4.5.5. Мусоросжигательные заводы

В состав ТБО входят дерево, бумага, картон, резина, кожа и другие компоненты, которые обладают определенной энергетической ценностью. Элементарный состав ТБО включает, как правило, горючие компоненты в виде углерода, водорода и серы, кислород и азот, а также балласт в виде воды и золы, представленной минеральными частицами ТБО. Поэтому возникла идея термического обезвреживания ТБО, во-первых, путем сжигания неподготовленных или обогащенных отходов в мусоросжигательных установках, в топках котлов или печей, во-вторых, за счет пиролиза отходов в специальных реакторах в бес кислородной или бедной кислородом среде. При сжигании и пиролизе ТБО достигается: 1) полное обезвреживание отходов в кратчайшие сроки; 2) экономия топливно-энергетических ресурсов, за счет использования энергетического потенциала отходов; 3) уменьшение площадей, занимаемых установками и сооружениями обезвреживания отходов; 4) сокращение расстояние вывоза отходов и другие преимущества. Применение этих методов обеззараживания ТБО целесообразно при следующих условиях: 1) при необходимости быстрого обезвреживания отходов; 2) при отсутствии свободных площадей под полигоны и гарантированных потребителей компоста и биотоплива; 3) при повышенных санитарных требованиях к обезвреживанию отходов и других.

Энергетическая ценность ТБО определяется их элементарным составом, который по горючей массе, т.е. без влаги и золы, включает С^г = 51,3%, H^г = 6,6%, N^г = 0,2%, S^г = 0,2%, O^г = 41,7%. Теплота сгорания рабочей массы ТБО может быть определены по формуле Д.И.Менделеева:

Q =81C^р+300H^р-26(O^р-S^р)-6(9H^р+W^р), (4.13)

Здесь C^р, H^р, О^р, S^р,W^{р -} элементарный состав рабочей массы ТБО, %.

Коэффициенты в этой формуле равны тепловому эффекту, который сопровождает те или иные физико-химические превращения. Элементарный состав и, следовательно, теплота сгорания ТБО не постоянны в течении года. Поэтому для поддержания процесса сжигания ТБО необходимо предусмотреть подачу энергетического топлива - природного газа или мазута. Кроме того, мусоросжигательные заводы с утилизацией теплоты необходимо размещать вблизи от гарантированных потребителей теплоты. Технологические схемы МСЗ, (рис. 4.8), оборудованные котлами, включают следующие узлы:

• приемное отделение, предназначенное для разгрузки и временного хранения ТБО и оборудованное приемным бункером (10), мостовым краном с грейферным ковшом (1);

• мусоросжигательный агрегат(9) с бункером (11), устройством топливоподачи, слоевой топкой с обратно переталкивающей, опрокидывающей или наклонно-переталкивающей колосниковой решеткой (8);

• котлом утилизации (2) с радиационными и конвективными поверхностями нагрева;

• тягодутьевое устройство с вентилятором первичного и вторичного воздуха , дымососом и дымовой трубой (4);

• газоочистное устройство с золоуловителем (3);

• шлакозолоудаляющее устройство с механизмом шлакоудаления (7), транспортером (5), магнитным сепаратором и складом шлака (6).

Рис. 4.8. Технологическая схема МСЗ

Приезжающие на МСЗ мусоровозы взвешиваются на весах и разгружаются в приемный бункер. Из этого бункера ТБО подаются краном в бункер топки мусоросжигающего устройства, откуда отходы подаются на стол питателя, который равномерно загружает отходы на колосниковую решетку. Топка оборудуется обратно переталкивающей, опрокидывающей, вилковой или наклонно-переталкивающей колосниковой решеткой. Решетка имеет специальный привод, обеспечивающий обратно поступательное движение колосников, что обеспечивает подачу 15-30% горящей массы отходов навстречу движущемуся слою, создавая дополнительные очаги зажигания. Создаваемый шурующий эффект хорошо перемешивает отходы, что способствует равномерному их выгоранию. Скорость перемещения решетки регулируется в зависимости от теплотехнической характеристики ТБО. Отдельный колосники имеют специальные отверстия, через которые подается воздух с температурой 110-170С, необходимый для горения ТБО.

Топка мусоросжигающего агрегата блокируется с котлом утилизатором. Уходящие из топки продукты горения поступают в вертикальные газоходы котла, где они пять-шесть раз меняют направление движения, что способствует сепарации золы и повышению эффективности теплопередачи от дымовых газов к поверхностям нагрева котла. Для утилизации тепла отходящих продуктов горения за котлом устанавливается воздухоподогреватель, в котором подогревается воздух, идущий на подсушку и горение отходов, а также экономайзер для подогрева питательной воды, поступающей в котел. Коэффициент полезного действия котлов утилизаторов МСЗ составляет 60-70%. В среднем из 1 т отходов можно получить 1,5 т пара при давлении 1,0-1,3 МПа и температуре 160-180С.

Топочные газы на выходе из топки содержат 1,5-3 г/см³ летучей золы, что приводит в абразивному износу поверхностей нагрева и загрязнению окружающей среды. Снижения абразивного износа добиваются установкой специальных котлов с разряженным шагом труб. Для очистки дымовых газов от золы они проходят через электрофильтры, которые улавливают до 94-97% летучей золы. Дымовые трубы высотой 50 м обеспечивают рассеивание продуктов сгорания в окружающей среде с соблюдением концентрации отдельных элементов не превышающей ПДК.

Шлак составляет около 25% от общего количества сжигаемых ТБО. Он охлаждается в шлаковой ванне или путем распыла воды и подается конвейером на склад или золошлакоотвал.

МСЗ работают круглосуточно, без выходных дней. Получаемое тепло в виде пара или горячей воды используют в системе теплоснабжения.

В последнее время получил распространение новый метод термической переработки отходов - пиролиз, обеспечивающий высокоэффективное обезвреживание отходов и их использование в качестве топлива и сырья для химической промышленности. При пиролизе протекают следующие процессы: сушка, сухая перегонка или пиролиз, газификация и горение коксового остатка. Процесс сушки сопровождается выделением из отходов паров воды. Пиролиз - это процесс химического разложения отходов при температуре от 450 до 1000С в бескислородной или бедной кислородом среде. При этом образуются жидкие фракции в виде смолы и масел, пар и газ с выделением твердого остатка кокса. Выделяющиеся газы и смолы можно рассматривать как газообразное и жидкое топливо. В некоторых пиролизных установках газ сжигается непосредственно в установке для получения теплоты. Твердые углеродистые продукты пиролиза могут быть использованы в качестве твердого топлива или газифицированы, в результате чего углерод под воздействием окислителя превращается в газообразное топливо. Оставшийся после этого твердый остаток содержит лишь минеральную часть ТБО.

Основным узлом пиролизной установки является реактор с особой шахтной печью с встроенной швельшахтой и специальной системой эвакуации газов, позволяющей избежать смешивание пиролизуемого газа с дымовыми газами (рис. 4.9).

Отходы загружаются в приемную воронку (1) реактора с тремя затворами (2) шиберного типа. Под воздействием собственного веса отходы опускаются по швельшахте в нижнюю часть реактора, куда подается подогретый в воздухоподогревателе (10) до 800С воздух. Углеродистый остаток, образующийся при пиролизе отходов, сгорает при температуре 1600С, что обеспечивает плавление минеральных остатков ТБО. Расплавленный шлак выводится из установки в шлаковую ванну (11).

Дымовые газы, образующиеся при горении ТБО, омывают швельшахту и направляются в воздухоподогреватель (5), а затем, пройдя газоочистку (8) дымососом (7) выбрасываются в атмосферу.

Пиролиз отходов происходит в швельшахте при недостатке кислорода, а полученные при этом продукты отводятся в конденсатор (3). В конденсаторе из пирогаза выделяются смола и влага. Часть получаемого газа отбирается для горелок, расположенных в воздухоподогревателе и в нижней части реактора. Другая часть газа, полученного при пиролизе ТБО, может быть использована в качестве топлива в котлах для получения пара или горячей воды.

Рис. 4.9. Схема установки высокотемпературного пиролиза ТБО:

1 - приемная воронка; 2 – затвор; 3 - конденсатор жидких продуктов; 4 – заслонки; 5 – вентилятор; 6 – газоанализатор; 7 – дымосос; 8 - система газоочиски; 9 - под шахты; 10 - воздухо-подогреватель; 11 - водяная ванна; 12 – швельшахта

Таким образом, пиролиз обеспечивает не только обезвреживание ТБО, но и получение других продуктов, которые могут быть использованы в виде топлива или сырья для химической промышленности. Важным преимуществом данного обезвреживания отходов является минимальная по сравнению с другими методами площадь на единицу мощности (производительности).