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

     2.3.6 Реакторы кипящего слоя

Принцип работы реакторов с кипящим слоем состоит в подаче газов (воздуха) через слой инертного материала (песок с размером частиц 1-5 мм), поддерживаемого колосниковой решеткой. При критической скорости потока газа инертный 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 прохождения потока воздуха через слой для обеспечения хорошего псевдоожижения. Применяются три типа обычных решеток: перфорированная решетка, решетка с насадками 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 водоохлаждаемые 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 прямоугольной топочной камеры (см. рисунок 2.10), ограниченной газораспределительной решеткой, конструкция которой предусматривает возможность удаления шлака. Реакторы со стационарным кипящим слоем широко используют для сжигания отходов в США, Германии, Японии и многих других странах.

     
Рисунок 2.10 - Топка с кипящим слоем [11]

б) Некоторое количество инертного материала при увеличении скорости газов 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 золоуловителей (см. рисунок 2.11). Уловленный материал возвращается из циклонов в слой, где продолжается обработка отходов.

На мировом рынке представлены технологии уничтожения отходов в циркулирующем кипящем слое (Германия, США). Технология сжигания твердых отходов и осветленного шлама с использованием ЦКС была впервые опробована в Нидерландах и Великобритании. В Германии этот способ сжигания стал применяться после введения законодательных норм 17 BimSchV по охране окружающей среды в части содержания в уходящих газах 0,1 нг/м диоксинов. 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) производительностью 500 тыс. т/год. Нагрузка каждой из двух печей с ЦКС 25 т/ч. Крупность загружаемого материала 100 мм, минимальная теплота сгорания - около 2450 ккал/кг.

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

Рисунок 2.11 - 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, жидком и пастообразном состоянии (для особо крупных отходов необходимо грубое измельчение перед подачей в реактор);

5) сравнительно простое устройство аппаратов и возможность их автоматизации;

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

7) при сжигании отходов в кипящем слое легко связываются кислотные соединения галогенов, серы и фосфора путем добавки в слой нейтрализующих соединений кальция.

К недостаткам метода псевдоожижения (как для стационарного, так и для циркулирующего слоя) относятся:

1) неравномерность времени пребывания в псевдоожиженном слое обрабатываемых частиц твердой фазы. Например, одинаково возможны быстрый проскок частиц и их нахождение в слое дольше среднестатистического времени пребывания;