"Сравнительный анализ установок для термического обезвреживания и утилизации отходов"

Материал прочитан 2708 раз и оценен

3

Введение

При выборе оборудования для утилизации отходов рассматривают разных производителей, поставщиков и, конечно же, разные технологии. Если речь идет о технологиях, то приоритетным фактором является выгода, то есть эконмическая целесообразность утилизации отходов, сжигания мусора. Но она не существует сама по себе, а сопровождается условиями выполнения экологических требований.

Большую актуальность тема выбора оборудования приобретает в сфере утилизации производственных отходов II, III классов опасности. Необходимо отметить, что многие полигоны размещения опасных отходов закрываются, требования содержания ужесточаются, лицензии в некоторых случаях не продлеваются. Производства рассматривают альтернативные варианты уничтожения и обезвреживания отходов, чтобы не зависеть от тарифа утилизационных компаний и отказаться от их услуг из-за несправедливых условий. По сути, именно утилизационные компании диктуют условия своим клиентам, что в конечном счете приводит последних к поиску независимости и способов обеспечения гарантий и стабильности.

Вопросы обезвреживания отходов идут рука об руку с утилизацией. Однако здесь важно проверить проект государственной экологической экспертизы на инсинераторы. Если оборудование имеет заключение экспертизы на обезвреживание, то потребитель делает лицензию на обезвреживание, а если результаты обезвреживания – зола после инсинерации, тепловая энергия, электричество и т. д. – подтверждаются экспертизой на утилизацию, то и лицензия будет выдана на утилизацию и обезвреживание. А это уже совершенно другой уровень ‒ скажем так, зеленый курс.

Также необходимо внести ясность в вопросы по техническим особенностям оборудования. Мы рассматривали возможность обезвреживания, даже термической деструкции промышленных отходов, а именно грунтов, загрязненных нефтепродуктами.

При запросе данных по оборудованию у производителей мы получали общую производительность установки: например, для инсинератора ТДУ – от 200 кг/ч до 8 т/ч. При этом у производителя этой установки был перечень наших отходов и мы просили указать производительность именно на них. Ответ: в районе 2 т/час, может, больше, может, меньше. Но производительность необходима для расчетов суточного объема отходов. Хранение отходов не предусмотрено, их объем ограничен, будет меньше – установка будет в простое, больше – установка не будет справляться. Кода мы начали разбираться в понятии «производительность инсинератора», мы провели глубокий анализ на основе собранных данных и информации, предоставленной компанией «Эко-Спектрум», специалисты которой объяснили элементарную разницу между производительностью по грунтам и производительностью по загрязнителю. Мы были крайне удивлены тем, что «Эко-Спектрум» предложил совершенно иное решение и, более того, четко обосновал причины.

Предварительные требования

Итак, сравним установки ТДУ-2000 и инсинератор HURIKAN 2000 R.

В первую очередь мы рассмотрели разницу в весе оборудования, где на одну и ту же заявленную производительность разница в весе оказалась достаточной большой: установка ТДУ – не более 12 т, установка HURIKAN 2000 R – около 60 т. От чего это зависит? Здесь, конечно, имеют значение характеристики оборудования.

Согласно техническому заданию (ТЗ), масса комплекта установки ‒ не более 12 000 кг, это обуславливается тем, что доставка оборудования на объект размещения предполагает перемещение и транспортирование вертолетом, грузоподъемность которого ограничена.

Получается палка о двух концах ‒ с одной стороны, мы понимаем, что материальное исполнение должно вложиться в вес не более 12 т, с другой стороны, ‒ для качественного сжигания необходима установка, отвечающая всем требованиям промышленной и экологической безопасности, в том числе требованиям по показателям производительности по грунтам, загрязненным нефтепродуктами.

После проведения сравнения и технического анализа установок производителей ТДУ и HURIKAN мы сделали заключение о том, что данный параметр (вес комплекса 12 т) не может быть реализован в рамках опросного листа (ОЛ), так как повлечет за собой несоответствие другим параметрам, указанным в ТЗ, а именно:

Согласно ОЛ, вес установки не должен превышать 12 т, производительность должна быть не менее 36 м³/сут, должно происходить обезвреживание до несгораемого, в том числе зольного, остатка со снижением класса опасности (с III до IV, V классов опасности), должно быть соответствие показателей состава отходящего газа экологическим требованиям России.

Технически возможно сделать составную установку для ее транспортировки частями не более 12 т каждая, однако в ТЗ, которое было ранее сформировано и выставлено на площадке тендерной закупки, указан общий вес 12 т и для его изменения нужны веские аргументы и обоснования, после чего тендер на закупку инсинератора для нефтешламов должен быть скорректирован.

Все вышеуказанные технические требования напрямую влияют на выбор технического решения. Для выдержки отходов в камере сжигания до полного обезвреживания необходимо следующее:

Таким образом, выбор материального исполнения определен исходя из требований к эксплуатации конструкции, которая должна обеспечивать прочность установки, надежную и безопасную работу в диапазоне вышеуказанных заданных параметров.

Прежде всего, материальное исполнение принимается в зависимости от агрессивности среды, соответственно, выбор варианта материального исполнения конструктивных элементов печи и теплообменных аппаратов, основных узлов и деталей, насосов и прочего оборудования производится в зависимости от теплотехнических, химических свойств материалов, а также химического состава отхода и перекачиваемой жидкости системы газоочистки. Также такие показатели, как температура, давление, и прочие должны обеспечить наиболее оптимальную продолжительность межремонтного и общего периодов эксплуатации. Важным фактором является условие соблюдения экологических норм российского законодательства.

Итак, при условии соответствия параметрам «Масса комплекта установки ‒ не более 12 000 кг», «Материальное исполнение ‒ жаропрочная сталь», «Требуемая площадка под размещение установки ‒12 × 15 м» невозможно обеспечить исполнение других требований ТЗ, перечисленных выше.

Кроме того, необходимо отметить, что некоторые производители предлагают какие-либо технические решения, не руководствуясь составом отходов, то есть указывают производительность установок для термического обезвреживания отходов наобум.

ОЛ и ТЗ содержат перечень отходов и требования к производительности не в килограммах, а в кубометрах.

Возникает вопрос, каким образом производитель ТДУ определяет производительность установки в килограммах по отходам, указанным в закупке в кубах? Каким образом происходит расчет производительности, если производитель ТДУ не знает о пропорциях и соотношении отходов в разовой загрузке? Как производитель ТДУ определяет, сколько должен находиться смешанный отход в камере, чтобы обеспечить снижения класса опасности с III до V? Какой объем газов будет образовываться (что необходимо знать для утверждения объема камеры дожига) и т. д.?

Таблица 1. Результат расчета производительности

Представители компании ООО «Эко-Спектрум» сделали свои разъяснения по этому поводу и рассказали, чем руководствуются они при выборе конструктивного и материального исполнения.

Расчет производительности

Данных о плотности отхода, его калорийности, элементном составе, пропорциональном соотношении и т. д. аукционная документация не содержит, соответственно, для подтверждения соответствия показателей производительности мы произвели расчеты, результаты которых легли в обоснование материального, конструктивного и технического исполнения.

Расчет проводился для отхода с влажностью 50 %, зольностью 30 % и содержанием нефтепродуктов 20 %. Результат расчета производительности инсинератора HURIKAN 2000 R представлен в таблице 1.

Производительность установки определяется образующимся объемом дымовых газов, временем его выдержки в камере дожига инсинератора и, соответственно, температурой, поддерживаемой в камере дожига.

Заказчиком не была предоставлена плотность отхода, необходимая для расчета производительности установки, поэтому плотность взята ориентировочная – 1,1 т/м³, при которой производительность составит от 0,9 м³/ч до 1,57 м³/ч. Рекомендуется система сухой газоочистки в связи с превышением расчетного содержания диоксида серы и взвешенных веществ в дымовых газах для приведения значений выбросов к норме предельно допустимых выбросов согласно НДТ ИТС 9-2020.

Заказчиком также не была предоставлена информация о пропорциональном и элементном составе отхода, поэтому расчет объема дымовых газов выполнялся с использованием справочников с целью определения элементного состава отхода и – исходя из технических и экологических требований – рабочей температуры. Соответственно, при термическом обезвреживании 1727 кг/ч отхода с влажностью 50 %, зольностью 30 % и содержанием нефтепродуктов 20 % объем образуемых дымовых газов составляет 8210 нм³/ч при нормальных условиях или 449 888 м³/ч при рабочей температуре 950 °С.

Количество образуемых дымовых газов при рабочей температуре составит 12,5 м³/с. Из чего следует, что объем камеры дожига для дожигания дымовых газов в течение не менее 2 с составит 25 м³ в соответствии с Директивой 2000/76/ЕС Европейского парламента и Совета «О сжигании отходов». При таких условиях инсинератор HURIKAN 2000 R рассчитан на обезвреживание (дожиг) не более 10 000 Нм³/ч дымовых газов.

При расчете объема камеры сжигания учитываются условия, обеспечивающие идеальное протекание процессов окисления (реакции при сжигании), которое возможно достичь только при объеме камеры, превышающей в 6‒10 раз объем находящихся в ней отходов, то есть диаметр и длина печи рассчитываются исходя из необходимого объема топки 15 м³ (рис. 1). Для сжигания отхода в объеме 1,5 м³ расчетный объем топки составляет 15 м³.

Рис. 1. Камера

При расчете учитываются рабочие температуры. Для обеспечения требований к рабочим температурам согласно ОЛ (800‒1200 °С) и требований к сроку службы (не менее 7 лет) должна применяться футеровка. ОЛ предусмотрена жаропрочная сталь, однако ввиду того, что максимальная эксплуатационная температура жаропрочной стали не более 850 °С , а при температуре от 400 до 600 °С при постоянной эксплуатации на высоких температурах при контакте с агрессивными средами металл быстро коррозирует, становится хрупким и ломким, что снижает эксплуатационный ресурс оборудования, а также из-за высокой теплопроводности металла, которая при учете изготовления камеры только из стали AISI 430 составит 1380 Вт/(м² · °C), значительно повышаются теплопотери (рис. 2).

Рис. 2. Металлический каркас ТДУ. Среднее значение теплопроводности для камеры сжигания из металлического корпуса из стали AISI 430 составит 1380 Вт/(м² · °C)

Таким образом, данное материальное исполнение не обеспечит эксплуатацию с необходимыми параметрами, узел инсинератора ‒ камера сжигания – будет перегорать, деформироваться и подлежать частой замене, то есть практически будет расходной частью оборудования, даже если будет выполнена по типу «труба в трубе».

Теплостойкость инсинератора должна составлять до 1300 °С. Теплопередача для главной камеры инсинератора HURIKAN 2000 R составляет 2,9 Вт/(м² · °C), теплопередача вторичной камеры – 2 Вт/(м² · °C) (рис. 3).

Рис. 3. «Труба в трубе» ТДУ. Среднее значение теплопередачи для камеры сжигания из стали AISI 430 с утеплителем «труба в трубе» составит от 10 до 30 Вт/(м² · °С)

На рисунках представлено сравнение параметров теплопроводимости корпуса печи из жаропрочной стали согласно ОЛ (рис. 2), для варианта по типу «труба в трубе» (рис. 3) и футерованного корпуса печи HURIKAN 2000 R (рис. 4).

Рис. 4. Футерованный корпус HURIKAN. Среднее значение теплопередачи для главной камеры инсинератора HURIKAN 2000 R с футерованным корпусом составит 2,9 Вт/(м² · °C)

Состав футеровки камеры сжигания HURIKAN 2000 R:

В качестве сравнения приведен расчет для камеры сжигания, футерованной огнеупорным шамотным кирпичом, где среднее значение теплопередачи составит от 5 до 10 Вт/(м² · °С) (рис. 5).

Рис. 5. Камера сжигания, футерованная огнеупорным шамотным кирпичом

Таким образом, композитная футеровка инсинератора HURIKAN 2000 R:

Также применение лепесткового уплотнения на главной камере инсинератора (рис. 6) позволяет:

Рис. 6. Лепестковое уплотнение на главной камере инсинератора

На рис. 7 представлено сравнение характеристик веса установок.

Рис. 7. Сравнение характеристик веса

Согласно техническому предложению HURIKAN 2000 R:

Основные технические характеристики требуемой установки представлены в таблице 2.

Технологическая схема комплекса и схема цикла приведены на рис. 8 (можно скачать по ссылке) и рис. 9.

Рис. 9. Принципиальная схема технологического цикла

Остановимся подробнее на преимуществах инсинератора HURIKAN 2000 R, который и был выбран для комплекса.

Таблица 2. Основные технические характеристики требуемой установки

Комплекс HURIKAN 2000 R

Устройство

В состав комплекса HURIKAN 2000 R входят:

Система автоматизации обезвреживания отходов

Автоматизация узла подготовки и подачи отхода может включать в себя системы контроля за физическими параметрами отхода (температурой/размером фракции, уровнем в емкостях и т. д.), а также скоростью/порционностью загрузки в главную камеру.

Для контроля температурных режимов в главной камере и камере дожига установлены высокотемпературные датчики-термопары. По сигналу с термопар и датчика содержания кислорода в отходящих газах система управления регулирует работу ГУ и вентиляторов подачи воздуха в камеры, необходимого для поддержания оптимальных параметров процесса термического уничтожения.

Скорость вращения главной камеры поддерживается на постоянном уровне при помощи частотных преобразователей и подбирается индивидуально для каждого вида отхода. Контроль за вращением камеры осуществляет бесконтактный датчик положения. Выгрузка зольного остатка происходит в непрерывном режиме шнековым транспортером одновременно с работой главной камеры.

Для охлаждения отходящих дымовых газов до необходимых температур используются тепловые рекуператоры (теплообменники) с электровентиляторами, управление которыми происходит от частотных преобразователей по сигналам обратной связи с датчиков-термопар, установленных в канале газохода.

Выгрузка крупной фракции взвешенных частиц из бункера батарейного циклона происходит посредством автоматизированной выгрузки шлюзовым питателем по заданному системой алгоритму либо ручным управлением.

Рукавный фильтр имеет свою локальную систему управления, отвечающую за дозировку реагента, очистку фильтрующих элементов и выгрузку пыли из сборника накопителя.

Посредством датчиков реле перепада давления система контролирует работу рукавного фильтра и адсорбера и выводит оповещающие сообщения в случае достижения недопустимых значений перепада.

Вентилятор дымососа управляется частотным преобразователем по показаниям датчиков разряжения, установленных в главной камере и камере сжигания. Величина уставки выбирается системой управления исходя из необходимости преодоления сопротивления всей системы.

На всех этапах функционирования установки происходит непрерывный контроль текущих параметров работы. При выходе данных параметров за установленный диапазон система выводит предупреждения либо аварийные оповещения и производит необходимые остановки или блокировки узлов. Инсинератор снабжен байпасом с электроприводом и аварийной дымовой трубой, обеспечивающей при необходимости отвод продуктов горения из установки.