УТИЛИЗАЦИЯ И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ ОТХОДОВ ТЕРМИЧЕСКИМИ СПОСОБАМИ (ИТС 9-2020)

Оглавление

Введение

Предисловие

Область применения

Раздел 1 Общая информация о сфере утилизации и обезвреживания

отходов термическими способами

1.1 Общая информация о сфере деятельности

1.2 Краткий обзор основных экологических проблем в сфере

утилизации и обезвреживания отходов термическими способами

1.2.1 Экологические аспекты

1.2.2 Основные экологические проблемы

Раздел 2 Технологические, технические решения и системы менеджмента,

используемые в настоящее время в сфере утилизации и обезвреживания

отходов термическими способами

2.1 Общие положения

2.2 Основные эколого-энерготехнологические параметры [7]

2.3 Методы термической деструкции [18], [19]

2.3.1 Методы сжигания отходов

2.3.2 Методы пиролиза

2.3.3 Методы газификации

2.3.4 Методы, основанные на комбинированных методах (пиролиз-

сжигание и др.)

2.3.5 Методы, основанные на применении плазменных источников

энергии

2.4 Методы очистки дымовых газов

Раздел 3 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссий в окружающую

среду

3.1 Уровни воздействия и потребления в сфере утилизации и

обезвреживания отходов термическими способами

3.2 Мероприятия по снижению воздействия технологий на окружающую

среду

110

Раздел 4 Определение наилучших доступных технологий

113

4.1 Общая методология определения технологии утилизации и

обезвреживания отходов термическими способами в качестве НДТ

113

4.2 Методы, позволяющие пошагово рассмотреть несколько технологий

и выбрать наилучшую доступную технологию

114

4.2.1 Шаг 1. Рассмотрение критериев 1, 5 «Наименьший уровень

негативного воздействия на окружающую среду в расчете на единицу

времени или объем производимой продукции (товара), выполняемой

работы, оказываемой услуги либо соответствие другим показателям

воздействия на окружающую среду, предусмотренным международными

договорами Российской Федерации» при одновременном внедрении на

двух и более объектах»

117

4.2.2 Шаг 2. Рассмотрение критериев 2, 4 «Экономическая

эффективность внедрения и эксплуатации и период внедрения»

120

4.2.3 Шаг 3. Рассмотрение критерия 3 «Применение ресурсо- и

энергосберегающих методов»

121

4.2.4 Шаг 4. Принятие членами ТРГ решения об отнесении

технологии к НДТ

122

Раздел 5 Наилучшие доступные технологии в сфере утилизации и

обезвреживания отходов термическими способами

124

5.1 Перечень наилучших доступных технологий

124

5.1.1 Описание основных технологических, процессов утилизации и

обезвреживания отходов термическими способами

124

5.1.2 Прием поступающих отходов

124

5.1.3 Накопление (хранение) отходов

126

5.1.4 Предварительная подготовка отходов

126

5.1.5 Технологии, применяемые на этапе утилизации и

обезвреживания отходов термическими способами

127

5.1.6 Энергоэффективность. Теплоиспользование

131

5.1.7 Технологии очистки газообразных продуктов сгорания

136

5.1.8 Обезвреживание остатков, образующихся при очистке

газообразных продуктов сгорания

146

5.1.9 Удаление остатков, образующихся при очистке газообразных

продуктов сгорания

148

5.1.10 Мониторинг (производственный контроль) и регулирование

выбросов

148

5.1.11 онтроль и обработка сточных вод

150

5.1.12 Обработка шлаков и зольных остатков, образующихся в

результате сжигания

151

5.2 Варианты технологического процесса

154

5.2.1 Технологические процессы на базе методов сжигания

154

5.2.2 Технологические процессы на базе методов пиролиза

157

5.2.3 Технологические процессы на базе методов газификации

157

5.3 Технологические показатели наилучших доступных технологий

158

Раздел 6 Перспективные технологии в сфере утилизации и

обезвреживания отходов термическими способами

166

6.1 Технология газификации твердых топлив и горючих отходов

производства и потребления

166

6.2 Технология сжигания иловых осадков коммунальных очистных

сооружений в кипящем слое катализатора

167

Заключительные положения и рекомендации

170

Приложение А (обязательное) Перечень маркерных веществ

171

Приложение Б (обязательное) Перечень НДТ

172

Приложение В (обязательное) Перечень технологических показателей

180

Приложение Г (справочное) Термины и определения

181

Приложение Д (обязательное) Ресурсная и энергетическая эффективность

183

Приложение Е (обязательное) Заключения по наилучшим доступным

технологиям

190

Библиография

197

III

Введение

Настоящий справочник НДТ разделен на 6 разделов, содержащих информацию

об уровне технического и технологического развития сферы утилизации и обезврежива-

ния отходов термическими способами, применяемых наилучших доступных технологиях

(далее - НДТ) и различных аспектах их применения, а также перспективных наилучших

доступных технологиях. В приложении к справочнику НДТ в дополнение к ГОСТ Р

«Наилучшие доступные технологии. Термины и определения» приводятся ос-

новные специализированные термины и определения, используемые при описании

сферы утилизации и обезвреживания отходов термическими способами.

Краткое содержание справочника НДТ

Введение. Во введении приведено краткое содержание справочника НДТ.

Предисловие. В предисловии указаны цель разработки справочника НДТ, его ста-

тус, правовой контекст, описание конкретных проблем, решаемых справочником НДТ,

описание процедуры создания в соответствии с установленным порядком, а также поря-

док его применения.

Область применения. В разделе приводится детализация области применения

НДТ, на которую распространяется действие справочника НДТ в соответствии с действу-

ющим законодательством. Определена граница отнесения к области применения объ-

ектов утилизации и обезвреживания отходов термическими способами.

В разделе 1 дана общая информация о сфере утилизации и обезвреживания от-

ходов термическими способами: на основании предоставленных предприятиями анкет

приведены обобщенные данные о технологиях и оборудовании, применяемых в Россий-

ской Федерации для термических способов утилизации и обезвреживания отходов, со-

держащих в своем составе органические вещества, с целью снижения уровня их опас-

ности и (или) уменьшения их массы; приводится краткий обзор экологических аспектов

и связанных с ними основных экологических проблем в рассматриваемой сфере дея-

тельности.

В разделе 2 приводится описание технологий и технологических процессов, ис-

пользуемых в настоящее время в сфере утилизации и обезвреживания отходов терми-

ческими способами как в Российской Федерации, так и за рубежом, их основных эколого-

энерготехнологических параметров, основных типов существующих реакторов, их пре-

имуществ и недостатков.

В разделе 3 технологии утилизации и обезвреживания отходов термическими

способами рассмотрены с точки зрения их воздействия на окружающую среду, приво-

дятся показатели оценки технологий, в том числе маркерные загрязняющие вещества в

выбросах в атмосферу, и текущие уровни эмиссии в окружающую среду.

В разделе 4 приводится общая методология определения наилучших доступных

технологий при утилизации и обезвреживании отходов термическими способами, в том

числе с использованием методов, позволяющих пошагово рассмотреть несколько тех-

нологий и выбрать наилучшую доступную технологию. Приводится описание наилучших

доступных технологий по утилизации и обезвреживанию отходов термическими спосо-

бами, позволяющих сократить эмиссии в окружающую среду, потребление сырья, воды,

энергии и снизить воздействие отходов на окружающую среду. Приводятся данные о

потреблении ресурсов и повышении энергоэффективности, технологические показатели

НДТ.

В разделе 5 приводится краткое описание наилучших доступных технологий по

утилизации и обезвреживанию отходов термическими способами. Приводятся данные о

технологических показателях НДТ.

В разделе 6 рассмотрены новейшие технологии, отвечающие требованиям НДТ,

которые находятся на стадии научно-исследовательских и опытно-конструкторских ра-

бот или опытно-промышленного внедрения, представлены их перспективные преимуще-

ства и существующие проблемы для внедрения.

Предисловие

Цели, основные принципы и порядок разработки справочника установлены Поста-

новлением Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. № 1458 «О по-

рядке определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также

разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников

по наилучшим доступным технологиям». Перечень областей применения наилучших до-

ступных технологий определен Распоряжением Правительства Российской Федерации

от 24 декабря 2014 г. № 2674-р (ред. от 24.05.2018).

1 Статус документа

Настоящий информационно-технический справочник по наилучшим доступным

технологиям (далее - справочник НДТ) является документом по стандартизации.

2 Информация о разработчиках

Справочник НДТ разработан технической рабочей группой (ТРГ 9), состав которой

утвержден Приказом Минпромторга России от 3 апреля 2020 г. № 1118 (в редакции При-

каза Минпромторга России № 4094 от 24 ноября 2020 г.).

Справочник НДТ представлен на утверждение Бюро наилучших доступных техно-

логий (далее - Бюро НДТ) (www.burondt.ru).

3 Краткая характеристика

Справочник НДТ содержит описание применяемых в сфере утилизации и обезвре-

живания отходов термическими способами технологических процессов, оборудования,

технических способов, методов, в том числе позволяющих снизить негативное воздей-

ствие на окружающую среду, водопотребление, повысить энергоэффективность, ресур-

сосбережение. Из ряда описанных технологических процессов, оборудования, техниче-

ских способов, методов определены решения, являющиеся наилучшими доступными

технологиями. Для наилучших доступных технологий в справочнике НДТ установлены

соответствующие технологические показатели.

4 Взаимосвязь с международными, региональными аналогами

Справочник НДТ разработан с учетом следующих справочников Европейского со-

юза по наилучшим доступным технологиям:

- справочник EC по наилучшим доступным технологиям «Европейская комиссия.

Комплексное предупреждение и контроль загрязнений. Справочное руководство по

наилучшим доступным технологиям. Сжигание отходов. Август 2006 г.» (European Com-

mission. Integrated Pollution Prevention and Control. Reference Document on Best Available

Techniques for the Waste Incineration. August 2006);

- справочник EC по наилучшим доступным технологиям «Европейская комиссия.

Комплексное предупреждение и контроль загрязнений. Справочное руководство по

наилучшим доступным технологиям. Обработка отходов. Август 2006 г.» (European Com-

mission. Integrated Pollution Prevention and Control. Reference Document on Best Available

Techniques for the Waste Treatments Industries. August 2006).

Справочник НДТ актуализирован в 2020 году с учетом следующих справочников

Европейского союза по наилучшим доступным технологиям:

- справочник EC по наилучшим доступным технологиям «Европейская комиссия.

Директива о промышленных эмиссиях 2010/75/EU. Справочное руководство по наилуч-

шим доступным технологиям. Сжигание отходов. 2019 г.» (European Commission. Indus-

trial Emissions Directive 2010/75/EU. Integrated Pollution Prevention and Control. Best Avail-

able Techniques (BAT) Reference Document for Waste Incineration, 2019);

- справочник EC по наилучшим доступным технологиям «Европейская комиссия.

Директива о промышленных эмиссиях 2010/75/EU. Комплексное предотвращение и кон-

троль загрязнения. Справочное руководство по наилучшим доступным технологиям. Об-

работка отходов.

2018 г.» (European Commission. Industrial Emissions Directive

2010/75/EU. Integrated Pollution Prevention and Control Best Available Techniques (BAT)

Reference Document for Waste Treatment, 2018).

Информация из справочников ЕС использовалась с учетом особенностей утили-

зации и обезвреживания отходов термическими способами в Российской Федерации.

5 Сбор данных

Информация о технологических процессах, оборудовании, технических способах,

методах, применяемых при утилизации и обезвреживании отходов термическими спосо-

бами в Российской Федерации, была обновлена в процессе актуализации справочника

НДТ в соответствии с Порядком сбора и обработки данных, необходимых для разра-

ботки и актуализации информационно-технических справочников по наилучшим доступ-

ным технологиям, утвержденным Приказом Минпромторга России от 18 декабря 2019 г.

№ 4841.

6 Взаимосвязь с другими справочниками НДТ

Взаимосвязь настоящего справочника НДТ с другими справочниками НДТ, разра-

батываемыми (актуализируемыми) в соответствии с Распоряжением Правительства

Российской Федерации от 30 апреля 2019 г. № 866-р «Об утверждении поэтапного гра-

фика актуализации информационно-технических справочников по наилучшим доступ-

ным технологиям», приведена в разделе «Область применения».

7 Информация об утверждении, опубликовании и введении в действие

Справочник НДТ утвержден Приказом Росстандарта от 23 декабря 2020 г. № 2181.

Актуализированная редакция Справочника НДТ введена в действие с 1 июля

2021 г., официально опубликована в информационной системе общего пользования -

на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и мет-

рологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru).

8 Взамен ИТС 9-2015

VII

И Н ФО РМ АЦ И О Н Н О - Т Е Х Н И Ч Е С К И Й С П Р АВ О Ч Н И К

П О Н АИ Л У Ч Ш И М Д О С ТУ П Н Ы М Т Е Х Н О Л О Г И Я М

УТИЛИЗАЦИЯ И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ ОТХОДОВ

ТЕРМИЧЕСКИМИ СПОСОБАМИ

THERMAL TREATMENT OF WASTE

Дата введения - 2021-07-01

Область применения

Настоящий справочник НДТ распространяется на следующие виды деятель-

ности: утилизация и обезвреживание отходов, содержащих в своем составе орга-

нические вещества, термическими способами с деструкцией органических веществ,

в том числе:

- сжигание отходов;

- пиролиз;

- газификация;

- методы, основанные на применении плазменных источников энергии;

- комбинация указанных выше методов.

Реализация перечисленных методов может осуществляться с целью:

- получения материальной продукции;

- получения энергии (в том числе энергетическая утилизация ТКО);

- обезвреживания отходов.

Данные виды деятельности согласно «ОК 029-2014 (КДЕС Ред. 2). Общерос-

сийский классификатор видов экономической деятельности» (утв. Приказом Рос-

стандарта от 31 января 2014 г. № 14-ст) (ред. от 12.02.2020 г.) относятся к коду 38.2.

Справочник НДТ также распространяется на процессы, непосредственно

связанные с основным видом деятельности, которые могут оказать влияние на объ-

емы эмиссий или масштабы загрязнения окружающей среды:

- накопление (хранение) и предварительная подготовка утилизируемых и

обезвреживаемых отходов;

- выбор и подготовка потребляемых материалов и топлива;

- методы предотвращения и сокращения эмиссий и образования отходов;

- способы преобразования энергии, полученной при термических процессах,

в электрическую или тепловую энергию;

- технологии термической утилизации и обезвреживания отходов, являющи-

еся неотъемлемым подпроцессом технологического процесса производства отрас-

левой продукции на предприятиях, в случае если в соответствующем отраслевом

справочнике НДТ они не рассмотрены.

Справочник НДТ не распространяется на:

- технологии утилизации и обезвреживания отходов, в процессе которых ис-

пользуются методы термического воздействия, не приводящие к деструкции отхо-

дов (сушка, дистилляция и т. п.);

- технологии обеззараживания медицинских отходов, используемые непо-

средственно в медицинских учреждениях и не предусматривающие термическую

деструкцию органических веществ, входящих в состав медицинских отходов, с ис-

пользованием методов сжигания, пиролиза, газификации;

- вопросы, касающиеся исключительно обеспечения промышленной без-

опасности или охраны труда.

Дополнительные виды деятельности при утилизации и обезвреживании от-

ходов термическими способами и соответствующие им справочники НДТ приве-

дены в таблице 1.

Т а б л и ц а 1 - Дополнительные виды деятельности при утилизации и обезврежи-

вании отходов термическим способом и соответствующие им справочники НДТ

Вид деятельности

Соответствующий справочник

Утилизация и обезвреживание отходов

ИТС 15-2016 «Утилизация и обезврежи-

другими способами

вание отходов (кроме обезвреживания

термическим способом (сжигание отхо-

дов)»

Размещение отходов

ИТС

17-2016 «Размещение отходов

производства и потребления»

Очистка сточных вод с использованием

ИТС 10-2019 «Очистка сточных вод с

централизованных систем водоотведе-

использованием централизованных си-

ния поселений, городских округов: сжи-

стем водоотведения поселений, город-

гание осадков сточных вод

ских округов»

Производство целлюлозы, древесной

ИТС 1-2015 «Производство целлюлозы,

массы, бумаги, картона: сжигание отхо-

древесной массы, бумаги, картона»

дов производства

Сжигание топлива на крупных установ-

ИТС 38-2017 «Сжигание топлива на

ках в целях производства энергии

крупных установках в целях производ-

ства энергии»

Производство основных органических

ИТС 18-2019 «Производство основных

химических веществ: сжигание отходов

органических химических веществ»

производства

Окончание таблицы 1

Вид деятельности

Соответствующий справочник

Производство продукции тонкого орга-

ИТС 31-2017 «Производство продукции

нического синтеза: сжигание отходов

тонкого органического синтеза»

производства

Добыча нефти: сжигание отходов про-

ИТС 28-2017 «Добыча нефти»

изводства

Очистка выбросов вредных (загрязняю-

ИТС 22-2016 «Очистка выбросов вред-

щих) веществ в атмосферный воздух

ных (загрязняющих) веществ в атмо-

при производстве продукции (товаров),

сферный воздух при производстве про-

а также при проведении работ и оказа-

дукции (товаров), а также при проведе-

нии услуг на крупных предприятиях

нии работ и оказании услуг на крупных

предприятиях»

Производственный экологический кон-

ИТС 22.1-2016 «Общие принципы про-

троль

изводственного экологического кон-

троля и его метрологического обеспе-

чения»

Повышение энергетической эффектив-

ИТС 48-2017 «Повышение энергетиче-

ности

ской эффективности при осуществле-

нии хозяйственно и (или) иной деятель-

ности»

Раздел 1 Общая информация о сфере утилизации и

обезвреживания отходов термическими способами

1.1 Общая информация о сфере деятельности

В настоящем разделе на основании предоставленных предприятиями и ор-

ганизациями анкет представлены технологии и оборудование, применяемые в Рос-

сийской Федерации для утилизации и обезвреживания отходов, содержащих в

своем составе органические вещества, термическими способами. Специализация

рассматриваемых технологий ориентирована на группы видов отходов, содержа-

щих в своем составе органические вещества и подлежащих утилизации и обезвре-

живанию термическими способами.

Источниками образования отходов, содержащих в своем составе органиче-

ские вещества, является как жизнедеятельность населения, так и производствен-

ная и административно-хозяйственная деятельность предприятий. Примерами та-

ких отходов являются: твердые коммунальные отходы (ТКО); медицинские отходы;

биологические отходы; загрязненные органическими веществами грунты; пришед-

шие в негодность и запрещенные пестициды; стойкие органические загрязнители,

в том числе полихлорированные бифенилы; нефтешламы; отходы хлорорганиче-

ских производств химической промышленности; отходы производства минераль-

ных удобрений и химических средств защиты растений; отходы производства орга-

нического синтеза (кислот, альдегидов, кетонов, спиртов и др.); некондиционное ра-

кетное топливо; осадки сточных вод и многие другие [1].

Для выбора оптимальных технологических и конструктивных характеристик

используемых термических установок и оборудования необходимо исходить из кон-

кретных видов отходов, подвергаемых утилизации или обезвреживанию.

Классификация отходов, подвергаемых утилизации и обезвреживанию тер-

мическими способами, объединяет семь основных показателей.

1) По агрегатному состоянию и физической форме отходы разделяются на

3 группы: жидкие, твердые и пастообразные.

В соответствии с Федеральным классификационным каталогом отходов,

утвержденным Приказом Росприроднадзора от 22 мая 2017 г. № 242 (далее -

ФККО-2017) [3], отходы по агрегатному состоянию и физической форме подразде-

ляются следующим образом (девятый и десятый знаки кода): жидкое (10); твердое

в различных формах (20-29); дисперсные системы различных видов (30-39); твер-

дые сыпучие материалы в различных формах (40-49); изделия из твердых матери-

алов, за исключением волокон (50-59); изделия из волокон (60-69); смеси твердых

материалов и изделий (70-79).

2) По горючести отходы разделяются на три класса: горючие, трудногорючие

и негорючие:

- негорючие (несгораемые) - вещества и материалы, не способные к горе-

нию в воздухе. Негорючие вещества могут быть пожаровзрывоопасными (например

окислители или вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с

водой, кислородом воздуха или друг с другом);

- трудногорючие (трудносгораемые) - вещества и материалы, способные

гореть в воздухе при воздействии источника зажигания, но не способные самосто-

ятельно гореть после его удаления;

- горючие (сгораемые) - вещества и материалы, способные самовозго-

раться, а также возгораться при воздействии источника зажигания и самостоя-

тельно гореть после его удаления. Горючие жидкости с температурой вспышки не

более 61 °С в закрытом тигле или 66 °С в открытом тигле, зафлегматизированных

смесей, не имеющих вспышку в закрытом тигле, относят к легковоспламеняю-

щимся. Особо опасными называют легковоспламеняющиеся жидкости с темпера-

турой вспышки не более 28 °С [61].

3) По составу веществ отходы подразделяются на 5 групп:

- к первой группе относятся отходы, содержащие в своем составе органиче-

ские и неорганические вещества, при окислительной переработке которых образу-

ются безвредные дымовые газы (CO2, H2O, N2), не требующие никакой очистки;

- во вторую группу отнесены отходы, которые кроме веществ первой группы

содержат соединения азота, при утилизации и обезвреживании которых образу-

ются оксиды азота (NOх);

- к третьей группе относятся отходы, содержащие органические соединения

элементов S, P, Cl, F, при окислительной обработке которых образуются газообраз-

ные оксиды и кислоты (SO2, P4O10, HCl, HF);

- к четвертой группе относятся отходы, при утилизации и обезвреживании

которых образуются неорганические соли: хлориды, сульфаты, фосфаты (NaCl,

Na2SO4, Na4P2O7, Na2СO3, KCl);

- к пятой группе относятся отходы, содержащие органические вещества, эле-

менты, их окислы, соли или органические соединения элементов, при окислитель-

ной обработке которых образуются элементы или оксиды металлов, в том числе

тяжелых металлов (CuO, Cu2O, TiO2, NiO, ZnO, Fe2O3, Cr2O3, HgO, As2O3).

4) По типу нейтрализующего реагента системы очистки газов отходы разде-

ляются на 4 группы:

- к первой группе относятся отходы, при утилизации и обезвреживании кото-

рых в качестве нейтрализующего реагента используются щелочные реагенты

(NaOH, Na2CO3, KOH, K2CO3). Эти реагенты используются при повышенной темпе-

ратуре рабочего процесса и возможности протекания газофазной реакции нейтра-

лизации;

- ко второй группе относятся отходы, при утилизации и обезвреживании ко-

торых в качестве нейтрализующего реагента используются соединения щелочно-

земельных металлов (Ca(OH)2, CaO, CaCO3). Эти реагенты применяются при отно-

сительно низкой температуре рабочего процесса и возможности протекания гете-

рофазной реакции нейтрализации;

- к третьей группе относятся отходы, при утилизации и обезвреживании ко-

торых в качестве нейтрализующего реагента используются щелочные и щелочно-

земельные реагенты;

- к четвертой группе относятся отходы, при утилизации и обезвреживании

которых не требуется применение нейтрализующих реагентов.

5) По летучести органических примесей отходы разделяются на 4 группы.

При оценке летучести веществ сопоставляют температуру их кипения tкип с равно-

весной температурой испарения воды tравн в распыленном состоянии в контакте с

дымовыми газами или с температурой кипения воды при атмосферном давлении.

В зависимости от летучести все вещества, содержащиеся в отходах, подразделяют

на легколетучие, летучие, малолетучие, нелетучие (в виде жидкого или твердого

остатка).

Условно к легколетучим веществам относят вещества с температурой кипе-

ния ниже 85 °C, вещества с температурой кипения 85 °C < tкип < 100 °C относят к

летучим, к малолетучим относят вещества с высокой температурой кипения

tкип > 200 °C, к нелетучим - вещества, которые практически не испаряются.

6) По температуре жидкоплавкого состояния минеральных продуктов отходы

подразделяются на три группы:

а) отходы с температурой начала спекания золы, значительно превышаю-

щей температуру процесса утилизации и обезвреживания;

б) отходы с температурой начала спекания золы, близкой к рабочей темпе-

ратуре процесса утилизации и обезвреживания;

в) отходы с температурой начала спекания золы, значительно меньшей, чем

температура процесса утилизации и обезвреживания.

7) По возможности возгонки минеральных продуктов процесса термической

деструкции отходы подразделяются на три типа:

а) полностью возгоняющиеся вещества;

б) частично возгоняющиеся вещества;

в) практически не возгоняющиеся вещества.

В практике утилизации и обезвреживания отходов, содержащих органиче-

ские вещества, нашли широкое применение три основных метода термического

воздействия [2]:

а) Высокотемпературный окислительный метод (сжигание). Его сущность за-

ключается в сжигании горючих отходов высокотемпературным теплоносителем

(продуктами сгорания топлива, плазменной струей, расплавом и др.). При исполь-

зовании этого метода токсичные компоненты подвергаются термическому разложе-

нию, окислению и другим химическим превращениям с образованием газов и твер-

дых продуктов.

б) Пиролиз - процесс термического разложения отходов, содержащих орга-

нические вещества, при недостатке или отсутствии окислителя, в результате чего

образуются твердый углеподобный остаток и пиролизный газ, содержащий высоко-

кипящие смолообразные вещества. Теплота сгорания газа ~13-21 МДж/м³. При

низких температурах пиролиза (~400-600 °C) больше доля образующихся жидких

смолообразных продуктов, а при высоких (~700-1050 °C) - больше доля газооб-

разных продуктов.

Окислительный пиролиз - это процесс термического разложения отходов

при их частичном сжигании или непосредственном контакте с продуктами сгорания

топлива. Газообразные продукты разложения отходов смешиваются с продуктами

сгорания топлива или части отходов, поэтому на выходе из реактора они имеют

низкую теплоту сгорания, но повышенную температуру. Затем смесь газов сжигают

в обычных топочных устройствах. В процессе окислительного пиролиза образуется

твердый углеродистый остаток (кокс). В дальнейшем кокс можно использовать в ка-

честве твердого топлива или в других целях. Под сухим пиролизом понимают про-

цесс термического разложения отходов, твердого и жидкого топлива без доступа

окислителя. В результате сухого пиролиза отходов образуются пиролизный газ с

высокой теплотой сгорания, жидкие продукты и твердый углеродистый остаток.

Жидкие продукты могут применяться в качестве компонента топлив, растворите-

лей, нефтехимического сырья. Количество и качество продуктов сухого пиролиза

зависят от состава отходов и температуры процесса. В зависимости от темпера-

туры различают три вида сухого пиролиза:

 низкотемпературный пиролиз (450-550 °C), при котором максимален вы-

ход жидких продуктов и твердого остатка (полукокса) и минимален выход пиролиз-

ного газа с максимальной теплотой сгорания;

 среднетемпературный пиролиз (до 800 °C), при котором выход газа увели-

чивается при уменьшении его теплоты сгорания, а выход жидких продуктов и кок-

сового остатка уменьшается;

 высокотемпературный пиролиз (900-1050 °C), при котором минимален вы-

ход жидких продуктов и твердого остатка и максимален выход пиролизных газов с

минимальной теплотой сгорания.

в) Газификация - процесс термической деструкции отходов, содержащих

органические вещества, окислителем (воздухом, кислородом, водяным паром, ди-

оксидов углерода или их смесью) с расходом ниже стехиометрического, с получе-

нием генераторного газа (синтез-газа) и твердого или расплавленного минераль-

ного продукта. Переработка отходов газификацией имеет следующие преимуще-

ства по сравнению с методом сжигания:

 получаемые горючие газы могут быть использованы в качестве энергети-

ческого и технологического топлива, в то время как при сжигании практически воз-

можно только энергетическое использование теплоты отходов (получение водяного

пара или горячей воды);

 получаемая смола может быть использована как жидкое топливо и как хи-

мическое сырье;

 сокращаются выбросы золы и сернистых соединений в атмосферу.

1.2 Краткий обзор основных экологических проблем в сфере

утилизации и обезвреживания отходов термическими

способами

Сжиганием называется контролируемый процесс окисления твердых, пасто-

образных или жидких горючих отходов, содержащих органические вещества.

Метод пиролиза заключается в термическом воздействии на отходы, при ко-

тором происходит их необратимое химическое изменение под действием повышен-

ной температуры без доступа или с ограниченным доступом кислорода с выделе-

нием горючего пиролизного газа (пирогаза), жидких и твердых продуктов [2], [15].

Технологическая цепь пиролиза состоит из следующих этапов:

 подготовка отходов;

 термодеструкция подготовленных отходов в реакторе для получения

пирогаза и пиролизного масла и твердого остатка;

 конденсация и сепарация полученного газа с получением жидкой

фракции и пирогаза;

 очистка пирогаза от соединений хлора, фтора, серы, цианидов с целью

повышения его экологических показателей и энергоемкости;

 сбор и сжигание очищенного пирогаза в топке котла-утилизатора для

получения пара, горячей воды или электроэнергии или использование

пирогаза для производства продукции;

 сбор пиролизного масла и твердого остатка.

Газификация - это процесс термической деструкции отходов, содержащих

в своем составе органические вещества, окислителем (воздухом, кислородом, во-

дяным паром, углекислым газом или их смесью) с расходом ниже стехиометриче-

ского, с получением генераторного газа (синтез-газа) и твердого или расплавлен-

ного минерального продукта.

1.2.1 Экологические аспекты

Экологические проблемы в сфере утилизации и обезвреживания отходов

термическими способами определяются экологическими аспектами, которые ока-

зывают или могут оказать прямое воздействие на окружающую среду. Согласно ISO

14001 [4], экологический аспект - это элемент деятельности организации, ее про-

дукции или услуг, который может взаимодействовать с окружающей средой.

При утилизации и обезвреживании отходов термическими способами к эко-

логическим аспектам, оказывающим прямое воздействие на окружающую среду и

здоровье человека, относятся:

 выбросы в атмосферу;

 сбросы сточных вод в водные объекты;

 образование вторичных отходов;

 хранение (накопление) утилизируемых и обезвреживаемых отходов и при-

меняемых реагентов, в том числе опасных;

 физические воздействия (преимущественно шум);

 запахи.

К экологическим аспектам, оказывающим косвенное воздействие на окружа-

ющую среду и здоровье человека, относятся:

 эффективность системы управления охраной окружающей среды;

 компетентность персонала в вопросах охраны окружающей среды;

 контроль и мониторинг воздействия на окружающую среду (наличие, до-

статочность, качество измерительного и контролирующего оборудования);

 потребление сырья и материалов;

 потребление энергоресурсов и др.

При горении в основном образуются диоксид углерода, вода и зола. Сера и

азот, содержащиеся в отходах, образуют при сжигании различные оксиды, а хлор

восстанавливается до НСl. Помимо газообразных продуктов при сжигании отходов

образуются и твердые частицы - металлы, стекло, шлаки и др., которые требуют

дальнейшей утилизации или захоронения. При сжигании молекулы органических

соединений разрушаются, а неорганические соединения превращаются в оксиды и

карбонаты, которые выводятся вместе со шлаками и золой. Мелкодисперсные ча-

стицы оксидов и карбонатов, содержащиеся в топочных газах, улавливаются в раз-

личных газоочистных установках («мокрых» скрубберах, электрофильтрах, ткане-

вых фильтрах и др.) [5], [6].

Термодеструкция отходов на современном уровне развития науки и техники

обеспечивает практически полное разрушение находящихся в отходах органиче-

ских вредных веществ и продуктов их неполного разложения, что достигается с по-

мощью высоких температур (более 1000 °C), времени пребывания газов в горячей

зоне не менее двух секунд и турбулентности пламени при концентрации кислорода

не менее 6 %. Это относится и к диоксинам и фуранам, которые разрушаются более

чем на 90 %. При температуре 850 °C диоксины расщепляются на их составные ча-

сти. При охлаждении дымовых газов существует возможность того, что очень не-

большая часть образовавшихся фрагментов снова соединится. Для их надежного

отделения применяются рукавные фильтры в системе очистки дымовых газов с воз-

можностью дополнительной подачи порошкообразного активированного угля и, как

результат, эффективной сепарации всех диоксинов и фуранов [7], [8], [9]. Эти тех-

нологические решения закладываются при создании целого ряда установок, на ко-

торых применяется метод сжигания, и непосредственно реализуются на современ-

ных мусоросжигательных заводах. Для очистки дымовых газов на мусоросжига-

тельных заводах в России применяется оборудование, в основном импортное, с

трехступенчатой системой очистки отходящих дымовых газов, адаптированной к

использованию химических реагентов российского производства [10], [11], [12].

На первой ступени очистки в абсорбере происходит нейтрализация кислых компо-

нентов дымовых газов известью в присутствии мелкодисперсных водяных капель.

На второй ступени в рукавном фильтре осуществляется глубокая очистка от лету-

чей золы и сорбция тяжелых металлов и диоксинов в процессе фильтрования ды-

мовых газов через слой извести и активированного угля на фильтровальной ткани.

На третьей ступени очистки осуществляется восстановление содержащихся в ды-

мовых газах оксидов азота до молекулярного азота с использованием аммиачной

воды. Неорганические вредные вещества, такие как тяжелые металлы, которые не

обезвреживаются даже при высоких температурах, в многоступенчатой установке

для очистки дымовых газов и при переработке остатков от сжигания должны выде-

ляться в концентрированном виде, извлекаться и связываться. После этого обра-

щение с ними должно осуществляться экологически безопасным способом. Обра-

зующиеся при сжигании малоопасные шлаки, похожие на горную породу, могут

быть безопасно утилизированы. В Германии, Голландии и других странах они ис-

пользуются в том числе как заменитель дорожного щебня или для звукоизоляции

стен [13], [14].

Пиролиз без использования кислорода или с большим недостатком кисло-

рода в условиях эндотермического процесса протекает с использованием внешней

энергии, получаемой за счет сжигания пирогаза, который используется для поддер-

жания процесса. Такой подход позволяет существенно снизить объем выбросов за-

грязняющих веществ в атмосферный воздух. Пиролизное масло может в дальней-

шем использоваться как топливо для пиролизной установки или направляться на

ректификацию с получением продукции различного качества и степени очистки

(например средних дистиллятов). Образующийся при этом коксовый остаток имеет

высокую плотность, а при качественной предварительной сортировке твердый

остаток может быть ценным продуктом, что резко уменьшает объем образующихся

отходов.

Таким образом, существенными экологическими аспектами утилизации и

обезвреживания отходов термическими способами являются:

 выбросы в атмосферу, состав и уровень которых существенно зависит от

групп видов утилизируемых и обезвреживаемых отходов и их компонентного со-

става;

 количество и классы опасности отходов, которые образовались в резуль-

тате утилизации и обезвреживания (термического разложения);

 уровень потребления энергоресурсов, который также в значительной сте-

пени зависит от групп видов утилизируемых и обезвреживаемых отходов.

При оценке соответствия рассматриваемых технологий и оборудования кри-

териям НДТ существенное значение будет иметь определение перечня контроли-

руемых маркерных загрязняющих веществ в выбросах в атмосферный воздух.

1.2.2 Основные экологические проблемы

Основные экологические проблемы, связанные с утилизацией и обезврежи-

ванием отходов термическими способами, можно подразделить в зависимости от

причин их возникновения следующим образом:

 организационно-правовые;

 ресурсосберегающие;

 технико-технологические;

 финансово-экономические;

 собственно экологические и санитарно-гигиенические;

 контроля и мониторинга;

 социально-психологические.

1.2.2.1 Организационно-правовые проблемы

В настоящее время в Российской Федерации отсутствует нормативный пра-

вовой документ федерального уровня, который бы устанавливал иерархию прио-

ритетов применяемых методов, а также критерии, позволяющие отличить утилиза-

цию отходов термическими способами от их обезвреживания.

Применительно к термическим способам удаления твердых коммунальных

отходов (далее - ТКО) негативную роль играют: слабое развитие селективного

сбора вторичных материальных ресурсов и опасных отходов, которые попадают в

ТКО; низкая эффективность их сортировки, которая не позволяет снизить вероят-

ность попадания в поток направляемых на сжигание или пиролиз утильных фрак-

ций, опасных отходов потребления (ртутных ламп и других ртутьсодержащих при-

боров, батареек, аккумуляторов и др.). Эти факторы создают серьезные трудности

для широкого применения термических способов обращения с ТКО, в том числе в

части обеспечения допустимых уровней воздействия на окружающую среду. При-

нятие Федерального закона от 21 июля 2014 г. № 219-ФЗ «О внесении изменений в

Федеральный закон “Об охране окружающей среды” и отдельные законодательные

акты Российской Федерации» [44] в значительной мере способствует решению ука-

занных проблем при условии реализации его положений в полном объеме. Введе-

ние в Федеральный закон «Об отходах производства и потребления» понятия

«энергетическая утилизация», которое отнесено исключительно к ТКО, также

осложняет обоснование возможности рассматривать получение энергии при тер-

мической обработке (сжигание, пиролиз, газификация) прочих горючих отходов как

процесс их утилизации.

1.2.2.2 Проблемы ресурсосбережения

Серьезное внимание необходимо уделить не только созданию условий для

исключения попадания в состав смешанных отходов, направляемых на сжигание,

пиролиз, газификацию, вторичных материальных ресурсов, для максимально пол-

ного извлечения из потоков отходов компонентов, пригодных для получения мате-

риальной продукции, но и проблеме максимального использования вторичных

энергетических ресурсов, которые образуются в результате утилизации и обезвре-

живания отходов термическим способом. Данная проблема особенно актуальна

для таких крупных объектов, как мусоросжигательные заводы, в том числе с точки

зрения повышения их энергетической и экономической эффективности.

1.2.2.3 Технико-технологические проблемы

К объектам, предназначенным для утилизации и обезвреживания отходов

термическим способом, могут относиться такие участки, как:

 участок накопления отходов, подлежащих утилизации или обезврежива-

нию. Для ритмичной и бесперебойной работы основного оборудования по утилиза-

ции и обезвреживанию отходов термическим способом, что обеспечивает в том

числе и уровень допустимого воздействия на окружающую среду, необходимы до-

статочные по площади и соответственно оборудованные помещения (площадки).

В целях обеспечения экологической, промышленной и пожарной безопасности дол-

жен быть организован эффективный входной контроль поступающих на объект от-

ходов, а также постоянный производственный контроль;

 участок предварительной подготовки отходов, подлежащих утилизации и

обезвреживанию, что также требует и соответствующего технического оснащения,

и постоянного производственного контроля;

 участок утилизации и обезвреживания отходов термическим способом, на

котором используется сложное технологическое оборудование, эксплуатация кото-

рого должна осуществляться с четким соблюдением технологических режимов, с

регулярным обслуживанием оборудования, необходимостью технического и техно-

логического совершенствования процессов;

 блок очистки выбросов, сбросов, образующихся в результате утилизации

и обезвреживания отходов термическим способом, что требует серьезного техни-

ческого оснащения и постоянного производственного контроля, в том числе анали-

тическими методами;

 участок накопления вторичных отходов, образующихся в результате тер-

модеструкции отходов и вспомогательной деятельности (обслуживание оборудова-

ния, проведение ремонтных работ, содержание производственной площадки, жиз-

недеятельность персонала и т. д.), что требует организации обращения с указан-

ными отходами в соответствии с установленными требованиями;

 блок получения электрической и/или тепловой энергии.

При утилизации и обезвреживании отходов сжиганием возникает необходи-

мость соблюдения достаточно жестких условий осуществления термического про-

цесса:

 необходимость сжигать отходы с большими избытками воздуха из-за ши-

рокого диапазона изменения теплоты сгорания и состава их компонентов;

 обязательная выдержка газообразных продуктов сгорания при темпера-

туре выше 850 °C в течение двух и более секунд и турбулентности пламени (его

«перемешивании») при концентрации кислорода не менее 6 % для полной деструк-

ции органических загрязнителей, в первую очередь полихлорированных дибензо-

диоксинов и фуранов;

 ограничение температуры дымовых газов на входе в конвективные поверх-

ности (не более 750 °C) по условиям минимизации шлакования этих поверхностей;

 поддержание оптимальной для работы системы газоочистки температуры

дымовых газов на выходе из котла (обычно 180-200 °C);

 обязательное применение многоступенчатой системы газоочистки.

Пиролиз и газификация, в том числе с применением плазматронов [16], [17],

имеют определенные преимущества, но применяются в настоящее время сравни-

тельно редко вследствие жестких требований к качеству поступающих на термоде-

струкцию отходов, низкой надежности либо повышенного энергопотребления. Так,

существуют достаточно жесткие требования к подготовке ТКО, направляемых на

пиролиз (газификацию):

 сортировка отходов с целью извлечения балластных фракций (стекло, ме-

таллы, камни, мелкая фракция);

 сушка отходов;

 предварительное дробление отходов.

Последнее требование приводит к снижению надежности мусороперераба-

тывающих предприятий, использующих технологию пиролиза, поскольку наличие

крупных нераздробленных фракций, часто встречающихся, например, в ТКО, нару-

шает работу установки и выводит оборудование из строя.

Для условий России следует отметить следующие свойства ТКО, образую-

щихся при условиях совместного их накопления в отсутствие раздельного сбора:

 отходы крайне неоднородны по составу; состав значительно изменяется в

зависимости от «партии» отходов, а также от времени: в осенне-зимний период в

отходах наблюдаются максимальные влажность и плотность, в весенне-летний пе-

риод - увеличение содержания полимерных отходов, органики и смёта;

 влажность российских отходов на 15-20 % выше, чем в странах Западной

Европы;

 российским отходам свойственна структурная механическая связанность

за счет волокнистых и влажных фракций;

 российские отходы отличаются слеживаемостью при хранении и транспор-

тировке, выделением фильтрата;

 российские отходы отличаются повышенной абразивностью, которая свя-

зана с наличием фарфора, стекла, камня;

 высокие влажность и содержание различных солей в отходах способ-

ствуют коррозионному воздействию на металл при длительном контакте;

 наблюдается эпизодическое попадание тяжелых, трудно дробимых пред-

метов, выводящих из строя перерабатывающее оборудование.

Объекты, на которых осуществляется сжигание опасных отходов, сталкива-

ются с проблемой превышения содержания оксидов азота, серы и углерода, а

также диоксинов, бензапирена и т. п. в газовых выбросах над установленными нор-

мативами. Колебания количества выбрасываемых загрязняющих веществ связаны

в основном с загрузкой новой порции отходов и резком понижении концентрации

кислорода в реакторе или из-за недостаточного перемешивания горючей массы и,

следовательно, низкой теплопередачи. Для борьбы с этим эффектом реактор печи

следует оборудовать системами остановки подачи отходов до момента восстанов-

ления концентрации кислорода до оптимальной или дополнительной инжекции кис-

лорода в зону горения.

Присутствие в отходящих газах диоксинов и дифенилов значительно ослож-

няет их очистку прежде всего из-за малой концентрации этих высокотоксичных со-

единений (имеющих, к тому же, чрезвычайно малые уровни ПДК); требует создания

современных и дорогостоящих многоступенчатых (обычно трехступенчатых) си-

стем очистки.

Изложенные выше проблемы требуют соответствующих технологических ре-

шений, достаточной квалификации обслуживающего персонала и материально-фи-

нансовых затрат.

1.2.2.4 Финансово-экономические проблемы

Создание и функционирование объектов для термической утилизации или

обезвреживания отходов, прежде всего ТКО, требует немалых финансовых вложе-

ний, которые имеют значительные сроки окупаемости.

Утилизация и обезвреживание отходов сопровождается выделением значи-

тельного количества по массе и номенклатуре загрязняющих веществ, что требует

многоступенчатой очистки и соответственно затрат на очистку, в первую очередь

выбросов в атмосферный воздух.

Организация производственного экологического контроля параметров произ-

водственных процессов, эмиссий в окружающую среду обусловливает относи-

тельно высокие затраты.

Согласно Стокгольмской конвенции о стойких органических загрязнителях, к

которой Россия присоединилась в 2002 году, отходы должны удаляться таким об-

разом, чтобы содержащиеся в них стойкие органические загрязнители уничтожа-

лись или необратимо преобразовывались и не проявляли свойств стойких органи-

ческих загрязнителей. Соблюдение этого требования требует больших матери-

ально-технических и финансовых затрат.

1.2.2.5 Экологические и санитарно-гигиенические проблемы

Термические способы утилизации и обезвреживания отходов сопровожда-

ются выделением (в том числе неучтенных) побочных продуктов, многие из которых

наносят вред окружающей среде и здоровью людей. В большинстве случаев в ре-

зультате термодеструкции отходов образуется (эмитирует в окружающий воздух)

широкий спектр загрязняющих веществ. Как уже отмечалось выше, для подавления

вредных выбросов необходимо использование достаточно сложных и дорогостоя-

щих систем очистки отходящих газов.

Любое сжигание является источником выбросов парниковых газов, подлежа-

щих контролю в рамках ряда международных соглашений.

Технологические (сточные) воды также требуют соответствующих систем

очистки.

Зола (уловленная) и шлак, образующиеся при сгорании отходов, должны

быть размещены на специализированных объектах, обустройство которых должно

обеспечить защиту окружающей среды от возможного воздействия токсичных ком-

понентов этих отходов, или повторно использованы для производства продукции,

выполнения работ, оказания услуг.

Особую проблему (особенно для обслуживающего персонала) могут созда-

вать неорганизованные выбросы из установок и оборудования, мест хранения от-

ходов, в некоторых случаях - запах, технологический шум и вибрация, биологиче-

ское загрязнение «свежих» отходов.

1.2.2.6 Проблемы контроля и мониторинга

Функционирование предприятий (заводов и установок) по утилизации и обез-

вреживанию отходов термическим способом обусловливает необходимость орга-

низации систем экологического производственного контроля и экологического мо-

ниторинга их деятельности. Это, в свою очередь, определяет необходимость при-

обретения как предприятием, так и контролирующими органами специальных

(обычно дорогостоящих) средств контроля и использования специальных химико-

аналитических приборов и аттестованных методик (при наличии соответствующих

специалистов).

Директива № 2010/75/ЕС Европейского парламента и Совета Европейского

Союза «О промышленных эмиссиях (комплексное предотвращение и контроль за-

грязнения) (новая редакция)» [45] устанавливает требования к контролю в выбро-

сах объектов, на которых применяются термические способы утилизации и обез-

вреживания отходов, следующих веществ: летучая зола и пыль, органические ве-

щества, хлористый водород, фтористый водород, сернистый ангидрид, оксиды

азота, оксид углерода, кадмий, таллий, ртуть, кобальт, хром, марганец, никель, мы-

шьяк, медь, свинец, сурьма, ванадий, диоксины, фураны, полихлорированные ди-

бензодиоксины и дибензофураны.

Справочник EC по наилучшим доступным технологиям Best Available Tech-

niques (BAT) Reference Document for Waste Incineration, 2019 [60] содержит перечень

веществ, подлежащих обязательному контролю, для объектов, на которых проис-

ходит утилизация и обезвреживание отходов.

1.2.2.7 Социально-психологические проблемы

Население в значительной своей части негативно относится к термическим

способам утилизации и обезвреживания отходов, особенно в тех случаях, когда

специальные заводы и установки по утилизации и обезвреживанию отходов терми-

ческим способом размещаются в непосредственной близости от селитебных, ре-

креационных и природно-значимых территорий.

Решением данной проблемы могла бы стать законодательно определенная

иерархия приоритетов в выборе тех или иных технологических решений.

Раздел 2 Технологические, технические решения и системы

менеджмента, используемые в настоящее время в сфере

утилизации и обезвреживания отходов термическими

способами

2.1 Общие положения

В общем виде технологическая схема комплексной установки для утилиза-

ции и обезвреживания термическими методами отходов, содержащих органические

вещества, может включать [7] следующие блоки:

 блок подготовки отходов;

 блок собственно термической обработки отходов;

 блок теплоиспользования;

 блок получения органических продуктов (синтез-газ, жидкое топливо, кокс);

 блок получения минеральных продуктов (керамика, цемент, минеральные

соли, кислоты, металлы и др.);

 блок многоступенчатой очистки отходящих газов перед их выбросом в ат-

мосферу.

Технология термодеструкции отходов, кроме твердых коммунальных отхо-

дов, признается технологией утилизации отходов термическими методами в следу-

ющих случаях:

- термодеструкция отходов проводится с целью получения материальной

продукции, соответствующей установленным стандартам, при этом возможно ис-

пользование тепла отходящих газов с целью получения тепловой или электриче-

ской энергии;

- термодеструкция отходов применяется для получения энергии (электриче-

ской и/или тепловой).

Технология термодеструкции твердых коммунальных отходов признается

технологией утилизации термическими методами в случаях, если термодеструкция

применяется для получения энергии (электрической и/или тепловой), при этом

энергетическая эффективность, рассчитанная по формуле 1 Приложения Д для

комбинированного производства тепловой и электрической энергии (когенерация),

составляет не менее 0,65, а для конденсационного режима (производится только

электрическая энергия) составляет не менее 0,45. Технология термодеструкции от-

ходов признается технологией обезвреживания отходов, если термодеструкция ис-

пользуется для отходов, не пригодных для/не подлежащих утилизации, для целей

уменьшения массы отходов, изменения их состава, физических и химических

свойств, снижения негативного воздействия; при этом возможно использование

тепла отходящих газов.

Исходные данные для разработки установок утилизации и обезвреживания

отходов термическим способом должны обязательно включать информацию об от-

ходах, направляемых на утилизацию или обезвреживание, с учетом приведенной в

разделе 1 классификации отходов и агрегатную мощность (нагрузку).

По возможности передвижения установок можно выделить: мобильные, пе-

редвижные установки, не имеющие прочной связи с землей и конструктивные ха-

рактеристики которых позволяют осуществить их перемещение и (или) демонтаж и

последующую сборку без несоразмерного ущерба назначению и без изменения ос-

новных характеристик оборудования включенного в их состав, и стационарные

установки - объекты, которые прочно связаны с землей и их перемещение влечет

несоразмерный ущерб их назначению.

По мощности установки можно выделить следующим образом:

 установки малой мощности 10-500 кг/ч (мобильные, передвижные);

 установки средней мощности с агрегатной нагрузкой 500-2000 кг/ч (в том

числе транспортабельные, то есть способные к перебазированию на новую пло-

щадку);

 установки станции большой агрегатной мощности 2000-10000 кг/ч (стаци-

онарные).

Выбор НДТ должен осуществляться для различных технологических схем и

быть направлен на максимальное снижение эмиссий в окружающую среду, ре-

сурсо- и энергосбережение, в том числе выработку энергии и получение побочных

минеральных и органических продуктов. Выбор НДТ осуществляется на основе Ме-

тодических рекомендаций определения технологии в качестве наилучшей доступ-

ной технологии (Приказ Минпромторга России от 23 августа 2019 г. № 3134), учи-

тывающих совокупность соответствующих критериев.

2.2 Основные эколого-энерготехнологические параметры [7]

Эколого-энерготехнологические параметры определяют экологическую и

экономическую эффективность и надежность процесса утилизации и обезврежива-

ния отходов:

а) температурный уровень процесса. По этому параметру термические про-

цессы и реакторы можно подразделить на низкотемпературные (температура отхо-

дящих газов tог = 400-600 °C); среднетемпературные (tог = 600-1000 °C); высоко-

температурные (tог ≥ 1000-2000 °C и выше);

б) время пребывания (без учета камеры дожигания) токсичных компонентов

в рабочей зоне термического реактора tпреб. По времени пребывания термические

реакторы можно разделить на следующие группы:

1) tпреб < 0,1 с (малое отношение рабочего объема реактора Vр (м³) к объ-

емному расходу газов Vг (м³/с);

2) tпреб = 0,1-0,5 с (средняя величина Vр/Vг);

3) tпреб = 0,5-2 с (повышенная величина Vр/Vг);

4) tпреб > 2 с (сверхвысокая величина Vр/Vг);

в) интенсивность перемешивания компонентов в рабочей зоне термического

реактора;

г) состав газовой атмосферы в термическом реакторе. Различают три ре-

жима:

1) окислительная атмосфера (коэффициент расхода окислителя α > 1);

2) восстановительная атмосфера (α < 1);

3) переменная по зонам реактора атмосфера (например восстанови-

тельно-окислительная);

д) принцип теплогенерации (тип внешнего, дополнительного источника энер-

гии). На практике используются:

1) органическое топливо (газообразное, жидкое или твердое, а также го-

рючие отходы);

2) электроэнергия (индукционный, электродуговой или плазменный источник);

3) комбинированный источник;

е) тип окислителя. Применяются:

1) воздух;

2) технический кислород;

3) обогащенное кислородом воздушное дутье;

4) водяной пар;

5) диоксид углерода;

ж) режим шлакоудаления. На практике используются режимы:

1) с жидким шлакоудалением;

2) с твердым шлакоудалением;

з) способ нейтрализации образующихся при термическом обезвреживании

отходов газообразных окислов и кислот (SO2, SO3, HCl, HF, P4O10). Применяются:

1) способы с предварительной, реагентной обработкой отходов;

2) способы с подачей реагентов непосредственно в термический реактор;

3) способы, характеризующиеся подачей реагентов на стадию охлажде-

ния газообразных продуктов обезвреживания;

4) способы подачи реагентов на стадию низкотемпературной очистки га-

зов.

Оптимизация эколого-энерготехнологических параметров позволяет вы-

брать соответствующий тип термического реактора для утилизации и обезврежива-

ния жидких, твердых и пастообразных отходов.

2.3 Методы термической деструкции [18], [19]

В настоящее время для утилизации и обезвреживания отходов термическим

способом чаще других используются сжигание, пиролиз, газификация.

2.3.1 Методы сжигания отходов

Наиболее распространенным методом термодеструкции является сжигание

(огневой метод), используемое для утилизации и обезвреживания жидких, твердых,

пастообразных отходов.

Целеполагание сжигания отходов заключается в:

 обезвреживании отходов, направленном на уменьшение их массы, изме-

нение состава, физических и химических свойств в целях снижения негативного

воздействия отходов на здоровье человека и окружающую среду;

 утилизации отходов, направленной на получение энергии, выделяемой

при горении отходов или их компонентов.

Блок-схемы сжигания отходов с различными подходами в целеполагании

(с целью обезвреживания и получения различных видов энергии) приведены на ри-

сунках 2.1 и 2.2.

Рисунок 2.1 - Общая схема сжигания отходов с целью обезвреживания

Рисунок 2.2 - Общая схема сжигания отходов с целью получения различных

видов энергии

Метод сжигания применяется на современных предприятиях и считается

наиболее универсальным, надежным и эффективным по сравнению с другими тер-

мическими методами утилизации и обезвреживания отходов.

В мировой практике сжигание отходов подразделяется на пять групп, имею-

щих свои технологические особенности [14]:

 сжигание смешанных коммунальных (муниципальных) отходов. Такое сжига-

ние традиционно представляет собой термическую обработку смешанных и практиче-

ски необработанных коммунальных отходов, образующихся в жилом секторе. Иногда

применяется совместное сжигание таких отходов с промышленными отходами;

 сжигание коммунальных или других отходов, предварительно подготов-

ленных к сжиганию, то есть отходов, собранных в системе раздельного сбора, пред-

варительно обработанных для повышения их теплотворной способности;

 сжигание опасных отходов на промышленных объектах, где эти отходы об-

разовались, или специализированных заводах;

 сжигание осадков сточных вод на специализированных установках или на

установках для сжигания отходов (вместе с другими отходами, например комму-

нальными);

 сжигание медицинских отходов на специализированных установках.

В настоящем разделе рассмотрены наиболее распространенные виды обо-

рудования для термической обработки отходов:

 слоевые печи;

 печи с псевдоожиженным слоем;

 вращающиеся печи;

 циклонные печи;

 шахтные печи;

 печи с жидкой ванной расплава;

 подовые печи.

Технология сжигания в слоевых топках с возможностью получения

энергии

Для сжигания в слоевых топках наиболее пригодными считаются следующие

виды отходов:

 смешанные коммунальные отходы;

 отработанные масла (в случаях, предусмотренных законодательством);

 опасные отходы (частично, только горючие вещества);

 лакокрасочные отходы;

 промышленные отходы (горючие вещества, особенно мелкокусковые

смеси; например посторонние вещества, отделяемые при переработке макулатуры

в бумажной промышленности);

 древесные отходы (при отсутствии возможности других методов утилизации);

 строительные отходы (применяется для горючей составляющей строи-

тельных отходов);

 горючие фрагменты крупногабаритных отходов;

 прочие отходы (горючие вещества).

Отходы, подлежащие сжиганию в слоевых топках, требуют предварительной

обработки: должны быть удалены крупные фракции, создающие помехи (например

металлоотходы); отходы не должны содержать радиоактивных компонентов; в

некоторых случаях требуется предварительное измельчение.

В отечественной и зарубежной практике для термических способов утилиза-

ции и обезвреживания твердых и пастообразных отходов, содержащих органиче-

ские вещества, наиболее широко используются слоевые печи. Принципиальная

схема слоевого сжигания представлена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Принципиальная схема слоевого сжигания отходов

ЛОКАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ. В последние годы следует отметить большое ко-

личество российских разработок и зарубежных поставок локальных установок тер-

мической деструкции отходов с использованием слоевых топок (см. рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 - Варианты локальных установок со слоевым сжиганием отходов

Недостатком этих установок является отсутствие системы очистки отходя-

щих газов.

Отдельные установки состоят из камеры сжигания, тягодутьевого оборудо-

вания, аппарата сухой газоочистки (циклон-золоуловитель) и основных соедини-

тельных трубопроводов. Загрузка отходов осуществляется в большинстве случаев

вручную, а их горение происходит в неподвижном слое на футерованном сплошном

поду.

Слоевые печи надежны в эксплуатации, просты при обслуживании (особенно

топки с неподвижным подом) и имеют длительный ресурс, однако пригодны для

термического обезвреживания ограниченного перечня отходов. Практически невоз-

можно эффективно обезвреживать в этих печах отходы, содержащие легкоплавкие

минеральные соединения и вещества в пластическом состоянии, так как происхо-

дит замазывание и зашлаковывание слоя.

Основной недостаток локальных слоевых печей - низкая экологическая эф-

фективность разложения отходов - повышенный механический недожог, то есть

наличие остаточных токсичных органических соединений в шлаке и выбросы с ды-

мовыми газами супертоксикантов: молекулярного хлора (Cl2), фосгена (COCl2), бен-

запирена, полихлорированных дибензодиоксинов (ПХДД) и дибензофуранов

(ПХДФ).

Низкие удельные нагрузки при обезвреживании отходов, громоздкость и ме-

таллоемкость, относительно высокие капитальные и эксплуатационные расходы и,

главное, низкая экологическая эффективность не позволяют рекомендовать слое-

вые печи для термического обезвреживания органических отходов в локальных

установках малой мощности.

Недостатками большинства действующих установок со слоевыми печами

также являются:

 проскоки токсичных компонентов, усугубленные периодической загрузкой

относительно больших разовых объемов уничтожаемых отходов;

 образование токсичного шлака, содержащего растворимые соли тяжелых

металлов и остатки органических компонентов.

СТАЦИОНАРНЫЕ УСТАНОВКИ. Сжигание отходов в слоевой топке на

стационарных установках является наиболее часто применяемым методом

сжигания ТКО с возможностью производства энергии. В отличие от иных способов

сжигания отходы подаются на колосниковую решетку в камере сгорания.

Подача отходов на колосниковую решетку системами загрузки, а также их

сжигание, осуществляются непрерывно в течение суток, в том время как доставка

отходов к установке осуществляется периодически (в большинстве случаев в

дневное время). Поэтому перед слоевой топкой всегда устанавливается

подземный бункер. Кроме постоянного хранения необходимого запаса отходов он

также обеспечивает их перемешивание, обеспечивающее гомогенизацию отходов

перед сжиганием (установление примерно стабильных показателей теплотворной

способности).

Топки со слоевым сжиганием отходов различаются по типу и принципу

работы колосниковых решеток, которые транспортируют отходы так, что

обеспечивается хорошее перемешивание и прохождение через различные

температурные зоны.

Имеются три различные системы [62]:

- при системе с переталкивающей колосниковой решеткой отходы

транспортируются колосниками. Наклонная поверхность решетки не является

необходимой, хотя и предлагается некоторыми изготовителями. За счет ускорения

движения решетки можно увеличить скорость подачи. Это предоставляет

возможность контроля времени пребывания в печи и адаптации к колебаниям при

загрузке отходов на решетку. Переталкивающая решетка является в настоящее

время наиболее важной системой колосниковых решеток на новых установках;

- при

системе

обратно-переталкивающей

решеткой

отходы

транспортируются под действием силы тяжести. Наклонная поверхность является

необходимой, потому что отходы и решетка движутся в противоположных

направлениях. Обратно-переталкивающие решетки пригодны, например, для

влажных отходов;

- при системе с валковой решеткой материал транспортируется за счет

комбинации силы тяжести в результате наклона поверхности решетки и движения

валков для транспортирования отходов. Движущиеся валки транспортируют

отходы вниз. Более быстрое вращение валков приводит к ускорению

транспортирования, но не к улучшению перемешивания.

Эффективное сжигание на колосниковой решетке происходит при

температуре 850-950 °C. В конце медленной движущейся решетки остатки после

сгорания падают в заполненное водой устройство шлакоудаления [14].

Дымовые газы возникают большей частью в зоне дожигательной камеры, где

они выгорают при температуре от 850 °C до более 1000 °C. В расположенном

дальше паровом котле дымовые газы охлаждаются до 200-400 °C. При этом (в

большинстве случаев) образуется перегретый пар (не более 40 бар, 400 °C). Пар

можно использовать для производства электроэнергии, в качестве

технологического пара или для отопления. В настоящее время на рынке

предлагаются различные системы топок с колосниковыми решетками [14].

Разница существует в путях проводки дымовых газов и в подаче отходов на

колосниковой решетке. Принципиально имеются три системы проводки дымовых

газов (см. рисунок 2.5).

Рисунок 2.5 - Варианты проводки дымовых газов [62]

На рисунке представлено соотношение основных направлений подачи

отходов и дымовых газов для вариантов прямотока, противотока и центрального

потока.

Прямоточные системы целесообразно применять при отходах с высокой

теплотворной способностью (> 9 МДж/кг). Не полностью сгоревшие дымовые газы

вынуждены проходить зону с максимальной температурой, что обеспечивает

лучшее выгорание дымовых газов и шлака. Благодаря этому можно отказаться от

камеры дожигания [14].

Противоточные системы более пригодны для отходов с низкой теплотворной

способностью. Высокая температура дымовых газов способствует сушке и

сжиганию отходов. В качестве возможного риска следует указать на плохое

перемешивание дымовых газов, поэтому дожигание является обязательным.

Если на сжигание поступают отходы с различной теплотворной

способностью, то компромиссом является использование системы с центральным

потоком.

Шлак, который образуется в результате сжигания, может поступать на

захоронение либо использоваться, например, в дорожном строительстве после

дополнительной обработки, которая включает отделение металлов и

измельчение/гомогенизацию.

Дымовые газы, образующиеся при сжигании отходов, должны подвергаться

обработке и очистке.

Область применения

Системы колосниковых решеток с водяным охлаждением позволяют сжигать

высококалорийные смеси отходов с теплотворной способностью до 16 МДж/кг. До

настоящего времени теплотворная способность удерживалась на уровне ниже

12 МДж/кг, поскольку в противном случае тепловая нагрузка на решетчатые

системы становилась слишком высокой и возникала опасность расплавления или

значительного сокращения срока службы решетки [63].

Топки с колосниковыми решетками могут в принципе применяться в

комбинации со всеми предшествующими сжиганию мерами и процессами

обработки отходов, они выполняют при этом задачу минерализации всех горючих

веществ, которые уже не могут использоваться или обрабатываться другим

способом. Преимуществом является к тому же синергетический эффект при

взаимоувязке с процессами, имеющими большую потребность в тепловой энергии.

Технология сжигания отходов во вращающихся печах

Барабанные вращающиеся печи (рисунок 2.6) широко используют за рубе-

жом для сжигания твердых и пастообразных промышленных, бытовых и медицин-

ских отходов, а также обезвоженных осадков сточных вод. Обычно барабанная вра-

щающаяся печь представляет собой стальной барабан, имеющий футеровку из ог-

неупорного кирпича, бетона или водоохлаждаемую, который вращается со скоро-

стью 0,05-2 об/мин.

Рисунок 2.6 - Принципиальная схема печи для сжигания опасных отходов [62]

Барабанные печи устанавливаются с небольшим наклоном в направлении

движения отходов. Температуру в барабанной печи в зависимости от вида сжигае-

мых отходов поддерживают в пределах 900-1200 °C. В случае необходимости до-

полнительное топливо или жидкие горючие отходы подаются через горелочное

устройство, повышая температуру внутри печи. Поступившие отходы, перемеши-

ваясь при вращении печи, подсушиваются, частично газифицируются и перемеща-

ются в зону горения. Излучение от пламени в этой зоне раскаляет футеровку печи

и способствует выгоранию органической части отходов и подсушки вновь поступив-

ших. Отходы и топливо, а также окислитель (воздух), подаются со стороны загрузки,

шлак выгружается с противоположного торца печи в твердом виде или в виде рас-

плава.

В связи с малоэффективным перемешиванием отходов барабанные враща-

ющиеся печи характеризуются низкой удельной тепловой и массовой нагрузкой то-

почного объема, кроме того они громоздки, а в дымовых газах наблюдается повы-

шенный недожог.

В то же время барабанные вращающиеся печи с жидким шлакоудалением,

дополненные камерой дожигания газообразных продуктов термодеструкции отхо-

дов, характеризуются высокой экологической эффективностью.

Сжигание отходов с помощью барабанных вращающихся печей - наиболее

распространенный метод. Реализация технологий с помощью такой конструкции

печи представлена на рисунке 2.7. Их использование позволяет изменять режимы

работы без существенного технического перевооружения и смены технологии, сле-

довательно, использование этой конструкции дает возможность переработки более

широкого спектра отходов. В их число входят твердые коммунальные и промыш-

ленные отходы, нефтяные шламы, обезвоженные осадки очистных сооружений,

медицинские отходы, биологические отходы, COЗ-содержащие отходы и т. п. Мно-

гоцелевое назначение определяет более серьезные требования к обеспечению

экологической безопасности. Для этих целей используется многоступенчатая газо-

очистка, в составе которой рационально использование адсорбционных реакторов,

наиболее часто исполненных в виде рукавных фильтров (однако имеются и другие

конструкции). В качестве адсорбентов тяжелых металлов и соединений группы ди-

оксинов используются активированный уголь и цеолиты.

На рисунке 2.7, кроме принципиального состава блоков, имеется блок тонкой

очистки с возможностью впрыска активных сорбентов.

Методы ресурсо- и энергосбережения могут сводиться к использованию жид-

ких отходов в качестве альтернативного топлива на специальных форсунках и си-

стемах утилизации тепла, например, на обеспечение горячим водоснабжением и

отоплением производственных и внутриплощадных нужд. Модификация конструк-

ции печи в виде циклонного реактора (см. рисунок 2.8) позволяет увеличить произ-

водительность по жидким отходам.

Циклонная камера сжигания оборудуется тангенциально расположенными

горелками, работающими на газообразном или жидком топливе, форсунками по-

дачи жидких отходов (в зависимости от комплектации), пылесборником (или каме-

рой солеотложения).

Распространены технологические решения, где циклонный реактор исполь-

зуется в качестве камеры дожига (см. рисунок 2.8). Необходимость вихревого ре-

жима определяется требованиями к сжиганию высокотоксичных сред. Циклонная

топка обеспечивает более качественное сжигание и относительную минимизацию

концентрации контролируемых загрязняющих веществ.

Рисунок 2.8 - Принципиальная технологическая схема сжигания отходов с

использованием циклонного дожигателя

В Германии, США, Швейцарии, Финляндии и других странах накоплен боль-

шой опыт разработки централизованных станций термической деструкции отходов

с барабанными вращающимися печами. В настоящее время за рубежом успешно

эксплуатируются барабанные вращающиеся печи для совместного сжигания твер-

дых, пастообразных и жидких отходов с агрегатной нагрузкой от 2 до 6 т/ч [1].

В 1996 году в г. Брунсбюттель (Германия) введена в эксплуатацию одна из

самых больших в мире барабанных вращающихся печей с нагрузкой по твердым и

пастообразным отходам - 40 000 т/год. Диаметр печи - 4,8 м, длина - 12 м. Тем-

пература отходящих газов (на входе в камеру дожигания) - 1200 °C.

В апреле 1997 года в г. Измит (Турция) пущен в эксплуатацию центр терми-

ческой деструкции твердых и пастообразных отходов мощностью 35 000 т/год. Сто-

имость центра составила 450 млн немецких марок. Нейтрализация хлористого во-

дорода (HCl), образующегося при обезвреживании хлорорганических отходов, осу-

ществляется в системе мокрой газоочистки путем впрыска соответствующих ще-

лочных или щелочноземельных реагентов. Шлак из барабанной печи удаляется в

жидком состоянии (в виде расплава).

В России также разрабатывают и реализуют барабанные вращающиеся печи

(см. рисунок 2.9).

Необходимо подчеркнуть, что в технологическом отношении барабанные

вращающиеся печи являются наиболее универсальными термическими реакто-

рами для переработки крупнокусковых отходов переменного состава.

Следует заметить, что футеровка печей при вращении находится в условиях

частой смены температур, что вызывает образование в ней трещин и быстрый вы-

ход из строя. Замена один раз в полгода внутренней футеровки печи - операция

трудоемкая, сложная и дорогая, ее стоимость составляет около 10 % от стоимости

печи. Использование дорогостоящих термостойких и химически стойких футеровок

в барабанных печах приводит к существенному повышению стоимости агрегатов.

Рисунок 2.9 - Барабанная вращающаяся печь [20]

Для повышения долговечности печи иногда вместо футеровки применяют во-

дяное охлаждение металлической стенки барабана (Япония) либо охлаждение кир-

пичной футеровки печи (Финляндия).

Специальное сооружение экологически эффективной локальной установки

малой мощности с барабанной вращающейся печью для термической деструкции

органических отходов из-за высоких капитальных и эксплуатационных расходов це-

лесообразно только для отдельных регионов. Такая установка, изготовленная в Че-

хии, внедрена в Свердловской области для обезвреживания медицинских отходов.

В то же время не вызывает сомнения техническая и экономическая целесо-

образность создания в регионах централизованных станций совместной термоде-

струкции токсичных твердых, пастообразных и жидких органических отходов с боль-

шой агрегатной нагрузкой на основе барабанных вращающихся печей.

В настоящем разделе не рассмотрен опыт высокотемпературного сжигания

ТКО и промышленных органических отходов, отработанных автомобильных покры-

шек во вращающихся печах цементной индустрии.

Технология сжигания в печи с жидкой ванной расплава

Среди многих предлагаемых технологий термодеструкции отходов своей

оригинальностью выделяется технология уничтожения токсичных органических от-

ходов в расплавах неорганических солей.

Сущность метода заключается в следующем. Дешевые неорганические со-

единения (например соду или негашеную известь) расплавляют в керамическом

реакторе при температурах 800-1000 °C. Через расплав продувают воздух и по-

дают в реактор органические отходы. Степень обезвреживания, по данным авторов

технологии, составляет 99,9999 %.

Метод обработки отходов в расплавленных солях (ОРС) выглядит очень при-

влекательным, однако еще не вышел из стадии опытных и демонстрационных ис-

пытаний.

В начале 1990-х годов для термической переработки твердых коммунальных

и промышленных отходов была предложена российская технология сжигания в

барботируемом расплаве шлака на основе печи Ванюкова (см. рисунок 2.10). Суть

технологического процесса переработки отходов заключается в высокотемператур-

ном разложении отходов в слое барботируемого шлакового расплава при темпера-

туре 1250-1400 °C и выдерживании их в течение 2-3 с. Расплав образуется из по-

даваемых в огневой реактор различных шлаков, в частности золошлаковых отходов

ТЭЦ.

Отходы непрерывно загружаются через свод печи на поверхность шлакового

расплава, который продувается через нижние фурмы окислителем. Попадая в рас-

плав, отходы ошлаковываются и потоками шлака распределяются по его объему.

При этом из отходов удаляются влага и летучие компоненты. Минеральная часть

отходов растворяется в шлаке, состав которого корректируется минеральными до-

бавками. Из содержащихся в отходах металлов образуется металлическая ванна,

расположенная ниже уровня шлака. Образующиеся металл и шлак непрерывно

раздельно выводят из печи через отдельные летки. Выделившиеся из шлаковой

ванны горючие газы дожигаются непосредственно над поверхностью расплава кис-

лородным дутьем, подаваемым через верхние фурмы.

1 - барботируемый слой шлака; 2 - слой спокойного шлака; 3 - слой

металла; 4 - огнеупорная подина; 5 - сифон для выпуска шлака; 6 -

сифон для выпуска металла; 7 - переток; 8 - водоохлаждаемые стенки;

9 - водоохлаждаемый свод; 10 - барботажные фурмы; 11 - фурмы для

дожигания; 12 - загрузочное устройство; 13 - крышка; 14 - загрузочная

воронка; 15 - патрубок газоотвода

Рисунок 2.10 - Печь с жидкой ванной расплава [22]

Основным преимуществом процесса Ванюкова по сравнению с традицион-

ным слоевым сжиганием отходов является существенное снижение количества от-

ходящих газов за счет использования обогащенного кислородом дутья и получение

безвредного шлакового расплава.

Основным недостатком процесса является использование дорогостоящей

плавильной металлургической технологии для термической переработки отходов.

Кроме того, отсутствие в большинстве случаев в составе органических отхо-

дов минеральных составляющих ведет к необходимости поддержания искусствен-

ного шлакового расплава минеральных веществ.

В целом собственно плавильная металлургическая печь с кессонирован-

ными водоохлаждаемыми ограждениями, системой кислородно-воздушного дутья

под слой расплава, позонным выпуском расплава представляется реактором более

сложным в эксплуатации, нежели реакторы прямого сжигания отходов. Теплота го-

рения отходов только в незначительной степени расходуется на плавление шлака,

поскольку в плавильной печи осуществляется лишь частичное окисление органи-

ческих компонентов отходов, а дожигание - основной источник теплоты, вынесен

за пределы ванны расплава.

Технология сжигания в циклонных печах

Циклонные реакторы являются экологически эффективными и надежными

устройствами для утилизации и обезвреживания органических отходов. Высокие

удельные массовые нагрузки циклонных реакторов обусловлены, помимо особой

аэродинамической структуры газового потока, тонким диспергированием отходов

специальным распылителем или непосредственно скоростным потоком газов в

объеме реактора [2].

В России разработаны циклонные реакторы различной модификации (см. ри-

сунок 2.11) для огневой (высокотемпературной) обработки жидких отходов, содер-

жащих органические и минеральные вещества.

1 - топливо; 2 - воздух; 3 - жидкие отходы

Рисунок 2.11 - Схема циклонного реактора с огнеупорной футеровкой и тепловой

изоляцией [2]

Применяемые при утилизации и обезвреживании минерализованных отхо-

дов гарниссажные футеровки этих реакторов обеспечивают длительную межре-

монтную рабочую кампанию. По всему Советскому Союзу от западного Гродно до

сибирского Кемерово и узбекского города Чирчик было внедрено более 150 таких

установок, мощность которых составляла от 200 кг до 16 т отходов в час. Лицензии

на установку были проданы в ряд стран социалистического содружества и Японию,

затем в Республику Корея.

По сравнению с обычно применяемыми камерными и шахтными печами цик-

лонные реакторы являются наиболее эффективными и универсальными, что обу-

словливается их аэродинамическими особенностями. Удельные массовые нагрузки

в циклонных реакторах более чем на порядок выше нагрузок шахтных и камерных

печей, что позволило создать малогабаритные устройства.

Практика эксплуатации установок для термической деструкции жидких отхо-

дов с циклонными реакторами подтвердила их технические и экономические пре-

имущества перед другими типами установок:

 снижение капитальных затрат;

 уменьшение эксплуатационных расходов;

 возможность извлечения вторичных минеральных продуктов;

 высокая экологическая эффективность, соответствующая самым жестким

европейским нормативам, при обезвреживании любых типов органических отходов,

содержащих в том числе полихлорированные бифенилы (ПХБ), пестициды и другие

суперэкотоксиканты;

 быстрый запуск;

 надежность и долговечность эксплуатации.

Положительные результаты получены при циклонном сжигании диспергиро-

ваных твердых отходов и пастообразных осадков сточных вод (см. рисунок 2.12).

Успешный опыт накоплен также в США при термической переработке золы мусоро-

сжигательных заводов и загрязненного грунта с получением остеклованного шлака,

а также в Германии при сжигании отработанного активированного угля (кокса) из

системы сухой очистки дымовых газов.

В то же время в циклонных реакторах при грубом диспергировании твердых

и пастообразных отходов (или невозможности их дробления и распыливания) резко

снижается интенсивность процесса обезвреживания. Удельные массовые нагрузки

таких реакторов уменьшаются до 100-150 кг/м³ч, что соответствует нагрузкам сло-

евых и барабанных печей.

Следует еще раз подчеркнуть, что при тонком диспергировании пастообраз-

ных отходов в циклонных реакторах достигаются удельные массовые нагрузки до

1000 кг/м³ч и более, что позволяет в короткие сроки сооружать компактные, мало-

габаритные установки с малыми капитальными затратами.

Рисунок 2.12 - Горизонтальный циклонный реактор для термического

обезвреживания шламов [19]

Высокая интенсивность перемешивания частиц отходов в газовом потоке

циклонного реактора позволяет добиться практически полного выгорания токсич-

ных органических веществ непосредственно в объеме реактора - остаточная кон-

центрация оксида углерода (CO) в дымовых газах не превышает 50 мг/м³.

Эффект центробежной сепарации обеспечивает улавливание подавляющего

количества минеральных составляющих (до 80 %) с выпуском их из реактора в

твердом виде или в виде расплава (стерильного шлака).

Таким образом, для обезвреживания пастообразных отходов при обеспече-

нии их тонкого диспергирования (пневматическими или механическими распылите-

лями) рекомендуется использовать циклонные реакторы.

При затруднениях в распыливании таких отходов применение циклонных ре-

акторов нецелесообразно, так как приведенные выше преимущества нивелиру-

ются.

Технология сжигания отходов во взвешенном (кипящем) слое

Для сжигания во взвешенном слое наиболее пригодными считаются

следующие виды отходов:

 коммунальные отходы;

 отработанные масла (в случаях, предусмотренных законодательством);

 опасные отходы;

 промышленные отходы (горючие вещества, особенно мелкокусковые

смеси, например посторонние вещества, отделяемые при переработке макулатуры

в бумажной промышленности);

 древесные отходы (более целесообразным способом являются другие ме-

тоды утилизации);

 строительные отходы (только горючие вещества);

 крупногабаритные отходы (сжигание во взвешенном слое следует приме-

нять только для обработки горючих материалов, образующихся при разборке этих

отходов);

 медицинские отходы классов А, Б, В (частично, с учетом особенностей об-

ращения с такими отходами);

 прочие отходы (горючие вещества, также и ил очистных сооружений).

Отходы, подлежащие сжиганию во взвешенном слое, требуют

предварительной обработки:

 должны быть удалены крупные фракции, создающие помехи (например,

металлоотходы);

 отходы не должны содержать радиоактивных компонентов;

 отходы подлежат измельчению до необходимого размера частиц.

Принцип работы реакторов с кипящим слоем состоит в подаче газов (воз-

духа) через слой инертного материала (песок с размером частиц 1-5 мм), поддер-

живаемого колосниковой решеткой. При критической скорости потока газа инерт-

ный слой переходит во взвешенное состояние, напоминающее кипящую жидкость.

Поступивший в реактор отход интенсивно перемешивается с инертным слоем, при

этом существенно интенсифицируется теплообмен.

Воздухораспределительная решетка обеспечивает равномерность прохож-

дения потока воздуха через слой для обеспечения хорошего псевдоожижения. При-

меняются три типа обычных решеток: перфорированная решетка, решетка с насад-

ками и трубчатая решетка.

Для установок, в которых разогрев слоя осуществляется с помощью газовых

горелок или мазутных форсунок, конструкция решетки должна быть рассчитана на

прохождение горячих газов. Обычно в таких случаях применяются водоохлаждае-

мые решетки либо решетки из жаропрочных, легированных сталей.

В зависимости от характера псевдоожижения различают три модификации

кипящего слоя:

а) Реакторы для сжигания твердых отходов, шламов и осадков сточных вод

со стационарным кипящим слоем обычно состоят из цилиндрической или прямо-

угольной топочной камеры (см. рисунок 2.13), ограниченной газораспределитель-

ной решеткой, конструкция которой предусматривает возможность удаления

шлака. Реакторы со стационарным кипящим слоем широко используют для сжига-

ния отходов в США, Германии, Японии и многих других странах.

Рисунок 2.13 - Топка с кипящим слоем [11]

б) Некоторое количество инертного материала при увеличении скорости га-

зов сверх скорости витания начинает выноситься из слоя настолько интенсивно,

что необходимо его восполнение. Циркулирующий кипящий слой (ЦКС) отличается

от стационарного кипящего слоя наличием по тракту дымовых газов циклонных зо-

лоуловителей (см. рисунок 2.14). Уловленный материал возвращается из циклонов

в слой, где продолжается обработка отходов.

На мировом рынке представлены технологии уничтожения отходов в цирку-

лирующем кипящем слое (Германия, США). Технология сжигания твердых отходов

и осветленного шлама с использованием ЦКС была впервые опробована в Нидер-

ландах и Великобритании. В Германии этот способ сжигания стал применяться по-

сле введения законодательных норм 17 BimSchV по охране окружающей среды в

части содержания в уходящих газах 0,1 нг/м³диоксинов. В августе 1995 года вошла

в промышленную эксплуатацию ТЭЦ Northampton (США) с котлом Foster Wheeller с

ЦКС мощностью 110 МВт для сжигания отходов углеобогащения, а в 1997 году

внедрена установка с ЦКС для сжигания ТКО на заводе Робинз в Чикаго (США) про-

изводительностью 500 тыс. т/год. Нагрузка каждой из двух печей с ЦКС 25 т/ч. Круп-

ность загружаемого материала 100 мм, минимальная теплота сгорания - около

2450 ккал/кг.

1 - экономайзер; 2 - конвективный пароперегреватель; 3 - циклоны

Рисунок 2.14 - Котел с ЦКС для сжигания бытовых отходов, установленный на

предприятии Lomellina (Италия) [11]

Целесообразность сжигания отходов методом псевдоожижения должна

определяться с учетом как достоинств, так и недостатков этого метода. К основным

достоинствам последнего относятся:

1) интенсивное перемешивание твердой фазы, приводящее практически к

полному выравниванию температур, концентраций и других параметров по объему

псевдоожиженного слоя;

2) благоприятные гидродинамические условия, определяемые повышенной

относительной скоростью газа;

3) незначительное гидравлическое сопротивление слоя;

4) возможность использования достаточно крупных отходов в твердом, жид-

ком и пастообразном состоянии (для особо крупных отходов необходимо грубое из-

мельчение перед подачей в реактор);

5) сравнительно простое устройство аппаратов и возможность их автомати-

зации;

6) отсутствие подвижных частей и механизмов в горячей зоне реактора;

7) при сжигании отходов в кипящем слое легко связываются кислотные со-

единения галогенов, серы и фосфора путем добавки в слой нейтрализующих со-

единений кальция.

К недостаткам метода псевдоожижения (как для стационарного, так и для

циркулирующего слоя) относятся:

1) неравномерность времени пребывания в псевдоожиженном слое обраба-

тываемых частиц твердой фазы (например, одинаково возможны быстрый проскок

частиц и их нахождение в слое дольше среднестатистического времени пребыва-

ния);

2) возможность спекания и слипания твердых частиц (для исключения воз-

можности шлакования слоя его температура должна быть ниже температуры плав-

ления золы отходов);

3) необходимость установки мощных золоулавливающих устройств на вы-

ходе газов из псевдоожиженного слоя, особенно при разном гранулометрическом

составе отходов.

Вышеперечисленные недостатки могут быть устранены при использовании

реакторов псевдооожиженного слоя нового, третьего (после стационарного и цир-

кулирующего) поколения.

в) В Великобритании разработана технология сжигания твердого топлива в

котле с вращающимся кипящим слоем. Эта работа была первым опытом вихревого

или вращающегося кипящего слоя. Котел с кипящим слоем фирмы имеет наклон-

ную решетку, разделенную на три секции с различным расходом воздуха в каждую

из них, а часть переднего мембранного экрана расположена параллельно решетке

и выполняет роль дефлектора. Вынужденная циркуляция кипящего слоя поддержи-

вается не только конструктивным решением, но и вдувом твердого топлива в пе-

редней и задней стенках котла. В котлах данного типа успешно осуществлялось

сжигание таких типов промышленных отходов, как отходы угля и кокса, раздроб-

ленные автомобильные покрышки, отходы гликоля. В Великобритании опробовано

более 10 мелких установок с одновихревым кипящим слоем. Установки использу-

ются для обезвреживания промышленных, медицинских и твердых бытовых отхо-

дов, причем эксплуатируются они в 1-2 смену.

Японская фирма продолжила и усовершенствовала данную технологию, а

также успешно внедрила ее на многих японских заводах по сжиганию ТКО. В Ев-

ропе эта технология известна под названием Rowitec (см. рисунок 2.15).

1 - загрузка отходов; 2 - вращающийся кипящий слой; 3 - подача

воздуха для создания кипящего слоя; 4 - выход дымовых газов; 5 -

дефлектор (отражатель); 6 - выгрузка золы кипящего слоя (шлака); 7 -

наклонная сопловая решетка

Рисунок 2.15 - Принцип действия вихревого кипящего слоя [19]

Технология сжигания во вращающемся кипящем слое Rowitec имеет три осо-

бенности.

Фурменное днище реактора (решетки) состоит из нескольких камер, через

которые подаются различные потоки первичного воздуха с целью достижения псев-

доожиженного слоя в сочетании с вращением. Наклонная решетка облегчает вы-

грузку шлака из реактора.

Дефлекторы (отражатели) над топочной камерой обеспечивают вращение

слоя, определяют степень его расширения и уменьшают вынос теплоносителя,

благодаря чему достигается точное геометрическое вращение слоя.

Два эллиптических вихря, вращающихся в противоположных направлениях,

встречаются и соприкасаются в середине и обусловливают оптимальное распреде-

ление и интенсивное истирание отходов, обеспечивая сгорание отходов более чем

на 99 %. После предварительного измельчения отходов до кусков менее 300 мм с

помощью двух противодвижущихся шнековых питателей отходы перемещаются в

топочную камеру, где поддерживается температура более 850 °C.

Для достижения полного сгорания токсичных компонентов в дымовых газах в

зону, расположенную над кипящим слоем, вводится вторичный воздух, который

способствует полному дожиганию дымовых газов при температуре 1100-1200 °C.

В России указанная технология реализована в промышленном масштабе на

МСЗ № 4 (промзона Руднево).

Технология вращающегося кипящего слоя хорошо зарекомендовала себя

при сжигании следующих типов твердых и пастообразных органических отходов:

ТКО; промышленные шламы, содержащие нефтепродукты; отходы пластмасс;

сельскохозяйственные отходы; автомобильные покрышки.

Эксперименты, проведенные на огневом стенде, на двух опытно-промыш-

ленных установках в г. Пусан (Республика Корея) и в г. Орехово-Зуево (Московская

обл.), показали большие перспективы использования локальных реакторов относи-

тельно небольшой мощности (до 200 кг/ч) с одновихревым вращающимся кипящим

слоем для термического разложения твердых и пастообразных органических отхо-

дов. Применение одновихревого кипящего слоя с высокими удельными нагрузками

значительно упрощает аппаратурное оформление процесса и обслуживание уста-

новки.

При обезвреживании крупнокусковых хлорсодержащих отходов (размер от-

дельных кусков - до 70 мм) обеспечивалась высокая экологическая эффектив-

ность процесса. В первой ступени реактора в зоне вращающегося слоя при темпе-

ратурах 800-900 °C в присутствии извести (CaO или Са(ОН)2) осуществлялись вы-

горание основной массы органических веществ и нейтрализация хлористого водо-

рода (HCl) с образованием CаCl2.

Во второй ступени реактора - зоне дожигания - достигались полное окис-

ление примесей (остаточная концентрация CO < 50 мг/м³) и нейтрализация карбо-

натом натрия (Na2CO3) остатков HCl (концентрация HCl в дымовых газах менее

10 мг/м³).

Технология сжигания осадков сточных вод в многоподовых печах

Сжигание осадков сточных вод практикуется во многих странах либо как от-

дельное сжигание, либо как совместное сжигание в установках для сжигания ТКО,

либо в иных установках для сжигания (например в угольных электростанциях, в це-

ментных печах). Сжигание осадков сточных вод имеет несколько отличий от сжига-

ния ТКО и опасных отходов. Непостоянство содержания влаги в осадках и их теп-

лоты сгорания, а также возможность смешивания с иными отходами (например,

если системы канализации бытовых и промышленных стоков сообщаются между

собой), требуют особого учета при погрузочно-разгрузочных работах и предвари-

тельной обработке этого вида отходов. При подготовке осадков сточных вод к сжи-

ганию чрезвычайно важна предварительная обработка, особенно обезвоживание и

сушка: обезвоживание сокращает объем осадка и увеличивает его теплоту сгора-

ния. Как правило, требуется обезвоживание до содержания твердых веществ в

осадках на уровне не менее 35 %. В случае если предполагается совместное сжи-

гание с ТКО, может понадобиться дополнительная сушка [62]

Технология сжигания некондиционных газовых и газоконденсатных

смесей в факеле открытого типа

Сжигание попутного нефтяного газа в факелах является одним из наиболее

простых способов обезвреживания. Высокотемпературное окисление в основном

используется для сжигания горючих компонентов некондиционных газовых и газо-

конденсатных смесей в открытом пламени.

Факельные установки открытого типа для сжигания подробно рассмотрены в

разделе 2.9.6 «Факельные установки» информационно-технического справочника

по наилучшим доступным технологиям ИТС 29-2017 «Добыча природного газа»,

утвержденного Приказом Росстандарта от 15 декабря 2017 г. № 2844.

2.3.2 Методы пиролиза

Пиролиз - процесс термического разложения отходов, содержащих органи-

ческие вещества, под действием повышенной температуры без доступа или с огра-

ниченным доступом кислорода с выделением твердого углеродсодержащего

остатка, горючего пиролизного газа (пирогаза), жидких органических продуктов.

Метод пиролиза отходов предусматривает:

 термодеструкцию подготовленных отходов в реакторе для получения пи-

рогаза и пиролизного масла и твердого остатка;

 конденсацию и сепарацию газовой фракции с получением жидкой фракции

и пирогаза;

 очистку пирогаза от соединений хлора, фтора, серы, цианидов с целью по-

вышения его экологических показателей и энергоемкости.

 сбор и сжигание очищенного пирогаза в топке котла-утилизатора для по-

лучения пара, горячей воды или электроэнергии или использование пирогаза для

производства продукции;

 сбор пиролизного масла и твердого остатка.

На рисунке 2.16 показана общая схема пиролиза отходов.

Различают сухой и окислительный пиролиз:

а) окислительный пиролиз представляет собой процесс термического разло-

жения отходов при их частичном сжигании или непосредственном контакте с про-

дуктами сгорания топлива. В результате окислительного пиролиза образуется твер-

дый углеродистый остаток (кокс). В дальнейшем кокс можно использовать в каче-

стве твердого топлива или в других целях;

б) сухой пиролиз - метод термического обезвреживания отходов, обеспечи-

вающий их высокоэффективное обезвреживание и использование в качестве топ-

лива и (или) химического сырья. В зависимости от температуры различают три вида

сухого пиролиза.

Под сухим пиролизом понимается процесс термического разложения отхо-

дов, твердого и жидкого топлива без доступа окислителя. В процессе сухого пиро-

лиза отходов образуются пиролизный газ с высокой теплотой сгорания, жидкие про-

дукты и твердый углеродистый остаток. Количественный и качественный состав

продуктов сухого пиролиза зависят от состава обрабатываемых отходов и темпе-

ратуры процесса.

Рисунок 2.16 - Общая схема пиролиза отходов

Сухой пиролиз делится на три вида в зависимости от температуры:

1) низкотемпературный пиролиз при температуре 450-500 °C;

2) среднетемпературный пиролиз при температуре до 800 °C;

3) высокотемпературный пиролиз (900-1050 °C).

Методом пиролиза можно утилизировать автопокрышки, резинотехнические

изделия, отходы пластмасс, ТКО, отработанные масла, некоторые медицинские от-

ходы обеззараженные и другие отходы.

Подготовка отходов, направляемых на пиролиз, включает:

 сортировку отходов с целью извлечения балластных фракций (стекло,

металлы, камни, мелкая фракция);

 сушку отходов;

 предварительное дробление отходов.

Процесс пиролиза отходов осуществляется в реакторах, имеющих внешний

и внутренний обогрев. Внешний тип обогрева применяют в реакторах, имеющих ис-

полнение в виде вертикальных реторт, или в барабанных реакторах вращающегося

типа.

Способ утилизации отходов по технологии пиролиза заключается в их необ-

ратимом химическом изменении под действием повышенной температуры без до-

ступа или с ограниченным доступом кислорода с выделением горючего пиролиз-

ного газа (пирогаза).

В реакторах пиролизные газы не разбавляются теплоносителями, сохраняя

за счет этого высокую характеристику теплоты сгорания. Газ, получаемый в реак-

торе с внешним типом обогрева, содержит минимум пыли, ибо он не перемешива-

ется с газовым теплоносителем, что является положительным моментом данного

оборудования. Обычно теплоноситель пропускается через слой отходов с содер-

жанием мелкодисперсных частиц.

В реакторах, имеющих внутренний обогрев (вертикальные шахтного типа, с

псевдоожиженным слоем, барабанные вращающегося типа), в качестве теплоноси-

теля применяют газы, но после их нагрева до 600-900 °С. Недостатком реакторов,

имеющих внутренний обогрев, является повышение запыленности пиролизного

газа в связи с применением газообразных теплоносителей. Однако внутренний обо-

грев конвекцией делает процесс пиролиза интенсивным, позволяет уменьшить га-

бариты реакторов в сравнении с реакторами, имеющими внешний обогрев.

С санитарной точки зрения процесс пиролиза обладает лучшими показате-

лями по сравнению со сжиганием. Количество отходящих газов, подвергаемых

очистке, намного меньше, чем при сжигании отходов. Объем твердого остатка, по-

лучаемого по схеме высокотемпературного пиролиза, может быть значительно

уменьшен. Твердый остаток можно использовать в промышленности (сажа, активи-

рованный уголь и др.). Таким образом, некоторые схемы пиролиза отходов могут

быть безотходными.

Полученное пиролизное масло при деструкции некоторых видов отходов

(например резинотехнических изделий и пластика, не поддающихся переработке)

обладает достаточным качеством и при необходимости, может использоваться в

качестве топлива или быть дополнительно очищено на ректификационной колонне

с получением товарной продукции и топлива более высокого качества.

Коксовый остаток, образовавшийся при пиролизе, окисляется в оксид угле-

рода, а инертные материалы оплавляются. В нижней части газогенератора нахо-

дится зона плавления с максимальными температурами до 1650 °С. Расплавлен-

ный жидкий шлак выводится через шлаковую ванну; при этом расплавленный шлак,

имеющий в основном силикатные компоненты, гранулируется и используется в про-

мышленности строительных материалов.

Часть энергии получаемого газа (до 10-15 %) используется в самой системе

для нагрева воздуха, подаваемого в зону сжигания реактора. Остальная энергия

может быть передана потребителю непосредственно в виде газообразного топлива

или в виде пара.

При использовании противоточных печей (ректоров) проявляются суще-

ственные недостатки. Пиролизные смолопродукты, формирующиеся в значитель-

ных количествах в верхней зоне (в зоне относительно низких температур), выно-

сятся из печи восходящим (встречным) газовым потоком, загрязняя собой продуци-

руемый синтез-газ. Это ведет к необходимости тщательной многоступенчатой

очистки синтез-газа, существенно усложняя процесс и увеличивая как стоимость

оборудования, так и эксплуатационные расходы.

В прямоточных реакторах с нисходящим потоком продукты пиролиза, сфор-

мированные в верхней низкотемпературной зоне печи, проходят через нижнюю вы-

сокотемпературную зону реактора, где подвергаются термическому разложению.

При этом увеличиваются выход горючего газа и его теплота сгорания и, что самое

существенное, отпадает необходимость в очистке синтез-газа от смолопродуктов.

В отечественной практике обращения с резинотехническими и нефтесодер-

жащими отходами известна технология термической деструкции сырья, которая ре-

ализуется в виде сухого низкотемпературного пиролиза (см. рисунок 2.17) при под-

держании температуры в пиролизном реакторе до 550 °C. Кроме этого, в техноло-

гиях допускается реализация технологии сушки без доступа кислорода (с целью

снижения влажности сырья), технологии регенерации отдельных категорий сырья

(отходов растворителей и др.) методом дистилляции под атмосферным давле-

нием, а также комбинированных технологий переработки сырья.

Рисунок 2.17 - Технологическая схема пиролиза с получением печного топлива

На рисунке 2.18 представлена технологическая схема пиролиза с использо-

ванием колосниковой печи. На рисунке 2.19 - технологии низкотемпературного пи-

ролиза с использованием пара (термолиз).

Рисунок 2.19 - Технологическая схема термолизной переработки нефтешламов

Принципиальная схема процесса высокотемпературного пиролиза в прак-

тике температурного обезвреживания отходов представлена на рисунке 2.20. В со-

ответствии с ней во вращающейся печи образуются пирогазы. Последние появля-

ются при первичной термической обработке в условиях недостатка кислорода. Это

оправдано с точки зрения экономии энергоресурсов, так как получаемый пирогаз

имеет значительное количество недоокисленных компонентов, обладающих высо-

кой теплотворной способностью. Причем доокисление пирогаза может проводиться

при условии поддержания температуры самовоспламенения и избытка воздуха.

Технология может быть реализована в мобильном исполнении, что расши-

ряет функциональные возможности ее использования.

2.3.3 Методы газификации

Газификация отходов - процесс термической обработки отходов, содержа-

щих органические вещества, окислителем с расходом ниже стехиометрического, с

получением генераторного газа (синтез-газа) и твердого или расплавленного мине-

рального продукта.

На рисунке 2.21 показана общая схема газификации отходов с получением

материальной продукции.

На первой стадии происходят измельчение и сушка отходов (сырья) до влаж-

ности 25-30 % для обеспечения равномерной подачи отходов на следующую ста-

дию.

Подготовленные отходы (сырье), воздух и водяной пар параллельно пода-

ются в реактор, в котором происходит термическая деструкция отходов при темпе-

ратуре 600-1000 °С и атмосферном давлении с получением высококалорийного

синтетического газа и зольного остатка.

Полученный синтетический высококалорийный газ подвергается предвари-

тельной очистке от зольного остатка в конденсаторах-сепараторах при темпера-

туре до 900 °С. Предварительно очищенный газ проходит стадию охлаждения до

40 °C с отводом дистиллята в холодных конденсаторах-сепараторах и тонкой

очистки от механических примесей с помощью фильтров.

Рисунок 2.21 - Общая схема газификации отходов

В результате полученный синтетический газ накапливается для дальнейшего

использования.

Схема технологического процесса газификации углеводородсодержащих от-

ходов представлена на рисунке 2.22.

Углеводородсодержащее сырье подвергают термической обработке в недо-

статке окислительных компонентов сжигаемой смеси. Синтез-газ очищается от

твердых частиц и капель, происходит охлаждение и конденсация. Для удаления ка-

пель различной плотности необходимо использовать систему циклонов. После

этого смесь подвергают ректификации для выделения органических фракций в тем-

пературном диапазоне 180-300 °C. Более легкая фракция рециркулируется в реак-

тор в паровой фазе. Кубовая часть ректификационной колонны (блок 16 на ри-

сунке 2.22) подается в реактор (позиция 6 на рисунке 2.22) через верхнюю крышку.

Реактор работает по циклическому принципу, в непрерывном режиме. Син-

хронизация стадий загрузки сырья и насадка с выгрузкой насадки и золы позволяют

увеличить качество продуктов. Контроль и корректировка зоны горения с помощью

введения воздуха и пара способствуют оптимизации технологического процесса.

В качестве конечных продуктов образуются: легкие жидкие углеводороды

(жидкое топливо - дизельное топливо, бензин), метанол, аммиак (карбамид, суль-

фат аммония).

Метод газификации по сравнению с методом сжигания имеет следующие

преимущества:

 получаемые горючие газы могут использоваться в качестве энергетиче-

ского и технологического топлива, в отличие от метода сжигания, при кото-

ром практически возможно только энергетическое использование теплоты

отходов;

 смола, полученная методом газификации, может применяться как жидкое

топливо и как химическое сырье;

 уменьшение выбросов золы и сернистых соединений в атмосферу.

Технология газификации в фильтруемом плотном слое

В нашей стране и за рубежом разрабатываются и исследуются на опытных и

демонстрационных установках процессы пиролиза и газификации твердых и пасто-

образных органических отходов в шахтных печах в фильтруемом плотном слое.

В России выполнены разработки шахтных газификаторов типа доменных пе-

чей с жидким шлакоудалением, однако эти разработки не реализованы в промыш-

ленности. Пока не внедрен в практику и шахтный пиролиз твердых коммунальных

отходов с плазменным нагревом («плазменный пиролиз и остеклование ТКО»).

В России разработан процесс паровоздушной газификации конденсирован-

ных топлив и горючих отходов в фильтруемом плотном слое с последующим дожи-

ганием горючих газов, осуществляемый в шахтных и наклонных вращающихся га-

зогенераторах.

На стадии предварительной подготовки, предпочтительно совмещённой с из-

влечением из отходов вторичных материалов, имеющих товарную ценность, про-

изводится измельчение и, при необходимости, сушка топлива (отходов) до влажно-

сти 25-30 % для обеспечения равномерной подачи отходов на стадию газифика-

ции.

Перерабатываемые отходы загружаются в реактор сверху через шлюзовую

камеру совместно с кусковым огнеупорным материалом - твёрдым теплоносите-

лем. Снизу в реактор подаются воздух и водяной пар. Отбор генераторного газа

происходит в верхней части реактора, а выгрузка зольного остатка в смеси с твёр-

дым теплоносителем - в нижней. Продвижение рабочей массы в реакторе проис-

ходит под действием собственного веса.

По высоте газогенератора располагается несколько характерных зон.

В самых верхних слоях топливной загрузки температура держится в преде-

лах 100-200°С. Здесь происходит подсушка вновь поступившего топлива, продува-

емого генераторным газом. В результате генераторный газ охлаждается и до неко-

торой степени насыщается водяным паром. При фильтрации газа сквозь слой све-

жезагруженного топлива происходит нейтрализация кислых газов (хлороводорода,

фтороводорода) минеральными компонентами топливной загрузки. Частицы пыли

УТИЛИЗАЦИЯ И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ ОТХОДОВ ТЕРМИЧЕСКИМИ СПОСОБАМИ (ИТС 9-2020) - часть 1