Термические методы переработки твердых бытовых отходов. Состав и очисткаотходящих газов мусоросжигательных заводов

Термические методы переработки твердых бытовых отходов. При создании мусоросжигательных заводов, используют различные технологии термического обезвреживания ТБО. Они имеют различные критерии и параметры, которые влияют как на эффективность термической утилизации ТБО, так и на получаемые от такой утилизации отходы. В последнем случае очень важна очистка от отходов термического обезвреживания ТБО, в том числе и очистка дымовых газов.

Так же существует технология пиролиза ТБО, которую нужно рассмотреть отдельно. Все термические методы переработки отходов являются экологически безопасными при использовании современных методов газоочистки. Количество и состав дымовых газов, образующихся при термической обработке ТБО, зависят от состава отходов и режима процесса.

Слоевое сжигание представляет собой подачу горячих воздушных потоков на слой отходов, загруженный на колосниковую решётку. При этом различают несколько разновидностей слоевого сжигания:

1. С неподвижной колосниковой решёткой;

2. Сжигание с неподвижным слоем отходов;

3. С подвижной и неподвижной цепной решёткой.

При таком способе термическом обезвреживании ТБО требуется довольно сложная система газоочистки, которая будет включать в себя оборудование для нейтрализации и очистки дымовых газов от большинства токсичных и опасных загрязняющих веществ [35].

При использовании технологии кипящего слоя, отходы предварительно разделяют на гомогенные фракции, а затем сжигают в специальных камерах в присутствии песка, доломитовой крошки или другого абсорбента, который обладает высокой теплопроводимостью. В процессе горения частицы слоя под действием струй воздуха начинают активно перемещаться, так что это поведение напоминает поведение жидкости и так же подчинятся законам гидростатики. Этот способ позволяет снизить эмиссию токсичных веществ при сгорании [35].

Технология шлакового расплава заключается в использовании шлаковых отходов, как своеобразное топливо. В котел с ТБО загружается определенная часть шлаковых отходов. Шлаковые отходы нагревается за счет горелок котла. Из-за того, что шлаковые отходы нагреваются быстрее, то через некоторое количество времени они превращаются в расплав, который в свою очередь нагревает массу ТБО [35, 36].

Электрошлаковый расплав отличен от предыдущего тем, то, что в нем нагревательным элементом служит электричество, а шлаковые отходы представляют собой электропроводящие вещество [35, 36].

Коксование и сжигание ТБО включает в себя несколько стадий. В первой стадии ТБО нагревается до высокой температуры (порядка 1000° С) без доступа кислорода в котел или печь. В результате происходит процесс коксования, и образуются твердые (кокс) и газообразные продукты, служащие впоследствии топливом. Вторая стадия заключается в сжигании (или более точно – в дожигании) получившихся от процессов коксования продуктов с большими объемами кислорода. Это делается для нейтрализации загрязняющих выбросов при первой стадии сжигания. Таким образом, при выбросе исходящих газов от такой утилизации ТБО, уже часть загрязняющих веществ нейтрализуется еще до стадии газоочистки [37].

Газификация представляет собой использование ТБО в качестве твердого топлива и переработка его в продукт-газ, смолы и шлака. Газификация является термохимическим высокотемпературным процессом взаимодействия органической массы с газифицирующими агентами, в результате чего органические продукты превращаются в горючие газы. ТБО обезвреживаются и перерабатываются за счет поступления в специальный реактор (газификатор) воздуха и водяного пара, а так же при использовании кислорода, диоксида углерода и их смеси. Полученный продукт-газ используется в газотурбинной, паротурбинной или газопоршневой установке для выработки энергии и тепла. Смола используется либо как топливо, либо как химическое сырье. Но особенно важно, что газификация уменьшает затраты на газоочистку, т.к. в получаемых отходах содержится малое количество сернистых соединений и золы. Так же при газификации происходит частичное разложение азотсодержащих органических соединений в бескислородной среде, что дает меньшее количество окислов азота в дымовых газах [36].

Необходимо отдельно рассмотреть технологию пиролиза ТБО. В результате пиролиза образуется пиролизный газ с высокой теплотой сгорания, жидкие продукты и твердый углеродистый остаток. При пиролизе органического вещества происходит не только его распад, но и синтез новых продуктов. Эти стадии процесса взаимосвязаны и протекают одновременно с тем лишь различием, что каждая из них преобладает в определенном интервале температур. Данная технология, по сути, схожа с технологией газификации и коксованием, но в ней присутствует 2 отличия:

1. Пиролиз осуществляется при практически полном отсутствии кислорода;

2. Существуют различные виды пиролиза (низкотемпературный, среднетемпературный, высокотемпературный) при которых происходит разная степень коксования утилизируемых ТБО [45].

Технология пиролиза ТБО на сегодняшний день является одной из самых перспективных в плане экологических аспектов и влияние на состояние окружающей среды. В некоторых случаях, когда необходимо – проводить очистку газовых выбросов (от соединений серы, хлора или фтора, пыли и паров ртути), очищать пиролизный газ, оказывается проще, чем дымовые газы. Все дело в низкой температуре, меньшему объему и более высокой концентрации загрязнителей. Кроме того, сера присутствует в пиролизном газе в восстановленных формах (H₂S, S*), которые намного проще поглотить, чем SO₂. Так же происходит частичное разложение азотсодержащих органических соединений в бескислородной среде, что дает меньшее количество окислов азота в дымовых газах [45].

Состав и очистка отходящих газов мусоросжигательных заводов.

1. Пыль (летучая зола);

2. Тяжелые металлы (ртуть, кадмий, свинец, хром, никель, мышьяк, марганец, кобальт и т.д.);

3. Окислы серы (SO2);

4. Окислы азота (Nох);

5. Окислы углерода (СО);

6. Кислоты (хлористый водород (НС1), фтористый во­дород (НF) и т.д.);

7. Диоксины и фураны (хлорорганические соединения) [55, 56].

С каждым периодом времени (примерно от 1 до 5 лет) химический состав ТБО может изменяться в различных соотношениях. Поэтому за 10 лет (с 2000 г. по 2011 г.) химический состав мог кардинально измениться, что в итоге потребует либо использование других термических технологий, либо улучшение систем газоочистки

Помимо вышеперечисленных продуктов, образующихся при сжигании ТБО, существуют газообразные отходы, которые получаются при очистке дымовых газов. Такие отходы называются продуктами очистки дымовых газов выделяемые при сжигании бытовых отходов.В основном они состоят из продуктов обработки дымовых газов и золы, а в частности из:

1. Хлористый кальций (CaCl2);

2. Сернокислый кальций (CaSO4);

3. Фтористый кальций (CaF2);

4. Избыточная известь (Ca(OH)2);

5. Тяжелые металлы (в зависимости от их природы – в частицах или газообразном состоянии);

6. Летучая зола (небольшие твердые частицы размером 40 мкм (40*10-6 м) увлекаемые газами сгорания)

Газоочистка (очистка исходящих газов) – это комплекс технических, производственных и иных мероприятий направленных на обезвреживание или удаление токсичных, загрязняющих, твердых, жидких и газообразных веществ из исходящих дымовых газов для их последующего выброса в атмосферу или использование в производственных целях.

Следовательно, газоочистка, как отдельный технологический процесс, представляет собой совокупность аппаратов, которая кроме аспекта экологической безопасности призвана обеспечивать решение технологических задач. Без развития техники для газоочистки решение этих проблем невозможно. Охрана воздушной среды от загрязнений промышленными выбросами является важной общечеловеческой задачей, входящей в комплекс глобальных проблем охраны природы и улучшения использования природных ресурсов, а газоочистка – это практическая отрасль экологии и производства. Таким образом, газоочистка – это, по сути, практическая отрасль экологии