9.2 приведены ориен­тировочные нормы накопления ТБО, которые используются для укрупнен­ных расчетов и планирования меро­приятий по складированию, вывозу и утилизации отходов.

Каждый регион имеет свои осо­бенности по нормам накопления и

может устанавливать более соответ­ствующие данному региону нормы накопления ТБО. Например, в г. Мос­кве в соответствии с постановлени­ем № 1219-П от 3 ноября 1998 года утверждены нормы накопления ТБО от предприятий й организаций г. Мос­квы, которые приведены в табл. 9.3.

Таблица 9.2

Ориентировочные нормы на накопления ТБО от отдельно стоящих объектов общественного назначения

Объект образования отходов	Расчетная	Норма накопления		Плотность,
	единица	кг/гол	м^/год	кг/м3
Гостиница	на 1 место	120	1	120
Детский сад, ясли	на 1 место	95	0,5	200
Школа, техникум, институт	на 1 учащегося	24	0,12	200
Театр, кинотеатр	на 1 место	30	0,2	150
Учреждение	на 1 сотрудника	100	1.1	80-100
Продовольственный магазин	на 1 м торговой площади	80-160	0,8-1,5	100-110
Промтоварный магазин	на 1 м2 торговой площади	50-150	0,5-1,3	100-110
Рынок	на 1 м2 торговой площади	35	0,35	100
Санатории, пансионаты, дома отдыха	на 1 место	380	2	190
Вокзалы, автовокзалы, аэропорты	на 1 м2 площади	125	0,5	250

Морфологический состав. ТБО по

морфологическому признаку подраз­деляются на компоненты: бумагу, картон; пищевые отходы; дерево; металл (черный и цветной); текстиль; кости; стекло; кожу, резину; камни; полимерные материалы; прочие (не-классифицируемые фракции); отсев менее 15 мм (табл. 9.4). По единой методике, принятой Европейскими странами, при необходимости добав­ляется компонент «садовые отходы».

Для решения вопроса о целесооб­разности использования утильных компонентов ТБО проводят более подробный анализ состава отходов, дифференцируя бумагу на условно чистую (утильную) и загрязненную; металл - на изделия из железа и кон-

сервные банки; пластмассу - на упа­ковочную и изделия из пластмасс.

Сезонные изменения состава ТБО характеризуются увеличением содер­жания пищевых отходов с 20-25 % весной до 40-55 % осенью, что свя­зано с большим употреблением ово­щей и фруктов в рационе питания (особенно в городах южной зоны). Зимой и осенью сокращается содер­жание мелкого отсева (уличного сме­та) с 20 до 7 % в городах южной зоны и с 11 до 5 % в средней зоне.

Ориентировочный морфологичес­кий и фракционный состав ТБО при­веден в табл. 9.5.

Основная масса ТБО вывозится на полигоны (свалки), которые являют­ся источником загрязнения почвы,

грунтовых вод и атмосферы. На свал­ках безвозвратно теряется огромная масса ценных веществ и компонен­тов, содержащихся в ТБО, в том чис-

ле солей азота, фосфора, калия и кальция, являющихся основными удобрительными элементами органи­ческих и минеральных удобрений.

Таблица 9.4

Морфологический состав ТБО для разных климатических зон, % по массе

Компонент		Слиматичсская зона
	средняя	южная	северная
Пищевые отходы	35-45	40-49	32-39
Бумага, картон	32-35	22-30	26-35
Дерево	1-2	1-2	2-5
Черный металлолом	3^	2-3	3-4
Цветной металлолом	0,5-1,5	0,5-1,5	0,5-1,5
Текстиль	3-5	3-5	4-6
Кости	1-2	1-2	1-2
Стекло	2-3	2-3	4-6
Кожа, резина	0,5-1	1	2-3
Камни, штукатурка	0,5-1	1	1-3
Пластмасса	3^	3-6	3-4
Прочее	1-2	з-ч	1-2
Отсев (менее 15 мм)	5-7	6-8	4-6

ТаблицаОриентировочный морфологический и фракционный состав ТБО, % по массе

Компонент	Размер фракций, мм
	более 250	150-250	100-150	50-100	менее 50
Пищевые отходы	-	0-1	2-10	7-12,6	17-21
Картон, бумага	3-8	8-10	9-11	7-8	2-5
Дерево	0,5	0-0,5	0-0,5	0,5	0-0,5
Металл	-	0,1	0,5-1	0,8-1,6	0,3-0,5
Текстиль	0,2-1,3	1-1,5	0,5-1	0,3-0,8	0-0,6
Кости	-			0,3-0,5	0,5-0,9
Стекло	-	0-0.3	0,3-1	1-2	1-1,6
Кожа, резина	-	0-1	0,5-2	0,5-1,5	-
Камни, штукатурка	-	-	0,2-1	0,5-1,8	0,5-2
Пластмасса	0-0,2	0,5-1	1-2,2	1-2,5	0,2-0,5
Прочее	0-0,3	0,2-0,6	0-0,5	0-0,4	0-0,5
Отсев (менее 15 мм)	-	-	-		4-6
Всего	7,0	133	22,1	253	323

Для охраны водных ресурсов, за­щиты окружающей природной среды, а также для утилизации содержащихся

в ТБО ценных веществ и компонен­тов в мировой и отечественной прак­тике ведется разработка и широкое

внедрение различных технологий ме­ханизированного обезвреживания и переработки ТБО.

Выбор метода обезвреживания и переработки ТБО для конкретного города (региона) определяется необ­ходимостью, в первую очередь, оп­тимального решения проблем, связан­ных с охраной окружающей среды и здоровьем населения. При этом учи­тывается экономическая эффектив­ность и рациональное использование земельных ресурсов. Капитальные вло­жения, в свою очередь, зависят от многих факторов, индивидуальных для конкретного города или региона.

В мировой практике известно бо­лее 20 методов обезвреживания и утилизации ТБО. Методы обезврежи­вания и переработки ТБО по конеч­ной цели делятся на ликвидацион­ные (решающие в основном сани­тарно-гигиенические задачи) и ути­лизационные (решающие и задачи экономики - использование вто­ричных ресурсов); по технологичес­кому принципу - на биологичес­кие, термические, химические, ме­ханические, смешанные. Большин­ство этих методов не нашли сколь­ко-нибудь значительного распрост­ранения в связи с их технологичес­кой сложностью и сравнительно вы­сокой себестоимостью переработки ТБО.

Наибольшее практическое рас­пространение в мировой практике по­лучили следующие экономически и экологически наиболее оправданные методы:

• складирование на полигоне (свалке);

• сжигание;

• аэробное биотермическое ком­постирование;

- комплекс компостирования и сжигания (или пиролиза) некомпос-тируемых фракций.

Остановимся кратко на этих ме­тодах.

Полигон ТБО - наиболее простое и дешевое сооружение - устраивают там, где основанием могут служить глины и тяжелые суглинки. Там, где это невозможно, приходится устраи­вать специальное водонепроницаемое основание, что приводит к существен­ным дополнительным затратам, но кардинально не решает проблему. Пло­щадь земельного участка выбирается с условием срока его эксплуатации 15- 20 лет. Находить площади в 40-200 га вблизи крупных городов становится все труднее, и это заставляет искать иные методы обезвреживания ТБО. С эколо­гической точки зрения следует отме­тить, что полигон наряду с фильтра­том, загрязняющим водоисточники, выбрасывает в атмосферу метан и дру­гие токсичные газы, что не только заг­рязняет воздух вблизи полигона, но, по последним исследованиям, и отрица­тельно влияет на озоновый слой земли. При захоронении на полигоне теряют­ся все ценные вещества и компоненты ТБО. Однако с учетом невысоких (по сравнению с заводами) капзатрат по­лигон еще многие годы будет оставать­ся самым распространенным методом обезвреживания ТБО.

Мусоросжигательные заводы по­лучили значительное распростране­ние в странах с высокой плотностью населения и большим дефицитом свободных площадей (ФРГ, Япония, Швейцария, Бельгия и др.). Главный недостаток мусоросжигательных заво­дов - трудность очистки выходящих в атмосферу газов от вредных приме­сей, особенно от диоксинов. Кроме

того, эти заводы превосходят мусо-роперерабатывающие заводы по ка­питальным и эксплуатационным за­тратам. Увеличение содержания в ТБО полимерных материалов приводит к увеличению концентрации вредных выбросов в выходящих газах. Для сни­жения экологической опасности му­соросжигательного завода приходит­ся предусматривать вторую и третью ступень очистки отходящих газов, что еще больше увеличивает капитальные затраты. Сложной задачей при эксп­луатации таких заводов является, на­ряду с очисткой отходящих газов, утилизация или захоронение остаю­щихся после сжигания (до 30 % от сухой массы ТБО) токсичной золы и шлака.

Следует отметить, что практичес­ки все мусоросжигательные заводы оснащены оборудованием для утили­зации тепла. На всех заводах произ­водится извлечение в качестве вто­ричного сырья черного металлолома.

Оптимальными условиями стро­ительства завода по сжиганию ТБО с утилизацией тепловой энергии могут быть:

обеспечение гарантированными круглосуточными и круглогодичны­ми потребителями тепловой энергии в комплексе с подстраховывающей ТЭЦ или котельной (если потреби­тель не допускает временных перебо­ев подачи тепловой энергии);

размещение завода в пределах го­родской застройки (в промзоне) на расстоянии до 0,5 км от врезки в су­ществующий теплопровод;

наличие шлакоотвала или потре­бителя шлака в качестве вторичного сырья не далее 10 км от завода;

численность обслуживаемого на­селения не менее 350 тыс. чел.

На мусоросжигательных заводах возможен прием, кроме ТБО, отхо­дов медицинских учреждений. Прак­тически все действующие в странах СНГ мусоросжигательные заводы ос­нащены импортным оборудованием. Организация серийного производства отечественного оборудования долж­на привести к некоторому снижению стоимости этих заводов.

Мусороперерабатывающие заводы, работающие по технологии аэробно­го биотермического компостирова­ния, эксплуатируются во многих ев­ропейских странах (Франции, Ита­лии, Германии, Нидерландах и др.), а также крупных городах СНГ (Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде, Тольятти, Минске, Ташкенте, Тби­лиси, Алма-Ате, Баку и др.). При этой технологии ТБО вступают в есте­ственный круговорот веществ в при­роде, обезвреживаются и превраща­ются в компост - ценное органичес­кое удобрение, используемое, напри­мер, для городского озеленения или в качестве биотоплива для теплиц. В процессе переработки создаются ус­ловия, губительно действующие на большинство болезнетворных микро­организмов, яйца гельминтов, личин­ки мух. Технологические мероприя­тия позволяют нормализовать содер­жание в компосте микроэлементов, в том числе солей тяжелых металлов. Из ТБО извлекается лом черных и цветных металлов. Эти заводы осна­щаются комплектом специального оборудования: сепараторами черного и цветного металла, стекла, пласт­массы, а также грохотами, дробил­ками и др.

Полный комплект как основно­го, так и вспомогательного оборудо­вания мусороперерабатываюших за-

водов серийно выпускается отече­ственной промышленностью.

Оптимальными условиями стро­ительства завода по механизирован­ной переработке ТБО в компост яв­ляются:

наличие гарантированных потре­бителей компоста - органического удобрения или биотоплива - в ради­усе 20-50 км;

численность обслуживаемого на­селения не менее 100-150 тыс. чел.

При очистке компоста остается 25- 30% некомпостируемых материалов, которые на комплексных заводах под­вергаются термической переработке (сжиганию или пиролизу с получени­ем тепловой энергии и пирокарбона, применяемого в металлургии).

В последние годы появилась тех­нология комплексной сортировки ТБО с получением высококалорий­ных топливных гранул. Однако эта тех­нология связана с проблемой очист­ки топочных газов.

Сортировка с извлечением балла­стных (мешающих как компостиро­ванию, так и сжиганию ТБО), а так-

же утильных фракций внедряется в настоящее время на всех проектиру­емых заводах.

Выбор метода обезвреживания ТБО, типа сооружений, принципиаль­ной технологической схемы в конкрет­ном городе зависит от ряда условий:

состава и свойств ТБО;

климатических условий;

потребности в органическом удоб­рении или тепловой энергии;

экономических и экологических факторов.

В табл. 9.6 представлены ориенти­ровочные технико-экономические показатели рассмотренных техноло­гий обезвреживания ТБО. Конечно, эти показатели носят сугубо услов­ный характер, т.к., например, кап-затраты зависят от многих местных факторов: подстилающих грунтов, наличия в зоне намечаемого строи­тельства дорог и коммуникаций и др. Для конкретного города или региона со своими условиями и своим соста­вом и свойствами ТБО финансовые показатели завода могут существен­но меняться.