Тимонин А.С. - Инж-эко справочник т 3 (1044950), страница 108
Текст из файла (страница 108)
Замена части дутьевого воздуха на кислород одновременно обеспечивает снижение количества отходящих газов. В настоящее время в мировой практике апробирован ряд методов высокотемпературной переработки ТБО: а) комбинация процессов пиролиз-сжигание (совместное сжигание при 1300 'С пирогаза и твердого углеродистого гидролизного остатка, отсепарированного от минеральных компонентов); б) комбинация процессов пиролиз-газификация-сжигание с использованием в качестве газифицирующего агента кислорода (температура процессов 1400 — 2000 С); в) металлургические процессы: — процесс сжигания при температуре 1350 — 1400 'С в слое барботируемого шлакового расплава с использованием кислородного дутья (процесс Ванюкова, предложенный для переработки ТБО); — термический процесс при температуре 1400 — 1500 'С с использованием электрошлакового расплава; — доменный процесс при температуре 2000 'С; г) плазменные технологии.
Сжигание в слое ииакового раснлава. Наиболее очевидным способом повышения температуры сгорания отходов является уменьшение содер- 464 жания в используемом окислителе (воздухе) доли инертного компонента (азота), на нагрев которого расходуется значительная часть выделяющейся энергии.
При этом может быть использовано и более простое оборудование для сжигания, например, шлаковые ванны, в которых отсутствуют какие-либо движущиеся части. Вторым значительным преимуществом сжигания в кислороде является резкое сокращение объема дымовых газов и, следовательно, снижение затрат на газоочистку. Кроме этого, сниженная концентрация азота в дутьевом воздухе позволяет уменьшить количество образующихся при высоких температурах оксидов азота, очистка от которых представляет собой серьезную проблему. В начале 90-х годов для термической переработки ТБО при температуре 1350 — 1400 С предложены металлургические печи Ванюкова (рис.
9.13). Сжигание в них осуществляют в слое находящегося в ванне печи барботируемого шлакового расплава (образуется из загружаемых в печь золошлаковых отходов ТЭЦ). Сбрасываемые в ванну ТБО погружаются в интенсивно перемешиваемый вспененный расплав. Барботаж расплава осуществляют с помощью окислительного кислородно-воздушного дутья, подаваемого через фурмы в нижней части боковых стенок печи (ниже уровня расплава), для дожигания дымовых газов предусмотрена подача дутья через ряд верхних фурм (выше уровня расплава).
Минеральная часть отходов растворяется в шлаке, а металлические компоненты расплавляются. Для получения шлака заданного состава в печь загружают флюс (рекомендуется известняк). Часта И11. 7ехиологические решения по утилизации твердых отходов Загрузка Дут шлака ыпускДут ет алла 4 Рис. 9.13. Схема переработки отходов в печи Ванюкова: 1 — барботирусмый слой шлака; 2 — слой спокойного шлака; 3 — слой металла; 4 — огнеупор- ная подина; 5 — сифон для выпуска шлака; 6 — сифон для выпуска металла; 7 — переток; У вЂ” водоохлаждаемыс стены; У вЂ” водоохлаждаемый свод; 10 — барботажныс фурмы; 11— хурмы для дожигания; 12 — загрузочное устройство; 13 — крышка; 14 — загрузочная воронка; 15 — патрубок газоотвода Шлак, выпускаемый из печи (непрерывно или периодически) в сифон, целесообразно подавать в жидком виде на переработку в строительные материалы.
Теоретически в донной фазе должен получаться металл, однако практически в ходе опытных испытаний его получить не удалось (очевидно, по объективным причинам: относительное содержание мегаллов в ТБО невелико, и они могут либо теряться в шлаковом расплаве механически, либо окислиться и снова переходить в шлаковую фазу).
В случае пониженной теплотворной способности ТБО в качестве дополнительного источника тепла можно использовать утоль или природный газ. Производительность печи по твердым отходам — около 15 т/час. Процесс Ванюкова предлагается использовать не только для переработки ТБО, но и ряда промышленных отходов (в том числе путем со- вместной переработки с ТБО).
Необходимо отметить, что механический перенос этого процесса для широкомасштабной термической переработки ТБО не правомерен вследствие того, что запуск печи достаточно сложен и занимает 7 — 8 суток. Разработанный ИХФ РАН в Черноголовке аналогичный реактор газификации требует для запуска 2 — 3 часа, он имеет короткую (не более одного года) кампанию, при переработке ТБО имеет место полная и закономерная потеря металлов в шлаке, создание безинерционной системы автоматического регулирования процесса сложно и, соответственно, сложно поддержание заданной температуры без дополнительного расхода энергии, тепловой КПД печи Ванюкова низок.
Сжигание с использованием электрогилакового расплава. Для получения шлакового расплава может быть использован электротермический 465 Глава 9. Утилизация твердых бытовых отходов метод, применяемый, например, при плавке стали в электропечах. Наиболее целесообразно использовать электропечи не для переработки исходных ТБО, а для обезвреживания шлаков, образующихся в процессах термической переработки ТБО или их обогащенных фракций при температурах ниже температуры плавления шлака. Выход шлаков в таких процессах составляет 10 — 25 % от исходных ТБО, что резко снижает потребную производительность электро- печей и позволяет вовлекать шлак в переработку периодически.
В соответствии с данной технологией шлак направляют в электроплавильную печь, выполненную в виде металлического кожуха, футерованного изнутри огнеупорным кирпичом. Температура жидкой шлаковой ванны составляет 1400 — 1500 'С. Разогрев шлака в электропечи осуществляют с помощью графитовых электродов (обычно трех), подключенных к источнику питания. Состав шлака можно регулировать добавкой флюсов. Шлак выгружают из электропечи периодически. Поскольку соли тяжелых металлов из шлакового продукта ие выщелачиваются, шлак можно использовать как сырье для производства стройматериалов.
Шлаки после электроплавки могут быть переработаны в высококачественный строительный материал, в частности, из них можно получать утепли- гель с насыпной плотностью от 130 до 250 кг/м' или пористый заполни- гель конструкционных бетонов плотностью до 900 кг/м'. Технология основана на гранулировании шлакового порошка с добавками и последующем обжиге гранул во вращающейся обжиговой печи. 4бб Преимуществами электроплавки шлаков являются отсутствие необходимости подачи дутьевого воздуха, простота поддержания температуры процесса и получение экологически чистого целевого продукта. Основные недостатки переработки отходов в электрошлаковой ванне связаны с большим расходом электроэнергии (около 100 кВт.ч на 1 т переплавляемого шлака) и относительно высоким расходом графитовых электродов (10 кг/1000 кВт.ч).
Вместе с тем в условиях работы мусороперерабатывающего завода, производящего из отходов энергию, большой расход последней на электропереплав решающей роли не играет. Таким образом, наиболее подходящим объектом для электропереплавки являются шлаки и, возможно, некоторые отходы сортировки ТБО. Сжигание в плотном слое кускового материала и иыаковом расплаве без принудительного переметивания и перемещения материала (доменный процесс).
Для термической переработки твердых бытовых и промышленных отходов любого состава предложено использовать шахтные печи (по конструкции аналогичны доменным печам). Подлежащие переработке отходы смешивают с низкосортным углем (расход угля — 25 — 30 % от количества загружаемых в печь отходов) и известняком (расход известняка— 30% от количества загружаемых в печь отходов), загружают сверху в печь и продувают предварительно подогретым до 1000 — 1400 'С воздухом, обеспечивая получение в нижней части печи газов с температурой не менее 2000 'С (воздух подогревают в специальных подогревателях — кауперах, представляющих собой метал- Часть И!1.
Технологические решения но утилизации твердых отходов лические футерованные емкости с насадкой из керамических элементов в виде шариков из диоксида циркония или алюминия). Для переработки 60 тыс. т отходов в год предполагается использовать доменную печь объемом 200 м' (высота — 18 м, диаметр горна — 4,25 м). Продукты высокотемпературной переработки, жидкий металл (чугун) и жидкий расплав шлака без повторного их нагрева предполагают перерабатывать в изделия.
Предполагают также утилизировать тепло отходящих газов с целью производства тепловой и электрической энергии. Преимушества предлагаемого процесса перед другими видятся в его экологической безопасности и высокой рентабельности, возможности переработки любых отходов с получением товарной продукции широкого спроса. Вместе с тем, очевидно„ нет необходимости смешивать ТБО с любыми другими отходами.
Система сбора ТБО и их доставки на завод отличается от таковой других отходов, в связи с чем допустима лишь совместная переработка с ТБО отходов, к ним приравненных. Наряду с этим объемы образования ТБО таковы, что не хватает мощностей для их промышленной переработки, поэтому организация совместной переработки ТБО и других мпоготоннажных гвердых отходов не актуальна. Серьезным недостатком предлага:мой технологии является необходииость подачи в процесс больших копичеств угля и известняка (следовагельно, необходимость дополнительных складских помещений и транспортных систем, сложных операций шихтовки материалов, зависимость от поставщиков и пр.). При плавке же- лезных руд это оправдано, при переработке же ТБΠ— является осложняющим, неоправданным фактором (суммарныи* расход угля и известняка — около 60 % от количества ТБО).
К тому же морфологический состав ТБО не позволяет эффективно выделять металлический расплав в донной фазе (очевидно, требуется добавка к ТБО подходящих отходов с высоким содержанием металла). В этой связи технология доменного процесса применительно к ТБО вряд ли оправдана (прежде всего, по экономическим соображениям).
Фактически в предлагаемом процессе безвозвратно теряются ценные компоненты ТБО (алюминий, олово, черный металл), которые можно выделить в самостоятельные продукты прн сортировке ТБО. Реализация же получаемого по данной технологии металлического расплава проблематична. Комбинированные процессы. Комбинированные методы связаны с осуществленисм различных сочетаний процессов пиролиза, сжигания и газификации ТБО.
Пи оли - жиг иие пи огаза и от- сепа и оваииого г е о го татка с использованием необога еии г щтья В масштабах опытно-промышленной установки испытана технология переработки ТБО (процесс фирмы «Яегпепз КЖБ»), функционирующая по схеме «пиролиз-сжигание» (рис. 9. 14). Эта технология включает измельчение отходов роторными ножницами до размера менее 200 мм; пиролиз отходов при 450 'С в течение 1 часа во вращающейся барабанной печи (4 об/мин), снабженной обогревасмыми внутренними лопастями (обо-' грев дымовыми газами с температурой 600 С), с образованием пиролитичес- 467 Глава 9.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
