Слоевое сжигание неподготовленных ТБО в топках мусоросжигательных котлоагрегатов

При таком способе обезвреживания сжиганию подвергают все поступающие на мусороперерабатывающий завод (МСЗ) отходы без какой-либо предварительной подготовки или обработки.

Метод слоевого сжигания позволяет значительно экономить земельные площади под полигоны. При этом получается тепловая и электрическая энергия, сокращаются до минимума расстояния между местом сбора ТБО и МСЗ. Однако наряду с этими положительными показателями сжигание отходов сопровождается образованием дымов, содержащих различные загрязняющие атмосферу вещества. В этой связи все современные МСЗ оборудованы высокоэффективными устройствами для очистки отходящих газов (дымов) от твёрдых и газообразных загрязняющих веществ.

Процесс горения ТБО в мусоросжигательных котлоагрегатах протекает в две стадии: в твёрдой фазе (на колосниковой решётке) и газообразной (в объёме топочного пространства). Колосниковая решётка является одним из важнейших элементов мусоросжигающей камеры (МСК). Наряду с механизацией процесса сжигания большое значение имеют беспрепятственный процесс горения отходов и аэрация.

К колосниковым решёткам МСК предъявляются требования:

1) надёжной работы при загрузке неподготовленными отходами с постоянно меняющимся морфологическим и фракционным составами;

2) возможности эксплуатации при температуре в топочном объёме выше 800 °С, приводящей к тепловой деструкции наиболее трудно разлагаемых и горящих компонентов отходов, минимального содержания органических составляющих (недожога) в остатках сжигания и стерильности их после сжигания;

3) обеспечения максимально возможного КПД топки, чтобы требуемая температура в ней достигалась без сжигания дополнительного топлива и обеспечивалась высокая эффективность всего агрегата (если на установке тепло уходящих газов утилизируется);

4) поступления минимального количества летучей золы в уходящие дымовые газы;

5) нечувствительности к легкоплавким металлическим составляющим (олово консервных банок, отходы из алюминия и т. п.

6) эффективности сушки отходов в первой зоне решётки;

7) разделения топочного процесса на отдельные зоны (сушки, воспламенения, горения и дожигания);

8) исключения ручной подачи (отходов в топку, золоудаления).

Иногда часть воздуха первичного дутья подают под колосниковую решетку, а часть сверху на слой ТБО. В результате происходит перераспределение воздушных потоков. Вторичное дутьё ведут через сопла у входа в тягу котла. Иногда подают очищенные от взвешенных частиц дымовые газы, имеющие температуру 200 °С, что снижает расход кислорода без превышения концентрации СО и уменьшает количество отходящих газов, подлежащих очистке.

5.3.2.2 Слоевое сжигание ТБО в топке с наклонно переталкивающей решёткой

Исходные ТБО доставляют мусоровозами в приёмное отделение и загружают в углубленный бункер, затем отправяют на сжигание и удаление негабаритов (холодильники, матрацы и т.п.) и усреднение отходов (последнее крайне неэффективно, так как исходные ТБО по своему составу и свойствам мало пригодны для усреднения).

Независимо от типа устанавливаемой в топке решётки ТБО из бункера подают в загрузочную воронку, которая отделяет камеру сгорания от окружающей среды. В этой воронке и ниже её образуется своеобразный затвор из подпрессованных отходов, препятствующий неорганизованному поступлению воздуха в топку. На нижней части приёмной воронки фиксировано запорное устройство – заслонка, которая автоматически закрывается в случае аварии, выполняя функцию защитного приспособления. Из приёмной воронки ТБО направляют в топку на колосниковую решётку обычно с помощью гидравлического толкателя.

Температура сжигания отходов составляет 850 – 1000 °С. В конце колосниковой решётки шлак через охлаждаемую водой шихту попадает в гидрошлакоудалитель с толкательным устройством.

Под колосниковой решёткой по всей длине установлено скребковое устройство для сбора просыпи между колосниками. Водяной затвор в золоудалителе предотвращает неорганизованное поступление воздуха в топку и отделяет воронки для нижнего дутья друг от друга.

При утилизации тепла отходящих газов МСЗ возможно получение электрической и тепловой энергии.

Паропроизводительность парогенераторов мусоросжигательных установок в 3-4 раза ниже по сравнению с энергетическими установками, работающими на ископаемом топливе (как следствие относительно низкой теплотворной способности отходов.)

Вырабатываемая тепловая мощность (МВт) зависит от производительности печи по твёрдому топливу (т/час ТБО) и калорийного потенциала отходов (ккал/кг). При сжигании отходов с теплотворной способностью менее 2000 ккал/кг требуется подача дополнительного тепла (рисунок 36).

Области стабильной работы печи (автогенный процесс) соответствует теплотворная способность отходов в пределах 2000-3100 ккал/кг.

При неизменной вырабатываемой тепловой мощности повышение теплотворной способности приводит к снижению производительности установки по ТБО. Оптимальной представляется теплотворная способность отходов от 2800 до 11800 ккал/кг (величина, характерная для отсортированной горючей фракции ТБО). В этом случае максимально вырабатываемой тепловой мощности соответствует максимальная производительность по количеству сжигаемых отходов. В случае пониженной теплотворной способности сжигаемых отходов уменьшается производство пара (увеличение потока отходов обусловливает увеличение недожога).

Рисунок 36 – Диаграмма сжигания в топке с колосниковой решеткой

При использовании топок с валковыми решётками, заимствованными из практики сжигания угля, материал перемещается с помощью вращающихся валков (барабанов). На рисунке 37 представлен общий вид завода, на котором реализовано слоевое сжигание ТБО в топке с валковой решёткой. Основными недостатками работы таких заводов является низкая эффективность, отрицательное экологическое влияние, процесс сжигания плохо стабилизируется, оптимальная температура зачастую не достигается, велик выход недожога, низкое качество шлака, значительные потери черных металлов, эксплуатационные осложнения при попадании в печь бордюрного камня и больших количеств металла, сложность организации эффективной газоочистки при нестабильном горении отходов и др. Эти недостатки особенно проявляются при отсутствии раздельного сбора и рациональной технологии вывоза ТБО, что имеет место в нашей стране. Как видно из рисунка, в традиционной топке с валковой решёткой реализован центральный отвод дымовых газов из топочного пространства. При этом, по данным практики, температура над последним валком составляет всего 500-600 °С, что предопределяет повышенное содержание в шлаке недожога.

В настоящее время создана топка с валковой решёткой дутьевого режима, которой обеспечивают стабилизацию горения, увеличение времени пребывания газов в печи, турбулизацию газового потока и его интенсивное перемешивание с воздухом. Всё это позволяет реализовать сжигание ТБО в оптимальных условиях.

В новой конструкции печи под сводом топочного пространства образуются вихревые потоки, увеличивающие продолжительность пребывания газов в топке при высокой температуре и степень выгорания вредных газовых компонентов и твёрдых частиц. Первичное дутьё с подогревом воздуха до 220 °С подают снизу. Вторичное дутьё подают сверху под свод топочного пространства в основную зону горения. Это приводит к снижению образования оксидов азота на 50 %. Подача воздуха для дожигания газов на выходе из топки не требуется. Геометрия печи обеспечивает также высокую температуру шлака до его выпуска (температура над последним валком решётки составляет 1000 °С). Суммарный расход дутьевого воздуха заметно снижен. Оптимальное управление процессом, связанное с автоматическим регулированием воздухораспределения, скорости вращения валков и количества подаваемого материала, позволяет достаточно эффективно сжигать отходы переменного состава.