Родионов А. И и др. Tехнологические процессы экологической безопасности /Основы энвайронменталистики

Подождите немного. Документ загружается.

'721

создает весьма эффективную шуровку. Использование этой системы

особенно оправдано при сжигании целлюлозосодержащих отходов

(бумага, древесина и

т.

д.). Подобная система создана в США (систе-

ма Никольс), где содержание целлюлозосодержащих отходов в ТБО

особенно велико.

К недостаткам перечисленных конструкций (переталкивающих,

обратно переталкивающих, с опрокидывающими колосниками) от-

носят сложность их кинематических схем, а также работу колосни-

ков в условиях высоких температур, что требует изготовления их из

высоколегированных сталей или чугуна.

К колосниковым

решеткам

с шурующим эффектом относятся так-

же несколько последовательно включенных ступеней решеток, рас-

положенных в виде каскада. Успешная шуровка обеспечивается при

падении материала с одной ступени на другую или при перемеще-

нии с одного валка на другой.

Рис. IV-12. Принципиальные схемы колосниковых решеток: а — каскад на-

клонно переталкивающих решеток; б — опрокидывающая; е — валковая; г —

обратно переталкивающая; д — каскад цепных решеток; е — наклонно перетал-

кивающая решетка с дожигающим барабаном

'722

Одним из вариантов каскадных колосниковых решеток является

система цепных механических колосниковых решеток (рис. IV-12<)).

Слой материала, находящийся на полотне решетки, с постоянной

скоростью перемещается через топочное пространство. Отходы, име-

ющие разные свойства, сгорают неравномерно, создавая кратерное

горение. Дутьевой воздух проходит через такие кратеры в больших

количествах, в связи с чем на других участках полотна решетки, по-

крытых несгоревшими отходами, не хватает окислителя. Это являет-

ся основным недостатком системы из двух цепных решеток (наклон-

ной и горизонтальной), а в странах Западной Европы — из 3-4 ре-

шеток (каскад).

При

пересыпании отходов с

решетки

на решетку слой

отходов

выравнивается.

Однако

каскадное расположение решеток при

падении отходов с решетки на решетку приводит к повышенному

пылению сжигаемых материалов, что увеличивает содержание твер-

дых частиц (золы, недожога) в дымовых газах.

На валковых колосниковых решетках отходы перемещаются за

счет вращения отдельных валков, и в момент перехода их с одного

ваша на другой происходит шуровка отходов (рис. IV-12в).

Колосниковые решетки устанавливают в топках, стенки которых

экранированы испарительными поверхностями - вертикальными

рядами труб, по которым циркулируют вода и пар (вода в трубах

закипает, когда их обтекают восходящие горячие газы). Ряды труб в

определенной степени являются дополнительным изоляционным

слоем (наряду с шамотом), что оптимизирует рекуперацию тепла и

несколько упрощает запуск оборудования после остановки. Камеру

сжигания и нижнюю часть первого хода котла обмуровывают набив-

ной массой.

Сопла подачи вторичного воздуха располагают у выхода из ка-

меры сжигания. Интенсивной подачей через них воздуха обеспечи-

вают качественное его перемешивание с топочными (дымовыми) га-

зами

и тем

самым

хорошее

выгорание

вредных газообразных веществ.

В газоходах котлоагрегата последовательно устанавливают состо-

ящий из стальных труб пароперегреватель (элемент парового котла,

повышающий температуру пара сверх температуры насыщения) и

экономайзер (теплообменник) для предварительного подогрева, пи-

тающей котел воды за счет тепла выходящих газов. В зависимости

от конкретных условий проектируют котлоагрегаты (бойлеры) гори-

зонтального или вертикального типа. Последние более компактны и

занимают меньшую площадь. Поверхности конвективного нагрева

'723

располагают либо в вертикальном ходе дымовых газов (в этом слу-

чае для очистки горизонтально расположенных в нем пучков труб

устанавливают обдувочные аппараты, что приводит к увеличению

объема отходящих газов), либо в горизонтальном ходе (свободно ви-

сящие пучки труб очищают с помощью ударного механизма).

На ряде МСЗ часть первичного дутьевого воздуха подают под

колосниковую решетку, другую — сверху на слой ТБО. В зависимос-

ти от теплоты сгорания и длины пламени производится перераспреде-

ление

воздушных

потоков:

при низкой теплоте сгорания отходов пламя

растягивается по длине колосниковой решетки и значительная часть

первичного дутья подается в середине и конце последней. Расход

воздуха на первичное дутье составляет 60-70% от его общего расхо-

да. Вторичное дутье ведут, как указано выше, через сопла у входа в

первую тягу котла. Взамен вторичного воздуха возможна подача очи-

щенных от взвешенных и имеющих температуру около 200°С дымо-

вых газов (особенно при сжигании высококалорийных отходов).

Использование отработанных дымовых газов снижает содержание

кислорода без превышения концентрации СО и уменьшает количе-

ство отходящих газов, подлежащих очистке.

Гибкая система подачи дутьевого воздуха (и частичная рецирку-

ляция дымовых газов) предохраняет стенки топки от перегрева и

автоматически перестраивается под качество сжигаемого материа-

ла. Автомагическая система регулирования обеспечивает поддержа-

ние на заданном уровне количества производимого пара и высоты

пламени по всему сечению колосниковой решетки (факел контроли-

руют при помощи малоинерционных оптических датчиков).

В топках с обратно переталкивающими решетками (например,

системы фирмы "Martin") по длине решетка разделяется на 3-6 сек-

ций для подачи дутьевого воздуха. Первичный воздух подают

топ-

ку через узкие щели в

головной

части колосников. Вторичное дутье

осуществляют через переднюю и заднюю стенки топки, причем воз-

дух подают в пространство над слоем

горящих

отходов. После ввода

вторичного воздуха отходящие газы, сжигаемые при температуре

1000-1200°С, остаются

печи более

секунд при температуре 850°С,

что

достаточно

для

разрушения органических соединений

(в том

числе

опасных) до безвредных и нейтральных.

Горение отходов начинается

начале решетки и стабилизируется

при

IOOO

во второй ее половине. В конце решетки расположен мед-

ленно вращающийся вал, регулирующий высоту слоя сжигаемых

отходов и транспортирующий шлак в шлаковую ванну.

'724

Угол наклона обратно переталкивающей решетки является дос-

таточно большим и составляет около 25° в сторону перемещения ма-

териала и разгрузки шлака. Каждая секция решетки, приводимая в

движение от одного гидроцилиндра, состоит из чередующихся слоев

подвижных

неподвижных

колосников,

изготовленных

из

жаропроч-

ной хромистой стали, состав которой разработан фирмой "Martin".

Боковые поверхности колосников отшлифованы и с помощью спе-

циального устройства прижимаются друг к другу, образуя монолит-

ное полотно (узкие щели для подачи первичного воздуха предусмот-

рены в

головной

части как подвижных, так и неподвижных колосни-

ков). Подвижные колосники оказывают на перемещающийся в сто-

рону разгрузки шлака материал обратно переталкивающее действие,

что позволяет подавать 15-20% горящей массы отходов навстречу

движущемуся слою, создавая очаги нижнего зажигания. Срок служ-

бы колосников — 5-6 лет.

Слоевое сжигание ТБО в топке с наклонно переталкиваю-

щей решеткой. На рис. IV-13 представлена принципиальная схема

завода, на котором реализовано слоевое сжигание ТБО в топке с на-

клонно переталкивающей решеткой.

Как видно из рисунка, исходные ТБО доставляют мусоровозами

в приемное отделение и загружают в углубленный бункер прямоу-

гольного сечения, обслуживаемый грейферным краном (обычно ус-

танавливают два крана). Назначение грейферного крана — подача

отходов из бункера на сжигание, удаление так называемых негаба-

ритов (холодильники, матрацы и т. п.) и усреднение отходов (после-

днее крайне неэффективно, так как исходные ТБО по своему составу

и свойствам мало пригодны для усреднения).

Независимо от типа устанавливаемой в топке решетки ТБО из

бункера подают

загрузочную воронку (рис. IV-14), которая отделя-

ет камеру сгорания от окружающей среды (в этой воронке и ниже ее

образуется своеобразный затвор из подпрессованных отходов, пре-

пятствующий неорганизованному поступлению воздуха в топку). На

нижней части приемной воронки фиксировано запорное устройство —

заслонка (рис. IV-15), которая автоматически закрывается в случае

аварии, выполняя функцию защитного приспособления. Из прием-

ной

воронки ТБО направляют в топку

на

колосниковую решетку обыч-

но с помощью гидравлического толкателя.

Температура сжигания отходов составляет 850-1000°С. В конце

колосниковой решетки шлак через охлаждаемую водой шахту попа-

л*-

)

= t

« I Т»

"ОД

Ife

Рис. IV-13. Слоевое сжигание ТБО в топке с наклоно переталкивающей решеткой:

— приемное отделение; 2 —

бункер исходных ТБО; 3 — грейферный кран; 4 — загрузочная воронка; 5 — толкатель; 6 — наклоннопереталкивающая

решетка; 7 — дутьевой вентилятор; 8 — система шлакзоуц&пения; 9 — бункер шлака; 10 — грейферный кран; 11 — котел-

утилизатор отходящего тепла; 12,13 — система газоочистки; 14 — дымосос; 15 — труба; 16 — турбогенератор

'726

Рис. IV-14. Общий вид устройства

загрузки ТБО в топку: 1 — загрузоч-

ная воронка; 2 — запорное устройство

(клапан); 3 — зонд контроля уровня заг-

рузки; 4 — шахта подачи мусора; 5 —

устройство регулируемой подачи мусора

дает

гидрошлакоудалитель

тол-

кате ль ным устройством (рис. IV-

16). Под колосниковой решеткой

по всей ее длине установлено

скребковое устройство для сбора

про сыпи между колосниками

(рис. IV-17). Водяной затвор

зо-

лоудалителе предотвращает неор-

ганизованное поступление возду-

ха

топку и отделяет воронки для

нижнего дутья друг от друга.

При

утилизации тепла отходя-

щих газов на мусоросжигатель-

ных заводах возможно получение

как

электрической,

так

и тепловой

энергии. Паропроизводитель-

ность парогенераторов мусоро-

сжигательных установок в 3-4 раза ниже по сравнению с энергети-

ческими установками, работающими на ископаемом топливе (как

следствие относительно низкой теплотворной способности отходов).

На рис. IV-18 представлена типичная диаграмма сжигания ТБО

в топке с колосниковой решеткой. Из рисунка видно, что вырабаты-

ваемая тепловая мощность (Мвт)

зависит от производительности

печи по твердому топливу (т/час

ТБО) и калорийного потенциала

отходов (ккал/кг). При сжигании

отходов с теплотворной способно-

стью менее 2000 ккал/кг требует-

ся подача дополнительного тепла

Рис. IV-15. Схема двухлепесткового

клапана ( затвор типа "мигалка") ус-

тройства загрузки ТБО в топку

'727

Сброс

шлака

Рис. IV-16. Толкательное устрой- Шахта сброса

ство с гидроприводом системы ° ^ шлака

шлако-золоудаления

(дополнительный расход при-

родного газа). Области ста- £

бильной работы печи (автоген-

ный процесс) соответствует

теплотворная способность от- |

ходов в пределах 2000-3100 §

ккал/кг. При неизменной выра- |

батываемой тепловой мощное-

ти повышение теплотворной способности приводит

снижению про-

изводительности установки по ТБО. Оптимальной представляется

теплотворная способность отходов 2800 ккал/кг = 11800 кДж/кг (ве-

личина, характерная для отсортированной горючей фракции ТБО):

в этом случае максимально вырабатываемой тепловой мощности со-

ответствует максимальная производительность по количеству сжи-

гаемых отходов. В случае пониженной теплотворной способности

сжигаемых отходов уменьшается производство пара (увеличение

потока отходов обусловливает увеличение недожога).

Слоевое сжигание ТБО на валковых решетках используют

про-

мышленной

практике

достаточно

широко:

в 1995

г. в

различных стра-

нах эксплуатировалось более 250 топок с валковыми решетками.

При использовании топок с валковыми решетками, заимствован-

ными из практики сжигания угля, материал перемещается с помо-

щью вращающихся валков (барабанов). Наиболее часто используют

шестивалковые решетки. В германской практике мусоросжигания

встречаются семивалковые решетки.

Угол

наклона решетки — до 40°,

Привод

Запорный

Сброс

золы

Скребковая

цепь

Натяжное

устройство

Рис. IV-17. Скребковое устройство системы шлако-золоудаления

'728

3100 ккал/кг 2380

ккал/кг

2000

ккал/кг

Рис IV-18 Диаграмма сжигания в

топке с колосниковой решеткой

диаметр валков —

до

1,5

м,

дли-

на валков до 6 м. Температура

сжигания — 900-1000°С. Вре-

мя

нахождения отходов

печи—

около 30 минут.

Привод каждого валка уста-

новлен вне топочной камеры;

—/2 все части, подлежащие смазке,

Мин. паытроизводитель-

Д0СТУПН

ы во время эксплуата-

unrmi.

i/inmna

* Г J

ции печи.

На рис. IV-19 представлен

общий вид завода,

на

котором

ре-

1430

ккал/кг

отла

т/час

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Производительность

ализовано слоевое сжигание ТБО

топке с валковой решеткой. Основ-

ными недостатками работы таких заводов являются низкая эффектив-

ность и отрицательное экологическое влияние (процесс сжигания плохо

стабилизируется, оптимальная температура зачастую не достигается,

велик выход недожога, низкое качество шлака, значительные потери

черных металлов, эксплуатационные осложнения при попадании

печь

бордюрного камня и больших количеств металла, сложность организа-

ции эффективной газоочистки

при нестабильном

горении

отходов и др.).

Эти недостатки особенно проявляются

при

отсутствии раздельного сбо-

ра и рациональной технологии вывоза ТБО, что имеет место в нашей

стране. Как видно из рис. IV-19, в традиционной топке с валковой ре-

шеткой реализован центральный отвод

дымовых

газов из

топочного про-

странства. При этом, по данным практики, температура над последним

валком составляет всего 500-600°С, что предопределяет повышенное

содержание в шлаке недожога

В настоящее время создана топка с валковой решеткой второго

поколения (рис. IV-20). Новая геометрия топочного прорстранства и

дутьевой режим обеспечивают стабилизацию горения, увеличение

времени пребывания газов в печи, турбулизацию газового потока и

его интенсивное перемешивание с воздухом. Все это позволяет реа-

лизовать сжигание ТБО в оптимальных условиях.

В новой конструкции печи под сводом топочного пространства

образуются вихревые потоки, увеличивающие продолжительность

пребывания газов в топке при высокой температуре и степень выго-

рания вредных газовых компонентов и твердых частиц. Первичное

Рис. IV-19. Слоевое сжигание ТБО в топке с валковой решеткой: 1 — приемное отделение; 2 — бункер исходных

ТБО; 3 — грейферный кран; 4 — загрузочная воронка; 5 — толкатель; 6 — валковая решетка; 7 — система шлаюоудаления;

8 — бункер шлака; 9 — грейферный кран; 10 — котел-утилизатор отходящего тепла; 11 — электрофильтр; 12 — вытяжной

вентилятор; 13 — система газоочистки; 14 — труба; 15 — турбогенератор; 16 — пульт управления; 17 — резервный котел

'730

Рис. IV-20. Общий вид усовер-

шенствованной топки с валко-

выми решетками (конструкции

фирмы "Deutsche Babcock"):

—

загрузка отходов; 2 — валковая ре-

шетка; 3 — топочная камера; 4 —

подача первичного дутья; 5 — по-

дача вторичного дутья; 6 — горел-

ка; 7 — зона дожигания; 8 — сис-

тема шлакоудаления

дутье (возможен подогрев

первичного воздуха до

220°С) подают, как обычно,

снизу. Вторичное дутье пода-

ют сверху под свод топочно-

го пространства

основную зону горения, что приводит к снижению

образования оксидов азота на 50%; подача дутья для дожигания га-

зов на выходе из топки не требуется. Геометрия печи обеспечивает

также высокую температуру шлака до его выпуска (температура над

последним валком решетки составляет IOOO

C). Суммарный расход

дутьевого воздуха заметно снижен. Оптимальное управление про-

цессом, связанное с автоматическим регулированием воздухорасп-

ределения, скорости вращения валков и количества подаваемого мате-

риала, позволяет достаточно эффективно сжигать отходы переменного

состава.

Представляет интерес технологическая оценка различных мето-

дов слоевого сжигания ТБО в топках с переталкивающими решетка-

ми, тенденций практического применения этих методов,

также оцен-

ка возможностей реализации оптимальных технологий в российс-

ких условиях. В этой связи следует отметить, что отечественные ТБО

характеризуются повышенной влажностью,

для термической обра-

ботки влажных отходов наиболее подходят топочные устройства

фирмы «Martin».

Сжигание

барабанных вращающихся печах. Барабанные вра-

щающиеся печи для сжигания исходных (неподготовленных) ТБО

применяют очень редко, чаще эти печи используют для сжигания

специфичных (например, больничных) отходов, а также жидких и

пастообразных промышленных отходов, обладающих абразивным

действием.