ИТС 9-2015 Обезвреживание отходов термическим способом (сжигание отходов)

     2.3.3 Шахтные печи

В нашей стране и за рубежом разрабатываются и исследуются на опытных и демонстрационных установках процессы пиролиза и газификации твердых и пастообразных органических отходов в шахтных печах в фильтруемом плотном слое.

В России выполнены разработки шахтных газификаторов типа доменных печей с жидким шлакоудалением (процесс "Пурвокс"), однако эти разработки не реализованы в промышленности. Пока не внедрен в практику и шахтный пиролиз твердых бытовых отходов с плазменным нагревом ("плазменный пиролиз и остеклование ТКО").

НПО "Радон" внедрил шахтную печь с плазменным нагревом для термической переработки твердых радиоактивных отходов.

В России разработан процесс паровоздушной газификации отходов в шахтном газификаторе с последующим дожиганием горючих газов.

Процесс в шахтном газификаторе осуществляется следующим образом. В шахту загружается смесь инертного материала (шамота) и отходов. Загруженная масса снизу продувается паровоздушной смесью. Шамот выполняет функцию теплоносителя и создает оптимальные условия для процесса газификации. Продвижение рабочей массы в реакторе происходит под действием собственного веса. В верхней зоне реактора при температуре 100°С-200°С происходит подсушка поступающего сырья, продуваемого синтез-газом. В бескислородной среде происходит термическое разложение и коксование органической массы. В средней части реактора при температурах 1000°С-1200°С происходит процесс газификации коксового остатка с образованием СО и . В самой нижней зоне шахтной печи твердый остаток окончательно охлаждается до температуры 100°С-150°С (см. рисунок 2.6).

Полученный в шахтной печи горючий синтез-газ подвергается очистке от кислых газов, например, HCI, а затем сжигается в топке парового котла при избытке вторичного воздуха.

Поскольку процесс паровоздушной газификации проводится в плотном слое кускового материала при низких линейных скоростях потока, в выводимом из реактора синтез-газе практически отсутствует золоунос. Перемещаясь сверху вниз, смесь отходов и шамота последовательно проходит зоны подогрева, сушки, пиролиза и газификации. Получаемый в результате процесса шлак практически не содержит продукты механического недожога и после выгрузки из реактора подвергается грохочению для отделения шамота, используемого повторно.

     
Рисунок 2.6 - Шахтная печь [19]

Усреднение состава горючих отходов и их равномерная подача в процесс термообработки являются необходимыми условиями обеспечения стабилизации термического процесса, повышения его эффективности и последующей газоочистки.

Преимуществами данного процесса обезвреживания отходов в шахтной печи являются: высокий энергетический КПД (до 95%), позволяющий перерабатывать отходы с низким содержанием горючих веществ (зольность 90%) или с высокой влажностью; сжигание синтез-газа в современных газовых горелках - наиболее чистый способ сжигания, при котором в дымовых газах отсутствует недожог.

В России на АО "Электростальтяжмаш" имеется опыт эксплуатации установки термического обезвреживания пастообразных отходов (закалочных масел).

Оценивая эколого-технологические показатели процесса газификации органических отходов в шахтной печи, стоит отметить следующие экологические преимущества по сравнению с другими термическими процессами:

- предотвращение золоуноса с газами и улавливание в своеобразном фильтре токсичных тяжелых металлов;

- температура отходящего из реактора горючего газа не превышает 150°С, при этой температуре летучие тяжелые металлы (Cd, As, Pb, Zn) находятся в сконденсированном виде и практически фиксируются в шлаке.

В то же время процесс газификации в шахтных печах пригоден для термического обезвреживания ограниченного числа отходов, причем только дробленых, сыпучих, газопроницаемых. Пастообразные, крупногабаритные твердые отходы, плавящиеся при низких температурах, трудно перерабатывать методом газификации. Указанный главный недостаток процесса в фильтруемом плотном слое, приводивший к нарушению газопроницаемости и закупорке поперечного сечения реактора наблюдался на стендовых демонстрационных установках. В частности, попытка осуществления процесса газификации твердых отходов производства капролактама на стендовой установке Института проблем химической физики РАН (г.Черноголовка) окончилась полной неудачей - заплавлением поперечного сечения реактора.