СЖИГАНИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОТХОДОВ

Задача использования отходов производства для получения пара, тепла и электроэнергии является в настоящее время крайне актуальной. В условиях постоянного удорожания энергетического топлива выгода от сжигания отходов становится существенной. Кроме того, и это в ряде случаев еще более важно, решается задача исключения складирования, транспортировки или захоронения отходов. При сжигании отходов возникают, по крайней мере, три проблемы:

• Как правило, химический состав отходов и их физические свойства довольно далеки от энергетических топлив, что вызывает огромные трудности (шлакование, коррозия поверхностей нагрева, низкая эффективность сжигания, загрязнение конвективных поверхностей и др.) при их сжигании традиционными способами;
• Промышленность до сих пор не выпускает специализированных котлов для сжигания различных типов отходов (кроме некоторых видов древесных отходов). Требуется специфическое оборудование топочных устройств, систем подготовки и подачи топлива. ·
• Важным является проблема газовых выбросов, так как промышленные и сельскохозяйственные отходы имеют сложный состав и могут генерировать повышенные концентрации вредных компонентов, нетипичных для традиционного сжигания.

Все указанные проблемы в наибольшей степени концентрируются при решении задачи перевода имеющихся котлов, сжигающих природный газ, на сжигание твердых отходов. В этом случае в котельных отсутствуют системы подготовки и подачи твердого топлива, золоудаления и очистки дымовых газов от пыли. Кроме того, газовые котлы наиболее компактны, а их конвективные поверхности нагрева выполнены с небольшими шагами между трубами и не приспособлены к очистке от отложений.

За рубежом, особенно в Скандинавских странах, давно обратили внимание на указанные проблемы и к настоящему времени они в основном решены применительно к сжиганию сельскохозяйственных отходов и отходов лесопромышленного комплекса. Разработано различное оборудование, предназначенное для подготовки, подачи и сжигания таких отходов. В подавляющем большинстве случаев это новое оборудование, установленное в новых котельных (или взамен старого - в существующих). Реконструкции существующих газовых котлов являются единичными. В России и странах СНГ выполнялся ряд проработок машиностроительными заводами, однако, новые котлы еще широко не применяются. Реконструкции существующих котлов носят единичный характер и зачастую при удачных технических идеях носят все же кустарный характер.

Важно отметить, что в ряде случаев требуется реконструкция имеющихся газомазутных котлов на сжигание отходов. Применяемые технические решения должны быть просты, надежны и обеспечивать минимальные капитальные затраты, что определяется ограниченными финансовыми возможностями и невысокой квалификацией персонала сельскохозяйственных предприятий.

Исходя их анализа физико-химических свойств сельскохозяйственных отходов, их можно разделить на три группы: отходы возникающие при переработке семечковых и злаковых на маслоэкстракционных и мукомольных предприятиях (лузга подсолнечника, шелуха проса, овса и т.п.); отходы, возникающие при переработке стеблей, например, на канатных фабриках, образующиеся при первичной переработке (стебли, солома, початки и т.п.).

Первый вид отходов является сухим, малозольным относительно калорийным топливом. Фракционный состав относительно однороден, насыпной вес мал, велика парусность, форма частиц сложная. Второй вид отходов отличается от первого трубчатой структурой частиц. Третий вид может иметь повышенную влажность более высокую зольность и низкую калорийность. При этом требуется его подготовка (измельчение) к сжиганию.

Химический состав топлива всех видов примерно одинаков /1/: около 50% углерода, 0,1-2% серы, около 6% водорода, около 40% кислорода на горючую массу. Топливо является высокореакционным с большим (порядка 80%) выходом летучих. Особенностью элементного состава золы является повышенное содержание щелочных элементов (прежде всего К2О), а также широкий диапазон изменений состава минеральной части. Температура размягчения золы (после озоления в муфеле) составляет около 1300 °С. Возможно, что легкоплавкие соединения натрия и калия переходят в газовую фазу и при снижении температуры газов конденсируются на частицах и образуют липкие отложения на конвективных поверхностях нагрева.

Исходя из изложенного можно заключить, что для первых двух видов сухих отходов наиболее приемлемыми являются технологии сжигания в циклонных предтопках и с использованием схемы низкотемпературного вихря. Для влажных отходов, а также для крупных котлов перспективно применение технологии кипящего слоя. Во всех случаях следует устанавливать средства для очистки конвективных поверхностей нагрева. Низкая зольность и малое содержание серы обеспечивают хорошие экологические показатели (не требуется сероочистка, облегчаются условия работы фильтров) как при низкотемпературных, так и при высокотемпературных топочных устройствах.

Исходя из изложенного, можно рекомендовать следующие технические решения: различные циклонные топки, низкотемпературный вихрь, кипящий слой. Наиболее предпочтительным для реконструкции имеющихся газо-мазутных котлов при сжигании отходов первого и второго вида, является использование циклонных горизонтальных предтопков. Технология низкотемпературного вихря также пригодна для реконструкции существующих котлов, но более эффективна при новом строительстве. Во всех случаях не удается обеспечить номинальную производительность котла после перевода с газа (мазута) на сельскохозяйственные отходы. Технология кипящего слоя наиболее выгодна при сжигании третьего вида отходов при новом строительстве относительно мощных котлов в условиях высоких экологических требований. Эта технология также является перспективной для собственного сжигания отходов и других твердых топлив.