Сжигание ТБО в шлаковом расплаве

В последнее время специалисты и организации ряда отраслей промышленности и в особенности черной и цветной ме­таллургии предлагают в качестве альтернативы слоевому сжи­ганию бытовых отходов сжигание несортированных отходов в вы­сокотемпературных печах с температурой 1750-1900°С; принци­пиальная схема такой установки приведена на рис. 8.12. Следует

отметить, что реально действующих предприятий такого типа пока еще нет.

Основным преимуществом применения сжигания в шла­ковом расплаве считается то, что при нем должно происходить полное разложение вредных соединений, полное окисление го­рючих компонентов и крайне малый процент (1 - 2%) уноса пыли. Главным доказательством этих утверждений служит уве­ренность в том, что высокая температура процесса приведет к разложению любых компонентов, в том числе и таких веществ, как диоксины и фураны.

Еще одним примером сжигания ТБО в шлаковом расплаве является способ «ПИРОКСЭЛ» (рис. 8.13), включающий процессы пиролиза и сжигания в шлаковом расплаве. Расположение в общей установке пиролизного реактора по отношению к шла­ковой ванне таково, что под влиянием радиационного высокотем­пературного тепла в пиролизном реакторе, в котором процесс происходит при недостатке кислорода, интенсивно выделяются образовавшиеся диоксины, фураны, другие вредные вещества, а также весьма опасные отравляющие вещества, например, фосген, которые под воздействием естественной тяги проходят в более вы­сокотемпературные зоны установки, где выгорают до оксидов углерода, азота и серы.

Представляет интерес разработанная в УкрНИИ техни­ческой экологии технология высокотемпературного электропиролиза (ВТЭП) для ТБО. Аппаратурное оформление технологии ВТЭП базируется на двух стандартных «микродоменных» печах (в качестве реактора и в качестве адсорбера), снабженных элек­тродами для стабилизации в них теплового режима; паровой

котел, дымосос и рукавный фильтр — тем более стандартное оборудование. Технологическая схема ВТЭП приведена на рис. 8.14.

Однако высоких температур в шлаковой ванне, или элек­тропечи, или минидомне недостаточно для полного исключения образования диоксинов и фуранов, так как по мере охлаждения отходящих дымовых газов создаются условия для восстанови­тельных реакций, и в присутствии остающегося хлора в дымовых газах возможно появление так называемых вторичных диоксинов и фуранов в количествах, близких к ¹А от начального объема. Очевидно, что высокая температура процессов переработки мусора будет вести к увеличению образования таких" токсичных соединений, как окислы азота. Кроме того, высокие температуры приводят к испарению тугоплавких компонентов ТБО, которые при температурах обычного мусоросжигания находятся в твердом и нейтральном состоянии, а теперь будут непосред­ственно выбрасываться в окружающую среду.

Пиролиз ТБО.

Еще один способ термической утилизации ТБО — пиролиз. Пиролиз, в отличие от сжигания, происходит при более низких температурах (-500-600 °С) и почти без доступа воздуха — с полу­чением, в основном, жидких и газообразных углеводоров. Т. е. в отличие от сжигания ТБО, где основной продукт — это фактически тепловая энергия, пиролиз — это процесс «ожижения» и газифи­кации ТБО. При пиролизе отходов протекают связанные между собой процессы сушки, сухой перегонки (собственно пиролиз), га­зификации и горения коксового остатка с выделением газообразных продуктов.

В процессе пиролиза фактически происходит перераспре­деление твердой органической (а также углеродсодержащей не­органической) части ТБО в сторону образования жидких углево­дородов с более низкой молекулярной массой (главным образом, смолы) и горючих газов (метан, водород, оксид углерода) по ре­акциям:

С+Н₂О ->Н₂+СО-131,4 кДж

С+2Н₂ ->СН₄-74,9 кДж

С+СО₂ -> 2СО -172,5 кДж

Процессы пиролиза ТБО могут быть классифицированы на основе нескольких основных факторов, оказывающих решающее влияние на течение процесса (табл. 8.5).

На рис. 8.15 представлен пример технологической схемы пиролизной утилизации ТБО.

Под воздействием собственного веса отходы опускаются через швельшахту в нижнюю часть реактора, куда подается подо­гретый до 400 °С воздух, который по количеству недостаточен для полного сгорания отходов. Углеродистый остаток от разложения бытового мусора сгорает, а дымовые газы, пройдя систему газоо­чистки, поступают потребителю (в этом отношении описанный способ аналогичен мусоросжиганию с той лишь разницей, что очистка от пыли не производится из-за образования высокотемпе­ратурных газов, для которых обеспыливающие установки непри­менимы). Полученные в результате пиролиза компоненты (газообразные и жидкие продукты) могут быть использованы в качестве низкокачественных энергоносителей.

На данный момент накоплено достаточно большое коли­чество опыта эксплуатации установок по пиролизу и газификации ТБО. И если начальная стадия осуществления такого рода про­грамм знаменовалась достаточно оптимистичными и многообеща­ющими результатами, то прошедшие три десятилетия позволили более трезво взглянуть на данную проблему. Так, явно не оправ­дались ожидания того, что данный метод более «экологичен», чем простое мусоросжигание в топках котлоагрегатов. Но основным фактором, свидетельствующим не в пользу пиролиза, является явная коммерческая несостоятельность данного метода перера­ботки ТБО. Так, по данным международного лондонского консуль­тативного агентства «Juniper Consultancy Services» по состоянию на 2004 г. из 15 ведущих фирм, обладающих патентованными тех­нологиями по пиролизу ТБО, лишь две являются коммерчески оправданными — Ebara (Япония) и Thermoselect (Швейцария).