Аппараты огневого обезвреживания и переработки отходов

Аппараты огневого обезвреживания и переработки отходов

Твердые отходы (бумажные мешки, ветошь, деревянная тара и другие отходы, пропитанные органическими веществами) сжигают в печи, изображенной на рис. 1 [102]. Это двухкамерная печь с перевальной стенкой; в первой камере осуществляется сжигание твердых отходов в слое на неподвижной колбсниковои рещ_ет._{ке> во вхорои}_ дожигание газообразных горючих компонентов. Печь футерована шамотным кирпичом и заключена в металлический каркас. Отходы загружают в печь через бункер, расположенный над ней. Бункер снабжен заслонкой типа мигалки которая автоматически закрывает его после загрузки. Печь обору_дова,_{на ГО}релкой для

сжигания дополнительного топлива. Агрегатная нагрузка течи --до 100 кг/ч.

На рис. 1.1 представлена схема печи с неподвижной ступенчатой колосниковой решеткой для сжигания твердых отходов |1Ь]. Отходы из бункера 1 через шахту 2 попадают на наклонную или ступенчатую колосниковую решетку 8. Слой отходов У под действием собственного веса медленно сползает по решетке к месту выгрузки золы. Органические составляющие отходов сгорают Частично в слое, а частично над слоем 5, куда дополнительно подается вторичный воздух через сопло 3. Основное количество воздуха 7 поступает под решетку. Несгоревшие органические вещества вместе с дымовыми газами проходят огнеупорную насадку 4, предназначенную для турбулизации газового потока, и дожигаются в камере 6. Золу удаляют из печи вручную. Агрегатная нагрузка печи - до 300 кг/ч.

На рис. 2.3 приведена схема установки для сжигания твердых отходов с механической колосниковой решеткой, разработанная Коммунарским горно-металлургическим институтом [103]. Установка для сжигания изношенных шин подобной конструкции внедрена на Чеховском регенератном заводе. Аналогичные установки применяют в США для непрерывного сжигания твердых горючих отходов [15].

С учетом особенностей сжигания твердых кусковых отходов (см. разд. 3.6) разработаны специальные топочные устройства, в которых предусмотрены пять зон термической обработки отходов. (На рис. 3.10 показана схема топочного устройства с валковой решеткой, применяемого для сжигания твердых отходов. В ФРГ разработана и широко внедрена в промышленную практику топка с валковой решеткой системы «Дюссельдорф».)

Ряд зарубежных фирм разработали специальные установки со слоевыми топками для сжигания твердых отходов: фирма «Lurgi» (ФРГ)--для сжигания изношенных шин; фирма integral* (Австрия) совместно со швейцарской фирмой «Ofag»-- для сжигания промышленного мусора, шлама и отработанных масел; фирма «V61und» (Дания)--для сжигания твердых промышленных и больничных отходов и др.

Слоевые топочные устройства с колосниковой решеткой нашли ограниченное применение для сжигания осадков сточных вод, в основном в смеси с твердыми бытовыми отходами или твердым топливом. На рис. 2.4 представлена схема топки с наклонно-переталкивающей колосниковой решеткой для сжигания обезвоженных осадков.[104]. Содержание в отходах компонентов в пластическом состоянии и легкоплавких минеральных веществ приводит к замазыванию и зашлаковыванию колосников.

Низкие удельные нагрузки по обезвреживаемым отходам, сложность организации топочного процесса, громоздкость и металлоемкость, наличие дорогостоящей решетки, повышенные требования к механизации топочных устройств, высокие капитальные и эксплуатационные расходы, а также другие недостатки слоевых топок не позволяют широко использовать их для сжигания твердых отходов и осадков сточных вод.

Схема печи с неподвижной колосниковой решеткой:

1 -- бункер; 2--шахта- 3 -- сопло для подачи вторичного воздуха: 4 -- огнеупорная насадка; 5 -- первая ступень топки; в -- камера дожигания (вторая ступень топки); 7 -- подача воздуха; 8--наклонная колосниковая решетка; 9 -- слой отходов

Установка для сжигания твердых отходов с механической колосниковой решеткой:

1 -- топка; 2-- загрузочное устройство; 3 -- колосниковая решетка; 4 -- камера дожигания; 5 -- сопла подачи воздуха; 6 -- устройство для сбора золы

БАРАБАННЫЕ ВРАЩАЮЩИЕСЯ ПЕЧИ

Барабанные вращающиеся печи широко применяют за рубежом для огневого обезвреживания твердых отходов и обезвоженных осадков сточных вод.

Печь (рис. 2.5) представляет собой стальной барабан, футерованный огнеупорными материалами, вращающийся с частотой 0,8--2 мин^-1. Подлежащие сжиганию твердые отходы (упаковочный материал, пластмассы и др.) с помощью грейфера подают в печь через загрузочную воронку и лоток. Обычно поверхность футеровки гладкая, сжигаемый материал скользит по ней, не переворачиваясь, поэтому дли эффективного выгорания органических веществ требуется барабан значительной длины, в ряде случаев 15--25 м. Тем не менее наблюдается повышенный недожог органических веществ в дымовых газах, поэтому на выходе из печи устанавливают камеру дожигания, служащую камерой осаждения золы.

Температуру в барабанной печи в зависимости от вида отходов поддерживают в интервале 900--1400 °С за счет сжигания горючих жидких отходов (отработанных масел, растворителей и др.) или дополнительного топлива.

Фирмы «MAN GHH», «ВК.М1» (ФРГ), «Outokumpu Engineering*, «Rauma-Repola», «Екокет» (Финляндия), «Von Р^Ц AG», «W+E Umwelttechnik AG» (Швейцария) разработали _и ввели в эксплуатацию централизованные установки с барабанными печами для совместного огневого обезвреживания твердых, пастообразных и жидких отходов с агрегатной нагрузкой от 2 до 6 т/ч (до 50 000 т/год). Установка включает устройства д_ля подготовки и подачи отходов в печь, барабанную печь с камерой дожигания, котел-утилизатор, распылительную сушилку-абсорбер и электрофильтр (тканевый фильтр). Внутренний диаметр вращающейся

Топка с наклонно-переталкивающей колосниковой решеткой:

1 -- бункер; 2 --шахта; 3 -- колосниковая решетка; 4-- опрокидывающаяся решетка: 5 --топочная камера; 6 -- механический привод; 7-- регулятор толщины слоя; 8 -- выпуск золы; / -- первичный воздух; 11 -- вторичный воздух

Часть пастообразных, жидких и твердых отходов поступает на установку в металлических и пластмассовых бочках. Бочки, заполненные отходами, подают по рольгангу, с которого бочки поштучно сбрасываются через затвор в питательную воронку барабанной печи (до 12--15 бочек в час). Остальные твердые отходы поднимают грейферным краном и подают в питательную воронку. Жидкие и текучие пастообразные отходы перекачивают насосами или передавливают азотом и распыливают в печи с помощью пневматических (паровых) форсунок.

В СССР барабанные печи применяют в производстве цемента, для сушки и обжига различных материалов. В практике огневого обезвреживания отходов эти печи не нашли широкого применения.

На рис. 2.5 приведена схема установки с барабанной печью для сжигания твердых отходов химических производств, разработанная Ростовским-на-Дону институтом Госпластпроект [105].

Схема барабанной вращающейся печи для сжигания твердых отходов:

1 -- корпус печи- 2 -- загрузочное устройство; 3 -- горелка; 4 -- двухсекционная разгрузочная камера- 5 6 -- золовая и газовая секции; 7 -- газоход; « -- мигалки для удаления золы; Т --топливо-, в -- воздух

Разделение газового и золового потоков осуществляется непосредственно в топочном устройстве. Узел выгрузки состоит из двух секций, что исключает захват золы, осаждающейся в эоловой секции, газовым потоком при дополнительной очистке его в газовой секции (за счет резкого поворота и снижения скорости потока). Основные конструктивные и технологические параметры установки: агрегатная нагрузка -- 0,5 т/ч; диаметр корпуса печи -- 2,2 м; диаметр газохода-- 1,0 м; габариты золовой и газовой секций-- 1,5X3,8X4,8 м.

Имеется опыт огневого обезвреживания в барабанных печах механически обезвоженных осадков сточных вод и нефтяных шламов [106, 107]. Эксперименты по обезвреживанию донного осадка нефтяных шламов проведены на опытно-промышленной установке Ленинградского опытного нефтемаслозавода им. Шаумяна [107]. Донный осадок из шламонакопителей Киришского НПЗ содержал 4% (масс.) нефтепродуктов, 20% (масс.) воды, 76% (масс.) механических примесей. Агрегатная нагрузка печи внутренним диаметром 1 м и длиной вращающегося барабана 6 м составила 300 кг/ч. Скорость вращения барабана 5 мин^-1, время пребывания шлама в печи достигало 7 мин. Температуру газов в барабанной печи поддерживали на уровне 850--950 °С путем подачи 20 кг/ч дополнительного топлива.

Твердый остаток, выгруженный из печи, не содержал органических примесей и состоял в основном из S1O2 (около 78%), 12% А1₂0₃, 9% СаО.

Вращающаяся барабанная печь для обезвреживания насыщенных влагой отходов:

1 -- барабаа; 2 -- камера термической обработки; 3 -- камера дожигания; 4,5 -- устройства для загрузки отходов

В Сибирском филиале НПО «Техэнергохимпром» разработаны вращающиеся барабанные печи для сжигания твердых отходов с агрегатной нагрузкой от 200 до 4000 кг/ч, оснащенные вихревыми дожигателями [108]. Дожигатель -- это цилиндрическая камера с пережимом, имеющая тангенциальные каналы для ввода отходящих из барабанной печи газов и воздуха. В дожигателе предусмотрены горелочные устройства для сжигания дополнительного топлива с целью поддержания необходимой температуры процесса.

Для огневого обезвреживания сухих твердых отходов и обводненных твердых или пастообразных отходов в одном агрегате разработана вращающаяся печь (рис. 2.6), снабженная камерой предварительной термической обработки насыщенных влагой отходов [108]. Камера предварительной термической обработки снабжена внутренним винтовым гребнем, обеспечивающим движение отходов в камере в направлении, обратном движению их в барабане.

Недостатками вращающихся барабанных печей являются низкая удельная тепловая и массовая нагрузка топочного объема, высокие капитальные и эксплуатационные расходы. Футеровка печи при вращении находится в условиях частой смены температуры, что вызывает образование в ней трещин и быстрый выход из строя. Кроме того, с целью уменьшения массы барабана выполняют футеровку небольшой толщины, что вызывает увеличение теплопотерь и перерасход дополнительного топлива на процесс обезвреживания.

Использование английской фирмой «Balfour» барабанных вращающихся печей для огневого обезвреживания жидких отходов, содержащих легкоплавкие соли натрия, не дало положительных результатов. В печах Гродненского и Кемеровского ПО «Азот» разрушалась футеровка при контакте с расплавом карбоната натрия; зола содержала большое количество несгорев-ших органических веществ.

КАМЕРНЫЕ ПЕЧИ

Простейшим аппаратом для огневого обезвреживания газообразных и жидких отходов является камерная печь (рис. 2.8), оборудованная горелочными устройствами для сжигания жидкого или газообразного топлива, форсунками для распылнвания жидких отходов и соплами для подачи газовых выбросов [113]. Печь представляет собой разделенную двумя перевальными стенками прямоугольную камеру из шамотного кирпича с тепловой изоляцией.

На рис. 2.9 приведена схема камерной печи для огневого обезвреживания жидких отходов, оборудованной дожигательной решеткой [102].

Принципиальные схемы камерных печей для огневого обезвреживания газообразных отходов приведены на рис. 2.10. Камерные печи без теплообменников для подогрева компонентов горения требуют повышенных расходов топлива (рис. 2.10, а). Применение их оправдано только при обезвреживании малых количеств газообразных отходов с высокой концентрацией горючих компонентов. Такие печи дешевы, просты в изготовлении, надежны в эксплуатации.

При больших объемах обезвреживаемых газообразных отходов необходимо использовать теплоту отходящих газов для подогрева отходов и дутьевого воздуха. Для этой цели применяют чаще всего рекуперативные теплообменники, в которых передача теплоты происходит 'непрерывно через разделительную стенку (рис. 2.10,6). С повышением температуры подогрева газообразных отходов и дутьевого воздуха сокращается расход топлива на процесс, но возрастают затраты на сооружение теплообменников вследствие увеличения их поверхности нагрева. Кроме того, с повышением температуры подогрева сокращается срок службы теплообменников и для их изготовления требуются дорогие и дефицитные жаростойкие стали. Поэтому оптимальную температуру подогрева отходов и дутьевого воздуха определяют в каждом конкретном случае путем технико-экономических расчетов [17].

Рекуперативные теплообменники, работающие на запыленных и содержащих агрессивные компоненты дымовых газах, подвергаются загрязнению и коррозии, что сдерживает их широкое применение в огнетехнических установках. Температура подогрева газов в этих теплообменниках ограничена у&ловиями эксплуатации металлических поверхностей нагрева.. Указанные недостатки устранимы при использовании регенеративных теплообменников, в которых теплообмен осуществляется в нестационарном режиме, при чередующихся нагреве и охлаждении теплоаккумулирующей насадки.

Камерные печи с регенеративными теплообменниками для обезвреживания газообразных отходов нашли широкое распространение за рубежом, а в последнее время -- и в СССР [19, 20]. Принципиальная схема такой печи приведена на рис. 2.10, е.

Схема камерной печи для огневого обезвреживания жидких отходов:

1 -- футеровка; 2 -- газораспределительная решетка; 3 -- взрывной клапан; 4 -- кожух; 5 -- горелка; 6 -- форсунка для раслыливания жидких отходов

Схемы реакторов огневого обезвреживания газообразных отходов: а -- без теплообменника; б --с рекуперативным теплообменником; в --с регенеративным теплообменником- / -- горелочное устройство; 2 -- камера сгорания топлива; 3 -- камера обезвреживания отходов; 4 -- рекуперативный теплообменник; 5 -- регенеративный теплообменник; б -- перекидной клапан; Т -- топливо; В -- воздух

В качестве регенеративной насадки можно использовать дешевые материалы -- дробленые огнеупоры (например, шамот). Развитые поверхности нагрева в насадках обеспечивают более глубокое охлаждение отходящих газов и высокий подогрев отходов, что заметно сокращает расход топлива на процесс обезвреживания (по сравнению с применением рекуперативных теплообменников). Керамические насадки могут надежно работать и при наличии в дымовых газах агрессивных компонентов. Регенеративные насадки способствуют более полному окислению горючих компонентов отхода, особенно если обладают каталитической активностью.

Печи с регенеративными теплообменниками приспособлены к организации в них автотермических режимов обезвреживания за счет теплоты сгорания газообразного отхода или путем добавления в отход небольших количеств горючих газов. При низкотемпературном окислении газов в насадках резко снижается образование оксидов азота, повышается санитарно-гигиеническая эффективность обезвреживания отходов.

Камерные печи для огневого обезвреживания газовых выбросов нашли достаточно широкое применение. На одном из предприятий ПО «Мосстройпластмасс» внедрена камерная печь, рабочее пространство которой разделено пережимом на две камеры: камеру горения дополнительного топлива и камеру смешения, переходящую в газоход длиной 19 м [19]. Обезвреживаемый газовый выброс, содержащий фенолы, через входной патрубок подается в камеру смешения, где токсичные вещества, смешиваясь с продуктами сгорания дополнительного топлива, окисляются до С0₂ и Н₂0. Несмотря на значительное (до 3,5 с) время пребывания газов в печи, обусловленное ее большими габаритами, и достаточно высокий уровень температур (более 850°С), необходимая степень обезвреживания фенолсодержащих выбросов не достигалась (остаточное содержание фенола составляло 15 мг/м³). Лишь после сооружения на выходе из камеры смешения дожигательных решеток, служащих дополнительным турбулизатором газового потока, удалось достичь необходимой полноты обезвреживания газовых выбросов.

В печи, разработанной ГИПИ ЛКП, обезвреживают газовые выбросы (загрязненный воздух), содержащие акролеин. Достаточно высокая степень обезвреживания достигается при температуре 830--850 °С, но время пребывания газов составляет всего 0,5 с. Это объясняется хорошей организацией процесса смешения обезвреживаемых выбросов с продуктами горения дополнительного топлива, так как эти выбросы используют в качестве дутьевого воздуха при сжигании топлива.

Запорожским филиалом НИИОГАЗа разработана конструкция камерной печи для огневого обезвреживания отбросных газов, содержащих пары масел и нефтепродуктов. В печи предусмотрены пережимы и рециркуляционные каналы, что позволяет добиться эффективного смешения обезвреживаемых газов с продуктами горения дополнительного топлива [19].

Конструкции камерных печей и режим их эксплуатации неоднократно совершенствовались рядом фирм: «Caloric», «Uhde», «Lurgi» (ФРГ), «Pillard» (Франция), «John Zink Со.» (США) и др. [100, 101].

Камерные печи характеризуются низкими удельными нагрузками рабочего объема по жидким отходам -- не более 100 кг/ /(м³-ч). Несмотря на это большинство камерных печей не обеспечивает достаточно полного окисления токсичных веществ.

Недостатки камерных печей связаны, главным образом, с неудовлетворительными условиями тепло- и массообмена между продуктами горения топлива и каплями жидких отходов и плохим перемешиванием газообразных продуктов в рабочей камере (низкие скорости и отсутствие в большинстве печей закрутки газового потока, трудность равномерного распределения капельной смеси в продуктах сгорания). При обезвреживании в камерных печах жидких отходов, содержащих наряду с органическими легкоплавкие минеральные вещества, происходит быстрый износ огнеупорной футеровки [88]. Перевод печей с низкими удельными нагрузками на водоохлаждаемую гарниссажную футеровку приведет к большим перерасходам топлива и охлаждающей воды.

Камерные печи характеризуются весьма низким коэффициентом улавливания минеральных веществ в пределах рабочего пространства, что обусловлено прямоточным движением газов. Опыт эксплуатации печей с золоосадительными камерами (см. рис. 2.8) показал, что минеральные вещества практически не улавливаются в них и в основном выносятся с отходящими дымовыми газами, что усложняет условия работы теплоиспользующей аппаратуры и очистку газов перед выбросом в атмосферу.

ШАХТНЫЕ ПЕЧИ

Для огневого обезвреживания жидких и газообразных отходов применяют печи шахтного типа (рис. 2.11), представляющие собой вертикальную цилиндрическую камеру, оборудованную в головной части горелочными устройствами для жидкого или газообразного топлива. Установки огневого обезвреживания жидких отходов с шахтными печами эксплуатируются в настоящее время на некоторых химических предприятиях страны: удельные нагрузки печей составляют 30--80 кг/(м³-ч) [88].

Схема шахтной печи ГИАП

1-форсунки для подачи жидких отходов, 2-горелки для жидкого и газообразного топлива