Агрегат для обжига известняка и химико-термического обезвреживания ТБО

Защита окружающей среды – многофакторная проблема городов. Каждый из факторов (транспорт, промышленные предприятия, свалки и др.) представляет значительный источник экологической опасности для населения. Сложно оценить, какой суммарный вред относительно общего приходится на свалки бытового мусора, которые загрязняют воздушную среду (от самовозгорания и интенсивного выделения вредных летучих веществ, в том числе диоксинов и фуранов), подземные водоемы (от проникновения с атмосферными осадками болезнетворных микроорганизмов, продуктов разложения пищевых отходов) и почву.

Характеристика твердых бытовых отходов

Характерный морфологический состав ТБО для города с населением 300–350 тыс. человек включает (% мас.): бумага и картон – 37,03; древесина – 1,8; текстиль – 8,9; кожа и резина – 2; пластмасса – 8,9; металлы – 14,3; стекло – 16,1; прочее – 8,9. К этому следует добавить, что нередко к названным твердым фракциям добавляются пищевые отходы, количество которых может достигать 25–35%.

Твердые бытовые отходы представляют собой гетерогенную смесь, в которой могут находиться все химические элементы в виде различных соединений. При этом присутствуют потенциально опасные высокотоксичные элементы,с высокой летучестью и содержанием соединений галогенов (фтора, хлора, брома), азота, серы, тяжелых металлов (меди, цинка, свинца, кадмия, олова, ртути).

Известны четыре основных вида технологий обращения с ТБО: захоронение (депонирование), компостирование, получение вторичных материалов (рециркуляция), термическая обработка (сжигание) и комбинации из вышеназванных технологических процессов.

Захоронение – способ наиболее старый и в большинстве стран мира до сих пор наиболее распространенный.

Компостирование – существенный шаг вперед по сравнению с захоронением. Это биохимический процесс разложения органической части ТБО микроорганизмами, в результате которого выделяется углекислый газ, вода и тепло.

Получение (рециркуляция) вторичных материалов из отходов – быстроразвивающееся направление в переработке ТБО. Включает процессы сбора, концентрации и доставки ТБО на площадку автоматизированных мусоросортировочных заводов (комплексов). Здесь отходы сортируются по размерам и материалам, при необходимости измельчаются и пакетируются, а затем отправляются на рециклизацию.

Термическая обработка ТБО начиналась с простого костра. Современные технологии включают весьма высокотехнологические элементы, содержащие сложные теплофизические схемы, механические и управляющие системы.

При термической утилизации ТБО в различных агрегатах – противоточных печах (мусоросжигательные и доменные печи), на зеркале расплава шлака, металла, на колосниковых решетках, печах пиролиза ТБО – существует необходимость очистки дымовых, пиролизных газов от продуктов возгонки летучих металлов Zn, Cd, Pb, Hd, углеводородов, диоксинов, фуранов, CO, SO2 и пр.

При этом могут применяться методы связывания вредностей, таких как HF, HCl, H2S, SO2 содой, известью, гидроксидом калия; а тяжелых металлов – аминами. При распылении СаО в потоке дымовых газов на пылеулавливающем аппарате улавливается: HCl с эффективностью 60%, HF с эффективностью 98%, S02 с эффективностью 50%, Cd, РЬ. Zn с эффективностью >99%, Hg с эффективностью 90%, диоксины и фураны с эффективностью 99,8%.

CaO разрушает диоксины и фураны, вступая с ними в химическое взаимодействие, полнота протекания химической реакции – вопрос температуры и времени.

Вторым решающим фактором, определяющим выбор технологий переработки ТБО, является стоимость проекта и экономическая эффективность его реализации.

Технологическая схема переработки отходов

В проекте предусмотрена комплексная переработка ТБО с использованием принципиально новой технологии  химико-термической утилизации ТБО в двухшахтной печи обжига известняка типа MAERZ. Технологические решения переработки ТБО приняты с учетом экологических требований по минимальному воздействию на окружающую среду и максимальному использованию заключенной в ТБО тепловой энергии, а также возвращению в производственный процесс вторичных материальных ресурсов. В работе использованы проектные решения основного технологического агрегата АО «Липецкстальпроект», ОАО «Липецкий опытно-экспериментальный завод «ГИДРОМАШ», разработчиков технологии ЗАО «Липецкметаллургпроект» и Липецкого государственного технического университета.

Проектная производительность комплекса химикотермической переработки ТБО составляет 55 тыс. т в год.

Технология переработки ТБО обеспечивает:

  • полное разложение органических соединений;
  • полное окисление всех горючих компонентов;
  • получение высококачественной извести, пригодной для производства силикатного кирпича и газосиликата, в зависимости от потребности, от 50 до 100 т/сут. на одном агрегате при снижении расхода топлива на ее производство в 3 раза;
  • многократное (в 50–100 раз) уменьшение количества отходов, подлежащих захоронению, с перспективой перехода на полностью безотходный процесс;
  • использование тепла дымовых газов для производства пара, электроэнергии и высокотемпературного нагрева воздуха, идущего на горение бытовых отходов;
  • перевод токсичных составляющих ТБО в нейтральные соединения;
  • высокую производительность агрегата;
  • возможность работы агрегата при больших неконтролируемых колебаниях гранулометрического и химического состава ТБО;
  • более низкую нагрузку на окружающую природную среду;

Процесс имеет также важные экологическое преимущество — просасывание дымовых газов через значительный слой разогретой до высокой температуры СаО, что способствует связыванию хлора, фтора и оксидов серы в безопасные соединения, улавливаемые газоочисткой в виде твердых пылевых частиц.

Преимуществом процесса является возможность перерабатывать совместно с ТБО или отдельно отработанные автомобильные покрышки.

Принятая технология переработки ТБО рассчитана на оборудование, производимое на российских заводах.

Топливом может служить природный газ, мазут, в том числе обводненный, сырая нефть, пылеугольное, водоугольное топливо

Принципиальная схема технологической линии переработки твердых бытовых отходов приведена на рисунке

Технологическая линия переработки ТБО в шахтных печах
Технологическая линия переработки ТБО в шахтных печах
  1. обезвоживатель;
  2. сетчатый конвейер;
  3. приемный бункер;
  4. питатель;
  5. выносная топка;
  6. механизм выгрузки;
  7. шахтная печь для обжига известняка.

ТБО автотранспортом подаются на приемную площадку, оборудованную навесом. На приемной площадке из ТБО отсортировывается негабаритные куски, которые загружаются в бункер дробилки. ТБО после сортировки подаются на ленточный конвейер и далее на барабанный сепаратор, отделяющий до 10 % мелких фракций – элементы питания, щебень и др.

Хвостовая часть барабанного сепаратора работает как барабанный смеситель. В нее подается тонкомолотая негашеная известь для первичной нейтрализации болезнетворных микроорганизмов и нейтрализации неприятных запахов.

Из барабанного сепаратора отходы подаются на сортировочный конвейер. При прохождении отходов по сортировочному конвейеру производится выборка материалов для вторичного использования, таких как полимерные материалы, картон, бумага, стекло, черные и цветные металлы.

После извлечения вторичных материалов отходы попадают в автоматический валковый либо шнековый пресс для отжима влаги с усилием прессования, позволяющим обеспечить остаточную влажность менее 10 %.

После пресса отходы измельчаются до необходимых размеров и конвейером подаются в бункер агрегата для химико-термической утилизации.

Использование в качестве агрегата для химико-термической утилизации ТБО двухшахтной печи для обжига известняка позволяет организовать работу агрегата следующим образом. В верхнюю часть первой шахты, работающей в режиме прямотока, производится загрузка подготовленных отходов совместно с карбонатным материалом (известняком). Подача топлива и воздуха на горение осуществляется также в верхнюю часть с последующим просасыванием дымовых газов по дымовому каналу из данной шахты в во вторую шахту, работающую в режиме противотока.

Это позволяет подвергать перерабатываемые отходы длительному воздействию высокой температуры, при которой количество газообразных вредностей в указанных отходах снижается до минимума, а соединения тяжелых металлов Pb, Zn, Cd, Hg и др., вступая в химическое взаимодействие с СаО переходят в нейтральное состояние.

Загрузка карбонатного материала для получения извести во вторую шахту печи, работающую в режиме противотока, подача в нижнюю её часть топлива и воздуха на горение, а также просасывание дымовых газов из первой шахты по дымовому каналу в нее с последующим удалением дымовых газов с помощью дымососа из верхней части этой шахты способствует полному термическому разложению продуктов горения отходов и продуктов пиролиза. Кроме того, за счет утилизации тепла от сжигания горючей составляющей перерабатываемых отходов достигается экономия углеродсодержащего топлива в процессе производства.

Выгрузка извести из второй шахты и выгрузка извести и золы из первой шахты осуществляется непрерывно штатными выгрузными устройствами.

Известь из второй шахты с помощью системы конвейеров поступает на склад извести и далее на реализацию. Известь из первой шахты поступает на барабанный сепаратор где от нее отделяется зола и шлаки, которые в дальнейшем направляются на захоронение, а известь опять же по системе конвейеров поступает на дробление и помол и далее направляется на нейтрализацию отжатой влаги и первичную обработку ТБО.

Соблюдение технологического режима переработки отходов (контроль, управление работой собственно печи с загрузочными и разгрузочными узлами, котлаутилизатора, рекуператора, электростанции, газоочистки) поддерживается средствами автоматизации.

Состав дымовых газов по основным вредным составляющим контролируется до газоочистки и после нее, так как эти параметры являются информацией для управления режимом технологического процесса.

Загрузка ТБО и известняка в печь, уборка пыли от газоочистки, полностью механизированы. Химический состав вывозимой на захоронение пыли из газоочистки предусматривается контролировать в собственной лаборатории.