Установки для сжигания отходов)

Жидкое впрыскивание. В инсинераторах (камерах сжигания) с жидким впрыском отходы, смешанные с воздухом, подаются через струйные форсунки в камеру, где происходит пламенное окисление. Струйный впрыск позволяет раздробить отходы на мелкие капли (диаметром менее 40 мкм). Чем меньше капли, тем больше поверхность, через которую осуществляется быстрый теплообмен. Таким образом, повышается скорость испарения и перемешивания с воздухом, что ускоряет горение. Воздух подается под давлением, что способствует перемешиванию и турбулентности потока.

Эффективное распыление является весьма важной составной частью успешной работы камеры с жидким впрыском. Вязкость жидких отходов или пульпы должна быть невысокой. Жидкие отходы с большей вязкостью можно подогреть или перемешать с другой жидкостью, обладающей малой вязкостью. Устройства, использующиеся для распыления, включают различные типы струйных и вращающихся форсунок. Простые струйные форсунки могут засоряться твердыми частичками, которые часто попадают в жидкие отходы.

Для уничтожения жидких органических отходов в промышленности широко используются камеры сгорания с жидким впрыском. Такие устройства требуют минимальных затрат ручного труда, относительно просты в обращении по сравнению с камерами для сжигания твердых отходов.

Установки обычно имеют перегрузочную станцию, емкости для хранения, баки для перемешивания, что позволяет обеспечить относительно стабильный и однородный поток жидкости. Система очистки продуктов сгорания включает предварительное охлаждение, скрубберное устройство типа Вентури и охладительный скруббер. Предусматривается также очищение технологических вод после скрубберной установки (осаждение твердых частиц) (рис. 3).

Конструкция камеры сгорания может предусматривать горизонтальную или вертикальную организацию горения, например с турбулентным закрученным потоком (рис. 4).

Рис. 3. - Схема горизонтального сжигания жидких отходов

1 - воздуходувка-распылитель; 2 - природный газ; - смесительный бак; 4 - хранилище; 5 - грузовая площадка; 6 - фильтр; 7 - скруббер Вентури с покрытием из кислотостойкого пластика; 8 - подача чистой воды; 9 - рециркуляция воды; 10 - камера впрыска воды; 11 - охладительный скруббер; 12 - труба; 13 - отделитель водного тумана;

14 - подача воды для рециркуляции или переработки

Конструкция камеры сгорания может предусматривать горизонтальную или вертикальную организацию горения, например с турбулентным закрученным потоком (рис. 4).

В вихревых камерах сгорания жидкие отходы подаются в закрученный поток с помощью модифицированных нефтяных горелок в нижней части объема горения. Первоначальная «закрутка» создается с помощью горячего воздуха. Поток поддерживается за счет дополнительного ввода воздуха по касательной на более высоких уровнях камеры сгора- ния по мере развития и завершения процесса горения. Камеры с закупоренным потоком способны обеспечить тепловыделение на уровне 3600 тыс. кДж/(ч∙м³), что примерно в 4 раза больше, чем просто при горении с жидким впрыском. Обычно хорошая конструкция камеры сгорания исключает прямое воздействие пламени на термостойкие стенки, а температура подбирается так, чтобы она была ниже точки плавления золы. Типичный диапазон температур составляет от 850 до 1650°С.

Рис. 4 - Устройство для сжигания жидких отходов с закруткой

1 - термостойкие стенки: 2 - воздушные сопла; 3 -подача воздуха; 4- подача воды;

5 - топливное сопло; 6 - внешний корпус; 7 - внутренний корпус; 8-охлаждающие воздушные каналы; 9-подача газа; 10 - подача нефти; 11 - кольцевое пространство, заполненное воздухом под давлением, который подается в камеру сгорания; 12- продукты сгорания, поступающие на очистку и в трубу; 13 - термостойкие стенки; 14- воздух, охлаждающий термостойкие стенки; 15 -отходы; 16 - топливное сопло; 17 - охлаждающий воздух, подаваемый под наддувом.

Вращающиеся печи могут сжигать практически любые горючие отходы, но предназначены преимущественно для твердых отходов и смол, которые не могут быть переработаны в печах с жидким впрыском. Вращающаяся печь представляет собой цилиндрическую конструкцию, стенки которой покрыты термостойким материалом; они монтируются горизонтально с небольшим уклоном. Типичное отношение длины к диаметру составляет от 2:1 до 10:1, а скорость вращения 1 – 5об/мин; температура горения 850 - 1650°С, время пребывания – от нескольких секунд до нескольких часов в зависимости от характера сжигаемых отходов. Вращение печи приводит к перемешиванию горящих отходов и их эффективному перемешиванию с воздухом, что обеспечивает полноту сгорания. Негорючие отходы (т.е. зола, металлолом) перемещаются вдоль наклоненной печи и после охлаждения с помощью впрыска воды собираются в специальные бочки (рис. 5).

Система очистки продуктов сгорания состоит из пяти основных компонентов: камеры предварительного охлаждения газов впрыском воды, скруббера Вентури, системы отделения мелких капель воды, вытяжного вентилятора и трубы высотой 60 м. В камере предварительного охлаждения температура отходящих газов снижается до 80°С, чтобы исключить использование высокотемпературной облицовки остальных элементов системы. Сама камера предварительного охлаждения покрыта кислотоупорным кирпичом и раствором. Использование коррозионностойких материалов необходимо, так как в отходящих газах содержатся агрессивные газы, например, хлороводород.

Скруббер Вентури позволяет удалить твердые частицы размером до 0,1мкм. Для повышения эффективности улавливания твердых частиц в узком месте трубы Вентури через распылительные сопла подается вода. Мелкие капли воды, подхваченные потоком газа, осаждаются в каплеуловителе, установленном после скруббера.

Рис. 5 - Передвижная вращающаяся печь

1 - подача отходов на сжигание; 2 - автоматическая система подачи: воронкиа питателя, пневматический питатель, задвижка; 3- подача воздуха; 4- вращающийся корпус с теплоизоляцией; 5 - вращающаяся зона горения; 6 - зола; 7 - емкость для сбора золы;

8 - запальная контрольная горелка; 9 - управление; 10- влажная скрубберная установка; 11 - воздуходувка для продуктов сгорания и труба; 12 - вода для рециркуляции и система сбора летучей золы; 13 - опорная конструкция; 1 - опорные колонны; 15 - камера дожигания; 16 – конвективное охлаждение.

Сжигание в псевдоожиженном (взвешенном) слое. Технология псевдоожиженного слоя, применяющаяся в нефтеперерабатывающей и химической промышленности, была приспособлена к сжиганию отходов. Наиболее часто таким образом уничтожаются илы или подобные им отходы. Основными этапами переработки являются: 1) удаление гравия из отходов для защиты установки от абразивного износа; 2) сгущение ила; 3) уменьшение размеров твердых частиц; 4) обезвоживание; 5) сжигание; 6) очистка отходящих газов и захоронение золы.

Сжигающее устройство состоит из колонны, заполненной горячим песком или глиноземом. В слой песка вдувается воздух и измельченные отходы. Температура в зоне горения 760 - 810°С. Для того чтобы исключить появление запаха, избегают режимов работы на нижнем уровне температуры. Ил подается в нижнюю часть камеры сгорания, чуть выше распределительной решетки. Поток воздуха, который перемешивает ил с песком, входит ниже распределительной решетки. Ил подсыхает и сгорает, при этом большая часть тепла передается песчаной насадке.

Газообразные продукты сгорания и зола покидают реактор в его верхней части. Вспомогательная горелка используется для разогрева песка до необходимой температуры перед подачей ила. После того как достигнута соответствующая рабочая температура, эта вспомогательная горелка может быть использована для снижения жидких и газообразных отходов.

Устройства для сжигания отходов в псевдоожиженном слое являются относительно новыми и все шире применяются для сжигания ила. Определенными достоинствами таких устройств являются: 1) хорошее перемешивание ила и воздуха; 2) отсутствие движущихся частей (меньшие требования к обслуживанию); 3) теплообменные процессы протекают внутри песчаной насадки, что снижает потребность в теплообменниках для обеспечения эффективности процесса; 4) песчаная насадка выполняет функции аккумулятора тепла, что позволяет вести процесс без чрезмерных температурных нагрузок.

Однако установки с псевдоожиженным слоем требуют относительно высоких капитальных затрат и, следовательно, должны использоваться для переработки больших количеств отходов, которые трудно сжигать обычными способами. Для уничтожения опасных отходов такие установки пока мало использовались.

Каталитические методы сжигания используются главным образом для уничтожения горючих газообразных отходов малой концентрации. Газообразные отходы подогреваются, а затем входят в контакт с катализатором, расположенным на пористом материале. Окисление происходит на поверхности катализатора. Большинство таких реакций осуществляется при низких температурах в диапазоне 320 – 540°С, что дает существенную экономию топлива.

Транспортировка газа на значительные расстояния не экономична, поэтому обычно газ уничтожается на месте производства. В химической промышленности широко распространено уничтожение газообразных отходов производства растворителей, например для уменьшения неприятных запахов. Газообразные отходы уничтожаются в нефтеперерабатывающей промышленности. Каталитическое сжигание весьма чувствительно к температуре (максимум 920°С) и не может использоваться для богатых топливом смесей.

Термическая переработка отходов в печи Ванюкова. Печь Ванюкова - это барботажный агрегат непрерывного действия (см. рис 6).

Рис.6 - Схема печи Ванюкова

Она представляет собой шахту прямоугольного сечения с принудительно охлаждаемыми медными стенками, в нижней части которой находятся фурмы, через которые в расплав подается смесь воздуха с кислородом. Материалы, подлежащие уничтожению, подаются сверху и, сгорая, поддерживают температуру в печи на уровне 1250 - 1350°С. В результате в печи образуются две жидкие фазы: в верхней части ванны скапливается шлак, состоящий из легких силикатов, а в нижней - более тяжелый металлсодержащий продукт. Донная фаза отливается в слитки и отправляется на переработку. Шлак после охлаждения и грануляции поступает на строительные предприятия. Газы направляются на охлаждение в котел - утилизатор, затем на очистку от пыли, возгонов, вредных примесей и очищенные выбрасываются в дымовую трубу. Система газоочистки обеспечивает снижение концентрации компонентов ниже предельно допустимых концентраций.

Крупномасштабная проверка эффективности печи Ванюкова была проведена на Рязанском опытно-экспериментальном металлургическом заводе института «Гинцветмет» при участии сотрудников Московского института стали и сплавов и Академии коммунального хозяйства им. Памфилова. Эти испытания подтвердили, что отходящие газы, образующиеся в результате плавки ТБО в печи Ванюкова, действительно практически не содержат диоксинов.

Возможности новой технологии не ограничиваются безопасным уничтожением ПО: в принципе, она может быть использована для уничтожения практически любых токсических соединений - в том числе и боевых отравляющих веществ, запасы которых беспокоят современную мировую общественность.

Принципиальное отличие разработанной технологи от существующих термических методов переработки:

– не требуются дорогостоящие стадии сортировки, сушки и прессовки отходов;

– не образуются вторичные отходы, и отпадает необходимость захоронения токсичных зол и шлаков;

– в процессе плавки полностью разрушаются органические соединения, в том числе диоксины и фураны (исследования последних лет показали, что только при температуре 1200-1400°С в течение 4 -7 часов происходит необратимое разрушение этих веществ).

Кроме того, технология имеет следующие преимущества:

– процесс плавки бытовых отходов ведется в автогенном режиме (без добавки топлива) на воздушно-кислородном дутье;

– способ позволяет проводить совместную переработку текущих бытовых и промышленных отходов и накопленных на полигонах «лежалых» отходов;

– низкий пылеунос – менее 1% от массы загруженных отходов;

– конечными продуктами плавки являются пригодные для дальнейшего использования сплавы цветных металлов и шлаки (силикатсодержащие материалы) для стройиндустрии;

– вторичное сырье используется для получения пара и электроэнергии (покрываются собственные нужды завода);

– аппаратурная схема обеспечена высокоэффективным пыле- и газоочистным оборудованием.

В целом технология характеризуется чистотой, безотходностью, комплексностью использования сырья.