ТЕХНОЛОГИИ ОТХОДОВ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СЕРВИСЕ

Раздел: Технологии и производство

Переталкивающие решетки как с прямой, так и с обратной подачей материала представляют собой систему, состоящую из подвижных и неподвижных колосников для перемещения и перемешивания отходов. Колосниковые решетки с прямой подачей (поступательно-переталкивающие решетки) имеют малый угол наклона (6-12,5°) и переталкивают материал в сторону выгрузки шлака (в направлении перемещения материала). Колосниковые решетки с обратной подачей (обратно-переталки- вающие решетки) имеют большой угол наклона (обычно 21-25°) и переталкивают материал (нижний слой отходов) в сторону, противоположную выгрузке шлака и перемещению отходов. При этом часть горящего слоя отходов возвращается к началу решетки, что интенсифицирует процесс горения.

Примеры принципиальной конструкции переталкивающих решеток трех ведущих европейских фирм («Steinmuller», «Noell» и «Martin GMBH»).

Современные переталкивающие колосниковые решетки с прямой подачей материала (см.  ) имеют в длину до 5 секций; каждой секции принадлежит элемент колосниковой решетки и зона подачи первичного воздуха. Каждый элемент решетки состоит из чередующихся подвижных и неподвижных колосников, расположенных внахлестку (подобно черепице на крыше). Подвижные колосники собраны на решетчатой раме (телеге), которая приводится в движение с помощью гидроцилиндра ( 5.113). Максимальный ход шага колосниковой решетки - 350 мм. Колосники изготавливают литьем из высокожаропрочной хромистой стали; в ряде случаев дополнительная механическая обработка колосников не требуется.

На крупных установках решетки компонуются по ширине из двух или трех линий. Для перевала отходов с целью их рыхления предусматриваются одна или две ступени по длине колосниковой решетки (в зависимости от числа секций). Высота рыхлящих перепадов небольшая и не приводит к повышенному выбросу пыли. Торцовые поверхности перепадов решетки охлаждаются.

На современных установках движение каждой секции решетки можно регулировать независимо от других секций (как следствие - оптимальное регулирование толщины слоя отходов и времени их пребывания на решетке) и осуществлять позонное регулирование подачи первичного воздуха в каждую секцию решетки (каждая секция решетки имеет свою собственную зону ввода дутья, что весьма важно для ТБО переменного состава).

В последнее время нашли применение водоохлаждаемые колосниковые элементы, использование которых значительно уменьшает износ покрытия решетки в зоне основного горения и повышает срок ее эксплуатации.

Колосниковые решетки устанавливаются в топке, стенки которой экранированы испарительными поверхностями - рядами труб, по которым циркулируют вода и пар (вода в трубах закипает, когда их обтекают поднимающиеся горячие газы). Ряды труб в определенной степени являются дополнительным изоляционным слоем (наряду с шамотом), что оптимизирует рекуперацию тепла и несколько упрощает запуск оборудования после останова.

Камера сжигания и нижняя часть первого хода котла обмуровываются набивной массой.

Сопла подачи вторичного воздуха располагаются у выхода из камеры сжигания; скорость подачи воздуха обеспечивает тщательное перемешивание и хорошее выгорание вредных газообразных веществ.

В газоходах котлоагрегата последовательно устанавливаются состоящий из стальных труб пароперегреватель (элемент парового котла, повышающий температуру пара сверх температуры насыщения) и экономайзер (теплообменник) для предварительного подогрева питательной воды за счет тепла отходящих газов.

В зависимости от конкретной площадки проектируются котлоагре- гаты вертикального или горизонтального типа ( 5.114). Вертикальные бойлеры более компактны и занимают меньшую площадь.

Конвективные поверхности нагрева располагаются либо в вертикальном ходе (в этом случае для очистки горизонтально расположенных в нем пучков труб устанавливаются обдувочные аппараты, что приводит к увеличению объема отходящих газов), либо в горизонтальном ходе (свободно висящие пучки труб очищаются с помощью ударного механизма).

Продольные разрезы вертикального (1) и горизонтального (2) котла смену в течение 40 минут) приводит к повышенным выбросам диоксинов и фуранов (установлено, что около 20% суточных выбросов диоксинов и фуранов связано именно с операцией обслуживания теплообменников с помощью обдува).

Возможно несколько вариантов технических решений для организации подачи воздуха в топочное пространство. Часто на торцевой поверхности колосников предусматривают специальные отверстия (см.  5.112,2), коническая форма которых предотвращает их забивание тонким материалом при ходе колосника вперед. Иногда в головной части колосников для подачи воздуха предусматривают узкие щели. Эффективно создание в топочном пространстве постоянной воздушной сетки, что достигается, если колосники не собираются в монолитное полотно, а между соседними колосниками предусматриваются отверстия (зазор) размером 1,5-2 мм ( 5.115).

Подача дутьевого воздуха регулируется в зависимости от качества сжигаемого материала. При низкой теплотворной способности отходов пламя растягивается по длине решетки и значительная часть первичного дутья подается в середине и конце колосниковой решетки. Расход воздуха на первичное дутье - 60-70% от общего расхода. Вторичное дутье подается через сопла у входа в первую тягу котла. Взамен вторичного воздуха могут подаваться дымовые газы (особенно при сжигании высококалорийных отходов), при этом газы предварительно очищаются от пыли и имеют температуру около 200°С. Использование отработанных дымовых газов снижает содержание кислорода без превышения концентрации СО и уменьшает количество отходящих газов, подлежащих очистке.

Гибкая система подачи дутьевого воздуха (и частичная рециркуляция дымовых газов) предохраняет стенки топки от перегрева и автоматически перестраивается под качество сжигаемого материала. Автоматическая система регулирования обеспечивает поддержание на заданном уровне количества производимого пара и высоты пламени (факел контролируется при помощи малоинерционных оптических датчиков) по всему сечению колосниковой решетки.

Оригинальная колосниковая решетка системы «Seghers», установленная в топках на нескольких заводах в Нидерландах, Бельгии и Японии, представлена на  5.116 (в последних разработках фирма использует конструкции топок, аналогичные «Steinmuller» и «Noell» - со средним потоком газов).

Поступательно-переталкивающая решетка имеет угол наклона 21°, что более характерно для обратно-переталкивающих решеток. Это объясняется тем, что решетка фирмы «Seghers» состоит из чередующихся подвижных, качающихся и неподвижных колосников (на  5.116, а показано положение колосников в стадии перемещения материала, на  5.116, б - в стадии перемешивания и интенсивной аэрации материала). Подача воздуха осуществляется через отверстия в передней торцевой части колосников (аналогично конструкции «Noell»); использование качающихся колосников, хотя и усложняет конструкцию решетки, интенсифицирует процесс сжигания за счет более интенсивного перемешивания материала и его дополнительной аэрации при подъеме этих колосников в верхнее положение. Применение решеток «Seghers» сводит к минимуму выход недожога. Производительность топок (котельное оборудование фирма не выпускает) - от 1,5 до 25 т/час.

Примером обратно-переталкивающей решетки одной из ведущих фирм-производителей топочной техники для сжигания отходов - фирмы «Martin» (Германия). Эта решетка используется на заводах во Франции, в Австрии, Японии, Китае, США, Великобритании, Германии, России и некоторых других странах.

Решетка системы «Martin» построена по модульному принципу. Ширина одного модуля - от 1,5 до 2,5 м. Вся решетка может быть смонтирована из 7 таких модулей и иметь ширину до 15м.

По длине решетка разделяется на 3-6 секций для подачи дутьевого воздуха.

Первичный воздух подается в топку через узкие щели в головной части колосников. Вторичное дутье осуществляется через переднюю и заднюю стенки топки, причем воздух подается в пространство над слоем горящих отходов. После подачи вторичного воздуха отходящие газы, сжигаемые при температуре 1000-1200°С, остаются в печи более 2 секунд при температуре 850°С, что достаточно для разрушения органических соединений (в том числе опасных) до безвредных и нейтральных.

Горение отходов начинается в начале решетки и стабилизируется при 1000°С во второй ее половине. В конце решетки расположен медленно вращающийся вал, регулирующий высоту слоя сжигаемых отходов и транспортирующий шлак в шлаковую ванну.

Угол наклона обратно-переталкивающей решетки достаточно большой - около 25° в сторону перемещения материала и разгрузки шлака. Каждая секция решетки, приводимая в движение от одного гидроцилиндра, состоит из чередующихся подвижных и неподвижных колосников, изготовленных из жаропрочной хромистой стали, состав которой разработан фирмой «Martin». Боковые поверхности колосников отшлифованы и с помощью специального устройства прижимаются друг к другу, образуя монолитное полотно (узкие щели для подачи первичного воздуха предусмотрены в головной части как подвижных, так и неподвижных колосников). Подвижные колосники оказывают на перемещающийся в сторону разгрузки шлака материал обратно-переталкиваю- щее действие, что позволяет подавать 15-20% горящей массы отходов навстречу движущемуся слою, создавая очаги нижнего зажигания. Срок службы колосников - 5-6 лет.

Различие в форме и -движении отдельных колосников конструкции ведущих мировых фирм наглядно видно из  5.112: поступательно- переталкивающие решетки системы «Steinmuller» и «Noell» по характеру воздействия на перемещаемый материал аналогичны (отходы переталкиваются только вперед, в сторону разгрузки шлака), но отличаются формой колосников, системой распределения воздуха и принципами объединения колосников в решетку; обратно-переталкивающая решетка системы «Martin» отличается, кроме того, характером воздействия на перемещаемый материал (часть отходов возвращается назад, интенсифицируя горение).

При прочих равных условиях большое значение имеет количество и распределение дутьевого воздуха, во многом зависящее от площади живого сечения колосниковых решеток. Наиболее эффективную аэрацию, судя по данным практики, обеспечивают топочные устройства германской фирмы «Steinmuller» с площадью живого сечения решетки 1,5-2,5% (для сравнения: площадь живого сечения решеток германской фирмы «Martin» - 1,2-1,7%, швейцарской фирмы «Von Roll» - 1,5%). Кроме того, в топке системы «Steinmuller» при сжигании ТБО создается постоянная воздушная сетка.

исходные ТБО доставляются мусоровозами в приемное отделение и разгружаются в углубленный бункер прямоугольного сечения, обслуживаемый грейферным краном (обычно устанавливаются два крана). Назначение грейферного крана - подача отходов из бункера в процесс сжигания, удаление так называемых негабаритов (холодильники, матрацы и т.п.) и усреднение отходов (последнее крайне неэффективно, так как исходные ТБО по своему составу и свойствам малопригодны для усреднения).

Независимо от типа устанавливаемой в топке решетки ТБО из бункера подаются с помощью крана в загрузочную воронку ( 5.118), которая отделяет камеру сгорания от окружающей среды (образуется своеобразный затвор из под прессованных отходов, препятствующий неорганизованному поступлению воздуха в топку).

На приемной воронке предусматривается запорное устройство ( 5.119) - заслонка, которая автоматически закрывается в случае аварии, выполняя функцию защитного приспособления.

Из приемной воронки ТБО подаются в топку на колосниковую решетку обычно с помощью гидравлического толкателя ( 5.120). Температура сжигания отходов - 850-1000°С.

В конце колосниковой решетки шлак через охлаждаемую водой шахту попадает в гидрошлакоуцалитель с толкагельным устройством ( 5.121).

Под колосниковой решеткой (по всей ее длине) устанавливается скребковое устройство для сбора просыпи между колосниками ( 5.122). Водяной затвор в золоудалителе предотвращает неорганизованное поступление воздуха в топку и отделяет воронки для нижнего дутья друг от друга. При утилизации тепла отходящих газов на мусоросжигательных заводах возможно получение как электрической, так и тепловой энергии. Паропроизводительность парогенераторов мусоросжигательных установок в 3-4 раза ниже по сравнению с энергетическими установками, работающими на ископаемом топливе (как следствие относительно низкой теплотворной способности отходов).

При сжигании отходов с теплотворной способностью менее 2000 ккал/кг требуется подача дополнительного тепла (дополнительный расход природного газа). Области стабильной работы печи (автогенный процесс) соответствует теплотворная способность отходов в пределах 2000-3100 ккал/кг. При неизменной вырабатываемой тепловой мощности повышение теплотворной способности приводит к снижению производительности установки по ТБО. Оптимальной представляется теплотворная способность отходов - 2800 ккал/кг (величина, характерная для отсортированной горючей фракции ТБО) - в этом случае максимально вырабатываемой тепловой мощности соответствует максимальная производительность по количеству сжигаемых отходов. В случае пониженной теплотворной способности сжигаемых отходов уменьшается производство пара (увеличение потока отходов приведет к увеличению недожога).

На современных заводах используется эффективная автоматическая система регулирования процесса сжигания на основе инфракрасной термографии, обеспечивающая оптимальное его протекание даже при заметных колебаниях состава отходов (в известных пределах). Стабилизация процесса сжигания снижает выбросы газообразных веществ. Состояние процесса горения определяется путем измерения температуры слоя отходов с помощью инфракрасного датчика, установленного на потолке топки ( 5.124) По информации, полученной от датчика, рассчитываются два параметра - позиция огня на решетке и длина факела (растяжение по длине); регулируется также количество производимого пара. По этим параметрам регулируется подача дутьевого воздуха, позиция и форма огня.