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.
1 — корпус печи; 2 — загрузочное устройство; 3 — горелка; 4 — двухсекционная разгрузочная камера; 5, 6 — золовая и газовая секции; 7 — газоход; 8 — мигалки для удаления золы.
Ряд зарубежных фирм 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 для подготовки и подачи отходов, барабанную печь с камерой дожигания, котел-утилизатор, распылительную сушилку-абсорбер и электрофильтр (тканевый фильтр). Внутренний диаметр вращающейся барабанной печи с агрегатной нагрузкой до 4 т/ч равен 3,6 м.
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 барабанной печи (до 12-15 бочек в час). Остальные твердые отходы поднимают грейферным краном и подают в питательную воронку. Жидкие и текучие пастообразные отходы перекачиваются насосами или передавливают азотом и распыливают в печи с помощью пневматических (паровых) форсунок.
В России барабанные печи применяют в производстве цемента, для сушки и обжига различных материалов. В практике огневого обезвреживания отходов эти печи пока не нашли широкого применения.
Разделение газового и эолового потоков осуществляется непосредственно в топочном устройстве (см. рис. 6.3). Узел выгрузки состоит из двух секций, что исключает захват золы, осаждающейся в золовой 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 — 1,5×3,8×4,8 м.
Имеется отечественный опыт огневого обезвреживания в барабанных печах механически обезвоженных осадков сточных вод и нефтяных шламов. Донный осадок содержал 4% (по массе) 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 Si02 (около 78%), 12% А1203, 9% СаО.
В России разработаны вращающиеся барабанные печи для сжигания твердых отходов с агрегатной нагрузкой от 200 до 4000 кг/ч, оснащенные вихревыми дожигателями.
Для огневого обезвреживания сухих твердых отходов и обводненных твердых или пастообразных отходов в одном агрегате разработана вращающаяся печь (рис. 6.4), снабженная камерой предварительной термической обработки насыщенных влагой отходов. Камера предварительной термической обработки снабжена внутренним винтовым гребнем, обеспечивающим движение отходов
Вращающаяся барабанная печь для обезвреживания насыщенных влагой отходов:
1 — барабан; 2 — камера термической обработки; 3 — камера дожигания; 4,5 — устройства для загрузки 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.
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.
Электростанции с использованием промышленных отходов в качестве топлива в барабанных печах действуют в настоящее время в Германии, Финляндии, Швейцарии и других странах.
Барабанные вращающиеся печи для переработки и сжигания ТБО
Барабанные вращающиеся печи для сжигания исходных (неподготовленных) ТБО применяют очень редко; чаще эти печи используют для сжигания жидких и пастообразных промышленных отходов, обладающих низким абразивным действием.
На рис. 5.127 представлен общий вид завода, на котором реализовано слоевое сжигание отходов в барабанной вращающейся печи.
1 — загрузочная воронка, 2 — толкатель, 3 — вращающаяся барабанная печь, 4 — дожигательная камера, 5 — система гилако- и золоудаления, б — конвейер летучей золы, 7 — котел-утилизатор отходящего тепла, 8 — электрофильтр, 9 — дымосос, 10 — система газоочистки, 11 — труба
Барабанные печи устанавливаются с небольшим наклоном в направлении движения отходов. Скорость вращения печи- от 0,05 до 2 об./мин. Со стороны загрузки подаются отходы, воздух и топливо; шлак и зола выгружаются с противоположного конца печи. В первой части печи отходы подсушиваются (400°С), далее происходит газификация и сжигание (обычно при 900-1000°С).
При сжигании отходов в барабанных печах в принципе можно достичь более высоких температур горения, но высокотемпературное сжигание ТБО приводит к быстрому износу достаточно тонкой футеровки в печах этого типа (раз в полгода требуется замена внутренней футеровки печи — операция трудоемкая, сложная и дорогая, ее стоимость составляет около 10% от стоимости самой печи). Для повышения долговечности печи иногда вместо футеровки применяют водяное охлаждение стенки барабана (например, по технологии фирмы «IHI», Япония), либо применяют охлаждение футерованной печи (фирма «Outokumpu», Финляндия).
Производительность барабанных печей — до 10 т/час (чаще 1-5 т/час).
В России для широкого практического применения предложена технология «Пироксэл» (разработана АО «ВНИИЭТО»), испытанная на опытной установке в Москве и названная пиролизно-металлургической переработкой.
Технология «Пироксэл» предполагает трехстадийную термическую обработку отходов:
- сушка (до содержания влаги 20%);
- сжигание (либо пиролиз+сжигание) при температуре 900°С;
- электрошлаковая обработка остатков сжигания при 1400- 1500°С.
Первые две стадии осуществляются во вращающихся барабанах (рис. 5.128). В зону сушки подаются горячие дымовые газы после реа- гентной очистки, а в зону горения — подогретый до 400°С дутьевой воздух. Образующийся шлак и дымовые газы поступают в электроплавильную печь (в данной главе не рассматривается).
1 — загрузочное устройство; 2, 4 — барабанные печи; 3 — промежуточная камера; 5 — электропечь для плавки шпака; 6 — камера дожигания отходящих газов; 7,8 — реагентная очистка газов; 9 —реагентная станция; 10 — котел-утилизатор; 11 — рукавный фильтр; 12 — труба; 13 — дымосос; 14 — подача первичного дутья
Анализируя возможности широкого промышленного применения технологии «Пироксэл», можно отметить, что:
- не обоснована и не доказана правильность системного объединения в одну технологическую линию слоевого сжигания ТБО в барабанных печах и плавки шлаков в электропечи (с точки зрения достижения максимальной эффективности технологии, безаварийности и бесперебойности работы при заданной производительности, получения шлакового расплава заданного качества);
- использование для слоевого сжигания барабанных печей противоречит мировой промышленной практике (как отмечено, для сжигания ТБО эти печи применяют очень редко, главным образом из-за быстрого износа достаточно тонкой внутренней футеровки вследствие сильного абразивного действия компонентов ТБО).
Очевидные недостатки технологии:
- практически полная потеря металлов (выделяемый в электропечи в виде донной фазы металлосодержащий продукт неизвестного состава в форме тонкого скрапа не имеет рынков сбыта);
- отсутствие предварительной сортировки исходных ТБО, в результате все металлы попадают в электропечь, что обусловливает повышенный переход в газовую фазу при 1500°С таких опасных металлов, как цинк, кадмий, ртуть, свинец, олово и др.;
- высокие эксплуатационные расходы.
Барабанные вращающиеся печи не могут заменить традиционные печи с переталкивающими решетками. Технология «Пироксэл», по существу, представляет собой случайную комбинацию слоевого сжигания ТБО в барабанных печах и переплавки шлаков в электропечи и для термической переработки малопригодна.
В практике мусоросжигания барабанные печи ранее использовали в качестве дожигательных барабанов после колосниковых решеток (такие барабаны используются более чем на 70 заводах по сжиганию ТБО). В частности, дожигательный барабан был установлен на Спецзаводе № 3 (Москва), введенном в эксплуатацию в 1984 г. (технологическое оборудование для четырех параллельных линий поставлено фирмой «Volund», Дания; в 2005 году завод демонтирован).
Вращающаяся барабанная печь установлена за каскадом наклонно-переталкивающих колосниковых решеток и предназначена для дожигания несгоревшей части ТБО (рис. 5.129). Наличие барабанной печи способствует также дроблению образующегося при сжигании ТБО шлака. Шлак из барабанной печи с помощью системы шлакоудаления подается на пластинчатый конвейер и направляется в шлаковое отделение.
Практика применения барабанных печей в качестве дожигательных барабанов на мусоросжигательных заводах считается устаревшей, и подобная технология не закладывается в проекты новых заводов.
1 — приемное отделение, 2 — приемный бункер, 3 — топка с переталкивающими решетками, 4 — барабанная печь (дожигание ТБО), 5 — котел-утилизатор, б — электрофильтр
Экология СПРАВОЧНИК
Информация
Оборудование для сжигания твердых 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 печи, изображенной на рис. 4.10. Это двухкамерная печь с перевальной стенкой; в первой камере осуществляется сжигание твердых отходов в слое на неподвижной колосниковой решетке, во второй — 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 оборудована горелкой для сжигания дополнительного топлива. Агрегатная нагрузка печи — до 100 кг/ч.[ . ]
На рис. 4.11 представлена схема печи с неподвижной ступенчатой колосниковой решеткой для сжигания твердых отходов. Отходы из бункера / через шахту 2 попадают на наклонную или ступенчатую колосниковую решетку 8. Слой отходов 9 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.[ . ]
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. 4.13 представлена схема топки с на-клонно-переталкивающей колосниковой решеткой для сжигания обезвоженных осадков. Содержание в отходах компонентов в пластическом состоянии и легкоплавких минеральных веществ приводит к замазыванию и зашлаковыванию колосников.[ . ]
Барабанные вращающиеся печи широко применяют за рубежом для огневого обезвреживания твердых отходов и обезвоженных осадков сточных вод.[ . ]
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.[ . ]
На рис. 4.14 приведена схема установки с барабанной печью для сжигания твердых отходов химических производств, разработанная Ро-стовским-на-Дону институтом Гос-пластпроект.[ . ]
При обезвреживании донного осадка нефтяных шламов печь показала удовлетворительные результаты. Донный осадок из шламона-копителей 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 мин1, 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 Si02 (около 78 %), 12 % А1203, 9 % СаО.[ . ]
В Сибирском филиале НПО «Тех-энергохимпром» разработаны вращающиеся барабанные печи для сжигания твердых отходов с агрегатной нагрузкой от 200 до 4000 кг/ч, оснащенные вихревыми дожигателями. 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.[ . ]