27.01.2003 18:13
Багрянцев Г.И., Малахов В.М., Черников В.Е. АООТ НПФ "Техэнергохимпром", г. Бердск Новосибирской обл.
Жизнедеятельность городов связана с образованием промышленных отходов и бытового мусора. Отходы представляют собой в большинстве случаев сложные многокомпонентные смеси органиче-ских и неорганических соединений. Поскольку состав и агрегатное со-стояние промышленных отходов в большой мере зависят от характера производства, в каждом конкретном случае необходимы специальные исследования физико-химических свойств и состава отходов, а также разработка технологии термического обезвреживания, обеспечивающей минимальные вредные выбросы в окружающую среду.
Наиболее перспективными являются технологические схемы, предусматривающие комплексную термическую переработку различ-ных по агрегатному состоянию отходов отдельных районов или города [1]. При этом создаются условия использования тепла от сгорания вы-сококалорийных отходов для обезвреживания обводненных и низкока-лорийных отходов, а также использования щелочных отходов для ней-трализации кислых отходов, что приводит к снижению капитальных и эксплуатационных затрат.
Установки термического обезвреживания для отдельных видов отходов целесообразно создавать только в тех случаях, когда преду-сматривается утилизация ценных продуктов термической переработки отходов или требуются специальные методы очистки отходящих дымо-вых газов. Так, например, из некоторых видов отходов фотоматериалов можно получить серебросодержащую золу, из отработанных катализа-торов - золу, содержащую благородные и редкие металлы. Методами высокотемпературной обработки можно восстанавливать отбеливаю-щие земли, активированные угли, известь, соду и другие ценные про-дукты. При термическом обезвреживании отдельных видов отходов можно получить соляную, серную кислоты, инертные газы и другие продукты.
Выбор огнетехнических агрегатов зависит, как правило, от ко-личества, состава, физико-химических свойств и соотношения различ-ных по агрегатному состоянию отходов. Конструкции некоторых типов агрегатов термической переработки приведены в работах [2-4].
В последние годы все больший интерес вызывает метод термо-обезвреживания отходов во вращающихся печах.
При сжигании во вращающихся печах, отличающихся механи-ческой надежностью, создаются хорошие условия теплопередачи от раскаленных газов к обрабатываемому материалу. Перемешивание ма-териала и удаление золы осуществляется за счет вращения и наклона печи. Использование движущегося слоя в процессе взаимодействия системы газ-движущееся вещество уменьшается возможность образо-вания застойных зон, движение частиц создает условия для взаимодей-ствия газа с большей поверхностью твердой фазы, чем при неподвиж-ном слое. Во вращающихся печах возможно совместное обезврежива-ние жидких, пастообразных и твердых отходов. Применение во вра-щающейся печи метода сжигания во встречных потоках (противоточ-ное движение в печи сжигаемых отходов и дымовых газов) обеспечива-ет надежное воспламенение высоковлажных отходов за счет их предва-рительной подсушки отходящими из зоны горения высокотемператур-ными дымовыми газами и хорошее озоление отходов. Возможность ре-гулирования времени пребывания отходов в барабане печи позволяет обеспечивать полное их озоление, но, поскольку отходящие дымовые газы содержат продукты неполного сгорания, печи оснащаются дожи-гателями различного типа [5].
Факторами, определяющими эффективность обезвреживания, являются температура процесса и соотношение компонентов горения. Температура процесса обезвреживания зависит от состава отходов и находится в интервале от 850 до 1300 0С. При рабочих температурах 850-900 0С подавляющее большинство органических соединений (спир-ты, кислоты, альдегиды, кетоны) становится термически нестойкими. Однако, для термического обезвреживания отходов, содержащих цик-лические, хлорорганические соединения, полимеры, требуется темпе-ратура 1000-1300 0С, которая создается в дожигателе дымовых газов. Полнота окисления органических веществ зависит от коэффициента расхода воздуха, который для вращающихся печей равен 1,5 - 2,0. Воз-можность образования диоксинов и фуранов при термическом обез-вреживании отходов с низким содержанием хлора (менее 1 %) практи-чески исключена при температуре процесса выше 1000 0С, времени пребывания дымовых газов в зоне горения не менее 2 с и избытке ки-слорода более 3 %.
В России одним из ведущих разработчиков технологии и огнетехнического оборудования для термообезвреживания отходов во вра-щающихся печах является АООТ НПФ "Техэнергохимпром" (г. Бердск Новосибирской области), имеющий более чем двадцатипятилетний опыт в разработке и наладке подобного оборудования.
Вращающиеся печи длиной 12 м и диаметром 1,6 м эксплуатируются на Казанском ПО "Тасма"; длиной 18 м и диаметром 2,2 м - на ПО "Краситель" в г. Рубежное и Кемеровском ПО "Карболит".
Иллюстрацией практического воплощения комплексного подхода к переработке и обезвреживанию отходов и бытового мусора является попытка создания в Новосибирской области и в Сибири сети не-больших комплексных мусороперерабатывающих заводов, первый из которых спроектирован и строится в г. Бердске. Совместными усилиями ряда институтов и организаций Новосибирской области (это прежде всего АООТ НПФ "Техэнергохимпром", НГПИИ "ВНИПИ Энерготехнологии", Институт теплофизики СО РАН) разработан многофункциональный завод, перерабатывающий и обезвреживающий промышлен-ный и бытовой мусор города (городского района) с населением 100 тыс. чел. Производительность завода по мусору - 40 тыс. т/год, в том числе 30 тыс. т/год бытовых и 10 тыс. т/год промышленных отходов. Основ-ная идея проекта заключается в том, что мусор рассматривается не только как источник химического загрязнения, но и как источник во-зобновляемого топлива и сырьевых ресурсов. Так, калорийность город-ского мусора составляет сегодня не менее одной трети от калорийности угля.
Завод выполняет как минимум три функции: экологическую, энергетическую и ресурсную. Блок-схема завода представлена на рис.1.
Экологическое назначение завода выражается в уменьшении вредного воздействия на окружающую среду твердых бытовых и про-мышленных отходов (ТБО и ПО), образующихся в г. Бердске. Это достигается за счет резкого сокращения вывоза отходов на городскую свалку, их термообезвреживания и применения малоотходной системы очистки дымовых газов. При этом уменьшается выброс вредных ве-ществ в атмосферу и водную среду, сохраняются земельные ресурсы города.
Энергетическое назначение заключается в выработке тепла для собственных нужд и сторонних потребителей за счет глубокой утили-зации тепла дымовых газов.
Ресурсная функция завода заключается в извлечении из городского мусора ряда компонентов и использовании их в качестве готовой продукции и полуфабрикатов.
На опытном мусороперерабатывающем заводе подлежат переработке все виды ТБО, удаляемые спецавтохозяйством города:
- отходы, образующиеся в жилых и общественных зданиях;
- отходы от устройства местного отопления;
- смет, опавшие листья;
- отходы от санитарной обрезки деревьев и кустарников.
Термообезвреживанию на заводе подвергаются все виды про-мышленных нетоксичных и токсичных отходов всех классов опасности, за исключением радиоактивных отходов и отходов, содержащих ртуть, свинец, мышьяк, селен.
На заводе также предусматривается:
- переработка собственных отходов - золошлаковой смеси и шлама (кека) системы очистки дымовых газов - в строительные шлако-блоки;
- переработка промышленных древесных отходов в плиточ-ные материалы;
- извлечение из отходов и золошлаковой смеси лома черных и цветных металлов.
В составе завода предусмотрена система утилизации тепла, по-зволяющая использовать наряду с высокопотенциальным теплом ды-мовых газов также и низкотемпературное тепло, выделяющееся при конденсации влаги, содержащейся в дымовых газах, и снимаемое сис-темой оборотного водоснабжения при охлаждении газоочистного оборудования.
В основу производственных процессов, применяемых на заводе, положены прогрессивные технологии и решения :
- отходы сжигаются в специальной вращающейся печи бара-банного типа, что позволяет полностью механизировать и автоматизи-ровать все технологические операции;
- дожигание дымовых газов осуществляется в вихревом до-жигателе с образование продуктов полного окисления;
- специальная система мокрой очистки позволяет эффектив-но очистить дымовые газы от пыли и кислых компонентов;
- в составе завода предусмотрена установка теплоутилизаци-онного оборудования (котел-утилизатор и абсорбционный тепловой на-сос), что позволяет обеспечить собственные потребности завода в тепле и выдать тепло сторонним потребителям;
- производственные процессы на заводе замкнутые, т.е. обра-зующиеся жидкие и твердые отходы либо используются в производстве строительных материалов (шлакоблоков), либо направляются в барабан печи на термообезвреживание.
Технологическая схема термического обезвреживания отходов приведена на рис. 2.
С целью обеспечения непрерывной работы мусоросжигательно-го завода в проекте предусматривается две технологические линии обезвреживания отходов: рабочая и резервная. Каждая из них включает противоточную барабанную вращающуюся печь, оснащенную гидрав-лическим питателем и шлаковыгружателем; вихревой дожигатель ды-мовых газов; котел-утилизатор; систему очистки дымовых газов; теп-ловой насос; тягодутьевое и другое вспомогательное оборудование. Общим оборудованием для двух технологических линий являются при-емные устройства для твердых и жидких отходов и дымовая труба.
Твердые бытовые и промышленные отходы принимаются в при-емный бункер без сортировки как из спецмашин, так и из грузового транспорта общего назначения. Отходы древесины принимаются в об щем потоке или отдельно для переработки их в плитные материалы. Крупногабаритные металлические включения отделяются из отходов на стадии приема, а мелочь - из золы после охлаждения и дробления. Жидкие горючие и жидкие негорючие (обводненные) отходы принимают в отдельные емкости.
Твердые отходы из приемного бункера грузоподъемным меха-низмом загружаются в бункер 1, откуда гидравлическим питателем равномерно подаются на сжигание в противоточную вращающуюся печь 2. За счет вращения и наклона барабана отходы непрерывно перемешиваются и перемещаются в направлении от приемной к разгрузоч-ной камере. При этом осуществляется подсушка, воспламенение, горе-ние отходов и дожигание золы.
Жидкие горючие отходы из приемной емкости насосом подают-ся на сжигание в дожигатель или разгрузочную камеру печи. Жидкие негорючие отходы после усреднения направляются в распыленном виде на золу, удаляемую из барабана печи в шлаковыгружатель. Распыли-вание жидкого топлива и жидких отходов осуществляется сжатым воздухом.
Дымовые газы из барабана печи направляются в вихревой дожи-гатель 3, где в условиях закрученного потока осуществляются интен-сивное перемешивание продуктов неполного горения с кислородом воздуха и их доокисление. Конструкция дожигателя позволяет нейтра-лизовать кислые компоненты дымовых газов путем введения в распыленном состоянии щелочных добавок (NaOH, CaCO3 и др.). Температу-ра отходящих из барабана печи газов поддерживается в диапазоне 900-1000 0С, а из дожигателя - 1100-1300 0С в зависимости от состава отхо-дов. Более высокий температурный уровень поддерживается при сжигании хлорорганических отходов, чтобы минимизировать содержание высокотоксичных диоксинов в уходящих дымовых газах.
Для розжига и поддержания заданного температурного режима в барабанной печи и вихревом дожигателе осуществляется за счет сжи-гания природного газа или жидкого топлива. Суммарная производи-тельность горелок по природному газу - 600 м3/ч, по жидкому топливу - 485 кг/ч.
Воздух, необходимый для горения топлива и отходов, забирается из отделения приема отходов вентилятором и подается в горелки пе-чи и дожигателя, в воздушные сопла и уплотнения барабана печи.
Из дожигателя дымовые газы поступают в котел-утилизатор 4 и газонагреватель 5, где охлаждаются до температуры 200-250 0С и затеи направляются в узел мокрой очистки газов.
Для съема высокопотенциального тепла использованы котлыутилизаторы теплопроизводительностью 7,7 Гкал/ч, вырабатывающие пар давлением 14 атм и температурой 197 0С.
Вырабатываемый пар отдается городским предприятиям, используется для собственных нужд в качестве греющего источника для абсорбционных тепловых насосов и догрева сетевой теплофикационной воды города.
Утилизация низкопотенциального тепла осуществляется в абсорбционных тепловых насосах 13, в которых охлаждается оборотная вода систем водоохлаждения и очистки дымовых газов и нагревается сетевая вода системы теплоснабжения города. Тепловой баланс завода приведен на рис. 3.
Образующаяся при сжигании отходов зола охлаждается в шлаковыгружателе. Для охлаждения золы используются жидкие негорючие отходы и кубовый остаток из первой ступени мокрой очистки газов. Пары, образующиеся в результате гашения золы, направляются во вра-щающуюся печь, а охлажденная зола после дробления и отделения чер-ных и цветных металлов направляется в производство шлакоблоков.
В составе установки термообезвреживания отходов предусмот-рена многоступенчатая система пылеочистки дымовых газов методом щелочной абсорбции в струйно-пенных аппаратах и абсорберах-конденсаторах 7-10 [6]. Принятые системы пылегазоочистки позволят очищать дымовые газы до уровня содержания вредных веществ в них, не превышающего допустимого, принятого нормативными документа-ми Российской Федерации. Для исключения конденсации влаги в газо-ходах и дымовой трубе очищенные газы подогреваются в газонагрева-теле 5.
Основные технико-экономические характеристики завода представлены в таблице.
Наименование Величина
Годовое количество перерабатываемых отходов, тыс. т, 40
в т.ч. бытовых 30
промышленных 10
Годовой выпуск продукции:
тепло, тыс. Гкал 100
шлакоблоки, тыс. шт. 500
древесные плиты, тыс. м2 100
лом цветных и черных металлов, т 1200
Годовой финансовый результат, всего, млн. долл. США, в т.ч.: 4,2
от реализации тепла 2,1
от оплаты услуг по переработке твердых бытовых и промышленных отходов 1,1
от реализации строительных материалов, лома цветных и черных металлов 1,0
Стоимость завода, млн. долл. США, 13,0
в т.ч. первая очередь 7,0
Годовые текущие затраты завода, млн. долл. США 2,0
Плановый срок окупаемости с момента запуска, лет 6,0
Плановый срок строительства и запуска завода, лет 3
Плановый срок рекультивации городской свалки, лет 5-7
Вероятная стоимость 25 га рекультивированной земли, переходящей в собственность завода, млн. долл. США 2,0
Численность персонала, чел. 130
Площадь, занимаемая заводом, Га 2,1
В таблице указана производительность одной технологической линии. Мощность завода может быть увеличена включением в работу резервной технологической линии или вводом в эксплуатацию допол-нительных технологических линий.
Учитывая факторы санитарно-эпидемиологической опасности отходов, особенно твердых бытовых, которые выражаются в неприят-ном запахе, возможном наличии продуктов биологического гниения и т.д., в проекте приняты решения, направленные на создание норматив-ных условий труда. Для этого предусмотрено, что дутьевой вентилятор забирает воздух из бункерного блока и подает его в печь.
Следует отметить еще два экологических момента:
- по своему санитарно-эпидемиологическому воздействию вы-бросы такого завода будут эквивалентны выбросам двух работающих КАМАЗов;
- после запуска завода может быть начата рекультивация 25 га городской земли, занимаемой сегодня свалкой.
ЛИТЕРАТУРА
1. Накоряков В.Е., Алексеенко С.В., Басин А.С., Попов А.В., Багрянцев Г.И. Комплексные районные тепловые станции. Концепция. - Новосибирск: Ин-т теплофизики СО РАН. - 1996. - С.15.
2. Багрянцев Г.И., Псахис Б.И., Черников В.Е. Огневое обез-вреживание отходов химических производств // Горение органического топлива, Материалы V Всесоюзной конференции, г. Новосибирск, сен-тябрь 1984 г. - Новосибирск, 1985. - часть II. - С. 241-245.
3. Багрянцев Г.И., Рябов Л.П., Черников В.Е. Сжигание крупнодиспергированных отходов в устройствах комбинированного типа // Горение органического топлива, Материалы V Всесоюзной кон-ференции, г. Новосибирск, сентябрь 1984 г. - Новосибирск, 1985. - часть II. - С. 305-311,
4. Багрянцев Г.И., Леонтьевский В.Г., Черников В.Е. Огневое обезвреживание отходов химических производств // Энергосбережение в химических производствах. - Новосибирск: Институт теплофизики СО АН СССР, 1986. - С. 69-81.
5. Багрянцев Г.И. Дожигание дымовых газов как метод решения экологических проблем мусоросжигательных заводов // Очистка и обезвреживание дымовых газов из установок, сжигающих отходы и мусор. - Новосибирск: Ин-т теплофизики СО РАН, 1999. - С. 54-90.
6. Глушков В.Г., Гришин Е.Н., Рябцев А.Д. Система очистки дымовых газов в проекте Бердского опытного мусороперерабатываю-щего завода // Очистка и обезвреживание дымовых газов из установок, сжигающих отходы и мусор. - Новосибирск: Ин-т теплофизики СО РАН, 1999. - С. 91-103.
Создано устройство для контроля концентрации углекислого газа на промышленных предприятиях
добавить ресурс
.gif){kind=small}
Переработка мусора:
ТБО и другие проблемы современности:
© Дизайн Студии РОМАрт, 2004.