Утилизация отходов термическими способами

Термические методы переработки отходов

Методы термической переработки твердых отходов основаны на гетерогенных процессах в системе твердое — газ, твердое — жид­кость — газ и многофазных, осуществляемых при повышенных и вы­соких температурах.

Сушкапредставляет собой процесс удаления влаги из твердого или пастообразного влажного материала путем испарения содержа­щейся в нем жидкости за счет подведенной к материалу теплоты и от­вода образующихся паров. Это термический процесс, требующий значительных затрат теплоты.

Сушку широко применяют в химической, химико-фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Относительно широкое распространение сушка получила в области обработки осад­ка городских сточных вод (барабанные сушилки, сушка во встречных струях). Процессы термического удаления той части влаги, которую невозможно удалить механическим путем, могут также применяться при обработке промышленных отходов, которые необходимо подго­товить к транспортированию и дальнейшей переработке (например, гальванические шламы), а также при обработке некоторых отходов химической, пищевой и других отраслей промышленности.

Сушка— процесс тепломассообменный. Удаление влаги с по­верхности тесно связано с продвижением ее изнутри к поверхности. Схема перемещения влаги из твердой фазы может быть представлена следующим образом. В начальный момент времени концентрация распределяемого вещества (влаги) постоянна во всем объеме. По­верхность омывает поток воспринимающей фазы (воздух), и концен­трация растворяемого вещества в ядре омывающей фазы постоянна в течение процесса.

Сушка в технике осуществляется следующими способами: кон­тактная сушка — нагрев влажных материалов теплоносителем через твердую непроницаемую перегородку; конвективная (газовая) суш­ка — нагрев влажных материалов путем непосредственного контакта с газовым теплоносителем; радиационная — нагрев инфракрасными лучами; диэлектрическая — нагрев СВЧ-полем.

Способ сушки выбирают на основе технологических требований к высушиваемому продукту и с учетом технико-экономических пока­зателей.

Пиролиз. При утилизации и переработке твердых отходов исполь­зуют различные способы термохимической обработки исходных твердых материалов и полученных продуктов: это различные приемы пиролиза, переплава, обжига и огневого обезвреживания (сжигания) многих видов твердых отходов на органической основе.

Пиролиз представляет собой процесс разложения органических соединений под действием высоких температур при отсутствии или недостатке кислорода без доступа воздуха, сопровождаемое глубоки­ми деструктивными химическими превращениями компонентов от­ходов. Пиролиз одного и того же вида сырья может проводиться при различных температурах. Химические превращения при пироли­зе — это в основном расщепление крупных молекул и вторичное пре­вращение продуктов расщепления — полимеризация, конденсация, деалкилирование, ароматизация и др.

Пиролиз характеризуется протеканием реакций взаимодействия и уплотнения остаточных фрагментов исходных молекул, в резуль­тате чего происходит расщепление органической массы, рекомбина­ция продуктов расщепления с получением термодинамически ста­бильных веществ: твердого остатка, смолы, газа. Применяя термин «пиролиз» к термическому преобразованию органического материа­ла, подразумевают не только его распад, но и синтез новых продуктов. Эти стадии процесса взаимно связаны и протекают одновременно с тем лишь различием, что каждая из них преобладает в определенном интервале температуры или времени.

В зависимости от вида и степени превращения отходов пиролиз можно проводить в различных интервалах температур. Низкотемпе­ратурный пиролиз (полукоксование) осуществляют при нагреве от­ходов до конечной температуры 500. 580 °С, а высокотемпературный пиролиз (коксование) — при нагревании до 900. 1050 °С.

Непосредственные продукты низкотемпературного пиролиза — слабо спекшийся твердый продукт, смола и газы, высокотемператур­ного пиролиза — твердый остаток и летучие вещества.

С санитарной точки зрения процесс пиролиза обладает лучшими показателями по сравнению со сжиганием. Количество отходящих газов, подвергаемых очистке, намного меньше, чем при сжигании от­ходов. Объем твердого остатка, получаемого по схеме высокотемпе­ратурного пиролиза, может быть значительно уменьшен. Твердый ос­таток можно использовать в промышленности (сажа, активирован­ный уголь и др.). Таким образом, некоторые схемы пиролиза отходов могут быть безотходными.

Высокотемпературный пиролиз по сравнению с другими метода­ми имеет ряд преимуществ:

при нем происходит более интенсивное преобразование исходно­го продукта;

скорость реакций возрастает с экспоненциальным увеличением температуры, в то время как тепловые потери возрастают линейно; увеличивается время теплового воздействия на отходы; происходит более полный выход летучих продуктов; сокращается количество остатка после окончания процесса. Следует отличать пиролиз от близкого к нему процесса газифика­ции.

Газификация — термохимический высокотемпературный процесс взаимодействия органической массы или продуктов ее термической переработки с газифицирующими агентами, в результате чего орга­ническая часть или продукты ее термической переработки обраща­ются в горючие газы путем частичного окисления. В качестве газифи­цирующих агентов применяют воздух, кислород, водяной пар, диок­сид углерода, а также их смеси. В зависимости от состава отходов, природы окислителя, температуры и давления газы, полученные в результате газификации, различны по составу. Скорость газифика­ции зависит от свойств твердых отходов, размера их частиц, темпера­туры, газифицирующего реагента. Чем меньше размеры частиц отхо­дов, тем выше скорость газификации, так как при этом увеличивается поверхность контакта отходов с окислителем.

Процессы пиролизаотходов получили большее распространение, чем газификация. Пиролизу подвергаются твердые бытовые и близ­кие к ним по составу промышленные отходы, отходы пластмасс, ре­зины (в том числе автомобильные покрышки), другие органические отходы.

Окускование отходов. Укрупнение мелкодисперсных частиц вто­ричных материальных ресурсов имеет как самостоятельное, так и вспомогательное значение и объединяет различные приемы гранули­рования, таблетирования, брикетирования и высокотемпературной агломерации. Его используют при переработке в строительные мате­риалы ряда компонентов отвальных пород добычи полезных иско­паемых, хвостов обогащения углей и золы, в процессах утилизации фосфогипса, при подготовке к переплаву мелкокусковых и дисперс­ных отходов черных и цветных металлов, в процессах утилизации пластмасс, сажи, пылей и древесной мелочи, при обработке шлако­вых расплавов в металлургических производствах и в других процес­сах переработки вторичных материальных ресурсов.

Различают высокотемпературные (агломерация, обжиг окаты­шей) и низкотемпературные (без обжига) методы окускования.

Агломерация состоит в том, что мелкие зерна шихты нагревают до температуры, при которой они размягчаются и частично плавятся. При этом зерна слипаются, последующее быстрое охлаждение приво­дит к их кристаллизации и образованию пористого, но довольно прочного кускового продукта, пригодного для металлургического пе­редела.

Обжиг окатышей проводят при окусковании железорудных мел­кодисперсных концентратов с размером частиц менее 100 мкм. Мате­риалы такой крупности хорошо окомковываются, особенно при вве­дении в шихту 0,5. 2,0% пластичной связующей добавки — бентони­та (особого сорта высококачественной глины). С целью получения офлюсованных окатышей в шихту вводят также необходимое количе­ство известняка.

Высокотемпературная агломерация используется при переработке пылей, окалины, шламов в металлургических производствах, пиритных огарков и других дисперсных железосодержащих отходов. Для проведения агломерации на основе таких вторичных материальных ресурсов (BMP) приготовляют шихту, включающую твердое топливо (коксовая мелочь6. 7 % по массе) и другие компоненты (концентрат, руда, флюсы). Усредненную и увлажненную до 6. 8 % шихту разме­щают в виде слоя определенной высоты, обеспечивающей оптималь­ную газопроницаемость шихты, на расположенные на решетках дви­жущихся обжиговых тележек (палет) агломерационной машины слои возвратного агломерата крупностью 12. 18 мм, предотвращающие спекание шихты с материалом тележек и прогар решеток. Воспламе­нение и нагрев шихты обеспечивают просасыванием через ее слой продуктов сжигания газообразного или жидкого топлива и воздуха. Процесс спекания минеральных компонентов шихты идет при горе­нии ее твердого топлива (1100. 1600 °С).

Гранулирование — большая группа процессов формирования агре­гатов шарообразной или (реже) цилиндрической формы из порошков, паст, расплавов или растворов перерабатываемых материалов. Эти процессы основаны на различных приемах обработки материалов.

Брикетирование находит широкое применение в практике утили­зации твердых отходов в качестве подготовительных (с целью прида­ния отходам компактности, обеспечивающей лучшие условия транс­портирования, хранения, а часто и саму возможность переработки) и самостоятельных (изготовление товарных продуктов) операций.

Сжигание твердых отходов. Как правило, по сравнению с углем твердые бытовые отходы содержат большее количество золы, кисло­рода, влаги, металлов и хлора, а теплота сгорания, содержание серы, углерода и водорода у отходов меньше. Максимальная теплота сгора­ния отходов 1560. 3500 ккал/кг. Массовая доля компонентов в отхо­дах составляет, %: влага 8. 40; летучие вещества 37. 65; связанный уг­лерод 0,6. 15; зольность 11. 39; хлор 0,01. 0,41; сера 0,06. 0,28; ме­таллы 0,01. 6,6.

Наиболее важные элементы, содержащиеся в твердых бытовых отходах и подлежащие сжиганию, — это углерод, водород, а также сера, хлор и азот. В результате эффективного сжигания углерод, со­держащийся в отходах, переходит в диоксид углерода, а водород — в воду. Сера превращается в оксиды серы (преимущественно в S0₂), некоторое количество азота в оксиды азота, а хлорорганические ве­щества переходят в хлористый водород.

Весь процесс в горящем слое отходов можно условно разделить на три основных периода (стадии): подготовка отходов к горению, соб­ственно горение (окислительная и восстановительная зоны), дожига­ние горючих и очаговых остатков.

Источник

Утилизация отходов термическими способами

ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК ПО НАИЛУЧШИМ ДОСТУПНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ

ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ ОТХОДОВ ТЕРМИЧЕСКИМ СПОСОБОМ (СЖИГАНИЕ ОТХОДОВ)

Neutralization waste thermal processes (waste incineration)

Дата введения 2016-07-01

Настоящий справочник НДТ разделен на 7 разделов, содержащих информацию об уровне технического и технологического развития сферы обезвреживания отходов термическим способом, применяемых наилучших доступных технологиях (НДТ) и различных аспектах их применения, а также перспективных наилучших доступных технологиях. В приложении к справочнику НДТ в дополнение к ПНСТ 22-2014 «Наилучшие доступные технологии. Термины и определения» приводятся основные специализированные термины и определения, используемые при описании сферы обезвреживания отходов термическим способом.

В разделе 1 дана общая информация о сфере обезвреживания отходов термическим способом: на основании предоставленных предприятиями анкет приведены обобщенные данные о технологиях и оборудовании, применяемых на предприятиях различных отраслей экономики Российской Федерации для термического обезвреживания отходов, содержащих в своем составе органические вещества, с целью снижения уровня их опасности и (или) уменьшения их массы, их географическом расположении, приводится краткий обзор экологических аспектов и связанных с ними основных экологических проблем в рассматриваемой сфере деятельности.

В разделе 2 приводится описание технологий и технологических процессов, используемых в настоящее время в сфере обезвреживания отходов термическим способом как в Российской Федерации, так и за рубежом, их основных эколого-энерготехнологических параметров, основных типов существующих реакторов, их преимуществ и недостатков.

В разделе 3 технологии термического обезвреживания отходов рассмотрены с точки зрения их воздействия на окружающую среду, приводятся показатели оценки технологий, в том числе маркерные загрязняющие вещества в выбросах в атмосферу, и текущие уровни эмиссии в окружающую среду.

В разделе 4 приводится общая методология определения технологии термического обезвреживания отходов в качестве наилучшей доступной технологии, в том числе с использованием методов, позволяющих пошагово рассмотреть несколько технологий и выбрать наилучшую доступную технологию.

В разделе 5 приводятся общие технологические схемы на основе наиболее распространенных методов термического обезвреживания отходов — сжигания, пиролиза, газификации; перечень НДТ с описанием основного технологического оборудования, вариантов технологических процессов, технических аспектов; технологические показатели НДТ.

В разделе 6 рассмотрены экономические аспекты реализации НДТ, приводятся экономические показатели, характеризующие НДТ, — капитальные и эксплуатационные затраты, рассмотрена их структура, способы получения и обработки информации экономического характера, оценки затрат и получаемых выгод.

В разделе 7 рассмотрены новейшие технологии, отвечающие требованиям НДТ, которые находятся на стадии научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ или опытно-промышленного внедрения, представлены их перспективные преимущества и существующие проблемы для внедрения.

1 Статус документа

Настоящий информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям (далее — справочник НДТ) является документом по стандартизации.

2 Информация о разработчиках

Справочник НДТ разработан технической рабочей группой N 9 «Обезвреживание отходов термическим способом (сжигание отходов)» (ТРГ-9), созданной приказом Росстандарта от 17 июля 2015 г. N 836 (ред. от 18.11.2015 г.).

Дополнительная информация о разработчиках приведена в разделе «Заключительные положения и рекомендации».

Справочник НДТ представлен на утверждение Бюро наилучших доступных технологий (далее — Бюро НДТ) (www.burondt.ru).

3 Краткая характеристика

Справочник НДТ содержит описание применяемых в сфере обезвреживания отходов термическим способом технологических процессов, оборудования, технических способов, методов, в том числе позволяющих снизить негативное воздействие на окружающую среду, водопотребление, повысить энергоэффективность, ресурсосбережение. Из описанных технологических процессов, оборудования, технических способов, методов определены решения, являющиеся наилучшими доступными технологиями. Для НДТ в справочнике НДТ установлены соответствующие технологические показатели.

4 Взаимосвязь с международными, региональными аналогами

Справочник НДТ разработан с учетом следующих справочников Европейского союза по наилучшим доступным технологиям:

— справочник ЕС по наилучшим доступным технологиям «Европейская комиссия. Комплексное предупреждение и контроль загрязнений. Справочное руководство по наилучшим доступным технологиям. Сжигание отходов. Август 2006 г.» (European Commission. Integrated Pollution Prevention and Control. Reference Document on Best Available Techniques for the Waste Incineration. August 2006);

— справочник EC по наилучшим доступным технологиям «Европейская комиссия. Комплексное предупреждение и контроль загрязнений. Справочное руководство по наилучшим доступным технологиям. Обработка отходов. Август 2006 г.» (European Commission. Integrated Pollution Prevention and Control. Reference Document on Best Available Techniques for the Waste Treatments Industries. August 2006).

Информация из справочников использовалась с учетом особенностей обезвреживания отходов термическим способом в Российской Федерации.

Информация о технологических процессах, оборудовании, технических способах, методах, применяемых в сфере обезвреживания отходов термическим способом в Российской Федерации, была собрана в процессе разработки справочника НДТ в соответствии с Порядком сбора данных, необходимых для разработки справочника НДТ и анализа приоритетных проблем отрасли, утвержденным приказом Росстандарта от 23 июля 2015 г. N 863.

6 Взаимосвязь с другими справочниками НДТ

Взаимосвязь настоящего справочника НДТ с другими справочниками НДТ, разрабатываемыми в соответствии с распоряжением Правительства Российской Федерации от 31 октября 2014 г. N 2178-р, приведена в разделе «Область применения».

7 Информация об утверждении, опубликовании и введении в действие

Справочник НДТ введен в действие с 1 июля 2016 г., официально опубликован в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru).

Область применения

Настоящий справочник НДТ распространяется на основной вид деятельности — обезвреживание отходов, содержащих в своем составе органические вещества, термическим способом с использованием методов сжигания, пиролиза, газификации.

Данному виду деятельности частично соответствует код ОКПД 38.21.23 «Услуги по сжиганию неопасных отходов». Соответствующие данному виду деятельности коды ОКВЭД отсутствуют.

Справочник НДТ также распространяется на процессы, непосредственно связанные с основным видом деятельности, которые могут оказать влияние на объемы эмиссий или масштабы загрязнения окружающей среды:

— накопление (хранение) и предварительная подготовка обезвреживаемых отходов;

— выбор и подготовка потребляемых материалов и топлива;

— методы предотвращения и сокращения эмиссий и образования отходов;

— способы утилизации вторичных энергетических ресурсов.

Справочник НДТ не распространяется на:

— технологии обезвреживания отходов, в процессе которых используются методы термического воздействия, не приводящие к деструкции обезвреживаемых отходов (сушка, дистилляция и т.п.);

— технологии термического обезвреживания отходов, являющиеся неотъемлемым подпроцессом технологического процесса производства отраслевой продукции на предприятиях;

— специальные технологии термического обезвреживания биологических и медицинских отходов;

— технологии термической утилизации отходов, основной целью которых является использование отходов в качестве альтернативных источников топлива для получения тепла и энергии и (или) производства продукции;

— вопросы, касающиеся исключительно обеспечения промышленной безопасности или охраны труда.

Дополнительные виды деятельности при обезвреживании отходов термическим способом и соответствующие им справочники НДТ (по распоряжению Правительства Российской Федерации от 31 октября 2014 г. N 2178-р) приведены в таблице 1.

Таблица 1 Дополнительные виды деятельности при обезвреживании отходов термическим способом и соответствующие им справочники НДТ

Соответствующий справочник НДТ

Обезвреживание отходов другими способами

Справочник НДТ «Обезвреживание отходов»

Справочник НДТ «Захоронение отходов производства и потребления»

Раздел 1. Общая информация о сфере обезвреживания отходов термическим способом

1.1 Общая информация о сфере деятельности

В настоящем разделе на основании предоставленных предприятиями анкет представлены технологии и оборудование, применяемые на предприятиях различных отраслей экономики Российской Федерации для термического обезвреживания отходов, содержащих в своем составе органические вещества, с целью снижения уровня их опасности и (или) уменьшения их массы. Специализация рассматриваемых технологий не зависит от специфики отраслей экономики, в которых они могут применяться, а ориентирована на группы видов отходов, содержащих в своем составе органические вещества и подлежащих термическому обезвреживанию.

Источниками образования отходов, содержащих в своем составе органические вещества, является как жизнедеятельность населения, так и производственная и административно-хозяйственная деятельность предприятий. Примерами таких отходов являются: твердые коммунальные отходы (ТКО); загрязненные органическими веществами грунты; пришедшие в негодность и запрещенные пестициды; стойкие органически загрязнители, в том числе полихлорированные бифенилы; нефтешламы; отходы хлорорганических производств химической промышленности; отходы производства минеральных удобрений и химических средств защиты растений; отходы производства органического синтеза (кислот, альдегидов, кетонов, спиртов и др.); некондиционное ракетное топливо; осадки сточных вод и многие другие [1].

Для выбора оптимальных технологических и конструктивных характеристик используемых термических установок и оборудования необходимо исходить из конкретных видов отходов, подвергаемых термическому обезвреживанию, на основе классификации отходов, приведенной в таблице 1.1 [1].

Таблица 1.1 — Классификация отходов применительно к термическому обезвреживанию [1]

Агрегатное состояние (физическая форма)

Тип нейтрали-
зующего реагента системы очистки газов

Летучесть органических примесей

Возможность возгонки минеральных продуктов обезвре-
живания

Температура жидко-
плавкого состояния минеральных продуктов обезвре-
живания

Горючие отходы, для которых 0°С

Отходы, содержащие только органические и неорганические вещества, при окислительной обработке которых образуются , ,

В качестве нейтрали-
зующего реагента используются щелочные реагенты (NaOH, , КОН, )

Полностью возгоняю-
щиеся вещества

Вещества с температурой жидко-
плавкого состояния, значительно превышающей

Негорючие отходы, для которых 0°С

Отходы, содержащие органические и минеральные соединения азота, при окислительной обработке которых образуются оксиды азота ( )

В качестве нейтрали-
зующих реагентов используются щелочно-
земельные реагенты (, СаО, ) и аммиачная вода

Практически невозго-
няющиеся вещества

Вещества с температурой жидко-
плавкого состояния, близкой к рабочей температуре процесса обезвре-
живания

Пастообразные отходы (шламы, илы, осадки)

Отходы, содержащие органические соединения элементов S, Р, CI, F, при окислительной обработке которых образуются газообразные кислоты или окислы ( , , HCI, HF)

В качестве нейтрали-
зующего реагента используются щелочные и щелочно-
земельные реагенты

Частично возгоняю-
щиеся вещества

Вещества с температурой жидко-
плавкого состояния, значительно меньшей

Отходы, содержащие органические, минеральные вещества или органические соединения элементов Na, K, при окислительной обработке которых образуются минеральные соли (NaCI, , , , KCI)

Без нейтрализации дымовых газов

Нелетучие (жидкий остаток)

Отходы, содержащие органические вещества, элементы, их окислы, соли или органические соединения элементов, при окислительной обработке которых образуются элементы или окислы (CuO, , , NiO, ZnO, , )

Нелетучие (твердый остаток)

Классификация отходов, подвергаемых термическому обезвреживанию, объединяет семь основных показателей.

1) По агрегатному состоянию и физической форме отходы разделяются на 3 группы: жидкие, твердые и пастообразные.

В соответствии с ФККО-2014 отходы по агрегатному состоянию и физической форме подразделяются следующим образом (девятый и десятый знаки кода): жидкое (10); твердое (20); дисперсные системы (30); твердые сыпучие материалы (40); изделия из твердых материалов, за исключением волокон (50); изделия из волокон (60); смеси твердых материалов и изделий (70).

2) По горючести отходы разделяются на два класса: горючие и негорючие.

Горючие отходы при комнатной температуре горят самостоятельно, без затрат дополнительного топлива.

Для термического обезвреживания негорючих отходов при комнатной температуре необходимы затраты дополнительного топлива.

3) По составу веществ отходы подразделяются на 5 групп.

К первой группе относятся отходы, содержащие в своем составе органические и неорганические вещества, при окислительной переработке которых образуются безвредные дымовые газы ( , , ), не требующие никакой очистки.

Во вторую группу отнесены отходы, которые кроме веществ первой группы содержат соединения азота, при огневом обезвреживании которых образуется оксид азота (NO).

Источник