Природоочистные и энергосберегающие агрегаты для переработки промышленных отходов и высокозольных топлив

С развитием хозяйственной деятельности одновременно происходит увеличение накоплений отходов различных видов производства, что не только приводит к загрязнению экологической среды, но и наносит серьезный вред человеку. Это особенно характерно для крупных городов и промышленно развитых регионов. Накопление отходов приводит к попаданию в экологическую среду тяжелых металлов, химических соединений, в том числе таких, особо вредных веществ, как полихлорированные диоксины (ПХДД) и дибензофураны (ПХДФ)
. Вокруг крупных городов и промышленных объектов целые зоны, загрязненные промышленными и бытовыми отходами. Это приводит не только к отчуждению земельных участков, но и к загрязнению водоемов, подземных грунтовых вод, что еще более пагубно для окружающей среды. Все технологии переработки отходов либо малоэффективны, либо настолько дорогостоящи и трудоемки, что производителям проще и экономически выгоднее «подбросить» окружающей среде экологические проблемы, даже с нарушением действующего законодательства, чем заниматься природоохранной деятельностью в дополнение к основной работе.
В настоящее время используются, в основном, два способа переработки промышленных и бытовых отходов. Первый – их захоронение на специально отведенных полигонах, так называемых городских или районных свалках мусора. Второй – термическая переработка различного рода отходов. Последнее представляется более перспективным.
Однако и это может основываться на разнообразных способах сжигания, которые, как правило, не отвечают экологическим требованиям. В последние годы экономически развитые страны используют для переработки отходов печи с псевдоожиженным слоем. Однако они сохраняют практически все недостатки печей с открытым горением и требуют применения громоздких, дорогостоящих очистных сооружений для дымовых газов, в том числе электрофильтров улавливания пыли. Известно, что наличие в дымовых газах, содержащих хлор, пылевидных частиц, выступающих в роли катализаторов, создают условия для образования диоксинов при остывании этих газов. Это также повышает требования к системе газоочистки и сильно усложняет ее конструкцию (введение дополнительных фильтров, абсорберов и т.п.). Кроме того, использование псевдоожиженного слоя выдвигает высокие требования и к подготовке исходного сырья (размер частиц), точности в поддерживании газодинамических характеристик потоков в реакторе, а также к его конструкции. Этот и ряд других недостатков переработки отходов встречает со стороны экологических служб если не сопротивление, то весьма осторожное отношение к широкому их применению.
Электростальный завод тяжелого машиностроения (ОАО «ЭЗТМ») долгие годы также был связан с острейшей экологической проблемой по утилизации отработанных закалочных и отпускных масел, которые по существующим условиям подлежат только уничтожению. Решение этой проблемы найдено совместными усилиями завода и Института проблем химической физики РАН (ИПХФ РАН) в г. Черноголовка. Применительно к условиям завода разработаны технология и оборудование установки утилизации заводских маслоотходов производительностью 240 кг за один цикл ее работы. Особенность технологии в использовании на установке двухстадийной схемы: газификации отходов в сверхадиабатическом режиме фильтрационного горения с последующим сжиганием горючего продукт-газа в специально сконструированном дожигателе. Процесс газификации осуществляется в реакторе, куда через специальные устройства подаются маслоотходы и воздух. В процессе фильтрационного горения получают продукт-газ, который по трубопроводу поступает в газовую горелку дожигателя. В результате пятилетней эксплуатации установки заводом накоплен богатый опыт утилизации не только маслоотходов, но и других жидких и твердых промышленных отходов, а также высокозольных топлив.
Эксплуатация установки по утилизации различных видов отходов показала, что концентрация вредных примесей в дымовых газах ниже допустимых норм. Так, при утилизации «макулатуры бумажной специальной» (МБС) средние величины концентрации в дымовых газах вредных примесей были ниже показателей европейских норм (Норматив 17 Bimsh V Stand: 1990). Данные замеров приведены в табл.1.
Примесь Измеренная
концентрация,
мг/нм3
Норматив (17
Bimsh V Stand:
1990) мг/нм3
CO 6 50
SO2 <1 50
NOx 90 200
Cd+Tl 0,003 0,05
Hg 0,0002 0,05
Sb+As+Pb+Co+Cr++Cu+Mn+Ni+V+Sn 0,14 0,5
Таблица 1.
Поскольку ОАО «ЭЗТМ» является довольно крупным машиностроительным предприятием и обеспечивает проектирование, изготовление и комплектную поставку оборудования цехов для производства различных видов труб и сортового проката, было решено наладить совместно с ИПХФ РАН проектирование, изготовление модульных агрегатов газификации различных видов промышленных отходов, а также комплектную поставку оборудования мини-заводов по их переработке. Причем на таких модульных агрегатах и мини-заводах могут перерабатываться как жидкие (нефте- маслоотходы, нефтешламы и т.д.), так и твердые (ТБО, илы городских полей фильтрации, отходы деревообрабатывающей промышленности, изношенные автомобильные покрышки и отходы резинотехнических изделий, лакокрасочные отходы и т.п.). Кроме того, ОАО «ЭЗТМ» может изготовлять и поставлять мобильные установки утилизации входящих в шламы жидких компонентов, например, аварийные проливы нефти, с частичным ее возвратом в качестве товарного продукта.
Агрегаты для газификации сконструированы таким образом, что загрузка в реактор продуктов утилизации и выгрузка зольного остатка не оказывают влияния на процессы газификации, обеспечивая непрерывность технологического процесса. Они снабжены устройствами для управления технологическим процессом как в автоматическом, так и ручном режиме, и выполняются на основе модуля, включающего два реактора-газификатора с оборудованием загрузки утилизируемого продукта и выгрузки зольного остатка, а также вспомогательного оборудования для приготовления шихты.
Кроме этого, в состав каждого агрегата утилизации может входить энергетическое оборудование, использующее продукт-газ для выработки электроэнергии и подачи тепла в системы горячего водоснабжения. В объем поставки оборудования энергетической части агрегата могут, по желанию заказчика, входить агрегаты котельной городского или местного водоснабжения, а также иные энергетические установки, в том числе агрегаты для выработки электроэнергии, входящие в состав мини-завода.
Оба реактора устанавливаются на металлической эстакаде вне помещения на открытом воздухе. Вспомогательное оборудование (смеситель, вибросито, транспортные устройства) может устанавливаться на фундаменте внутри легкого отапливаемого помещения, в котором предусматриваются и складские площади для хранения некоторого запаса продуктов утилизации.
В зависимости от потребительской мощности предусматриваются возможности изготовления агрегатов с выработкой продукт-газа, мощностью от 0,34, 0,5, 1, 3, 5, 8 Мвт и выше. Такие агрегаты могут с успехом использоваться для переработки дешевого местного топлива, в том числе низкосортного высокозольного угля и других углеродсодержащих продуктов в энергетический продукт-газ. Это дает возможность осуществить перевод существующих газомазутных ТЭЦ и котельных на местное дешевое топливо, с отказом от использования газа и мазута, что приведет к значительной экономии средств.
Агрегаты и технология утилизации отходов по сравнению с известными методами и оборудованием обеспечивают следующие преимущества:
  • оборудование и технология обеспечивают исключительно низкие концентрации вредных примесей в дымовых газах;
  • оборудование и технология являются энергопроизводящими, с отпуском энергии потребителю, вместо энергопотребляющих;
  • процесс газификации имеет высокий энергетический КПД (до 95%), позволяющий перерабатывать материалы с малым содержанием горючих составляющих (с зольностью до 90%) или с высокой влажностью (до 60%);
  • низкие линейные скорости газового потока в реакторе и его фильтрация через слой исходного перерабатываемого материала обеспечивают крайне низкий вынос пылевых частиц с генераторным газом, что дает возможность, как и при сжигании природного газа, не устанавливать газоочистного оборудования для очистки дымовых газов от пыли;
  • сжигание газа в современных газовых горелках – наиболее чистый способ сжигания из всех известных. За счет высокой полноты сгорания дымовые газы содержат чрезвычайно мало токсичных примесей, что позволяет получить чистоту выбросов, соответствующую современным жестким нормам;
  • выгружаемые из реактора инерт– и зольный остаток имеют низкую температуру и не содержат недогоревшего углерода, что снимает проблему захоронения зольного остатка и, при необходимости, позволяет использовать его, например, в качестве строительного материала;
  • снижаются требования к подготовке исходного сырья для обеспечения устойчивой работы газификатора.
Исходное сырье конденсат газовый, густые смазки, шламовые осадки резервуаров нефтехранилищ, проливы нефти и нефтепродуктов, промотходы тяжелых нефтепродуктов
Продукт перед загрузкой в реактор
Материал инерта – шамотная крошка
шихта – смесь исходного сырья с инертом
Режим работы модуля непрерывный
Число часов работы 1-го реактора в году 7000
Средняя производительность модуля по
горючей массе утилизируемого продукта, кг/час
1400 …2000
Потребление нефтешлама, кг/час 3000 … 4000
Расход воздуха, кг/час 4000
Расход пара, кг/час 1000
Возможное количество извлечения
нефтепродуктов, кг/час
300 … 500
Выход продукт газа, кг/час:
– общее количество
7000 … 7600
– при извлечении нефтепродуктов 6400 … 6600
Калорийность продукт газа, МДж/кг: общая 8 … 9, 5
– при извлечении нефтепродуктов 5 … 5, 5
Тепловая мощность при сжигании продукт-газа, Мвт: общая 7 ... 10
– при извлечении нефтепродуктов 4 ... 5
Количество рабочих мест 2
В качестве примера, в таблице 2 приводятся технические характеристики газификатора для утилизации жидких промышленных отходов с возможным возвратом нефти (при ее аварийном проливе) в качестве товарного продукта.

Сергей Потыкалов, директор ОАО «ЭЗТМ»
Юрий Виноградов, гл. инженер ОАО «ЭЗТМ»
Юрий Петров, ведущий специалист
Примечание: По интересующим вас вопросам обращаться к главному инженеру ОАО «ЭЗТМ» Юрию Васильевичу Виноградову по телефону 702-97-57 или в редакцию журнала.