Рациональное использование биомассы

Реальная возможность экономии традиционных топлив мо­жет быть достигнута в ближайшее время и на перспективу за счет утилизации отходов лесной, деревообрабатывающей, гидро­лизной, целлюлозно-бумажной промышленности, сельскохозяй­ственного производства (животноводства и птицеводства), осад­ков сточных вод, органических отходов ряда отраслей промыш­ленности, в том числе пищевой, мясомолочной, а также твердых отходов коммунального хозяйства.

Общий запас древесины в стране — 85 млрд м³, в том числе запас спелых и перестойных насаждений — 54,4 млрд м³. Сред­ний ежегодный прирост древесины в настоящее время оценива­ют в размере 800...900 млн м³, а ежегодный (общий) объем лесо­заготовок составляет около 400 млн м³. Санитарные рубки, рубки ухода дают около 40 млн м³ древесины, т. е. примерно 1/10 обще­го объема лесозаготовок. Удельный вес же их в перспективе мо­жет достигать 30...50%.

Около 60 млн м³ древесины, или 15 млн т у. т., используют в качестве топлива, что составляет примерно 1% в топливном балансе страны. Из 60...80 млн м³ ежегодных древесных отходов всего лишь 6...8% утилизируют, несмотря на то, что это самое высококачественное сырье для целлюлозно-бумажной промыш­ленности.

В энергетических целях древесина может использоваться в двух направлениях: непосредственное сжигание в топках и производство на ее основе твердого, жидкого и газообразного топлива. Для сжигания древесины разработаны и эксплуатиру­ются на Братском лесоперерабатывающем и Котласском целлю-

Глава 8

лозно-бумажном комбинатах высокопроизводительные агрегаты (до 75 т/ч). В 1980 г. за счет сжигания только коры было замеще­но около 600 тыс т у. т.

Начато производство топливных брикетов из отходов дерево­обрабатывающей промышленности — опилок, стружки, древес­ной пыли, технологической щепы и разных видов малоценной древесины, не используемых до последнего времени в промыш­ленности. Такое производство позволит превратить неиспользу­емое сырье, вывозимое на свалку, в продукцию народнохозяй­ственного назначения.

В настоящее время научно-исследовательский институт лес­ной промышленности разработал технологию и подобрал эффек­тивное оборудование для производства брикетов, при этом топ­ливные брикеты из древесных отходов близки по свойствам к торфяным и угольным.

Масштаб рациональной мощности цехов (линий) брикетиро­вания древесных отходов составляет 0,26...2,5 т/ч, что позволяет утилизировать древесные отходы на предприятиях с концентра­цией их от 2 до 10 тыс м³. Использование побочных продуктов лесного комплекса в качестве источника энергии в виде брикетов существенно повышает экономическую ценность древесины. Для осуществления безотходной технологии лесопиления и дерево­обработки Гипро-торф (Москва) предложил технологические схе­мы брикетирования не только для производства топливных и тех­нологических брикетов, но и строительных материалов с исполь­зованием торфяных брикетных прессов с оптимальной произво­дительностью для каждого конкретного варианта.

Предпринята попытка организации выпуска топливных бри­кетов из сухих древесных отходов на Одинцовском ДСК (Мос­ковская область) по технологии прибалтийских предприятий на отечественной линии мощностью 4 тыс брикетов в год.

Низкий уровень использования окорки и влажных древесных отходов (стружки, опилок) также связан с отсутствием оборудова­ния для их переработки. Влажные опилки, стружка и кора в настоящее время брикетируются на Камском ЦБК и Пермском лесозаводе. На Нововятском комбинате древесных плит кора ис­пользуется в виде брикетов в количестве 10 тыс м³. Были попыт­ки создания цеха по производству топливных брикетов из коры на Кондопожском ДОЗе (Карелия), топливные брикеты поставля­лись для отопления вагонов МПС'

Ресурсами для газогенераторных установок могут служить древесные отходы, в настоящее время используемые в качестве

ИСПОЛЬЗОВАНИЕОТХОДОВ, ЭНЕРГИИ МАЛЫХ РЕК И ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ 189

топлива во многих промышленных котельных лесопильной по-дотрасли. Газогенераторные установки позволяют увеличить мощность промышленных котельных, тепловая энергия которых на многих предприятиях в связи с организацией сушки пиломате-риалов, является дефицитной. Основным видом топлива для га-зогенераторов могут служить окорки древесины, которые не ис-пользуются котельными из-за большой влажности.

В условиях леспромхозов и лесхозов генераторный газ мо­жет использоваться в качестве топлива для газовой котельной, предназначенной для отопления и горячего водоснабжения жи-лых домов лесорубов.

В настоящее время интенсивные исследования в области газификации биомассы (древесные и растительные отходы, лиг­нин, твердые бытовые отходы) и разработки газогенераторов раз­личных типов ведутся в Лесотехнической Академии, Академии коммунального хозяйства. Целевой программой «Экологически чистая энергетика» как одно из приоритетных направлений пре­дусмотрена разработка и организация серийного выпуска газоге­нераторов.

В промышленном теплоснабжении используется лигнин — крупнотоннажный отход гидролизной и целлюлозно-бумажной промышленности. На большинстве заводов лигнин все еще вы­возится на свалки-отвалы. Лигнин как котельное топливо полно­стью используется в системе лесной промышленности (ПО «Сык­тывкарский лесопромышленный комплекс», Сегежский ЦБК, Усть-Илимский ЛПК, Братский ЛПК).

К настоящему времени сформированы три основных направ­ления производства энергетического топлива из лесного и расти­тельного сырья: гидролиз с получением спиртов; получение син­тетической нефти; пиролиз с получением пиролитического топ­лива и газа.

Спирты (этиловый и метиловый), получаемые из древесины, представляют значительный интерес как энергетическое топли­во, а так же, как сырье для микробиологической промышленно­сти, производящей кормовые белки, аминокислоты и др. Синтез метанола на основе биомассы в стране ни в промышленном, ни в опытно-промышленном масштабах не проводят. Этиловый спирт получают в промышленном масштабе путем гидролиза целлю-лозосодержащего растительного сырья. При этом объем произ­водства составляет около 5% всего производимого в стране эти­лового спирта. Остальное количество спирта производят из пи­щевого и нефтяного сырья.

190 ___________________________________________ Глава 8

При гидролизе 1 т сухого древесного сырья производят по­рядка 200 л этилового спирта. Поскольку ресурсы древесного сырья (отходы лесопиления и деревообработки и т. д.) у нас зна­чительны и возобновляемы, имеется реальная возможность эко­номии нефтяного сырья за счет расширения производства этило­вого спирта из биомассы по освоенной в промышленности тех­нологии.

Получение синтетической нефти, газообразного и жидкого топлива из растительного сырья находится еще в лабораторно-исследовательской стадии несмотря на то, что газообразное топ­ливо получали в газогенераторах еще в 30-е годы XX в. В период 1955-1960 гг. вырабатывалось до 35 млрд м³ газа в год. Газифи­кация древесных отходов в газогенераторах небольшой мощно­сти может представлять интерес в связи с возможностью их ис­пользования на месте, поскольку заготовка и обработка древеси­ны происходит в местах, удаленных от централизованного энер­госнабжения.

Особую роль в системе ВИЭ отводят органическим отходам сельскохозяйственного, промышленного производства, а также органическим отходам коммунально-бытового сектора.

Отходы сельскохозяйственного производства (пожневые ос­татки, побочные продукты переработки сырья и т. д.) составляют ежегодно миллионы тонн, и их можно рассматривать как до­статочно крупный источник энергии. При переработке 100 млн т соломы может быть получено до 10 млн т жидкого топлива (этилового спирта), 1 млн т кормовых дрожжей, а из отходов переработки — до 15 млрд м³ метана, что в сумме может обеспе­чить экономию органического топлива в размере до 24 млн т у. т. в год. Одновременно будет возвращено в почву около 1,5 млн т высококачественных удобрений.

Отходы животноводства составляют ежегодно до 220 млн т (по сухому веществу), что эквивалентно 50...60 млрд м³ товарно­го метана и около 100 млн т минеральных удобрений.

В 1990 г. при Мосгорисполкоме зарегистрировано государст­венное межотраслевое научно-производственное объединение «Экоэнергетика» по созданию и освоению экологически чистых технологий в промышленности, энергетике и агрокомплексе (ак­ционерное общество «Экоэн»). В рамках НПО работает несколь­ко научно-исследовательских институтов и научно-инженерных центров. Научно-инженерный центр «Биомасса» разрабатывает, проектирует и строит биогазовые установки и станции под все типоразмерные животноводческие фермы, комплексы и птице­фабрики, установки индивидуального (семейного типа), для фер-

IH I И ШКЮВАНИЕ ОТХОДОВ, ЭНЕРГИИ МАЛЫХ РЕК И ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ 191

мерских хозяйств и арендаторов. Работы в области биогазовых технологий проводятся по полному инновационному циклу, включая НИОКР, разработку сметной документации, исполнения строительно-монтажных и наладочных работ вплоть до сдачи объектов «под ключ». На основе разработанных биогазовых тех-нологий строятся биоэнергетические установки в городах Сара-гоне, Кимрах и Подмосковье.

На рис. 8.1 представлена схема комплексного энерготехно-логического обеспечения фермы-комбината, гарантирующая ее полную автономность и экологическую чистоту, достигаемую за счет безотходного характера хозяйственного цикла. В производ-ственно-технологический цикл включаются: животноводческий объект (коровник), цех молочной продукции, теплично-парнико-вое хозяйство, земельный участок под зерновые, кормовые и овощные культуры, фрукто-овощехранилище с регулируемой га-зовой средой, биогазовая установка, водонапорная башня, энер-готехнологический комплекс и жилая зона.

Рис. 8.1. Схема комплексного энерго-технологического обеспечения агропромышленного объекта:

ЖЗ — жилая зона; БГУ — биогазовая установка; ЭТК — энерготехноло­гический комплекс; Э — электроэнергия; Q_T — теплый воздух; Q_x — холод­ный воздух; ТПХ — теплично-парниковое хозяйство; ЖО — животноводче­ский объект; РГС — регулируемая газовая среда; Б — башня водонапорная; ЦМП — цех молочной продукции; П — пар; В — воздух

Глава X

Биогазовая установка (БГУ) предназначается для выработки горючего газа, состоящего на 70...80% объема из метана (СН₄) и на 20...30% объема из С0₂, а также высококачественного удоб­рения. Производимый в БГУ горючий газ по своей теплотворной способности (5...6 тыс ккал/м³) сопоставим с керосином, углем и бутаном, будучи в 1,5-3 раза дешевле их по стоимости и эколо­гичнее. С помощью БГУ не только производится необходимое топливо, но и утилизируются разнообразные хозяйственные от­ходы (навоз и стоки животноводческих объектов, отходы жилой зоны, растениеводства), вследствие чего делаются ненужными очистные сооружения, а также другие меры, связанные с защи­той окружающей среды. Нуждаясь в электро-, теплоэнергии и воде, биогазовая установка «переваривает» практически все от­ходы биологического происхождения, вырабатывая топливо и высококачественные удобрения для поля и тепличного хозяйства.

Рис. 8.2. Принципиальная технологическая схема комплексной теплохладоэнергетической установки:

КС — камера сгорания; Т — газовая турбина; К — компрессор; Э — тепло-обменный аппарат; ХНМ — холодильно-нагревательная машина; ТБД — турбодетандер; Р — регенератор; П — прессователь; С — сепаратор; ОП — ожижительная приставка

1.ЧОВАНИЕ ОТХОДОВ, ЭНЕРГИИ МАЛЫХ РЕК И ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ 193

Энерготехнологический комплекс (ЭТК) предназначается для сжигания биогаза с целью выработки широкого ассортимента энергоресурсов (электроэнергии Э, тепла Q_T, холода Q_x), а также «сухого» льда или сжиженной углекислоты (С0₂) и газообразно-технического азота путем утилизации образующихся продуктов сгорания. Принципиальная схема комплексной теплохладо-энергетической установки представлена на рис. 8.2.

Схема состоит из трех ступеней: I — сжигания биогаза и ге-нерации продуктов сгорания; II — выработки теплоты Q’_T или пара; III — выработка тепла Q"_T, холода Q_x и С0₂. В камере КС осуществляется сжигание биогаза в среде подаваемого компрес-сором К сжатого атмосферного воздуха. Образующиеся здесь продукты сгорания при повышенном давлении и температуре на­правляются в газовую турбину Т, используемую для привода ком­прессора К. В турбине продукты сгорания расширяются до про­межуточного давления и температуры 500...550 °С. Теплообменный аппарат Э служит для выработки горячей воды (60...90 °С), либо пара (110...150 °С), подаваемых в систему горячего водо­снабжения.

Задача выработки электроэнергии и холода может решаться с использованием различного вида оборудования. На рис. 8.2 показан наиболее общий случай. Согласно схеме холод выраба­тывается посредством двух технологических линий. Первая из них снабжена холодильно-нагревательной машиной волнового типа (ВРМ), с помощью которой вырабатывается холод Q_x на уровне 0...+ 1 °С и тепло Q"_T на уровне 60...80°С. Производи­мый холод используется для охлаждения холодильной камеры в цехе молочных продуктов, а тепло Q"_T — для подогрева воды в системе теплоснабжения.

Вторая технологическая линия ступени III снабжена турбоде-тандером (ТБД) в комплекте с электрогенератором. Будучи вклю­ченным в цикл после регенератора Р, турбодетандер обеспечи­вает охлаждение продуктов сгорания в процессе расширения до конечного давления. Посредством электрогенератора ЭГ работа расширения продуктов сгорания преобразуется в электроэнергию, которая расходуется на технологические и бытовые нужды хо­зяйства.

Достигаемые после турбодетандера температура и давление достаточны для осуществления процесса вымораживания С0₂. Хлопья этого вещества брикетируют с помощью прессователя П и отгружают потребителю в виде «сухого» льда. При необходимо­сти в состав установки включается ожижительная приставка ОП,

¹⁹⁴_______________ _____________________________ Глава 8

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ, ЭНЕРГИИ МАЛЫХ РЕК И ТЕПЛОВЫХ НАСХЭСОВ 195

 

позволяющая производить сжиженную углекислоту. Отводимые из сепаратора С через регенератор Р остаточные газы, состоящие на 95...97% объема из азота, направляются в качестве консерви­рующей среды во фрукто-овощехранилище (или хранилище зер­на, комбикормов) в целях сохранения качества продукции.

Преимуществами предлагаемого энерготехнологического обес­печения являются его широкие функциональные возможности, экологическая чистота и высокая экономичность. Экономия ус­ловного топлива по сравнению с раздельной выработкой энер­горесурсов и С0₂ составляет 40...45% только благодаря отсут­ствию потерь теплоты с уходящими газами, утилизации высшей теплотворной способности биогаза, использованию теплонасос-ного эффекта.

Технико-экономические показатели биоэнергетической уста­новки, рассчитанной для ферм среднего размера с численностью в 400 голов крупного рогатого скота (КРС) приведены ниже.

Основные технико-экономические показатели

Количество голов КРС................................................. 300-400

Суточный выход навоза, т................................................. 15...20

Суточный выход биогаза, м³............................................ 1100... 1400

Суточный выход экологически чистых органиче­
ских удобрений при влажности 30%, т........................ 26... 35

Суточное количество добавляемого торфа, т.............. 11...15

Суммарная стоимость объекта, млн усл. ед......................... 6,62

Окупаемость капитальных вложений, лет....... 1

Стоимость эксплуатационных расходов (фонд оплаты труда, электроэнергия,

торф и т. д.), млн усл. ед......................................... 1,0

Общие затраты в год окупаемости, млн усл. ед... 7,62

Годовой объем биогаза, тыс м³..................................... 300

Годовой объем органических удобрений, т....... 8500... 11500

Себестоимость 1 т удобрений, усл. ед...................... 900

Ориентировочная рыночная стоимость 1 т

удобрений, усл. ед......................................................... 2000

Предполагаемая чистая прибыль от реализации

1 т, усл. ед..................................................................... ] 100

Годовая прибыль, млн усл. ед....................................... 9,4

Ресурс эксплуатации установки (лет)............... 10

Этот тип хозяйств широко распространен у нас в стране.

В Москве в институте ВНИИГАЗ разработаны электростан­ции мощностью от 3,5 до 48 и 100 кВт. Это модульный тип электростанции, оборудование которой смонтировано в вагоне, что предполагает сооружение только фундамента-платформы.

Биогаз экономически выгодно применять для получения электро­энергии на свиноводческих и молочных фермах.

Процесс анаэробной ферментации лежит в основе переработ­ки осадков сточных вод ряда отраслей промышленности, преиму­щественно пищевой, мясомолочной, сахарной и т. д., которые яв­ляются крупными потребителями воды и источником ее загряз­нения. Так, средний мясокомбинат дает 4 тыс м³ сточных вод в сутки. Выход биогаза из каждого кубометра составляет около 5 м³. Всего за сутки может быть получено более 20 тыс м³ биогаза.

Большие возможности по экономии энергии и затрат имеют­ся в спирто-дрожжевой промышленности, сахарной, крахмало-паточной и др. Во всех случаях при использовании анаэробной ферментации предприятия могут экономить до 20% жидкого и газообразного топлива. Однако работы в этом плане ведутся слабо.

Объем использования биогаза, полученного из осадков ком­мунальных сточных вод, составляет около 50 тыс т у. т.

Научно-исследовательские и опытно-конструкторские рабо­ты по созданию эффективных установок по использованию био­газа и сокращению энергозатрат на технологические процессы очистных сооружений ведутся рядом организаций.

Разработаны принципиально новые газогорелочные устрой­ства, позволяющие организовать оптимальный режим работы ко­тельной с учетом неравномерности выхода биогаза и изменя­ющейся тепло-потребностью станции аэрации, а также теплоизо­ляционные установки к биогазовым двигателям, блоки КИП и автоматики.

8.2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

Широкое распространение получили электростанции (США, Дания), на которых сжигаются твердые бытовые отходы (ТБО) городов, а также электростанции, работающие на биогазе свалок ТБО (Италия).

Проблема обезвреживания и уничтожения твердых бытовых, больничных, промышленных и других видов отходов — одна из актуальных современных задач — решается во всем мире раз­личными путями. Учитывая возможность наличия в этих отходах токсичных, бактериальных и других составляющих, повсеместно возрастают масштабы их радикального термического уничтожения.

Наиболее рациональным, в первую очередь для крупных многонаселенных городов, является создание централизованной

Глава 8

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ, ЭНЕРГИИ МАЛЫХ РЕК И ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ 197

 

системы обезвреживания отходов, включающих технологические линии их термической переработки и обеспечивающих потреб­ности территорий с большой численностью населения.

Пилотный образец установки производительностью до 1000 т в год изготовлен и эксплуатируется с 1992 г. Его основное наз­начение — испытание и отладка основных узлов и агрегатов, а также отработка технологических процессов применительно к различным видам отходов.

Установка производительностью 10000 т в год спроектиро­вана, изготовлена и поставлена в г. Челябинск. Ее основным наз­начением является переработка твердых бытовых отходов в сме­си с низкотоксичными отходами других типов. Установка раз­мещена на городском полигоне захоронения твердых отходов. Установка производительностью 25000 т в год для переработки твердых бытовых отходов спроектирована, изготовлена и смон­тирована в г. Москва.

Рис. 8.3. Общий вид установки ТПО-25.01:

масса установки — 760 т; занимаемая площадь — 865 м2

Фирмой «ТЕРМОЭКОЛОГИЯ» (АО «ВНИИЭТО») разрабо­тана серия установок термической переработки отходов (табл. 8.1, рис. 8.3), которые включают устройства, позволяющие осущест­вить следующие основные стадии обработки отходов: сушку и частичный низкотемпературный пиролиз, горение отходов, обра­ботку твердого остатка горения газовой фазы в барботируемой шлаковой ванне, химико-термическое обезвреживание дымовых газов, утилизацию избыточной теплоты газовой фазы, ее оконча­тельную очистку. Твердый осадок сжигания, расплавляясь в шла­ковой ванне и подвергаясь корректировке путем введения мине­ральных добавок, образует нетоксичный продукт, который может быть использован в строительной промышленности.

Таблица 8.1

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗМЕРНОГО РЯДА УСТАНОВОК

ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ, ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ И УНИЧТОЖЕНИЯ

ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ С ПОЛУЧЕНИЕМ ШЛАКА

 

 

Характеристика установки	Тип установки
ТПО-2,5	ТПО-10	ТПО-25	ТПО-100	ТПО-250
Годовой объем перера­ботки отходов, тыс т	2,5	10,0	25,0	100,0	250,0
Мощность источника питания, кВА	250,0	1000,0	1800,0	8000,0	16000,0
Диаметр графитирован-ных электродов, мм	150,0	200,0	250,0	350,0	500,0
Объем дутьевого воздуха, нм3/ч	500,0	3000,0	9000,0	15000,0	30000,0
Объем дутьевого воздуха, нм3/ч	500,0	3000,0	9000,0	15000,0	30000,0
Расход электроэнергии, кВт-ч/т	210,0	170,0	130,0	100,0	80,0
Расход подпиточной воды на охлаждение, м3/ч	3,0	4,0	6,0	15,0	30,0
Требуемая численность персонала, чел.
Количество утилизиро­ванной теплоты, исполь­зуемой на собственные нужды, Гкал/год	500,0	2000,0	5000,0	20000,0	40000,0

Многостадийность термохимической обработки позволяет до­стигнуть полноты обезвреживания токсичных составляющих, со­держащихся в отходах.

Установка для обезвреживания и уничтожения тзердых быто­вых отходов производительностью 25 000 т в год наиболее под­готовлена к серийному производству, поэтому описание техноло­гии и оборудования дано на примере этой установки. Сводные экономические показатели оборудования для термической пере­работки отходов приведены в табл. 8.2.

Таблица 8.2

СВОДНЫЕ ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ

 

 

Характеристика установки	Тип установки
ТПО-25	ТПО-100	ТПО-250
Годовой объем переработки отходов, тыс т	25,0	100,0	250,0
Стоимость оборудования, тыс долл.	1000,0	3520,0	8000,0

Глава 8

 

Окончание табл. 8.2
Характеристика установки	Тип установки
ТПО-25	ТПО-100	ТПО-250
Ежегодное возмещение затрат на перера­ботку отходов (при цене приема отходов 40 долл. за 1 т), тыс долл. в год	1100,0	4300,0	11000,0
Объем производимой продукции, в том числе, т/г гранулированного металла гранулированного шлака	750,0 4000,0	3000,0 16000,0	7500,0 40000,0

Рис. 8.4. Принципиальная схема установки ТПО-25.01:

1 — устройство загрузочное; 2 — барабан сушильный; 3 — камера про­межуточная; 4 — барабан сжигания; 5 — электропечь плавильная; 6 — камера дожигания; 7 — камера нейтрализации; 8 — камера восстановления; 9 — станция реагентного хозяйства; 10 — котел-утилизатор; 11 — фильтр

рукавный; 12 — труба; 13 — дымосос; 14 – воздуходувка.

Аппаратурно-технологическая схема процесса термической

переработки отходов представлена на рис. 8.4. Установка содержит следующие устройства:

· подачи и загрузки отходов 1;

· предварительной сушки (обезвоживания) отходов 2; 3;

· сжигания органической части отходов 4;

· электрошлаковую печь для обработки твердого остатка сжи­гания 5;

· реактор термохимического обезвреживания газовой фазы 6-8;

· систему утилизации тепла дымовых газов 10;

· систему пылегазоочистки 11;

· установку для получения товарного шлакопродукта.

Устройство подачи и загрузки отходов конструктивно пред­ставляет собой приемную воронку. Для отходов, поступающих

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ, ЭНЕРГИИ МАЛЫХ РЕК И ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ 199

в контейнерах, предусмотрено устройство подъема и опрокиды­вания контейнеров в жерло загрузочной воронки.

Нижнее основание соединяется с шлюзовой камерой. Верх­няя крышка и днище камеры имеют возможность перемещаться вокруг горизонтальной оси под действием массы отходов, что обеспечивает ритмичность загрузки.

Основная задача, выполняемая загрузочным устройством — обеспечение непрерывной регулируемой подачи отходов в ус­тановку. При этом конструктивное исполнение устройства исклю­чает возможность выброса в атмосферу вредных веществ и пыли.

Устройство предварительной сушки отходов представляет со­бой вращающийся барабан, состоящий из обечайки, упорных ко­лец для роликов, привода и рамы. Барабан размещен под углом 3 градуса к горизонту. К верхнему торцевому фланцу подводится выход загрузочной воронки, нижний конец входит в промежуточ­ную камеру. Поступающие в барабан отходы за счет наклонного его расположения и вращения перемещаются от одного его конца к другому.

В барабан поступают влажные отходы (до 50%), что сильно снижает калорийность отходов и возможность эффективного про­текания последующих стадий технологической обработки.

Сушка осуществляется попутным потоком дымовых газов (^?д.г. ⁼ 400 °С), подаваемых из рециркуляционного контура техно­логической линии. Дымовые газы являются высокоэффективным сушильным агентом. В массе отходов кроме процесса сушки протекает низкотемпературный пиролиз, т. е. выход летучих из некоторых составляющих, имеющих низкую (до Ю0...200°С) температуру разложения. В результате поток отводимого сушиль­ного агента кроме исходных составляющих (СО, N₂, H₂0 пар) содержит значительное количество паров воды, а также углево­дороды С_nН_m.

Этот поток газовой фазы отводится из промежуточной каме­ры непосредственно в реактор термохимической обработки, где при дожигании может повысить теплосодержание дожигаемого потока.

Промежуточная камера конструктивно состоит из опоры, корпуса и переходного лотка. Последний обеспечивает подачу подсушенных отходов в барабан сжигания. Корпус представляет собой металлический кожух, футерованный изнутри огнеупор­ным кирпичом. Камера герметизирована и снабжена двумя от­верстиями — для отвода продуктов сушки и для подачи дутьево­го воздуха в барабан сжигания отходов.

 

Глава 8

Конструктивные параметры барабана сушки выбраны из расчета наиболее полного протекания процесса сушки (с 40% до 15... 18% массового содержания влаги в отходах). Это поз­воляет повысить теплоту сгорания отходов с 1800 ккал/кг до 3000...4000 ккал/кг, что дает возможность эффективно осуществ­лять последующее сжигание.

Барабан для сжигания подсушенных отходов представляет со­бой вращающуюся печь, установленную под углом 4-5° к гори­зонту, скорость вращения 1...3 об/мин. Это обеспечивает равно­мерное перемещение сжигаемой массы и эффективный доступ окислителя (нагретый воздух) ко всем частям загрузки. Очаговое горение подсушенных отходов приводит к разложению органи­ческой части и элементарных составляющих в дымовые газы. Твердый остаток сжигания представляет собой минеральную часть с небольшой долей не сгоревшего кокса (не более 3...5%). Твердый шлак поступает в электрошлаковую печь.

Электрошлаковая плавильная печь конструктивно выполнена в виде кожуха, футерованного изнутри теплоизоляционным и огнеупорным кирпичом. Ее нижняя часть является одновременно реакционным объемом и накопителем жидкого шлака и металла. Температура жидкой шлаковой ванны поддерживается на уровне 1400... 1500 °С (в зависимости от состава шлака).

В печи предусмотрены фурмы для подачи дутья и организа­ции эффективного перемешивания шлака.

При поступлении твердого остатка сжигания в жидкую шла­ковую ванну в ней параллельно протекают два основных про­цесса: дожигание остаточного углерода и расплавление минераль­ной части.

Дожигание остаточного углерода осуществляется только при правильной организации поступления реагентов к поверхности реакции кокс-кислород, т. е. полнота протекания реакции опре­деляется правильно организованным гидродинамическим режи­мом плавильной ванны.

Кислые составляющие дымовых газов, проходящие над вспе­ненным шлаком и через него, вступают в соединение с основны­ми окислами, образуя такие соединения как CaF₂, CaCl₂, CaS0₄ или аналогичные соли магния, и частично ассимилируются шлаком.

Плавление минерального остатка протекает в объеме ванны с постепенным изменением начального ее состава. Перед выпус­ком товарного шлакопродукта состав должен быть усреднен до предусмотренного технологическим регламентом за счет при­садок. Температура шлаковой ванны регулируется изменением мощности, выделяемой в межэлектродном промежутке.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХО ДОВ, ЭНЕРГИИ МАЛЫХ РБК И ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ 201

Система термохимического обезвреживания дымовых газов, образующихся в процессе переработки отходов, осуществляется в две стадии:

· в электрошлаковой плавильной электропечи в процессе кон­такта дымовых газов с расплавом жидкого шлака;

· в реакторе термохимического обезвреживания, состоящем из камеры дожигания, камеры нейтрализации и восстановитель­ной камеры.

В ванне расплава кислые газы контактируют с СаС0₃ с обра­зованием CaS0₄, CaCl₂, CaF₂ по следующим реакциям:

1/20₂ + S0₂ + СаС0₃ -» CaS0₄ + С0₂

2НС1 + СаС0₃ -» СаС1₂ + СО, + Н₂0

2HF + СаС0₃ -» CaF₂ + С0₂ + Н₂0

Непрореагировавшие кислые газы в камере нейтрализации контактируют с содой по следующим реакциям:

1/20₂ + S0₂ + NaC0₃ -» Na₂S0₄ + C0₂ 2НС] + NaCO, -> INaCI + C0₂ + H₂0 2HF + Na₂C0₃ -> 2NaF + C0₂ + H₂0

Избыток соды в камере нейтрализации составляет 20%, что обеспечивает на практике 100%-ную нейтрализацию кислых га­зов и содержание вредных веществ на уровне требований, напри­мер, законодательства ФРГ (17BlmSchV):

S0₂ + HC1< 10мг/м³; HF< 1мг/м³

в расчете на сухие газы.

При сжигании отходов в потоке воздуха образуются оксиды азота NO_x и оксиды углерода СО.

Оксид углерода устраняется в камере дожигания при подаче острого дутья и температуре свыше 950 °С.

В разработанной установке в камере дожигания поддержива­ется температура 1000... 1135 °С. Время пребывания газов в ка­мере составляет 0,6 с.

После камеры дожигания ожидаемый теоретический выход СО должен быть менее 50 мг/м³ (в расчете на сухие газы).

Оксиды азота устраняются в камере восстановления NO_x в присутствии карбамида.

Глава 8

Теоретический выход NO_x при горении отходов с учетом содер­жания паров воды и рециркуляции дымовых газов 300...400 мг/м³.

Восстановление NO_x карбамидном осуществляется в диапа­зоне температур 1050...960 °С по следующей реакции:

2NO_x + CO(NH₂)₂ 4 2N₂ + С0₂ + Н₂0

При поддержании температурного уровня и условий переме­шивания на практике достигается восстановление оксидов до 85%.

Таким образом, ожидаемая концентрация NO_x после камеры восстановления составит менее 80 мг/м³ сухих газов.

Диоксины и фураны, содержащиеся в исходных отходах или образующиеся при сжигании, устраняются при обеспечении тем­пературного уровня 1200 °С, наличии кислорода 3% и времени пребывания газов в этих условиях 2 с. Суммарное время пребы­вания газов в электропечи, камерах дожигания, нейтрализации и восстановления составляет 3,6...3,8 с.

Образование вторичных диоксинов в тракте охлаждения дымовых газов исключено за счет полной нейтрализации кислых газов и отсутствия свободного хлора.

Система утилизации тепловой энергии состоит из воздухо-и водонагревателей. Воздухонагреватель служит для нагрева воз­духа, подаваемого в барабан сжигания отходов. Он представляет собой два коаксиальных вертикальных цилиндра, в средней части которых проходит дым, а в периферийной кольцевой — воздух. Цилиндры соединяются внизу горизонтальной футерованной пе­ремычкой, а подвод и отвод воздуха и дыма осуществляется сверху. Нагрев воздуха до температуры 400 °С повышает интен­сивность процесса окисления, что наряду с предварительной суш­кой, позволяет реализовать процесс сжигания в автотермическом

режиме.

Отвод дымовых газов в сушильный барабан осуществляется из камеры, соединяющий воздухоподогреватель и котел-утили­затор. В соединительной камере для эффективной сушки в дым

вводится вода.

Котел-утилизатор снимает избыточную теплоту дымовых га­зов, охлаждая их до 250 °С. Теплота используется на нагрев воды для собственных нужд.

Система пылегазоочистки предусматривает окончательную очи­стку потока дымовых газов от вредных веществ и состоит из ру­кавного фильтра, рассчитанного на работу при температуре 250 °С.

Теоретически возможна очистка газов от пыли до остаточной запыленности 10 мг/м³.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ, ЭНЕРГИИ МАЛЫХ РЕК И ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ 2IM

Содержание вредных веществ (мг/м³) в дымовых газах после системы очистки:

СО Менее 50

NO_x To же 80

S0₂ + HC1 «10

HF «1

Диоксины «100

Пыль «10

что соответствует стандарту ФРГ 17BlmSchV.

Система очистки дымовых газов включает в себя рукавный фильтр, дымосос, продувочный вентилятор, устройство для вы­грузки пыли, уловленной в фильтре, средства контрольно-изме­рительных приборов и автоматики.

Рукавный фильтр состоит из двух блоков, каждый из которых включает четыре раздельные секции. Каждая секция имеет прямоугольный корпус, в котором располагаются фильтроваль­ные рукава. В нижней части каждой секции предусмотрен бункер пирамидальной формы. Со стороны одной из торцевых стенок каждого бункера расположен участок газохода диаметром 350 мм для подвода запыленного газа, на котором расположен шибер, да­ющий возможность отключения входного газохода секции. С про­тивоположной стенки бункера смонтирован люк обслуживания. На верхней крышке каждой секции предусмотрена установка вы­пускного и продувочного клапанов.

Выпускной клапан сообщается с коллектором очищенного газа, а продувочный клапан — с коллектором продувочного газа.

Общее количество пыли, осаждающейся на рукавах составля­ет 100...200 кг/ч, поэтому необходимы периодические встряхива­ния посредством подачи встречного потока воздуха и разгрузки через предусмотренный шлюзовой затвор в специальные емкости-контейнеры.

После фильтра дымовые газы поступают в дымовую трубу. Между фильтром и трубой находится дымосос, обеспечивающий по всему тракту давление меньше атмосферного, что, наряду с герметизацией неплотностей исключает выбросы дымовых га­зов в окружающую среду.

Возможные технологические схемы утилизации мине­ральной части.

При расплавлении минерального остатка сжигания

⇐ Предыдущая14151617181920212223Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: