Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Методы переработки бытовых и промышленных отходов. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 139 10 11 12 13 > Следующая >>>

Рис. 20 Схема мусоросжигательного завода

1 – мостовой кран с грейферным ковшом, 2 – парогенератор,

3 – электрофильтр, 4 – дымовая труба, 5 – сепаратор, 6 – склад шлака, 7 –

механизм шлакоудаления, 8 – подпорный валик, 9 – обратно-переталкивающая

колосниковая решетка, 10 – приемный бункер,

11 – бункер котлоагрегата.

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. Сопла первичного воздуха устанавливают под колосниковой решеткой. 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.

Барабанные печи устанавливаются с небольшим наклоном в направлении движения отходов. Скорость вращения печи- от 0,05 до 2 об./мин. Со стороны загрузки подаются отходы, воздух и топливо; шлак и зола выгружаются с противоположного конца печи. В первой части печи отходы подсушиваются (400°С), далее происходит газификация и сжигание (обычно при 900-1000°С).

При сжигании отходов в барабанных печах можно достичь более высоких температур горения, но высокотемпературное сжигание ТБО приводит к быстрому износу достаточно тонкой футеровки в печах этого типа, в связи с этим раз в полгода требуется замена внутренней футеровки печи.Замена футеровки - операция трудоемкая, сложная и дорогая, ее стоимость составляет около 10% от стоимости самой печи.

Для повышения долговечности печи иногда вместо футеровки применяют водяное охлаждение стенки барабана (например, по технологии фирмы «IHI», Япония), либо применяют охлаждение футерованной печи (фирма «Outokumpu», Финляндия).

Производительность барабанных печей - до 10 т/час (чаще 1-5 т/час).

В России для широкого практического применения предложена технология «Пироксэл» (разработана АО «ВНИИЭТО»), испытанная на опытной установке в Москве и названная пиролизнометаллургической переработкой.

Технология «Пироксэл» предполагает трехстадийную термическую обработку отходов:

• сушка (до содержания влаги 20%);

• сжигание (либо пиролиз+сжигание) при температуре 900°С;

• электрошлаковая обработка остатков сжигания при 1400-

1500°С.

Первые две стадии осуществляются во вращающихся барабанах (рис. 21). В зону сушки подаются горячие дымовые газы после реагентной очистки, а в зону горения - подогретый до 400°С дутьевой воздух. Образующийся шлак и дымовые газы поступают в электроплавильную печь (в данной главе не рассматривается).

Рис. 21. Схема переработки отходов по технологии «Пироксэл»

1 - загрузочное устройство; 2, 4 - барабанные печи; 3 - промежуточная камера;

5 - электропечь для плавки шлака; 6 - камера дожигания отходящих газов;

7,8 ‒реагентная очистка газов; 9 ‒ реагентная станция; 10 ‒ котел-

утилизатор; 11 ‒ рукавный фильтр; 12 ‒ труба; 13 ‒ дымосос; 14 ‒ подача

первичного дутья.

Очевидные недостатки технологии:

• практически полная потеря металлов (выделяемый в электро-

печи в виде донной фазы металлосодержащий продукт неизвестного состава в форме тонкого скрапа не имеет рынков сбыта);

• отсутствие предварительной сортировки исходных ТБО, в

результате все металлы попадают в электропечь, что обусловливает повышенный переход в газовую фазу при 1500°С таких опасных металлов, как цинк, кадмий, ртуть, свинец, олово и др.;

• высокие эксплуатационные расходы.

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 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.

Процесс характеризуется высокой степенью использования энергетического потенциала сырья и называется сверхадиабатическим горением. Осуществляется в вертикальной шахтной печи, (рис.22) куда сверху загружают в соотношении 1:0,4 отходы и инертный материал в виде песка илиизвестняка. Снизу подают паровоздушную смесь при 60-800С. Инертный материал выполняет функцию теплоносителя и создает оптимальные условия для реакции газификации. Газификация происходит при температуре

12000С с дальнейшим сжиганием полученного синтез-газа в котле с

топкой при избытке вторичного воздуха. Теплотворная способность синтез-газа составляет 1200 ккал/м3.

Преимущества – отсутствие золоуноса, в связи с тем, что газификация проходит в плотном слое инертного материала и при малых скоростях потока синтез-газа. Материал, перемещаясь сверху вниз, проходит зоны подогрева, сушки, пиролиза и газификации. Шлак выгружается снизу и не содержит недожога.

с отходящими газами. Сгорание

Рис.22. Схема сжигания ТБО в кипящем слое

Основное требования процесса –теплотворная способность отходов не менее 1500 ккал/кг, которые обеспечиваются предварительными операциями.

Температура в зоне газификации 12000С обеспечивает полное разложение органических соединений, в том числе диоксинов и фуранов до безвредных и нейтральных. Объем синтез-газа в 5 раз меньше отходящих газов при слоевом сжигании. Существуют 2 пути образования дибензодиоксинов и дибензофуранов: первичное

образование в термическом процессе при температуре 300-600 вторичное на стадии охлаждения при 250-4500С в присутствии соединений хлора при катализе соединениями железа и меди. Для снижения вторичного образования обеспечивают резкое охлаждение газов до 1500С, что и обеспечивается в реакторе.

2.10.2.2 Переработка ТБО при температуре выше температуры плавления шлака

Сжигание в слое шлакового расплава. Процесс производится при температуре 1350-14000С в слое барботируемого шлакового расплава с использованием кислородного дутья (процесс Ванюкова). Преимущество – резкое снижение объема дымовых газов и снижение затрат на газоочистку. Так как в дутьевом воздухе малая концентрация азота, то наблюдается снижение количества оксидов азота в отходящих газах. Разогрев шлака в электропечи осуществляют с помощью графитовых электродов. Шлак выгружают из электропечи периодически. Шлак можно использовать как сырье для производства стройматериалов с насыпной плотностью 180-250 кг/м3, или как пористый заполнитель бетонов плотностью 900 кг/м3. Технология основана на гранулировании шлакового порошка с добавками и последующем обжиге гранул во вращающейся обжиговой печи.

Основной недостаток – большой расход электроэнергии (100 кВт/ч на 1 тонну шлака) и высокий расход графитовых электродов (10 кг/1000 кВт•ч).

Сжигание в плотном слое кускового материала и шлаковом расплаве без принудительного перемешивания и перемещения материала (доменный процесс). Применяется для термической

переработки твердых бытовых и промышленных отходов любого состава. Проводится в шахтных печах, аналогичных доменным печам.

Отходы предварительно смешивают с низкосортным углем (2530% угля от количества отходов) и с известняком (30% известняка) и загружают в печь сверху, продувают подогретым до 1000-14000С воздухом, обеспечивая таким образом в нижней части печи t =20000С. Продукты высокотемпературной переработки - жидкий металл, который сливают отдельно от шлака, и жидкий шлак, который можно использовать в производстве строительных материалов.

Преимущества – в экологической безопасности, высокой рентабельности, возможности переработки любых отходов с получением товарной продукции.

Недостаток – большой расход угля и известняка, необходимость их смешения и хранения на складе, нельзя выделить цветные металлы.

С и

Суммарный их расход 60% от количества отходов. Нельзя выделить из шлака цветные металлы.

Комбинированные процессы. Данные процессы связаны с осуществлением различных сочетаний процессов пиролиза, сжигания и газификации ТБО.

Метод пиролизного сжигания с использованием необогащенного дутья включает измельчение отходов роторными ножницами до размеров менее 200 мм, пиролиз отходов в барабанной печи при 450-

С в течении 1 часа с образованием пирометрического газа и

550

пирометрического твердого остатка (смесь углерода и минеральных компонентов ), выделение из тугометического остатка металлов и минеральных компонентов (камни, стекло), отделение черных и цветных металлов от минеральных компонентов, измельчение углеродистого остатка на угольной мельнице до крупности менее 100 мкм, совместное сжигание при небольшом избытке воздуха угольной пыли и тугометического газа при температуре 1300 0Сс образованием расплава шлака.

При таком способе многие компоненты ТБО (металлы, стекло и пр.) не претерпевают изменений, а лишь очищаются от органических загрязнений, что упрощает их выделение и утилизацию. В дымовые газы существенно менее переходит вредных веществ, прежде всего тяжелых металлов.

Недостатки:

Необходимость дробления исходной массы ТБО, измельчение и грохочение углеродистого продукта пиролиза, представляющего собой сажистый, сильно пылящий металл, загрязняющий отдельные компоненты.

Метод пиролиза-газификации с использованием обогащенного дутьяотличается от предыдущего тем, что измельченный пиролизный продукт, не содержащий металла подают в верхнюю часть реактора газификации, куда вводят технический кислород и раздельно подают остальные продукты пиролиза: охлажденный пирогаз, отделенный от пиролизных масел и воды и жидкие продукты пиролиза (масла, вода) с включениями пыли.

Процесс газификации, т.е. частичное окисление в пламени техническим кислородом, осуществляют в цилиндрической реакционной камере, контуры которой охлаждаются водой. При разложении органических веществ в реакторе образуется газ, содержащий СО и Н углеводородов. Тепловой режим обеспечивает плавление шлака, который выводят через отверстие. Образующийся газ и шлак

и свободный от высокомолекулярных

охлаждают водой, впрыскиваемой через форсунки. Газ выходит при температуре 150-210 через шлюзовой затвор. Полученный газ дополнительно очищают от соединений серы, в основном в виде Н2S, который отделяется от синтез-газа и переводится в элементарную серу, отправляемую потребителям Сточная вода из зоны охлаждения содержит много примесей и подвергается очистке. Синтез-газ используется как топливо в энергоустановках.

Пиролиз-газификация при совместной термообработке пиролиза, углеродистого остатка и минеральной фракции включает предварительное дробление ТБО, прессование и пиролиз при температуре 600оС в печи туннельного типа длиной 15 м. После печи отделяют металлическую фракцию, а углеродистый и минеральный остаток направляют в реактор газификации.

В качестве газифицирующего агента используют кислород. Температура газификации в нижнем слое реактора 2000 0С. Образовавшейся расплав поступает в шлаковую ванну, где разделяется на два слоя – металл и шлак. Синтез-газ выводят из верхней части реактора при 1200 0С, охлаждают и подвергают очистке. Используют для сжигания с получением энергии (тепловой и электрической).

Основной недостаток – отсутствие сортировки и загрязнение синтез-газа летучими тяжелыми металлами.

Применяется для термической переработки твердых бытовых и промышленных отходов любого состава. Проводится в шахтных печах, аналогичных доменным печам.

Отходы предварительно смешивают с низкосортным углем (2530% угля от количества отходов) и с известняком (30% известняка) и загружают в печь сверху, продувают подогретым до 1000-1400 0С воздухом, обеспечивая таким образом в нижней части печи t =2000 0С. Продукты высокотемпературной переработки - жидкий металл, который сливают отдельно от шлака, и жидкий шлак, который можно использовать в производстве строительных материалов.

Недостаток – большой расход угля и известняка, необходимость их смешения и хранения на складе, нельзя выделить цветные металлы. Суммарный их расход 60% от количества отходов. Нельзя выделить из шлака цветные металлы.

С. Шлак затвердевает в виде гранул и удаляется

2.10.2.3 Сжигание ТБО в доменном процессе

В последнее время наиболее активно в качестве топлива применяются в доменном производстве отходы пластмасс. Основными источниками отходов пластмасс в настоящее время являются бытовые отходы – 65-70%, торговля и промышленность – 15-18%, транспорт – 5-6%, строительство – 4-5%, сельское хозяйство – 3-4%, электротехника и электроника – 3-4%.

Важнейшей характеристикой отходов пластмасс (как, впрочем, и самих пластмассовых изделий) является их энергетическая ценность. И по химическому составу и по теплоте сгорания пластмассы подобны основным ископаемым топливам: природному газу, нефти, углям.

Однако прямая утилизация отходов пластмасс путем сжигания в энергетических установках, как правило, невозможна в связи с присутствием в них примесей, приводящих к образованию при сжигании токсичных соединений. Например, в странах ЕС в почвы ежегодно поступает около 5000 т хрома, 10 т кадмия, 1500 т свинца из выделений при сгорании пластиков, а плотность дыма при этом составляет от 14 до 35 мг/г.

Одной из перспективных технологий переработки отходов пластмасс является их использование в металлургическом производстве в качестве источника энергии и восстановителей, прежде всего – в доменных печах.

Этот способ, во-первых, исключает выбросы суперэкотоксикантов, а во-вторых, позволяет даже в доменных печах среднего объема полностью утилизировать отходы крупных промышленных регионов.

Регулярные опытно-промышленные исследования по проблеме утилизации отходов пластмасс в доменных печах были начаты в Германии в 1991 г. Для подачи пластмасс в фурмы печи с диаметром горна 12 м была использована модернизированная система вдувания пылеугольного топлива. Предварительная подготовка пластмассовых ТБО включала сортировку, после которой пленочные материалы плавились и гранулировались, а твердые пластмассы дробились. Затем оба компонента смешивались, получался «пластмассовый агломерат» крупностью менее 8 мм, который и вдувался в доменную печь в потоке дутья через две фурмы в количестве до 30 кг/мин.

К 1995 г. мощность системы вдувания была увеличена: пластмассы стали вводить в печь через 8 фурм (из 32), что позволило переработать за год свыше 70 тыс. т отходов. Коэффициент замены кокса пластмассой составил 0,2-0,25 кг/кг. На доменной печи осуществлялся регулярный мониторинг выбросов в атмосферу. Объемы выбросов SO2, NOx и пыли оказались существенно ниже

уровня предельно допустимых (т.е. менее 80 мг/м следовые концентрации диоксинов (более чем в сто раз ниже уровня ПДК, составляющего в Германии).

Схема переработки пластмасс в доменном производстве приведена на рис. 23.

), были обнаружены

Рис. 23. Схема подготовки и транспортировки пластикового

агломерата в доменную печь

1 – вертикальный резак, 2 – установка для оплавления пластмассы, 3 –

первичное измельчение, 4 – вторичное измельчение, 5 – получение порошка, 6

– приемный бункер, 7 – дутьевой насос, 8 – доменная печь

Для вдувания используется пластик со следующими характеристиками: размер частиц < 10 мм; влажность –< 1,0% (масс.); плотность, т/м3> 0,3; содержание хлора –< 2,0% (масс.); содержание золы –< 4,5 % (масс.); содержание полиолефинов –> 70% (масс.); содержание «инженерного» пластика –< 4,0% (масс.).

Согласно прогнозам в ближайшее время доля пластмассовых отходов, вдуваемых в доменные печи, должна превысить 10% от уровня их ежегодного образования. По данной технологии в Японии, например, предполагается утилизировать в доменном производстве свыше 1млн. т пластмасс.

2.10.3 Охрана окружающей среды при эксплуатации мусоросжигающих заводов

В состав дымовых газов МСЗ кроме твердых частиц (сажи, летучей золы), оксидов (SO2, CO, NOX) могут присутствовать при наличии хлор и фторсодержащих компонентов в сжигаемых ТБО – хлорид водорода (HCl) и фторид водорода (HF). Кроме того отходящие газы МСЗ отличаются от дымовых газов энергетических установок, работающих на природном топливе, высоким содержанием водяных паров (10-20%) в связи с высокой влажностью ТБО. В

отходящих газах МСЗ могут присутствовать также полихлордибензодиоксины ПХДФ).

Необходимо отметить, что МСЗ не являются крупными по сравнению с предприятиями теплоэнергетики на твердом и жидком топливе, источниками загрязнения окружающего воздуха оксидами серы из-за сравнительно малого ее содержания в ТБО (0,05-0,3%), по сравнению с 0,5-5% в жидких и твердых топливах. Кроме того, при сжигании ТБО, часть серы переходит в сульфаты, остающиеся в шлаке.

Содержание оксидов азота определяется температурой в топках агрегатов. Их интенсивное образование имеет место при температурах выше 1100 С0.

Среди других газообразных токсикантов дымовых газов МСЗ следует отметить альдегиды и органические кислоты, образующиеся при неполном окислении пищевых отходов, жиров, масел и некоторых других компонентов ТБО. Возможно присутствие канцерогенных веществ, таких как бенз9а)-пирен, бенз(е)-пирен, бнез(а)-антрацен, кероен, фенантрен, пиреы. Однако при обеспечении эффективности улавливания 99% пылеулавливающими устройствами летучей золы, сорбирующей названные канцерогены, а также рассеивание через дымрвые трубы, концентрация этих веществ в приземном слое воздуха составляет значительно ниже ПДК.

Сложной проблемой при сжигании ТБО является образование диоксинов (ПХДД) и фуранов (ПХДФ). Существует 75 соединений класса ПХДД и 135 соединений класса ПХДФ. Они присутствуют в пестицидах и гербецидах. ПХДД при нормальных условиях представляет собой твердое вещество с молекулярной массой 321,8, температура плавления 303-305 0С , растворимость в воде 0,2 мкг/л, инертно к кислотам и щелочам.

При 600 0С начинает разлагаться, а при выдержке более 3с при температуре 800 0С полностью разлагается.

Источниками образования диоксинов являются наличие в сжигаемых материалах хлорированных углеводородов, бензиновые и дизельные двигатели.

Обнаружение диоксинов очень затруднительно в связи с их малыми количествами (нано- и пикограммами на единицу массы или объема). Например, в саже выхлопных газов бензиновых двигателей содержание ПХДД – 3 пкг/г, дизельных 1-4 пкг/г, дымоходов отопительных печей 1-100; в пепле сигарет – 1 пкг/г, в смете городских улиц 6-50 пкг/г.

и полихлордибензофураны (ПХДД и

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 139 10 11 12 13 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]