Крупномасштабная комплексная переработка твердых промышленных и бытовых отходов.Перевод статьи с английского языка "Large-Scale Complex Processing of Solid Carbonaceous Industrial and Domestic Wastes" .A.G.Melnichenko."Coke and chemistry" Number 5 2001.allerton press,inc.//New York
Проблема твердых
промышленных и бытовых отходов- наиболее актуальная и сложноразрешимая
современная проблема, потому что огромное и нарастающее количество отходов с
различными свойствами складируются. Если эту проблему не решать в первом
десятилетии 21 века последствия могут быть катастрофические.
Проблема очень критическая в
Украине, особенно в очень населенном промышленном Донбассе. Так как промышленные
и бытовые отходы не перерабатываются крупномасштабно, что привело к загрязнению
плодородных земель под свалки (сегодня больше 30 тыс. гектаров из 170 тыс. по
Украине), это приводит к постоянному загрязнению токсичными веществами воды и
воздуха.
Комплекс научных и
инженерных проблем, которые стоят перед разработчиками, по нашем мнению, весомым
фактором, не дающим создать эффективную технику для переработки твердых отходов.
Это связано во многом с нестабильностью сырьевой базы. Физико-механические
свойства многих твердых промышленных и бытовых отходов и закономерности
изменения их свойств пока мало изучены. Существующая информация не полная и не
систематизирована. Создание техники для переработки такого сырья- объективно
сложная задача. Не создано крупного завода для комплексной переработки
промышленных и бытовых и бытовых отходов. И избирательно перерабатываются
нейтральные либо малотоксичные отходы в ограниченном количестве, поэтому
экологический эффект переработки не значителен.
Известные технологии сжигания или
переработки твердых отходов ориентированы на конкретные отходы дорогие и
несовершенные так как создают новые проблемы или не пригодны для Украины по
причинам экономического, экологического и социального характера. Важно, что
более половины всех видов твердых промышленных и бытовых отходов Донбасс
являются углеродистыми и содержат органическую массу, которая представляет собой
сырьё для химической переработки или энергоноситель. Зольные компоненты таких
отходов можно использовать в производстве строительных материалов. Еще большее
содержание органической составляющей имеют бытовые отходы. Однако только девятая
часть от ресурсов промышленных и бытовых отходов используется, а бытовые отходы
используются еще в меньшей мере.
Работники ДонНТУ разрабатывают
направление с целью создания техники и технологии комплексной переработки
твердых углеродистых отходов (ТУО) промышленного и бытового происхождения на
базе термической деструкции и синтеза органического вещества отходов в наклонных
термолизных печах (НТП) с получением полезных продуктов и энергии. Лабораторные
исследования компаун-смесей твердых промышленных и бытовых отходов показали
широкие возможности новой технологии для исходных составов сырья.
На основании обобщения мирового
опыта в области переработки твердых углеродистых отходов, анализа состояния и
значимости этой проблемы в Украине и других странах и результатов исследований,
выполненных в ДонНТУ, в основу подхода к созданию данной технологии и техники
положены концептуальные положения.
1. Технология базируется на
термолизе органической части отходов. Это главная часть переработки, которая
протекает герметичных поверхностях камерных НТП и является управляемым процессом
термической деструкции исходного сырья с образованием твердого термолизного
топлива и смеси летучих веществ в виде парогазовых и жидких углеродистых
продуктов.
2. Комплексный характер
переработки и компаундирование смесей отходов. Предлагается совместная
переработка широкого спектра смесей углеродистых промышленных и бытовых отходов.
Твердые и жидкие компоненты отходов в различных пропорциях в зависимости от
физических свойств и химического состава смешивают на стадии подготовки сырья с
целью получения исходных компаунд-смесей требуемого качества.
3. Крупномасштабность промышленных
установок. Объемы накопления и генерирования промышленных и бытовых отходов
настолько большие, что делают необходимым сооружение высокопроизводительных
установок и вовлечение в сферу переработки инфраструктуры существующих
промышленных производств, в основном коксохимические заводы
4. Управляемость и гибкость
процессов. Этого достигают благодаря возможности совместного использования
нескольких управляющих факторов: температурного режима термолиза, давления
предварительного уплотнения сырья, цикличности загрузки, скорости продвижения
рабочей массы в агрегатах и др. Оптимальное управление ведется на основе
значения свойств сырья и потребностей в производимой продукции и энергии с
использованием компьютерной техники, средств автоматизации при контролирующих
функциях персонала.
5. Высокий
уровень техногенной безопасности. В промышленный комплекс на стадии
проектирования закладывают более высокий уровень требований к герметичности
технологических агрегатов в сравнении с известными в промышленности,
улавливание, полное обезвреживание и химическая переработка всех продуктов
термолиза. При этом на основе главных положений концепции приняты проверенные
технологические и конструктивные решения, которые создают предпосылки для
высокой экологичности комплекса
6.
Высокая степень использования энерго- химического потенциала отходов. Этого
достигают созданием полного цикла глубокой переработки смесей отходов с
получением полезной продукции и энергии, а именно: термолизного газа, жидких
углеводородов, твердого топлива, электроэнергии и строительных материалов.
7. Экономическая эффективность.
Использование дешевого органического сырья различного происхождения с получением
полезной продукции, защита почвы, воды и воздуха от загрязнения, освобождение
территорий от свалок, отвалов, шламонакопителей, отстойников, а также вовлечение
инфраструктуры коксохимических заводов при оптимально небольших капитальных
затратах делают разработку экономически выгодной.
8. Социальный эффект. Вовлечение
кадров и основных фондов коксохимических предприятий, сокращающих в настоящее
время производство, изготовление оборудования, машин, агрегатов и конструкций
промышленного комплекса для переработки отходов на отечественных
машиностроительных и огнеупорных заводах способствуют созданию рабочих мест.
Р и с. 1. Принципиальная схема
термолизного энергоблока для переработки промбытотходов:
А - подача воздуха в топку; Б -
дымовые газы на очистку; В -подача газа и воздуха на обогрев печи; Г- подача
воды в котлоагрегат; Д— отвод пара к турбине; Е- отвод химических продуктов на
переработку; / - система загрузки;2 - прессующе-проталкивающее устройство; 3 -
термолизная печь; 4 - система обогрева печи; 5 - система отвода летучих веществ;
6- наклонный канал; 7 - топка; 8 - котлоагрегат; 9 - система золоудаления.
Технология переработки имеет такую
последовательность основных операций:
1. Сортировка и классификация
исходного сырья с извлечением крупных включений металлов, стекла и керамики;
2. Измельчение, дозирование и
смешение компонентов;
3. Загрузка
смеси твердых углеродистых отходов в агрегат и ее прессование;
4. Термолиз смеси твердых
углеродистых отходов с получением твердого термолизного топлива и летучих
химических продуктов,которые перерабатываются традиционными методами;
5. Сжигание твердого термолизного
топлива с утилизацией тепла;
6.
Подача зольных остатков в производство строительных материалов. CENTER>
Р и с. 2. Принципиальная схема
материалопотоков в процессах сжигания А и при термолизной энергопереработке
твердых промбытотходов Б
Загрузка
смеси, ее прессование, термолиз и сжигание твердого топлива происходят в едином
агрегате (рис.1). Процесс термолиза характеризуется высокой экологичностью,
поскольку протекает в замкнутом пространстве герметичной камеры, непрерывностью,
хорошей управляемостью; автоматизирован. НТП относительно просты, обеспечивают
воздействие на сырье нескольких управляющих факторов и компонуются в батареи.
Это создает предпосылки для их надежности, экономичности, хороших
теплотехнических характеристик агрегатов и возможности использования проверенных
в коксовом производстве прогрессивных решений.
Высокоэффективная переработка
твердых углеродистых отходов новым методом осуществима при обеспечении
однородности сырья и стабильности его основных физико-механических и
технологических свойств. Этими свойствами в определенных пределах можно
управлять посредством предварительной подготовки и механических, химических и
термических воздействий, к которым относятся измельчение, усреднение,
дозирование и перемешивание компонентов в определенных соотношениях, введение в
состав необходимых количеств жидких связующих, твердых присадок, прессование
загружаемого сырья с последующей регулируемой термообработкой. Многие
преимущества нового метода в сравнении с традиционным сжиганием становятся
очевидны даже при их общем анализе (рис.2).
Такая комплексная переработка
отходов представляется не только наиболее экологически безопасным методом из
всех известных, но и экономически выгодна. Срок окупаемости промышленного
комплекса - до двух лет. Ряд технических решений проекта защищены патентами.
Практическая реализация предполагается на площадках и с использованием
инфраструктуры и кадрового потенциала некоторых коксохимических заводов Украины.
Изложенная концепция и технические
идеи создают предпосылки для эффективного решения проблемы глобального значения
— создания техники и технологии крупномасштабной комплексной переработки твердых
промбытотходов с получением полезных химических продуктов, топлива, энергии,
строительных материалов при обеспечении высокого уровня техногенной
безопасности.