Сжигание твердых отходов

Сжигание - наиболее распространенный способ термического обезвреживания ПО. Сжигание осуществляется в печах и топках различных конструкций.

Промышленные печи — это технологические или энерготехнологические агрегаты, в которых тепло сожженного твердого, жидкого или газообразного топлива или нагрев, производимый электрическим током, используются для технологических либо отопительных целей. Топка представляет собой устройство для сжигания топлива в печах и паровых котлах и является одним из элементов печи. Поскольку сжигание отходов не всегда сопровождается утилизацией тепла, следует различать термины «печь» и «топка».

В основу классификации топочных устройств для сжигания отходов, положены признаки аэродинамического характера как наиболее важные, так как ими определяются подвод окислителя к реагирующей поверхности, что в наибольшей мере влияет на удельную теплопроизводительность и экономичность топочного процесса. В этой связи различают топки слоевые - для сжигания кускового топлива, например неизмельченных твердых бытовых отходов (ТБО), и камерные - для сжигания газообразных и жидких отходов, а также твердых отходов в пылевидном (или мелкодробленом) состоянии. Комбинированный способ сжигания реализуется в факельно-слоевых топках.

Сжигание твердых и пастообразных отходов может осуществляться во всех перечисленных выше типах печей, за исключением барботажных и турбобарботажных, которые используют для сжигания жидких отходов. Наиболее широкое применение получили факельно-слоевые топки. Топки для слоевого сжигания, которые более других используются для сжигания твердых отходов (прежде всего ТБО и их смеси с производственным мусором), классифицированы по ряду других признаков: способам подачи и воспламенения отходов, удаления шлака и т. д.

Схема мусоросжигательного завода со ступенчатой колосниковой решеткой показана на рис. 1

Подлежащие сжиганию отходы специализированным автотранспортом привозят на завод и разгружают в приемный бункер 1 откуда грейфером 2 подают в загрузочный бункер 3 камерной печи 6. Печь оборудована ступенчато расположенными подвижными колосниками4, под которые воздуходувкой 5 подается воздух, необходимый для процесса горения. Жидкие горючие отходы могут впрыскиваться в печь форсункой 7. Дымовые газы отдают тепло в котле 8, очищаются в электрофильтре 10 и при помощи дымососа 11 выбрасываются в атмосферу через трубу 12.

Шлак, поступающий с колосниковой решетки, охлаждается водой и направляется на складирование транспортирующим устройством 9. Тепло, выработанное в котле, может использоваться непосредственно в виде пара или расходоваться на производство электроэнергии.

Рис. 1. Схема мусоросжигательного завода:

1 - приемный бункер; 2 - грейфер; 3 - загрузочный бункер; 4 - колосники; 5 - воздуходувка; 6 - камерная печь; 7 - форсунка; 8 - паровой котел; 9 - транспортирующее устройство; 10 - электрофильтр; 11 - дымосос; 12 - труба

Используют барабанные печи (рис. 2), которые являются одним из основных видов теплоэнергетического оборудования для сжигания твердых и пастообразных горючих промышленных отходов. Они представляют собой цилиндрическую вращающуюся конструкцию, монтируемую под небольшим (1-2 °) углом к горизонту. Обычно отношение длины барабана 10-25 м) к его диаметру равно 2:1-10:1частота вращения 1-5мин^-1. Температура горения составляет 850-1650 °С, продолжительность пребывания материала в печи, в зависимости от характера сжигаемых отходов, - от нескольких секунд до нескольких часов. Температуру при необходимости поддерживают за счет дополнительного топлива, в том числе горючих жидких отходов (отработанных масел, растворителей и др.). В ряде случаев агрегаты укомплектованы регенераторами тепла отходящих газов для подогрева воздушного дутья, поступающего в печь.

Выходящие из печи газы обычно содержат несгоревшие примеси, поэтому в 18 установках с барабанными печами (рис. 3) устанавливают камеру дожигания.

Для очистки отходящих газов используют скрубберы или электрофильтры.

Недостатки барабанных печей: низкие удельные тепловые и массовые нагрузки реакционного объема, обусловливающие высокие капитальные и эксплуатационные расходы.

Рис. 2. Схема барабанной печи:

А - загрузка отходов; С - дымовые газы; В - выгрузка золы (шлака); D - дополнительное топливо; Е - воздух; Г - тепловое излучение; 1 - корпус барабанной печи; 2 - футеровка; 3 - разгрузочный торец; 4 - присоединительные сегменты; 5 - вентилятор; 6 - бандажи; 7 - ролики опорные; 8 - ролики боковые; 9 - зубчатый венец; 10 - привод; 11 - зона испарения воды; 12 - отходы; 13 - зона горения; 14 - зола (шлак)

Рис. 3. Установка с барабанной печью:

1 - очистка газов; 2 - труба; 3 - камера дожигания; 4 - барабан; 5 - подача отходов; 6 - шлак

Печи кипящего слоя (КС) относятся к числу наиболее эффективных агрегатов для сжигания отходов (рис. 4).

Принцип работы реакторов КС состоит в подаче газового потока под слой дисперсного или мелкодробленного материала, обычно с размером частиц 1-5 мм. В таком случае при определенной скорости газов слой переходит в режим витания (взвешенности), образуя псевдоожиженное состояние. Это обеспечивает контакт газов со значительно большей поверхностью частиц, что существенно ускоряет сгорание отходов. Печи КС имеют диаметр 2,7-9 м при высоте в несколько метров. Сжигаемые отходы подают либо в слой инертного материала (песка), либо над ним. Инертный материал служит тепловым аккумулятором, позволяющим сгладить колебания температуры в слое. Он же способствует более равномерному распределению отходов по сечению печи.

Обычно температура слоя составляет 760-810^оС. Для элиминирования запахов необходимо избегать работы на нижнем уровне температур. Верхний их предел ограничивается опасностью расплавления или спекания перерабатываемого материала, приводящей к расстройству процесса. Для связывания некоторых загрязнителей, например оксидов серы, в псевдоожиженный слой добавляют известняк или доломит, переводящие их в нейтральный продукт (сульфат кальция). Отходящие газы печи очищают в циклонах и электрофильтрах.

Рис. 4. Схема реактора с псевдожиженным слоем

1 - воздух для псевдоожижения; 2 - твердый продукт; 3 - слой инертного носителя; 4 - граница псевдоожиженного слоя; 5 - корпус; 6 - унос золы; 7 - поток загруженных отходов; 8 - загрузка отходов; 9 - отходящие газы; 10 - сепаратор; - возврат пыли; 12 - решетка

Как пример, на рис. 5 показана схема установки с использованием печи кипящего слоя для сжигания нефтешламов. Это самый распространенный способ утилизации и обезвреживания нефтяных шламов. Шлам из узла подготовки поступает в печь, где сжигается в присутствии нагретого воздуха. Для увеличения эффективности сжигания в качестве теплоносителя в печи используется кварцевый песок фракции 2-3 мм. При использовании шлама с теплотворной способностью до 500 в печь дополнительно подают топливный газ и нагретый воздух. При сжигании высококалорийного шлама необходимо охлаждение кипящего слоя.

Достоинства печей КС уже отмеченные оптимальные условия для интенсивного перемешивания и взаимодействия воздуха и отходов с участием всей внешней поверхности последних; надежная работа агрегата, в рабочей зоне которого отсутствуют движущиеся механизмы; высокая удельная производительность единицы объема и площади печи.

Недостатки печей КС: капитальные затраты в 2-3 раза больше, чем для вращающихся печей; большой пылевынос. Поэтому в Европе устройства КС там, где это технологически приемлемо, постепенно замещаются печами газификации.

Рис. 7. Схема установки с печью кипящего слоя для сжигания

нефтешламов:

1 - печь кипящего слоя; 2 - воздухоподогреватель; 3 - циклон; 4 - труба Вентури; 5 - сборник золы; 6 - дымосос; 7 - дымовая труба

Поиск по сайту: