Мусоросжигательные заводы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский национальный технический университет

Факультет горного дела и инженерной экологии

Кафедра экологии

Доклад

по дисциплине «Комплексное управление отходами»

на тему: «Мусоросжигательные заводы»

Подготовил:

студент гр.102311

Зубик П.В

Проверил ст. преподаватель

Благовещенская Т.С.

Минск 2015

1. Методы утилизации отходов

Существуют различные технологии сжигания отходов в мусоросжигательных заводах, их разделяют по типу печей, в которых производят сжигание.

Слоевое сжигание

Для слоевого сжигания характерна подача горячих воздушных потоков на слой отходов, загруженный на колосниковую решётку. Различают несколько разновидностей слоевого сжигания: с неподвижной колосниковой решеткой, с подвижной цепной решёткой.

Колосниковая решетка представляет собой чугунную решетку, служащую для поддержания слоя твёрдого топлива. Колосниковая решётка имеет отверстия или щели, через которые под неё просыпается зола.

Технология кипящего слоя

В технологии кипящего слоя отходы предварительно разделяют на гомогенные фракции, а затем сжигают в специальных камерах в присутствии песка и 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.

Пиролиз и газификация

Отходы под давлением нагревают в бескислородной среде. В результате образуются жидкости и газы с высокой удельной теплотой сгорания, которые можно использовать в качестве топлива.

Дожигатели диоксинов

Разрушение диоксиновой решётки происходит при температуре свыше 1250 С, которую необходимо поддерживать в течение двух секунд. В связи с этим летучие газы, полученные от сжигания отходов, пропускают через специальную камеру, где их повторно сжигают, чтобы понизить концентрацию диоксинов.

Выбросы:

На сжигаемую тонну отходов приходится от 4 до 8 мі газообразных выбросов, которые содержат оксиды азота, серы(IV), серы(VI), соляную кислоту, тяжелые металлы (ртуть, кадмий, свинец и другие) и дисперсионную пыль. При сжигании отходов содержащих хлорированный пластик, например поливинилхлорид, выделяются высокотоксичные вещества - фураны и диоксины. Согласно данным Агентства охраны окружающей среды Германии, при сжигании одного килограмма отходов, содержащих хлорированный пластик, выделяется около 40 мкг диоксинов.

Очистка летучих газов на мусоросжигательном заводе - техноёмкий и дорогой этап, на этом этапе происходит очистка дымовых газов перед выбросом в атмосферу. Устройства, используемые на предприятиях по сжиганию отходов для очистки газов: электростатический фильтр, разбрызгиватель воды (испарение загрязненной воды), скруббер для поглощения кислых газов, скруббер с раствором щелочи, обработка сточных вод после скрубберов, реактор с дополнительным вводом активного угля, пылевые фильтры. [1]

2. Мусоросжигательные заводы

Мусоросжигательный завод - это предприятие для сжигания мусора (твердых бытовых и промышленных отходов) в котлах или в специальных печах. Мусоросжигание проводится при температуре 900-10000С, при которой разрушаются практически все органические соединения. Мусоросжигательные котлы или печи располагают на расстоянии не менее 300 м от жилых кварталов. Главное энергетическое преимущество мусоросжигательного завода - получение теплоты, которая в дальнейшем может быть использована. Мусоросжигательные заводы работают без выделения пыли при максимальной механизации всех рабочих процессов. Конструктивные узлы мусоросжигательных заводов обладают герметичностью, не допускающей утечки вредных или ядовитых продуктов сгорания. В остатках, образующихся после сжигания мусора, содержится большое количество легкорастворимых соединений. К их складированию предъявляют такие же строгие требования, как и к организованным свалкам. По опыту многих стран капитальные вложения на мусоросжигательные заводы в зависимости от технологии и мощности достигают 50-250 долларов на 1 тонну сырого мусора, обрабатываемого в год. Эксплуатационные расходы равны 5-20 долларов на 1 тонну сырого мусора, не считая расходов на капитальный ремонт.

Ежегодно в городах накапливается около 24-28 млн. т отходов производства и около 3 млн. т. бытовых отходов (ТБО). При их сжигании на мусоросжигательном заводе горючие компоненты окисляются, образуются диоксид углерода СО2, пары воды и различные газообразные примеси, в том числе токсичные. Несгоревшие компоненты выносятся из топки уходящими газами в виде твердых примесей золы-уноса и сажи, составляющих в среднем 3-6% сухой массы сжигаемых отходов. Уходящие дымовые газы, как правило, перед выбросом в атмосферу очищают с помощью газоочистительных устройств. Большинство ТБО представляет собой материал с удельной теплотой сгорания 3350-10500 кДж/кг. Теплота сгорания достигает максимума зимой и минимума летом. При максимальной влажности ТБО наблюдается минимальная теплота сгорания.

Для сжигания мусора разработаны различные конструкции мусоросжигательных заводов. Независимо от конструкции их топка должна обеспечивать: перемешивание частей мусора для усреднения состава и выравнивания горения; перемещение составляющих мусора и его отдельных порций для обеспечения процесса воспламенения и доступа воздуха в слой; поддержание достаточно высоких температур, гарантирующих воспламенение и устойчивое горение мусора; дожигание газообразных и твердых продуктов неполного сгорания мусора. Мусоросжигательный завод состоит из топочного устройства, котла-утилизатора, механизмов шлакоудаления у воздухоподогревателя, системы очистки дымовых газов. Топочное устройство включает приспособление для загрузки, колосниковую решетку, систему шлакоудаления и другие вспомогательные узлы. Приспособление для загрузки предназначено для механизированной подачи отходов в топку и включает в себя: загрузочную воронку, течку, неподвижный стол и подвижный механический толкатель (питатель). Более полное выгорание составляющих твердых бытовых отходов обеспечивается подачей вторичного дутьевого воздуха на боковых стенках топки или на входе в камеру. Т.к. температуpa газов, поступающих на сухое обеспыливание, должна быть не выше 300-350°С, то с целью снижения температуры уходящих газов перед их поступлением на очистку устанавливают котел-утилизатор. Аккумулированная в нем теплота уходящих газов может быть использована для получения пара или горячей воды. Система шлакоудаления предназначена для механизированного удаления шлака и охлаждения выходящих из топки остатков. Охлаждающим устройством служит шлаковая ванна, заполненная водой из расчета 3,5-6 метров на 1 тонну шлака. Очистка дымовых газов от твердых примесей осуществляется электростатическими фильтрами.

Кроме твердых бытовых отходов возможно сжигание осадка сточных вод, которое является наиболее глубоким способом обработки осадка, при этом все содержащиеся в нем вещества окисляются до полностью инертных конечных продуктов, не имеющих запаха. Осадок сточных вод сжигают при температуре 900-10000С. Тепловая энергия при сжигании расходуется на испарение воды из осадка, подогрев инертных веществ до 900-10000С, полное окисление органических и окисляемых неорганических сухих веществ осадка, подогрев подаваемого воздуха до 900-10000С и возмещение потерь тепла. Большая часть энергии покрывается теплотой сгорания самого осадка, а ее недостающая часть - теплотой сгорания топлива (нефть, газ и др.). Количество потребляемого топлива зависит от вида и состава осадка, степени его обезвоживания. Теплота сгорания осадков понижается с увеличением их зольности и составляет 12-18 МДж/кг сухих веществ. При сжигании сырых остатков городских сточных вод влажностью 60% и ниже не требуется дополнительного топлива, однако при этом возрастают затраты на обезвоживание осадка до требуемой влажности. [2]

3. Описание технологического процесса переработки мусора

Для так называемых установок массового сжигания (производительностью от 100 до 3000 тонн в сутки) капитальные затраты в США колеблются от 80 до 100 тыс. долларов на тонну сжигаемых отходов. В эту цену не входит цена устройств подготовки отходов. Эксплуатационные расходы составляют около 20 долларов за тонну ТБО. [3]. На рис. 3 показано устройство современного завода по сжиганию мусора.

Рис.3. Типичная схема мусоросжигательного завода с рекуперацией энергии и очисткой отходящих газов.

Условные обозначения:

А.Загрузка мусора (помещение должно быть закрыто и недоступно ветру). В. Загрузочный кран (должно быть два, снабженных весами и спецгидравликой для применения в случае возникновения пожара). I. Отмывка кислых газов (скруббер). J. Пакетные фильтры (противопылевые). K. Дымосос. L .Отходящие газы. G. Турбина. H. Электричество. M. Шлак. N. Летучая зола (зола уноса) и масса из скруббера. O. Смешение шлака и золы. P. Магнитный сепаратор.

Загрузка. Первое на что надо обратить внимание, это загрузка сжигателя. На рисунке виден самосвал, который сбрасывает несортированный мусор в мусороприемник. Бункер для приема мусора не просто яма, а сложное инженерное сооружение. Емкость хранилища отходов должна быть достаточно большой, чтобы возможно было хранить отходы в период закрытия одной из печей сжигания. При нормальном функционировании завода отходы не должны содержаться в хранилище более одной недели. Разгрузочных кранов должно быть два, чтобы не нарушить работу сжигателя. Бункер должен иметь закругленную форму для облегчения его периодической очистки, а для предохранения от неприятных запахов и образования взрывчатых смесей с выделяющимися газами, мощную систему отсоса воздуха, который затем направляется в сжигатель. Оператор должен иметь возможность постоянно видеть состояние бункера.

Далее мусор направляется в печь сжигания. В горячей зоне газы должны находится при температуре не ниже 850°С в течение не менее 2 секунд (правило 2 секунд) и при содержании кислорода не ниже 6%.

Конструкция печей может быть самой разной, но обязательно должны обеспечивать поступление горячих газов в теплообменник для получения пара и электроэнергии. Именно на этой стадии, стадии охлаждения газов, начинают образовываться диоксины.

Далее идут очистные сооружения. Это самая тонкая и самая дорогая часть. Стоимость очистных сооружений составляет не менее 50% от общей стоимости МСЗ. Обычно заказчиков не сильно балуют: ставят водный скрубер и электростатический фильтр, да еще пылевые текстильные фильтры.

Горячие электростатические фильтры. Хотя образование диоксинов неминуемо при понижении температуры, но есть еще одна опасная точка. Исследования показали, что горячие электростатические фильтры, которые распространены во всех воздухоочистителях, сами генерируют диоксины.

Следует также заметить, что и самые лучшие угольные фильтры не позволяют удержать выбросы диоксинов в рамках Европейских норм (содержание диоксинов в отходящих газах МСЗ в единицах I-TEQ не должно превышать 0,1 нг/нм3).

Разработаны каталитические дожигатели диоксинов, совмещенные с дожигателями для окислов азота, это на настоящее время наилучший вариант очистки газов от диоксинов.

Основные устройства для очистки газов, принятые на современных МСЗ показаны на Рис. 4.

Рис.4. Схема очистных сооружений на современном МСЗ.

Современный мусоросжигательный завод работает как тепловая электростанция с интегрированной системой сжигания отходов, переработки и компостирования. [4]

Также различные коммерческие компании предоставляют множество бытовых отходов для термической обработки

Схема работы:

Мусоровозы привозят отходы в разгрузочный зал и складывают их в один из двенадцати пунктов разгрузки ("Бункер отходов"). Крупногабаритные отходы измельчают, прежде чем они попадут в пункт разгрузки.

После помещения некоторого количества мусора в пункт разгрузки, мусор тщательно перемешивают с помощью кранов.

Воздух и отходы, при разгрузке, непрерывно помещаются в печь так, чтобы запахи не попадали в окружающую среду.

Затем перемешанные отходы поступают в мусоропровод по трем линиям печи, где далее отходы направляются к топке. Механизм мусоропровода толкает отходы на нижнем конце стенда в приемную часть колосниковой решетки, где отходы сгорают полностью. И, по мере перемещения колосников, опадают в "шлаковую ванну". Шлаковая ванна - место для охлаждения в воде сгоревших отходов (поставляется как дополнительная система фильтрации очистных сооружений).

Очистка продуктов горения.

Продукты горения, образующиеся при сжигании отходов, обогащаются различными вредными газообразными веществами. Каждый выброс вредных веществ означает загрязнение состава атмосферы. Чтобы предотвратить загрязнение окружающей среды, продукты горения проходят пять стадий очистки.

Первый уровень: электрофильтрация. На этом этапе очистки частицы пыли удаляются с помощью электрического заряда. Под действием электрического поля разделяются мелкие частицы, после чего осаждаются на электродах. Затем собираются механическим способом для изучения.

Второй и третий уровень: очистка продуктов горения. Задача этих двух стадий очистки является сбор продуктов горения для удаления газообразных составляющих кислоты HCl, SO2 и твердых остатков.

На первом этапе газы охлаждаются и обрабатываются в противоположно направленных потоках воды, чтобы растворить хлористый водород.

На втором этапе диоксид серы смывается и образует серную кислоту, в результате реакции с промывочной водой. Серную кислоту нейтрализуют гидроксидом натрия.

Насыщенные водой продукты горения проходят через установленную в верхней части систему электрофильтров и распыляются с помощью сопла.

Четвертый уровень: денитрификация. На этом этапе используют аммиак для преобразования оксида азота в элементарный азот и воду. Реакция поддерживается при использовании катализаторов для достижения оптимального эффекта.

Пятый этап: фильтрация через активированный уголь. На последнем этапе в продуктах горения все еще содержатся вредные вещества (галогенированные углеводороды, диоксины), которые абсорбируются при помощи активированного угля. Уголь смешивается с потоком продуктов горения и проходит по системе фильтрации, оседая на фильтре.

Переработка металлургических шлаков.

Шлак обрабатывается в несколько этапов и сортируется. Кроме того, шлак сортируют по размерам частиц. Затем, с помощью магнита, удаляются лома черных и цветных металлов, которые позже перерабатываются путем плавки.

Сжигание медицинских отходов.

В ТЭЦ интегрированы два специальных отсека, в которых сжигают отходы медицинских учреждений. Отходы поступают на станцию в плотно закрытых емкостях. Утилизация медицинских отходов на 100% автоматизирована. Сжигание происходит при температуре около 1000 градусов Цельсия и, также как и другие продукты горения, данные отходы проходят пять стадий очистки.

Во время процесса сжигания выделяется тепло, которое нагревает трубопровод и воду соответственно. Вода нагревается до температуры кипения, в результате чего образуется пар. Пар подается под давлением в турбину, за счет которой вырабатывается электрическая энергия. Электроэнергия используется как самой станцией, так и городом, то есть подается в общую сеть.

4. Преимущества и недостатки при эксплуатации мусоросжигательного завода

Сжигание мусора - это широко распространенный способ уничтожения твердых бытовых отходов, который широко применяется с конца XIX в.

Сложность непосредственной утилизации ТБО обусловлена, с одной стороны, их исключительной многокомпонентностью, с другой - повышенными санитарными требованиями к процессу их переработки. В связи с этим сжигание до сих пор остается наиболее распространенным способом первичной обработки бытовых отходов.

Сжигание бытового мусора, помимо снижения объема и массы, позволяет получать дополнительные энергетические ресурсы, которые могут быть использованы для централизованного отопления и производства электроэнергии. К числу недостатков этого способа относится выделение в атмосферу вредных веществ, а также уничтожение ценных органических и других компонентов, содержащихся в составе бытового мусора.

При сжигании ТБО получают 28-44% золы от сухой массы и газообразные продукты в виде двуокиси углерода, паров воды, различных примесей. Запыленность отходящих газов составляет 5-10 г/нм3 (25- 50 кг/т ТБО). Так как процесс горения отходов происходит при температуре 800-900°С, то в отходящих газах присутствуют органическое соединения - альдегиды, фенолы, хлорорганические соединения (диоксин, фуран), а также соединения тяжелых металлов.

Теплотворная способность бытовых отходов примерно соответствует бурому углю. В среднем теплотворная способность бытовых отходов колеблется от 1000 до 3000 ккал/кг. Выявлено также, что по теплотворной способности 10,5т твердых бытовых отходов эквивалентны 1т нефти; по калорийности бытовые отходы уступают каменному углю всего в 2 раза; примерно 5т мусора выделяет при сгорании столько же тепла, сколько 2 т угля или 1 т жидкого топлива.

Список использованной литературы

1. . Богданов В.Ф «Проблемы охраны атмосферного воздуха от выбросов мусоросжигательных заводов». c. 27

2. . Лапицкий В. Н., Борисовская Е. А., Гончаренко И. В. «Экологические последствия термической переработки твёрдых бытовых отходов». c.60-61

3. . О.М. Черп, В.Н. Виниченко "Проблема твердых бытовых отходов: комплексный подход".Эколайн, Москва, 1996. c. 81

4. Jan G.P. Born. Organochlorine Comp.(Dioxin'96) 1996, v. 27, c.46-49

Размещено на Allbest.ru