Научно-технические основы термической утилизации твердых бытовых отходов (Краткий реферат заключительного отчета нир) введение

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ УТИЛИЗАЦИИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ (Краткий реферат заключительного отчета НИР) ВВЕДЕНИЕ В 1985 году Минпромстройматериалов РСФСР поручило Красноярскому филиалу ВНИИСтром разработать ряд технологий для производства строительных материалов из техногенных продуктов, в том числе из твердых бытовых отходов (ТБО) По направлению ТБО работы были начаты в 1986 году с исследования формирования источников отходов, их морфологического, вещественного и элементного составов. Сбор информации продолжался 10 лет до 1996 года в г. Красноярске. Последующие пять лет, уже в рамках «НИИСТРОМКОМПОЗИТ» (правопреемник КФ ВНИИСтром), проводили исследования термических свойств отходов, изучали поведение органики ТБО в условиях прямого сжигания, пиролиза, газификации.За этот период осуществлено два опытно-промышленных опробирования технологии термической утилизации ТБО. В 2001 году составлена первая редакция научно-технических основ термической утилизации ТБО в семи томах, содержащих 1150 страниц машинописного текста. В 2002 году был составлен заключительный отчет, краткий реферат которого представлен ниже. ВЫВОДЫ и ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ Твердые бытовые отходы (ТБО) - продукт жизнедеятельности человека состоит, по разным оценкам, из 400…500 разновидностей органических и не органических продуктов. Для удобства работы с ТБО их делят на ряд морфологических групп, в которые собраны продукты похожие по комплексу физических, химических и потребительских свойств. Специалистами НИИСК, наблюдавшими в течение 10 лет за формированием ТБО в г. Красноярске предложена, нижеследующая группировка отходов по морфологическим показателям: бумага 24…32,3 % пищевые отходы 36,5…40,0 % древесина 2,0…2,5 % текстиль 3,9…5,0 % кожи 1,5…1,8 % резины 2,0…2,3 % пластмассы 7,8…8,5 % группа неорганических отходов 11,0…12,4 % металлы 3,0…3,5 % Данный морфологический состав ТБО специалисты НИИСК считают средней статистической Российской сборкой, т.к. 95% ТБО, вывозимых на полигоны Российской Федерации в любом регионе в любое время года, имеют морфологический состав, укладывающийся в обозначенные выше пределы. ТБО характеризуются рядом специфических свойств, среди которых: обширный разброс показателей фракционного состава, от 30…50 мм до 1,5…2,0 м; низкая насыпная масса 150…200 кг/м3, в подпрессованном состоянии 400…460 кг/м3; пустотность насыпного слоя ТБО 78…83 %; измельченные ТБО до фракции 50 + 5 мм при свободной насыпной плотности 150…200 кг/м3 характеризуются удельной поверхностью частиц 78 м2/м3 слоя и коэффициентом формы частиц, примерно Ф = 0,26. ТБО - нетрадиционный энергоноситель, состоящий аналогично традиционным топливам из горючей массы, физической воды и неорганической субстанции. Для ТБО средней статистической Российской сборки фазовый состав следующий: горючая масса, ГМ - 32,6…72,0%; неорганика, АС – 16,0…17,4%; физическая вода, Wp – 12,0…50,0%. Из представленных данных очевидно, что нетрадиционный энергоноситель является крайне неоднородным продуктом, использовать который в энергетической сфере крайне не эффективно, что подтверждает сжигание ТБО в топках мусоросжигающих заводов. Однако, нетрадиционный энергоноситель ТБО можно превратить в достаточно однородное и стабильное по составу нетрадиционное топливо, что достигается обогащением ТБО. Обогащение осуществляется в 2 приема. Первый - механическое сепарирование ТБО с максимальным отделением неорганических компонентов ТБО, второй - подсушка до требуемого уровня влажности, т.е., используя двухстадийное сепарирование, всегда можно получить нетрадиционный энергоноситель из ТБО с влажностью не превышающей 15% и неорганикой не более 5%. Отсепарированный (обогащенный) продукт из ТБО с заранее планируемыми свойствами специалисты НИИСК назвали «нетрадиционное топливо из ТБО» (НТ ТБО). Исследование абсолютно сухой горючей массы ТБО показало, что состоит она из следующих, основополагающих веществ (процент по массе): Углеводы 60,0…64,7 Белки 10,8…12,5 Полимеры 22,5…25,0 Прочие 2,0…2,5 В прочих в основном кислородные соединения: альдегиды, кетоны, жиры, спирты и др. Элементный состав абсолютно сухой, обеззоленной горючей массы ТБО (процент по массе): Углерод, С 45,5…50,4 Водород, Н2 7,0…7,5 Кислород, О2 38,0…42,0 Азот, N2 1,3…1,5 Сера, S 1,65…1,7 Хлор, Cl2 1,65…1,8 Стехиометрическая модель абсолютно сухой, обеззоленной горючей массы ТБО: С80 Н145 О50 N2 S Cl Теплотворная способность нетрадиционного топлива из ТБО формируется за счет теплотворности абсолютно сухой, обеззоленной горючей массы, которая, исходя из ее элементного состава (см. выше), рассчитанная по формуле Менделеева, составит 4670 ккал/кг. Специалистами НИИСК установлено, что теплотворность абсолютно сухой, обеззоленной горючей массы ТБО величина постоянная, не зависит ни от региона сборки ТБО, ни от климатических особенностей региона, ни от времени года и лежит в интервале 4670 + 190 ккал/кг. Математическая обработка многочисленных проб ТБО, отбираемых в разные годы в разных источниках формирования, в разное время показала, что в 95 случаях из 100 теплотворность проб горючей массы укладывается в указанный выше интервал. Для абсолютно сухой но не обеззоленной горючей массы теплотворная способность ниже на 6,5% и в среднем значении равна 4360 ккал/кг. Теплотворность нетрадиционного топлива из ТБО, имеющего некоторую влажность (Wp) и содержание неорганики (Aс), определяется по эмпирической формуле: QНТ ТБО = 4360 [1- (Wp/100 + Aс /100)] ккал/кг, где Wp и Ас – процентное содержание влаги и золы. Распространенный в настоящее время способ прямого сжигания ТБО отличается неэффективностью и экологической опасностью из-за большого недожога органики, несмотря на существенный избыток воздушного дутья, чрезмерное содержание паров воды в продуктах сгорания, обуславливающих их низкую плотность (читай: увеличенный объем отработанных газов), и низкую температуру. По мнению специалистов НИИСК на действующих неэффективных мусоросжигающих заводах положение можно существенно улучшить, если оборудовать заводы сепарационным конвейером, обеспечивающим удаление из ТБО неорганики и физической воды с получением т.н. нетрадиционного топлива, в котором отношение горючей массы к балластной части не менее 4. В топку утилизирующего котла в этом случае подают не ТБО, а нетрадиционное топливо, при этом снижается на 13…15 % расход дутьевого воздуха, почти вдвое уменьшается недожог органики, температура продуктов сгорания вырастает на 250…3000С, достигая 1100…11500С. Отбор неорганики на сепарационном конвейере обеспечивается механическим способом, подсушка ТБО испарением вода. Энергия для испарения воды черпается из отработанных продуктов сгорания, либо из дополнительных подтопков, которые, так или иначе, присутствуют на всех МСЗ и периодически включаются в работу, например, при поступлении в топку сильно обводненных ТБО. Измельчение отсепарированных ТБО до получения однородной фракционной массы позволяет снизить расход дутьевого воздуха до α = 1,4, что обеспечивает максимальное уменьшение недожога с одновременным возрастанием температуры продуктов сгорания до 1250…12800С. Сжигание нетрадиционного топлива с измельченной однородной массой целесообразно осуществлять не в традиционных слоевых топках утилизационных котлов, а в циклонных топках или топках взвешенного состояния. Описанная технология рекомендуется для вновь возводимых мусоросжигающих заводов. Специалистами НИИСК установлено, что при сжигании сепарированных ТБО возможно достичь температуры продуктов сгорания 1500…16000С, что достигается подогревом дутьевого воздуха в способе, описанном в предыдущем пункте. Технология сжигания ТБО с получением высокотемпературных продуктов сгорания является экологически чистой, простой в эксплуатации с высоким уровнем рентабельности. Рекомендуется применять при сооружении новых МСЗ большой мощности. Нетрадиционное топливо из ТБО, состоящее из горючей массы, физической воды (Wp) и неорганического вещества (Ас) в условиях пиролиза распадаются на две субстанции: газообразную (летучие или пиролизный газ) и твердый угольно-минеральный остаток, причем с ростом температуры пиролиза газовая субстанция увеличивается, твердый остаток пропорционально уменьшается. Твердый угольный остаток пиролиза горючей массы ТБО содержит аморфный углерод в количестве 74…81% и является экологически чистым топливом с калорийностью 6540…7480 ккал/кг. Пиролиз нетрадиционного топлива из ТБО с любыми показателями Wp и Ас дает твердый остаток, количество которого определяется из соотношения: ТвI = Тв [1- (Wp/100 + Aс /100)] + Aс/100, кг где Тв – из таблицы 2.7. для заданной температуры пиролиза; Wp и Ас - содержание воды и неорганики в процентах. Теплота сгорания твердого остатка находится из соотношения: QIтв = Qтв *К ккал/кг, где К – коэффициент равный (1- Aс /100). Летучие продукты, полученные при пиролизе нетрадиционного топлива из ТБО, при любых Wp и Ас количественно могут быть определены по формуле: ЛI = Л [1- (Wp/100 + Aс /100)] + Wp/100, кг где Тв – из таблицы 2.7. для заданной температуры. Летучие при охлаждении выделяют водно-смоляной конденсат и неконденсирующийся газ. Количество смолистого вещества, образующегося из 1 кг нетрадиционного топлива из ТБО при любых Wp и Ас, определяется из соотношения: СмI = См [1- (Wp/100 + Aс /100)], кг где Л – из таблицы 2.7. для заданной температуры. Теплотворность смолистого вещества зависит от температуры пиролиза и имеет среднее значение: QСм600 = 7480 ккал/кг QСм800 = 7120 ккал/кг QСм1000 = 6540 ккал/кг Водяной конденсат после охлаждения смолистого вещества представляет слабый водный раствор растворимых в воде соединений, в основном неорганического состава. Количество водяного конденсата при пиролизе нетрадиционного топлива из ТБО определяется по формуле: ВкI = Вк [1- (Wp/100 + Aс /100)] + Wp/100, кг где Вк – из таблицы 2.7. для заданной температуры. Важнейшим, в практическом смысле, продуктом пиролиза нетрадиционного топлива из ТБО является неконденсирующийся газ, выход которого рассчитывается по уравнению НгI = Нг [1- (Wp/100 + Aс /100)], кг Средний показатель теплоты сгорания неконденсирующегося газа в зависимости от температур пиролиза равен: QНг600 = 2900ккал/кг QНг800 = 3460 ккал/кг QНг1000 = 4200 ккал/кг Энергозатраты на пиролиз нетрадиционного топлива из ТБО при любых показателях Wp и Ас ориентировочно могут быть оценены по следующим формулам: Q600 = 72 + 11,23 Wp + 0,84 Ас, ккал/кг Q800 = 145 + 12,5 Wp + 0,67 Ас, ккал/кг Q1000 = 223 + 13,72 Wp + 0,37 Ас, ккал/кг Пиролиз нетрадиционного топлива из ТБО в интервале температур 600…10000С обеспечивает благоприятную, малозатратную утилизацию тепла после завершения пиролиза. Количество утилизируемого тепла (когенерационное тепло) может быть определено из следующих уравнений: Qкг600 = 190 + 8,65 Wp + 0,65 Ас, ккал/кг Qкг800 = 250 + 10 Wp + 0,54 Ас, ккал/кг Qкг600 = 323 + 11,25 Wp + 0,3 Ас, ккал/кг Пиролиз нетрадиционного топлива из ТБО в условиях сверхвысоких температур (плазмы) технически и экономически неоправдан, т.к. характеризуется чрезмерным расходом энергии (более чем в 7 раз) и проблемной утилизацией тепла из-за высоких температур (до 30000С) газовой субстанции. Пиролиз в классическом виде может применяться для термической обработки небольших объемов нетрадиционного топлива в камерных ретортах с подводом тепловой энергии извне. В этом случае получают чистый калорийный пиролизный газ, который применяют для сжигания не только в топках котлов и промышленных печей, но и в газопоршневых электрогенераторах. При увеличении мощности пиролизного производства необходимо увеличивать коэффициент теплоотдачи от нагревателя к обрабатываемому нетрадиционному топливу их ТБО, т.е. от теплопередачи теплотворностью (камерные реторты) переходить к теплопередачи кавитацией. Однако, в этом случае происходит смешивание пиролизного газа и теплоносителя, что резко снижает энергетический потенциал летучих продуктов пиролиза. Газификация нетрадиционного топлива из ТБО осуществляется в автоматическом режиме за счет энергии сжигания свободного углерода. В результате газификации образуется генераторный газ и твердый (неорганический) остаток. Выход генераторного газа или по НИИСК – пирогенераторного газа определяется по эмпирической формуле: ПГС = 4,176 - 0,0308 Wp - 0,043 Ас, кг на 1 кг топлива Здесь и далее Wp – влагосодержание топлива, Ас – содержание неорганического вещества в топливе в процентах. Количество воздуха, необходимого для получения пирогенераторного газа, рассчитывают по уравнению: ВД = 9,25 – 0,032 Wp – 0,034 Ас, кг на кг топлива Количество твердого минерального остатка в результате пирогазификации нетрадиционного топлива из ТБО определяется из соотношения: ТВ = (1 – ВД) – ПГС, кг на кг топлива Прогнозная теплотворность пирогенераторного газа может быть определена по формуле: QПГС = 3390 – 31Wp – 45,6 Ас , ккал на кг топлива Процесс пирогазификации в отличие от пиролиза неограничен масштабами производительности. Пирогазификация может осуществляться за счет теплопередачи конвекцией или лучеиспускания, т.е. при прямом контакте с теплоносителем, поэтому для осуществления процесса термической утилизации пригодны как шахтные устройства (конвективный теплообмен), так и вращающиеся печи – газогенераторы (лучистый теплообмен). Пирогазогенерация может осуществляться по трем схемам (вариантам), исходя из условий сжигания свободного углерода. Первая схема углерод выжигается полностью, максимально увеличивая температуру пирогазогенератораторного газа, а теплотворная способность пирогазогенераторного газа формируется единственно за счет пиролизного газа. Вторая схема предусматривает выжигание половины свободного углерода с использованием второй половины углерода на восстановление СО2 до СО, при этом температура пирогенераторного газа уменьшается в 1,5…1.7 раза, теплотворная способность вырастает за счет пополнения пиролизного газа оксидом углерода. Третья схема промежуточная между первой и второй. Пирогазогенераторнй газ, полученный по первой технологической схеме, используется главным образом в промышленных печах, сушилах и теплоэнергетических котлах. Пирогазогенераторнй газ, полученный по второй технологической схеме, используется, помимо указанного, в газопоршневых энергогенераторах. В технологии НИИСК предусмотрено 7 степеней экологической защиты: сепарирование ТБО с отбором фрагментов – носителей потенциальных вредностей; пирогазификация с термическим разделением вещества ТБО на газообразную субстанцию и твердый минеральный остаток; окислительный дожиг газовой субстанции с переводом горючих соединений в устойчивые оксиды; каталитический дожиг газовой субстанции со снижением до нуля химической активности; улавливание галогенов на известковом фильтре; охлаждение отработанных продуктов сгорания в конденсаторе ниже «точки росы» с поглощением водным конденсатом части аэрозолей; промывка отработанных продуктов сгорания в «мокром» скруббере с растворением SO2, NO2 и поглощением аэрозолей. Тяжелые металлы при термической обработке ТБО первоначально окисляются, далее часть оксидов уносится вместе с аэрозолями и вместе с ними выводится из аппарата в виде шламов, другая часть спекается с минеральным остатком, образуя комплексные соединения, и при охлаждении последние остекловываются прочно закупоривая внутри соединения. Диоксины могут попадать в ТБО как самостоятельные продукты с отходами некоторых химических производств. При термической обработке при температуре выше 12000С любые диоксины и фураны необратимо разрушаются. Синтез диоксинов из элементов или простых хлорбензольных соединений при термической утилизации невозможен, т.к. противоречит основополагающим Законам термохимии. Таким образом, условия гарантированного подавления диоксинов это температура выше 12000С и наличие известкового фильтра, улавливающего свободные галогены.

Похожие:

	Приложение №1 техническое задание на оказание услуг по вывозу твердых... Вывоз твердых бытовых отходов и их захоронению (утилизации) с адресов: г. Томск, ул. Котовского,19, ул. Шевченко, 44 стр. 37. Вывоз...		Реферат На тему: Утилизация твердых бытовых отходов Способы утилизации тбо
	Пояснительная записка к проекту постановления «порядок предоставления... «хвостов» в брикеты, транспортирование твёрдых бытовых отходов, размещение отходов на полигоне в районе города Белореченск Краснодарского...		1. г. Ярославль Ярославской области, оказывающих услуги в сфере утилизации (захоронения) твердых бытовых отходов на 2013 год
	Саха Республикатын доруобуйа5а харыстабылын министерствота Методы и сооружения утилизации, захоронения и сжигания твердых: бытовых и промышленных отходов		Доклад на тему: «О ходе работ по выявлению и понуждению к ликвидации... Ежегодно в России образуется порядка 35 40 млн тонн твердых бытовых отходов. В объемных единицах это составляет 200 млн куб м
	Организация сбора и вывоза твердых бытовых отходов В первую очередь это бесперебойное, качественное обеспечение работ по вывозу твердых бытовых отходов с контейнерных площадок жилого...		Тезисы IV областного конкурса социальных проектов «я гражданин россии» Целью работы является: привлечь внимание учащихся и жителей посёлка Орлецы к проблеме утилизации твёрдых бытовых отходов
	Реферат для заключительного научно-технического отчета должен содержать следующие разделы Заключительный научно-технический отчет по госконтракту принимается на бумажном носителе и в электронной системе. Разделы и подразделы...		Итоговый тестовый контроль по Эпидемиологии – 2009 год Предметную... Методы и сооружения утилизации, захоронения и сжигания твердых: бытовых и промышленных отходов
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Для этого учащиеся выясняют дома и заносят в таблицу виды бытовых отходов и способы их утилизации. После сбора индивидуальных заданий...		Тесты проверки остаточных знаний По дисциплине опд. Ф. 08 Промышленная... Методы и сооружения утилизации, захоронения и сжигания твердых: бытовых и промышленных отходов
	Договор на оказание услуг по вывозу (удалению) отходов IV-V класса... Муниципальное унитарное предприятие Алтайского сельсовета «Алтайский коммунальщик», именуемое в дальнейшем «Исполнитель», в лице...		Программа учебной дисциплины «технология твердых бытовых отходов» Квалификация (степень) выпускника: специалист, специальное звание "горный инженер"
	А. А. Жукова «Реализация комплекса мер по недопущению накопления... Значительная часть накопленных промышленных отходов представлена отходами горнодобывающих, горнорудных предприятий, предприятий черной...		Хаидаров Раиль Данилович Целью данной работы является : Изучить проблему твердых бытовых отходов в сельской местности на примере деревни Смаково