(Продольный и поперечный разрезы);

1 - Барботируемый слой шлака; 2 - фурмы для дожигания; 3 - патрубок

газоотвода; 4 - загрузочная воронка; 5 - загрузка; 6 - крышка; 7 - загрузочное устройство; 8 - слой спокойного шлака; 9 - барботажные фурмы

нижние фурмы воздух, обогащенный О₂. В ванне отходы быстро погружаются в интенсивно перемешиваемый, вспененный за счет кислородо-воздушного дутья расплав.

Кислород используют для генерации тепла в ванне за счет неполного сгорания угля до СО. Для обеспечения полной теплопотребности шлаковой

ванны, выходящие из ванны продукты неполного сгорания угля (СО, Н₂) дожигают О₂, подаваемым через верхние фурмы в надшлаковом пространстве печи. Часть тепла от этого дожигания возвращают в ванну и используют в процессе (порядка 60-65 %) на нагрев шлака и на компенсацию затрат тепла на восстановление. Остальная часть физического и химического тепла выходит из печи и может быть использована для производства пара либо других энергетических нужд.

Попадая в расплав, отходы ошлаковываются и потоками шлака распределяются по его объему. При этом удаляется влага и летучие компоненты.

Температура шлака ─ 1400-1500°С. За счет интенсивной теплоотдачи отходы подвергают скоростному пиролизу и газифицированию. Минеральная часть отходов растворяется в шлаке, а металлические предметы ─ расплавляются. Жидкий металл опускается на подину.

При низкой калорийности отходов для стабилизации теплового режима в качестве дополнительного топлива в печь подают в небольших количествах энергетический уголь. или природный газ.

Для получения шлака заданного состава загружают флюс, как правило, известняк. Шлак выпускают из печи через сифон непрерывно или периодически и подают в жидком виде на переработку. Химический состав шлака можно регулировать в широких пределах, получая композиции для производства различных стройматериалов ─ каменного литья, щебня, наполнителей для бетонов, минерального волокна, цемента.

Металл подают в сифон и непрерывно или порциями сливают в ковш и далее передают на переработку или непосредственно у печи разливают в чушки или гранулируют с получением чугунной дроби.

Получаемый металл близок по составу к чугуну, легированному медью, и может быть использован для получения чугунных отливок, художественного декоративного литья и т.д. Печные высокотемпературные газы (1400 - 1600°С) под разрежением, создаваемым дымососом, отводят из печи в паровой котел для охлаждения и полезного использования их энергия. В котле осуществляют полное дожигание газов. Затем охлажденные газы перед сбросом направляют в систему очистки от пыли и вредных примесей.

Для 1 т отходов, в зависимости от состава и влажности, потребляется 150 - 400 куб.м О₂, ≈ 200 кг угля или ≈ 100 куб.м природного газа. Уголь может быть любого качества, в том числе угольная пыль, отсев и т. д.

Процесс пригоден для переработки одновременно ТБО и ТПО, в первую очередь железосодержащих, а также отходов горюче-смазочных материалов, отходов деревообработки, листвы, больничных отходов, отходов текстильной промышленности, а также некоторых токсичных органических и неорганических отходов.

Процесса «Ромелт» обладает следующими преимуществами по обеспечению экологической безопасности. Высокие температуры процесса (1400-1500°С), ступенчатое сжигание горючих компонентов отходов (неполное горение в объеме шлака с последующим дожиганием над ним), сочетание окислительно-восстановительного потенциала газовой фазы и температурного режима, обуславливают низкое содержание оксидов азота (NO_Х) (менее 60 мг/м³) и др. вредных примесей в дымовых газах.

Сжигание отходов происходит непосредственно в объеме шлакового расплава, что позволяет осуществить их быстрый нагрев и зажигание, то есть исключается выделение при низкой температуре газов, содержащих органические соединения, в том числе такие особо опасные, как диоксины. Сжигание производится О₂, или воздухом, обогащенным О₂. Замена воздуха О₂ в 2 - 4 раза сокращает объем дымовых газов, облегчает их очистку и уменьшает сброс токсичных веществ в атмосферу. Газы на выходе из ванны имеют температуру 1400-1600° С, что обеспечивает полное разложение углеводородов и сжигание их до CO₂ и Н₂О.

Выходя из агрегата дымовые газы проходят котел-утилизатор, где окончательно дожигаются воздухом. Котел производит пар энергетических параметров, который направляют в паровую турбину для получения электроэнергии, частично используемой для производства О₂, идущего на процесс сжигания. Отходящие высокотемпературные газы могут также использоваться для получения горячей воды для систем городского или промышленного теплоснабжения. Охлажденные дымовые газы после очистки от пыли и газообразных вредных неорганических . соединений выбрасывают в атмосферу. Перевод в результате процесса щелочных и щелочноземельных металлов в парогазовую фазу способствует связыванию хлора, фтора, оксидов серы в безопасные соединения, улавливаемые газоочисткой.

Вместо большого количества экологически опасного зольного остатка (до 25% масс), содержащего тяжелые цветные металлы и диоксины, получают инертный шлак ─ ценное сырье для производства стройматериалов.

Количество пыли в 2 - 4 раза меньше, чем на традиционных печах. Вынос пыли из установки при переработке отходов составляет 0,5 - 1% от веса отходов, которую улавливают на газоочистке в твердом состоянии. Крупную пыль (до 60% по массе) возвращают в печь. Мелкая пыль представляет концентрат тяжелых цветных металлов (Zn,Pb,Cd,Sn и др.), пригодный для извлечения в цветной металлургии.

Сжигание является до сих пор наиболее распространенным способом термического обезвреживания твердых отходов. Примером может являться мусоросжигательный завод №4 представляющим собой производством по переработке и термическому обезвреживанию (сжиганию) твердых бытовых отходов жизнедеятельности населения города Москвы и коммерческих отходов торгового и гостиничного сектора города Москвы.

Завод расположен в производственной зоне «Руднево» и включает в себя комплекс различных основных и вспомогательных производств, взаимосвязанных по технологической схеме (рис. 2.38).

Рис. 2.38. Технологическая схема завода по переработке неутилизируемой части бытовых отходов:1_Мостовой грейферный кран; 2_Загрузочная воронка с питателем; 3_ Печь с кипящим слоем; 4_Газовые горелки розжига; 5_Стабилизирующая газовая горелка; 6_ Котел-утилизатор; 7_ Сдвоенный циклон; 8_Распылительный абсорбер; 9_Реактор летучего потока; 10_Рукавный фильтр; 11_Бункер песка; 12_Подпиточный бункер; 13_ Бункер известковой муки ;14_ Двойное вибросито; 15_ Шлаковый транспортер; 16_ Бункер шлака;

17_Бункеры золы уноса; 18_Бункер продуктов газоочистки; 19_Бункер гидрата кальция; 20_Резервуар для приготовления известкового молока;

21_Вентилятор рециркуляции дымовых газов; 22_Дымосос; 23_ Вентилятор вторичного воздуха; 24_Вентилятор первичного воздуха; 25_Вентилятор для удаления золы; 26_Бункер смеси активированного угля и извести;

27_Система подогрева рукавного фильтра; 28_Паровая турбина;

29_ Генератор; 30_ Дымовая труба.

Проектная мощность завода составляет:

●По переработке отходов 275 тыс. тонн за год,

●По термическому обезвреживанию 235 тыс. тонн за год.

В процессе переработки отходов из них для последующей утилизации осуществляется отбор наиболее ценных компонентов:

●картона и бумаги,

●тканевых материалов,

●стекла,

●черных металлов,

а также хлорсодержащих пластмасс, исключение которых из процесса сжигания позволяет значительно снизить нагрузки на газоочистное оборудование.

В результате эксплуатации мусоросжигательного завода №4 ГУП «Экотехпром» в промзоне «Руднево» образуются отходы в виде смеси котла-утилизатора (52,6%), циклонов (26,4%), абсорбера (4,6%), а также летучей золы (золы уноса) или золы рукавного фильтра (16,4%).

Зола как вторичный токсичный отход, относящийся к 3 классу (смесь золы котла-утилизатора, циклонов, абсорбера и золы рукавного фильтра) опасности, подлежит вывозу на полигоны захоронения отходов с соблюдением соответствующих требований безопасности.

Завод построен с использованием современных и отработанных зарубежных и отечественных технологий в области термического обезвреживания отходов и утилизации образующейся теплоэнергии. Технологическое оборудование для сжигания отходов и очистки дымовых газов полностью изготовлено в Германии. Оборудование для утилизации вырабатываемого пара, производства электрической и тепловой энергии, а также все вспомогательное оборудование произведено в РФ.

На заводе установлены три технологические линии по сжиганию отходов с производительностью по 13,5 т/час каждая. Сжигание предварительно подготовленных отходов производится в печах с вихревым кипящим слоем инертного материала.

Сжигание бытовых отходов с вихревым кипящим слоем позволяет:

●исключить механические устройства в зоне сжигания отходов;

●обезвреживать отходы в широком диапазоне изменения их влажности и зольность;

●достигать высокие удельные тепловые нагрузки при равномерном распределении температур в кипящем слое;

●обеспечивать пониженное содержание оксидов азота в дымовых газах.

Прием ТБО.Поступающие на завод отходы взвешивают на участке подвоза (2 линии с производительностью 25 машин в час). Основная нагрузка на весовую приходится на промежуток времени 8:30-13:30 (первый рейс мусоровозов). В весовой установлены приборы для контроля радиоактивности. Для обеспечения равномерной разгрузки мусоровозного транспорта в приемном отделение предусмотрено 8 постов разгрузки. Мусоровоз выгружается непосредственно на ленту питателя (4 поста) участка подготовки ТБО, либо в промежуточный бункер объемом 1000 м³ (4 поста), и краном подаются в четыре приемные воронки системы подготовки ТБО.

Подготовка ТБО.Участок подготовки ТБО состоит из 4 линий производительностью 25 т ТБО/ч каждая. Работу осуществляют в одну смену (12 часов, 305 суток в году).ТБО принимают на ленту питателя типа 2-24-90Б электростальского завода тяжелого машиностроения (ширина ленты – 2,4 м, длина – 9 м, угол наклона – 150, скорость ленты 0,06-0,17 м/с) укомплектованного поперечной балкой, регулирующей выходящий слой. Над лентой питателя размещены 2 крана грузоподъемностью 5 тонн для обслуживания питателя и извлечения с ленты крупногабаритных (более 1 м) предметов. Крупногабаритные предметы складируются в бункеры и вывозятся.

С питателя ТБО поступает на наклонный ленточный конвейер. На наклонной конвейерной ленте (ширина – 1600 мм, скорость, регулируемая около 0,2 м/с) поступающие на завод ТБО (250 тыс. тонн в год) проходят стадию ручной сортировки. Толщина слоя отходов на ленте транспортера составляет 100 - 400 мм, что не позволяет обеспечить высокую степень извлечения целевых фракций. Количество извлекаемых из ТБО утилизируемых компонентов (бумага, картон, текстиль, стекло, полимеры), а также балласта и мешающих компонентов (камни, керамика, строительный мусор, хлорсодержащие полимеры) оценивается в 117 т/сут. (14,3% от исходных ТБО). Ценные фракции прессуются с формированием обвязных тюков (2 пресса для легких фракций). Каждый пресс оснащен счетчиком обвязных тюков. Вес выделенных фракций регистрируют лишь в момент их отгрузки потребителю или на захоронение. Планируется строительство цеха переработки утилизируемых фракций.

Остальные отходы проходят грохочение (4 барабанных грохота – 7,3 м, диаметр – 2,5 м, ячейки 250 мм, скорость вращения – 15 об/мин, паспортная производительность - 20 т/ч), после чего подрешетный продукт (60,8%) проходит магнитную сепарацию с отделением черного металла (0,9%), а надрешетный продукт подвергается дроблению (роторные ножницы из двух валов с фрезерами фирмы Линдеман, производительностью 30–40 т/ч) и повторному грохочению (250 мм). Надрешетный продукт (2,3%) проходит повторное дробление, после чего соединяется с подрешетным продуктом первого и второго грохочения. Из общего потока (84,8% исходных ТБО) отделяется черный (1,2%) и цветной металл (0,3%). Выделенный металл прессуется (пресс для металла Азовского ПО «Донпрессмаш», усилие прессования 90-100 тс, время цикла пакетирования 1,5 мин, размер тюка 400*320*320 мм). Остаток сортировки (683 т/сут, 83,3% массы исходных ТБО) направляется в основной бункер, из которого происходит загрузка топок ROWITEC.

Термическая обработка. Сжигание отходов осуществляют в топке ROWITEC, которая разделена на зону вихревого кипящего слоя и зону дожигания (надслоевое пространство). Зона вихревого кипящего слоя формируется разделенной на две половины колпачковой сопловой решеткой с 36 напорными камерами для подачи первичного воздуха:

1) Динамическая зона в центре включает в себя 12 напорных камер. Предварительная установка расхода возможна в каждой группе камер с помощью установленных вручную заслонок с жесткой фиксацией.

2) Зоны завихрения с обеих сторон динамической зоны включают в себя по 6 напорных камер, воздушные потоки которых также регулируют при помощи заслонок с жесткой фиксацией.

3) Зоны выгрузки негорючих материалов снаружи обеих сторон завихрения и в нижней наклонной части распределительного коллектора включают в себя по 6 напорных камер. Расход воздуха контролируется с помощью заслонок.

Расход первичного воздуха (подается из помещения приемного бункера) в первые две зоны устанавливается на уровне, обеспечивающем эффект стабильного вихревого кипящего слоя. Расход воздуха устанавливается в зависимости от нагрузки. Дроссельные заслонки установлены вручную в зонах 1 и 2 таким образом, что в зону 2 постоянно в определенном соотношении подается больше воздуха, чем в зону 1.

В надслоевое пространство вводится вторичный воздух (подается из помещения приемного бункера), расход которого определяется заданной концентрацией кислорода в домовых газах.

Воздухозаборные отверстия расположены справа и слева над бункером ТБО, каждое из которых снабжено всасывающим фильтром и шумоглушителем. Всасывающие фильтры регулируются с помощью регулятора перепада давления.

Воздух, поступающий в зону 1 и 2, в случае необходимости нагревается при помощи пароподогревателя.

Температурный режим для топки ROWITEC : температура в слое - около 650° С, в надслоевом пространстве и на выходе дымовых газов из топки - около 950° С. Газы выдерживаются при этой температуре не менее 2 секунд за счет длинного газохода.

Для снижения температуры в сжигательном устройстве и содержания существует возможность рециркуляции дымового газа в нижний ярус распределения вторичного воздуха в сжигательном устройстве.

Система удаление шлака, подпитка песком.

Для направления золы из топочного устройства в зону выгрузки используется воздух, подаваемый в зону выгрузки через 12 напорных камер, расположенных снаружи обеих зон завихрения. Выгрузка золы осуществляется поочередно двумя разгрузочными водоохлаждаемыми шнеками. Температура золы на входе в шнек составляет 600-650° С. Смесь песка и золы слоя подается шнеком (скорость вращения шнеков 2,3-23,3 об /мин.) на один из двух двухдечных виброгрохотов фирмы Mogensen (максимальная температура материала - 500°С, максимальный размер фракций на входе - 300 мм, на деках колосников установлена ситовая ткань с квадратным переплетением). Частицы более 1,6 мм направляют транспортером на участок переработки шлака, а мелкие, шнековым транспортером, а затем ковшовым элеватором (длина цепи 29,75 м), направляют в перепускную емкость (объем 5 м³, максимальная температура материала 500°С). Туда же по мере необходимости добавляют свежий песок из силоса песка (объем 7,5м³), куда он поступает с помощью пневмотранспорта из участка подготовки аддитивов. Выгрузка перепускной емкости в топку управляется уровнемерами минимального и максимального уровня. При достижении максимального уровня слоя открывается клапан выгрузки, который закрывается после разгрузки емкости до минимального уровня. Предусмотрено, что в случае превышения перепада давления в слое выше 140 мбар, содержимое перепускной емкости направляется непосредственно на конвейер силоса золы кипящего слоя.

Расход песка оценивается в 340 кг/ч (при сжигании 24 т/ч ТБО) или 10,18 кг/т ТБО. Регулируемым параметром, определяющим подачу песка в топку, является высота слоя в топке, определяемая по перепаду давления. Регистрация количества песка, загружаемого в перепускную емкость, не предусмотрена. Оценить средний расход песка возможно лишь по времени расходования партии, загруженной в силос песка.

Для формирования кипящего слоя, по данным ТЭО, необходима единовременная загрузка 40 т песка. Фактическое количество загружаемого в топку песка составило величину порядка 90-95 т.

Утилизация тепла в котле-утилизаторе. За каждым сжигательным устройством установлено по котлу утилизатору. Дымовые газы сжигательного устройства направляются к котлу по обмурованному газоходу круглого сечения (диаметр - 4050 мм). На выходе дымовых газов сжигательного устройства и на входе в котел установлены компенсаторы. После выхода из сжигательного устройства газоход расположен наклонно вверх и, в последней части, вниз в направлении входа в котел, что предотвращает значительное отложение пыли. В высшей точке газохода находится заслонка с противовесом для сброса избыточного давления из сжигательного устройства.

Котёл-утилизатор барабанный с Г-образной горизонтальной компоновкой, с естественной циркуляцией, имеет две ступени экомайзера и две ступени пароперегревателя.

Подготовку известкового молока осуществляют централизовано для трех линий в двух емкостях, где происходит смешивание гидроксида кальция с водой. Заданная концентрация (15%) обеспечивается дозированием гидроксида кальция в заполненной водой смеситель до заданной плотности известкового молока. Гидроксид кальция из силоса, объемом 200 м3, барабанным дозатором через шнековый транспортер подается в одну из емкостей приготовления известкового молока. Силос гидроксида кальция периодически подается из бункера, расположенного на участке подготовки аддитивов.

Выработка электроэнергии. Дымовые газы на выходе из топки, имеющие температуру около 900°С, направляют в котел утилизатор, вырабатывающий за счет отбора тепла газов пар, давлением 1,6МПа и температурой 310°С.

Выработанный котлами пар используют частично для получения электроэнергии, в том числе для собственных нужд завода, а частично отбирается для покрытия нужд завода в тепле.

Для сглаживания возможных колебаний паропроизводительности котлов-утилизаторов и параметров пара установлены два паровых котла ПО «Белэнергомаш» БЭМ-25/1,6-310Г.

Цех переработки золовых отходов. В составе золы, присутствуют (подвижные) водорастворимые формы токсичных металлов, а также мышьяка и селена, которые при утилизации являются чрезвычайно опасными источниками вторичного приземного атмосферного воздуха, почвы, поверхностных и грунтовых вод.

Существует несколько способов обезвреживания золовых отходов:

● Стеклование в электродуговых печах .

●Капсулирование с использованием различных марок цемента

●Метод применения гумино-минерального концентрата (ГМК)с последующим получением технологического грунта. Данный метод экологически безопасен, а применяемый гумино-минеральный концентрат, изготавливаемый из природных продуктов, не вступает в конфликт с окружающей средой.

Технология обезвреживания золоотходов путем применения ГМК разработано и освоено ООО «ЭФАТ».

Применение гуминовых кислот в форме модифицированного гумино-минерального концентрата обеспечивает эффективную детоксикацию золовых отходов за счет связывания тяжелых металлов, а именно образование таких соединений гуминовых кислот с тяжелыми металлами, подвижность которых в природных объектах существенно ограничена. Кроме этого гуминовые кислоты ускоряют протекание биогеохимических процессов, в результате которых нейтрализуется и обезвреживается большое количество органических и неорганических экотоксикантов.

Рекомендуют производить смешивание смеси зол котла-утилизатора, циклона, абсорбера и рукавного фильтра, при этом оптимальная доза ГМК составляет до 30% от массы смеси зол, а объем воды 70% от массы ГМК. В пересчете на техногенный грунт оптимальная масса смеси зол составляет 66%, масса ГМК до 20% и масса воды - 14%.