1.9.3 Термические методы переработки твердых отходов

Из различных методов переработки ТБО наиболее часто применяемым является сжигание. Возможность использования этого метода для переработки ТБО основана на морфологическом составе ТБО, которые содержат до 70–80% органической (горючей) фракции. Исторически сжигание явилось первым техническим направлением.

В зависимости от температуры процесса все методы термической переработки ТБО можно разделить на две большие группы: процессы переработки при температурах ниже температуры плавления шлака и процессы переработки при температурах выше температуры плавления шлака. В свою очередь, по принципиальному характеру процесса каждую из этих групп подразделяют на три подгруппы, которые классифицируют по процессам переработки отходов.

I. Процессы переработки при температурах ниже температуры плавления шлака:

1. Слоевое сжигание с принудительным перемешиванием материала производится:

- на переталкивающих решетках,

- на валковых решетках,

- во вращающихся барабанных печах.

2. Сжигание в кипящем слое производится:

- в стационарном кипящем слое,

- в вихревом кипящем слое,

- в циркулирующем кипящем слое.

3. Сжигание-газификация в плотном слое кускового материала без принудительного перемещения и перемешивания материала, производится:

- паровоздушной газификацией.

II. Процессы переработки при температурах выше температуры плавления шлака:

1. Сжигание в слое шлакового расплава, производится:

- с использованием обогащенного кислородом дутья (процесс Ванюкова),

- с использованием в качестве дутья природного газа (фьюминг-процесс),

- с использованием электрошлакового расплава.

2. Сжигание в плотном слое кускового материала и шлаковом расплаве без принудительного перемешивания и перемещения материала, производится :

- в доменных печах (шахтных) с использованием подогретого до 100⁰С воздуха.

3. Комбинированные процессы, производятся:

- пиролиз - сжиганием пирогаза и отсепарированного углеродного остатка с использованием необогащенного дутья,

- пиролиз - газификацией с получением синтез-газа при совместной термообработке пирогаза, отсепарированного от металлов углеродистого остатка и минеральных компонентов с использованием обогащенного кислородом дутья,

- пиролиз - газификацией путем получения синтез-газа при совместной термообработке пирогаза, углеродистого остатка и минеральной фракции с использованием обогащенного кислородом дутья.

Термические методы переработки ТБО при температурах ниже температуры плавления шлака, т.е. при t^o менее 1300^оС применяют наиболее часто. Наиболее распространено слоевое сжигание с принудительным перемешиванием и перемещением материала.

При слоевом сжигании все поступающие отходы подвергают сжиганию без какой-либо их предварительной подготовки или обработки. При этом возможно получение тепловой и электрической энергии. Недостаток - образование продуктов сгорания, содержащих вредные соединения, что требует высокоэффективных и дорогостоящих устройств для очистки отходящих газов. Процесс горения протекает в две стадии: в твердой фазе (на колосниковой решетке) и в объеме топочного пространства. Колосниковая решетка обладает шурующей способностью, обеспечивающей расшлаковку спекающихся частей слоя горящих отходов, их аэрацию и повышение КПД топки, способствует образованию минимального количества летучей золы в отходящих газах и максимальному сгоранию всех компонентов, в т.ч. трудносгораемых должна обладать отсутствием чувствительности к легкоплавким металлическим составляющим (олово, алюминий). Для обеспечения таких требований существуют три типа решеток: поступательно-переталкивающие, обратнопереталкивающие и решетки валкового типа.

Переталкивающие колосниковые решетки обеспечивают движение ТБО вдоль решеток. В результате перемешивания быстро и медленно горящих частей отходов достигается сравнительно равномерное их выгорание. Этот эффект еще больше повышается путем установки последовательно нескольких ступеней решеток - каскада. Но при этом при пересыпании одной на другую решетку возрастает вынос твердых частиц вместе газами.

На валковых колосниковых решетках отходы перемещаются за счет вращения отдельных валков.

Сопла подачи вторичного воздуха располагают у выхода из камеры сгорания. Подача воздуха обеспечивает качественное его перемешивание с топочными газами и тем самым хорошее выгорание вредных газообразных веществ. Первичный устанавливают под колосниковую решетку. При установке теплообменника на стенках камеры сжигания можно получать перегретый пар.

Барабанные вращающиеся печи для сжигания неподготовленных ТБО применяют редко, в основном для сжигания специфичных (больничных) отходов, а также жидких и пастообразных отходов, обладающих абразивным действием.

В зоне нагрева происходит сушка при 400 ⁰ С, в зоне горения – 900-1000 ⁰ С. Вращение печи до двух оборотов в минуту.

Барабанные печи используются при 3^х стадийной термической обработке отходов:

- сушку до W=20%;

- сжигание при 900⁰ С;

- электрошлаковая обработка остатков при 1400-1500⁰ С. Данная технология называется пиролизно-металлургической. Сушку проводят горячими дымовыми газами после их реагентной очистки в отдельном барабане. В барабан для сжигания подают подогретый до 400⁰ С воздух. Шлак подается в электросталеплавильную печь.

Недостаток – практически полная потеря металлов, повышенный переход в газовую фазу при 1500⁰ С опасных металлов (Zn, Cd, Hg, Pb, олова и т.д.). По такому принципу работают приблизительно 70 заводов по сжиганию ТБО.

Печи для сжигания ТБО в кипящем слое обеспечивают наилучший режим теплопередачи и перемешивания обрабатываемого материала, и превосходят по этим характеристикам агрегаты с переталкивающими решетками. Аппараты кипящего слоя не имеют движущихся частей или механизмов. Но необходимость обеспечения псевдоожижения требует определенный гранулометрический состав и теплотворную способность материала. Поэтому в ряде случаев процесс сжигания в кипящем слое оказывается более дорогим, чем слоевое сжигание.

Температура сжигания 850-920°С, что на 50-100°С ниже по сравнению с слоевым сжиганием. При этом снижается возможность образования оксидов азота за счет окисления азота воздуха, в результате снижаются выбросы NO_x с отходящими газами. Сгорание отходов в кипящем слое достигается более чем на 99%.

Для дожигания летучих компонентов в зону высокой турбулизации подают вторичный воздух. При этом поддерживается температура 850°С и время пребывания газов в этой зоне составляет 5с.