Методы термического обезвреживания

        Из загрузочной шахты 3 отходы под действием силы тяжести надвигаются на распределитель 5. В загрузочную шахту отходы могут подаваться либо порциями, либо непрерывно Вращение распределителя 5 обеспечивает непрерывную подачу отходов зону горения. 

        Горение отходов можно условно разделить на стадию термического разложения отходов, характеризуемого выделением, и горением летучих веществ и стадию горения коксового остатка. 

        Для проведения первой стадии нет необходимости в хорошем подводе окислителя в слой отходов, поскольку в слое происходит термолиз отходов, и необходим лишь подвод тепла в слой, горение летучих происходит над слоем. Поэтому под в этой части может быть выполнен сплошным, что снижает также физический недожог, поскольку отсутствует провал отдельных кусочков отходов сквозь щели колосника в зольник. Выполнение сплошного пода криволинейным связано с тем, что по мере выгорания отходов угол естественного откоса их увеличивается и увеличение угла наклона пода способствует их лучшему продвижению по поду. 

        Для проведения второй стадии необходимо улучшить подвод окислителя в горящий слой, чему способствует колосниковая решетка, под которую можно подвести воздух. 

        В зависимости от физико-химического состава отходов содержание летучих веществ в них колеблется от 55 до 85. %. Поскольку отходы сжигаются в смеси, то количество летучих в них в среднем равно 60 – 80. %. Так как центральная часть (сплошной под) предназначена для процесса выделения и горения летучих, а периферийная часть (колосники) – для горения коксового остатка, то соотношение их площадей, как показала практика должно быть пропорционально количеству летучих в отходах. 

        Если выполнить площадь центральной части более 80 %, то часть коксового остатка будет гореть на сплошном поде, где условие для его горения хуже, чем на колосниковой решетке (отсутствует пронизывание слоя коксового остатка потоком воздуха).  

        Если площадь центральной части менее 60 %, то на сплошном поде не происходит полного термического разложения отходов, т. е. Оно продолжается на колосниковой решетке, что ухудшает условия горения коксового остатка, поскольку его поверхность завалена кусками недоразволившихся отходов, в этой зоне не хватает окислителя, поскольку он необходим как на горение коксового остатка, так и на горение летучих, и могут образовываться локальные области отсутствия окислителя, что ведет к росту химического недожога. 

        Таким образом, невыполнение этого условия ведет к снижению производительности печи и ухудшает качество сжигания отходов. 

        Окончательное дожигание отходов осуществляется на периферийной части перфорированной части решетки. 

        Выполнение периферийной части решетки из отдельных секций с возможностью их поворота обеспечивает дожигание коксового остатка и удаление золы из камеры сжигания. 

        Для интенсификации процесса часть воздуха на горение отходов подается в виде «острого» дутья через сопла 10. Другая часть воздуха по патрубкам 11 подается в тангенциальные сопла. Этот воздух закручивает газовый поток в печи, что способствует более полному сгоранию продуктов пиролиза в самой камере сжигания.  

        Выполнение центральной части колосниковой решетки в виде выпуклого криволинейного и сплошного пода и снабжение ее распределителем в виде конуса, на боковой поверхности которого закреплены лопасти, обеспечивает регулирование слоя отходов. 

        Автоматическое регулирование слоя отходов по мере продвижения их от центра к периферии способствует улучшению условий сжигания за счет более свободного доступа воздуха к отходам, что приводит к увеличению полноты сгорания и повышению производительности печи, а также к снижению металлоемкости. 

3.2 Барабанная вращающаяся печь 

        Печь (рис 4) представляет собой стальной барабан, футерованный огнеупорными материалами. Барабанные печи устанавливают с небольшим наклоном в направлении движения отходов. Со стороны загрузки подлежащие сжиганию твердые отходы с помощью грейфера подают в печь через загрузочную воронку и лоток, а также воздух и топливо. Шлак и золу выгружают с противоположного конца печи. В первой части печи отходы подсушиваются (400°С), далее происходит их газификация и сжигание (900 – 1000°С). Возможно сжигание отходов и при более высоких температурах, однако это приведет к быстрому износу футеровки (достаточно тонкая).

        1-корпус печи 2-загрузочное устройство 3-горелка 4-двухсекционная разгрузочная камера 5,6-золовая и газовая секции 7-газоход 8-мигалки для удаления золы Т-топливо В-воздух 

         Рисунок 4-Схема барабанной вращающейся печи для сжигания твердых отходов  

        Обычно поверхность футеровки гладкая, сжигаемый материал скользит по ней, не переворачиваясь, поэтому для эффективного выгорания органических веществ требуется барабан значительной длины. 

        Разделение газового и золового потоков осуществляется непосредственно в топочном устройстве. Узел выгрузки состоит из двух секций, что исключает захват золы, осаждающейся в золовой секции, газовым потоком при дополнительной очистке в газовой секции.  

        Недостатком вращающихся барабанных печей являются низкая тепловая и массовая нагрузка топочного объема, высокие капитальные и эксплуатационные расходы. Необходимость, из – за достаточно тонкой футеровки, раз в полгода выполнять замену футеровки печи – операция трудоемкая, сложная и дорогая.  

3.3 Печи для сжигания в кипящем слое 

        Сжигание в кипящем слое осуществляют за счет создания двухфазной псевдогомогенной системы ''твердое - газ'' путем превращения слоя отходов в ''псевдожидкость'' под действием динамического напора входящего потока газа, достаточного для поддержания твердых частиц во взвешенном состоянии. Слой напоминает кипящую жидкость, и его поведение подчиняется законам гидростатики. 

         Реактор с псевдожиженным слоем 

         Реактор (рис 5) представляющий собой вертикальный стальной цилиндр , футерованный изнутри шамотным кирпичом или жаропрочным бетоном, состоит из цилиндрической топочной камеры и нижней конусной части с воздухораспределительной беспровальной решеткой. Вверху печь заканчивается куполообразным сводом. На решетку насыпается слой толщиной 0,8 – 1 м термически стойкого кварцевого песка фракцией 0.6 – 2.5 мм. 

        1 – воздух для псевдожижения; 2 – твердый продукт; 3 – слой инертного носителя (песок) в твердой фазе; 4 – граница псевдоожиженного слоя; 5 – корпус; 6 – унос золы; 7 – поток загружаемых отходов; 8 – загрузка отходов; 9 – отходящие газы; 10 – сепаратор; 11 – возврат пыли; 12 – решетка) 

        Рисунок 5 – Схема реактора с псевдоожиженным слоем.  

        Кипящий слой в печи образуется при продувании воздуха через распределительную решетку со с скоростью, при которой частицы песка турбулентно перемещаются и как бы кипят в газовом потоке. Воздух нагнетается воздуходувкой в рекуператор, в котором подогревается отходящими из печи дымовыми газами до температуры 600 - 700°С, и затем поступает под распределительную решетку под давлением 12 – 15 кПа. 

        Первоначальная загрузка и последующее поддержание заданного уровня песка на решетке осуществляется через шлюз вверху реактора.  

        К основным достоинствам метода относят: интенсивное перемешивание твердой фазы, приводящее к полному выравниванию температур, концентраций и других параметров по объему псевдожиженного слоя; высокая удельная производительность слоя; отсутствие движущихся и вращающихся частей; сравнительно простое устройство реактора; обеспечивается наилучший режим теплопередачи. 

        К наиболее существенным недостатком данного метода – это неравномерность времени пребывания в слое обрабатываемых частиц твердой фазы; возможность слипания и спекания твердых частиц; необходимость установки мощных пылеулавливающих устройств на выходе дымовых газов из слоя; необходимость во многих случаях подогрева ожижающего агента; ограниченность рабочих скоростей ожижающего агента. 
 

3.4 Печь Ванюкова 

        Для термической переработки твердых бытовых отходов (ТБО) при температуре 1350-1400°С были предложены металлургические печи Ванюкова (рис 6).

        1-барботируемый слой шлака; 2-слой спокойного шлака; 3-слой металла; 4-огнеупорная подина; 5-сифон для выпуска шлака; 6-сифон для выпуска металла; 7-переток; 8-водоохлождаемые стены; 9-водоохлождаемый свод; 10-барботажные фурмы; 11-фурмы для дожигания 12-загрузочное устройство 13-крышка; 14-загрузочная воронка; 15-патрубок газоотвода. 

        Рисунок 6 -Печь Ванюкова. 

        Сущность технологического процесса переработки ТБО в печи Ванюковка заключается в высокотемпературном разложении (плавке) компонентов рабочей массы в слое, находящегося в ванне печи, барботируемого шлакового расплава при температуре 1350 – 1400 °С и выдерживании их в течение 2-3 секунд. Сбрасываемые в ванну ТБО погружаются в интенсивно перемешиваемый вспененный расплав. При этом происходит полный разрыв связей в структурной цепочке сложных органических соединений, что предотвращает появление диоксинов и фуранов, имеющих техногенную природу образования. 

         Барботаж расплава осуществляют с помощью кислородно-воздушного окислительного дутья, подаваемого через фурмы в нижней части боковых стенок печи, для дожигания дымовых газов предусмотрена подача дутья через ряд верхних фурм. Минеральная часть отходов растворяется в шлаке. Для получения шлака заданного состава в печь загружают флюс. 

        Шлак, выпускаемый из печи в сифон, целесообразно подавать в жидком виде на переработку в строительные материалы. 

        В результате плавки образуется: газы, содержащие продукты сгорания и разложения ТБО, и шлак, состоящий из силикатов и оксидов металлов. Возможно образование донной фазы, содержащей черные и цветные металлы. 

        Комплекс по утилизации отходов позволяет перерабатывать шихту без предварительной сортировки и сушки со значительным колебанием по химическому и морфологическому составу за счет универсальности плавильного агрегата. 

        Экологическая безопасность достигается за счет отсутствия на выходе из печи высокотоксичных соединений и применения системы отчистки газа, имеющей запас по пропускной способности и рассчитанной на улавливание практически всех возможных вредных соединений, встречающихся в бытовых и промышленных отходах и образующихся при их переработке. 

        Процесс Ванюкова предлагается использовать не только для переработки ТБО, но и ряда промышленных отходов. 

        Недостатком печи является потеря металлов в шлаке. Создание без инерционной системы автоматического регулирования процесса сложно, и соответственно, сложно поддержание заданной температуры без дополнительного расхода энергии, тепловой КПД низок. Запуск печи достаточно сложен и занимает 7 – 8 суток.

     В последние десятилетия достигнуты серьёзные успехи в создании достаточно совершенных в технико-экономическом отношении генераторов-плазмотронов т.н. низкотемпературной плазмы (2000-100 000° С), нашедших себе разнообразное промышленное применение, в том числе и для переработки промышленных и бытовых отходов методом пиролиза. Использование плазменного пиролиза позволяет гарантировать деструкцию до простых неорганических соединений практически всех высокотоксичных веществ, включая боевые отравляющие вещества, пестициды, подлежащие уничтожению лекарства. Плазменная переработка реализована для пиролиза отходов в опытно-промышленных масштабах, дискутируются перспективы для ТБО. За рубежом публиковались планы широкомасштабного использования плазменного пиролиза для переработки свалочных масс. Единого мнения специалистов о сравнительной с другими процессами экономичности пока нет.  
 
 
 

4. Характеристика выбросов и газоочистка.

    Здесь приведены только основные направления технических решений процесса сжигания твёрдых муниципальных отходов. Существует множество модифицированных и комбинированных их разновидностей под различные требования потребителей и контрольных служб, благодаря чему основная задача сжечь твёрдые отходы - решается достаточно успешно. Образуется комплекс вторичных отходов, в составе которых присутствуют тяжёлые металлы и газообразные токсичные вещества, которые при контакте с окружающей средой создают угрозу населению и живой природе. Их улавливание и обезвреживание в техническом отношении представляет задачу не менее сложную, чем сжигание,