Переработка осуществляется следующим образом. Предварительно подготовленные и измельченные бытовые отходы загружают в приемный бункер, откуда с помощью шнекового загрузочного устройства подаются непосредственно в реактор. Отходы, поступившие в реактор, перемещаются вниз, проходя последовательно зоны сушки и пиролиза. Необходимый температурный режим в реакторе обеспечивается работой плазмотрона, к которому непрерывно подводится электрический ток.
За счет энергии электрической дуги плазмотрона, пирогаз диссоциирует и ионизируется, превращаясь в плазму с высокой теплоемкостью и теплопроводностью.
Органические соединения, проходящие через полученную плазму, разбиваются, в основном, на водород, моноксид углерода, углекислый газ, азот и водяной пар. Образовавшаяся в процессе деструкции газовая смесь поднимается в верхнюю часть реактора, отдает свое физическое тепло твердым отходам, за счет чего происходит их термодеструкция с образованием парогазовой смеси.
Парогазовая смесь, образовавшаяся в плазмотроне и реакторе, поступает в разделительную колонну, выполненную в виде трубчатого холодильника, в котором происходит разделение на пирогаз и конденсат. Пирогаз и конденсат частично выделяются, а частично через форсунки возвращается в нижнюю часть реактора для более глубокой деструкции. Шлак, который накапливается в нижней части реактора в виде расплава, периодически удаляется с помощью специального устройства.
Следует отметить, что с увеличением производительности реакторов возникают сложности при обеспечении совместной работы системы плазменного сжигания и системы утилизации отходящих газов, особенно при изменении нагрузки или частичном включении или отключении плазмотронов.
Основным преимуществом плазмохимической технологии является универсальность в отношении перерабатываемых веществ и малые габариты, позволяющие создать передвижные технологические модули. Однако, широкое практическое распространение плазменных технологий сдерживается отсутствием надежных дуговых плазмотронов с достаточным ресурсом непрерывной работы. Недостатками плазмохимической технологии являются высокий расход электроэнергии, повышенные концентрации возгонов тяжелых металлов в отходящих газах, что усложняет работу газоочистной установки, высокие эксплуатационные затраты на обслуживание плазмотронов и ремонт обмуровки плазмохимического реактора.
Плазменная переработка за счет высокой температуры позволяет утилизировать высокотоксичные опасные отходы, в том числе медицинские и радиоактивные. Плазменный метод уничтожения отходов подвергает их таким высоким температурам, что органическая составляющая отходов газифицируется и подвергается разделению на молекулы, а неорганическая составляющая образует стекловидный шлак.
Различие между плазменным процессом и обычным сжиганием отходов - высокие температуры и полностью замкнутый технологический цикл системы. Никакие неорганические соединения не проходят через систему, не будучи подвергнутыми достаточно высоким температурам. Также, в плазменной системе образуется меньше золоостатков, что упрощает обработку остаточных продуктов.
В связи с отмеченными проблемами способ плазменной переработки отходов применяется в настоящее время только на небольших установках для специальных видов отходов. Применение для утилизации ТБО ограничивается требованиями специальной подготовки загружаемых отходов, высоким энергопотреблением, малой надежностью и трудностями очистки продуктов сгорания от тяжелых металлов.
Сжигание топлива из отходов в цементных печах
К топливу из отходов (РДФ) относятся продукты переработки бытовых и промышленных отходов, а также биомассы, обладающие относительно однородным составом и повышенной теплотой сгорания. За рубежом РДФ используется для производства тепловой и электрической энергии и при производстве цемента.
Наиболее часто под RDF понимают топливо из твердых бытовых отходов, которое может быть получено, например, после механо-биологической обработки ТБО. Топливо из ТБО, как правило, представляет собой высококалорийную смесь, состоящую преимущественно из отходов бумаги, пластика и текстиля. За рубежом такое топливо чаще используют для получения тепловой и электрической энергии на ТЭС, поскольку, несмотря на дополнительные затраты, связанные с производством RDF, сжигание этого топлива в энергетических котлах, например, в котлах с циркулирующим кипящим слоем, позволяет повысить эффективность преобразования энергопотенциала ТБО. Как показывает зарубежный опыт, при использовании такой технологии на существующей ТЭС со сложившейся инфраструктурой, совокупные затраты на получение RDF и его сжигание для выработки электроэнергии в ряде случаев могут быть сопоставимы с традиционным слоевым сжиганием ТБО на механических колосниковых решетках.
Что касается использования топлива из ТБО в цементной промышленности, то следует учитывать следующее.
Ключевым процессом производства цемента является обжиг сырьевой смеси из известняка и глины при температуре до 2000°С во вращающихся печах с получением клинкера — полупродукта, при помоле которого с добавками и производят цемент. Традиционная технология цементного производства ориентирована на получение качественного продукта и основана на использовании именно ископаемых видов топлива, зола которых входит в состав клинкера и часто улучшает качество цемента. Часто золу угольных электростанций используют в технологическом процессе производства цемента. (Например, с этой целью подольский цементный завод -цемент» покупает золу у московской ТЭЦ-22).
Введение RDF в процесс производства цемента, а особенно топлива из ТБО, связано с дополнительными рисками. В частности, энергетическая утилизация топлива из ТБО в цементных печах приводит к изменению состава как клинкера, так и отходящих газов. Кроме того в отличие от топлива из промышленных отходов, состав и свойства топлива из ТБО неоднородны и зависят от множества факторов, в том числе исходного морфологического состава, технологии подготовки отходов и условий хранения топлива.
Все это не позволяет заменить основное топливо на топливо, полученное из отходов, в полном объеме. Для определения возможной доли RDF в общем объеме топлива без снижения качества цементного клинкера необходимо учитывать следующие основные факторы воздействия RDF на процесс получения цемента:
- при использовании твердого топлива зола входит в состав клинкера, изменяя соотношение между основными оксидами. Для обеспечения требуемого качества цемента необходим учет количества основных оксидов СаО, SiO2, Fe2O3, Al2O3, привносимых с золой из RDF;
- различные авторы указывают на способность цемента (с использованием добавок или без них) связывать и стабилизировать в кристаллической структуре некоторые металлы, такие как Zn, Cu, Pb, Cd и др. Однако высокое содержание тяжелых металлов в цементе может вызвать проблемы при эксплуатации зданий и сооружений;
- при использовании большого количества разнородного по составу топлива обеспечить заданный температурный режим работы печи становится сложной задачей;
- наличие больших количеств серо - и хлорсодержащих компонентов в отходящих газах вызывает коррозию металла.
Исключение нежелательных явлений обеспечивается, прежде всего, ограничением доли использования вторичного топлива. Следовательно без ущерба для качества клинкера и без переоборудования цементных печей на вторичное низкокалорийное топливо может быть заменено 15-20 % традиционного топлива. При этом теплота сгорания подготовленных отходов для энергетического использования в цементных печах не должна быть меньше 15 МДж/кг, оптимально – выше 21 МДж/кг.
Альтернативные виды топлива должны иметь предсказуемый, равномерный состав, содержание металлов в RDF должно быть ограничено. Зарубежный опыт показывает, что с учетом вышеназванных факторов наиболее предпочтительными для сжигания в цементных печах являются топлива, приготовленные из однородных высококалорийных промышленных отходов: использованные шины, резина, бумага, отработанные масла, отходы древесины.
По-видимому, перспективы использования RDF при производстве цемента есть. На сегодняшний день уже более чем на 160 из 250 клинкерных заводов, действующих в Европейском Союзе, сжигают отходы в качестве топлива. Только компания «Holcim Group Support Ltd» сжигает около 7 млн. т отходов в цементных печах в 40 странах мира. Однако это в основном промышленные и опасные отходы.
Использование же в этом процессе ТБО весьма ограниченное. Общее количество топлива из ТБО, которое утилизируется в цементных печах Европы, чуть больше 350 тыс. т в год, что составляет около 0,5% от общего количества ТБО, перерабатываемых термическими методами.
Производство цемента состоит из двух технологических циклов:
1. Производство клинкера;
2. Измельчение клинкера совместно с гипсом и другими добавками для получения портландцемента.
В зависимости от способа подготовки сырьевых смесей различают сухой, мокрый и комбинированный способы производства клинкера. При мокром способе тонкое измельчение сырьевой смеси производят в водной среде с получением шихты в виде водной суспензии. В настоящее время в России мокрым способом производится около 85% клинкера. При сухом способе производства сырьевую шихту готовят в виде тонкоизмельченного сухого порошка, поэтому перед помолом или в процессе его сырьевые материалы высушивают. Данный способ нашел наибольшее распространение в мире, поскольку является менее энергоёмким по сравнению с мокрым способом.
Доля энергоносителей в себестоимости производимого в России цемента очень высока и составляет 50-57%. Основной причиной такого положения является то, что при доминирующем в России мокром способе производства цемента удельный расход топлива составляет до 200-230 кг условного топлива (у. т.) на 1 т клинкера, в то время, как в промышленно-развитых странах (Япония, ЕС) большая часть клинкера обжигается по сухому способу с расходом 120-130 кг. у.т./т., а в отдельных случаях – 100 кг. у.т./т. В США 80% мощностей ориентированы на сухой способ производства, 20% – на мокрый.
Для повышения конкурентоспособности российской цементной промышленности необходимо проведение мероприятий по поэтапному переводу мощностей на сухой способ производства, проявляющееся как в реконструкции действующих линий, так и строительстве новых цементных заводов. Для удешевления эксплуатационных затрат возможно использовать при производстве цемента нетрадиционные источники энергии.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 |
Основные порталы (построено редакторами)