ИТС 9-2025. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Утилизация и обезвреживание отходов термическими способами

(утв. Приказом Росстандарта от 22.12.2025 № 2822)

ИСТОРИЯ ИЗМЕНЕНИЙ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИХ АКТОВ

flowchart LR
  n0["ИТС 9-2015"]:::rst
  click n0 "https://bukva.ai/docs/spravochnik-its-9-2015" "ИТС 9-2015. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Обезвреживание отходов термическим способом (сжигание отходов) (утв. Приказом Росстандарта от 1"
  n1["ИТС 9-2020"]:::rst
  click n1 "https://bukva.ai/docs/spravochnik-its-9-2020" "ИТС 9-2020. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Утилизация и обезвреживание отходов термическими способами (утв. Приказом Росстандарта от 23.12"
  n2["ИТС 9-2025"]:::doc
  click n2 "https://bukva.ai/docs/spravochnik-its-9-2025" "ИТС 9-2025. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Утилизация и обезвреживание отходов термическими способами (утв. Приказом Росстандарта от 22.12"
  n1 --> n2
  n0 --> n1
classDef rst fill:#FFEBEB,stroke:#8B0000,color:#000;
classDef doc fill:#EBFFEB,stroke:#006400,color:#000;
classDef notEnt fill:#FFFFEB,stroke:#FF8C00,color:#000;

Утвержден Приказом Росстандарта от 22 декабря 2025 г. № 2822

ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК ПО НАИЛУЧШИМ ДОСТУПНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ

УТИЛИЗАЦИЯ И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ ОТХОДОВ ТЕРМИЧЕСКИМИ СПОСОБАМИ

THERMAL TREATMENT OF WASTE

ИТС 9-2025

Дата введения 1 сентября 2026 года

Введение

Настоящий справочник НДТ содержит информацию об уровне технического и технологического развития сферы утилизации и обезвреживания отходов термическими способами, основанными на деструкции органических компонентов отходов, о применяемых наилучших доступных технологиях (далее — НДТ) и различных аспектах их применения, а также перспективных технологиях в указанной сфере. В приложении к справочнику НДТ в дополнение к ГОСТ Р 113.00.12-2023 «Наилучшие доступные технологии. Термины и определения» приводятся основные специализированные термины и определения, используемые при описании сферы утилизации и обезвреживания отходов термическими способами.

Краткое содержание справочника НДТ

Введение. Во введении приведено краткое содержание справочника НДТ.

Предисловие. В предисловии указаны цель разработки справочника НДТ, его статус, правовой контекст, описание конкретных проблем, решаемых справочником НДТ, описание процедуры создания в соответствии с установленным порядком, а также порядок его применения.

Область применения. В разделе приводится детализация области применения НДТ, на которую распространяется действие справочника НДТ в соответствии с действующим законодательством. Определена граница отнесения к области применения объектов утилизации и обезвреживания отходов термическими способами.

В разделе 1 дана общая информация о сфере утилизации и обезвреживания отходов термическими способами: на основании предоставленных предприятиями анкет приведены обобщенные данные о технологиях и оборудовании, применяемых в Российской Федерации для термических способов утилизации и обезвреживания отходов, содержащих в своем составе органические вещества, с целью использования отходов для производства товаров, выполнения работ, оказания услуг (в части утилизации) или снижения уровня их опасности и уменьшения их массы (в части обезвреживания); приводится обзор всех экологических аспектов и связанных с ними основных экологических проблем в рассматриваемой сфере деятельности.

В разделе 2 приводится описание технологий и технологических процессов, используемых в настоящее время в сфере утилизации и обезвреживания отходов термическими способами как в Российской Федерации, так и за рубежом, их основных эколого-энерготехнологических параметров, основных типов существующих реакторов, их преимуществ и недостатков.

В разделе 3 рассмотрены технологии утилизации и обезвреживания отходов термическими способами с точки зрения их воздействия на окружающую среду, приводятся показатели экологической оценки технологий, в том числе маркерные загрязняющие вещества в выбросах в атмосферу, и текущие уровни эмиссии в окружающую среду.

В разделе 4 приводится общая методология определения наилучших доступных технологий при утилизации и обезвреживании отходов термическими способами, в том числе с использованием методов, позволяющих пошагово рассмотреть несколько технологий и определить наилучшую доступную.

В разделе 5 приводится краткое описание наилучших доступных технологий при утилизации и обезвреживании отходов термическими способами. Приводятся данные о технологических показателях НДТ.

В разделе 6 рассмотрены технологии, находящиеся на стадии промышленного внедрения, которые:

• способны обеспечить снижение негативного воздействия на окружающую среду выше, чем технологии, определенные как наилучшие доступные технологии;
• способны обеспечить снижение производственных экономических затрат при сопоставимом негативном воздействии на окружающую среду.

Предисловие

Цели, основные принципы и порядок разработки справочника установлены Постановлением Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. № 1458 «О порядке определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям» (ред. от 17.11.2022). Перечень областей применения наилучших доступных технологий определен Распоряжением Правительства Российской Федерации от 24 декабря 2014 г. № 2674-р (ред. от 01.11.2021).

1 Статус документа

Настоящий информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям (далее — справочник НДТ) является документом по стандартизации.

2 Информация о разработчиках

Справочник НДТ разработан технической рабочей группой (ТРГ 9), состав которой утвержден приказом Минпромторга России от 21 марта 2025 г. № 1373.

Справочник НДТ представлен на утверждение Бюро наилучших доступных технологий (далее — Бюро НДТ) (www.burondt.ru).

3 Краткая характеристика

Справочник НДТ содержит описание применяемых в сфере утилизации и обезвреживания отходов термическими способами технологических процессов, оборудования, технических способов, методов, позволяющих снизить негативное воздействие на окружающую среду, водопотребление, повысить энергоэффективность, ресурсосбережение, использовать отходы для производства товаров, выполнения работ, оказания услуг. Из ряда описанных технологических процессов, оборудования, технических способов, методов определены решения, являющиеся наилучшими доступными технологиями. Для наилучших доступных технологий в справочнике НДТ установлены соответствующие технологические показатели.

4 Взаимосвязь с международными, региональными аналогами

Справочник НДТ актуализирован в 2025 году с учетом следующих справочников Европейского союза по наилучшим доступным технологиям:

• справочник ЕС по наилучшим доступным технологиям «Европейская комиссия. Директива о промышленных эмиссиях 2010/75/EU. Справочное руководство по наилучшим доступным технологиям. Сжигание отходов. 2019 г.» (European Commission. Industrial Emissions Directive 2010/75/EU. Integrated Pollution Prevention and Control. Best Available Techniques (BAT) Reference Document for Waste Incineration, 2019);
• справочник ЕС по наилучшим доступным технологиям «Европейская комиссия. Директива о промышленных эмиссиях 2010/75/EU. Комплексное предотвращение и контроль загрязнения. Справочное руководство по наилучшим доступным технологиям. Обработка отходов. 2018 г.» (European Commission. Industrial Emissions Directive 2010/75/EU. Integrated Pollution Prevention and Control Best Available Techniques (BAT) Reference Document for Waste Treatment, 2018).

Информация из справочников ЕС использовалась с учетом особенностей утилизации и обезвреживания отходов термическими способами в Российской Федерации.

5 Сбор данных

Информация о технологических процессах, оборудовании, технических способах, методах, применяемых при утилизации и обезвреживании отходов термическими способами в Российской Федерации, была обновлена в процессе актуализации справочника НДТ в соответствии с Порядком сбора и обработки данных, необходимых для разработки и актуализации информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям, утвержденным приказом Минпромторга России от 18 декабря 2019 г. № 4841.

6 Взаимосвязь с другими справочниками НДТ

Взаимосвязь настоящего справочника НДТ с другими справочниками НДТ, разрабатываемыми (актуализируемыми) в соответствии с Распоряжением Правительства Российской Федерации от 10 июня 2022 г. № 1537-р «Об утверждении поэтапного графика актуализации информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям», приведена в разделе «Область применения».

7 Информация об утверждении, опубликовании и введении в действие

Справочник НДТ утвержден Приказом Росстандарта от 22 декабря 2025 г. № 2822.

Справочник НДТ введен в действие с 1 сентября 2026 г., официально опубликован в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru).

8 Взамен ИТС 9-2020

Область применения

Настоящий справочник НДТ распространяется на следующие виды деятельности: утилизация и обезвреживание отходов, содержащих в своем составе органические вещества, термическими способами с деструкцией органических веществ, в том числе:

• сжигание отходов;
• пиролиз;
• газификация;
• методы, основанные на применении плазменных источников энергии;
• комбинация указанных выше методов.

Реализация перечисленных методов может осуществляться с целью:

• получения материальной продукции;
• получения энергии (в том числе энергетическая утилизация ТКО);
• обезвреживания отходов.

Данные виды деятельности согласно «ОК 029-2014 (КДЕС Ред. 2). Общероссийский классификатор видов экономической деятельности» (утв. приказом Росстандарта от 31 января 2014 г. № 14-ст) (ред. от 09.04.2025) относятся к коду 38.2.

Справочник НДТ также распространяется на процессы, непосредственно связанные с основным видом деятельности, которые могут оказать влияние на объемы эмиссий или масштабы загрязнения окружающей среды:

• накопление (хранение) и предварительная подготовка утилизируемых и обезвреживаемых отходов;
• выбор и подготовка потребляемых материалов и топлива;
• методы предотвращения и сокращения эмиссий и образования отходов;
• способы преобразования энергии, полученной при термических процессах, в электрическую или тепловую энергию;
• технологии обеззараживания (дезинфекции) медицинских отходов, являющиеся неотъемлемым подпроцессом технологии обезвреживания медицинских отходов, в целях устранения эпидемиологической опасности, за исключением технологии обеззараживания медицинских отходов, используемой непосредственно в медицинских учреждениях и не предусматривающей термическую деструкцию органических веществ, входящих в состав медицинских отходов, с использованием методов сжигания, пиролиза, газификации и других методов;
• технологии термической утилизации и обезвреживания отходов, являющиеся неотъемлемым подпроцессом технологического процесса производства отраслевой продукции на предприятиях, в случае если в соответствующем отраслевом справочнике НДТ они не рассмотрены.

Справочник НДТ не распространяется на:

• технологии утилизации и обезвреживания отходов, в процессе которых используются методы термического воздействия, не приводящие к деструкции отходов (сушка, дистилляция и т.п.);
• технологии обеззараживания медицинских отходов, используемые непосредственно в медицинских учреждениях и не предусматривающие термическую деструкцию органических веществ, входящих в состав медицинских отходов, с использованием методов сжигания, пиролиза, газификации;
• вопросы, касающиеся исключительно обеспечения промышленной безопасности или охраны труда.

Дополнительные виды деятельности при утилизации и обезвреживании отходов термическими способами и соответствующие им справочники НДТ приведены в таблице 1.

Таблица 1

Дополнительные виды деятельности при утилизации и обезвреживании отходов термическим способом и соответствующие им справочники НДТ

Раздел 1 Общая информация о сфере утилизации и обезвреживания отходов термическими способами

1.1 Общая информация о сфере деятельности

В настоящем разделе на основании предоставленных предприятиями и организациями анкет представлены технологии и оборудование, применяемые в Российской Федерации для утилизации и обезвреживания отходов, содержащих в своем составе органические вещества, термическими способами. Специализация рассматриваемых технологий ориентирована на группы видов отходов, содержащих в своем составе органические вещества, и которые могут быть утилизированы и обезврежены термическими способами.

Источниками образования отходов, содержащих в своем составе органические вещества, является как жизнедеятельность населения, так и производственная и административно-хозяйственная деятельность предприятий. Примерами таких отходов являются: твердые коммунальные отходы (ТКО); медицинские отходы; биологические отходы; загрязненные органическими веществами грунты; пришедшие в негодность и запрещенные пестициды; стойкие органические загрязнители, в том числе полихлорированные бифенилы; нефтешламы; отходы хлорорганических производств химической промышленности; отходы производства минеральных удобрений и химических средств защиты растений; отходы производства органического синтеза (кислот, альдегидов, кетонов, спиртов и др.); некондиционное ракетное топливо; отходы шин и покрышек транспортных средств и отходы других резинотехнических изделий, осадки очистки сточных вод и многие другие [1].

Для выбора оптимальных технологических и конструктивных характеристик используемых термических установок и оборудования необходимо исходить из конкретных видов отходов, подвергаемых утилизации или обезвреживанию.

Систематизация отходов, подвергаемых утилизации и обезвреживанию термическими способами, осуществляется с использованием семи основных показателей.

1 Агрегатное состояние и физическая форма. По агрегатному состоянию и физической форме отходы разделяются на 3 группы: жидкие, твердые и пастообразные.

В соответствии с Федеральным классификационным каталогом отходов, утвержденным приказом Росприроднадзора от 22 мая 2017 г. № 242 (далее — ФККО-2017) [2], отходы по агрегатному состоянию и физической форме подразделяются следующим образом (девятый и десятый знаки кода): жидкое (10); твердое в различных формах (20 — 29); дисперсные системы различных видов (30 — 39); твердые сыпучие материалы в различных формах (40 — 49); изделия из твердых материалов, за исключением волокон (50 — 59); изделия из волокон (60 — 69); смеси твердых материалов и изделий (70 — 79).

2 Горючесть. По горючести отходы разделяются на три группы: горючие, трудногорючие и негорючие:

• негорючие (несгораемые) — вещества и материалы, не способные к горению в воздухе. Негорючие вещества могут быть пожаровзрывоопасными (например окислители или вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом);
• трудногорючие (трудносгораемые) — вещества и материалы, способные гореть в воздухе при воздействии источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления;
• горючие (сгораемые) — вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться при воздействии источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления. Горючие жидкости с температурой вспышки не более 61 °C в закрытом тигле или 66 °C в открытом тигле, зафлегматизированных смесей, не имеющих вспышку в закрытом тигле, относят к легковоспламеняющимся. Особо опасными называют легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28 °C [3].

3 Состав отходов. По содержанию в своем составе определенных органических и неорганических веществ отходы подразделяются на 5 групп:

• к первой группе относятся отходы, содержащие в своем составе органические и неорганические вещества, при окислительной обработке которых образуются безвредные дымовые газы (CO2, H2O, N2), не требующие очистки;
• во вторую группу отнесены отходы, которые кроме веществ первой группы содержат соединения азота, при утилизации и обезвреживании которых образуются оксиды азота (NOx);
• к третьей группе относятся отходы, содержащие органические соединения, содержащие гетероатомы S, P, Cl, F, при окислительной обработке которых образуются газообразные оксиды и кислоты (SO2, P4O10, HCl, HF);
• к четвертой группе относятся отходы, при утилизации и обезвреживании которых образуются неорганические соли: хлориды, сульфаты, фосфаты (NaCl, Na2SO4, Na4P2O7, Na2CO3, KCl);
• к пятой группе относятся отходы, содержащие органические вещества, элементы, их окислы, соли или органические соединения элементов, при окислительной обработке которых образуются элементы или оксиды металлов, в том числе тяжелых металлов (CuO, Cu2O, TiO2, NiO, ZnO, Fe2O3, Cr2O3, HgO, As2O3).

4 Тип нейтрализующего реагента в системе очистки газов. По типу нейтрализующего реагента системы очистки газов отходы разделяются на 4 группы:

• к первой группе относятся отходы, при утилизации и обезвреживании которых в качестве нейтрализующего реагента используются щелочные реагенты (NaOH, Na2CO3, KOH, K2CO3). Эти реагенты используются при повышенной температуре рабочего процесса и возможности протекания газофазной реакции нейтрализации;
• ко второй группе относятся отходы, при утилизации и обезвреживании которых в качестве нейтрализующего реагента используются соединения щелочноземельных металлов (Ca(OH)2, CaO, CaCO3). Эти реагенты применяются при относительно низкой температуре рабочего процесса и возможности протекания гетерофазной реакции нейтрализации;
• к третьей группе относятся отходы, при утилизации и обезвреживании которых в качестве нейтрализующего реагента используются щелочные и щелочноземельные реагенты;
• к четвертой группе относятся отходы, при утилизации и обезвреживании которых не требуется применение нейтрализующих реагентов.

5 Летучесть органических веществ, входящих в состав отходов. По летучести органических примесей отходы разделяются на 4 группы. При оценке летучести веществ сопоставляют температуру их кипения tкип с равновесной температурой испарения воды tравн в распыленном состоянии в контакте с дымовыми газами или с температурой кипения воды при атмосферном давлении. В зависимости от летучести все вещества, содержащиеся в отходах, подразделяют на легколетучие, летучие, малолетучие, нелетучие (в виде жидкого или твердого остатка).

Условно к легколетучим веществам относят вещества с температурой кипения ниже 85 °C, вещества с температурой кипения 85 °C < tкип < 100 °C относят к летучим, к малолетучим относят вещества с высокой температурой кипения tкип > 200 °C, к нелетучим — вещества, которые практически не испаряются.

6 Температура плавления минеральных продуктов сжигания отходов. По температуре жидкоплавкого состояния минеральных продуктов отходы подразделяются на три группы:

• отходы, образующие при сжигании золу с температурой начала спекания золы, значительно превышающей температуру процесса утилизации и обезвреживания;
• отходы, образующие при сжигании золу с температурой начала спекания золы, близкой к рабочей температуре процесса утилизации и обезвреживания;
• отходы, образующие при сжигании золу с температурой начала спекания золы, значительно меньшей, чем температура процесса утилизации и обезвреживания.

7 Возгонка минеральных продуктов процесса термической утилизации и обезвреживания. По возможности возгонки минеральных продуктов процесса термической деструкции отходы подразделяются на три типа:

• полностью возгоняющиеся вещества;
• частично возгоняющиеся вещества;
• практически не возгоняющиеся вещества.

В практике утилизации и обезвреживания отходов, содержащих органические вещества, нашли широкое применение три основных метода термического воздействия [4]:

1 Высокотемпературный окислительный метод (сжигание). Его сущность заключается в сжигании горючих отходов высокотемпературным теплоносителем (продуктами сгорания топлива, плазменной струей, расплавом и др.). При использовании этого метода токсичные компоненты подвергаются термическому разложению, окислению и другим химическим превращениям с образованием газов и твердых продуктов;

2 Пиролиз — процесс термического разложения отходов, содержащих органические вещества, при минимальном количестве или отсутствии окислителя, в результате чего образуются пиролизная жидкость, восстановленный технический углерод и пиролизный газ. Теплота сгорания газа ~ 13 — 21 МДж/м3. При низких температурах пиролиза (~ 400 — 600 °C) больше доля образующихся жидких продуктов, а при высоких (~ 700 — 1050 °C) — больше доля газообразных продуктов.

Жидкие продукты могут использоваться как технологическое и котельное топливо или применяться в качестве компонента для производства топлив, растворителей, нефтехимического сырья. Восстановленный технический углерод, при качественной предварительной сортировке отходов и дальнейшей доработке с помощью специального оборудования, может быть ценным продуктом, который применяется в качестве сырья в производстве резинотехнических, асбестотехнических и железобетонных изделий, строительных смесей, лакокрасочных материалов и других продуктах. Количество и качество продуктов пиролиза зависят от состава отходов и температуры процесса. В зависимости от температуры различают три вида пиролиза:

• низкотемпературный пиролиз (450 — 550 °C), при котором максимален выход жидких продуктов и восстановленного технического углерода и минимален выход пиролизного газа с максимальной теплотой сгорания;
• среднетемпературный пиролиз (до 800 °C), при котором выход газа увеличивается при уменьшении его теплоты сгорания, а выход жидких продуктов и восстановленного технического углерода уменьшается;
• высокотемпературный пиролиз (900 — 1050 °C), при котором минимален выход жидких продуктов и восстановленного технического углерода и максимален выход пиролизных газов с минимальной теплотой сгорания.

3 Газификация — процесс термической деструкции отходов, содержащих органические вещества, окислителем (воздухом, кислородом, водяным паром, диоксидом углерода или их смесью) с расходом ниже стехиометрического, с получением генераторного газа (синтез-газа) и твердого или расплавленного минерального продукта. Газификация имеет следующие преимущества по сравнению с методом сжигания:

• получаемые горючие газы могут быть использованы в качестве энергетического и технологического топлива, в то время как при сжигании практически возможно только энергетическое использование теплоты отходов (получение водяного пара или горячей воды);
• сокращаются выбросы золы и сернистых соединений в атмосферу.

1.2 Краткий обзор основных экологических проблем в сфере утилизации и обезвреживания отходов термическими способами

Сжиганием называется контролируемый процесс окисления твердых, пастообразных или жидких горючих отходов, содержащих органические вещества.

Цель сжигания отходов заключается в:

• обезвреживании отходов, направленном на уменьшение их массы, изменение состава, физических и химических свойств в целях снижения негативного воздействия отходов на здоровье человека и окружающую среду;
• утилизации отходов, направленной на выработку энергии, выделяемой при горении отходов или их компонентов. Тепловую энергию можно использовать для преобразования в электроэнергию или для отопления.

Метод пиролиза заключается в термическом воздействии на отходы, при котором происходит их необратимое химическое изменение под действием повышенной температуры без доступа или с минимальным доступом кислорода с выделением горючего пиролизного газа (пирогаза), жидких и твердых продуктов [4, 5]. Технологическая цепь пиролиза состоит из следующих этапов:

• подготовки отходов;
• термодеструкции подготовленных отходов в реакторе с выделением парогазовой смеси органических веществ и твердого остатка;
• конденсации и сепарации парогазовой смеси с получением жидкой фракции и пирогаза;
• очистки пирогаза от соединений хлора, фтора, серы, цианидов с целью повышения его экологических показателей как вторичного энергетического или материального ресурса;
• использования пирогаза в качестве топлива для пиролизной установки на поддержание процесса либо использование для других процессов, например для получения пара, горячей воды или электроэнергии, в качестве сырья при производстве химической продукции;
• сбора пиролизной жидкости и восстановленного технического углерода.

Газификация — это процесс термической деструкции отходов, содержащих в своем составе органические вещества, окислителем (воздухом, кислородом, водяным паром, углекислым газом или их смесью) с расходом ниже стехиометрического для полного окисления, с получением генераторного газа (синтез-газа) и твердого или расплавленного минерального продукта.

1.2.1 Экологические аспекты

Экологические проблемы в сфере утилизации и обезвреживания отходов термическими способами определяются экологическими аспектами, которые оказывают или могут оказать прямое воздействие на окружающую среду. Согласно ISO 14001 [6], экологический аспект — это элемент деятельности организации, ее продукции или услуг, который может взаимодействовать с окружающей средой.

При утилизации и обезвреживании отходов термическими способами к экологическим аспектам, оказывающим прямое воздействие на окружающую среду и здоровье человека, относятся:

• выбросы загрязняющих веществ в атмосферу;
• сбросы сточных вод, содержащих загрязняющие вещества, в водные объекты;
• образование вторичных отходов;
• хранение (накопление) утилизируемых и обезвреживаемых отходов и применяемых реагентов, в том числе опасных;
• физические воздействия (преимущественно шум);
• запахи.

К экологическим аспектам, оказывающим косвенное воздействие на окружающую среду и здоровье человека, относятся:

• эффективность системы управления охраной окружающей среды;
• компетентность персонала в вопросах охраны окружающей среды;
• контроль и мониторинг воздействия на окружающую среду (наличие, достаточность, качество измерительного и контролирующего оборудования);
• потребление сырья и материалов;
• потребление энергоресурсов и др.

При горении углеводородов в основном образуются диоксид углерода, вода и зола. Сера и азот, содержащиеся в отходах, образуют при сжигании различные оксиды, а хлор переходит в HCl. Помимо газообразных продуктов, при сжигании отходов образуется твердый минеральный остаток, состав которого определяется составом отходов, направляемых на сжигание, которые должны быть утилизированы или захоронены. При сжигании молекулы органических соединений разрушаются, а неорганические соединения превращаются в оксиды и карбонаты, которые выводятся вместе со шлаками и золой. Мелкодисперсные частицы оксидов и карбонатов, продукты неполного сгорания органики, содержащиеся в топочных газах, улавливаются в различных газоочистных установках («мокрых» скрубберах, электрофильтрах, тканевых фильтрах и др.) [7, 8]. В результате очистки выбросов образуются отходы очистки и сточные воды, которые требуют соответствующего удаления.

На выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух в основном влияют:

• состав и свойства отходов;
• реализованные в котле технологические мероприятия (конструкция и режим эксплуатации);
• применяемый метод газоочистки и используемое для этого оборудование.

Выбросы SO₂, NOx, HCl, HF и металлов зависят главным образом от сжигаемых отходов и эффективности очистки дымовых газов. Конструкция и режим работы котла определяют выбросы CO, а также в значительной степени влияют на выбросы оксидов азота. Выбросы взвешенных веществ зависят только от эффективности очистки дымовых газов. На выбросы полихлорированных дибензодиоксинов и фуранов (ПХДД/Ф) с дымовыми газами в атмосферу влияют многие факторы: структура отходов, конструкция котла (температура и время пребывания дымовых газов) и эффективность очистки дымовых газов [9].

Сжигание отходов на современном уровне развития науки и техники обеспечивает практически полное разрушение находящихся в отходах органических веществ и продуктов их неполного разложения:

• минимальная температура сжигания в течение времени пребывания газа — по крайней мере 850 °C или по крайней мере 1100 °C для опасных отходов с более чем 1% галогенированных органических веществ (как Cl);
• минимальное время пребывания газа — 2 с после последнего инжектирования воздуха для сжигания;
• турбулентность — достаточная для обеспечения эффективного смешения газа и реакции горения;
• концентрация кислорода (избыток) — больше чем 6%.

Это относится и к диоксинам и фуранам, которые разрушаются более чем на 90%. При высокой температуре (1250 — 1400 °C) диоксины расщепляются на их составные части. При охлаждении дымовых газов существует возможность того, что очень небольшая часть образовавшихся фрагментов при температуре 200 — 450 °C снова соединится. Это происходит при традиционной технологии мусоросжигания, где образование диоксинов наблюдается также на выходе охлажденного газа из котла-утилизатора за счет реакций хлора (HCl, Cl2, хлорорганических соединений и др.) и органического углерода. Для их надежного отделения применяются рукавные фильтры в системе очистки дымовых газов с возможностью дополнительной подачи порошкообразного активированного угля и, как результат, эффективной сепарации всех диоксинов и фуранов [10, 11, 12]. Эти технологические решения закладываются при создании целого ряда установок, на которых применяется метод сжигания, и непосредственно реализуются на современных мусоросжигательных заводах. Для очистки дымовых газов на мусоросжигательных заводах в России применяется оборудование с трехступенчатой системой очистки отходящих дымовых газов [13, 14, 15]. На первой ступени очистки в абсорбере происходит нейтрализация кислых компонентов дымовых газов известью в присутствии мелкодисперсных водяных капель. На второй ступени в рукавном фильтре осуществляется глубокая очистка от летучей золы и сорбция тяжелых металлов и диоксинов в процессе фильтрования дымовых газов через слой извести и активированного угля на фильтровальной ткани. На третьей ступени очистки осуществляется восстановление содержащихся в дымовых газах оксидов азота до молекулярного азота с использованием аммиачной воды. Неорганические опасные вещества, такие как тяжелые металлы, в многоступенчатой установке для очистки дымовых газов и при утилизации и обезвреживания остатков от сжигания должны выделяться в концентрированном виде, извлекаться и связываться. После этого обращение с ними должно осуществляться экологически безопасным способом. Образующиеся при сжигании шлаки, могут быть безопасно утилизированы, если в их составе отсутствуют опасные вещества, способные к миграции. В Германии, Голландии и других странах шлаки от сжигания сортированных бытовых отходов, не содержащих опасные компоненты, используются в том числе как заменитель дорожного щебня или для звукоизоляции стен [16, 17].

Пиролиз в условиях эндотермического процесса протекает с использованием внешней энергии, получаемой за счет сжигания пирогаза. Состав выбросов от сжигания пирогаза определяется его составом и качеством предварительной очистки. Такой подход позволяет существенно снизить объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух за счет замены первичного энергетического ресурса вторичным. Пиролизная жидкость может в дальнейшем использоваться как топливо для пиролизной установки, реализовываться в качестве котельного и технологического топлива или направляться на ректификацию с получением продукции различного качества и степени очистки (например, средних дистиллятов). Образующийся при пиролизе восстановленный технический углерод имеет высокую плотность, а при качественной предварительной сортировке отходов и дальнейшей доработке с помощью специального оборудования восстановленный технический углерод может быть ценным продуктом, который применяется в качестве сырья в производстве резинотехнических, асбестотехнических изделий, лакокрасочных материалов и других продуктов, что резко уменьшает объем образующихся отходов.

Таким образом, существенными экологическими аспектами утилизации и обезвреживания отходов термическими способами являются:

• выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, состав и уровень которых существенно зависит от групп видов утилизируемых и обезвреживаемых отходов и их компонентного состава;
• сбросы загрязняющих веществ в водные объекты в случае применения «мокрой» очистки выбросов;
• количество и классы опасности отходов, которые образовались в результате утилизации и обезвреживания (термического разложения);
• уровень потребления энергоресурсов, который также в значительной степени зависит от групп видов утилизируемых и обезвреживаемых отходов.

При оценке соответствия рассматриваемых технологий и оборудования критериям НДТ значимым экологическим аспектом является выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух, применительно к которым формируются перечни контролируемых маркерных веществ.

1.2.2 Основные экологические проблемы

Основные экологические проблемы, связанные с утилизацией и обезвреживанием отходов термическими способами, можно подразделить в зависимости от причин их возникновения следующим образом:

• экологические и санитарно-гигиенические;
• технико-технологические;
• проблемы контроля выбросов и сбросов загрязняющих веществ в окружающую среду;
• ресурсосбережения.

1.2.2.1 Экологические и санитарно-гигиенические проблемы

Термические способы утилизации и обезвреживания отходов сопровождаются выделением (в том числе неучтенных) опасных веществ, многие из которых наносят вред окружающей среде и здоровью людей. В большинстве случаев в результате термодеструкции отходов образуется (выбрасывается в окружающий воздух) широкий спектр загрязняющих веществ. Как уже отмечалось выше, для подавления выбросов загрязняющих веществ необходимо использование достаточно сложных и дорогостоящих систем очистки отходящих газов.

Любое сжигание является источником выбросов парниковых газов, подлежащих контролю в рамках ряда международных соглашений.

Технологические (сточные) воды также требуют соответствующих систем очистки.

Зола (уловленная) и шлак, образующиеся при термической деструкции отходов, должны быть размещены на специализированных объектах, обустройство которых должно обеспечить защиту окружающей среды от возможного воздействия токсичных компонентов этих отходов, или повторно использованы для производства продукции, выполнения работ, оказания услуг.

Особую проблему (особенно для обслуживающего персонала) могут создавать неорганизованные выбросы из установок и оборудования, мест хранения отходов, в некоторых случаях — запах, технологический шум и вибрация, биологическое загрязнение «свежих» отходов.

1.2.2.2 Технико-технологические проблемы

В состав объектов, предназначенных для утилизации и обезвреживания отходов термическим способом, как правило, включает такие участки, как:

• участок накопления отходов, подлежащих утилизации или обезвреживанию, который необходим для ритмичной и бесперебойной работы основного оборудования по утилизации и обезвреживанию отходов термическим способом. В целях обеспечения экологической, промышленной и пожарной безопасности должен быть организован эффективный входной контроль поступающих на объект отходов, а также постоянный производственный контроль;
• участок предварительной подготовки отходов, подлежащих утилизации и обезвреживанию, что также требует и соответствующего технического оснащения, и постоянного производственного контроля;
• участок утилизации и обезвреживания отходов термическим способом, на котором используется сложное технологическое оборудование, эксплуатация которого должна осуществляться с четким соблюдением технологических режимов, с регулярным обслуживанием оборудования, техническим и технологическим совершенствованием процессов;
• блок очистки выбросов, сбросов, образующихся в результате утилизации и обезвреживания отходов термическим способом, который требует серьезного технического оснащения и постоянного производственного контроля, в том числе аналитическими методами;
• участок накопления вторичных отходов, образующихся в результате термодеструкции отходов и вспомогательной деятельности (обслуживание оборудования, проведение ремонтных работ, содержание производственной площадки, жизнедеятельность персонала и т.д.), что требует организации обращения с указанными отходами в соответствии с установленными требованиями;
• блок получения электрической и/или тепловой энергии (при необходимости).

При утилизации и обезвреживании отходов сжиганием возникает необходимость соблюдения достаточно жестких условий осуществления термического процесса:

• необходимость сжигать отходы с большими избытками воздуха из-за широкого диапазона изменения теплоты сгорания и состава их компонентов;
• время пребывания горючих компонентов при температуре выше 850 °C в течение двух и более секунд и турбулентности пламени (его «перемешивании») при концентрации кислорода не менее 6% для полной деструкции органических загрязнителей, в первую очередь полихлорированных дибензодиоксинов и фуранов;
• ограничение температуры дымовых газов на входе в конвективные поверхности (не более 750 °C) по условиям минимизации шлакования этих поверхностей;
• поддержание оптимальной для работы системы газоочистки температуры дымовых газов на выходе из котла (обычно 180 — 200 °C);
• обязательное применение многоступенчатой системы газоочистки.

Пиролиз и газификация, в том числе с применением плазматронов [18, 19], имеют определенные преимущества, но не находят достаточно широкого применения для смешанных отходов вследствие жестких требований к качеству поступающих на термодеструкцию отходов. Так, существуют достаточно жесткие требования к подготовке ТКО, направляемых на пиролиз (газификацию):

• сортировка отходов с целью извлечения балластных фракций (стекло, металлы, камни, мелкая фракция);
• сушка отходов;
• предварительное дробление отходов.

Последнее требование связано с обеспечением надежности предприятий, использующих технологию пиролиза, поскольку наличие крупных нераздробленных фракций, часто встречающихся, например, в ТКО, нарушает работу установки и выводит оборудование из строя.

Для условий России следует отметить следующие свойства ТКО, образующихся при условиях совместного их накопления в отсутствие раздельного сбора:

• отходы крайне неоднородны по составу; состав значительно изменяется в зависимости от «партии» отходов, а также от времени: в осенне-зимний период в отходах наблюдаются максимальные влажность и плотность, в весенне-летний период — увеличение содержания полимерных отходов, органики и смёта;
• влажность российских отходов на 15 — 20% выше, чем в странах Западной Европы;
• российским отходам свойственна структурная механическая связанность за счет волокнистых и влажных фракций;
• российские отходы отличаются слеживаемостью при хранении и транспортировке, выделением фильтрата;
• российские отходы отличаются повышенной абразивностью, которая связана с наличием фарфора, стекла, камня;
• высокие влажность и содержание различных солей в отходах способствуют коррозионному воздействию на металл при длительном контакте;
• наблюдается эпизодическое попадание тяжелых, трудно дробимых предметов, выводящих из строя оборудование для утилизации и обезвреживания отходов.

Объекты, на которых осуществляется сжигание опасных отходов, сталкиваются с проблемой превышения содержания оксидов азота, серы и углерода, а также диоксинов, бенз(a)пирена и т.п. в газовых выбросах над установленными нормативами. Колебания количества выбрасываемых загрязняющих веществ связаны в основном с загрузкой новой порции отходов и резком понижении концентрации кислорода в реакторе или из-за недостаточного перемешивания горючей массы и, следовательно, низкой теплопередачи. Для борьбы с этим эффектом реактор печи следует оборудовать системами остановки подачи отходов до момента восстановления концентрации кислорода до оптимальной или дополнительной инжекции кислорода в зону горения.

Присутствие в отходящих газах диоксинов и прочих супертоксикантов значительно осложняет их очистку прежде всего из-за малой концентрации этих высокотоксичных соединений (имеющих, к тому же, чрезвычайно малые уровни ПДК); требует создания современных и дорогостоящих многоступенчатых (обычно трехступенчатых) систем очистки.

Изложенные выше проблемы требуют соответствующих технологических решений, достаточной квалификации обслуживающего персонала и материально-финансовых затрат.

1.2.2.3 Проблемы контроля выбросов и сбросов загрязняющих веществ в окружающую среду

Осуществление хозяйственной деятельности по утилизации и обезвреживанию отходов термическими способами, при которой происходит влияние функционирования предприятий (установок) на окружающую среду, обусловливает необходимость организации систем производственного экологического контроля эмиссий в окружающую среду. Производственный экологический контроль проводится в соответствии с законодательным требованием аккредитованными лабораториями с аттестованными средствами измерений, методиками и обученным персоналом.

Формирование перечня веществ, подлежащих производственному контролю, определяется, в первую очередь, перечнем маркерных веществ, эмитируемых объектом. Для каждого загрязняющего вещества, включенного в перечень, должны быть определены способ контроля (прямые измерения или иные способы определения количественного значения содержания веществ в выбросах или сбросах), периодичность контроля (в случае периодических измерений), наличие аттестованных методик измерения каждого из веществ применительно к конкретному источнику. Результаты производственного экологического контроля должны обеспечить получение достоверных данных, позволяющих провести сравнительную оценку фактических показателей выбросов загрязняющих веществ и/или сбросов загрязняющих веществ со значениями соответствующих технологических показателей НДТ.

1.2.2.4 Проблемы ресурсосбережения

Серьезное внимание необходимо уделить не только созданию условий для исключения попадания в состав смешанных отходов, направляемых на сжигание, пиролиз, газификацию, вторичных материальных ресурсов, для максимально полного извлечения из потоков отходов компонентов, пригодных для получения материальной продукции, но и проблеме максимального использования вторичных энергетических ресурсов, которые образуются в результате утилизации и обезвреживания отходов термическим способом. Данная проблема особенно актуальна для таких крупных объектов, как мусоросжигательные заводы, в том числе с точки зрения повышения их энергетической и экономической эффективности.

Раздел 2 Технологические, технические решения и системы менеджмента, используемые в настоящее время в сфере утилизации и обезвреживания отходов термическими способами

2.1 Общие положения

В общем виде технологическая схема комплексной установки для утилизации и обезвреживания термическими методами отходов, содержащих органические вещества, может включать следующие блоки [10]:

• блок подготовки отходов;
• блок собственно термической обработки отходов;
• блок многоступенчатой очистки отходящих газов перед их выбросом в атмосферу;
• блок использования тепла отходящих газов;
• блок получения органических продуктов (синтез-газ, жидкое топливо, кокс);
• блок получения минеральных продуктов (керамика, цемент, минеральные соли, кислоты, металлы и др.).

Технология термодеструкции отходов, кроме твердых коммунальных отходов, признается технологией утилизации отходов термическими методами в следующих случаях:

• термодеструкция отходов проводится с целью получения материальной продукции, соответствующей установленным стандартам, при этом возможно использование тепла отходящих газов с целью получения тепловой или электрической энергии;
• термодеструкция отходов применяется для получения энергии (электрической и/или тепловой).

Технология термодеструкции твердых коммунальных отходов признается технологией утилизации термическими методами в случаях, если термодеструкция применяется для получения энергии (электрической и/или тепловой), при этом энергетическая эффективность, рассчитанная по формуле 1 Приложения Г для комбинированного производства тепловой и электрической энергии (когенерация), составляет не менее 0,65, а для конденсационного режима (производится только электрическая энергия) составляет не менее 0,45.

Технология термодеструкции отходов признается технологией обезвреживания отходов, если термодеструкция используется для отходов, не пригодных для/не подлежащих утилизации, для целей уменьшения массы отходов, изменения их состава, физических и химических свойств, снижения негативного воздействия; при этом возможно использование тепла отходящих газов.

Исходные данные для разработки установок утилизации и обезвреживания отходов термическим способом должны обязательно включать информацию об отходах, направляемых на утилизацию или обезвреживание, с учетом приведенной в разделе 1 классификации отходов и агрегатную мощность (нагрузку).

По возможности передвижения установок можно выделить:

• мобильные, передвижные установки, не имеющие прочной связи с землей и конструктивные характеристики которых позволяют осуществить их перемещение и (или) демонтаж и последующую сборку без несоразмерного ущерба назначению и без изменения основных характеристик оборудования включенного в их состав;
• стационарные установки — объекты, которые прочно связаны с землей и их перемещение влечет несоразмерный ущерб их назначению.

По мощности установки можно разделить следующим образом:

• установки малой мощности 10 — 500 кг/ч (как правило, мобильные, передвижные);
• установки средней мощности с агрегатной нагрузкой 500 — 2000 кг/ч (в том числе транспортабельные, то есть способные к перебазированию на новую площадку);
• установки станции большой агрегатной мощности 2000 — 10000 кг/ч (стационарные).

При отнесении объектов негативного воздействия к I категории Постановлением Правительства Российской Федерации от 31.12.2020 № 2398 (ред. от 18.12.2024) «Об утверждении критериев отнесения объектов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду, к объектам I, II, III и IV категорий» выделяются объекты следующей мощности:

• объекты утилизации, обезвреживания отходов производства и потребления термическим способом (сжигание, пиролиз, газификация) с применением оборудования и (или) установок, за исключением мобильных установок для отходов IV и V классов опасности с проектной мощностью 3 тонны в час и более;
• объекты по обеззараживанию и (или) обезвреживанию, в том числе термическим способом, биологических и (или) медицинских отходов (с проектной мощностью 10 тонн в сутки и более).

Выбор НДТ должен осуществляться для различных технологических схем и быть направлен на максимальное снижение эмиссий в окружающую среду, ресурсо- и энергосбережение, в том числе выработку энергии и получение вторичных ресурсов, минеральных и органических продуктов, а также вовлечение отходов во вторичное использование. Выбор НДТ осуществляется на основе Методических рекомендаций определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии (приказ Минпромторга России от 23 августа 2019 г. № 3134) [22], учитывающих совокупность соответствующих критериев.

2.2 Основные эколого-энерготехнологические параметры [10]

Эколого-энерготехнологические параметры определяют экологическую и экономическую эффективность и надежность процесса утилизации и обезвреживания отходов:

а) температурный уровень процесса. По этому параметру термические процессы и реакторы можно подразделить на низкотемпературные (температура отходящих газов tог = 400 — 600 °C); среднетемпературные (tог = 600 — 1000 °C); высокотемпературные (tог >= 1000 — 2000 °C и выше);

б) время пребывания (без учета камеры дожигания) токсичных компонентов в рабочей зоне термического реактора tпреб. По времени пребывания термические реакторы можно разделить на следующие группы:

1. tпреб < 0,1 с (малое отношение рабочего объема реактора Vр (м3) к объемному расходу газов Vг (м3/с);

2. tпреб = 0,1 — 0,5 с (средняя величина Vр/Vг);

3. tпреб = 0,5 — 2 с (повышенная величина Vр/Vг);

4. tпреб > 2 с (сверхвысокая величина Vр/Vг);

в) интенсивность перемешивания компонентов в рабочей зоне термического реактора;

г) состав газовой атмосферы в термическом реакторе. Различают три режима:

1. окислительная атмосфера (коэффициент расхода окислителя \alpha>1 );

2. восстановительная атмосфера (\alpha<1) ;

3. переменная по зонам реактора атмосфера (например, восстановительно-окислительная);

д) принцип теплогенерации (тип внешнего, дополнительного источника энергии). На практике используются:

1. органическое топливо (газообразное, жидкое или твердое, а также горючие отходы);

2. электроэнергия (индукционный, электродуговой или плазменный источник);

3. комбинированный источник;

е) тип окислителя. Применяются:

1. воздух;

2. технический кислород;

3. обогащенное кислородом воздушное дутье;

4. водяной пар;

5. диоксид углерода;

ж) режим шлакоудаления. На практике используются режимы:

1. с жидким шлакоудалением;

2. с твердым шлакоудалением;

з) способ нейтрализации образующихся при термическом обезвреживании отходов газообразных окислов и кислот (SO2, SO3, HCl, HF, P4O10). Применяются:

1. способы с предварительной, реагентной обработкой отходов;

2. способы с подачей реагентов непосредственно в термический реактор;

3. способы, характеризующиеся подачей реагентов на стадию охлаждения газообразных продуктов обезвреживания;

4. способы подачи реагентов на стадию низкотемпературной очистки газов.

Оптимизация эколого-энерготехнологических параметров позволяет выбрать соответствующий тип термического реактора для утилизации и обезвреживания жидких, твердых и пастообразных отходов.

2.3 Методы термической деструкции [23, 24]

В настоящее время для утилизации и обезвреживания отходов термическим способом чаще других используются сжигание, пиролиз, газификация.

2.3.1 Методы сжигания отходов

Наиболее распространенным методом термодеструкции является сжигание (огневой метод), используемое для утилизации и обезвреживания жидких, твердых, пастообразных отходов.

Целеполагание сжигания отходов заключается в:

• обезвреживании отходов, направленном на уменьшение их массы, изменение состава, физических и химических свойств в целях снижения негативного воздействия отходов на здоровье человека и окружающую среду;
• утилизации отходов, направленной на получение энергии, выделяемой при горении отходов или их компонентов.

Блок-схемы сжигания отходов с различными подходами в целеполагании (с целью обезвреживания и получения различных видов энергии) приведены на рисунках 2.1 и 2.2.

Рисунок 2.1 — Общая схема сжигания отходов с целью обезвреживания

Рисунок 2.2 — Общая схема сжигания отходов с целью получения различных видов энергии

Метод сжигания применяется на современных предприятиях и считается наиболее универсальным, надежным и эффективным по сравнению с другими термическими методами утилизации и обезвреживания отходов.

В мировой практике в зависимости от группы сжигаемых отходов выделяется пять групп сжигания отходов, имеющих свои технологические особенности [14]:

• сжигание смешанных коммунальных отходов. Такое сжигание традиционно представляет собой термическую обработку смешанных и практически необработанных коммунальных отходов, образующихся в жилом секторе. Иногда применяется совместное сжигание таких отходов с промышленными отходами;
• сжигание коммунальных или других отходов, предварительно подготовленных к сжиганию, то есть отходов, собранных в системе раздельного сбора, предварительно обработанных для повышения их теплотворной способности;
• сжигание опасных отходов на промышленных объектах, где эти отходы образовались, или специализированных заводах;
• сжигание осадков очистки сточных вод на специализированных установках или на установках для сжигания отходов (вместе с другими отходами, например коммунальными);
• сжигание медицинских отходов на специализированных установках.

В настоящем разделе рассмотрены технологии сжигания отходов, при которых используются следующие наиболее распространенные виды оборудования:

• слоевые печи;
• печи с псевдоожиженным слоем;
• вращающиеся печи;
• циклонные печи;
• шахтные печи;
• печи с жидкой ванной расплава;
• подовые печи.

Технология сжигания в слоевых топках с возможностью получения энергии

Для сжигания в слоевых топках наиболее пригодными считаются следующие виды отходов:

• смешанные коммунальные отходы;
• отработанные масла (в случаях, предусмотренных законодательством);
• опасные отходы (частично, только горючие вещества);
• лакокрасочные отходы;
• промышленные отходы (горючие вещества, особенно мелкокусковые смеси; например посторонние материалы, отделяемые при использовании макулатуры в бумажной промышленности);
• древесные отходы (при отсутствии возможности других методов утилизации);
• строительные отходы (применяется для горючей составляющей строительных отходов);
• горючие фрагменты крупногабаритных отходов;
• прочие отходы (горючие вещества).

Отходы, подлежащие сжиганию в слоевых топках, требуют предварительной обработки: должны быть удалены крупные фракции, создающие помехи (например металлоотходы); отходы не должны содержать радиоактивных компонентов; в некоторых случаях требуется предварительное измельчение.

В отечественной и зарубежной практике для термических способов утилизации и обезвреживания твердых и пастообразных отходов, содержащих органические вещества, наиболее широко используются слоевые печи. Принципиальная схема слоевого сжигания представлена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 — Принципиальная схема слоевого сжигания отходов

МОБИЛЬНЫЕ (ПЕРЕДВИЖНЫЕ) УСТАНОВКИ. В последние годы следует отметить большое количество российских разработок и зарубежных поставок мобильных установок термической деструкции отходов с использованием слоевых топок (см. рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 — Варианты мобильных (передвижных) установок со слоевым сжиганием отходов [24]

Недостатком большинства этих установок является отсутствие системы очистки отходящих газов.

Отдельные установки состоят из камеры сжигания, тягодутьевого оборудования, аппарата сухой газоочистки (циклон-золоуловитель) и основных соединительных трубопроводов. Загрузка отходов осуществляется в большинстве случаев вручную, а их горение происходит в неподвижном слое на футерованном сплошном поду.

Слоевые печи надежны в эксплуатации, просты при обслуживании (особенно топки с неподвижным подом) и имеют длительный ресурс, однако пригодны для термического обезвреживания ограниченного перечня отходов. Практически невозможно эффективно обезвреживать в этих печах отходы, содержащие легкоплавкие минеральные соединения и вещества в пластическом состоянии, так как происходит замазывание и зашлаковывание слоя.

Основной недостаток мобильных слоевых печей — низкая экологическая эффективность разложения отходов — повышенный механический недожог, то есть наличие остаточных токсичных органических соединений в шлаке и выбросы с дымовыми газами супертоксикантов: молекулярного хлора (Cl2), фосгена (COCl2), бенз(a)пирена, полихлорированных дибензодиоксинов (ПХДД) и дибензофуранов (ПХДФ).

Низкие удельные нагрузки при обезвреживании отходов, громоздкость и металлоемкость, относительно высокие капитальные и эксплуатационные расходы и, главное, низкая экологическая эффективность не позволяют рекомендовать слоевые печи для термического обезвреживания органических отходов в мобильных установках малой мощности.

Недостатками большинства действующих установок со слоевыми печами также являются:

• проскоки токсичных компонентов, усугубленные периодической загрузкой относительно больших разовых объемов уничтожаемых отходов;
• образование токсичного шлака, содержащего растворимые соли тяжелых металлов и остатки органических компонентов.

СТАЦИОНАРНЫЕ УСТАНОВКИ. Сжигание отходов в слоевой топке на стационарных установках является наиболее часто применяемым методом сжигания ТКО с возможностью производства энергии. В отличие от иных способов сжигания отходы подаются на колосниковую решетку в камере сгорания.

Подача отходов на механическую колосниковую решетку системами загрузки, а также их сжигание, осуществляются непрерывно в течение суток, в то время как доставка отходов к установке осуществляется периодически (в большинстве случаев в дневное время). Поэтому перед слоевой топкой всегда устанавливается подземный бункер. Кроме постоянного хранения необходимого запаса отходов он также обеспечивает их перемешивание, обеспечивающее гомогенизацию отходов перед сжиганием (установление примерно стабильных показателей теплотворной способности).

Топки со слоевым сжиганием отходов различаются по типу и принципу работы механических колосниковых решеток, которые транспортируют отходы так, что обеспечивается хорошее перемешивание и прохождение через различные температурные зоны.

Имеются три различные системы [9, 25]:

1 При системе с переталкивающей колосниковой решеткой отходы транспортируются колосниками. Мировыми лидерами в области создания и поставки оборудования для сжигания ТКО на колосниковых решетках предлагаются горизонтальные и наклонные переталкивающие колосниковые решетки.

Горизонтальная решетка (рисунок 2.5) представляет собой встречно-переталкивающую решетку, в которой подвижные ряды колосников, перемещающиеся в противоположных направлениях, разделены рядом неподвижных колосников. Такие переталкивающие колосниковые решетки обеспечивают хорошую шуровку и перемещение отходов. Обычно решетка состоит из трех последовательно расположенных по ее длине модулей и от одного до трех модулей по ее ширине.

Рисунок 2.5 — Горизонтальная переталкивающая колосниковая решетка [25]

Наклонная поверхность решетки (рисунок 2.6) не является необходимой, хотя и предлагается некоторыми изготовителями. За счет ускорения движения решетки можно увеличить скорость подачи. Это предоставляет возможность контроля времени пребывания в печи и адаптации к колебаниям при загрузке отходов на решетку. Переталкивающая решетка является в настоящее время наиболее важной системой колосниковых решеток на новых установках;

Рисунок 2.6 — Наклонная переталкивающая колосниковая решетка [25]

2 При системе с обратно-переталкивающей решеткой (рисунок 2.7) отходы транспортируются под действием силы тяжести. Наклонная поверхность является необходимой, потому что отходы и решетка движутся в противоположных направлениях. Обратно-переталкивающие решетки пригодны, например, для влажных отходов.

1 — загрузочная воронка; 2 — питатель; 3 — обратно-переталкивающая решетка; 4 — шлаковыгружатель; 5 — топочное устройство; 6 — паровой воздухоподогреватель; 7, 8 — первичный и вторичный воздух; 9, 10 — подвижная и неподвижная ступень колосников; 11 — подвижная рама; 12 — гидроцилиндр; 13 — скользящая опора

Рисунок 2.7 — Топочное устройство с обратно-переталкивающей решеткой [25]

3 При системе с валковой решеткой материал транспортируется за счет комбинации силы тяжести в результате наклона поверхности решетки и движения валков для транспортирования и шуровки отходов. Движущиеся валки транспортируют отходы вниз. Более быстрое вращение валков приводит к ускорению транспортирования, но не к улучшению перемешивания.

Для минимизации воздействия на окружающую среду для таких установок необходим контроль процесса сжигания и регулирования параметров технологического процесса. Эффективное сжигание на колосниковой решетке происходит при температуре 850 — 950 °C. В конце медленной движущейся решетки остатки после сгорания падают в заполненное водой устройство шлакоудаления [14].

Удовлетворительные экологические показатели по выбросам вредных веществ с отходящими газами обеспечиваются также за счет многоступенчатой газовой очистки (от взвешенных веществ и вредных компонентов, улавливаемых щелочными и щелочноземельными реагентами).

Дымовые газы дожигаются в дожигательной камере, где происходит доокисление при температуре от 850 °C до более 1000 °C. В расположенном дальше паровом котле дымовые газы охлаждаются до 200 — 400 °C. При этом (в большинстве случаев) образуется перегретый пар (не более 40 бар, 400 °C). Пар можно использовать для производства электроэнергии, в качестве технологического пара или для отопления. В настоящее время на рынке предлагаются различные системы топок с колосниковыми решетками [14].

Разница существует в путях проводки дымовых газов и в подаче отходов на колосниковой решетке. Принципиально имеются три системы проводки дымовых газов (см. рисунок 2.8).

Рисунок 2.8 — Варианты проводки дымовых газов [26, 27]

На рисунке представлено соотношение основных направлений подачи отходов и дымовых газов для вариантов прямотока, противотока и центрального потока.

Прямоточные системы целесообразно применять при отходах с высокой теплотворной способностью (> 9 МДж/кг). Не полностью сгоревшие дымовые газы вынуждены проходить зону с максимальной температурой, что обеспечивает лучшее доокисление загрязняющих веществ, содержащихся в дымовых газах. Благодаря этому можно отказаться от камеры дожигания [17].

Противоточные системы более пригодны для отходов с низкой теплотворной способностью. Высокая температура дымовых газов способствует сушке и сжиганию отходов. В качестве возможного риска следует указать на плохое перемешивание дымовых газов, поэтому дожигание является обязательным.

Если на сжигание поступают отходы с различной теплотворной способностью, то компромиссом является использование системы с центральным потоком.

Шлак, который образуется в результате сжигания, может поступать на захоронение либо использоваться, например, в дорожном строительстве после дополнительной обработки, которая включает отделение металлов и измельчение/гомогенизацию.

Дымовые газы, образующиеся при сжигании отходов, должны подвергаться обработке и очистке.

Область применения

Системы колосниковых решеток с водяным охлаждением позволяют сжигать высококалорийные смеси отходов с теплотворной способностью до 16 МДж/кг. До настоящего времени теплотворная способность удерживалась на уровне ниже 12 МДж/кг, поскольку в противном случае тепловая нагрузка на решетчатые системы становилась слишком высокой и возникала опасность расплавления или значительного сокращения срока службы решетки [25].

Топки с колосниковыми решетками могут в принципе применяться в комбинации со всеми предшествующими сжиганию мерами и процессами обработки отходов, они выполняют при этом задачу минерализации всех горючих веществ, которые уже не могут использоваться или обрабатываться другим способом. Преимуществом является к тому же синергетический эффект при взаимоувязке с процессами, имеющими большую потребность в тепловой энергии.

Технология сжигания отходов во вращающихся печах

Барабанные вращающиеся печи (рисунок 2.9) широко используются как в отечественной практике, так и за рубежом для сжигания твердых и пастообразных промышленных, бытовых и медицинских отходов, а также обезвоженных осадков очистки сточных вод. Обычно барабанная вращающаяся печь представляет собой стальной барабан, имеющий футеровку из огнеупорного кирпича, бетона или водоохлаждаемую, который вращается со скоростью 0,05 — 2 об/мин.

Рисунок 2.9 — Принципиальная схема печи для сжигания опасных отходов [26, 27]

Барабанные печи устанавливаются с небольшим наклоном в направлении движения отходов. Температуру в барабанной печи в зависимости от вида сжигаемых отходов поддерживают в пределах 900 — 1200 °C. В случае необходимости дополнительное топливо или жидкие горючие отходы подаются через горелочное устройство, повышая температуру внутри печи. Поступившие отходы, перемешиваясь при вращении печи, подсушиваются, частично газифицируются и перемещаются в зону горения. Излучение от пламени в этой зоне раскаляет футеровку печи и способствует выгоранию органической части отходов и подсушки вновь поступивших. Отходы и топливо, а также окислитель (воздух), подаются со стороны загрузки, шлак выгружается с противоположного торца печи в твердом виде или в виде расплава.

В связи с малоэффективным перемешиванием отходов барабанные вращающиеся печи характеризуются низкой удельной тепловой и массовой нагрузкой топочного объема, кроме того они громоздки, а в дымовых газах наблюдается повышенный недожог.

В то же время барабанные вращающиеся печи с жидким шлакоудалением, дополненные камерой дожигания газообразных продуктов термодеструкции отходов, характеризуются высокой экологической эффективностью.

Сжигание отходов с помощью барабанных вращающихся печей — наиболее распространенный метод. Реализация технологий с помощью такой конструкции печи представлена на рисунке 2.10. Их использование позволяет изменять режимы работы без существенного технического перевооружения и смены технологии, следовательно, использование этой конструкции дает возможность сжигания более широкого спектра отходов. В их число входят твердые коммунальные и промышленные отходы, нефтяные шламы, обезвоженные осадки очистных сооружений, медицинские отходы, биологические отходы, СОЗ-содержащие отходы и т.п. Многоцелевое назначение определяет более серьезные требования к обеспечению экологической безопасности. Для этих целей используется многоступенчатая газоочистка, в составе которой рационально использование адсорбционных реакторов, наиболее часто исполненных в виде рукавных фильтров (однако имеются и другие конструкции). В качестве адсорбентов тяжелых металлов и соединений группы диоксинов используются активированный уголь и цеолиты.

Рисунок 2.10 — Принципиальная технологическая схема сжигания отходов во вращающейся барабанной печи

На рисунке 2.10, кроме принципиального состава блоков, имеется блок тонкой очистки с возможностью впрыска активных сорбентов.

Методы ресурсо- и энергосбережения могут сводиться к использованию жидких отходов в качестве альтернативного топлива на специальных форсунках и системах утилизации тепла, например, на обеспечение горячим водоснабжением и отоплением производственных и внутриплощадных нужд. Модификация конструкции печи в виде циклонного реактора (см. рисунок 2.11) позволяет увеличить производительность по жидким отходам.

Циклонная камера сжигания оборудуется тангенциально расположенными горелками, работающими на газообразном или жидком топливе, форсунками подачи жидких отходов (в зависимости от комплектации), пылесборником (или камерой солеотложения).

Распространены технологические решения, где циклонный реактор используется в качестве камеры дожига (см. рисунок 2.11). Необходимость вихревого режима определяется требованиями к сжиганию высокотоксичных сред. Циклонная топка обеспечивает более качественное сжигание и относительную минимизацию концентрации контролируемых загрязняющих веществ.

Рисунок 2.11 — Принципиальная технологическая схема сжигания отходов с использованием циклонного дожигателя

В Германии, США, Швейцарии, Финляндии и других странах накоплен большой опыт разработки централизованных станций термической деструкции отходов с барабанными вращающимися печами. В настоящее время за рубежом успешно эксплуатируются барабанные вращающиеся печи для совместного сжигания твердых, пастообразных и жидких отходов с агрегатной нагрузкой от 2 до 6 т/ч [1].

В 1996 году в г. Брунсбюттель (Германия) введена в эксплуатацию одна из самых больших в мире барабанных вращающихся печей с нагрузкой по твердым и пастообразным отходам — 40 000 т/год. Диаметр печи — 4,8 м, длина — 12 м. Температура отходящих газов (на входе в камеру дожигания) — 1200 °C.

В апреле 1997 года в г. Измит (Турция) пущен в эксплуатацию центр термической деструкции твердых и пастообразных отходов мощностью 35 000 т/год. Стоимость центра составила 450 млн немецких марок. Нейтрализация хлористого водорода (HCl), образующегося при обезвреживании хлорорганических отходов, осуществляется в системе мокрой газоочистки путем впрыска соответствующих щелочных или щелочноземельных реагентов. Шлак из барабанной печи удаляется в жидком состоянии (в виде расплава).

В России также разрабатывают и реализуют барабанные вращающиеся печи (см. рисунок 2.12).

Рисунок 2.12 — Барабанная вращающаяся печь [28]

Необходимо подчеркнуть, что в технологическом отношении барабанные вращающиеся печи являются наиболее универсальными термическими реакторами для сжигания крупнокусковых отходов переменного состава.

Следует заметить, что футеровка печей при вращении находится в условиях частой смены температур, что вызывает образование в ней трещин и быстрый выход из строя. Замена один раз в полгода внутренней футеровки печи — операция трудоемкая, сложная и дорогая, ее стоимость составляет около 10% от стоимости печи. Использование дорогостоящих термостойких и химически стойких футеровок в барабанных печах приводит к существенному повышению стоимости агрегатов.

Для повышения долговечности печи иногда вместо футеровки применяют водяное охлаждение металлической стенки барабана (Япония) либо охлаждение кирпичной футеровки печи (Финляндия).

Специальное сооружение экологически эффективной локальной установки малой мощности с барабанной вращающейся печью для термической деструкции органических отходов из-за высоких капитальных и эксплуатационных расходов целесообразно только для отдельных регионов. Такая установка, изготовленная в Чехии, внедрена в Свердловской области для обезвреживания медицинских отходов.

В то же время не вызывает сомнения техническая и экономическая целесообразность создания в регионах централизованных станций совместной термодеструкции токсичных твердых, пастообразных и жидких органических отходов с большой агрегатной нагрузкой на основе барабанных вращающихся печей.

В настоящем разделе не рассмотрен опыт высокотемпературного сжигания ТКО и промышленных органических отходов, отработанных автомобильных покрышек во вращающихся печах цементной индустрии.

Вращающиеся печи, применяемые в цементной промышленности для сжигания ТКО и промышленных органических отходов, отработанных автомобильных покрышек, подробно рассмотрены в разделе 2.7 «Утилизация отходов и использование материалов из отходов» ИТС 6-2024 «Производство цемента», утвержденного Приказом Росстандарта от 16 сентября 2024 г. № 2231.

Технология сжигания в печи с жидкой ванной расплава

Среди многих предлагаемых технологий термодеструкции отходов своей оригинальностью выделяется технология уничтожения токсичных органических отходов в расплавах неорганических солей.

Сущность метода заключается в следующем. Дешевые неорганические соединения (например, соду или негашеную известь) расплавляют в керамическом реакторе при температурах 800 — 1000 °C. Через расплав продувают воздух и подают в реактор органические отходы. Степень обезвреживания, по данным авторов технологии, составляет 99,9999%.

Метод обработки отходов в расплавленных солях (ОРС) на момент актуализации настоящего справочника проходит стадию опытных испытаний.

В начале 1990-х годов для термической обработки твердых коммунальных и промышленных отходов была предложена российская технология сжигания в барботируемом расплаве шлака на основе печи Ванюкова (см. рисунок 2.13). Суть технологического процесса сжигания отходов заключается в высокотемпературном разложении отходов в слое барботируемого шлакового расплава при температуре 1250 — 1400 °C и выдерживании их в течение 2 — 3 с. Расплав образуется из подаваемых в огневой реактор различных шлаков, в частности золошлаковых отходов ТЭЦ.

1 — барботируемый слой шлака; 2 — слой спокойного шлака; 3 — слой металла; 4 — огнеупорная подина; 5 — сифон для выпуска шлака; 6 — сифон для выпуска металла; 7 — переток; 8 — водоохлаждаемые стенки; 9 — водоохлаждаемый свод; 10 — барботажные фурмы; 11 — фурмы для дожигания; 12 — загрузочное устройство; 13 — крышка; 14 — загрузочная воронка; 15 — патрубок газоотвода

Рисунок 2.13 — Печь с жидкой ванной расплава [29]

Отходы непрерывно загружаются через свод печи на поверхность шлакового расплава, который продувается через нижние фурмы окислителем. Попадая в расплав, отходы ошлаковываются и потоками шлака распределяются по его объему. При этом из отходов удаляются влага и летучие компоненты. Минеральная часть отходов растворяется в шлаке, состав которого корректируется минеральными добавками. Из содержащихся в отходах металлов образуется металлическая ванна, расположенная ниже уровня шлака. Образующиеся металл и шлак непрерывно раздельно выводят из печи через отдельные летки. Выделившиеся из шлаковой ванны горючие газы дожигаются непосредственно над поверхностью расплава кислородным дутьем, подаваемым через верхние фурмы.

Основным преимуществом процесса Ванюкова по сравнению с традиционным слоевым сжиганием отходов является существенное снижение количества отходящих газов за счет использования обогащенного кислородом дутья и получение безвредного шлакового расплава.

Основным недостатком процесса является использование дорогостоящей плавильной металлургической технологии для термического разложения отходов.

Кроме того, отсутствие в большинстве случаев в составе органических отходов минеральных составляющих ведет к необходимости поддержания искусственного шлакового расплава минеральных веществ.

В целом собственно плавильная металлургическая печь с кессонированными водоохлаждаемыми ограждениями, системой кислородно-воздушного дутья под слой расплава, позонным выпуском расплава представляется реактором более сложным в эксплуатации, нежели реакторы прямого сжигания отходов. Теплота горения отходов только в незначительной степени расходуется на плавление шлака, поскольку в плавильной печи осуществляется лишь частичное окисление органических компонентов отходов, а дожигание — основной источник теплоты, вынесен за пределы ванны расплава.

Технология сжигания в циклонных печах

Циклонные реакторы являются экологически эффективными и надежными устройствами для утилизации и обезвреживания органических отходов производства. Циклонная камера сжигания оборудуется тангенциально расположенными горелками, работающими на газообразном или жидком топливе, форсунками подачи жидких отходов (в зависимости от комплектации), пылесборником (или камерой солеотложения). Высокие удельные массовые нагрузки циклонных реакторов обусловлены, помимо особой аэродинамической структуры газового потока, тонким диспергированием отходов специальным распылителем или непосредственно скоростным потоком газов в объеме реактора [4].

Циклонная топка обеспечивает более качественное сжигание и относительную минимизацию концентрации контролируемых загрязняющих веществ.

В России разработаны циклонные реакторы различной модификации (см. рисунок 2.14) для огневой (высокотемпературной) обработки жидких отходов производства, содержащих органические и минеральные вещества.

1 — топливо; 2 — воздух; 3 — жидкие отходы

Рисунок 2.14 — Схема циклонного реактора с огнеупорной футеровкой и тепловой изоляцией [4]

Применяемые при утилизации и обезвреживании минерализованных отходов гарниссажные футеровки этих реакторов обеспечивают длительную межремонтную рабочую кампанию. По всему Советскому Союзу от западного Гродно до сибирского Кемерово и узбекского города Чирчик было внедрено более 150 таких установок, мощность которых составляла от 200 кг до 16 т отходов в час. Лицензии на установку были проданы в ряд стран социалистического содружества и Японию, затем в Республику Корея.

По сравнению с обычно применяемыми камерными и шахтными печами циклонные реакторы являются наиболее эффективными и универсальными, что обусловливается их аэродинамическими особенностями. Удельные массовые нагрузки в циклонных реакторах более чем на порядок выше нагрузок шахтных и камерных печей, что позволило создать малогабаритные устройства.

Практика эксплуатации установок для термической деструкции жидких отходов производства с циклонными реакторами подтвердила их технические и экономические преимущества перед другими типами установок:

• снижение капитальных затрат;
• уменьшение эксплуатационных расходов;
• возможность извлечения вторичных минеральных продуктов;
• высокая экологическая эффективность, соответствующая самым жестким европейским нормативам, при обезвреживании любых типов органических отходов, содержащих в том числе полихлорированные бифенилы (ПХБ), пестициды и другие суперэкотоксиканты;
• быстрый запуск;
• надежность и долговечность эксплуатации.

Положительные результаты получены при циклонном сжигании диспергированных твердых отходов и пастообразных осадков сточных вод (см. рисунок 2.15). Успешный опыт накоплен также в США при термической обработке золы мусоросжигательных заводов и загрязненного грунта с получением остеклованного шлака, а также в Германии при сжигании отработанного активированного угля (кокса) из системы сухой очистки дымовых газов.

Рисунок 2.15 — Горизонтальный циклонный реактор для термического обезвреживания шламов [24]

В то же время в циклонных реакторах при грубом диспергировании твердых и пастообразных отходов (или невозможности их дробления и распыливания) резко снижается интенсивность процесса обезвреживания. Удельные массовые нагрузки таких реакторов уменьшаются до 100 — 150 кг/м3ч, что соответствует нагрузкам слоевых и барабанных печей.

Следует еще раз подчеркнуть, что при тонком диспергировании пастообразных отходов в циклонных реакторах достигаются удельные массовые нагрузки до 1000 кг/м3ч и более, что позволяет в короткие сроки сооружать компактные, малогабаритные установки с малыми капитальными затратами.

Высокая интенсивность перемешивания частиц отходов в газовом потоке циклонного реактора позволяет добиться практически полного выгорания токсичных органических веществ непосредственно в объеме реактора — остаточная концентрация оксида углерода (CO) в дымовых газах не превышает 50 мг/м3.

Эффект центробежной сепарации обеспечивает улавливание подавляющего количества минеральных составляющих (до 80%) с выпуском их из реактора в твердом виде или в виде расплава (стерильного шлака).

Таким образом, для обезвреживания пастообразных отходов при обеспечении их тонкого диспергирования (пневматическими или механическими распылителями) рекомендуется использовать циклонные реакторы.

При затруднениях в распыливании таких отходов применение циклонных реакторов нецелесообразно, так как приведенные выше преимущества нивелируются.

Технология сжигания отходов во взвешенном (кипящем) слое

Для сжигания во взвешенном слое наиболее пригодными считаются следующие виды отходов:

• коммунальные отходы;
• осадки сточных вод;
• отработанные масла (в случаях, предусмотренных законодательством);
• опасные отходы;
• промышленные отходы (горючие вещества, особенно мелкокусковые смеси, например посторонние вещества, отделяемые при использовании макулатуры в бумажной промышленности);
• древесные отходы (более целесообразным способом являются другие методы утилизации);
• строительные отходы (только горючие вещества);
• крупногабаритные отходы (сжигание во взвешенном слое следует применять только для обработки горючих материалов, образующихся при разборке этих отходов);
• медицинские отходы классов А, Б, В (частично, с учетом особенностей обращения с такими отходами);
• прочие отходы (горючие вещества).

Отходы, подлежащие сжиганию во взвешенном слое, требуют предварительной обработки:

• должны быть удалены крупные фракции, создающие помехи (например, металлоотходы);
• отходы не должны содержать радиоактивных компонентов;
• отходы подлежат измельчению до необходимого размера частиц.

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 [9, 14, 24]:

• пузырьковый (стационарный) слой;
• циркулирующий слой (с внешней или внутренней циркуляцией);
• вихревой кипящий слой (ТКС).

1 Реакторы для сжигания твердых отходов, шламов и осадков сточных вод со стационарным кипящим слоем обычно состоят из цилиндрической или прямоугольной топочной камеры (см. рисунок 2.16), ограниченной газораспределительной решеткой, конструкция которой предусматривает возможность удаления шлака. Наибольший опыт в изготовлении оборудования для сжигания отходов в пузырьковом кипящем слое имеет финский производитель. Реакторы со стационарным кипящим слоем широко используют для сжигания отходов в Италии, Франции, Швеции, Германии, Японии и многих других странах. Однако широкого распространения такие топки для сжигания ТКО не получили. Более того, в последние годы наблюдается тенденция по замене топок с пузырьковым кипящим слоем, для которых требуется тщательная подготовка ТКО, на обычное слоевое сжигание на колосниковой решетке.

Рисунок 2.16 — Топка с кипящим слоем [14]

2 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 2.17). Уловленный материал возвращается из циклонов в слой, где продолжается обработка отходов.

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

Рисунок 2.17 — Котел с ЦКС для сжигания бытовых отходов, установленный на предприятии Lomellina (Италия) [14]

Для сжигания твердых коммунальных отходов в котлах с ЦКС необходимо проводить их предварительную подготовку (измельчение, удаление металла и крупных инертных материалов, перемешивание), и качество этой подготовки оказывает значительное влияние на надежность работы всей установки. Тем не менее, в котлах с ЦКС можно сжигать отходы, обладающие широким диапазоном теплоты сгорания, в том числе и высоковлажные. Энергоустановки с котлами с ЦКС имеют достаточно высокий для такого топлива, как ТКО, электрический КПД, который составляет около 28%.

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/м3 диоксинов. Наибольшее распространение сжигание ТКО в ЦКС получило в Китае. В настоящее время в Китае доля отходов, сжигаемых в кипящем слое по разработанной в стране технологии, составляет примерно 20%. Однако прослеживается тенденция постепенного сокращения количества установок с ЦКС в пользу традиционного слоевого сжигания на колосниковой решетке. В Европе котлы для сжигания ТКО в ЦКС часто устанавливают на обычных ТЭС. В 2014 году в Швеции был введен в строй самый большой в мире котел с ЦКС для сжигания отходов. Тепловая мощность котла составляет 155 МВт. Котел входит в состав энергоблока электрической мощностью 50 МВт.

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);

2. возможность спекания и слипания твердых частиц (для исключения возможности шлакования слоя его температура должна быть ниже температуры плавления золы отходов);

3. необходимость установки мощных золоулавливающих устройств на выходе газов из псевдоожиженного слоя, особенно при разном гранулометрическом составе отходов.

Вышеперечисленные недостатки могут быть устранены при использовании реакторов псевдоожиженного слоя нового, третьего (после стационарного и циркулирующего) поколения.

3 В Великобритании разработана технология сжигания твердого топлива в котле с вращающимся кипящим слоем. Эта работа была первым опытом вихревого или вращающегося кипящего слоя. Котел с кипящим слоем фирмы имеет наклонную решетку, разделенную на три секции с различным расходом воздуха в каждую из них, а часть переднего мембранного экрана расположена параллельно решетке и выполняет роль дефлектора. Вынужденная циркуляция кипящего слоя поддерживается не только конструктивным решением, но и вдувом твердого топлива в передней и задней стенках котла. В котлах данного типа успешно осуществлялось сжигание таких типов промышленных отходов, как отходы угля и кокса, раздробленные автомобильные покрышки, отходы гликоля. В Великобритании опробовано более 10 мелких установок с одновихревым кипящим слоем. Установки используются для разложения промышленных, медицинских и твердых бытовых отходов, причем эксплуатируются они в 1 — 2 смену.

Японская фирма продолжила и усовершенствовала данную технологию, а также успешно внедрила ее на многих японских заводах по сжиганию ТКО. В Европе эта технология известна под названием Rowitec (см. рисунок 2.18).

1 — загрузка отходов; 2 — вращающийся кипящий слой; 3 — подача воздуха для создания кипящего слоя; 4 — выход дымовых газов; 5 — дефлектор (отражатель); 6 — выгрузка золы кипящего слоя (шлака); 7 — наклонная сопловая решетка

Рисунок 2.18 — Принцип действия вихревого кипящего слоя [24]

Технология сжигания во вращающемся кипящем слое Rowitec имеет три особенности.

Фурменное днище реактора (решетки) состоит из нескольких камер, через которые подаются различные потоки первичного воздуха с целью достижения псевдоожиженного слоя в сочетании с вращением. Наклонная решетка облегчает выгрузку шлака из реактора.

Дефлекторы (отражатели) над топочной камерой обеспечивают вращение слоя, определяют степень его расширения и уменьшают вынос теплоносителя, благодаря чему достигается точное геометрическое вращение слоя.

Два эллиптических вихря, вращающихся в противоположных направлениях, встречаются и соприкасаются в середине и обусловливают оптимальное распределение и интенсивное истирание отходов, обеспечивая сгорание отходов более чем на 99%. После предварительного измельчения отходов до кусков менее 300 мм с помощью двух противодвижущихся шнековых питателей отходы перемещаются в топочную камеру, где поддерживается температура более 850 °C.

Для достижения полного сгорания токсичных компонентов в дымовых газах в зону, расположенную над кипящим слоем, вводится вторичный воздух, который способствует полному дожиганию дымовых газов при температуре 1100 — 1200 °C.

В России указанная технология реализована в промышленном масштабе на МСЗ № 4 (промзона Руднево) производительностью 250 тыс. т/год.

Опыт эксплуатации предприятий с котлами, в которых сжигание отходов происходит в кипящем слое, показал, что для реализации данной технологии требуется предварительная подготовка ТКО, и это существенно повышает затраты на собственные нужды.

Технология вращающегося кипящего слоя хорошо зарекомендовала себя при сжигании следующих типов твердых и пастообразных органических отходов: ТКО; промышленные шламы, содержащие нефтепродукты; отходы пластмасс; сельскохозяйственные отходы; автомобильные покрышки.

Эксперименты, проведенные на огневом стенде, на двух опытно-промышленных установках в г. Пусан (Республика Корея) и в г. Орехово-Зуево (Московская обл.), показали большие перспективы использования локальных реакторов относительно небольшой мощности (до 200 кг/ч) с одновихревым вращающимся кипящим слоем для термического разложения твердых и пастообразных органических отходов. Применение одновихревого кипящего слоя с высокими удельными нагрузками значительно упрощает аппаратурное оформление процесса и обслуживание установки.

При обезвреживании крупнокусковых хлорсодержащих отходов (размер отдельных кусков — до 70 мм) обеспечивалась высокая экологическая эффективность процесса. В первой ступени реактора в зоне вращающегося слоя при температурах 800 — 900 °C в присутствии извести (CaO или Ca(OH)2) осуществлялись выгорание основной массы органических веществ и нейтрализация хлористого водорода (HCl) с образованием CaCl2.

Во второй ступени реактора — зоне дожигания — достигались полное окисление примесей (остаточная концентрация CO < 50 мг/м3) и нейтрализация карбонатом натрия (Na2CO3) остатков HCl (концентрация HCl в дымовых газах менее 10 мг/м3).

Технология сжигания осадков сточных вод в многоподовых печах

Сжигание осадков сточных вод практикуется во многих странах либо как отдельное сжигание, либо как совместное сжигание в установках для сжигания ТКО, либо в иных установках для сжигания (например, в угольных электростанциях, в цементных печах). Сжигание осадков сточных вод имеет несколько отличий от сжигания ТКО и опасных отходов. Непостоянство содержания влаги в осадках и их теплоты сгорания, а также возможность смешивания с иными отходами (например, если системы канализации бытовых и промышленных стоков сообщаются между собой), требуют особого учета при погрузочно-разгрузочных работах и предварительной обработке этого вида отходов. При подготовке осадков сточных вод к сжиганию чрезвычайно важна предварительная обработка, особенно обезвоживание и сушка: обезвоживание сокращает объем осадка и увеличивает его теплоту сгорания. Как правило, требуется обезвоживание до содержания твердых веществ в осадках на уровне не менее 35%. В случае если предполагается совместное сжигание с ТКО, может понадобиться дополнительная сушка [30].

Технология сжигания некондиционных газовых и газоконденсатных смесей в факеле открытого типа

Сжигание попутного нефтяного газа в факелах является одним из наиболее простых способов обезвреживания. Высокотемпературное окисление в основном используется для сжигания горючих компонентов некондиционных газовых и газоконденсатных смесей в открытом пламени.

Факельные установки открытого типа для сжигания подробно рассмотрены в разделе 2.9.6 «Факельные установки» информационно-технического справочника по наилучшим доступным технологиям ИТС 29-2017 «Добыча природного газа», утвержденного приказом Росстандарта от 15 декабря 2017 г. № 2844 [31].

2.3.2 Методы пиролиза

Пиролиз — процесс термического разложения отходов, содержащих органические вещества, под действием повышенной температуры без доступа или с минимальным доступом кислорода с выделением восстановленного технического углерода, горючего пиролизного газа (пирогаза), жидких органических продуктов (пиролизная жидкость).

Метод пиролиза отходов предусматривает:

• термодеструкцию подготовленных отходов в реакторе для получения пирогаза, пиролизной жидкости и восстановленного технического углерода;
• конденсацию и сепарацию газовой фракции с получением жидкой фракции и пирогаза;
• очистку пиролизного газа для его дальнейшего использования;
• использование пирогаза в качестве топлива для пиролизной установки на поддержание процесса либо использование в других процессах, например для получения пара, горячей воды или электроэнергии, для производства химической продукции;
• очистку отходящих газов с целью повышения экологических показателей технологического процесса;
• сбор пиролизной жидкости и восстановленного технического углерода.

На рисунке 2.19 показана общая схема пиролиза отходов.

Рисунок 2.19 — Общая схема пиролиза отходов

Наибольшее распространение получил низкотемпературный пиролиз закрытого типа, т.е. процесс термического разложения отходов, твердого и жидкого топлива без доступа окислителя. В результате пиролиза отходов образуются пиролизный газ с высокой теплотой сгорания, жидкие продукты и восстановленного технического углерода. Количественный и качественный состав продуктов пиролиза зависят от состава обрабатываемых отходов и температуры процесса.

Пиролиз делится на три вида в зависимости от температуры:

1. низкотемпературный пиролиз при температуре 450 — 500 °C;

2. среднетемпературный пиролиз при температуре до 800 °C;

3. высокотемпературный пиролиз (900 — 1050 °C).

2.3.2.1 Пиролиз отходов резины, в том числе отработанных шин, покрышек, камер, отходов масел, отходов, загрязненных нефтью или нефтепродуктами, отходов полимерных материалов

Методом пиролиза можно утилизировать отработанные автопокрышки, отходы резинотехнических изделий, отходы полимеров, отработанные масла, нефтешламы, нефтезагрязненные отходы, некоторые полимерные медицинские отходы обеззараженные и другие отходы, характеризующееся высоким содержанием органических веществ.

Подготовка отходов, направляемых на пиролиз, включает:

• сортировку отходов с целью извлечения балластных фракций (стекло, металлы, камни, мелкая фракция) — для отходов, представляющих собой смесь материалов, например, твердые коммунальные отходы;
• сушку отходов в случае их высокой влажности;
• предварительную подготовку (дробление/измельчение) отходов при необходимости.

Процесс пиролиза отходов осуществляется в реакторах, имеющих внешний или внутренний обогрев. В пиролизных реакторах, имеющих исполнение в виде вертикальных реторт, или в барабанных реакторах вращающегося типа применяют внешний тип обогрева.

Способ утилизации отходов по технологии пиролиза заключается в их необратимом химическом изменении под действием повышенной температуры без доступа или с минимальным доступом кислорода с выделением горючего пиролизного газа (пирогаза) и получением пиролизной жидкости и восстановленного технического углерода.

В реакторах пиролизные газы не разбавляются теплоносителями, сохраняя за счет этого высокую характеристику теплоты сгорания. Газ, получаемый в реакторе с внешним типом обогрева, содержит минимум пыли, ибо он не перемешивается с газовым теплоносителем, что является положительным моментом данного оборудования.

В реакторах, имеющих внутренний обогрев (вертикальные шахтного типа, с псевдоожиженным слоем, барабанные вращающегося типа), в качестве теплоносителя применяют газы, но после их нагрева до 600 — 900 °C. Недостатком реакторов, имеющих внутренний обогрев, является повышение запыленности пиролизного газа в связи с применением газообразных теплоносителей. Однако внутренний обогрев конвекцией делает процесс пиролиза интенсивным, позволяет уменьшить габариты реакторов в сравнении с реакторами, имеющими внешний обогрев.

С точки зрения выделения эмиссий процесс пиролиза нельзя сравнивать со сжиганием, поскольку в пиролизном реакторе процесс горения отходов полностью исключен. Количество и номенклатура загрязняющих веществ в отходящих газов, подвергаемых очистке, намного меньше, чем при сжигании отходов.

Основные продукты пиролиза, получаемые из отходов шин, отходов резинотехнических изделий, отходов пластмасс, отработанных масел и других отходов:

1. пиролизная жидкость (легкая и средняя фракции) является универсальным продуктом, который может использоваться в качестве сырья в химических производствах или в качестве котельного и технологического топлива, способного на большинстве соответствующих агрегатов заменить мазут, сырую нефть, дизельное топливо, сжиженный природный газ. При необходимости, может использоваться в качестве судового топлива или быть дополнительно очищено на ректификационной колонне с получением товарной продукции и топлива более высокого качества. Основные сферы применения пиролизной жидкости:

• жидкотопливные котельные всех типов;
• сушильные производства: песок, инертные, вермикулит, другие минералы;
• производства по плавлению меди, алюминия, производства стекла и пр.;
• зерносушилки с жидкотопливным нагревом, элеваторы;
• производство асфальта: нагрев инертных и битума
• производства химической продукции: в качестве сырья.

2. восстановленный технический углерод, образующийся при пиролизе, можно использовать в промышленности, а именно:

• в качестве технического углерода для нужд промышленности резинотехнических изделий;
• в качестве пигмента для производства лакокрасочных материалов и в строительной индустрии;
• как сырье для производства углеродистых сорбентов;
• как основа для производства высококалорийных угольных брикетов.

3. пирогаз, выделяющийся при пиролизе. Часть получаемого пирогаза может использоваться в самой системе на поддержание процесса пиролиза. Остальная часть пирогаза может быть передана потребителю непосредственно в виде газообразного продукта, в том числе в качестве топлива или в качестве сырья для производства химической продукции, или использована для производства пара с последующей его реализацией потребителю.

В случае пиролиза отработанных шин образуется четвертый продукт — металлический корд. В отличие от металлокорда, полученного при утилизации отходов шин механическими способами, металлокорд, полученный при пиролизе отходов шин, не содержит в себе остатки резины и текстильного корда. В связи с этим этот продукт более востребован при производстве сталелитейной продукции.

Как в мировой, так и в отечественной практике наиболее широкое распространение получила технология низкотемпературного пиролиза закрытого типа (см. рисунок 2.20). Большинство установок как импортного, так и отечественного производства имеют комплектацию в соответствии с принципиальной схемой, указанной на рисунке 2.20.

Рисунок 2.20 — Технологическая схема низкотемпературного пиролиза закрытого типа

На рисунке 2.21 представлена технологическая схема пиролиза с использованием колосниковой печи. На рисунке 2.22 - технологии низкотемпературного пиролиза с использованием пара.

Рисунок 2.21 — Технологическая схема пиролиза в колосниковой печи с получением топлива

Технология реализуется в следующей последовательности: разогрев и сепарация шлама, пиролиз шлама, охлаждение и конденсация пиролизного газа, охлаждение твердых продуктов пиролиза, сжигание газа и получение теплоносителя для нагрева реактора, охлаждение и очистка отработанного теплоносителя.

Указанный технологический комплекс может найти широкое применение для утилизации нефтешламов, резинотехнических изделий и т.д.

Рисунок 2.22 — Технологическая схема пиролиза нефтешламов в присутствии пара

Принципиальная схема процесса высокотемпературного пиролиза в практике температурного обезвреживания отходов представлена на рисунке 2.23. В соответствии с ней во вращающейся печи образуются пирогазы. Последние появляются при первичной термической обработке в условиях недостатка кислорода. Это оправдано с точки зрения экономии энергоресурсов, так как получаемый пирогаз имеет значительное количество недоокисленных компонентов, обладающих высокой теплотворной способностью. Причем доокисление пирогаза может проводиться при условии поддержания температуры самовоспламенения и избытка воздуха.

Рисунок 2.23 — Технологическая схема высокотемпературного пиролиза

Технология может быть реализована в мобильном исполнении, что расширяет функциональные возможности ее использования.

Эмиссии в окружающую среду при пиролизе отходов

Эмиссии в окружающую среду при пиролизе зависят от утилизируемых групп отходов и соответственно их состава.

Эмиссии при пиролизе отходов шин, покрышек, камер

Пиролиз отходов шин, покрышек, камер сопровождается выделением в атмосферу оксидов азота (NO, NO2), оксида углерода и сернистых газов с повышенной концентрацией, в случае подготовки отходов путем измельчения отработанных шин сопровождается выбросами загрязняющих веществ (резиновой пыли) в атмосферный воздух от дробилок и/или измельчителей. Уровни выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух показаны в таблице 3.4 раздела 3 настоящего справочника.

Сточные воды в процессе пиролиза отходов шин не образуются.

Пиролиз отходов шин может сопровождаться образованием отходов зачистки (очистки) емкостей и трубопроводов от нефти и нефтепродуктов.

Физическими факторами воздействия может являться шум измельчителей и дробилок при их наличии.

Эмиссии при пиролизе отходов, содержащих нефть или нефтепродукты

Пиролиз отходов, содержащих нефть или нефтепродукты, сопровождается выделением в атмосферу оксидов азота (NO, NO2), оксида углерода, взвешенных веществ. Уровни выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух показаны в таблице 3.4 раздела 3 настоящего справочника.

Сточные воды в процессе пиролиза отходов, содержащих нефть или нефтепродукты, не образуются.

Пиролиз отходов шин может сопровождаться образованием твердых остатков при утилизации нефтесодержащих отходов.

Физическими факторами воздействия может являться шум, вибрация, тепловое воздействие технологического оборудования.

Эмиссии при пиролизе полимерных медицинских отходов

Пиролиз некоторых полимерных медицинских отходов характеризуется выделением в атмосферу оксидов азота (NO, NO2), оксида углерода, диоксида серы, хлористого водорода с повышенной концентрацией. Уровни выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух показаны в таблице 3.4 раздела 3 настоящего справочника.

Сточные воды в процессе пиролиза полимерных медицинских отходов не образуются.

Пиролиз полимерных медицинских отходов может сопровождаться образованием отходов при утилизации отходов методом пиролиза (смолы), отходов мокрой газоочистки при утилизации полимерных, органических, горючих медицинских отходов методом пиролиза, сальниковой набивки асбесто-графитовой промасленной, песком и обтирочным материалом, загрязненными нефтью или нефтепродуктами, шламом очистки емкостей и трубопроводов от нефти и нефтепродуктов.

Физическими факторами воздействия может являться шум, вибрационное воздействие, электромагнитное и ионизирующее излучение.

2.3.2.2 Пиролиз осадков сточных вод

Сущность пиролиза осадков сточных вод заключается в последовательно протекающих процессах сушки и пиролиза осадков сточных вод в разных технологических аппаратах. Сушка осадков сточных вод производится в две стадии. Первая стадия сушки — высокотемпературная (сушильный агент подается с температурой около 500 °C), на которой происходит взаимодействие осадков сточных вод с сушильным агентом при механическом перемешивании и перемещении осадков сточных вод по длине сушильной камеры. Вторая стадия сушки — низкотемпературная (сушильный агент подается с температурой до 70 °C), на которой происходит досушивание осадков сточных вод с влажностью не более 15% для подачи на технологическую стадию пиролиза.

На рисунке 2.24 показана технологическая схема пиролиза осадков сточных вод.

Рисунок 2.24 — Технологическая схема пиролиза осадков сточных вод

Быстрый пиролиз представляет собой процесс термического разложения органических соединений без доступа кислорода при температуре 400 — 500 °C. Основная особенность быстрого пиролиза по сравнению с традиционным, или медленным пиролизом, состоит в очень высокой скорости нагрева частиц сырья.

Процесс абляционного пиролиза заключается в организации в зоне реакции механической активации путем уноса прореагировавшего слоя с частицы осадков сточных вод и обновлении поверхности реакции. Это позволяет существенно повысить скорость тепломассообменных процессов в зоне реакции.

Продуктами быстрого пиролиза являются парогазовая смесь и углистый остаток. Парогазовая смесь используется в качестве топлива в энергетическом модуле для получения тепловой энергии, необходимой для процесса сушки и пиролиза сырья. При недостатке тепловой энергии предусмотрено сжигание природного газа или другого вида топлива.

Углистый остаток, представляет собой биоуголь, выгружается непрерывно в специальные емкости.

Эмиссии при пиролизе осадков сточных вод

Пиролиз осадков сточных вод сопровождается выделением в атмосферу оксидов азота (NO, NO2), оксида углерода, взвешенных веществ, хлористого водорода и фтористого водорода. Уровни выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух показаны в таблице 3.4 раздела 3 настоящего справочника.

Отходы в процессе пиролиза осадков сточных вод не образуются.

2.3.3 Методы газификации

Газификация отходов — процесс термической обработки отходов, содержащих органические вещества, окислителем с расходом ниже стехиометрического, с получением генераторного газа (синтез-газа) и твердого или расплавленного минерального продукта.

На рисунке 2.25 показана общая схема газификации отходов с получением материальной продукции.

Рисунок 2.25 — Общая схема газификации отходов

На первой стадии происходят измельчение и сушка отходов до влажности 25 — 30% для обеспечения равномерной подачи отходов на следующую стадию.

Подготовленные отходы, воздух и водяной пар параллельно подаются в реактор, в котором происходит термическая деструкция отходов при температуре 600 — 1000 °C и атмосферном давлении с получением высококалорийного синтетического газа и зольного остатка.

Полученный синтетический высококалорийный газ подвергается предварительной очистке от зольного остатка в конденсаторах-сепараторах при температуре до 900 °C. Предварительно очищенный газ проходит стадию охлаждения до 40 °C с отводом дистиллята в холодных конденсаторах-сепараторах и тонкой очистки от механических примесей с помощью фильтров.

В результате полученный синтетический газ накапливается для дальнейшего использования.

Схема технологического процесса газификации углеводородсодержащих отходов представлена на рисунке 2.26.

Рисунок 2.26 — Технологическая схема газификации углеводородсодержащих отходов

Углеводородсодержащие отходы подвергают термической обработке в недостатке окислительных компонентов сжигаемой смеси. Синтез-газ очищается от твердых частиц и капель, происходит охлаждение и конденсация. Для удаления капель различной плотности необходимо использовать систему циклонов. После этого смесь подвергают ректификации для выделения органических фракций в температурном диапазоне 180 — 300 °C. Более легкая фракция рециркулируется в реактор в паровой фазе. Кубовая часть ректификационной колонны (блок 16 на рисунке 2.26) подается в реактор (позиция 6 на рисунке 2.26) через верхнюю крышку.

Реактор работает по циклическому принципу, в непрерывном режиме. Синхронизация стадий загрузки отходов и насадка с выгрузкой насадки и золы позволяют увеличить качество продуктов. Контроль и корректировка зоны горения с помощью введения воздуха и пара способствуют оптимизации технологического процесса.

В качестве конечных продуктов образуются: легкие жидкие углеводороды (жидкое топливо — дизельное топливо, бензин), метанол, аммиак (карбамид, сульфат аммония).

Метод газификации по сравнению с методом сжигания имеет следующие преимущества:

• получаемые горючие газы могут использоваться в качестве энергетического и технологического топлива, в отличие от метода сжигания, при котором практически возможно только энергетическое использование теплоты отходов;
• смола, полученная методом газификации, может применяться как жидкое топливо и как химическое сырье;
• уменьшение выбросов золы и сернистых соединений в атмосферу.

Технология газификации твердых и пастообразных органических отходов в фильтруемом плотном слое

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, однако эти разработки не реализованы в промышленности. Пока не внедрен в практику и шахтный пиролиз твердых коммунальных отходов с плазменным нагревом («плазменный пиролиз и остеклование ТКО»).

В России разработан процесс паровоздушной газификации конденсированных топлив и горючих отходов в фильтруемом плотном слое с последующим дожиганием горючих газов, осуществляемый в шахтных и наклонных вращающихся газогенераторах.

На стадии предварительной подготовки, предпочтительно совмещенной с извлечением из отходов вторичных материалов, имеющих товарную ценность, производится измельчение и, при необходимости, сушка отходов до влажности 25 — 30% для обеспечения равномерной подачи отходов на стадию газификации.

Утилизируемые отходы загружаются в реактор сверху через шлюзовую камеру совместно с кусковым огнеупорным материалом — твердым теплоносителем. Снизу в реактор подаются воздух и водяной пар. Отбор генераторного газа происходит в верхней части реактора, а выгрузка зольного остатка в смеси с твердым теплоносителем — в нижней. Продвижение рабочей массы в реакторе происходит под действием собственного веса.

По высоте газогенератора располагается несколько характерных зон.

В самых верхних слоях топливной загрузки температура держится в пределах 100 — 200 °C. Здесь происходит подсушка вновь поступившего топлива, продуваемого генераторным газом. В результате генераторный газ охлаждается и до некоторой степени насыщается водяным паром. При фильтрации газа сквозь слой свежезагруженного топлива происходит нейтрализация кислых газов (хлороводорода, фтороводорода) минеральными компонентами топливной загрузки. Частицы пыли из генераторного газа прилипают к свежезагруженному топливу и кусковому твердому теплоносителю.

Ниже располагается зона, где преобладают процессы пиролиза и возгонки. В бескислородной среде происходит термическое разложение и коксование органической массы. Здесь генераторный газ обогащается летучими продуктами пиролиза.

В средней части реактора при температурах 900 — 1200 °C происходит реакция коксового остатка с кислородом, парами воды и диоксидом углерода с образованием CO и H2. Часть углерода сгорает полностью с образованием диоксида углерода, за счет чего в зоне газификации поддерживается необходимая температура.

В самой нижней части реактора лежит зона окончательного охлаждения твердого остатка до температуры около 100 °C. Зольный остаток выгружают из реактора по мере накопления. Производят фракционирование (рассев) твердого остатка и выделенный твердый теплоноситель повторно используют для загрузки со свежими порциями топлива. Зола не содержит остаточного углерода и может быть направлена для последующей обработки или размещения. Генераторный газ, выводимый из реактора, содержит значительное количество азота (из воздуха, подаваемого для газификации), водяного пара и пиролизных смол (влаги топлива и продуктов пиролиза), поэтому его транспортировка и накопление являются нерациональными, и он сжигается в горелочном устройстве, расположенном в непосредственной близости к реактору-газогенератору, для выработки тепловой энергии, например, в паровом котле. При необходимости тепловая энергия с использованием типовых устройств (турбина, ГПУ), может преобразовываться в электрическую.

На рисунке 2.27 показана схема газификации отходов в смеси с твердым теплоносителем в противоточном реакторе с последующим сжиганием генераторного газа для получения энергии.

Рисунок 2.27 — Схема процесса газификация-сжигания отходов с использованием оборотного твердого теплоносителя

Метод газификации в плотном слое с использованием твердого теплоносителя имеет следующие преимущества:

• КПД газификации достигает 95%;
• сжигание горючего газа в горелочном устройстве обеспечивает смешение горючего газа с воздухом, что предотвращает образование вторичных атмосферных загрязнителей: полиароматических углеводородов и сажи, окиси углерода, окислов азота;
• обеспечивается низкое содержание в дымовых газах пыли, в том числе возгонов тяжелых металлов;
• обеспечиваются низкие концентрации в дымовых газах хлороводорода и фтороводорода;
• отсутствие в дымовых газах полиароматических соединений, соединений хлора и частиц пыли предотвращает образование при охлаждении дымовых газов полихлорированных дибензодиоксинов и дибензофуранов заново из простых химических соединений;
• зольный остаток не содержит остаточного углерода и высоких концентраций полихлорированных дибензодиоксинов и дибензофуранов.

Вышеперечисленные особенности процесса позволяют многократно снизить затраты на газоочистное оборудование для предотвращения выбросов загрязнителей в атмосферу, позволяет предотвратить коррозию энергогенерирующего оборудования и повысить его эффективность, обеспечивают безопасное и незатратное обращение с твердыми остатками (золой).

Реактор-газогенератор может быть выполнен как в виде вертикального шахтного, так и в виде наклоненного под углом близким к 45° вращающегося реактора. В шахтном реакторе утилизируются отходы, имеющие форму крупных кусков или предварительно брикетированные. В наклонном вращающемся реакторе утилизируются отходы, имеющие неоднородную структуру, и поэтому склонные к образованию в слое каналов (прогаров) при фильтрации газа-окислителя. Вращение реактора обеспечивает устранение прогаров при вращении под действием собственного веса топлива и кусков твердого теплоносителя. При этом описанное выше чередование характерных зон в плотном слое топливной загрузки идентично как у шахтного, так и у наклонного реакторов.

В России имеется опыт эксплуатации установки термического разложения пастообразных отходов (закалочных масел).

Процесс газификации в плотном фильтруемом слое пригоден для термической утилизации твердых топлив и горючих отходов, в том числе, дробленых, разнодисперсных, сыпучих, газопроницаемых, пастообразных, высокозольных. При этом, крупногабаритные твердые отходы требуют предварительного измельчения до фракции менее 150 мм в главном измерении. Хороший результат достигается при утилизации разнофракционных отходов типа ТКО. Производительность одной единицы оборудования 20 000 тонн в год вкупе с возможностью его модульного принципа позволяет эффективно применять его для строительства комплексов по утилизации ТКО в большинстве городов Российской Федерации. Дополнительная возможность использования получаемой при этом энергии в коммунальном хозяйстве улучшают экономические показатели проекта и сокращают срок окупаемости вложенных средств.

Следует обратить внимание на то, что отходы, содержащие значительное количество плавящихся при низких температурах минеральных компонентов, трудно утилизировать методом газификации в плотном слое.

Эмиссии при газификации твердых коммунальных отходов в фильтруемом плотном слое

Газификация ТКО в фильтруемом плотном слое характеризуется выделением в атмосферу оксидов азота (NO, NO2), оксида углерода, диоксида серы, углеводородов предельных C12 — C19, взвешенных веществ, хлористого водорода. Уровни выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух показаны в таблице 3.5 раздела 3 настоящего справочника.

Газификация ТКО может сопровождаться образованием золы.

Технология газификации твердых органических отходов в стационарном плотном слое в шахтных реакторах

В основу метода заложен принцип обращенного (сверху вниз) процесса газификации, при котором топливный слой и газы движутся в одном направлении, сверху вниз. В отличие от прямого процесса газификации, где потоки газа и топлива движутся в противоположных направлениях, в обращенном процессе топливо проседает под действием силы тяжести, заполняя пустоты, образующиеся в результате сгорания, в то время как газ проходит через этот движущийся слой сверху вниз. Эта особенность позволяет более эффективно использовать топливную массу за счет использования силы тяжести для перемещения слоя.

Технология газификации в стационарном плотном слое в шахтных реакторах предназначена для утилизации отходов, представленных органическими материалами природного и синтетического происхождения, например:

• отходы бумаги и картона, древесные отходы, включая опилки и стружку, в том числе загрязненные нефтью или нефтепродуктами, масляной пропиткой, антисептическими средствами;
• растительные отходы;
• отходы деревянных шпал;
• твердые коммунальные отходы;
• отходы полимерных материалов и изделий, в том числе загрязненных нефтью или нефтепродуктами;
• текстильные отходы, в том числе загрязненные нефтью или нефтепродуктами;
• отходы резинотехнических изделий, включая отработанные шины, покрышки.

Газификации с применением разработанной технологии подвергаются горючие вещества, содержащие в своем составе углерод, с температурой плавления золы не ниже 1200 °C. При использовании топлив с низкой температурой плавления золы необходимо применять специальные системы шлакозолоудаления. Возможно использовать комбинации топлив в любом соотношении. Процесс термохимической деструкции идет автотермически за счет внутреннего тепла, выделяемого при окислительных реакциях, а процесс образования горючих газов — за счет поглощения тепла при восстановительных реакциях. Подвода тепла извне нет. Коэффициент полезного действия данного процесса составляет 85% и более.

Реактор газа представляет из себя герметичный аппарат, в котором все процессы идут под давлением близким к атмосферному, не превышающем 0,05 кг/см2. Реакционная камера аппарата футерована огнеупорными материалами и теплоизолирована, поэтому процессы идут без теплообмена с окружающей средой (адиабатно). Температура в реакционной зоне достигает 1500 °C при этом температура наружных поверхностей аппарата не превышает 50 °C.

Процессы деструкции происходят при недостатке кислорода в стационарном слое, что позволяет использовать широкий фракционный состав твердых топлив, начиная от частиц с размерами опилок до кусков длиною до 3000 мм и диаметром до 300 мм.

Процесс термодеструкции идет автотермически, за счет внутреннего тепла, выделяемого при окислительных реакциях (C_{m}H_{n} + O_{2} \rightarrow CO_{2} + H_{2}O + Q) , а процесс образования горючих газовых — за счет поглощения тепла при восстановительных реакциях ( C + CO_{2} \rightarrow 2CO - Q , C + H_{2}O \rightarrow CO + H_{2} - Q ). Подвода тепла извне нет.

Схема технологии газификации отходов в стационарном плотном слое в шахтных реакторах приведена на рисунке 2.28.

Рисунок 2.28 — Схема технологии газификации отходов в стационарном плотном слое в шахтных реакторах

Утилизируемые отходы загружаются в шахтный реактор сверху через шлюзовую камеру или через шнековый питатель, в котором происходит их разложение.

Розжиг реактора осуществляется факелом пламени через люк розжига, как печь прямого горения, за счет естественной тяги трубы розжига. Время розжига составляет 15 — 30 мин. После розжига аппарат может непрерывно работать неограниченное время при наличии в нем горючих отходов и подачи воздуха в реакционную зону. При прекращении подачи воздуха разогретый аппарат может находиться до 10 часов в горячем резерве, т.е. при возобновлении подачи воздуха возобновляется процесс генерации газа, не требуя повторного розжига.

Воздух в реактор подается через фурменный пояс (срединная часть шахты реактора).

В районе фурменного пояса располагается зона окисления, где происходит реакция горючих компонентов с кислородом при температурах 1200 — 1500 °C образованием полных окислов CO2 и H2O.

Над зоной окисления располагаются последовательно узкая зона сухой перегонки (пиролиз), узкая зона подсушки и зона запаса отходов, не подвергшихся воздействию. В бескислородной среде происходит термическое разложение органической массы.

Под зоной окисления располагается зона восстановления, где на разогретом углероде, который не прореагировал в зоне окисления с кислородом, идут реакции восстановления окислов в горючие газы CO и H2.

В самой нижней части реактора располагается зона охлаждения твердого зольного остатка и сгенерированного газа до температуры около 600 °C. Инертный зольный остаток IV — V классов опасности выгружают из реактора по мере накопления. Зола может быть направлена для последующей утилизации или безопасного размещения. Генераторный газ, выводимый из реактора, содержит значительное количество азота (из воздуха, подаваемого для газификации). Полученный газ может быть использован в цилиндрах поршневого двигателя электроагрегата (способ 1) (на выпускную систему поршневого двигателя устанавливается серийно выпускаемый катализатор для существенного снижения выбросов CO) или в топочных устройствах (температура газа на выходе из реактора может достигать 600 °C) (способ 2). В случае использования получаемого газа для сжигания в горелке котлоагрегата температура на выходе из реактора может достигать 950 °C.

Технология газификации в стационарном плотном слое в шахтных реакторах имеет следующие преимущества:

• КПД газификации достигает 85% и более;
• возможность использования широкого фракционного состава твердых отходов, начиная от частиц с размерами опилок до кусков длиною до 3000 мм и диаметром до 300 мм;
• технология газификации в стационарном плотном слое адаптирована для выработки электрической энергии — сжигании синтезированного генераторного газа в поршневых двигателях;
• технология газификации в стационарном плотном слое может использоваться для выработки тепловой энергии за счет сжигания полученного газа в горелке котлоагрегата.

Эмиссии при газификации твердых коммунальных отходов в стационарном плотном слое в шахтных реакторах

Газификация ТКО в стационарном плотном слое в шахтных реакторах характеризуется выделением в атмосферу повышенных концентраций оксидов азота (NO, NO2), оксида углерода, диоксида серы, углерода (сажи). Уровни выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух показаны в таблице 3.5 раздела 3 настоящего справочника.

Газификация ТКО может сопровождаться образованием золы IV — V классов опасности.

2.3.4 Методы, основанные на комбинированных методах (пиролиз-сжигание и др.)

Комбинированные методы. Применяемые технологии редко могут быть сведены к одному виду физико-химических превращений. Как правило, имеют место комбинированные процессы, являющиеся сочетанием двух и более типов превращений, один из которых может быть преобладающим.

Как правило, используются комбинированные термические методы деструкции отходов, включающие процессы «пиролиз-сжигание» и «пиролиз-газификация» (см. рисунок 2.29).

Рисунок 2.29 — Общая схема термического комбинированного метода

Внедрение технологических схем и направлений их интеграции предусматривает использование общих узлов (система очистки отходящих газов, снабжение энергоресурсами и т.д.).

Примером реализации комбинированных методов в отечественной практике являются технологические системы, представленные на рисунках 2.30 - 2.32.

На рисунке 2.30 представлена технологическая схема установки сжигания осадков водоочистных сооружений и избыточного активного ила. Процессу термического обезвреживания предшествует обработка на ленточном фильтр-прессе. В блоке 3 проводится пиролиз, в блоке 4 — термодесорбция. Отбивка золы уноса выполняется блоком циклонов. Пирогазы сжигаются в блоке 6 с последующей парогенерацией. Очистка дымовых газов реализуется в рукавных фильтрах с предварительным впрыском активных сорбентов.

Рисунок 2.30 — Технологическая схема комбинации пиролиза, термодесорбции, сжигания

Технология утилизации и обезвреживания нефтяных шламов и осадков очистных сооружений представлена на рисунке 2.31. Сжиганию в кипящем слое предшествует декантация на трехфазной центрифуге и декантере.

Рисунок 2.31 — Технологическая схема комбинации физико-химической обработки отходов и сжигания

Технологический процесс, представленный на рисунке 2.32, может быть использован для многотоннажного обезвреживания различных отходов.

Рисунок 2.32 — Технологическая схема комбинации пиролиза и сжигания

При обосновании системы аналитического контроля по основным стадиям технологических процессов использованы результаты оценки уровней воздействия и потребления в сфере утилизации и обезвреживания отходов термическими способами.

2.3.4.1 Термолизное и термическое обезвреживание отходов с дожиганием дымовых и термолизных газов и очисткой дымовых газов

Термическое обезвреживание опасных отходов предусматривает извлечение и подготовку жидких и пастообразных отходов из накопителя промышленных отходов, термолизное и термическое обезвреживания отходов с дожиганием дымовых и термолизных газов и очисткой дымовых газов.

Технологическая схема установки термолизного и термического обезвреживания отходов с дожиганием дымовых и термолизных газов и очисткой дымовых газов приведена на рисунке 2.33.

1, 20 — насос; 2 — смеситель; 3 — загрузочное устройство; 4 — топочное устройство; 5 — горелочные устройства; 6 — реактор; 7 — узел выгрузки углерод-минерального остатка; 8 — шнековый транспортер; 9 — гидрозатвор; 10 — камера сжигания; 11 — приемная часть; 12 — газораспределительный коллектор; 13 — камера дожигания; 14 — скруббер, 15 — циклон; 16 — рукавный фильтр; 17 — вентилятор; 18 — дымовая труба, 19 — автоматизированная станция

Рисунок 2.33 — Технологическая схема установки термолизного и термического обезвреживания отходов с дожиганием дымовых и термолизных газов и очисткой дымовых газов

Жидкий и/или пастообразный опасный отход насосом подается в лопаточный смеситель, в который одновременно подается расчетное количество песка или зольно-минерального остатка (ЗМО) после камеры сжигания и прокалки твердых продуктов термической деструкции. Данная технологическая операция позволяет подготовить жидкий и/или пастообразный отход для дальнейшей транспортировки его шнековым транспортером, кроме того, добавление песка улучшает теплофизические и механические свойства отхода при его дальнейшем термическом обезвреживании. Подготовленный отход подается в герметичное загрузочное устройство реактора, в котором происходит конвективный нагрев отходов без доступа кислорода, испарение и деструкция органических компонентов отхода при температуре 350 — 500 °C. Нагрев отходов происходит плавно, за счет постепенного перемещения отходов шнеком вдоль камеры реактора.

Реактор, представляет собой горизонтальную герметичную емкость со встроенным двухвальцовым шнековым транспортером. Двухвальцовый шнековый транспортер позволяет перемещать отход внутри реактора равномерно тонким слоем распределяя его по теплопередающей поверхности, перемешивает отход для равномерного распределения подводимого тепла, кроме того, возможность регулирования скорости вращения шнекового транспортера позволяет регулировать производительность реактора. Для разогрева реактор оборудован топочным устройством с горелочными устройствами.

Образующийся в процессе деструкции твердый углерод-минеральный остаток разгружается в золоприемник и затем подается в камеру сжигания.

Камера сжигания представляет собой барабанную вращающуюся топку, оборудованную камерой загрузки и камерой разгрузки. Топка представляет собой металлический цилиндр, футерованный изнутри огнеупорным материалом. Цилиндр расположен наклонно (1 — 30) в сторону камеры выгрузки для обеспечения продвижения отхода внутри топки. Частота вращения барабана 0,5 \div 2,0\text{об}/\text{мин} . Скорость продвижения отходов по барабанам определяется частотой вращения и углом наклона барабана. Для обеспечения безопасной эксплуатации и предотвращения поступления продуктов горения во внешнюю среду, процесс обезвреживания проводят при разрежении 20 — 30 Па. Камера сжигания снабжена горелочными устройствами для поддержания гарантированной температуры внутри топки на уровне 800 — 850 °C.

В результате происходит образование парогазовой смеси, содержащей низкомолекулярные продукты деструкции органических компонентов и пары воды, по газоотводным трубопроводам отбирается из реактора и через гидрозатвор направляется на газораспределительный коллектор камеры дожигания.

Газораспределительный коллектор предназначен для поддержания давления парогазовой смеси при подаче ее непосредственно в пламя горелочного устройства.

Камера сжигания предназначена для сжигания остаточного углерода УМО и прокаливания минерального зольного остатка ЗМО. Сжигание и прокалка происходит при температуре 800 — 850 °C с подачей дополнительного атмосферного воздуха. Прокалка минерального зольного осадка полностью освобождает отход от органических включений.

Прокаленный минеральный зольный осадок, представляет собой обезвоженную и очищенную от органических включений смесь горных пород (песок, глина и пр.) IV — V класса опасности. Минеральный зольный осадок из топки поступает в нижнюю приемную часть камеры дожигания под пламя горелочного устройства и далее шнековым транспортером выгружается из камеры и поступает в закрытый накопительный бункер, и дальше на площадки складирования.

Минеральный зольный осадок может использоваться в технологическом процессе на стадии смешивания отходов в качестве заменителя песка и для рекультивации земель.

Образовавшиеся в камере сжигания дымовые газы поступают в камеру дожигания, где при температуре 1000 — 1100 °C и экспозиции не менее 2 секунд окончательно очищаются от органических включений и продуктов недожога. В камеру дожигания также поступает парогазовая смесь из реактора. После камеры дожигания дымовые газы с температурой 1000 — 1100 °C поступают на узел охлаждение, химической и механической очистки. Узел охлаждения, химической и механической очистки состоит из полусухого скруббера, циклона-пылеуловителя и рукавного фильтра.

Охлаждение дымовых газов до 250 °C происходит за счет теплоты нагрева и испарения воды, подаваемой в скруббер, через механические мелкодисперсные форсунки. Совместно с водой в скруббер подается химический реагент — гидроксид кальция. Раствор химического реагента приготавливается на автоматизированной станции приготовления и подачи химического реагента. Раствор подается насосом. Степень химической очистки полусухого скруббера составляет не менее 0,95 по кислым компонентам дымовых газов, а степень механической очистки от твердых минеральных включений не менее 0,6. Сухой водонерастворимый осадок солей сульфита кальция и минеральный зольный вынос по мере накопления удаляется из нижней части скруббера шнековым транспортером и подается в бункер накопитель. Быстрое охлаждение дымовых газов препятствует образованию вторичных диоксинов и фуранов.

Охлажденные и химические очищенные дымовые газы поступают на воздушный циклон-пылеуловитель, где под действием центробежных сил, возникающих при вращении газового потока внутри корпуса циклона, происходит отделение твердых частиц пыли от газового потока. Частицы пыли отбрасываются к стенкам корпуса и под действием сил тяжести перемещаются вниз к выходному отверстию корпуса и выводятся из циклона в пылеприемник. По мере накопления пыль выгружается из пылеприемника шнековым транспортером и подается в бункер накопитель. Степень очистки циклона-пылеуловителя не менее 0,85.

Для окончательной очистки от частиц пыли, не осевшей в циклоне-пылеуловители, дымовые газы поступают на блочный рукавный фильтр. Степень очистки дымовых газов рукавным фильтром не менее 0,99.

Охлажденные до 200 °C и очищенные дымовые газы выбрасываются в дымовую трубу и далее в атмосферу.

2.3.5 Методы, основанные на применении плазменных источников энергии

В последние годы в зарубежной и отечественной технической литературе появился огромный массив материалов, в большей степени рекламного характера, по использованию плазменных источников энергии (электродуговых генераторов) в установках высокотемпературного обезвреживания различных отходов, содержащих органические вещества (твердых бытовых, промышленных и медицинских).

Следует отметить, что во многих публикациях используется термин «плазменная газификация», хотя рассматривается процесс термического обезвреживания — неполного окисления органических веществ, к которому плазма не имеет непосредственного отношения. Плазма выступает в роли источника энергии, то есть генератора высокотемпературных газов.

Основными вариантами использования плазменных источников энергии в технологиях высокотемпературного обезвреживания твердых бытовых, промышленных и медицинских отходов являются:

• плазмохимическая ликвидация стойких органических загрязнителей непосредственно в плазменной дуге;
• воздействие на слой отходов, содержащих высокотоксичные вещества, ударной плазменной струей;
• термическое обезвреживание в шахтной печи твердых бытовых, промышленных и медицинских отходов в плотном фильтруемом слое с использованием плазменных источников энергии;
• дожигание отходящих из печей газов с помощью плазменных источников энергии;
• технология плазменной газификации отходов в реакторе-газификаторе;
• плазмохимическая деструкция отходов производств, потребления, медицинских и биологических отходов;
• технология плазмотермической деструкции отходов, содержащих полихлорированные бифенилы (ПХБ).

2.3.5.1 Плазмохимическая ликвидация отходов, содержащих стойкие органические загрязнители

Жидкие и диспергированные (пылевидные) твердые отходы, содержащие стойкие органические загрязнители, могут подвергаться обезвреживанию непосредственно в плазменной дуге [4]. При температурах выше 4000 °C за счет энергии электрической дуги в плазмотроне молекулы кислорода и отходов расщепляются на атомы, радикалы, электроны и положительные ионы. При остывании в плазме протекают реакции с образованием простых соединений (CO2, H2O, HCl, HF, P4O10 и др.). Степень разложения полихлорированных дибензодиоксинов и фуранов (ПХДД и ПХДФ), полихлорбифенилов (ПХБ), хлор-, фтор-, сера-, фосфорсодержащих пестицидов достигала 99,9999%. Испытания, включающие деструкцию смесей CCl4 с метилэтилкетоном и водой и деструкцию трансформаторного масла, содержащего 13 — 18% ПХБ и столько же трихлорбензола, показали, что эффективность уничтожения хлорсодержащих компонентов превышала 99,9995% [4].

При обезвреживании хлорсодержащих отходов в результате разрушения химических связей между атомами исходных соединений в плазме образуется большое количество ионов хлора, которые при медленном остывании отходящих газов (отсутствии эффективной их закалки) взаимодействуют с ионами углерода, кислорода и водорода, вновь образуя вторичные супертоксиканты, в том числе ПХДД И ПХДФ.

В России в 2007 году разработан способ утилизации жидких отходов, содержащих ПХБ, заключающийся в их предварительном испарении и подаче непосредственно в струю плазмообразующего газа [32]. Ввод отходов осуществляется совместно с нейтрализующим агентом — негашеной известью, измельченной до крупности менее 74 мкм. Связывание хлора в CaCl2 предотвращает синтез вторичных органических супертоксикантов.

Отечественными специалистами также разработаны технология и реактор для плазменного разложения пестицидов (см. рисунок 2.34). Отличительной особенностью этой технологии является нейтрализация кислотных газов в системе мокрой очистки за ступенью закалки отходящих газов.

Рисунок 2.34 — Технологическая схема установки для плазменного разложения пестицидов [32]

Высокие затраты энергии и сложность аппаратурного оформления реакторов ограничивают возможности широкого применения способа окислительного обезвреживания отходов непосредственно в плазменной струе.

Более перспективным является применение способа с впрыском жидких отходов в плазменную струю для деструкции отходов в восстановительной среде с целью получения ценных товарных продуктов.

В СССР, например, был разработан и доведен до стадии опытно-промышленных испытаний пиролиз жидких хлорорганических отходов в низкотемпературной восстановительной плазме, позволяющий получать ацетилен, этилен, хлористый водород и продукты на их основе [33].

Принципиальная схема плазмохимической установки для деструкции хлорорганических отходов в органические продукты приведена на рисунке 2.35.

1 — источник электропитания; 2 — плазмотрон; 3 — реактор; 4 — закалочное устройство; 5, 9 — теплообменники; 6 — фильтр; 7 — компрессор; 8 — реактор селективной очистки; 10 — реактор синтеза; 11 — колонна разделения. I — плазмообразующий газ; II — отходы; III — закалочный агент; IV — хладагент; V — технический углерод; VI — хлор; VII — органические продукты; VIII — кубовый остаток

Рисунок 2.35 — Принципиальная схема плазмохимической установки деструкции хлорорганических отходов [33]

Технологический процесс состоит из следующих стадий:

• пиролиз отходов;
• очистка газов пиролиза (пирогаза) от технического углерода;
• очистка газов пиролиза от гомологов ацетилена и углеводородов (C₃, C₄);
• синтез хлорорганических продуктов.

Пиролиз отходов осуществляется в плазмоагрегате, состоящем из плазмотрона 2, плазмохимического реактора 3, закалочного устройства 4. Питание плазмотрона осуществляется от системы электропитания 1.

Плазмоагрегат работает следующим образом: плазмообразующий газ нагревается в плазмотроне до среднемассовой температуры 3500 — 5000 К, затем в виде низкотемпературной плазмы поступает в плазмохимический реактор, куда форсунками впрыскиваются хлорорганические отходы. При смешении отходов с плазмой происходит их испарение, пиролиз с получением олефиновых углеводородов, HCl и сажи (технического углерода). Полученный газ подвергают скоростной закалке в закалочном устройстве, а затем охлаждают, очищают от сажи, осуществляют селективную очистку от гомологов ацетилена и углеводородов (C3, C4). Очищенный газ направляют на синтез хлорорганических продуктов.

Производительность установки по отходам — 750 кг/ч, энергозатраты на обезвреживание отходов — не более 2 кВт·ч/кг.

2.3.5.2 Воздействие на слой отходов, содержащих высокотоксичные вещества, ударной плазменной струей

В 1990-х годах в Швейцарии была разработана и внедрена в г. Muttenz установка высокотемпературного обезвреживания отходов, содержащих высокотоксичные вещества, мощностью 1 т/ч (см. рисунок 2.36) [34]. Центральным элементом установки является центрифуга с расположенной в ней плазменной горелкой. Отходы в бочках питателем подаются в медленно вращающуюся водоохлаждаемую центрифугу, где они распределяются на поду печи. Плазменная горелка постоянного тока мощностью 1,2 МВт нагревает материал и разрушает токсичные органические вещества. На поду образуется расплав минеральных компонентов с температурой ~ 1600 °C. Термическая деструкция органических компонентов осуществляется главной плазменной горелкой. Образующиеся газы через пережим, в котором устроена еще одна горячая зона с помощью второй плазменной горелки мощностью 0,3 МВт, поступают в окислительную камеру, в которой они находятся в течение 2 с при 1200 °C.

Рисунок 2.36 — Установка высокотемпературного обезвреживания отходов, содержащих токсичные вещества [34]

Технология и установка плазмохимического обезвреживания ПХБ-содержащих конденсаторов предложены американской фирмой. Плазменно-дуговая центробежная установка разрабатывалась фирмой с 1985 года [35].

ПХБ-содержащие конденсаторы измельчаются в специальном устройстве и шнековым питателем подаются в первичную камеру обезвреживания. В реакционную зону первичной камеры подаются кислород (воздух) и отходы, на которые воздействует поток плазмы из электродугового плазмотрона. При высокой температуре в первичной камере деструкции (температура в реакционной зоне до 1300 °C) происходят деструкция ПХБ (пиролиз и сжигание) и плавление неорганических компонентов отходов. В результате образуются газообразные отходы, направляемые на дальнейшую очистку, и шлак.

При вращении центрифуги происходит равномерный прогрев и перемешивание отходов и шлакового расплава, благодаря чему достигается высокая степень деструкции ПХБ и других токсичных компонентов отходов. Газообразные отходы поступают в камеру дожига. Все газы, выходящие из первичной камеры, должны выдерживаться в этой камере при температуре не ниже 980 °C не менее 2 с при концентрации кислорода не менее 6%.

Специалистами Республики Беларусь разработана, изготовлена и испытана плазменная камерная печь периодического действия мощностью до 50 кВт и производительностью 20 — 30 кг/ч [36]. Печь предназначена для обезвреживания сравнительно небольших объемов медико-биологических отходов. После загрузки отходов в количестве примерно 10 — 15 кг и включения плазмотрона цикл их обезвреживания составляет ~ 10 мин. и зависит от состава отходов. После завершения цикла работы плазмотрон выключается и печь переходит в режим остывания и разгрузки шлака. Суммарное время реализации всех стадий составляет около 30 мин., после чего печь готова к следующей загрузке и включению.

Плазменная установка обезвреживания инфицированных медицинских отходов построена на территории Московской городской инфекционной клинической больницы № 1 [37, 38]. Принципиальная технологическая схема установки приведена на рисунке 2.37.

Рисунок 2.37 — Технологическая схема плазменной установки для обезвреживания медицинских отходов [37]

Основу оборудования составляет двухкамерная кессонная металлургическая печь с ванной расплава шлака и металла и плазмотроном на боковой стенке, обеспечивающим температурный уровень от 2000 °C до 5000 °C. Максимальная проектная пропускная способность по отходам — 60 кг/ч (500 т в год).

По причине ряда технических и экономических факторов указанная установка не была введена в постоянную эксплуатацию.

В целом рассмотренная технология обработки неподвижного слоя токсичных отходов ударной плазменной струей характеризуется низкой эффективностью тепло- и массообмена. Существенное усложнение установки за счет встроенной центрифуги для перемешивания расплава на поду печи кардинально не повышает эколого-технологические параметры процесса.

2.3.5.3 Термическое обезвреживание в шахтной печи твердых бытовых, промышленных и медицинских отходов в плотном фильтруемом слое

Наибольшее распространение в практике пиролиза и газификации твердых бытовых, промышленных и медицинских отходов нашли вертикальные шахтные печи.

Шахтная печь для термического обезвреживания твердых бытовых, промышленных и медико-биологических отходов с агрегатной нагрузкой до 200 кг/ч разработана в Республике Беларусь [39, 40]. В качестве плазменных горелочных устройств применяются электродуговые плазмотроны постоянного и переменного тока.

Шахтный процесс обезвреживания дал возможность реализовать режим противотока при нагревании и термической обработке отходов, охлаждение и фильтрацию отходящих газов непосредственно в самом слое. Для этого в состав шихты добавляли органический фильтрующий материал — мелкие древесные опилки.

На рисунке 2.38 показана плазменная шахтная печь для обезвреживания отходов.

Рисунок 2.38 — Плазменная шахтная печь для обезвреживания отходов [39]

Глубокое регенеративное использование теплоты отходящих газов, присущее описанным выше противоточным шахтным печам пиролиза и газификации органических отходов, обеспечивает минимальные затраты дополнительной энергии на процесс. Однако при использовании противоточных печей (реакторов) проявляются и существенные недостатки. Пиролизные смолопродукты, формирующиеся в значительных количествах в верхней зоне (в зоне относительно низких температур), выносятся из печи восходящим (встречным) газовым потоком, загрязняя собой продуцируемый синтез-газ. Это ведет к необходимости тщательной многоступенчатой очистки синтез-газа, существенно усложняя процесс и увеличивая как стоимость оборудования, так и эксплуатационные расходы.

В прямоточных реакторах с нисходящим потоком продукты пиролиза, сформированные в верхней низкотемпературной зоне печи, проходят через нижнюю высокотемпературную зону реактора, где подвергаются термическому разложению. При этом увеличиваются выход горючего газа и его теплота сгорания и, что самое существенное, отпадает необходимость в очистке синтез-газа от смолопродуктов.

Прямоточный газогенератор, разработанный в России [41]. Реактор-газификатор (см. рисунок 2.39) представляет собой вертикальную шахту, футерованную огнеупорным кирпичом. Отход, загружаемый через верхнюю крышку, полностью заполняет внутренний объем реактора и лежит на колосниковой решетке, расположенной в нижней части шахты.

1 — узел загрузки; 2 — накопительный бункер; 3 — генератор плазмы; 4 — шахта реактора; 5 — отверстия ввода дополнительного дутья; 6 — датчики температуры; 7 — выход продукт-газа; 8 — вращающийся колосник; 9 — водяной затвор

Рисунок 2.39 — Реактор-газификатор [41]

Плазмотрон установлен на одном из боковых фланцев, и поток горячей плазмы распределяется по окружности шахты через ряд боковых, равномерно расположенных отверстий. Полученный в результате синтез-газ отбирается из нижней части реактора.

Проведение процесса газификации при температуре более 1200 °C позволяет избежать появления в синтез-газе жидких фракций (смол). Высокая температура процесса обеспечивает разрушение токсичных органических составляющих отходов и при наличии в отходах хлорсодержащих примесей исключает синтез вторичных супертоксикантов (ПХДД и ПХДФ) [42].

В целом следует заметить, что технология высокотемпературной прямоточной газификации отходов имеет больший потенциал эффективной работы, чем процесс пиролиза, что обусловлено высокой температурой процесса, почти полной конверсией углеродсодержащих веществ в синтетический горючий газ, а также получением безвредного неорганического шлака.

С повышением температуры в реакторе до величин порядка 1100 — 1200 °C за счет использования плазменно-дуговых источников энергии возникла возможность и целесообразность использования в качестве теплоносителя и реагента-окислителя водяного пара.

Помимо существенного повышения теплоты сгорания синтез-газа, а следовательно, общей энергетической эффективности процесса газификации, использование H2O в качестве плазмообразующего газа исключает разбавление целевого продукта инертным (балластным) компонентом — азотом воздуха, не создает вредных примесей оксидов азота, упрощая систему газоочистки и сокращая объемы ее аппаратов.

Эти два фактора повышают энергетическую и экологическую привлекательность высокотемпературной паровой газификации твердых бытовых, промышленных и медицинских отходов.

2.3.5.4 Дожигание отходящих из печей газов с помощью плазменных источников энергии

Практикуется двухступенчатое термическое обезвреживание органических отходов: в первой ступени, реализуемой в виде камерной, барабанной, шахтной печи или реактора псевдоожиженного слоя, осуществляется неполное сжигание, пиролиз или газификация отходов, а во второй ступени проводится дожигание продуктов неполного горения (углерод, H2, CO, CnHm, смолы), поступающих с газообразным потоком из первой ступени [10]. Отдельные разработчики (например, Франция) предлагают использовать в камерах дожигания плазменный источник энергии. Аналогичное решение применил ряд российских фирм и организаций, установив плазмотроны в камере дожигания газов пиролиза, отходящих из шахтной печи [43].

Однако расчетные и экспериментальные исследования показывают, что плазменные генераторы не могут обеспечить эффективное перемешивание относительно большого объема дымовых газов с поддержанием их температуры на уровне ~ 1200 — 1250 °C при времени их пребывания при указанной температуре не менее 2 с.

Опыт свидетельствует, что только применение футерованной цилиндрической камеры дожигания с тангенциальным вводом дополнительного газообразного или жидкого топлива приводит к эффективному турбулентному перемешиванию газообразных продуктов и практически полному окислению остаточных органических соединений отходящих газов.

2.3.5.5 Технология плазменной газификации отходов в реакторе-газификаторе

Технология плазменной газификации для обезвреживания различных отходов при его минимальной подготовке уникальна. Установка плазменной газификации работает при температуре, превышающей 5500 °C, гарантируя практически полное преобразование отходов в синтетический газ. Неорганические вещества выводятся у основания газификатора в виде сплава металлов и инертного шлака типа базальта, который охлаждается и превращается в неопасный невыщелачиваемый продукт.

Совокупная энергия, полученная из отходов, обезвреженных газификатором, составляет примерно 80%. Вторичный энергетический ресурс представляет собой чистый, высококалорийный синтетический газ, который можно использовать для генерации энергии, получения жидкого топлива или иной химической продукции. Для поддержания процесса газификации, на питание плазменных факелов, расход энергии составляет только 2 — 5%.

Каждый реактор оснащен шестью плазматронами мощностью от 300 до 800 кВт каждый. В нормальных условиях плазматроны работают при 600 кВт.

Технологическая схема плазменной газификации приведена на рисунке 2.40.

Рисунок 2.40 — Технологическая схема плазменной газификации

Процесс превращения органических компонентов смеси опасных отходов в синтез-газ и превращения неорганических компонентов в расплавленный шлак осуществляется в двух стандартных реакторах-газификаторах. В процессе поглощаются кислород и водяной пар. Высокая температура способствует значительному ускорению различных химических реакций газификации и позволяет сплавить неорганические компоненты отходов.

Для более полной газификации материалов реакторы продуваются потоком воздуха с 95-процентным содержанием кислорода. Система снабжения кислородом представляет собой сжижающую установку разделения воздуха, которая работает по принципу охлаждения воздуха под давлением до сжижения с последующим отделением газообразного азота в ректификационной колонне.

Синтез-газ из реактора-газификатора направляется в скруббер Вентури, а затем в колонну с распылительным орошением для охлаждения, очистки от пыли, хлороводорода и прочих нежелательных примесей.

2.3.5.6 Плазмохимическая деструкция отходов производств, потребления, медицинских и биологических отходов

Технология плазмохимической деструкции низкотемпературной неравновесной плазмой атмосферного давления, создаваемой с помощью стримерных коронных электрических импульсных разрядов, предназначена для обезвреживания отходов производств, потребления, медицинских и биологических отходов.

Технологическая схема плазмохимической деструкции низкотемпературной неравновесной плазмой и общий вид установки, реализующей данную технологию, приведены на рисунках 2.41 - 2.42.

Рисунок 2.41 — Технологическая схема плазмохимической деструкции низкотемпературной неравновесной плазмой

Экспликация оборудования

Рисунок 2.42 — Общий вид установки, реализующей технологию плазмохимической деструкции низкотемпературной неравновесной плазмой

В отношении поступивших медицинских отходов, отходы загружаются в приемный бункер с крышкой и системой обеззараживания (озонирования). Крышка приемного бункера защищает от внешнего воздействия окружающей среды и препятствует попаданию воздуха внутрь бункера. Система обеззараживания представляет собой совокупность трубопроводов, расположенных по периметру бункера, которые подключены к озонатору. После заполнения приемного бункера крышки закрываются и выполняется обеззараживание медицинских отходов. Обеззараживание происходит каждый час по графику.

В случае поступления отходов, за исключением медицинских отходов, их обеззараживание не проводится.

Отходы при помощи устройства пресс-подачи проходя через узел формирования «пыжа» из отходов прессуются и поступают в продуктопровод отходов, после чего попадают в реактор деструкции отходов. Для приема и хранения жидких отходов используется приемный бункер с тремя мешалками (рисунок 2.43). Из бункера жидкие отходы подаются насосом в камеру деструкции через патрубки, установленные по углам. В реакторе деструкции, происходит процесс обезвреживания отходов методом плазмохимической деструкции.

Рисунок 2.43 — Система хранения и подачи жидких отходов

Электростатический фрикционный генератор формирует высоковольтные импульсы, подаваемые на электрод реактора, в результате чего вокруг электрода формируются стримеры, которые начинают размножаться и распространяться по объему реактора, постепенно заполняя весь объем реактора, образуя импульсный стримерный коронный разряд. Электроны стримеров импульсного стримерного коронного разряда воздействуют на воду, содержащуюся в поступивших отходах, вызывая образование свободных радикалов при разрушении молекулы воды:

H_{2}O \rightarrow OH \cdot + H \cdot .

Кроме того, в камере реактора под воздействием импульсного стримерного коронного разряда образуются и другие активные вещества O3, O_{2}(a^{1}\Delta) , H2O2, OH, O(3p), NO, HNO2 и HNO3. Коронный разряд является также источником ультрафиолетового (УФ) излучения. Указанные активные вещества и УФ излучение оказывают разрушающее воздействие на любые органические и неорганические вещества, содержащиеся в обрабатываемых отходах, приводя к их полной деструкции с образованием безвредных газообразных продуктов реакции — паров воды, азота, кислорода и углекислого газа. Неорганические составляющие отходов разрушаются образующимися кислотами. Образующиеся в процессе деструкции газы и аэрозоли, отводятся через газоходы и устройство доокисления остаточных газов (камера вентканала) в аппарат газоочистки. Далее через газоход с помощью вентиляторов удаляются в атмосферу через трубы выброса остаточных газов.

Функционирование установки обеспечивается наличием систем автоматического контроля и управления стадиями технологического процесса обезвреживания отходов. Аналоговая система контроля параметров установки (температура, разрежение, частота вращения турбоблоков и оператора, угол открытия\закрытия заслонки и т.д.) фиксируется на пультах управления установкой, а также выводится на монитор оператора. В случае выхода параметров установки за рабочий диапазон система оповещает оператора. Параметры работы установки непрерывно фиксируются с различных датчиков (температура в камере деструкции, температура на выходе из источников, разрежение вентиляторов, температура в турбоблоке и т.д.) и вносятся в базу данных.

Регулировка параметров установки (температура в камере деструкции) может осуществляться путем:

• увеличения/уменьшения скорости теплоносителя в контуре охлаждения камеры деструкции и турбоблоков;
• увеличения/уменьшения угла открытия заслонки;
• частота вращения вентиляторов;
• скорость подачи отходов в установку;
• частота вращения турбоблоков.

В критической ситуации реакция внутри установки может быть прекращена путем полного отключения турбоблоков.

Эмиссии при плазмохимической деструкции отходов производств, потребления, медицинских и биологических отходов

Плазмохимическая деструкция отходов производств, потребления, медицинских и биологических отходов сопровождается выделением в атмосферный воздух оксидов азота (NO, NO2), оксида углерода, диоксида серы, предельных углеводородов C12 — C19, хлористого водорода. Уровни выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух показаны в таблице 3.7 раздела 3 настоящего справочника.

Сточные воды при плазмохимической деструкции отходов производств, потребления, медицинских и биологических отходов не образуются.

Плазмохимическая деструкция отходов производств, потребления, медицинских и биологических отходов сопровождается образованием осадка мокрой очистки выбросов при низкотемпературной плазмохимической деструкции смеси отходов, состоящих преимущественно из органических веществ, включая вещества биологического происхождения, содержащего в основном конденсированные негалогенированные углеводороды.

2.3.5.7 Технология плазмотермической деструкции отходов, содержащих полихлорированные бифенилы (ПХБ)

Обезвреживание хлорорганических отходов (отходы масел, содержащих полихлорированные дифенилы и терфенилы) происходит в плазмотермическом реакторе особой конструкции. Технология позволяет обеспечить необходимые условия для полной деструкции хлорорганических отходов: эффективный турбулентный режим, нахождение веществ в зоне реакции 2 — 3 секунды, температуру процесса 1800 — 2000 °C.

В отдельной зоне реактора — камере дожигания — достигается полное окисление органических и неорганических примесей. Из реактора продукты плазмотермической деструкции поступают на многоступенчатую очистку, которая включает в себя следующие этапы:

• быстрое охлаждение дымовых газов подачей наружного воздуха для предотвращения повторного синтеза ПХДД;
• очистку дымовых газов от мелкодисперсных взвешенных твердых частиц в циклоне;
• окончательную очистку в скруббере, через который циркулирует щелочной раствор.

Очищенные дымовые газы направляются в дымовую трубу и далее поступают на выброс в атмосферу.

Технология позволяет безопасно для окружающей среды осуществить полную термическую деструкцию отходов, содержащих полихлорированные бифенилы.

Эмиссии при плазмотермической деструкции отходов, содержащих полихлорированные бифенилы

Плазмотермическая деструкция отходов, содержащих полихлорированные бифенилы, сопровождается выделением в атмосферный воздух оксидов азота (NO, NO2), оксида углерода, диоксида серы, бенз(a)пирена, хлористого водорода, диоксинов. Уровни выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух показаны в таблице 3.7 раздела 3 настоящего справочника.

Сточные воды при плазмотермической деструкции отходов, содержащих полихлорированные бифенилы, не образуются.

Плазмотермическая деструкция отходов, содержащих полихлорированные бифенилы, сопровождается образованием отходов солей от газоочистки IV класса опасности.

2.3.6 Методы утилизации отходов с применением катализатора

Основным и принципиальным отличием каталитических процессов от чисто термических является протекание процессов при более низких температурах и давлениях и более высокие скорости их протекания. Это, в свою очередь, приводит к сокращению образования газовых продуктов реакции, а также непредельных и ароматических соединений. Удается сохранить больше водорода в связанном состоянии, что значительно упрощает работу с получаемыми продуктами при использовании их в качестве сырья для нефтехимических процессов. Благодаря своему групповому и фракционному составу, продукты утилизации полимеров являются ценным сырьем для производства, в том числе, этилена и, как следствие, полиэтилена, что позволяет из пластиковых отходов получать первичный пластик и замкнуть жизненный цикл полимеров.

2.3.6.1 Метод каталитического крекинга отходов полимерных материалов класса полиолефинов

Каталитический крекинг представляет собой процесс термодеструкции (расщепление) органических веществ в присутствии катализатора, направленный на получение органических веществ меньшей молекулярной массы.

Каталитический крекинг может проходить как в жидкой, так и в паровой фазе, при этом может использоваться гомогенный или гетерогенный катализ. Основным препятствием на пути промышленного использования методов каталитического крекинга при утилизации отходов полимеров являлась необходимость первичного ожижения отходов для работы с жидкой фазой. На сегодняшний день разработана целая группа методов ожижения отходов с высоким содержанием полимерной составляющей.

Примером такого процесса является технология низкотемпературного катализа вторичных полимеров с получением жидких углеводородных продуктов. Данная технология основана на многостадийном процессе каталитического крекинга отходов полиолефинов (полиэтилен, полипропилен и т.п.).

На рисунке 2.44 показана схема каталитического крекинга отходов полиолефинов (в смеси) с получением материальной продукции.

Рисунок 2.44 — Схема каталитического крекинга отходов полиолефинов в смеси

На первой стадии происходит подготовка отходов, которые подвергаются измельчению, очистке от металлических включений, отжиму и сушке для удаления влаги.

Подготовленные отходы подаются в реактор-смеситель, в котором отходы расплавляются в горячей смеси тяжелых фракций углеводородов и расплава полимеров. Расплав через систему специальных фильтров поступает в реактор-испаритель, в котором циркулирует через печь огненного нагрева. К циркулирующему расплаву добавляется гомогенный катализатор.

Полученная в результате каталитического крекинга смесь углеводородов подвергается вторичным каталитическим процессам на стационарных гетерогенных катализаторах. Основными процессами, реализуемыми на стационарных катализаторах, являются изомеризация и дополнительный крекинг. При необходимости на этой фазе возможна организация других нефтехимических процессов, проходящих на стационарных катализаторах или сорбентах.

Полученная смесь подвергается охлаждению и отделению газовой фазы. Газообразные продукты передаются на станцию компримирования газа, подвергаются сжижению и дополнительной очистке. Полученные газы (10 — 13% от массы подготовленного сырья) в полном объеме используются для нужд технологии, сжигание неконденсируемой части газа и сжиженного газа организуется раздельно, что позволяет оптимизировать процессы горения и максимально приблизиться к стандартным условиям сжигания природного газа.

Эмиссии при каталитическом крекинге отходов полимерных материалов класса полиолефинов

Каталитический крекинг отходов полимерных материалов класса полиолефинов сопровождается выделением в атмосферу оксидов азота (NO, NO2), оксида углерода, хлористым водородом, этановой кислотой и т.п. Уровни выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух показаны в таблице 3.6 раздела 3 настоящего справочника.

Каталитический крекинг отходов полимерных материалов класса полиолефинов может сопровождаться образованием отходов фильтрации расплава полимеров из реактора смесителя, кубового остатка из реактора испарителя выделяемого центрифугой.

Физическими факторами воздействия может являться шум.

2.3.6.2 Метод низкотемпературного каталитического пиролиза отходов полимерных материалов класса полиолефинов

Метод низкотемпературного каталитического пиролиза предназначен для утилизации отходов полиолефинов с массовой долей полиэтилена и полипропилена более 90% на сухую массу, не более 10% полистирола, образующихся после утраты товарами и (или) упаковкой полностью или частично своих потребительских свойств (изделия пластмассовые упаковочные из полиэтилена высокой плотности, изделия пластмассовые упаковочные из полиэтилена низкой плотности, изделия пластмассовые упаковочные из полипропилена). К отходам полиолефинов также относят отходы, полученные в результате обработки товаров и (или) упаковки, полностью или частично утратившей свои потребительские свойства.

В результате низкотемпературного каталитического пиролиза полиолефинов получается товарная продукция в виде легкой и средней жидких фракций, которая может быть использована в качестве сырья для получения полиэтилена и полипропилена, производства компонентов моторных топлив, судовых топлив.

Технологическая схема процесса низкотемпературного каталитического пиролиза может быть реализована в двух вариантах (вариант А и Б), отличающих аппаратурным оформлением узла ввода отходов в реактор, реакторного блока и секции фракционирования полученных продуктов. Процесс происходит при температурах в интервале 400 — 500 °C. В результате низкотемпературного каталитического пиролиза полиолефинов происходит распад цепочек полимерных углеводородов с образованием жидких и газообразных продуктов. Температура в реакторе поддерживается за счет горелок, работающих на углеводородном газе, выделяемом в процессе низкотемпературного каталитического пиролиза, либо при помощи циркуляции нагретого расплава соли в отдельной печи в комбинации с электрическим обогревом.

Секция подготовки отходов является общей для вариантов А и Б и включает процессы предварительной раскиповки, предварительного шредирования, узел мойки, узел оптической сортировки, узел измельчения и удаления влаги.

Технологическая схема варианта А: Подготовленные промытые и измельченные пластиковые отходы смешивают с катализатором и нагревают, затем в расплавленном состоянии подают последовательно в три реактора (A, B, C), где отходы подвергаются каталитическому разложению. Нагрев реакторов осуществляется расплавом солей, нагреваемых в отдельной печи за счет сжигания образующихся в процессе отходящих газов и электричеством.

Газопродуктовая смесь из реакторов проходит через шевронную перегородку и подается в секцию каталитического реактора для улучшения свойств и увеличения выхода целевых продуктов.

Образующийся в процессе низкотемпературного каталитического пиролиза шлам охлаждается и периодически выгружается из реактора третьей ступени в виде кокса на утилизацию.

Высокотемпературная газопродуктовая смесь после секции каталитического реактора поступает в ректификационную колонну на фракционирование и сепарирование с получением товарных продуктов — легкой и средней фракции. Легкая фракция конденсируется и направляется на орошение колонны, избыток выводится в качестве товарной продукции. Средняя фракция охлаждается и используется в качестве циркуляционного орошения, избыток выводится в качестве товарного продукта. Кубовый остаток направляется на смешение с поступающими отходами в секцию расплава отходов. Неконденсируемый газ сжимается и используется как топливо.

Технологическая схема варианта Б: Подготовленные промытые и измельченные пластиковые отходы подаются в секцию экструзии для расплавления и смешивания с реагентом/катализатором для связывания хлорсодержащих соединений/увеличения выхода целевых продуктов.

Расплавленные отходы подаются в реактор ротационного типа, опционально применяется реактор, оборудованный шнеком. Нагрев реактора осуществляется за счет горячих дымовых газов, образующихся в результате сжигания образующихся в процессе отходящих газов на основной горелке.

Газопродуктовая смесь из реакторного блока проходит через опциональную секцию каталитической/адсорбционной очистки для улучшения свойств и увеличения выхода целевых продуктов.

Высокотемпературная газопродуктовая смесь после секции каталитического реактора поступает на секцию сепарации и конденсации, состоящую из последовательно расположенных сепараторов для разделения продуктов с выделением тяжелой фракции и ее возвратом в реактор ротационного типа совместно с поступающими отходами, легкой и средней фракциями, которые охлаждаются и выводятся из установки в качестве готовых продуктов, а также выделения газов, содержащихся в продуктах, с использованием их в качестве топливного газа.

Образующийся в процессе низкотемпературного каталитического пиролиза шлам охлаждается и периодически выгружается из реакторного блока в виде кокса.

Эмиссии при низкотемпературном каталитическом пиролизе отходов полимерных материалов класса полиолефинов

В результате низкотемпературного каталитического пиролиза выделяются продукты сжигания топлива. Сведения о загрязняющих веществах при низкотемпературном каталитическом пиролизе отходов полимерных материалов класса полиолефинов с получением жидких продуктов не представлены.

Низкотемпературный каталитический пиролиз отходов полимерных материалов класса полиолефинов с получением жидких продуктов может сопровождаться образованием отработанного катализатора и отхода кокса.

2.4 Методы очистки дымовых газов

В процессе полной деструкции отходов основными компонентами дымовых газов являются водяные пары, азот, диоксид углерода и кислород. В зависимости от состава отходов, подлежащих деструкции, эксплуатационного режима и системы очистки дымовых газов производятся выбросы кислых газов (окислов серы, окислов азота, хлористого водорода), твердых частиц (включая связанные в частицах металлы), широкого спектра летучих органических соединений, а также летучих металлов (таких как ртуть). Также доказано, что сжигание твердых коммунальных отходов и опасных отходов приводит к непреднамеренному образованию и выбросу стойких органических загрязнителей (ПХДД/ПХДФ, ПХБ, ГХБ), потенциально могут иметь место выбросы полибромированных дибензодиоксинов (ПБДД) и полибромированных дибензофуранов (ПБДФ).

Устройства очистки дымовых газов являются обязательной составляющей технологий утилизации и обезвреживания отходов термическими способами. Системы очистки дымовых газов предназначены для снижения потенциальной опасности выбросов и улавливания максимального количества вредных веществ, образующихся в результате процессов термодеструкции отходов. В этих целях системы газоочистки соединяются с вытяжными системами печей и реакторов, предназначенных для термической деструкции органических отходов. Различают сухие, полусухие и мокрые системы очистки дымовых газов. Следует учитывать, что мокрые системы очистки дымовых газов могут работать с образованием сточных вод.

Для снижения выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух применяется многоступенчатая очистка. Рассмотрим пример трехступенчатой очистки. Нейтрализация кислых компонентов дымовых газов осуществляется на первой ступени очистки, в абсорбере, с помощью извести. Глубокая очистка от летучей золы и сорбция тяжелых металлов и диоксинов происходит на второй ступени — в рукавном фильтре — через слой извести и активированного угля на фильтровальной ткани. Третья ступень очистки дымовых газов направлена на восстановление содержащихся в дымовых газах оксидов азота до молекулярного азота с использованием аммиачной воды.

Ниже приводится краткое описание основных технологических подходов к очистке дымовых газов.

1 Зола-унос содержит преимущественно летучие тяжелые металлы, а также значительное количество органических соединений, в том числе диоксины/фураны. Для улавливания зол в основном применяются тканевые или электрические фильтры. В таблице 2.1 приведен обзор принципиальных характеристик обеих технологий улавливания золы-уноса.

Таблица 2.1

Характеристики различных систем фильтрации дымовых газов

2 Кислые газы HCl, SO2, HF можно удалять из дымовых газов сухим, квазисухим и мокрым способами. К наиболее широко распространенным системам мокрого и квазисухого удаления относятся:

• трехступенчатые скрубберы (мокрое удаление HCl раствором извести);
• трехступенчатые скрубберы с выпариванием воды с помощью распылительной сушилки в горячем дымовом газе (мокрое);
• центробежно-барботажные аппараты;
• распылительные адсорберы (квазисухое поглощение).

Преимуществами использования центробежно-барботажных аппаратов являются очистка высокотемпературных газов до 1600 °C, отсутствие брызгоуноса.

Также могут применяться и сухие системы очистки дымовых газов. Особенность этих систем заключается в распылении известкового молока на основе жженой извести или гидроокиси кальция в потоке дымовых газов. Предварительно дымовой газ пропускается через систему охлаждения. Загрязненное известковое молоко улавливается тканевыми фильтрами. Сухая очистка дымовых газов позволяет существенно снизить концентрацию вредных веществ в очищенном газе. Недостатком описанных технологий является образование опасных отходов. С другой стороны, они требуют меньшего объема инвестиций.

3 Для очистки дымовых газов от золы и оксидов серы может применяться кольцевой эмульгатор.

Запыленные дымовые газы через тангенциальный вход поступают в нижнюю часть корпуса и через завихритель входят в закрученном виде в среднюю часть эмульгатора. По трубе на конус завихрителя подается орошающая вода, образуя вращающийся слой газожидкостной эмульсии, через которую фильтруются очищаемые газы. Пульпа с уловленной золой сливается в канал гидрозолоудаления.

Дымовые газы после промывки в эмульсионном слое проходят через второй завихритель (раскручиватель), который усиливает вращательное движение. Капли пульпы, возникающие на верхней границе эмульсионного слоя, под действием центробежных сил сепарируются на стенку корпуса. Очищенные от пыли и капель газы удаляются через выходной газоход.

Очищенные в пенном слое газы имеют низкую температуру и высокую относительную влажность, поэтому для исключения образования конденсата в газовом тракте после газоочистителя и предотвращения сернокислотной коррозии металлических поверхностей в газоход после кольцевого эмульгатора смесителем подается горячий воздух, который повышает температуру очищенных газов.

Подача в орошающую воду щелочных добавок позволяет в одном аппарате осуществлять глубокую очистку дымовых газов не только от золы, но и на 96 — 99% от оксидов серы.

4 Оксиды азота. Если образование оксидов азота не может быть предотвращено путем выбора соответствующей технологии сжигания, то можно использовать два способа их удаления из дымовых газов:

• некаталитический способ СНКВ (Selective Non Catalytic Reduction);
• каталитический способ СКВ (Selective Catalytic Reduction).

Некаталитический способ (СНКВ) позволяет восстановить до 60 — 80% NOx путем впрыскивания через форсунки в горячие дымовые газы (при 950 °C) азотных соединений (в основном мочевины или аммиака) [21, 27].

При обработке каталитическим способом (СКВ) оксиды азота разлагаются на катализаторе под воздействием раствора аммиака с образованием газообразного азота и водяного пара. Каталитическое разложение оксидов азота происходит при температурах от 170 °C до 380 °C. Степень разложения составляет свыше 90%. При использовании технологий СНКВ и СКВ не образуется никаких отходов [21, 27].

Катализируемые реакции СКВ представлены ниже:

4NO + 4NH_{3} + O_{2} \rightarrow 4N_{2} + 6H_{2}O .

NO + NO_{2} + 2NH_{3} \rightarrow 2N_{2} + 3H_{2}O .

2NO_{2} + 4NH_{3} + O_{2} \rightarrow 3N_{2} + 6H_{2}O .

6NO_{2} + 8NH_{3} \rightarrow 7N_{2} + 12H_{2}O .

В таблице 2.2 приведены основные характеристики обоих способов.

Таблица 2.2

Характеристики процессов удаления окислов азота [21, 27]

5 Тяжелые металлы и диоксины. Проходящие через скруббер диоксины, фураны и тяжелые металлы могут быть удалены из дымовых газов с помощью активированного угля (кокса) или смеси из активированного кокса и гидроокиси кальция. Наиболее надежным процессом считается адсорбция в газовом потоке (добавление активированного кокса и извести и их смешение с дымовыми газами). Адсорбция со стационарным катализатором применяется реже ввиду относительной сложности технологии и связанных с ней более высоких затрат.

Активированный уголь (кокс) связывает тяжелые металлы (особенно Hg и Cd), а также диоксины и фураны. Помимо этого, он в незначительной мере насыщается серой и хлором. Как правило, дымовые газы возвращаются в топочное пространство до полного отделения ртути и кадмия. В настоящее время тяжелые металлы, диоксины и фураны улавливаются с помощью угольно-известковой смеси прямо при сжигании отходов.

Современные установки, а также модернизированные установки, снабжены различным оборудованием для очистки образующихся выбросов. Среди основных используемых методов можно выделить следующие:

• тканевые фильтры (для удаления выбросов твердых частиц);
• электрофильтры (для удаления выбросов твердых частиц);
• мокрые газоочистители (для удаления кислых газов);
• полусухие газоочистители/система распылительного абсорбера (для удаления кислых газов);
• системы ввода сухих веществ (для удаления кислых газов);
• метод адсорбции с применением активированного угля/активированного бурого кокса (для удаления ПХДД/Ф и ртутных загрязнений).

2.5 Обращение с отходами очистки газообразных продуктов сгорания

Отделение стадии улавливания пыли от других стадий очистки дымовых газов.

Удаление пыли перед стадиями газоочистки (стадии удаления кислых газов и диоксинов), при использовании электрофильтров, циклонов или рукавных фильтров, без добавки реагентов позволяет рассмотреть возможность последующей утилизации и обезвреживания удаленной пыли.

Отделенная зола может быть возвращена на стадию сжигания для дальнейшей деструкции любых ПХДД/ПХДФ, что может привести к снижению общего выхода диоксинов с установки.

Предварительное обеспыливание может повысить надежность полусухой очистки дымовых газов и других систем газоочистки. Снижается унос твердых частиц в последующие стадии газоочистки (в особенности системы мокрой газоочистки), что может улучшить их функционирование и снизить затраты на этих стадиях.

Обезвреживание отходов очистки дымовых газов

Цементирование отходов очистки дымовых газов представляет собой процесс смешивания с минеральными или гидравлическими вяжущими (например цемент, летучая зола угля и т.д.), реагентами для регулирования свойств материала (для снижения выщелачиваемости свинца используются реагенты на основе оксида кремния, а для снижения выщелачиваемости других металлов — реагенты на основе сульфидов) и достаточным количеством воды для обеспечения того, чтобы произошли реакции гидратации для связывания цемента.

Обычно остатки должны реагировать с водой и цементом с образованием гидроксидов металлов или карбонатов, которые хуже растворимы, чем соединения исходных металлов в матрице остатка.

Отвердевшие продукты размещаются на полигоне. Выщелачивание тяжелых металлов из продуктов в краткосрочной перспективе относительно низкое; однако высокий уровень pH системы на цементной основе может привести к значительному выщелачиванию амфотерных металлов (свинец и цинк).

Остекловывание и плавление остатков приводят к мобилизации летучих элементов, таких как ртуть, свинец и цинк, в течение процесса утилизации и обезвреживания отходов; это используется в сочетании с другими параметрами для производства материала с низким содержанием тяжелых металлов.

Известны некоторые способы, используемые для нагрева остатков: системы электроплавки, системы, отапливаемые горелками, и плавка с дутьем. Они отличаются по способу передачи энергии, окислительному либо восстановительному состоянию в течение работы и по количеству образующихся газообразных продуктов сгорания. Для этого используются металлургические печи.

Способы, используемые для остекловывания и плавления остатков, похожи во многих отношениях. Основное различие главным образом состоит в процессе охлаждения, а также в использовании специальных добавок.

Экстрагирование кислотой. Летучая зола очищается кислыми стоками с первой (кислотной) стадии мокрого скруббера. Затем очищенные остатки промываются и обычно смешиваются со шлаком перед размещением на полигоне.

В процессе удаляется значительная часть общего количества тяжелых металлов из остатков (Cd >= 85%; Zn >= 85%; Pb, Cu >= 33%; Hg >= 95%). Выщелачиваемость остатка снижается в 100 — 1000 раз.

Обработка отходов очистки дымовых газов, появляющихся в процессе очистки сухим бикарбонатом натрия, для использования в производстве кальцинированной соды. Отходы от очистки дымовых газов, появляющиеся в процессе очистки сухим бикарбонатом натрия, накапливаются в бункере до обезвреживания. Затем остатки растворяют при регулировании pH и при добавке реагентов. Образующаяся суспензия проходит через фильтр-пресс, в котором отделяются нерастворимые вещества: гидроксиды тяжелых металлов, активированный уголь и летучая зола. Таким образом, получается неочищенный рассол и отфильтрованный остаток.

Неочищенный рассол затем проходит через песочный фильтр и поступает в колонку с активированным углем, который абсорбирует органические соединения, которые могут находиться в рассоле. Следовые количества тяжелых металлов удаляются в двух колонках с ионообменными смолами, для того чтобы достичь класса качества природного рассола, который можно использовать в промышленном производстве кальцинированной соды.

Остаток фильтрования, который является единственным остающимся отходом, размещается на полигоне. Общее количество составляет не более 2 — 4 кг на тонну сжигаемых ТКО.

Очищенный рассол и остаток фильтрования являются единственными конечными продуктами. Промывная вода, реагенты ионообменных смол и т.д. полностью подвергаются промежуточной очистке и повторному использованию.

Обработка остатков от очистки дымовых газов, появляющихся в процессе очистки сухим бикарбонатом натрия, с использованием гидравлических вяжущих. Остатки от очистки дымовых газов, появляющихся в процессе очистки сухим бикарбонатом натрия, накапливаются в бункере до обезвреживания. Затем остатки смешиваются с гидравлическим вяжущим, а потом вводятся в водный раствор с некоторыми реагентами. Образующаяся при этом суспензия проходит через фильтр-пресс, где происходит отделение нерастворимых веществ (содержащих, в частности, большинство тяжелых металлов). Получающимися продуктами являются рассол и остаток от фильтрования.

Рассол затем подвергается очистке таким образом, чтобы его можно было повторно использовать при производстве кальцинированной соды.

Остаток от фильтрования, содержащий гидравлические вяжущие, отверждается в инертный материал для размещения на полигоне.

2.6 Обращение с твердыми продуктами, образующимися в результате сжигания отходов

В результате процессов сжигания могут образовываться твердые отходы. Такие твердые отходы обычно называются «зола» или «шлак». Отходы от сжигания бывают двух типов: один называют «нелетучий остаток», обычно извлекаемый на поду камеры сжигания, другой, называемый «летучая зола», состоит из мелкодисперсных фракций и уносится с дымовыми газами. Этот последний тип обычно извлекается с помощью оборудования для очистки дымовых газов.

Обращение со шлаками и зольными остатками, образующимися в результате сжигания. Шлаки от сжигания и отходы от очистки дымовых газов являются одним из основных потоков отходов, обрабатываемых с помощью процессов стабилизации и отверждения либо в установке для сжигания (например, в некоторых инсинераторах). Другими методами являются очистка и рециклинг некоторых компонентов (например, солей). Применяется также и метод обезвреживания золы от сжигания путем плавления золы в плазме при очень высоких температурах, чтобы стекловать структуру.

Технические решения по утилизации, обезвреживанию и размещению твердых остатков от сжигания отходов обычно определяются на основе следующих параметров:

• содержания органических соединений в остатках;
• содержания тяжелых металлов в остатках;
• выщелачиваемости металлов, солей и тяжелых металлов в остатках;
• физической пригодности (например, размера и прочности частиц в остатках).

Существуют различные методы изменения свойств шлака.

Улучшение качества шлака может быть достигнуто с помощью оптимизации параметров сжигания, для того чтобы произошло полное сжигание связанного углерода.

Повышение температуры сгорания вместе с температурой слоя топлива вызывает рост образования CaO в шлаке. Это вызывает рост значения pH шлака. Значение pH свежего шлака часто превышает 12.

Этот рост pH также может привести к росту растворимости амфотерных металлов, таких как свинец и цинк, которые находятся в высоком количестве в шлаке. Величина pH шлака может снизиться после стадии сжигания с помощью вызревания.

Раздельный сбор шлака и отходов очистки дымовых газов. Смешение шлаков с отходами очистки дымовых газов приводит к загрязнению шлака. Вследствие более высокого содержания металлов, выщелачиваемости металлов и содержания органического вещества в остатках системы газоочистки снижается качество шлака. Это ограничивает варианты для последующего его использования.

Разделение шлака и остатков системы газоочистки состоит в раздельном сборе, хранении и транспортировании обоих потоков остатков. Это связано, например, со специально выделенными бункерами для хранения и контейнерами, а также специальными способами обращения с мелкими фракциями и пыльными остатками системы газоочистки.

Отделение остатков системы газоочистки от шлака создает возможность его дальнейшего использования (например, с помощью сухой обработки или промывки водорастворимых солей, тяжелых металлов в экстракторе золы), например, для производства заменителей песка и гравия. Такое производство должно осуществляться на основании технической документации, получившей положительное заключение государственной экологической экспертизы на новые технику, технологию и/или новые вещества.

Сепарация металлов из шлака. Сепарация черных металлов осуществляется с использованием магнита. Шлак выгружается на движущийся транспортер или вибрационный конвейер, и все магнитные частицы притягиваются подвешенным магнитом. Такая сепарация черных металлов может быть выполнена на необработанном шлаке после того, как он покинул экстрактор золы. Для эффективной сепарации черных металлов требуется многостадийная обработка с промежуточной стадией дробления и просеивания.

Сепарация цветных металлов осуществляется с использованием сепаратора вихревых токов. Быстро вращающаяся катушка индуктивности наводит магнитное поле в частицах цветных металлов, что выталкивает их из потока. Способ является эффективным для частиц с размером от 4 до 30 мм и требует хорошего распределения материала на движущемся транспортере. Сепарация осуществляется после отделения черных металлов, дробления и просеивания.

Грохочение и дробление шлака. Различные операции по механической обработке шлака предназначены для подготовки материалов для дорожного строительства и земляных работ, которые обладают удовлетворительными геотехническими характеристиками. Некоторые операции могут проводиться в течение процесса подготовки:

• гранулометрическая сепарация с помощью грохочения;
• уменьшение размеров с помощью дробления крупных фракций или иных способов разрушения;
• сортировка в воздушном потоке для удаления легких несгоревших фракций.

В линии обработки может быть установлена дробилка для разбивания больших кусков (обычно на выходе из первого грохота). Часть установок оснащена дробилками, в некоторых используется специальное оборудование (механическая лопата, погрузчик, камнедробилка и т.д.) для дробления блоков.

Разбивание больших кусков имеет несколько преимуществ: уменьшается количество крупного надситочного продукта; повышается геотехническое качество.

Отделение легких несгоревших фракций или отделение в воздушном потоке обеспечивается с помощью продувки или аспирации.

Обработка шлака с использованием вызревания. После сепарации металлов шлак можно хранить на открытом воздухе или в специализированном крытом здании в течение нескольких недель. Хранение обычно осуществляется в отвалах на бетонном полу. Дренаж и сточная вода собираются для очистки. Отвалы могут быть увлажнены при необходимости с использованием спринклерного оросителя или рукавной системы, для того чтобы предотвратить образование пыли и выбросов и создания благоприятных условий для выщелачивания солей и карбонизации, если шлак недостаточно влажный.

На практике обычно устанавливается период старения от 6 до 20 нед. (или он предписывается) для обработки шлака перед использованием в качестве строительного материала или в некоторых случаях перед размещением на полигоне.

Выщелачивание можно классифицировать следующим образом:

• снижение pH вследствие потребления CO2 из воздуха или биологической активности;
• создание бескислородных, восстановительных условий вследствие биоразложения остаточного органического вещества;
• местные восстановительные условия вследствие выделения водорода;
• гидратирование и другие изменения в минеральных фазах, вызывающие сцепление частиц.

Этот способ можно применять ко всем новым и существующим установкам, на которых образуется шлак.

Обработка шлака с использованием систем сухой очистки. Установки для сухого обогащения шлака сочетают способы сепарации черных металлов, уменьшения размеров и грохочения, сепарации цветных металлов и старения обработанного шлака.

Обработка шлака с использованием систем мокрой очистки. Использование систем мокрой очистки для обработки шлака позволяет получать шлак с минимальной выщелачиваемостью металлов и анионов (например солей). Шлак после сжигания обрабатывается для уменьшения размеров, грохочения, промывки и сепарации металлов.

Основной особенностью этой обработки является мокрое разделение фракции 0 — 2 мм. Так как большая часть выщелачиваемых компонентов и органических соединений остается в мелкой фракции, это приводит к снижению выщелачиваемости остающейся фракции продукта (> 2 мм).

Обработка шлака с помощью термических систем в диапазоне от 1100 °C до 2000 °C или более высоких температур (для плазменных систем).

Плазменные системы используются для остекловывания и плавления различных потоков неорганических отходов, включая шлак и летучую золу (температуры, используемые для остекловывания с помощью плазменной дуги, обычно находятся в диапазоне от 1400 °C до 1500 °C).

Плазменные печи работают с удельной мощностью от 0,25 до 0,5 МВт/м2 и имеют производительность плавления 300 кг/ч/м2. Зона влияния процесса обычно небольшая.

Результатами этого способа являются снижение объема (на 33 — 50%), очень низкий уровень выщелачивания и чрезвычайно стабильный остаток, который можно легко утилизировать как наполнитель.

Необходимость очистки отходящих газов с установки плавления золы определяет возможность интеграции настоящей установки с технологическим комплексом утилизации и обезвреживания отходов термическими способами в части общих очистных сооружений.

2.7 Очистка сточных вод и их повторное использование

Использование технической воды для обеспечения реализации технологий утилизации и обезвреживания отходов термическими способами требуется для: работы газоочистки от кислых газов (использование мокрых скрубберов, скрубберов Вентури); удовлетворения требований пожарной безопасности при предотвращении возгорания отходов (обеспечение подвода воды к блоку загрузки сырья); теплообменных процессов (где используемая вода применяется в качестве холодного теплоносителя) и парогенерации (в основном для процессов пиролиза и газификации).

После применения соответствующих технологических блоков качество вод будет отличаться от исходных. Несмотря на то, что, как правило, вода используется в соответствующих блоках циклически, периодически требуется ее очистка.

Контроль сточных вод для производственного процесса состоит из фиксирования pH и концентрации механических примесей — для принятия решений в части возможности повторного и (или) дальнейшего их использования с дозированием химических реагентов.

Наиболее актуальным этот вопрос считается для очистки сточных вод, образующихся при обработке газообразных продуктов горения. В таких сточных водах могут содержаться тяжелые металлы, соли реакции нейтрализации, непрореагировавшие кислые и щелочные вещества, механические примеси и высокотоксичные соединения диоксиновой группы.

Состав загрязнителей отработанного абсорбционного раствора определяет перспективность использования мембранных технологий или технологий на основе обратного осмоса или термического выпаривания. Использование мембранных технологий, обратного осмоса и выпаривания, несмотря на высокую стоимость процессов, эффективно для очистки вод от растворенных солей, которые образуются в отработанном абсорбционном растворе после поглощения кислых газов.

Также нашло применение использование фильтров. Однако использование последних актуально при отсутствии блока пылеосаждения на этапе газоочистки. Это ведет к осаждению механических примесей в мокром скруббере и требует их концентрирования в виде шлама для предотвращения вторичного загрязнения газов, особенно при наличии тяжелых металлов.

Сжигание такого шлама (загрузка фильтра и собственно выделенных компонентов) является источником формирования рисковых зон, так как тяжелые металлы, ПХДД/ПХДФ снова будут переходить в среды повышенной миграционной активности.

Для получения информации об использовании технических решений для очистки сточных вод, образующихся в блоках газоочистки, следует пользоваться справочником НДТ «Очистка сточных вод при производстве продукции (товаров), выполнении работ и оказании услуг на крупных предприятиях».

Раздел 3 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссий в окружающую среду

3.1 Уровни воздействия и потребления в сфере утилизации и обезвреживания отходов термическими способами

Согласно Федеральному закону от 10.01.2002 № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» (далее — Закон 7-ФЗ) [44], охрана окружающей среды представляет собой деятельность органов государственной власти Российской Федерации, органов государственной власти субъектов Российской Федерации, органов местного самоуправления, общественных и иных некоммерческих объединений, юридических и физических лиц, направленную на сохранение и восстановление природной среды, рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов, предотвращение негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду и ликвидацию ее последствий.

В целях сохранения благоприятной окружающей среды и обеспечение экологической безопасности государственного регулирования хозяйственной и (или) иной деятельности для предотвращения и (или) снижения ее негативного воздействия на окружающую среду Законом 7-ФЗ [44] осуществляется нормирование в области окружающей среды, которое включает установление нормативов качества окружающей среды и допустимого воздействия на нее при осуществлении хозяйственной и (или) иной деятельности. При установлении нормативов качества окружающей среды учитываются природные особенности территорий и акваторий, назначение природных объектов и природно-антропогенных объектов, особо охраняемых территорий, в том числе особо охраняемых природных территорий, а также природных ландшафтов, имеющих особое природоохранное значение.

Нормативы допустимого воздействия на окружающую среду устанавливаются для юридических лиц и индивидуальных предпринимателей, эксплуатирующих объекты I — III категорий, в целях предотвращения негативного воздействия на окружающую среду хозяйственной и иной деятельности. К нормативам допустимого воздействия на окружающую среду относятся:

• нормативы допустимых выбросов, нормативы допустимых сбросов;
• технологические нормативы;
• технические нормативы;
• нормативы образования отходов и лимиты на их размещение;
• нормативы допустимых физических воздействий (уровни воздействия тепла, шума, вибрации и ионизирующего излучения, напряженности электромагнитных полей и иных физических воздействий);
• нормативы допустимого изъятия компонентов природной среды;
• нормативы допустимой антропогенной нагрузки на окружающую среду.

Технологические нормативы — это нормативы выбросов, сбросов загрязняющих веществ, нормативы допустимых физических воздействий, которые устанавливаются с применением технологических показателей, не превышающих технологических показателей наилучших доступных технологий, комплексным экологическим разрешением, выдаваемым в соответствии со статьей 31.1 Закона 7-ФЗ [44].

Технологические показатели представляют собой показатели концентрации загрязняющих веществ, объема и (или) массы выбросов, сбросов загрязняющих веществ, образования отходов производства и потребления, потребления воды и использования энергетических ресурсов в расчете на единицу времени или единицу производимой продукции (товара), выполняемой работы, оказываемой услуги.

Технологические показатели наилучших доступных технологий устанавливаются нормативными документами в области охраны окружающей среды.

Пороговые значения выбросов загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу при сжигании отходов в странах Европейского союза (аналоги технологических показателей наилучших доступных технологий), установлены Директивой [20]. Пороговые значения выбросов в воздух исчисляются при температуре 273,15 К, давлении 101,3 kPa после корректировок содержания водяного пара в отработанных газах. Они стандартизированы при содержании кислорода, равном 11%, за исключением случаев сжигания отработанного минерального масла, а также в случаях, предусмотренных пунктом 2.7 части 6 Приложения VI Директивы [20].

Среднесуточные пороговые значения выбросов установлены для следующих загрязняющих веществ (мг/н.м3) (таблица 3.1) [20].

Таблица 3.1

Среднесуточные пороговые значения выбросов загрязняющих веществ [20]

Средние пороговые значения выбросов (мг/н.м3) установлены для следующих тяжелых металлов, где минимальный период отбора равен 30 минутам, а максимальный — 8 часам. Указанные средние значения также распространяются на газообразные и парообразные формы выбросов соответствующих тяжелых металлов и их соединений [20].

Средние пороговые значения выбросов для диоксинов и фуранов установлены на уровне 0,1 нг/н.м3, где минимальный период отбора равен 6 часам, а максимальный — 8 часам. Пороговые значения выбросов установлены для моноксида углерода (CO) в отработанных газах (мг/н.м3) [20]:

а) 50 как среднесуточное значение;

б) 100 как среднее получасовое значение;

в) 150 как среднее 10-минутное значение.

В Справочнике ЕС по наилучшим доступным технологиям Best Available Techniques (BAT) Reference Document for Waste Incineration, 2019 [45] показана возможность достижения следующих технологических показателей при применении наилучших доступных технологий (мг/н.м3):

Директивой [20] рекомендуется следующая периодичность контроля маркерных веществ в выбросах в атмосферный воздух при утилизации и обезвреживании отходов термическими способами:

• отбор и анализ всех загрязняющих веществ, в том числе диоксинов и фуранов, а также гарантии качества автоматических систем измерения и контрольные измерения для проверки таких систем, должны проводиться в соответствии с требованиями законодательства о единстве измерений;
• автоматические системы измерения контролируются путем проведения параллельных контрольных измерений по крайней мере один раз в год. На уровне ежедневного порогового значения выбросов значения 95-процентного доверительного интервала для результата, измеренного без контрольной проверки, не должны превышать следующие пороговые значения выбросов в процентах:

Директивой [20] рекомендуется проводить измерения загрязняющих воздух веществ со следующей периодичностью:

• непрерывные измерения следующих веществ: NOx, если установлены пороговые значения выбросов, CO, общее содержание пыли, TOC (углеводороды предельные C12 — C19), HCl, HF, SO2;
• по крайней мере два раза в год — измерения тяжелых металлов, а также диоксинов и фуранов, при этом в течение первых 12 месяцев функционирования необходимо проводить по крайней мере одно измерение каждые три месяца;
• непрерывные измерения HF могут не проводиться при наличии этапов обработки HCl, что гарантирует соблюдение порогового значения выбросов для HCl;
• допускается проведение измерений тяжелых металлов один раз в каждые два года; измерения диоксинов и фуранов раз в год — измерения проводить в следующих случаях:

а) выбросы, образующиеся вследствие сжигания отходов, ниже 50% порогового значения выбросов;

б) отходы, подлежащие сжиганию, состоят только из отсортированных горючих фракций неопасных отходов, не пригодных для утилизации и обезвреживания (кроме термических методов) и имеющих определенные характеристики, которые подтверждаются контролем их качества;

в) оператор может доказать, основываясь на информации о качестве отходов и результатах мониторинга выбросов, что выбросы при всех обстоятельствах значительно ниже пороговых значений выбросов для тяжелых металлов, а также для диоксинов и фуранов.

В Российской Федерации требования к контролю эмиссий регламентированы Законом 7-ФЗ [44] и соответствующими подзаконными актами. В частности утверждены виды технических устройств, оборудования или их совокупности (установок) на объектах I категории, стационарные источники выбросов загрязняющих веществ, сбросов загрязняющих веществ, которые подлежат оснащению автоматическими средствами измерения и учета показателей выбросов загрязняющих веществ и (или) сбросов загрязняющих веществ, а также техническими средствами фиксации и передачи информации о показателях выбросов загрязняющих веществ и (или) сбросов загрязняющих веществ в государственный реестр объектов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду.

Применительно к технологии сжигания отходов к видам таких установок относятся:

• установки по сжиганию отходов I, II и III классов опасности, а также пестицидов и агрохимикатов, пришедших в негодность и (или) запрещенных к употреблению, с проектной мощностью 200 кг в час и более;
• установки по сжиганию отходов IV и V классов опасности с проектной мощностью 3 тонны в час и более;
• установки по сжиганию биологических и медицинских отходов с проектной мощностью 10 тонн в сутки и более.

При этом системами автоматического контроля обеспечиваются стационарные источники выбросов при соблюдении следующих условий:

а) выбросы от стационарного источника образуются при эксплуатации технических устройств;

б) в выбросах от стационарного источника присутствует одно из следующих загрязняющих веществ, массовый выброс которых превышает значения:

1. взвешенные вещества — 3 кг/час;

2. серы диоксид — 30 кг/час;

3. оксиды азота (сумма азота оксида и азота диоксида) — 30 кг/час;

4. углерода оксид как показатель полноты сгорания топлива — 5 кг/час;

5. углерода оксид во всех остальных случаях — 100 кг/час;

6. фтористый водород — 0,3 кг/час;

7. хлористый водород — 1,5 кг/час;

8. сероводород — 0,3 кг/час;

9. аммиак — 1,5 кг/час.

Указанные выше требования распространяются на разработку программы производственного экологического контроля в рамках подготовки заявки на комплексное экологическое разрешение. Текущие уровни эмиссии, приведенные далее, определены в иных условиях.

Сведения о текущих эмиссиях на предприятиях, эксплуатирующих установки по термической утилизации и обезвреживанию отходов, представлены по результатам проведенного анкетирования. В таблице 3.2 представлены сводные данные, характеризующие технологии утилизации и обезвреживания термическими способами, реализованными в Российской Федерации, по которым была представлена информация.

Таблица 3.2

Сводные данные о технологиях утилизации и обезвреживания отходов, информация по которым была представлена в рамках анкетирования

На основании информации, полученной от предприятий, осуществляющих утилизацию и обезвреживание отходов термическими способами, в анкетах и прилагающейся к ним технической документации определены текущие уровни выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух для сжигания, пиролиза и газификации и других термических методов утилизации и обезвреживания отходов (см. таблицы 3.3 - 3.7).

Контролируемые вещества соответствуют Перечню загрязняющих веществ, в отношении которых применяются меры государственного регулирования в области охраны окружающей среды, утвержденному Распоряжением Правительства Российской Федерации [46] в соответствии со статьей 4.1 закона 7-ФЗ [44].

Таблица 3.3

Текущие уровни выбросов в атмосферный воздух от сжигания отходов

Значения уровней выбросов от сжигания находятся в широком диапазоне концентраций, при этом отсутствует информация, каким условиям потока соответствуют эти концентрации. Предположительно, по ряду установок концентрации даны не в выбросах, а в приземном слое атмосферы.

Таблица 3.4

Текущие уровни выбросов в атмосферный воздух при пиролизе отходов

Таблица 3.5

Текущие уровни выбросов в атмосферный воздух при газификации отходов в сверхадиабатическом режиме

Таблица 3.6

Текущие уровни выбросов в атмосферный воздух при каталитическом крекинге органических отходов

Таблица 3.7

Текущие уровни выбросов в атмосферный воздух при реализации методов, основанных на применении плазменных источников энергии отходов

3.2 Мероприятия по снижению воздействия технологий на окружающую среду

Технологические процессы утилизации и обезвреживания отходов определяются свойствами отходов, поступающих на установку.

Для организации технологического процесса можно выделить следующие группы отходов:

• содержащие стойкие органические загрязнители (СОЗ);
• твердые и пастообразные нефтесодержащие отходы (НСО);
• жидкие НСО;
• отходы с преимущественным содержанием веществ растительного происхождения;
• отходы, представляющие собой изделия из полимеров, резины;
• отходы, представляющие собой смесь разнородных веществ и предметов, в том числе твердые коммунальные отходы.

Экологическая эффективность процессов утилизации и обезвреживания отходов будет определяться их качеством и подготовкой перед загрузкой в печь, параметрами технологического режима, используемыми методами очистки выбросов и сбросов загрязняющих веществ.

Основные мероприятия по охране атмосферного воздуха направлены на обеспечение соблюдения нормативов качества воздуха рабочей зоны и сокращение вредных выбросов в атмосферу до нормативного уровня от всех источников загрязнения на всех стадиях работ.

В целях минимизации негативного воздействия на воздушную среду могут быть использованы следующие технические и организационные решения, главными из которых являются:

• извлечение из отходов опасных компонентов;
• использование многостадийной термической деструкции отходов;
• оснащение оборудования газоочистным оборудованием;
• регулировка топливной аппаратуры оборудования для снижения расхода топлива;
• при неблагоприятных метеорологических условиях рекомендуется проведение работ с возможным минимальным использованием технических средств на технологической площадке.

Виды и концентрация загрязняющих веществ зависят от состава отходов и от типа топлива, используемого для их термического обезвреживания или утилизации.

Предотвращение воздействия на водные объекты может быть обеспечено за счет следующих факторов:

• селективный сбор и подача на соответствующие технологические линии отходов в специализированных контейнерах и емкостях;
• химические и другие вредные вещества, жидкие и твердые отходы должны собираться, храниться до обезвреживания в специально отведенных местах и емкостях, исключающих их попадание в поверхностно-ливневые стоки;
• временное складирование поступающих для обезвреживания отходов в закрытых контейнерах на бетонированной площадке под навесом с обордюровкой или в помещении непосредственно перед установками термического обезвреживания в объеме суточного потребления;
• организация сбора отходов производства (не обезвреживаемых на основной производственной площадке) в контейнеры, размещаемые на обвалованных участках с гидроизоляцией с последующим удалением;
• расходные баки дизельного топлива и приемных емкостей жидких нефтесодержащих отходов следует выполнять с двойными стенками, между которыми залита контрольная жидкость (тосол) с целью исключения проливов нефтепродуктов в помещениях и т.д.

Исключение загрязнения поверхностных и подземных вод может быть обеспечено следующими мероприятиями:

• доставка отходов в водонепроницаемой упаковке;
• проведение всех работ по приему отходов на специально оборудованных территориях (закрытых помещениях, территориях с гидроизоляционным покрытием, асфальтированной или бетонированной площадках с разуклонкой или обордюровкой);
• мойка машин и механизмов в специально оборудованных местах;
• обустройство мест стоянки техники, исключающее загрязнение подземных и поверхностных вод;
• применение для гидроизоляции материалов, не оказывающих отрицательного влияния на окружающую среду.

Величина воздействия на геологическую среду в значительной мере зависит от соблюдения регламентированной технологии. В дополнение к ранее перечисленным мероприятиям в целях охраны геологической среды и почвы могут выполняться следующие основные действия:

• реализация требований в части снятия и хранения плодородного слоя;
• размещение оборудования на подготовленных территориях (с твердым покрытием);
• обязательное соблюдение границ территории, отведенной во временное и постоянное пользование в периоды строительства, эксплуатации и ликвидации производства по утилизации или обезвреживанию отходов термическими способами; соблюдение требований технического обслуживания.

Минимизация физического воздействия может быть достигнуто путем исключения источников электромагнитного воздействия и ионизирующих излучений на объекте.

К мероприятиям по охране от физических факторов можно отнести:

• использование сертифицированного оборудования и техники, удовлетворяющих установленным нормативным требованиям;
• расположение оборудования в закрытых помещениях и на специальных фундаментах;
• ограничение скорости движения автомобильного транспорта по территории производственного объекта (не более 10 км/ч).

Определяющим фактором физического воздействия является шумовое воздействие.

Основными источниками акустического воздействия (внешнего шума) технологического оборудования комплекса термического обезвреживания отходов являются дымосос и дымовая труба. Для сокращения уровней шумового воздействия на прилегающие территории в трубопровод между дымососом и дымовой трубой могут быть установлены глушители шума.

С целью исключения воздействия на объекты растительного и животного мира размещение технологических блоков целесообразно осуществлять на участках, которые являются составной частью освоенных промышленных зон вне ареалов обитания каких-либо видов животных и произрастания растительности.

Могут быть использованы следующие меры по смягчению вредных воздействий на объекты растительности:

• контроль работ по расчистке растительного покрова с целью соблюдения границ согласованных участков земельного отвода;
• проведение работ по восстановлению растительного покрова, предупреждению эрозионных процессов с опорой на видовой состав растительности данной местности;
• принятие мер к сохранению природных ландшафтов.

Охрана объектов животного мира может быть обеспечена путем:

• запрета на ведение строительных работ в период массового размножения и миграций наземных позвоночных;
• запрещения использования строительной техники с неисправными системами охлаждения, питания или смазки;
• запрета на установление сплошных, не имеющих специальных проходов заграждений и сооружений на путях массовой миграции животных;
• хранения топлива (нефтепродуктов) в герметичных емкостях.

Могут быть использованы другие мероприятия по снижению воздействия технологий на окружающую среду, которые показали свою эффективность.

Раздел 4 Определение наилучших доступных технологий

4.1 Общая методология определения технологии утилизации и обезвреживания отходов термическими способами в качестве НДТ

В Российской Федерации критерии определения технологии в качестве НДТ установлены статьей 28.1 Закона 7-ФЗ [44]. Согласно указанной статье, применение наилучших доступных технологий направлено на комплексное предотвращение и (или) минимизацию негативного воздействия на окружающую среду. Сочетанием критериев достижения целей охраны окружающей среды для определения НДТ являются:

• наименьший уровень негативного воздействия на окружающую среду в расчете на единицу времени или объем производимой продукции (товара), выполняемой работы, оказываемой услуги либо другие предусмотренные международными договорами Российской Федерации показатели (критерий 1);
• экономическая эффективность ее внедрения и эксплуатации (критерий 2);
• применение ресурсо- и энергосберегающих методов (критерий 3);
• период ее внедрения (критерий 4);
• промышленное внедрение этой технологии на двух и более объектах, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду (критерий 5).

Постановлением Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. № 1458 [47] утверждены Правила определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям (далее — Правила). Указанные Правила устанавливают порядок определения технологии в качестве НДТ, в том числе определения технологических процессов, оборудования, технических способов, методов для конкретной области применения.

Приказом Минпромторга России от 23.08.2019 г. № 3134 [48] утверждены Методические рекомендации по определению технологии в качестве наилучшей доступной технологии, которые могут быть использованы технической рабочей группой при формировании проектов перечней НДТ для конкретного справочника (далее — Рекомендации).

Отдельные методические аспекты определения наилучших доступных технологий содержатся в ряде других документов [49 - 56], в которых отмечено, что при определении технологии в качестве НДТ целесообразно учитывать: соответствие ее новейшим разработкам в данной сфере применения; экономическую и практическую приемлемость технологии для объекта хозяйственной деятельности; оправданность применения технологии с точки зрения минимизации техногенного воздействия на окружающую среду.

В общем случае при отнесении технологии утилизации и обезвреживания отходов термическими способами к НДТ соблюдается следующая последовательность действий:

а) выделение технологий, включающих методы и способы, направленные на снижение эмиссий в окружающую среду и ресурсосбережение (с учетом маркерных загрязняющих веществ, отходов утилизации и (или) обезвреживания, выбросов, сбросов и иных видов негативного воздействия, а также потребляемых ресурсов и материалов);

б) для выделенных технологий проводится оценка воздействия на различные компоненты окружающей среды и уровней потребления различных ресурсов и материалов;

в) оценка, при наличии необходимой информации, затрат на внедрение технологий и содержание оборудования, возможные льготы и преимущества после внедрения технологий, период внедрения;

г) по результатам оценки из выделенных технологий утилизации и обезвреживания отходов термическими способами выбираются методы, способы:

1. обеспечивающие предотвращение или снижение воздействия на различные компоненты окружающей среды (для выбросов — по каждому из основных загрязняющих веществ, для вторичных отходов от утилизации и (или) обезвреживания — по каждому из основных видов отходов, определенных ранее) или потребления ресурсов;

2. внедрение которых не приведет к существенному увеличению объемов выбросов других загрязняющих веществ, сбросов загрязненных сточных вод, образования отходов утилизации и (или) обезвреживания, потребления ресурсов, иных видов негативного воздействия на окружающую среду и увеличению риска для здоровья населения выше приемлемого или допустимого уровня;

3. внедрение которых не приведет к чрезмерным материально-финансовым затратам (с учетом возможных льгот и преимуществ при внедрении);

4. имеющие приемлемые сроки внедрения;

д) установление технологий, имеющих положительное заключение государственной экологической экспертизы на проекты технической документации на новые технику, технологию, использование которых может оказать воздействие на окружающую среду.

4.2 Методы, позволяющие пошагово рассмотреть несколько технологий и выбрать наилучшую доступную технологию

На практике, согласно Рекомендациям [48], оценка технологий на их соответствие установленным нормативными правовыми актами критериям определения в качестве НДТ осуществляется в следующей очередности, включающей три последовательных шага. Заключительным (четвертым) шагом является принятие членами ТРГ решения об отнесении технологии в НДТ, которое осуществляется в соответствии с установленным Рекомендациями [48] порядке (таблица 4.1).

Таблица 4.1

Очередность рассмотрения критериев, учитываемых при отнесении технологии утилизации и обезвреживания отходов термическими способами к НДТ

При выборе наилучших доступных технологий для утилизации отходов термическими методами с получением материальной продукции следует учитывать следующие критерии:

• наличие подготовки отходов к термодеструкции;
• соответствие получаемой продукции, в том числе вторичного сырья, требованиям потребителей (стандартизация продукции);
• удельное количество (выход) производимой материальной продукции от количества поступивших отходов, который определяется как соотношение массы полученной продукции в результате термической утилизации отходов к массе отходов, поступивших на утилизацию;
• перечень, количество, класс опасности вторичных отходов и способы их удаления (предпочтительна их утилизация), при этом остатки от термической деструкции не должны быть более опасными, чем отходы, которые поступают на термическую деструкцию;
• уровень энергоэффективности и ресурсосбережения (например наличие блока утилизации энергии, выделяемой при термодеструкции отходов).

При выборе наилучших доступных технологий для утилизации отходов термическими методами с получением тепловой и/или электрической энергии следует учитывать следующие критерии:

• наличие подготовки отходов к термодеструкции; для твердых коммунальных отходов — их обработка перед термодеструкцией со степенью извлечения вторичных материальных ресурсов не менее 15% масс, степенью извлечения отсева с преимущественным содержанием органических веществ для последующего компостирования не менее 25% масс;
• энергетическая эффективность при использовании твердых коммунальных отходов для комбинированного производства тепловой и электрической энергии (когенерация) должна составлять не менее 0,65, для конденсационного режима (производится только электрическая энергия) должна составлять не менее 0,45 (формула 1 для расчета в Приложении Г);
• перечень, количество, класс опасности вторичных отходов и способы их удаления (предпочтительна их утилизация); при этом остатки от термической деструкции не должны быть более опасными, чем отходы, которые поступают на термическую деструкцию.

При выборе наилучших доступных технологий для обезвреживания отходов термическими методами следует учитывать следующие критерии:

• наличие подготовки отходов к термодеструкции (за исключением обезвреживания медицинских и биологических отходов, предварительная обработка и сортировка которых запрещена); для твердых коммунальных отходов — их обработка перед термодеструкцией со степенью извлечения вторичных материальных ресурсов не менее 15% масс, степенью извлечения отсева с преимущественным содержанием органических веществ для последующего компостирования не менее 25% масс;
• использование тепла образующихся продуктов термодеструкции;
• перечень, количество, класс опасности вторичных отходов и способы их удаления (предпочтительна их утилизация); при этом остатки от термической деструкции не должны быть более опасными, чем отходы, которые поступают на термическую деструкцию.

Общие требования к эмиссиям при утилизации и обезвреживании отходов термическими способами — не превышать технологические показатели на уровне наилучших доступных технологий (перечень технологических показателей в соответствии с Приложением А ИТС 9-2025 «Утилизация и обезвреживание отходов термическими способами»).

4.2.1 Шаг 1. Рассмотрение критериев 1, 5 «Наименьший уровень негативного воздействия на окружающую среду в расчете на единицу времени или объем производимой продукции (товара), выполняемой работы, оказываемой услуги либо соответствие другим показателям воздействия на окружающую среду, предусмотренным международными договорами Российской Федерации при одновременном внедрении на двух и более объектах»

Рассмотрение данного критерия осуществляется в два этапа:

Этап 1. Получение общей информации о применяемых на практике технологиях утилизации и обезвреживания отходов термическими способами;

Этап 2. Выбор технологий утилизации и обезвреживания отходов термическими способами, внедренных на двух или более предприятиях в Российской Федерации.

Источниками информации о применяемых технологических процессах, оборудовании, технических методах, способах, приемах утилизации и обезвреживания отходов термическими способами послужили:

а) сведения об экологической и ресурсной эффективности предприятий утилизации и обезвреживания отходов термическим способом, полученные в процессе сбора и обработки данных, необходимых для разработки и актуализации справочника, с использованием унифицированных отраслевых шаблонов;

б) результаты научно-исследовательских работ и диссертационных работ, монографии и прочие издания (статьи, монографии), технологические регламенты;

в) международные справочники по наилучшим доступным технологиям;

г) информация, полученная в ходе консультаций с экспертами в соответствующей области.

На этапе сбора и обработки данных проводится сбор и анализ общих сведений о применяемых на практике технологиях утилизации и обезвреживания отходов термическими способами с целью получения следующей информации:

а) примерное количество объектов и территориальное распределение объектов (в качестве источника сведений может быть использован государственный реестр объектов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду);

б) распределение объектов по производственной мощности и видам продукции;

в) главные стадии производства (оказания услуг);

г) основные экологические аспекты, характерные для утилизации и обезвреживания отходов термическими способами, то есть элементы деятельности организации, ее продукции или услуг, которые могут взаимодействовать с окружающей средой;

д) показатели потребления ресурсов (ресурсной эффективности), характерные для используемых в утилизации и обезвреживания отходов термическим способом технологических процессов (частей производственного процесса, являющихся совокупностью технологических операций);

е) показатели эмиссий, то есть непосредственных или косвенных выпусков вещества, вибрации, тепла или шума из организованных или неорганизованных источников в окружающую среду, характерные для технологических процессов утилизации и обезвреживания отходов термическим способом.

Для характеристики эмиссий в окружающую среду (выбросов и сбросов загрязняющих веществ) рекомендуется выделять маркерные вещества. Для характеристики образующихся в результате утилизации или обезвреживания отходов рекомендуется разделять отходы, которые направляются на обработку, утилизацию и размещение.

При оценке сбросов и выбросов загрязняющих веществ необходимо учитывать следующие параметры:

• массу выбросов и сбросов загрязняющих веществ;
• сведения о выбросах и сбросах загрязняющих веществ, характеризующихся высокой стойкостью, биоаккумуляцией, токсическими и канцерогенными эффектами, рассматриваются как приоритетные в связи с возможностью их переноса на дальние расстояния (в том числе трансграничным переносом);
• возможность сокращения выбросов загрязняющих веществ, сбросов загрязняющих веществ с использованием природоохранного оборудования;
• характер последствий воздействия — долгосрочные необратимые воздействия требуют дополнительного внимания.

При сравнении альтернативных технологий, в результате которых образуются отходы, рекомендуется использовать анализ их количества, состава и возможного воздействия на окружающую среду. При проведении инвентаризации отходов (остаточных продуктов), образующихся в результате каждой из рассматриваемых существующих технологий, следует разделять их по классам опасности для окружающей среды:

• I класс (чрезвычайно опасные);
• II класс (высокоопасные);
• III класс (умеренно опасные);
• IV класс (малоопасные);
• V класс (практически неопасные).

Рекомендуется для каждого класса опасности указать количество образующихся вторичных отходов (остаточных продуктов) в единицах массы на единицу утилизированных или обезвреженных отходов.

При отнесении технологии к НДТ характер и масштаб негативного воздействия на окружающую среду и возможность снижения эмиссий (в составе выбросов/сбросов/отходов), связанных с процессом термической деструкции, может оцениваться на основании следующих показателей:

1 Для выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух:

1. перечень стационарных источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферу;

2. перечень загрязняющих веществ, содержащихся в выбросах в атмосферу;

3. объем и (или) масса выбросов загрязняющих веществ до очистки в расчете на тонну утилизированных или обезвреженных отходов;

4. наличие очистных сооружений;

5. метод очистки, повторного использования;

6. объем и (или) масса выбросов загрязняющих веществ после очистки в расчете на тонну утилизированных или обезвреженных отходов.

2 Для сбросов загрязняющих веществ:

1. перечень источников сбросов загрязняющих веществ;

2. направление сбросов (в водный объект, в системы канализации и т.д.);

3. перечень загрязняющих веществ, содержащихся в составе сточных вод;

4. объем и (или) масса сбросов загрязняющих веществ до очистки в расчете на тонну утилизированных или обезвреженных отходов;

5. наличие очистных сооружений;

6. метод очистки, повторного использования;

7. объем и (или) масса сбросов загрязняющих веществ после очистки в расчете на тонну утилизированных или обезвреженных отходов.

3 Для вторичных отходов, образующихся в результате утилизации, обезвреживания отходов потребления:

1. источники образования;

2. перечень образующихся отходов по классам опасности;

3. объемы образования отходов (абсолютные и удельные) и источники их образования;

4. перечень размещаемых отходов по классам опасности;

5. объемы размещения отходов (абсолютные и удельные);

6. перечень утилизируемых, обезвреживаемых отходов;

7. объемы обезвреживания, утилизации и повторного использования отходов (абсолютные и удельные);

4 Для прочих факторов воздействия (шум, запах, электромагнитные и тепловые воздействия):

1. перечень факторов;

2. источники воздействия;

3. метод снижения уровня воздействия.

Возможное (вероятное) изменение (снижение) рисков негативного воздействия эмиссий (в составе выбросов/сбросов/отходов) после внедрения данной технологии рекомендуется считать дополнительным критерием отнесения технологии к НДТ.

4.2.2 Шаг 2. Рассмотрение критериев 2, 4 «Экономическая эффективность внедрения и эксплуатации и период внедрения»

Шаг 2 включает критерии 2, 4.

Анализ экономической эффективности заключается в оценке затрат на внедрение и эксплуатацию технологии и выгоды от ее внедрения путем применения метода анализа затрат и выгод [48]. Если внедрение различных технологий дает положительные результаты, то технологией с самой высокой результативностью считается та, которая дает наилучшее соотношение «цена/качество». Недостаток данного вида анализа заключается в необходимости обработки большого количества данных, причем некоторые выгоды сложно представить в денежной форме. Альтернативой методу анализа затрат и выгод, как указано в Рекомендациях [48], может служить анализ эффективности затрат, используемый для определения того, какие мероприятия являются наиболее предпочтительными для достижения определенной экологической цели при самой низкой стоимости.

Экономическую эффективность технологии рекомендуется определять следующим образом [48]:

\text{Экономическая эффективность} = \frac{\text{Годовые затраты},\text{руб}.}{\text{Сокращение эмиссий},\text{т}/\text{год}}

В контексте определения НДТ использование подхода экономической эффективности не является исчерпывающим. Тем не менее ранжирование вариантов НДТ по мере возрастания их экономической эффективности является полезным, например, чтобы исключить варианты, которые необоснованно и неоправданно дороги по сравнению с полученной экологической выгодой.

Период внедрения технологии в качестве НДТ может варьироваться исходя из экономической эффективности и доступности технических/технологических решений, но не может превышать десяти лет.

4.2.3 Шаг 3. Рассмотрение критерия 3 «Применение ресурсо- и энергосберегающих методов»

При рассмотрении данного критерия следует учитывать требования Методических рекомендаций [48] и положения существующих нормативно-правовых документов по энерго- и ресурсосбережению. Основным методическим приемом, используемым при рассмотрении данного критерия, является сравнительный анализ технологий с точки зрения их энергоэффективности и ресурсосбережения. Целью данного анализа является установление технологии или технологий, которые характеризуются (среди рассматриваемых) лучшими показателями энерго- и ресурсосбережения.

Следует прежде всего провести сравнительный анализ технологий по потреблению основных ресурсов (энергия, вода, сырье):

1. уровень энергопотребления в целом и в различных (основных, вспомогательных и обслуживающих) технологических процессах (с оценкой основных возможностей его снижения);

2. вид и уровень использования топлива (природный газ, бензин, мазут, горючие отходы и т.д.);

3. технологические процессы, в которых используется вода;

4. объем потребления воды и сырья в целом и в различных технологических процессах (с оценкой возможностей его снижения или повторного использования);

5. назначение воды (промывная жидкость, хладагент и т.д.).

Затем необходимо также рассмотреть возможность регенерации и рециклинга веществ и рекуперации энергии, использующихся в технологическом процессе.

В качестве основных показателей энергоэффективности и ресурсосбережения, применяемых для сравнительной оценки рассматриваемых технологий, используются (при регламентированных условиях эксплуатации оборудования) удельные показатели — удельные расходы электроэнергии, тепла, топлива, воды, различных материалов, то есть фактические затраты того или иного ресурса (электроэнергии, тепла, воды, реагента и т.д.) на единицу утилизированных и (или) обезвреженных отходов, выражаемые, например, для электроэнергии в кВт-ч на 1 т утилизированных и (или) обезвреженных отходов, для тепловой энергии — в Гкал/т отходов, для воды — в м3/т отходов и т.д.

Ресурсосбережение (то есть сбережение энергии и материалов) оценивается также с точки зрения возможности реализации соответствующих правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное (рациональное) использование и экономное расходование топливно-энергетических и других материальных ресурсов. На практике потенциал ресурсосбережения реализуется через конкретные энерго- и ресурсосберегающие мероприятия, которые можно разделить на организационно-технические, предполагающие повышение культуры производства, соблюдение номинальных режимов эксплуатации оборудования, обеспечение оптимального уровня загрузки агрегатов, ликвидацию прямых потерь топливно-энергетических ресурсов, своевременное выполнение наладочных и ремонтно-восстановительных работ, использование вторичных энергоресурсов (сюда же можно условно отнести утилизацию низкопотенциального тепла вентиляционных выбросов, а также процессы регенерации и рекуперации энергии), оснащение приборами учета используемых энергетических и других ресурсов, и инвестиционные, связанные с своевременным замещением морально устаревших производственных мощностей (производственных узлов), внедрением современного энергоэффективного и энергосберегающего оборудования, модернизацией и автоматизацией существующих технологических процессов.

Любое возможное преобразование технологического процесса и (или) используемого оборудования, влекущее за собой уменьшение удельного расхода энерго- и других ресурсов на единицу утилизированных и (или) обезвреженных отходов, особенно при снижении (или хотя бы остающемся уровне выбросов и сбросов вредных веществ) следует оценивать как повышение его энергоэффективности и ресурсосбережения (с учетом экономической эффективности и технологической надежности данного преобразования).

Особое внимание следует уделить анализу возможностей вторичного использования образующихся при термическом разложении отходов выделяющихся продуктов (зола от сжигания, шлак, металлом, стекло, пиролизное топливо, пиролизный газ, восстановленный технический углерод и др.).

Результаты рассмотрения данного критерия являются дополнительным положительным фактором при принятии решения в отношении определения той или иной технологии утилизации и (или) обезвреживания отходов термическим способом в качестве НДТ.

4.2.4 Шаг 4. Принятие членами ТРГ решения об отнесении технологии к НДТ

Технология утилизации и обезвреживания отходов термическими способами может быть определена в качестве НДТ при достижении соглашения между всеми членами ТРГ по данному вопросу [48]. При возникновении различных мнений в ТРГ по какому-либо вопросу федеральным органом исполнительной власти, ответственным за разработку информационно-технических справочников НДТ, может быть предложено компромиссное решение. При возникновении серьезных разногласий относительно того, какие технологии определить в качестве НДТ, может быть проведена более углубленная комплексная оценка технологий.

При наличии особого мнения по определению технологии утилизации и обезвреживания отходов термическими способами в качестве НДТ, не поддерживаемого всеми членами ТРГ, такая технология может быть определена в качестве НДТ и включена в информационно-технический справочник НДТ, что сопровождается специальными указаниями на особое мнение и допускается при соблюдении следующих условий:

• в основе особого мнения лежат данные, которыми располагает ТРГ и федеральный орган исполнительной власти, ответственный за разработку информационно-технических справочников НДТ, на момент подготовки выводов относительно НДТ;
• заинтересованными членами ТРГ представлены обоснованные доводы для включения технологии в перечень НДТ. Доводы являются обоснованными, если они подтверждаются техническими и экономическими данными, данными о воздействии на различные компоненты окружающей среды, соответствием рассматриваемой технологии понятию «наилучшая доступная технология» и критериям определения НДТ в соответствии с Федеральным законом от 10 января 2002 г. № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» [44].

Раздел 5 Наилучшие доступные технологии в сфере утилизации и обезвреживания отходов термическими способами

Настоящий раздел содержит перечень НДТ, применяемых при утилизации и обезвреживании отходов термическими способами на различных этапах технологического процесса, и их кратких описаний.

В настоящем разделе представлены НДТ для утилизации и обезвреживания отходов термическими способами по следующим направлениям:

• прием поступающих отходов;
• складирование отходов для последующей утилизации и обезвреживания отходов термическими способами;
• предварительная подготовка отходов;
• технологии и оборудование, применяемые на этапе утилизации и обезвреживания отходов термическими способами;
• обеспечение энергоэффективности;
• технологии очистки выбросов от газообразных продуктов сгорания.

5.1 Прием поступающих отходов

Совокупность оборудования, входящего в состав технологической линии, имеет определенное функциональное назначение. Диапазоны конструкционных и технологических параметров определяют ограничения, предъявляемые к отходам (сырью), технологической или иной документации.

Отходы, поступающие на утилизацию или обезвреживание термическим методом, должны подлежать входному контролю с последующей подготовкой к технологическому процессу. Особенно это важно для отходов, имеющих нестабильные характеристики и содержащие вещества, негативно влияющие на проведение процесса и обуславливающие повышенные концентрации загрязняющих веществ в отходящих газах.

Изложенные в данном разделе НДТ применяются с учетом существующей конструкции печи. При проектировании нового объекта или при его реконструкции НДТ используются для выбора оптимального технологического решения и оборудования с учетом количества и состава отходов, подвергаемых термической деструкции, климатических условий места расположения объекта, доступности энергоносителей.

НДТ 1.1 Входной контроль принимаемых отходов и их идентификация

Область применения

Технология применима для всех термических способов утилизации и обезвреживания отходов, для которых установлены требования или ограничения к номенклатуре и составу поступающих на термодеструкцию отходов.

Описание

Предварительный входной контроль отходов и их идентификация включают:

• контроль сопровождающих документов на соответствие перечню отходов, возможных к приему на утилизацию и/или обезвреживание;
• оперативный визуальный контроль с учетом перечня отходов, запрещенных для сжигания в установке;
• радиационный контроль принимаемых отходов (в случае, предусмотренном нормативными правовыми актами);
• лабораторный контроль состава отходов с учетом имеющихся требований или ограничений.

В таблице 5.1 представлены методы, применяемые при контроле принимаемых на объект отходов. Конкретные мероприятия могут быть определены оператором установки на базе собственного опыта в соответствии с техническим оснащением производственной площадки.

Таблица 5.1

Методы входного контроля принимаемых отходов, применяемые для различных типов отходов

Достигаемые экологические преимущества

Снижение негативного воздействия на атмосферный воздух посредством сокращения поступления в атмосферный воздух токсичных веществ (тяжелых металлов и т.п.).

Сведение к минимуму ситуаций, приводящих к попаданию нежелательных (непригодных) фракций отходов в установку, нарушая тем самым технологический процесс или приводя к повреждениям на объекте (взрывчатые материалы, газовые баллончики под давлением и т.д.).

5.2 Складирование отходов для последующей утилизации и обезвреживания отходов термическими способами

Изложенные в данном разделе НДТ применяются с учетом существующей конструкции печи. При проектировании нового объекта или при его реконструкции НДТ используются для выбора оптимального технологического решения и оборудования с учетом количества и состава отходов, подвергаемых термической деструкции, климатических условий места расположения объекта, доступности энергоносителей.

НДТ при складировании отходов для последующей утилизации или обезвреживания термическими способами являются:

НДТ 2.1 Обеспечение требований экологической, пожарной безопасности при складировании отходов перед подачей их на обработку, утилизацию и обезвреживание.

НДТ 2.2 Обеспечение бесперебойной работы узла подготовки отходов для их утилизации и обезвреживания, в том числе измельчения отходов, смешивания и прочих подготовительных операций.

Область применения

Технология применима для всех термических способов утилизации и обезвреживания отходов, содержащих в своем составе органические вещества.

Описание

Производственные площадки, на которых размещены установки по утилизации и обезвреживанию отходов термическими способами должны быть обеспечены местами для складирования отходов перед их подготовкой на специальных установках или для формирования технологической партии.

Достигаемые экологические преимущества

Предотвращение опасности нежелаемых реакций (например, полимеризации, взрыва, самопроизвольного возгорания, образования токсичного испарения, увеличения давления и т.д.) при их складировании с другими веществами.

5.3 Предварительная подготовка отходов

Изложенные в данном разделе НДТ применяются с учетом существующей конструкции печи. При проектировании нового объекта или при его реконструкции НДТ используются для выбора оптимального технологического решения и оборудования с учетом количества и состава отходов, подвергаемых термической деструкции, климатических условий места расположения объекта, доступности энергоносителей.

Предварительная подготовка должна обеспечить стабильную работу установки термической деструкции отходов.

НДТ 3.1 Обеспечение стабильного качества отходов

Область применения: Технология применима для всех термических способов утилизации и обезвреживания отходов, содержащих в своем составе органические вещества.

Описание

К НДТ 3.1 при предварительной подготовке отходов относятся способы подготовки отходов для утилизации и обезвреживания термическими способами, при которых обеспечивается стабильное качество отходов, подаваемых на термическую деструкцию, в том числе приведенные в таблице 5.2. Требования к качеству подготовленных отходов (например, фракционный и/или компонентный состав) должен быть определен технологическим регламентом. После подготовки к утилизации и обезвреживанию отходы должны накапливаться отдельно от неподготовленных отходов.

Вследствие гетерогенной природы отходов, представляющих собой смесь отходов, в том числе ТКО, подготовка должна обеспечить стабильный состав отходов, подаваемых на термическую деструкцию.

Таблица 5.2

НДТ 3.1 подготовки отходов для утилизации и обезвреживания

Достигаемые экологические преимущества

Снижение негативного воздействия на атмосферный воздух посредством уменьшения количества инертных фракций в отходах, которые могут попасть в установку, как часть принимаемых отходов.

Экономические аспекты внедрения

Выбор и калибровка подходящих теплотворных способностей, а также для предотвращения с одной стороны — избыточных температур сгорания, а с другой стороны — чрезмерной потребности в дополнительном топливе.

В результате операции обеспечивается гомогенизация полученных отходов, а также выравнивается предпочтительная постоянная теплопроизводительность полученной смеси.

5.4 Технологии и оборудование, применяемые на этапе утилизации и обезвреживания отходов термическими способами

В отечественной практике известно использование слоевых топок, барабанных вращающихся, многоподовых, камерных, шахтных печей, топок котельных агрегатов, реакторов с псевдоожиженным слоем, пенно-барботажных, циклонных реакторов и различных модификаций вышеперечисленного, а также иного оборудования, описанного в разделе 2 настоящего справочника.

Обоснованно выбранная конструкция печей обеспечивает требуемую производительность, смешиваемость образующихся газов с кислородом, поддержание достаточно высокой температуры, что дает возможность полного завершения процесса утилизации и обезвреживания отходов термическими способами.

Оптимизация технологического процесса на этапе утилизации и обезвреживания отходов термическими способами сводится к реализации технических, технологических и организационных решений, основной целью которых является удовлетворение нормам технологического процесса и минимизация воздействия на окружающую среду.

Изложенные в данном разделе НДТ применяются с учетом существующей конструкции печи. При проектировании нового объекта или при его реконструкции НДТ используются для выбора оптимального технологического решения и оборудования с учетом количества и состава отходов, подвергаемых термической деструкции, климатических условий места расположения объекта, доступности энергоносителей.

НДТ 4.1 Оптимизация стехиометрии воздуха при сжигании отходов

Область применения: Технология применима для метода сжигания отходов, содержащих в своем составе органические вещества.

Описание

В блок собственно термической (высокотемпературной, огневой) обработки отходов должно подводиться достаточное количество кислорода (в виде воздуха) для обеспечения того, чтобы реакции горения проходили до полного завершения.

Требуется обеспечивать расчетное количество воздуха в зависимости от:

• типа и характеристик отходов (теплота сгорания, влажность, гетерогенность);
• типа камеры сгорания (для кипящего слоя требуется большее общее количество воздуха вследствие возрастающего перемешивания отходов, что приводит к росту взаимодействия отходов с воздухом).

Достигаемые экологические преимущества:

Снижение негативного воздействия на атмосферный воздух посредством повышения дожигания дымовых газов с одновременным снижением образования выбросов веществ неполного окисления.

НДТ 4.2 Оптимизация и распределение подачи первичного воздуха при сжигании отходов

Область применения:

Технология применима для метода сжигания отходов, содержащих в своем составе органические вещества.

Описание

Первичный воздух — это тот воздух, который подается в слой отходов или непосредственно над ним для обеспечения потребности в кислороде, необходимом для сжигания. Первичный воздух также помогает охлаждению некоторых элементов блоков технологического оборудования.

Во вращающихся печах со ступенчатым и неподвижным подом первичный воздух вводится обычно выше слоя утилизируемых и обезвреживаемых отходов. В некоторых конструкциях печей со ступенчатым подом первичный воздух может частично вводиться ниже слоя отходов.

В системах с кипящим слоем первичный воздух вводится непосредственно в псевдоожиженный материал и служит также для ожижения самого слоя, для чего продувается через сопла со дна камеры сгорания в слой.

Равновесие между первичным и вторичным воздухом будет зависеть от характеристик отходов и от того, какая используется технология сжигания. Оптимизация этого равновесия является необходимой для протекания технологического процесса и выбросов. В общем, при повышенной теплоте сгорания отходов удается снижать потребляемый расход воздуха.

Оптимизация распределения и подачи первичного воздуха; добавки других отходов/топлив для содействия эффективному сжиганию и, как следствие, снижению содержания уровней органического углерода в золошлаке; измельчения; повторного термического способа утилизации и обезвреживания.

Достигаемые экологические преимущества

Увеличение полноты термической деструкции отходов; снижение содержания в шлаке углерода, что расширяет сферу его применения; максимальное использование энергетического ресурса отходов.

НДТ 4.3 Инжекция вторичного воздуха, оптимизация и распределение при сжигании отходов.

Область применения

Технология применима для метода сжигания отходов, содержащих в своем составе органические вещества.

Описание

Дополнительный воздух (вторичный) используется для обеспечения полноты окисления горючих компонентов газовой фазы.

Энергоэффективность технологии сжигания можно повысить с помощью подогрева вторичного воздуха. В некоторых случаях вторичный воздух может обеспечить также и охлаждение дымовых газов.

Места отверстий для инжектирования, направления и количества можно исследовать и оптимизировать для различных геометрий печей, используя, например, моделирование потока.

Разброс температур на выходе из горелочных устройств может внести значительный вклад в образование NOx. Типичные температуры находятся в диапазоне от 1300 °C до 1400 °C.

Достигаемые экологические преимущества

• низкие и устойчивые выбросы веществ, связанных со сжиганием;
• улучшение окисления продуктов сжигания, образовавшихся в течение ранних стадий сжигания;
• снижение уноса продуктов неполного сжигания и летучей золы в стадиях очистки дымовых газов.

НДТ 4.4 Использование сопел специальной конструкции и рециркуляции дымовых газов

Область применения

Технология применима для метода сжигания отходов, содержащих в своем составе органические вещества.

Описание

Использование сопел специальной конструкции и рециркуляции дымовых газов может снизить температуру сопел в зоне горения, что приведет к снижению образования NOx.

Достигаемые экологические преимущества:

• низкие и устойчивые выбросы веществ, связанных со сжиганием;
• улучшение окисления продуктов сжигания, образовавшихся в течение ранних стадий сжигания;
• снижение уноса продуктов неполного сжигания и летучей золы в стадиях очистки дымовых газов.

НДТ 4.5 Рециркуляция дымовых газов

Область применения

Технология применима для всех термических способов утилизации и обезвреживания отходов, содержащих в своем составе органические вещества.

Описание

Превышение инжекции вторичного воздуха ведет к снижению энергоэффективности установки в целом, так как количество дымовых газов увеличивается. Это ведет к дополнительным затратам, связанным с монтажом и эксплуатацией газоочистного оборудования.

За счет замены части вторичного воздуха дымовыми газами (после газоочистки) также можно сократить выбросы NOx.

Достигаемые экологические преимущества

Снижение негативного воздействия на атмосферный воздух посредством сокращения выбросов оксидов азота.

НДТ 4.6 Обогащение воздуха кислородом

Область применения

Технология применима для всех термических способов утилизации и обезвреживания отходов, содержащих в своем составе органические вещества.

Описание

Обогащение воздуха кислородом применяется для дожигания отходящих дымовых газов и т.д.

В зависимости от уровня подачи кислорода и качества газа температура в камере сгорания обычно находится в диапазоне от 850 °C до 1500 °C, хотя в отдельных случаях температура доходит до 2000 °C или выше. При температурах выше 1250 °C плавится захваченная дымовыми газами летучая зола.

Быстрое и эффективное сжигание может привести к очень низким и контролируемым выбросам CO других загрязняющих веществ.

Достигаемые экологические преимущества

Снижение негативного воздействия на атмосферный воздух посредством сокращения выбросов оксида углерода.

НДТ 4.7 Система охлаждения для вращающейся печи

Область применения

Технология применима для всех термических способов утилизации и обезвреживания отходов, содержащих в своем составе органические вещества.

Описание

Система охлаждения вращающейся печи состоит из двух контуров охлаждения. Первичный контур жидкостного охлаждения поставляет первичную охлаждающую воду в верхнюю часть вращающейся печи и равномерно распределяет ее для обеспечения эффекта равномерного охлаждения всего корпуса печи. Затем холодный теплоноситель собирается в четырех водосборных бассейнах (калориферах). Жидкость циркулирует через фильтр и теплообменник с помощью циркуляционного насоса. Испарение компенсируется с помощью подпиточной жидкости, в которую может вводиться буферный раствор с NaOH для предотвращения коррозии.

Вторичный контур снимает тепло из первичного контура с помощью теплообменников (калориферов) и передает воду для использования. Если нет необходимости в утилизации энергии, можно использовать многосекционную воздухоохлаждающую систему для снятия тепла из системы. Для того чтобы исключить замерзание, смесь воды с гликолем циркулирует через теплообменники «жидкость — воздух».

Благоприятно сказывается выравнивание температуры на стенках печи, осуществляемое подводом дымовых газов к трубному межконтурному пространству.

Жидкостное охлаждение обеспечивает выравнивание температурных нагрузок. В некоторых случаях это позволяет использовать оборудование при более высоких температурах.

НДТ 4.8 Обеспечение оптимального времени пребывания в печи, температуры, турбулентности газов в зоне сжигания и концентрации кислорода

Область применения

Технология применима для всех термических способов утилизации и обезвреживания отходов, содержащих в своем составе органические вещества.

Описание

НДТ применяется для достижения эффективного дожигания отходящих дымовых газов, образующихся в течение процесса сжигания, необходимо стремиться к обеспечению критериев, приведенных в таблице 5.3. Целью установления этих критериев является обеспечение проектирования и эксплуатации установок по утилизации и обезвреживанию отходов, таким образом, чтобы гарантировалось окисление газов и полное разрушение органических веществ, чтобы снизить выбросы загрязняющих веществ в атмосферу.

Таблица 5.3

Некоторые технические требования, предъявляемые к сжиганию отходов

Для достижения эффективного дожигания газов, образующихся во время процесса горения отходов, газы должны быть перемешаны с требуемым количеством кислорода при достаточно высокой температуре и в течение длительного времени, достаточного для полного их сгорания.

Обеспечение минимального времени пребывания отходов и продуктов их неполной термодеструкции с целью повышения полноты сгорания органической части отходов можно повысить с помощью:

• использования печей, в которых отходы эффективно переворачиваются и перемешиваются;
• повышения турбулентности в камере дожига, для чего использовать циклонные камеры, циклонно-вихревые топки, использование перегородок или входов для усложнения траектории движения газов, тангенциальное расположение горелок, установку и размещение систем инжекции вторичного воздуха. Турбулентный режим позволяет также снизить потребление вторичного воздуха и, следовательно, снизить объемы дымовых газов и образование NOx, увеличить дожигание дымовых газов с одновременным снижением уровней летучих органических соединений и CO.
• предварительной подготовки отходов с последующим применением печи с кипящим слоем теплоносителя (при отсутствии особых требований и ограничений).

Достигаемые экологические преимущества

Снижение негативного воздействия на атмосферный воздух посредством сокращения образования объема дымовых газов, образования оксидов азота за счет турбулентности, а также увеличение дожигания дымовых газов с одновременным снижением уровней летучих органических соединений и оксида углерода за счет турбулентности.

НДТ 4.9 Использование автоматически работающих вспомогательных горелок

Область применения

Технология применима для всех термических способов утилизации и обезвреживания отходов, содержащих в своем составе органические вещества.

Описание

Достаточную температуру на всех этапах эксплуатации установки следует обеспечивать с помощью вспомогательных горелочных устройств. Они используются, когда температура падает ниже рассчитываемых значений минимальной температуры.

Пуск без вспомогательных горелок возможен, однако более спокойный пуск со сниженным образованием сажи и лучшим контролем температуры достигается при их использовании. Пуск без вспомогательных горелок может привести к повышенному риску коррозии технологических блоков вследствие наличия хлора в отходах.

НДТ 4.10 Использование пирогаза для нагрева реактора пиролиза

Область применения: Технология применима для утилизации методом пиролиза отходов резины, в том числе резиновых шин, покрышек и камер, отходов, содержащих нефть или нефтепродукты, отходов полимерных материалов, в том числе медицинских.

Описание

НДТ предполагает использование предварительно очищенного от соединений серы пиролизного газа в качестве топлива. Нагрев реактора пиролиза осуществляется за счет тепла продуктов сгорания, поступающих из топочного блока и протекающих в пространстве между барабаном реактора и кожухом реактора (нагрев через стенку).

Экономические аспекты внедрения

Снижение потребления природного газа и других видов топлив.

НДТ 4.11 Использование реактора, оснащенного приводом вращения для оптимизации разложения твердых и пастообразных отходов в зоне пиролиза

Область применения

Технология применима для утилизации методом пиролиза отходов резины, в том числе резиновых шин, покрышек и камер, отходов, содержащих нефть или нефтепродукты, отходов полимерных материалов, в том числе медицинских.

Описание

Основным аппаратом является реактор, имеющий адаптированное вращение к равномерному его нагреву. Спиральные лопасти, расположенные внутри аппарата, пропускают отходы вдоль внутренней стенки. Материал равномерно перемещается в реакторе и непосредственно контактирует с поверхностью теплопередачи. За счет этого теплообмен протекает быстро и равномерно, что способствует более эффективному пиролизу.

При утилизации жидких отходов, не спекающихся, то есть не требующих ворошения и перемешивания, реактор может не оснащаться приводом вращения.

НДТ 4.12 Разделение жидких продуктов пиролиза

Область применения

Технология применима для утилизации методом пиролиза отходов резины, в том числе резиновых шин, покрышек и камер, отходов, содержащих нефть или нефтепродукты, отходов полимерных материалов, в том числе медицинских.

Описание

Разделение парогазовой смеси путем ее конденсации на пиролизный газ, пиролизную жидкость (легкая и средняя фракции, тяжелая фракция) и их пофракционный сбор.

Экономические аспекты внедрения

Получение более ценных пофракционных продуктов пиролиза пригодных для дальнейшего использования.

НДТ 4.13 Очистка пиролизного газа

Область применения

Технология применима для утилизации методом пиролиза отходов резины, в том числе резиновых шин, покрышек и камер, отходов, содержащих нефть или нефтепродукты.

Описание

Одним из образующихся продуктов пиролиза является пиролизный газ. Пиролизный газ подвергается очистке таким образом, чтобы его можно было использовать в качестве топливного газа для поддержания технологического процесса пиролиза. Нейтрализация (очистка) пиролизного газа от сернистых соединений путем орошения щелочным раствором.

Достигаемые экологические преимущества

Снижение содержания сернистых соединений в пиролизном газе.

НДТ 4.14 Возврат тяжелых фракций углеводородов в реактор пиролиза

Область применения

Технология применима для утилизации методом пиролиза отходов резины, в том числе резиновых шин, покрышек и камер, отходов, содержащих нефть или нефтепродукты.

Описание

Полученные тяжелые фракции направляются в реактор пиролиза для повторной термической деструкции с получением легких товарных продуктов. Применение тяжелых фракций углеводородов, выделяющихся при пиролизе, в горелочных устройствах не допускается.

НДТ 4.15 Обеспечение выделения продуктов пиролиза

Область применения

Технология применима для утилизации методом пиролиза отходов резиновых шин, покрышек и камер.

Описание

К НДТ при утилизации отходов резиновых шин, покрышек и камер с применением пиролиза относятся технологии утилизации, у которых:

• обеспечивается глубина утилизации отходов не менее 90% с получением пиролизного газа, пиролизной жидкости, восстановленного технического углерода, сырья вторичного, содержащего черные металлы (в части шин и покрышек с металлическим кордом);
• достигается очистка выбросов загрязняющих веществ до уровней технологических показателей НДТ утилизации отходов резиновых шин, покрышек и камер методом пиролиза.

НДТ 4.16 Организация неразрывного технологического процесса «обеззараживание — обезвреживание» медицинских отходов класса Б

Область применения

Технология применима для обезвреживания медицинских отходов класса Б.

Описание:

НДТ заключается в организации внутри одной установки последовательных подпроцессов обеззараживания озонированием и обезвреживания термическим методом.

Достигаемые экологические преимущества

За счет исключения из технологического процесса обеззараживания использования жидких химических дезинфицирующих средств для обеззараживания отходов обеспечивается предотвращение образования промышленных стоков, требующих очистки, и выделения загрязняющих веществ в атмосферный воздух в процессе обеззараживания.

Экономические аспекты внедрения

Экономический эффект за счет исключения затрат на закупку, доставку, хранение и использование дезинфицирующих средств, а также от расходов на организацию отдельного участка предварительного обеззараживания медицинских отходов.

НДТ 4.17 Оснащение установок утилизации и обезвреживания отходов термическими способами системами автоматического контроля и управления технологическим процессом

Область применения:

Технология применима для всех термических способов утилизации и обезвреживания отходов на стационарных установках

Описание

НДТ заключается в использовании единой программно-аппаратной платформы, обеспечивающей централизованный автоматизированный контроль и управление всеми стадиями процесса обезвреживания отходов в режиме реального времени. Система создает замкнутый контур управления на основе непрерывного мониторинга данных с датчиков температуры, давления, расхода газов, содержания кислорода и ключевых загрязнителей (например, CO, NOx, SO2) в критических точках технологической линии (камера деструкции, линия очистки газов).

Достигаемые экологические преимущества

Непрерывный автоматический контроль и мгновенная корректировка параметров работы установки (температура, время и др.) обеспечивают стабильное поддержание режимов, при которых достигается максимальная деструкция отходов и эффективная работа систем газоочистки, что сводит к минимуму риск превышения допустимых концентраций загрязняющих веществ в выбросах.

Экономические аспекты внедрения: не выявлены.

5.5 Обеспечение энергоэффективности

Изложенные в данном разделе НДТ применяются с учетом существующей конструкции печи. При проектировании нового объекта или при его реконструкции НДТ используются для выбора оптимального технологического решения и оборудования с учетом количества и состава отходов, подвергаемых термической деструкции, климатических условий места расположения объекта, доступности энергоносителей, наличия спроса на вторичные энергоресурсы.

Увеличения энергоэффективности обезвреживания и утилизации отходов термическими способами (кроме получения энергии) можно достичь путем применения следующих НДТ.

НДТ 5.1 Использования тепла: для внешнего потребления

Область применения

Технология применима для всех термических способов утилизации и обезвреживания отходов, содержащих в своем составе органические вещества.

Описание

Использования тепла с получением горячей воды, отопления производственных помещений, выработкой электроэнергии, а также путем использования на собственные технологические нужды — для получения пара, горячего воздуха, обогрева и сушки отходов.

Расчет показателей энергоэффективности технологии утилизации отходов с получением энергии (электрической и тепловой энергии) при оценке ее на соответствие НДТ приведен в Приложении Г.

Ресурсосбережение также является основой снижения материало- и энергоемкости проектируемых установок без ущерба для ее качественных параметров и увеличения абсолютных значений производительности.

Использование энергии от установки для сжигания отходов главным образом связано с теплотой сгорания отходов. Однако подвод дополнительных энергоносителей необходим для поддержания устойчивого технологического процесса. При этом относительно небольшое повышение энергоэффективности может обеспечить значительную экономию топлива.

Достигаемые экологические преимущества

Снижение негативного воздействия на атмосферный воздух за счет снижения потребления природного топлива.

Экономические аспекты внедрения

Снижение потребления природного топлива.

НДТ 5.2 Переход с жидкого топлива (дизельное топливо, мазут) на природный газ

Область применения

Технология применима для всех термических способов утилизации и обезвреживания отходов, содержащих в своем составе органические вещества.

Описание

НДТ содержит подходы, связанные с оптимальной конструкцией горелочных устройств и форсунок.

Достигаемые экологические преимущества

Снижение негативного воздействия на атмосферный воздух.

НДТ 5.3 Применение многотопливных и многосопельных горелочных устройств, установка паровых форсунок или более современной конструкции

Область применения

Технология применима для всех термических способов утилизации и обезвреживания отходов, содержащих в своем составе органические вещества.

Описание

НДТ содержит подходы, связанные с обеспечением повышения энергоэффективности путем применения многотопливных и многосопельных горелочных устройств, установки паровых форсунок или более современной конструкции.

НДТ 5.4 Оптимизация процессов использования и производства энергии для повышения КПД и снижения выбросов CO2

Область применения

Технология применима для всех термических способов утилизации и обезвреживания отходов, содержащих в своем составе органические вещества.

Описание

Для установок утилизации отходов с получением тепловой и/или электрической энергии важным показателем является КПД процесса производства энергии. КПД связан с величиной удельных выбросов парникового газа CO2. Увеличение теплового КПД связано с нагрузкой, системой охлаждения, выбросами, качеством подготовки отходов, их низшей теплотой сгорания и так далее. Наиболее действенным способом повышения КПД производства энергии является как можно более полное использование произведенного тепла. При выборе варианта утилизации сбросного тепла следует принять во внимание ряд термодинамических, технических и экономических критериев. Термодинамические факторы включают, с одной стороны, температуру, а с другой — эксергию сбросного тепла. Температура существенна в том случае, если это тепло предполагается использовать для обогрева, а эксергия — если тепло будет использовано для производства электроэнергии. Технические критерии зависят от характеристик конкретного предприятия.

Как правило, уменьшая потери тепла или используя сбросное тепло, можно сэкономить энергию и ресурсы, а также сократить выбросы. В настоящее время существует все больше возможностей для размещения установок утилизации отходов термическими способами с получением энергии в таких местах, где энергия, не преобразованная в электричество, может поставляться потребителям в виде тепла. Технология когенерации может обеспечить общий КПД установки с учетом потребления тепла в не менее 70%. Оптимизация КПД установок состоит в том, чтобы оптимизировать весь процесс термических способов утилизации и обезвреживания. Это включает в себя уменьшение потерь и ограничение процесса потребления.

При определении оптимальной энергетической эффективности следует учитывать следующие факторы:

• местоположение и климат;
• спрос для рекуперации энергии;
• сезонную изменчивость спроса на пар/электроэнергию;
• надежность в поступлении топлива/электроснабжения;
• региональную рыночную стоимость тепла и электроэнергии;
• состав, физико-химические характеристики и их колебания при поступлении отходов.

НДТ 5.5 Использование системы управления частотой вращения ротора электродвигателей вентиляторов; оборудования для транспортирования, загрузки отходов (например, насосы, краны, грейферы, шнековые питатели); воздухоохлаждаемых конденсаторов и т.п.

Область применения

Технология применима для всех термических способов утилизации и обезвреживания отходов, содержащих в своем составе органические вещества.

Описание

Основными источниками значительного потребления энергии в процессе утилизации и обезвреживания отходов термическими способами являются: вентиляторы; оборудование для транспортирования, загрузки отходов (например, насосы, краны, грейферы, шнековые питатели); воздухоохлаждаемые конденсаторы и т.п.

С целью обеспечения существенного энергосбережения, связанного с оптимизированным управлением технологическим процессом, уменьшением износа механического основного и вспомогательного оборудования и снижением уровня шумового воздействия при колебаниях нагрузки, могут быть использованы частотно-регулируемые приводы.

Во многих случаях, когда требуются изменения в технологии очистки дымовых газов, чем ниже предельные значения выбросов, тем больше энергии потребляет система газоочистки. Поэтому важно, чтобы воздействие на окружающую среду от увеличения потребления энергии соотносилось с выгодами от снижения воздействия эмиссий.

НДТ 5.6 Оптимизация системы охлаждения для повышения энергоэффективности оборудования

Область применения

Технология применима для всех термических способов утилизации и обезвреживания отходов, содержащих в своем составе органические вещества.

Описание

Для охлаждения используются три основных системы:

а) водяное охлаждение с помощью конвекции. В этой системе используется поверхностная вода, которая снова сбрасывается в водоем, после того как она нагрелась на несколько градусов. Для этой системы охлаждения требуется много воды, и это приводит к большой тепловой нагрузке для местной экосистемы. Такой способ используется, если имеются полноводные реки или на побережье;

б) испарительное водяное охлаждение. Вода используется для охлаждения конденсатора. Она не сбрасывается, но подвергается рециклингу после прохода испарительной охлаждающей башни, где она охлаждается за счет испарения небольшой части воды. Небольшой поток воды должен сбрасываться для поддержания качества воды в системе. Имеются три основных технических варианта испарительного охлаждения:

1. охлаждающие башни с воздушным дутьем, когда воздух, требующийся для испарения воды, подается с помощью вентилятора, с соответствующим потреблением электроэнергии;

2. охлаждающие башни с естественной конвекцией, когда принудительный воздушный поток вызывается (небольшим) ростом температуры воздуха (крупные бетонные охлаждающие башни высотой 100 м);

3. гибридные охлаждающие башни с возможностью снижения величины шлейфа выбросов водяного пара.

Уровень шума систем с принудительным дутьем высокий, а уровень шума в конвекционной системе средний;

в) воздушное охлаждение. Здесь пар конденсируется в теплообменнике с оребренными трубками, охлаждаемыми потоком воздуха. В этих конденсаторах используются большие количества электроэнергии, так как требуется движение воздуха под действием крупных вентиляторов, которые являются источниками шума. Также требуется регулярная зачистка поверхности конденсатора.

КПД теплообменных аппаратов зависит от температуры воды, температуры и влажности воздуха. После конвективного охлаждения водой рационально ставить испарительное охлаждение и воздушное охлаждение.

Одним из самых эффективных способов повышения энергоэффективности установок является регенерация тепла топочных газов и его использование для подогрева воздуха для горения. Эффективный подогрев воздуха также следует применять в сочетании со своевременным техническим обслуживанием основного оборудования, чтобы поддерживать максимальную передачу тепла.

Выбор альтернативных решений подогревателей должен учитывать тип применяемого топлива и вероятные уровни воздействия на окружающую среду.

НДТ 5.7 Оптимизация конструкции котла-утилизатора

Область применения

Технология применима для всех термических способов утилизации и обезвреживания отходов, содержащих в своем составе органические вещества.

Описание

Утилизируемое тепло — это энергия, которая передается от дымовых газов пару (или горячей воде). Остающаяся энергия дымовых газов на выходе из котла обычно теряется. Поэтому, для того чтобы максимально утилизировать энергию, необходимо снизить температуру дымовых газов на выходе из котла-утилизатора.

Котел-утилизатор должен иметь достаточную поверхность теплообмена, но также и хорошо сконструированную геометрию. Это можно достигнуть в вертикальном, горизонтальном или комбинированном (вертикально-горизонтальном) исполнениях котла-утилизатора. Ниже приведены основные требования:

• скорость газа должна быть низкой и распределяться равномерно (для предотвращения застоя, который может вызвать обрастание или забивание) по всему котлу-утилизатору;
• для поддержания низких скоростей газа проходы должны быть широкими в поперечном сечении, а их геометрия должна быть «аэродинамической»;
• первый проход котла-утилизатора должен: не содержать теплообменных поверхностей и иметь достаточные размеры (в особенности высоту), для того чтобы появилась возможность снижения температуры дымовых газов ниже 650 — 700 °C. Однако не допускается охлаждение с помощью топочных экранов;
• первые трубные пучки не должны устанавливаться в местах, где может налипать летучая зола, то есть там, где температура слишком высокая;
• зазоры между трубными пучками должны быть достаточно широкими для предотвращения обрастания межтрубного пространства;
• циркуляция воды и пара в межтрубном пространстве и конвективных элементах должна быть оптимальной, для того чтобы предотвратить неравномерный съем тепла, неэффективное охлаждение дымовых газов и т.д.;
• горизонтальный котел-утилизатор должен конструироваться так, чтобы можно было изменить траекторию движения дымовых газов, приводящую к стратификации температуры и неэффективному теплообмену;
• должны быть предусмотрены специальные устройства для очистки котла-утилизатора от обрастания;
• оптимизация системы конвективного теплообмена (противоток, параллельный поток и т.д.), для того чтобы оптимизировать поверхность теплообмена в соответствии с температурой на трубках и предотвратить коррозию аппарата.

Конструкция со сниженным обрастанием котла-утилизатора уменьшает пребывание пыли в высокотемпературных зонах, которые могут вызвать риск забивания трубных пучков и сбой в работе установки утилизации и обезвреживания отходов.

Снижение температуры дымовых газов после котла-утилизатора ограничивается точкой росы отходящих газов. Также следует учитывать температурный режим в блоках газоочистки, например:

• в случае процессов с полусухой газоочисткой минимальная температура на входе определяется тем фактом, что инжекция воды снижает температуру газов. Обычно она должна составлять 190 — 200 °C;
• процесс с использованием сухой газоочистки может проводиться при температурах 130 — 300 °C. Минимальная требуемая температура для процесса сухой сорбции с вводом в поток дымовых газов бикарбоната натрия составляет 170 °C. Это объясняется необходимостью увеличения удельной поверхности бикарбоната натрия и, следовательно, его преобразованием в более эффективный сорбционный реагент. Могут использоваться и другие реагенты, определяющие температуру процесса;
• мокрые системы газоочистки не имеют четкого температурного диапазона. Однако, чем ниже температура газа на входе в скруббер, тем ниже потребление воды скруббером.

Использование скрубберов с конденсацией дымовых газов связано с применением орошаемого скруббера, который конденсирует водяные пары из дымовых газов систем мокрой, полусухой и сухой газоочистки. Обычно этот процесс используется в конце системы газоочистки.

Охлаждение обеспечивается с помощью теплообменных процессов (например, с помощью теплового насоса).

НДТ 5.8 Использование тепловых насосов для повышения эффективности утилизации тепла

Область применения

Технология применима для всех термических способов утилизации и обезвреживания отходов, содержащих в своем составе органические вещества.

Описание

Тепловые насосы являются средством объединения различных относительно низкотемпературных потоков для нагрева другого потока. Это позволяет, например, эксплуатировать скрубберы с конденсацией дымовых газов и иметь возможность генерации тепловой энергии.

Использование тепловых насосов для повышения утилизации тепла обеспечивает минимизацию общих эксплуатационных затрат на отопление и кондиционирование здания (сооружения).

НДТ 5.9 Внедрение автоматизированных систем

Область применения

Технология применима для всех термических способов утилизации и обезвреживания отходов, содержащих в своем составе органические вещества.

Описание

Внедрение автоматизированных систем, предусматривающее многофакторные измерения и контроль технологических систем, работающих на топливе и воздухе для горения, является определяющим для эффективного функционирования установок.

Требуется проведение мониторинга и регулирование уровня влажности для поддержания эффективности абсорбции кислых газов. Без измерения следующих параметров невозможно обеспечить должную эксплуатацию установки для сжигания.

5.6 Технологии очистки выбросов от газообразных продуктов сгорания

Имеется следующий (неисчерпывающий) перечень общих факторов, требующих рассмотрения при выборе систем очистки дымовых газов:

• тип отходов, их состав и однородность состава;
• тип процесса сжигания и производительность установки;
• расход и температура дымовых газов;
• характер неоднородности свойств дымовых газов;
• требуемые предельные значения выбросов загрязняющих веществ;
• температурный диапазон;
• ограничения по предельным значениям загрязненности при сбросе сточных вод;
• климатические условия;
• наличие необходимой площади для размещения газоочистного оборудования;
• анализ затрат, связанных с утилизацией отходов систем газоочистки;
• совместимость между существующими элементами технологического процесса термических способов утилизации и обезвреживания;
• возможность использования воды и химических реагентов;
• необходимость энергии (например поставка тепловой энергии от скрубберов с конденсацией дымовых газов);
• оценка условий для подключения к существующим системам энергообеспечения;
• уровень шумового загрязнения.

Изложенные в данном разделе НДТ применяются с учетом существующей конструкции печи. При проектировании нового объекта или при его реконструкции НДТ используются для выбора оптимального технологического решения и оборудования с учетом количества и состава отходов, подвергаемых термической деструкции, климатических условий места расположения объекта, доступности энергоносителей.

НДТ 6.1 Снижение выбросов пыли

Область применения

Технология применима для всех термических способов утилизации и обезвреживания отходов, содержащих в своем составе органические вещества.

Описание

Предварительное обеспыливание снижает нагрузку по взвешенным веществам и механическим примесям на последующих стадиях системы газоочистки.

Для снижения выбросов пыли применяются методы, изложенные ниже, а также иные методы очистки выбросов в атмосферный воздух от пыли, которые обеспечивают содержание взвешенных веществ и иных веществ виде пыли выбросах в количествах, не превышающих соответствующие технологические показатели, приведенные в Приложении А настоящего справочника.

На установках для утилизации и обезвреживания отходов могут использоваться следующие системы обеспыливания:

• циклоны и мультициклоны;
• электрофильтры;
• рукавные фильтры.

Электрофильтры и циклоны эффективны для предварительного обеспыливания и обеспечивают достижение самых низких уровней выбросов в сочетании с другими технологиями.

Мокрый электрофильтр — это отдельный тип электрофильтров. Он обычно не применяется на стадии предварительного обеспыливания из-за температурных требований. Однако его использование рационально связывать с доочисткой после системы газоочистки.

Использование рукавных фильтров являются эффективным средством для удаления пыли. Кроме этого, также могут инжектироваться специальные реагенты для создания реагентного слоя на поверхности тканого материала для увеличения эффективности улавливания тяжелых металлов, ПХДД/ПХДФ, защиты от коррозии.

Обычно используемыми реагентами являются известь и активированный уголь. Наличие активированного угля снижает нагрузку по ПХДД/ПХДФ на последующих стадиях очистки дымовых газов. В случае мокрых систем это помогает в удалении ртути и оседании диоксинов на материалах корпуса и основных элементов скруббера.

Для этой технологии самыми значительными воздействиями между средами являются:

• потребление энергии рукавными фильтрами выше, чем другими системами вследствие больших потерь давления;
• образование летучей золы при очистке газов;
• концентрации ПХДД/ПХДФ в дымовых газах могут возрасти в течение пребывания в электрофильтре, особенно при работе в температурном диапазоне от 200 °C до 450 °C.

Применение систем доочистки дымовых газов перед выбросом газов из дымовой трубы в атмосферу

Системы доочистки газов используются для заключительного снижения выбросов пыли после применения других элементов газоочистки и перед выбросом газов из дымовой трубы в атмосферу. Основными применяемыми системами являются:

• рукавные фильтры;
• мокрый электрофильтр;
• электродинамические скрубберы Вентури;
• фильтрующие модули с накоплением пыли;
• мокрые скрубберы с ионизацией газовой среды.

Использование системы мокрой очистки дымовых газов

Использование системы мокрой очистки дымовых газов также является доочисткой после других систем, предназначенных для очистки от кислых газов и т.д.

Кроме снижения выбросов пыли, возможно добиться эффекта снижения выбросов следующих веществ:

• тяжелых металлов, так как их концентрация в выбросах обычно связана с эффективностью удаления пыли;
• ртути и ПХДД/ПХДФ, когда сорбенты добавляются в рукавные фильтры;
• кислых газов, когда добавляются щелочные реагенты для защиты рукавных фильтров.

Способ двойного фильтрования связан с использованием двух рукавных фильтров, включенных последовательно в систему очистки дымовых газов.

Рукавные фильтры часто подразделяются на отделения, которые изолируются друг от друга для облегчения технического обслуживания. Для оптимальной работы важно иметь равномерное распределение дымовых газов. Выбор материалов для рукавных фильтров должен основываться на характеристиках ткани для фильтрации газа и включать в себя учет максимальной рабочей температуры и устойчивость к кислотам, щелочам и изгибу (при очистке фильтров).

Достигаемые экологические преимущества

Снижение негативного воздействия на атмосферный воздух посредством снижения выбросов пыли.

НДТ 6.2 Снижение выбросов кислых газов

Для снижения выбросов кислых газов применяются методы, изложенные ниже, а также иные методы очистки выбросов в атмосферный воздух от кислых газов, которые обеспечивают содержание кислых газов в выбросах в количествах, не превышающих соответствующие технологические показатели, приведенные в Приложении А настоящего справочника.

Область применения

Технология применима для всех термических способов утилизации и обезвреживания отходов, содержащих в своем составе органические вещества.

Описание

Снижение выбросов кислых газов обеспечивается применением мокрых скрубберов. Мокрые скрубберы обычно отличаются по крайней мере двумя эффективными стадиями: во-первых, при низких значениях pH удаляются главным образом HCl и HF; на второй стадии происходит дозировка извести или гидроксида натрия, и работа проводится при pH от 6 до 8, главным образом для удаления SO2. Скруббер иногда можно описывать как устройство, работающее в режиме трех или более стадий, — дополнительные стадии обычно подразделяются по первой стадии с низкими значениями pH для специальных целей.

Мокрые системы пылегазоочистки обеспечивают также дополнительное снижение выбросов следующих веществ:

• пыли;
• ПХДД/ПХДФ (если используется пропитанный углеродом сорбирующий материал, то возможно снижение на 70% по всему скрубберу, в противном случае степень удаления будет пренебрежимо малой; активированный уголь или активированный кокс могут быть добавлены в скруббер для более высокой эффективности их удаления);
• Hg2+ (если используется первая стадия с низким значением pH (порядка 1) и в отходах имеются концентрации HCl, предусмотренные для подкисления этой стадии, тогда может иметь место удаление HgCl2, но на металлическую ртуть воздействие обычно не оказывается).

Определенные перспективы следует ожидать от использования системы полусухой очистки.

Полусухие системы газоочистки обеспечивают высокую эффективность удаления нерастворимых кислых газов. Низкие предельные значения выбросов могут быть обеспечены с помощью регулирования дозы вводимого реагента и выбранного места в системе, при этом чаще за счет возрастающего потребления реагентов и уровней образования остатков.

Полусухие системы используются с рукавными фильтрами для удаления загрязняющих веществ и продуктов их реакции. Для улавливания из дымовых газов ртути и ПХДД/ПХДФ, кроме щелочных, также могут быть добавлены другие реагенты. Чаще всего эта система используется как одностадийный реактор/фильтр для совместного снижения выбросов:

• пыли — фильтруется с помощью рукавного фильтра;
• ПХДД/ПХДФ — улавливаются, если инжектируется активированный уголь, а также щелочной реагент;
• ртути — улавливается, если инжектируется активированный уголь, а также щелочной реагент.

К недостаткам настоящего метода относится увеличение уровней образования остатков, которые требуют дополнительного обезвреживания.

Системы полусухой очистки конструктивно исполнены в виде оросительной колонны и рукавного фильтра.

Рециркуляция реагентов имеет следующие преимущества по сравнению с другими системами газоочистки:

• пониженное потребление реагентов (по сравнению с сухой и полусухой системами);
• пониженное образование твердых остатков (содержат меньше непрореагировавшего реагента);
• пониженное потребление воды и отсутствие образования стока (по сравнению с мокрыми системами).

Оптимизация интенсивности впрыска реагентов. Впрыск реагента и скорость захвата молекул загрязняющих веществ требуют оптимизации для предотвращения нагрузки по сорбенту и возможного проскока вещества (например, ртути и ПХДД/ПХДФ, абсорбируемых на угле).

Системы сухой очистки дымовых газов. Известь (например гашеная известь, известь с высокой удельной поверхностью) и бикарбонат натрия обычно используются в качестве щелочных реагентов. Добавка активированного угля предусматривается для улавливания с помощью абсорбции ртути и ПХДД/ПХДФ.

При впрыскивании мелко измельченного бикарбоната натрия в горячие газы (выше 140 °C) он превращается в карбонат натрия с высокой удельной поверхностью и становится эффективным реагентом для абсорбции кислых газов.

Подбор щелочного реагента. В системах газоочистки используются различные щелочные реагенты (и их сочетания). Каждый вариант обладает преимуществами и недостатками. Подбор реагентов является комплексной технологической задачей.

Во всех типах систем очистки дымовых газов используется известь, однако чаще всего — в системах мокрой и полусухой очистки. Это как гашеная известь в сухих системах, так и гидратированная известь в полусухих системах, а также известь с высокой удельной поверхностью. Бикарбонат натрия применяется для некоторых, главным образом, сухих систем. Гидроксид натрия и известняк применяются только для влажных систем газоочистки.

В некоторых случаях реализуются смешанные системы очистки дымовых газов.

Прямая добавка щелочных реагентов к отходам используется для снижения нагрузки на элементы установки утилизации и обезвреживания отходов термическими способами благодаря тому, что щелочные реагенты взаимодействуют с кислыми газами по мере их образования в печи. Адсорбция в печи при высоких температурах намного более эффективна для SO2, чем для HCl.

Использование щелочных реагентов будет изменять состав шлака, а также состав и электрическое сопротивление летучей золы.

Достигаемые экологические преимущества

Снижение негативного воздействия на атмосферный воздух посредством снижения выбросов кислых газов (HCl, HF, SO2 и др.).

НДТ 6.3 Снижение выбросов оксидов азота

Для снижения выбросов оксидов азота применяются методы, изложенные ниже, а также иные методы очистки выбросов в атмосферный воздух от оксидов азота, которые обеспечивают содержание кислых газов в выбросах в количествах, не превышающих соответствующие технологические показатели, приведенные в Приложении А настоящего справочника.

Область применения

Технология применима для всех термических способов утилизации и обезвреживания отходов, содержащих в своем составе органические вещества.

Описание

Селективное каталитическое восстановление (СКВ). При сжигании отходов СКВ применяется после обеспыливания и очистки от кислых газов. При использовании данного способа обычно требуется подогрев дымовых газов после предыдущих стадий газоочистки (температура на выходе из газоочистки составляет 70 °C для мокрых систем и 120 — 180 °C — для большинства рукавных фильтров). Для достижения рабочих температур для системы СКВ необходима температура 230 — 320 °C.

СКВ может также каталитически разрушать ПХДД/ПХДФ (эффективность деструкции составляет 98 — 99,9%).

Рабочая температура катализатора — 100 — 220 °C.

Пониженные температуры систем СКВ менее эффективны для деструкции ПХДД/ПХДФ, что может потребовать дополнительных расходов катализатора.

Селективное некаталитическое восстановление (СНКВ). В процессе СНКВ аммиак (NH₃) или карбамид (CO(NH₂)₂) впрыскиваются в печь для снижения выбросов NOx.

4NO + 4NH_{3} + O_{2} \rightarrow 4N_{2} + 6H_{2}O .

NH₃ наиболее эффективно реагирует с NOx в диапазоне температур от 850 °C до 950 °C. При использовании мочевины эффективными являются температуры до 1050 °C. Если температура выше указанной, в результате конкурирующей окислительной реакции образуются нежелательные NOx. Если температура ниже необходимых диапазонов или время пребывания для реакции между NH3 и NOx недостаточное, эффективность восстановления NOx снижается и могут возрасти выбросы избыточного аммиака (проскок аммиака).

Основными факторами, влияющими на функционирование систем очистки от NOx, являются:

• смешение реагентов с отходящими газами;
• температура;
• время пребывания в температурном окне.

Этот способ применяется тогда, когда:

• разрешенное среднесуточное установленное значение выбросов находится в диапазоне от 100 до 200 мг/нм3;
• нет возможностей для установки СКВ;
• имеются подходящие места для впрыска реагента (включая соблюдение требований к температуре).

При выборе реагента необходимо учитывать различные факторы, связанные с эксплуатационными показателями процесса и затратами на него, для обеспечения оптимального выбора для соответствующей установки (см. таблицу 5.4).

Результатом применения обоих реагентов является снижение выбросов NOx. Выбор реагента, который лучше всего подходит для использования на установках утилизации и обезвреживания отходов в печи, должен обеспечивать снижение выбросов NOx с минимальным проскоком аммиака и образованием N2O.

Таблица 5.4

Преимущества и недостатки использования мочевины и аммиака для СНКВ

Достигаемые экологические преимущества

Снижение негативного воздействия на атмосферный воздух посредством снижения выбросов оксидов азота.

НДТ 6.4 Снижение выбросов ПХДД/ПХДФ

Для большинства отходов невозможно достижение требуемых норм по выбросам ПХДД/ПХДФ только за счет оптимизации процесса сжигания.

Для снижения выбросов ПХДД/ПХДФ применяются методы, изложенные ниже, а также иные методы очистки выбросов в атмосферный воздух от ПХДД/ПХДФ, которые обеспечивают содержание ПХДД/ПХДФ в выбросах в количествах, не превышающих соответствующие технологические показатели, приведенные в Приложении А настоящего справочника.

Область применения

Технология применима для всех термических способов утилизации и обезвреживания отходов, содержащих в своем составе органические вещества.

Описание

Предотвращение вторичного образования ПХДД/ПХДФ в системе газоочистки. Снижение времени пребывания запыленного газа в температурной зоне от 450 °C до 200 °C снижает риски образования ПХДД/ПХДФ и подобных соединений.

Если стадии удаления пыли используются в этой температурной зоне, время пребывания летучей золы в этом диапазоне удлиняется, следовательно, формируется рисковая зона образования ПХДД/ПХДФ. Температура на входе в стадию обеспыливания поэтому должна быть ниже 200 °C. Этого можно достичь с помощью: