3. Технология процесса мусоросжигания на примере МСЗ №4

Мусоросжигательный завод №4 является коммунально-экологическим производством по переработке и термическому обезвреживанию (сжиганию) твердых бытовых отходов жизнедеятельности населения города Москвы и коммерческих отходов торгового и гостиничного сектора города Москвы. [19]

Завод расположен в производственной зоне «Руднево» и включает в себя комплекс различных основных и вспомогательных производств, взаимосвязанных по технологической схеме.

Проектная мощность завода составляет:

ь По переработке отходов 275 тыс. тонн за год,

ь По термическому обезвреживанию 235 тыс. тонн за год.

В процессе переработки отходов из них для последующей утилизации осуществляется отбор наиболее ценных компонентов:

ь картона и бумаги,

ь тканевых материалов,

ь стекла,

ь черных металлов,

а также хлорсодержащих пластмасс, исключение которых из процесса сжигания позволяет значительно снизить нагрузки на газоочистное оборудование.

В результате эксплуатации мусоросжигательного завода №4 ГУП «Экотехпром» в промзоне «Руднево» образуются отходы в виде смеси котла-утилизатора (52,6%), циклонов (26,4%), абсорбера (4,6%), а также летучей золы (золы уноса) или золы рукавного фильтра (16,4%).

Зола как вторичный токсичный отход, относящийся к 3 классу (смесь золы котла-утилизатора, циклонов, абсорбера и золы рукавного фильтра) опасности, подлежит вывозу на полигоны захоронения отходов с соблюдением соответствующих требований безопасности.

Завод построен с использованием современных и отработанных зарубежных и отечественных технологий в области термического обезвреживания отходов и утилизации образующейся теплоэнергии. Технологическое оборудование для сжигания отходов и очистки дымовых газов полностью изготовлено в Германии. Оборудование для утилизации вырабатываемого пара, производства электрической и тепловой энергии, а также все вспомогательное оборудование произведено в РФ.

На заводе установлены три технологические линии по сжиганию отходов с производительностью по 13,5 тонн/час каждая. Сжигание предварительно подготовленных отходов производится в печах с вихревым кипящим слоем инертного материала.

Сжигание бытовых отходов с вихревым кипящим слоем позволяет:

- исключить механические устройства в зоне сжигания отходов;

- обезвреживать отходы в широком диапазоне изменения их влажности и зольность;

- достигать высокие удельные тепловые нагрузки при равномерном распределении температур в кипящем слое;

- обеспечивать пониженное содержание оксидов азота в дымовых газах.

Технологическим регламентом завода предусматриваются следующие операции:

· прием ТБО;

· подготовка ТБО;

· термическая обработка ТБО;

· газоочистка;

· утилизация тепла;

· подготовка и подача аддитивов;

· переработка образующихся твердых остатков (шлака, золы).

Схема технологического процесса представлена в приложении №1.

Прием ТБО.

Поступающие на завод отходы взвешиваются на участке подвоза (2 линии с производительностью 25 машин в час). Основная нагрузка на весовую приходится на промежуток времени 8:30-13:30 (первый рейс мусоровозов). В весовой установлены приборы для контроля радиоактивности. Для обеспечения равномерной разгрузки мусоровозного транспорта в приемном отделение предусмотрено 8 постов разгрузки. Мусоровоз выгружается непосредственно на ленту питателя (4 поста) участка подготовки ТБО, либо в промежуточный бункер объемом 1000 м? (4 поста), и краном подаются в четыре приемные воронки системы подготовки ТБО.

Подготовка ТБО.

Участок подготовки ТБО состоит из 4 линий производительностью 25 т ТБО/ч каждая. Работа осуществляется в одну смену (12 часов, 305 суток в году).

ТБО принимается на ленту питателя типа 2-24-90Б электростальского завода тяжелого машиностроения (ширина ленты - 2,4 м, длина - 9 м, угол наклона - 150, скорость ленты 0,06-0,17 м/с) укомплектованного поперечной балкой, регулирующей выходящий слой. Над лентой питателя размещены 2 крана грузоподъемностью 5 тонн для обслуживания питателя и извлечения с ленты крупногабаритных (более 1 м) предметов. Крупногабаритные предметы складируются в бункеры и вывозятся.

С питателя ТБО поступает на наклонный ленточный конвейер. На наклонной конвейерной ленте (ширина - 1600 мм, скорость, регулируемая около 0,2 м/с) поступающие на завод ТБО (250 тыс. тонн в год) проходят стадию ручной сортировки. Толщина слоя отходов на ленте транспортера составляет 100 - 400 мм, что не позволяет обеспечить высокую степень извлечения целевых фракций. Количество извлекаемых из ТБО утилизируемых компонентов (бумага, картон, текстиль, стекло, полимеры), а также балласта и мешающих компонентов (камни, керамика, строительный мусор, хлорсодержащие полимеры) оценивается в 117 т/сут. (14,3% от исходных ТБО). Ценные фракции прессуются с формированием обвязных тюков (2 пресса для легких фракций). Каждый пресс оснащен счетчиком обвязных тюков. Вес выделенных фракций регистрируется лишь в момент их отгрузки потребителю или на захоронение. Планируется строительство цеха переработки утилизируемых фракций.

Остальные отходы проходят грохочение (4 барабанных грохота - 7,3 м, диаметр - 2,5 м, ячейки 250 мм, скорость вращения - 15 об/мин, паспортная производительность - 20 т/ч), после чего подрешетный продукт (60,8%) проходит магнитную сепарацию с отделением черного металла (0,9%), а надрешетный продукт подвергается дроблению (роторные ножницы из двух валов с фрезерами фирмы Линдеман, производительностью 30 - 40 т/ч) и повторному грохочению (250 мм). Надрешетный продукт (2,3%) проходит повторное дробление, после чего соединяется с подрешетным продуктом первого и второго грохочения. Из общего потока (84,8% исходных ТБО) отделяется черный (1,2%) и цветной металл (0,3%). Выделенный металл прессуется (пресс для металла Азовского ПО «Донпрессмаш», усилие прессования 90-100 тс, время цикла пакетирования 1,5 мин, размер тюка 400*320*320 мм). Остаток сортировки (683 т/сут, 83,3% массы исходных ТБО) направляется в основной бункер, из которого происходит загрузка топок ROWITEC.

Термическая обработка.

Сжигание отходов осуществляется в топке ROWITEC, которая разделена на зону вихревого кипящего слоя и зону дожигания (надслоевое пространство). Зона вихревого кипящего слоя формируется разделенной на две половины колпачковой сопловой решеткой с 36 напорными камерами для подачи первичного воздуха:

1) Динамическая зона в центре включает в себя 12 напорных камер. Предварительная установка расхода возможна в каждой группе камер с помощью установленных вручную заслонок с жесткой фиксацией.

2) Зоны завихрения с обеих сторон динамической зоны включают в себя по 6 напорных камер, воздушные потоки которых также регулируются при помощи заслонок с жесткой фиксацией.

3) Зоны выгрузки негорючих материалов снаружи обеих сторон завихрения и в нижней наклонной части распределительного коллектора включают в себя по 6 напорных камер. Расход воздуха контролируется с помощью заслонок.

Расход первичного воздуха (подается из помещения приемного бункера) в первые две зоны устанавливается на уровне, обеспечивающем эффект стабильного вихревого кипящего слоя. Расход воздуха устанавливается в зависимости от нагрузки. Дроссельные заслонки установлены вручную в зонах 1 и 2 таким образом, что в зону 2 постоянно в определенном соотношении подается больше воздуха, чем в зону 1.

В надслоевое пространство вводится вторичный воздух (подается из помещения приемного бункера), расход которого определяется заданной концентрацией кислорода в домовых газах.

Воздухозаборные отверстия расположены справа и слева над бункером ТБО, каждое из которых снабжено всасывающим фильтром и шумоглушителем. Всасывающие фильтры регулируются с помощью регулятора перепада давления.

Воздух, поступающий в зону 1 и 2, в случае необходимости нагревается при помощи пароподогревателя.

Температурный режим для топки ROWITEC : температура в слое - около 650° С, в надслоевом пространстве и на выходе дымовых газов из топки - около 950° С. Газы выдерживаются при этой температуре не менее 2 секунд за счет длинного газохода.

Для снижения температуры в сжигательном устройстве и содержания существует возможность рециркуляции дымового газа в нижний ярус распределения вторичного воздуха в сжигательном устройстве.

Система удаление шлака, подпитка песком.

Для направления золы из топочного устройства в зону выгрузки используется воздух, подаваемый в зону выгрузки через 12 напорных камер, расположенных снаружи обеих зон завихрения. Выгрузка золы осуществляется поочередно двумя разгрузочными водоохлаждаемыми шнеками. Температура золы на входе в шнек составляет 600-650° С. Смесь песка и золы слоя подается шнеком (скорость вращения шнеков 2,3-23,3 об /мин.) на один из двух двухдечных виброгрохотов фирмы Mogensen (максимальная температура материала - 500°С, максимальный размер фракций на входе - 300 мм, на деках колосников установлена ситовая ткань с квадратным переплетением). Частицы более 1,6 мм направляют транспортером на участок переработки шлака, а мелкие, шнековым транспортером, а затем ковшовым элеватором (длина цепи 29,75 м), направляют в перепускную емкость (объем 5 м³, максимальная температура материала 500°С). Туда же по мере необходимости добавляют свежий песок из силоса песка (объем 7,5м³), куда он поступает с помощью пневмотранспорта из участка подготовки аддитивов. Выгрузка перепускной емкости в топку управляется уровнемерами минимального и максимального уровня. При достижении максимального уровня слоя открывается клапан выгрузки, который закрывается после разгрузки емкости до минимального уровня. Предусмотрено, что в случае превышения перепада давления в слое выше 140 мбар, содержимое перепускной емкости направляется непосредственно на конвейер силоса золы кипящего слоя.

Расход песка оценивается в 340 кг/ч (при сжигании 24 т/ч ТБО) или 10,18 кг/т ТБО. Регулируемым параметром, определяющим подачу песка в топку, является высота слоя в топке, определяемая по перепаду давления. Регистрация количества песка, загружаемого в перепускную емкость, не предусмотрена. Оценить средний расход песка возможно лишь по времени расходования партии, загруженной в силос песка.

Для формирования кипящего слоя, по данным ТЭО, необходима единовременная загрузка 40 т песка. Фактическое количество загружаемого в топку песка составило величину порядка 90-95 т.

Утилизация тепла в котле-утилизаторе

За каждым сжигательным устройством установлено по котлу утилизатору. Дымовые газы сжигательного устройства направляются к котлу по обмурованному газоходу круглого сечения (диаметр - 4050 мм). На выходе дымовых газов сжигательного устройства и на входе в котел установлены компенсаторы. После выхода из сжигательного устройства газоход расположен наклонно вверх и, в последней части, вниз в направлении входа в котел, что предотвращает значительное отложение пыли. В высшей точке газохода находится заслонка с противовесом для сброса избыточного давления из сжигательного устройства.

Котёл-утилизатор барабанный с Г-образной горизонтальной компоновкой, с естественной циркуляцией, имеет две ступени экомайзера и две ступени пароперегревателя.

Подготовка известкового молока

Подготовка известкового молока осуществляется централизовано для трех линий в двух емкостях, где происходит смешивание гидроксида кальция с водой. Заданная концентрация (15%) обеспечивается дозированием гидроксида кальция в заполненной водой смеситель до заданной плотности известкового молока. Гидроксид кальция из силоса, объемом 200 м3, барабанным дозатором через шнековый транспортер подается в одну из емкостей приготовления известкового молока. Силос гидроксида кальция периодически подается из бункера, расположенного на участке подготовки аддитивов.

Выработка электроэнергии

Дымовые газы на выходе из топки, имея температуру около 900°С, направляются в котел утилизатор, вырабатывающий за счет отбора тепла газов пар, давлением 1,6МПа, температурой310°С.

Выработанный котлами пар используется частично для получения электроэнергии, в том числе для собственных нужд завода, а частично отбирается для покрытия нужд завода в тепле.

Для сглаживания возможных колебаний паропроизводительности котлов-утилизаторов и параметров пара установлены два паровых котла ПО «Белэнергомаш» БЭМ-25/1,6-310Г.

Цех переработки золовых отходов.

В составе золы, присутствуют (подвижные) водорастворимые формы токсичных металлов, а также мышьяка и селена, которые при утилизации являются чрезвычайно опасными источниками вторичного приземного атмосферного воздуха, почвы, поверхностных и грунтовых вод.

Существует несколько способов обезвреживания золовых отходов.

· Стеклование в электродуговых печах .

· Капсулирование с использованием различных марок цемента

· Метод применения гумино-минерального концентрата (ГМК)

Для реализации на МСЗ№4 принят метод обезвреживания золы гумино-минеральным концентратом (ГМК) с последующим получением технологического грунта. Данный метод экологически безопасен, а применяемый гумино-минеральный концентрат, изготавливаемый из природных продуктов, не вступает в конфликт с окружающей средой.

Технология обезвреживания золоотходов путем применения ГМК разработано и освоено ООО «ЭФАТ».

Применение гуминовых кислот в форме модифицированного гумино-минерального концентрата обеспечивает эффективную детоксикацию золовых отходов за счет связывания тяжелых металлов, а именно образование таких соединений гуминовых кислот с тяжелыми металлами, подвижность которых в природных объектах существенно ограничена. Кроме этого гуминовые кислоты ускоряют протекание биогеохимических процессов, в результате которых нейтрализуется и обезвреживается большое количество органических и неорганических экотоксикантов.

Рекомендуется производить смешивание смеси зол котла-утилизатора, циклона, абсорбера и рукавного фильтра, при этом оптимальная доза ГМК составляет до 30% от массы смеси зол, а объем воды 70% от массы ГМК. В пересчете на техногенный грунт оптимальная масса смеси зол составляет 66%, масса ГМК до 20% и масса воды - 14%.