Оборудование для сушки твердых отходов

Оборудование для тепловой обработки

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ

Термические методы переработки и использования отходов производства

Сушка является одним из спо­собов удаления избыточной влаги из твердых отходов перед их даль­нейшей переработкой. Чаще всего для сушки твердых отходов исполь­зуют барабанные сушилки, отлича­ющиеся универсальностью, большой

Барабанные сушилки непрерыв­ного действия применяются для суш­ки кусковых, кристаллических и зер­новых материалов. Сушильным агентом могут служить топочные газы, получаемые от сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива, в смеси с воздухом (газовые сушилки) или воздух, предварительно нагретый в калорифере (воздушные сушилки).

Пиролиз представляет собой процесс термической переработки твердых углеродосодержащих отхо­дов путем высокотемпературного нагрева без доступа воздуха.

Существуют следующие разно­видности метода: окислительный пиролиз с последующим сжигани­ем пиролизных газов; сухой пиро­лиз.

Окислительный пиролиз — это процесс термического разложения отходов при их частичном сжига­нии или непосредственном контак­те с продуктами сгорания топлива. Окислительный пиролиз является одной из стадий процесса газифи­кации. Газообразные продукты разложения отходов смешиваются с продуктами сгорания топлива или части отходов, поэтому на выходе из реактора они имеют низкую теп­лоту сгорания, но повышенную тем­пературу. Затем смесь газов сжига­ют в обычных топочных устрой­ствах. В процессе окислительного пиролиза образуется твердый угле­родистый остаток (кокс), в то вре­мя как твердый остаток процесса газификации является минераль­ным продуктом (зола и шлак). В дальнейшем кокс можно использо­вать в качестве твердого топлива или в других целях.

Метод окислительного пироли­за с последующим сжиганием пиролизных газов универсален в от­ношении фракционного состава и фазового состояния отходов, их влажности и зольности. Окислитель­ному пиролизу могут быть подверг­нуты многие производственные от­ходы, «неудобные» для сжигания или газификации. Этим методом можно ликвидировать вязкие, пас­тообразные отходы; влажные осад­ки; пластмассы; шламы с большим содержанием золы; загрязненную мазутом, маслами и другими соеди­нениями землю; сильно пылящие отходы с легко увлекаемыми газом частицами; отходы, содержащие соли и металлы которые плавятся и возгораются при нормальных тем­пературах сжигания; отработанные шины, кабели в измельченном со­стоянии; автомобильный скрап и т.п.

Сухая перегонка (сухой пиролиз) — это метод термической переработ­ки отходов, обеспечивающий их вы­сокоэффективное обезвреживание и использование в качестве топлива и химического сырья, что способ­ствует созданию безотходных и ма­лоотходных технологий и рацио­нальному использованию природ­ных ресурсов.

Под сухим пиролизом понима­ют процесс термического разложе­ния отходов, твердого и жидкого топлива без доступа кислорода. В результате сухого пиролиза отходов образуются пиролизный газ с вы­сокой теплотой сгорания, жидкие продукты и твердый углеродистый остаток.

Низкотемпературный пиролиз отходов осуществляют с целью получения первичной смолы — наи­более ценного источника жидкого топлива и различных химических продуктов. Сухой пиролиз неконди­ционных каучуков позволяет полу­чать мономеры, которые могут быть вновь использованы в производстве синтетических каучуков. Полукокс содержит некоторое количество ле­тучих и может быть использован в качестве энергетического и бытово­го топлива.

Основной целью высокотемпе­ратурного сухого пиролиза отходов является получение высококаче­ственного горючего газа.

Сухой пиролиз отходов можно осуществлять в реакторах с внешним и внутренним обогревом. Внешний обогрев применяют в реакторах в виде вертикальных реторт, во вра­щающихся барабанных реакторах. В этих аппаратах пиролизные газы не подвергаются какому-либо разбав­лению газовыми теплоносителями, поэтому характеризуются высокой теплотой сгорания. Ввиду отсутствия фильтрации через слой отходов га­зовых теплоносителей пиролизный газ этих реакторов содержит мини­мальное количество пыли.

Наиболее эффективным спо­собом утилизации твердых органи­ческих отходов на современном уровне развития техники также при­знан пиролиз. Однако в отношении целесообразности сухого пиролиза или сжигания твердых бытовых и некоторых промышленных отходов мнения специалистов расходятся. Наиболее перспективным считают пиролиз специальных промышлен­ных отходов, прямое сжигание ко­торых затруднено, а также осадков сточных вод.

Одной из возможностей исполь­зования избыточного активного ила является его пиролиз для получе­ния активированных углей как сор­бента. Активированный уголь (АУ) представляет собой углеродистый адсорбент, скелет которого состоит из рыхлых шестичленных углерод­ных колец. Отличаясь высокой по­ристой структурой поверхности и объема, он обладает способностью хорошо сорбировать газообразные, парообразные и растворенные ве­щества.

При термическом разложении ТБО можно выделить в основном два типа реакций:

1) термический распад исходного вещества и дальнейшее разложе­
ние получающихся промежуточных соединений;

2) конденсация и полимериза­ция молекул, образовавшихся в результате первичных реакций деструкции исходного сырья.

При пиролизе отходов протека­ют связанные между собой процес­сы сушки, сухой перегонки (соб­ственно пиролиз), газификация и горение коксового остатка с выделением газообразных продуктов. В результате газификации углерод под воздей­ствием окислителя (воздуха, кисло­рода, водяных паров) превращает­ся в газообразное топливо. Остав­шийся после этого твердый оста­ток содержит минеральную часть отходов.

Для сжигания твердых отходов используют печи и топки различ­ных конструкций. Процесс сжига­ния может осуществляться в плот­ном и кипящем слое и во взвешен­ном состоянии.

Твердые отходы (бумажные меш­ки, ветошь, деревянная тара и дру­гие отходы, пропитанные органи­ческими веществами) сжигают в печах.

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.

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

Печь 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 для эффективного выгорания орга­нических веществ требуется бара­бан значительной длины, в ряде слу­чаев 15—25 м.

В то же время в технологичес­ком отношении барабанные враща­ющиеся печи являются наиболее универсальными аппаратами для сжигания крупнодисперсных отхо­дов переменного состава и различ­ной консистенции. Перспективно применение их на централизован­ных установках (станциях) совмест­ного обезвреживания твердых и па­стообразных отходов с одновремен­ным использованием получаемой теплоты для теплофикации, произ­водства пара, выработки электро­энергии.

Отечественной промышленнос­тью серийно выпускаются двухопорные и многоопорные барабан­ные вращающиеся печи.

За рубежом накоплен опыт экс­плуатации многоподовых печей для сжигания обезвоженных осадков сточных вод. К недостаткам многоподовых печей следует отнести низкие удельные тепловые и массовые на­грузки топочного объема, приводя­щие к увеличению габаритов уста­новки; плохой контакт окислителя с частицами осадков (поскольку от­работанные газы проходят не через горящий слой отходов, а только над медленно перемешивающимся сло­ем); Наличие вращающихся элемен­тов в зоне высоких температур газов; необходимость применения дорогостоящих жаростойких мате­риалов для изготовления полого вала.

Для огневого обезвреживания жидких, твердых и пастообразных отходов применяют реакторы с псевдоожиженным слоем для разработки конструкций реак­торов этого типа явились соответ­ствующие аппараты, применяемые в химической технологии. Принцип работы реакторов с псевдоожижен­ным слоем состоит в подаче горю­чих газов (воздуха) через слой инерт­ного материала (песок с размером частиц 1—5 мм), поддерживаемого колосниковой решеткой. При кри­тической скорости потока газа инертный слой переходит во взве­шенное состояние, напоминающее кипящую жидкость. Поступивший в реактор отход интенсивно переме­шивается с инертным слоем, при этом существенно интенсифициру­ется теплообмен.

Реактор с псевдо­ожиженным слоем для сжигания осадков изготовляют диаметром от 2,7 до 9 м. Осадки подают в реактор либо над слоем инертного носите­ля (песка), либо непосредственно в слой. Обычно осадки бытовых сточ­ных вод подают в слой носителя. Процессы в псевдоожиженном слое проводят при температурах, не приводящих к расплавлению или спеканию реагирующих материалов.

Наиболее эффективными уни­версальными реакторами для огне­вого обезвреживания промышлен­ных отходов являются также циклонные реакторы. Их достоинства обуслов­лены, главным образом, аэродина­мическими особенностями (вихре­вой структурой газового потока), обеспечивающими высокую интен­сивность и устойчивость процесса сжигания топлива с очень малыми тепловыми потерями при мини­мальных избытках воздуха, а также наиболее благоприятные условия тепло- и массообмена между газо­вой средой и каплями (частицами) отхода вследствие больших относи­тельных скоростей и высокой сте­пени турбулентности.

Использование циклонных реак­торов, разработанных для ликвида­ции сточных вод, при обезврежива­нии жидких шламов, суспензий, пульп возможно в случае замены механических форсуночных уст­ройств пневматическими (в том чис­ле акустическими) или ротацион­ными распылителями, характеризу­ющимися достаточно большими проходными сечениями. Циклон­ный реактор в этом случае может быть вертикального или горизон­тального типа.

Плазменный метод применяют для обезвреживания жидких и га­зообразных отходов двумя путями: плазматической ликвидацией особо опасных высокотоксичных отходов и плазмохимической перера­боткой отходов с целью получения товарных продуктов.

Особо токсичные, канцероген­ные и другие опасные отходы, на которые установлены жесткие нор­мы ПДК в воздухе, воде и почве, могут подвергаться обезвреживанию в плазме. При температурах выше 4000 °С за счет энергии электричес­кой дуги в плазмотроне молекулы кислорода и отходов расщепляют­ся на атомы, радикалы, электроны и положительные ионы. При осты­вании в плазме протекают реакции с образованием простых соединений СО₂, Н₂О, НС1, HF и др.при степени разложения 99,99 %.

Более перспективно применение плазменного метода для переработ­ки отходов в восстановительной сре­де с целью получения ценных то­варных продуктов. В России разра­ботан и доведен до стадии опытно-промышленных испытаний пиролиз жидких хлорорганических отходов в низкотемпературной восстанови­тельной плазме, позволяющий по­лучать ацетилен, этилен, хлороводо-род и продукты на их основе. Полу­чение этилена и ацетилена из жид­ких органических отходов возмож­но и без применения плазменной технологии — путем пиролиза от­ходов в потоке продуктов неполно­го сгорания топлива в кислороде при температурах до 1800 °С.

Плазменный процесс переработ­ки отходов заключается в «управ­ляемом окислении бытового мусо­ра на поверхности шлакового рас­плава в зоне действия плазменных струй с переводом компонентов от­ходов в металлический и шлаковый расплавы и газовую фазу». При этом, выходящие газы окисляются и со­стоят «в основном из СО, Н₂О и N₂ (при окислении воздухом или кис­лородом)». А сам процесс переработ­ки ведется в зоне действия плазмен­ных струй с добавкой необходимо­го количества кислорода, «расход которого регулируется по анализу отходящих из печи газов на СО_? а также в потоке смеси плазмообразующего и выделяющихся при пи­ролизе газов на поверхности распла­ва (при t = 1500 °С).

Дата добавления: 2014-01-04