Пиролиз отходов, вращающаяся печь или колосниковая решётка: выбор по составу

Что печь должна сделать, прежде чем отходы загорятся

Горение в слое отходов идёт в три перекрывающихся этапа. Сначала уходит вода, затем летучие вещества выделяются в виде газа, а после выгорает оставшийся фиксированный углерод. Каждый тип печи размещает эти три этапа где-то в пространстве и времени, и именно это размещение решает, какие загрузки печь может принимать. Вращающаяся печь проходит три этапа, пока её барабан переворачивает загрузку саму на себя и продвигает её вниз по уклону; колосниковая решётка проходит их последовательно по длине решётки, пока отходы движутся вперёд; пиролизная или газификационная установка намеренно разделяет второй и третий этапы, отгоняя летучие вещества при малом количестве кислорода или без него и сжигая их после.

Изложить линейку оборудования — отдельная задача, и она решена на страницах инсинераторов, где описаны конфигурации очистки и отдельные установки. Эта статья остаётся на стороне отходов, потому что именно отходы определяют, подходит тип печи или нет.

Вращающаяся печь для опасных отходов: печь, которая переворачивает загрузку

Вращающаяся печь — это футерованный огнеупором стальной цилиндр, слегка наклонённый и медленно вращающийся, загружаемый с верхнего конца и разгружаемый с нижнего. Загрузка перекатывается при вращении барабана, поэтому свежая поверхность постоянно открывается пламени и горячему газу, а материал, который на решётке лежал бы кучей, — герметичная бочка, кипа, густая паста, — разбивается самим движением. Печь — это первичная камера; выделяющийся из неё газ переходит во вторичную камеру, которая завершает горение, и именно вторая камера несёт ту температуру и то время пребывания, вокруг которых написан норматив выбросов.

Загрузка, которой это подходит, неоднородна. Опасные и промышленные отходы — классическое назначение: они приходят в бочках, в мешках, в виде осадков и жидкостей, меняют состав с каждой партией, и ничто из этого нельзя разложить ровным слоем. GB 18484-2020 задаёт высокотемпературную секцию для сжигания опасных отходов на уровне 1 100 °C при времени пребывания не менее 2.0 секунд, и футерованная огнеупором печь — то исполнение, которое выдерживает такую температуру, принимая такую загрузку.

Чем печь платит — так это механикой. Есть вращающийся корпус с уплотнением на каждом торце, там где он стыкуется с неподвижными секциями, и именно эти уплотнения — та статья обслуживания, которая определяет надёжность печи. Барабан загружают партиями, а не подают тонким непрерывным слоем, поэтому производительность — свойство цикла загрузки не меньше, чем размера барабана. Потери тепла и масса огнеупора, который нужно нагревать и охлаждать, здесь больше, чем в компактной установке, поэтому печь обычно и оказывается ответом на трудную загрузку, а не на простую.

Колосниковая решётка для твёрдых бытовых отходов: печь, которая продвигает загрузку через себя

Колосниковая решётка сжигает отходы на движущемся слое. Ряды колосников движутся возвратно-поступательно или вперёд, поэтому отходы продвигаются по решётке, а воздух для горения подаётся и под колосники, и над слоем. Отходы подсыхают у конца загрузки, воспламеняются и выгорают в середине, а остаток уходит в виде шлака с дальнего конца. Именно из-за этого продвижения решётка и превращает крупный, непрерывный, плохо отсортированный поток отходов в стабильный процесс.

Стабильный процесс зависит от загрузки, которую решётка может разложить. Колосниковая решётка для твёрдых бытовых отходов опирается на то, что слой по длине решётки достаточно ровный, и классические проектные ответы — механическая предварительная обработка, смесительный бункер, толкатель подачи, дающий ровный слой, — существуют, чтобы защитить это допущение. GB 18485-2014 задаёт температуру в печи для сжигания твёрдых бытовых отходов не менее 850 °C при времени пребывания не менее 2 секунд и потерях при прокаливании шлака не более 5 %, и решётка — та часть установки, которая обязана обеспечить это выгорание.

Чего решётка не может — так это принять загрузку, которая не ляжет. Герметичная бочка растворителя, липкий обезвоженный осадок или объёмный предмет, образующий свод в загрузочном лотке, ломают механизм, а не просто замедляют его, и установку с решёткой, построенную под бытовые отходы, от таких потоков обычно защищает правило приёмки, а не сама печь.

Пиролизная установка для твёрдых отходов: печь, которая разделяет процесс на две ступени

Пиролизная установка нагревает отходы вовсе без кислорода; газификационная установка подаёт контролируемую долю воздуха, который потребовался бы отходам для полного сгорания. В обоих случаях летучие вещества отгоняются в виде горючего газа, а позади остаётся коксовый остаток, и газ сжигается на второй ступени, — а значит, пиролизный инсинератор для твёрдых отходов всё равно заканчивается камерой сгорания и всё равно имеет за собой газоочистной тракт.

Инженерная причина так делать — объём газа, который нужно очистить. В обычной печи большая часть дымовых газов — это азот из избыточно подаваемого воздуха, поэтому установка, сжигающая тонну отходов, даёт большой объём газа при разбавленной концентрации загрязнителей. Двухступенчатый процесс подаёт лишь столько воздуха, сколько нужно второй ступени, поэтому газ, покидающий ступень окисления, меньше по объёму и более концентрирован. Это и есть довод в пользу такого исполнения на малых децентрализованных установках, где размер газоочистного тракта составляет большую часть стоимости.

Плата за это — управление. Пиролизную ступень нужно удерживать в её собственном температурном диапазоне, пока меняется нагрузка загрузки, коксовый остаток нужно обрабатывать, а процесс с двумя реакционными зонами требует от оператора большего, чем процесс с одним горящим слоем. Пиролиз и газификация к тому же занимают иное положение, чем сжигание, в регулировании большинства юрисдикций, поэтому обязанности по остатку и выбросам такой установки нужно подтверждать по правилу, применимому к объекту, а не принимать по правилам инсинератора.

Выбор типа инсинератора по отходам

Если читать это как отправную точку, а не как спецификацию, обычные сочетания вытекают из загрузки, а не из каталога оборудования.

• Тип инсинератора для медицинских отходов больниц и клиник, которые приходят в мешках и коробках по суточному циклу, — двухкамерная установка малого и среднего размера, где назначение — уничтожение на месте и контроль инфекции, а не тоннаж.
• Муниципальные и бытовые твёрдые отходы на центральной станции — колосниковая решётка, потому что загрузка навалочная, непрерывная и лишь частично отсортированная, и её можно разложить и перемешать по решётке.
• Однородный поток с высокой теплотой сгорания, такой как пластмассы, шины или один промышленный остаток, — пиролиз или газификация, потому что двухступенчатому процессу нужна загрузка, не меняющаяся час от часа.
• Обезвоженный осадок сточных вод, который несёт больше воды, чем топлива, — отдельная установка с поддерживающим топливом или совместное сжигание с более сухим потоком, потому что осадок сам по себе не удержит температуру горения без поддержки.
• Опасные и промышленные отходы, приходящие в бочках, упакованными или в виде осадка либо пасты, и любой поток, меняющийся с каждой поставкой, — вращающаяся печь, потому что перекатывающийся барабан разбивает загрузку, а огнеупор держит 1 100 °C.

Что решает выбор между ними на конкретном объекте

Пять условий делают большую часть работы, и первые два обычно решают вопрос ещё до того, как обсудят остальные.

• Форма, в которой приходят отходы, — навалочные и раскладываемые или в таре, пастообразные и неоднородные.
• Насколько сильно меняется загрузка. Печи, которая зависит от ровного слоя, нужна загрузка, которую можно сделать ровной; вращающаяся печь допускает изменчивость, которой решётка не может.
• Температура, которую требует стандарт. Опасные отходы держат при более высоком значении высокотемпературной секции, чем муниципальные, и это значение решает, сколько огнеупора и какой объём камеры несёт установка.
• Периодический или непрерывный режим и маршрут остатка. Шлак, зола и коксовый остаток — разные материалы с разными правилами размещения, и объект, который не может разместить один из них, выбирает другую печь.

Типичные ошибки

• Выбирать тип печи по закупочной цене и обнаруживать после, что загрузку нельзя обработать. Печь — та единственная часть установки, которую нельзя приспособить потом.
• Полагать, что пиролизная установка снимает необходимость в газоочистном тракте. Газ всё равно нужно сжечь и очистить, а нормативы выбросов применяются к установке в целом.
• Класть влажную, липкую или объёмную загрузку на решётку и ждать, что это решит предварительная обработка. Предварительная обработка делает пограничную загрузку управляемой; она не делает нераскладываемую загрузку раскладываемой.
• Считать печь по одному тоннажу, без теплоты сгорания загрузки. Одни и те же килограммы в час двух разных отходов — не одно и то же тепловое назначение.
• Читать тип печи как бренд. Вращающаяся печь у двух поставщиков — это один и тот же тип печи, а разница между поставщиками сидит в уплотнениях, огнеупоре и газоочистном тракте.

Самопроверка перед фиксацией типа печи

• Описаны ли отходы по физической форме и по изменчивости, а не только по тоннажу и названию?
• Определена ли температура, которую требует применимый стандарт, вместе с сопутствующим ей временем пребывания?
• Та ли загрузка, которую установка действительно получит, включая партии, приходящие без предупреждения, — это загрузка, под которую выбирали тип печи?
• Проверены ли и маршрут остатка, и теплосодержание загрузки, чтобы печь была рассчитана по тепловому назначению, а золе было куда деваться?
• Включён ли газоочистной тракт, следующий за камерой, в сравнение между тремя типами?

От потока отходов к типу печи

Сочетание отходов и типа печи определяется до того, как составят список оборудования, и определяется по загрузке: её физическая форма, насколько она меняется и что потом должно произойти с газом и остатком. Страницы инсинераторов несут линейку установок и конфигурации очистки, следующие за каждым типом печи, таблица выбросов инсинератора задаёт показатели, которым установка должна соответствовать, а статья о теплоте сгорания отходов и печи берёт следующий вопрос — сколько тепла загрузка несёт в камеру. Пришлите описание отходов и применимый стандарт, и тип печи, размер камеры и газоочистной тракт для ваших отходов подтверждают с заводом по составу ваших отходов, а не выводят из общей таблицы.