Технологическая схема термической переработки опасных

Санкт-Петербургский Научный Центр РАН
5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОПАСНЫХ
МЕДИЦИНСКИХ ОТХОДОВ КЛАССОВ Б, В, Г
5.1. Общие сведения о рекомендуемой для установки технологии
В результате критического рассмотрения и технико-экономического анализа использования
основных возможных направлений переработки опасных медицинских отходов классов Б, В, Г,
имеющей целью полное устранение их инфекционной и максимальное снижении химической
опасности для окружающей среды и людей, для последующего безопасного размещения на
полигоне [14], была избрана технология сжигания и высокоэффективной очистки образующихся
дымовых газов в варианте, предлагаемом компанией «ATI INVIRONNEMENT», Франция.
Необходимо отметить, что при этом также практически десятикратно относительно исходного
веса сжигаемых отходов сокращается масса подлежащей захоронению золы и ещё более
значительно сокращается объём. Подробнее этот вопрос рассмотрен в разделе 4.
Оригинал технического описания [16] приведен в Приложении 6.
Рекомендованная подходящая по мощности переработки модель установки HP 1750-24H4S
компании «ATI INVIRONNEMENT» рассчитана на переработку 5000 т/год медицинских отходов
классов Б, В и, частично, Г, что должно составить для Санкт-Петербурга около половины
ожидаемого в ближайшие годы общегородского их количества. Режим работы установки
планируется непрерывным, круглосуточным (24 часа в сутки), продолжительностью 7446 час/год с
остановками на ремонт и техническое обслуживание около 1300 час/в год (15% общего времени).
Энергетические характеристики данной установки рассчитаны исходя из ожидаемой
теплоты сгорания перерабатываемых отходов 3500ккал/кг (14654,5 кДж/кг), что соответствует,
приблизительно, середине диапазона значений теплотворной способности этого вида отходов.
Инсинератор представляет собой двухкамерную печь с четырёхступенчатым подом первой
камеры и второй камерой для дожига образовавшихся газов и пылевых включений в вихревом
режиме с использованием тепла сгорания монооксида углерода, образовавшегося на первых
ступенях пода первой камеры вследствие недостатка кислорода воздуха для полного окисления
органических веществ, что обеспечивает режим близкий к пиролитическому. Выгорание углерода
из зольного остатка происходит при подаче регулируемого количества воздуха на последних
ступенях пода печи.
При этом в установившемся состоянии процесс будет работать в аутотермичном режиме (за
счёт тепла сгорания отходов). В качестве внешнего энергоносителя предлагается использовать
дизельное топливо или
природный газ, который необходим для пускового периода работы
установки, а также ряда особых случаев и отклонений.
45
Санкт-Петербургский Научный Центр РАН
Данная модель установки обеспечивает поддержание технологических параметров
оптимально безопасного режима сжигания отходов, содержащих примеси, служащие источником
образования полихлордифенилдиоксинов и полихлордифенилфуранов (ПХДД и ПХДФ).
Таковыми служат, в первую очередь, полимерные изделия из поливинилхлорида (ПВХ).
Согласно рекомендациям Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ, WHO) и
международных природоохранных организаций, основным условием минимизации образования
ПХДД и ПХДФ служит пребывание дымовых газов от сжигания смесей веществ, содержащих
изделия из ПВХ и других хлорорганических соединений, при температуре не ниже 1100 оС в
течение не менее 2 секунд (что необходимо для установления термодинамически равновесного
состава галогенсодержащих примесей с минимумом концентрации ПХДД и ПХДФ) и
последующего возможно более быстрого охлаждения дымовых газов до 250
о
С с целью
предотвращения (минимизации) повторного их образования в соответствии с равновесными
концентрациями в области 300 - 400 оС [39]
Такой температурный режим автоматически гарантирует гибель любых форм носителей
болезнетворных инфекций и разрушение в окислительной среде подавляющего большинства
органических токсикантов.
Ещё одним несомненным достоинством выбранной модели служит относительно простая и,
в то же время, весьма эффективная технология очистки подлежащих выбросу дымовых газов от
неудаляемых в процессе сжигания вредных химических веществ и остаточных количеств ПХДД и
ПХДФ, а также прочих полихлорированных и полициклических веществ из категории
«супертоксикантов».
Предусматриваемая
«сухая»
нейтрализация
кислых
газов
гранулированным
гидроксидом кальция, сорбционная очистка дисперсным активированным углем и
последующая система из обычного механического пылеудаления и супертонкой фильтрации
нейтрализованных газов с использованием запатентованного фирмой-поставщиком («ATI
INVIRONNEMENT») фильтровального устройства с периодической регенерацией с
периодом эксплуатации в 3 года, позволяет при отсутствии загрязнённых сточных вод и
минимуме отходов снизить на выходе из дымовой трубы содержание тяжёлых металлов и
органических супертоксикантов, включая вышепоименованные ПХДД и ПХДФ, ниже
уровня, приемлемого по стандартам Российской Федерации и Европейского Союза.
Технологическая Установка HP1750H4S подразделяется на два функциональных блока –
блок загрузки медицинских отходов и их двухстадийного сжигания и блок очистки дымовых газов
от вредных примесей.
46
Санкт-Петербургский Научный Центр РАН
Полный комплекс Установки обработки медицинских отходов будет также включать
следующие компоненты:
∙ закрытый участок для разгрузки герметичных контейнеров для мусора с грузовиков;
∙ пункт проверки наличия радиации;
∙ помещение для холодного хранения на короткий период;
∙ устройства очистки контейнеров;
∙ хранение пустых контейнеров;
∙ оборудование, включающее системы подачи, средства контроля выбросов, обработку и
хранение отходов/побочных продуктов;
∙ хранение остатков (зола, остатки от очистки отходящих газов), слишком крупных для
непосредственного хранения перед транспортировкой на объект, предназначенный для их
утилизации.
Особо следует отметить роль помещения холодного хранения, призванного обеспечить
устойчивость работы установки и своевременный вывоз отходов с территорий ЛПУ.
Рис. 5.1. Технологическая схема установки HP1750H4S
47
Санкт-Петербургский Научный Центр РАН
5.2.
Технология
функционирование
процесса
отдельных
сжигания
узлов
опасных
установки
HP
медицинских
1750-24H4S
отходов
компании
и
«ATI
INVIRONNEMENT» . Блок 1
9
7
6
8
5
1
3
4
11
2
1 - автоматический загрузчик; 2 - автоматическая реверсивная система подачи; 3 - камера сжигания; 4 - горелка
камеры сжигания; 5 - камера дожига; 6 - горелка камеры дожига;
7–
байпас; 8 - бойлер рекуперации тепловой энергии; 9 - система охлаждения
Рис. 5.2. Блок сжигания медицинских отходов
Автоматическая система загрузки отходов
Отходы поступают на Установку в герметичных контейнерах ёмкостью 1м3. Установка
сжигания оснащена герметичным приёмным бункером загрузки с двумя шлюзами. Таким образом,
создается постоянная герметизирующая изоляция газовой среды в камере сгорания от
окружающего воздушного пространства. Этим устраняется проблема запаха, дыма и горения в
головной части печи.
Приёмный бункер оснащён приспособлением, опрокидывающим контейнер с мусором
ёмкостью 1м3, оснащенный боковыми разгрузочными отверстиями в бункере. Поступление
отходов в топочную камеру происходит через два шлюза, подающие отходы в топочное
пространство при открытии гильотинной двери с помощью гидравлического привода. Подача
отходов обеспечивается автоматической системой загрузки с гидравлическим приводом,
оснащённым двумя действующими системами управления, позволяющими регулировать запуск и
48
Санкт-Петербургский Научный Центр РАН
остановку движения подъема мусорного бака. Цилиндр, изготовленный из прочного стального
листа, содержит жаропрочный щит, который препятствует его деформации при открытии
гильотинной двери (от огня).
Описанная технология позволяет оператору избежать контакта с опасными отходами,
которые находятся в контейнере в герметичных упаковках.
Поскольку вся система загрузки полностью автоматизирована, процедура загрузки является
термически безопасной для обслуживающего персонала, так как нет прямого контакта с камерой
сгорания при основных загрузочных операциях:
∙ открытии загрузочного герметичного бункера;
∙ опрокидывании отходов из мусорного бака в бункер;
∙ закрытии бункера;
∙ открытии гильотинной двери;
∙ загрузке отходов в печи с помощью толкателя с гидроприводом;
∙ закрытии гильотинной двери.
Новая загрузка возможна после того, как панель управления даст на это разрешение.
Дверца бункера
Бункер
Толкатель
отходов
Вагонетка с
опрокидывающимся
кузовом
Рис 5.3. Загрузочное устройство
49
Санкт-Петербургский Научный Центр РАН
Система сжигания отходов
1-я камера сжигания отходов
Камера сгорания будет состоять из 4-х ступеней сжигания, каждая из которых оснащена
толкателем с гидроприводом для обеспечения постоянного перемещения вперед и опрокидывания
отходов на последующую ступень, расположенную ниже по уровню. Толкатели будут работать в
автоматическом
режиме
и
будут
управляться
посредством
гидравлических
домкратов,
обеспечивающих управление перемещением отходов к каждой ступени пода.
Каждая ступень сгорания будет оснащена основными воздушными форсунками для
обеспечения полного сгорания. Нагнетание воздуха будет производиться с давлением 500 мм H 20.
Такое давление позволяет пронизывать массу сжигаемых отходов и избежать несгоревших частей.
Один клапан с электроприводом регулирует вентилятор в соответствии с ситуацией
сжигания. Рабочая температура в первой камере поддерживается на уровне >900°C. Каждая
ступень печи будет также оснащена горелкой (всего четыре горелки), это позволит производить
независимое управление каждой горелкой на каждой ступени. Автоматическая система сжигания
и моноблочная литая направляющая пламени оснащены электронным устройством зажигания и
постоянной вентиляции.
Камера сгорания изготовлена из специально разработанной листовой стали (толщиной от 5
до 15 мм). Изоляция камеры сгорания состоит из огнеупорных кирпичей, имеющих высокое
содержания алюминия и силикатного теплоизоляционного кирпича для обеспечения минимальной
температуры на внешней стороне металлического листа. Свойства огнеупорных и изолирующих
кирпичей
соответствуют
механическим,
коррозионным
и
температурным
требованиям:
огнеупорные термоустойчивы до 1600 °C, а изолирующие, силикатные, термоустойчивы до 1000
°C.
Первой фазой процесса сжигания, происходящего в первой камере, является сжигание
при
ограниченном
доступе
воздуха
(Частичный
эффект
пиролиза),
сопоставимый
с
газификацией. Горение в обеднённой кислородом атмосфере производит газообразные продукты
сгорания, обогащенные CO, а не СО2 .
Такой режим служит значительным преимуществом для последующего дожигания
газов во второй камере топочного агрегата, так как CO является горючим газом (НТС = 2412
ккал/кг). Процесс при этом протекает при полном самовозгорании (горение СО возможно при
температуре выше 700 °C, что следует учитывать при запуске) и не требует никаких других
горючих средств в установившемся режиме.
Исключением служат стадии подогрева или
запуска, или если отходы имеют более низкую теплотворную способность (НТС) до 2000 ккал/кг
(8374кДж/кг).
50
Санкт-Петербургский Научный Центр РАН
Недостаток
воздуха
первой
фазе позволяет
допускать
большую
неоднородность
теплотворной способности отходов (от 2000 до 7000 ккал/кг) без риска тепловой перегрузки печи,
оборудования рекуперации энергии и системы газоочистки. Этим создается дополнительная
безопасность для обработки отходов, имеющих различную теплотворную способность одной
поставки от другой, позволяет выполнять загрузку навалом без сортировки и смешивания.
На второй и третьей ступенях первой камеры происходит подача воздуха (а при
недостаточной теплотворной способности отходов и газа) и аэробное сжигание органики после её
пиролитической обработки. На четвёртой ступени производится перемешивание золы и подача
воздуха и топлива внутрь золы для выжигания остаточного углерода из золы до концентрации
ниже 3%.
Горелка 1
Горелка 2
1 ступень
пода печи
Первичная
подача
воздуха
Горелка 3
2 ступень
пода печи
Горелка 4
3 ступень
пода печи
4 ступень
пода печи
Рис. 5.4. Первая камера сжигания четырёхступенчатого устройства
Автоматическая система удаления золы
Толкатель с гидроприводом второй ступени печи позволяет производить эвакуацию золы в
зону выгрузки золы через желоб и герметичную систему быстрого охлаждения до скиповой
тележки для последующего удаления.
51
Санкт-Петербургский Научный Центр РАН
Разгрузка помещается под устройством сжигания и отделена от камеры сгорания дымовой
заслонкой, которая управляется посредством гидравлической системы. Операция удаления золы
будет осуществляться автоматически.
Камера вторичного сжигания (дожигания)
Вторым этапом является фаза дожигания газа, получаемого в камере сгорания при высокой
температуре. Высокое содержание СО в этих газах позволяет производить повторное зажигание
факела простой подачей воздуха с горелок дожигания (При температуре выше 700 °C). Поэтому
такая обработка особенно хорошо подходит для очистки газа на месте.
Дожигание газа происходит при температуре 1100 °С в течение 2 секунд. Цилиндрическая
форма вторичной камеры сгорания, в сочетании с вихревым эффектом при вторичной подаче
воздуха, (были специально разработаны и запатентованы фирмой ATI ENVIRONNEMENT), и
позволяют обеспечить очень низкое количество углеводородных отходов. Это также способствует
ограничению осаждения сажи по ходу нисходящего потока и большого количества твердых
частиц подлежащих обработке в пылеуловителе.
Повторный запуск сжигания посредством вторичного воздуха с горелки дожигания и
полученные
высокие
температуры
пламени
позволяют
завершить
сгорание
тонких
карбонизированных частиц. Таким образом, на выходе после печи остаётся очень небольшое
количество несгоревшей золы. Камера дожигания снабжена смотровыми люками, что позволяет
работающему оператору производить периодическую очистку от пыли.
Конструкция горелки дожигания аналогична конструкции горелок сжигания. Камера
дожигания облицована высокопрочными теплоизоляционными материалами такими же, как в
первой камере – огнеупорными, обладающими термоустойчивостью до 1600 °C и изолирующими,
силикатными, обладающими термоустойчивостью до 1000°C.
Аварийная обводная вытяжная труба (мера безопасности)
Байпас-система размещена на камере дожигания, в виде вытяжной трубы, облицованной
стальным листом. Внутри обводная труба футерована огнеупорным материалом. Управление
клапаном будет производиться посредством пневматического домкрата.
На крышке первой успокоительной камеры расположена труба-байпас. Эта труба и
закрывающая её сверху крышка служат предохранительным клапаном, который открывается в
различных ситуациях для удаления под собственным давлением газов из всех объёмов
технологической линии сжигания. Главной целью срабатывания клапана и его открытия, служит
необходимость обеспечить безопасность в нештатных обстоятельствах:
52
Санкт-Петербургский Научный Центр РАН
1. Использование байпаса в качестве предохранительного клапана
в случае взрыва, высокое давление внутри печи вытолкнет клапан, и газы
выйдут наружу;
2. В случае превышения давления или температуры в линии
фильтрации
(в системе водооборота, реакторе, фильтрах), клапан
откроется, чтобы предотвратить любое повреждение;
3. Клапан остается открытым в начале предварительного нагрева,
чтобы предотвратить попадание холодных газов в линии фильтрации;
4. Клапан остается открытым, когда установка остановлена, чтобы
произвести удаления любого газа в печи и охлаждения всей линии;
5. Клапан открывается, если нажата одна из
главных кнопок
чрезвычайной остановки;
В случае отказа дымососа газы не могут быть откачаны из всей
линии, байпас открывается, чтобы удалить дымовые газы.
Клапан байпаса нормально открыт при отключении энергии
благодаря противовесу, который его открывает. Это обеспечивает
безопасность в случае перебоя в питании (воздух, электричество).
Рис. 5.5. Обводная вытяжная труба (Байпас)
Аварийный режим (Временные режимы работы байпаса)
В описании перечислены 5 режимов, при которых открывается байпас. Из них 1 режим
является технологическим - режим разогрева, остальные режимы - аварийные.
В режиме разогрева отходы в камере сжигания полностью отсутствуют, поэтому в
выбросах содержится только вода и углекислый газ, окислы азота. Как только первые отходы
загружаются в камеру сжигания, байпас автоматически закрывается. Максимальное время
разогрева после длительного простоя составляет 3 часа.
В соответствии с законодательством Евросоюза - Директива 2000/76/EC статья 11 пункт 11,
время открытия байпаса мусоросжигательного завода в режиме разогрева не лимитируется
Время, в течение которого байпас может быть открыт в аварийных режимах, ограничено не более 60 часов в год и не более 4 часов единовременно (статья 13 пункт 3 - Директива
2000/76/EC).
Объем газового потока в единицу времени после камеры дожига - 12000 м3/час. По
статистическим данным для заводов-аналогов, аварийный режим наступает в среднем 1 раз за 6
месяцев работы. Средняя продолжительность аварийного режима - 10 мин. Поэтому, 4000 м3 - это
53
Санкт-Петербургский Научный Центр РАН
вероятный годовой объем выбросов неочищенных дымовых газов.
5.3. Система очистки дымовых газов
Мусоросжигательная печь модели HP 1750-24H4S системой очистки дымовых газов.
Система очистки дымовых газов состоит из аварийной обводной трубы, одного теплообменника с
водяными трубами, двух реакторов сухого типа и одного керамического фильтра.
Теплообменник с водяными трубами
Чтобы обеспечить протекание
реакций и фильтрации дымовых газов в оптимальных
условиях, их следует охладить (по разным причинам):
- для проведения реакции в реакторе, температура должна быть около 200-230°C.
- для фильтров безопасная температура не должна превышать 350 °C.
Поэтому газы охлаждают пропусканием через теплообменник, выполненный из рядов
водяных труб; отводимое тепло циркулирует в водном контуре и рассеивается посредством
комплекта радиаторов, установленных снаружи сооружения. Имеется 12 вентиляторов для обдува
радиаторов, они управляются 2 х 2 в соответствии с температурой воды. В случае отключения
электричества, они будут перезапущены позже, чем остальные двигатели, чтобы избежать
слишком большой нагрузки на основной источник питания.
18
17
14
8
15
10
16
12
13
10 - Реакторы №1 и №2; 11 - Автоматическая система выгрузка золы; 12 – Инжекторная система№1; 13 Инжекторная система №2; 14 - Керамический фильтр; 15 - Выход очищенного газа; 16 - Вентилятор (дымосос) для
удаления газа; 17 - Платформа для проведения инструментальных замеров;18 - Труба
Рис. 5.6. Технологическая схема очистки дымовых газов
54
Санкт-Петербургский Научный Центр РАН
Контур водяного охлаждения является замкнутым контуром и должен быть заполнен
очищенной водой, чтобы защитить элементы от любого вида коррозии и накипи. Он включает в
себя циркуляционный насос, предохранительные клапаны, манометр, сливное отверстие,
термометр, уравнительный резервуар, заполнительный насос.
Температуа
на входе
около 750°C
Горячая вода
90 °C
Температуа
на выходе
около 230°C
Холодная вода 80°C
Рис. 5.7 Теплообменник для быстрого охлаждния дымовых газов
Схема работы
Для предотвращения любого превышения температуры должна быть установлена
аварийная сигнализация. Если температура продолжает расти после сигнала тревоги, при
достижении предельного значения открывается обводная линия (Байпас, см. выше).
Предохранительный клапан, рассчитанный на 4 бара, расположенный на выходе
теплообменника, защитит контур в случае чрезмерного давления. В нормальных условиях
давление должно быть около 3,4-3,5 бар. Когда печь остывает, давление снижается примерно до
1,2 бара. Буферный бак на линии поглощает колебания давления.
Автоматическая система очистки будет сдувать пыль между трубами для поддержания
уровня теплопередачи и уменьшения сопротивления потока. Она состоит из 2 комплектов по 4
трубы с отверстиями, расположенных в линии между водяными трубами, и приводится в
движение мотор-редуктором с шестернями и цепями. Каждая труба снабжена своим собственным
электромагнитным клапаном и поворотным соединением, а также одним буферным резервуаром,
питающим 2 продувочные трубы. Из-за жара трубы будут вращаться все время и продувать в
течение 10 секунд каждые 40 секунд. Пыль падает в расположенный ниже бункер и
транспортируется в емкости шнеками, которые вращаются все время. Емкости с пылью,
являющиеся отходом производства, удаляет рабочий-оператор.
55
Санкт-Петербургский Научный Центр РАН
Предохранительный
клапан
Измерительные
приборы для
воды
Винтовой транспортёр
внизу х 2
Автоматическая система
очистки воздухом
Рис. 5.8. Внешний вид теплообменника и автоматическая система очистки сжатым воздухом
Реактор сухого типа и система керамических фильтров
(Соответствует Европейским нормам на эмиссию)
Покидая рекуперативный котел с горячей водой, отходящий газ имеет температуру от 150 °
C до 200 ° C и содержит загрязняющие вещества, состоящие из пыли, HCl, SО 2, HF, тяжелых
металлов, диоксинов и фуранов.
Принцип нейтрализации кислотных и прочих примесей состоит во введении двух
нейтрализующих веществ: гашеной извести для нейтрализации кислот, таких как HCl, SО2, HF, и
активированного угля для поглощения диоксинов и фуранов, летучих металлов.
- средний расход мелкодисперсной гашеной извести (рекомендуется продукт SORBACAL
фирмы LHOIST Co.) составляет около 30-50 кг / ч в зависимости от качества отходов
- средний расход активированного угля, (рекомендуется новый минеральный адсорбент
Minsorb фирмы LHOIST Co) составляет 5-7 кг /час.
Нейтрализующие химические продукты и адсорбент хранятся в двух раздельных бункерах.
Они вводятся каждый в свой реактор, в которых взаимодействуют в смеси газ/нейтрализатор для
очистки от загрязняющих веществ.
56
Санкт-Петербургский Научный Центр РАН
Дымовые газы +
реагенты
Подача угля
Дымовые газы
Подача
извести
Удаление пыли в мешки оператором
Рис. 5.9. Реактор сухого типа для очистки дымовых газов
Работа реактора
Дымовые газы входят в реактор и вращаются вокруг центрального канала циклона.
Центробежная сила отделяет самые тяжелые частицы, которые упадут вниз.
Ротационный клапан в основании будет вращаться 3 минуты через каждые 8 минут, чтобы
сбросить пыль в большой мешок, расположенный внизу, и накапливаются.
Когда газы выходят из циклона, вводится активированный уголь.
Во втором отделении реактора вводится известь.
Соединение извести/углерода и паров реагирует весь путь до фильтров и продолжает
реагировать, когда осядет на керамических фильтрах.
Реактивы, используемые и рекомендуемые ATI, это MINSORB для активного угля и
SORBACAL для гидратированной извести. Клиент может изменить их на местный эквивалент по
финансовым причинам, но количество, введенное для реакции, изменится.
Одна из самых важных характеристик реагентов - удельная поверхность.
Удельная поверхность: поверхность, которой может обладать 1 г продукта. Чем она выше,
тем большая поверхность контакта с дымовым газом, что означает меньше продукта, вводимого
для того же самого результата. Это – прямой индикатор эффективности продукта. (У Sorbacal
удельная поверхность 40 м ²/г, в то время как у исходной гидратированной извести был бы
10-20 м²/г).
57
Санкт-Петербургский Научный Центр РАН
Реакция извести: количество продукта, необходимого для нейтрализации
НCl при
предельном (по условиям поставки) количестве Cl в отходах 1% и зависит от часовой подачи
медицинских отходов. При расходе в среднем отходов 6,7кг/ч, происходит образование 6,9 кг/ч
HCl. Количества HF и SO2
в составе дымовых газов уступают содержанию HCl, согласно
статистике, более чем на порядок.
Химическая реакция нейтрализации в реакторе:
Гашеная известь: Ca(OH)2 - безводный нейтрализующий реагент.
Ca(OH)2 + 2 HCl
CaCl2 + 2 H2O
Ca(OH)2 + 2 HF
CaF2 + 2 H20
Ca(OH)2 + SO2
CaSO3 + H2O
Ca(OH)2 + SO2 + 0.5 O2
CaSO4 + H2O
Образующиеся в результате нейтрализации соли входят в состав отходов производства.
Стехиометрическая пропорция для их реакции (количество продукта, необходимого для
реакции) дает 8,47 кг/ч необходимой извести. Совет поставщиков принять 300% этого количества
чтобы обеспечить гарантию дезактивации кислот. Итак, заключительное количество составит 33.9
кг/ч. гашеной извести. (При уменьшении часовой подачи количество может быт ниже, например,
при расходе 6,25 кг/ч расход Ca(OH)2 31,9 кг/ч).
Адсорбция активным углеродом: углерод захватит диоксины, фураны и тяжелые металлы.
Реакция слишком сложная, чтобы применить простой расчёт. По рекомендации экспертов
и поставщиков принято 150мг/Nм3
Реактивы хранятся в 2 различных резервуарах с системой шнекового конвейера для ввода
продуктов через резиновый шланг. Операторы, чтобы заполнить резервуары из больших мешков
пользуются электрическим подъемником.
Количество введенной извести регулируют 2 различными скоростями на шнеке и
управляют через PLC1 согласно уровню концентрации HCl, полученном на анализаторе. Чтобы
выполнить европейские стандарты, высокая скорость - установка для 7.5 мг HCL, и сигнал тревоги
появляется, если уровень HCl остается более чем 7.5 мг больше 30 минут. В этом случае резервуар
извести может оказаться пустым.
Программи́руемый логи́ческий контро́ллер (сокр. ПЛК; англ. programmable logic controller, сокр. PLC),
программируемый контроллер — электронная составляющая промышленного контроллера, специализированного
(компьютеризированного) устройства, используемого для автоматизации технологических процессов.
1
58
Санкт-Петербургский Научный Центр РАН
Реакторные трубы
Циклон
Бункер активного
угля
Бункер извести
Удаление пыли
Системы ввода
угля и извести
Рис. 5.10. Внешний вид реакторов и питающих бункеров
Фильтрация дымовых газов
Выходная
заслонка х 3
Корпус
фильтра
Система очистки
фильтров х 3
Сборный
бункер
(золы)
фильтра
Проверочный люк х 3
Входная
заслонка х 3
Шнеки удаления
летучей золы
Рис. 5.11. Фильтрационная система
59
Санкт-Петербургский Научный Центр РАН
Рис. 5.12. Устройство керамического фильтра
Фильтрационная система состоит из 3 сборок, составленных керамических трубчатых
фильтров, расположенных в верхней части корпуса фильтра. Пары проходят из бункера в верхний
сборник через ряды керамических элементов (384 элементов/фильтров). Согласно следующему
рисунку, смесь дымовых газов и реагентов (угля и извести) просасывается через фильтрующий
элемент дымососом. Прокладка на каждом элементе обеспечивает герметизацию между трубной
доской (рорванд) и бункером.
Корпус фильтра предназначен для фильтрующих модулей. Модули фильтров с
керамическими фильтрующими элементами (модуль и элементы расположены таким образом, что
они могут быть заменены в горизонтальном положении со стороны чистого воздуха).
60
Санкт-Петербургский Научный Центр РАН
Пористая
керамика
Рорванд
Защитный слой
Уплотнение
Рис.5.13. Схема работы керамического фильтра
Крупные частицы пыли отделяются под действием центробежной силы на входе в
керамический фильтр. Поток дымовых газов затем равномерно всасывается через фильтрующие
элементы. Пыль остается поверх фильтрующих элементов, в то время как очищенной поток
дымовых газов проходит через поровые каналы фильтра.
Защитное покрытие из реагентов формируется на поверхности фильтров так, чтобы реакция
могла все еще произойти на элементе. Это покрытие растет во время процесса и периодически и
автоматически очищается.
По истечении
настроенного периода времени
во внутреннюю
часть
элементов
пульсационной системой очистки током вниз подается струя сжатого воздуха. Струя сжатого
воздуха сдувает скопления пыли с элементов фильтра в пылесборный бункер, расположенный под
корпусом фильтра. После того, как пыль будет полностью отфильтрована, очищенные дымовые
газы транспортируются посредством дымососа через клапан регулирования температуры.
Система очистки фильтров составлена из рядов труб сверху цилиндров, соленоидный
клапан открывается, когда вводят воздух в керамический элемент изнутри. Четыре
буферных резервуара на каждом фильтре питают эти трубы выдувания. Измеряется
снижение давления между трубной доской и бункером, когда оно достигает предела,
запускается очистка отдельными рядами, пока давление не возвращается к нормальному
61
Санкт-Петербургский Научный Центр РАН
состоянию. Когда начинается следующий цикл очистки, он начинается последним рядом
предыдущего цикла. Этим всем управляют автоматически через PLС.
Замена керамических фильтров
Плановая замена керамических фильтров (384 элемента) следует через каждые 3 года
эксплуатации. Очистка керамических фильтров происходит автоматически посредством подачи
обратного потока воздуха под высоким давлением.
После того, как попавшая в бункер пыль проходит ротационный клапан она передаётся 2
шнеками в большой мешок. Шнеки вращаются все время, и первый не может вращаться, если
второй остановлен, чтобы избежать какой-либо уплотнения(забивки) пыли в шнеке. Ротационный
клапан на каждом фильтре вращается один за другим каждые 30 сек. Таким образом
осуществляется пылеудаление с установки.
Низких температур следует избегать в фильтрах по различным причинам:
∙ Влажность из-за конденсации, которая может повредить керамический элемент
(согласно его устройству элемент поглощает воду с некоторыми реактивными, и это создаст в нём
пробку внутри, что выведет его из строя),
∙ Температурный шок (удар) повредил бы элемент.
Согревающая циркуляция фильтра будет поддерживать температуру фильтра. Она состоит
из замкнутой цепи с воздухом, унесенным дымососом через нагревающееся сопротивление в
бункере через фильтр.
Преимущества керамических фильтров перед другими решениями:
• Высокая производительность по фильтрации;
• Долговечность (уменьшают стоимость и частоту обслуживания);
• Сопротивление высокой температуре;
• Кислотная газовая устойчивость к коррозии;
• Низкая изнашиваемость при воздушной очистке;
• Лучший контроль потока газа;
• Легкая замена (легкий доступ, сменный один за другим) даже при некоторых затратах
времени на изоляцию фильтра.
62
Санкт-Петербургский Научный Центр РАН
Таблица 5.1. Эффективность очистки дымовых газов от взвешенных и тяжёлых металлов
До газоочистки
Загрязнитель
(поток через
байпас)
После очистки дымовых
газов керамическим
Эффективность
фильтром (Пределы,
очистки, %
установленные ЕС)
Частицы пыли (мг/м3)
500
< 10
> 98
Тяжёлые металлы (мг/м3)
10
< 0.05
> 99
Свинец и соединения (мг/м3)
5
< 0.01
> 99
Мышьяк и соединения (мг/м3)
2
<0.01
> 99
Таблица 5.2 Химическая (гидроксидом кальция) и сорбционная очистка (углем)
До газоочистки После очистки дымовых
Загрязнитель
Эффективность
(Поток через
газов керамическим
байпас)
фильтром (Пределы, ЕС)
HCl (мг/м3)
1900
< 10
> 99
SO2 (мг/м3)
300
< 50
> 83
Диоксин/фураны (нг/м3)
5
< 0.1
> 99.5
Ртуть и соединения (мг/м3)
1
< 0.05
> 90
очистки, %
Дымовая труба
Дымовая труба имеет высоту 17 м, внутренний диаметр 900мм. Изготовлена из
нержавеющей стали и имеет внутреннюю футеровку. В нижней части трубы установлен дымосос,
обеспечивающий протяжку дымовых газов и их выброс через дымовую трубу.
На трубе в двух местах установлены датчики и пробоотборник анализаторов,
обеспечивающих режим работа всей установки сжигания отходов и очистки дымового газа и
контроль качества очистки по остаточным концентрациям ряда наиболее значимых загрязняющих
веществ в соответствии с требованиями ЕС и Российского законодательства.
Выходящий из дымовой трубы очищенный дымовой газ будет содержать вредные примеси
в концентрациях (приведенных к нормальных условиям), в соответствии с требованиями ЕС.
63
Санкт-Петербургский Научный Центр РАН
Анализатор эмиссии
Очищенные дымовые газы выпускаются через 900-миллиметровую дымовую трубу,
оборудованную полным газоанализатором. Эмиссия измеряется и регистрируется, для контроля
следует проверить соответствие российским и европейским стандартам. Специальная площадка
расположенная на высоте 7 м. обеспечит доступ к анализатору на дымовой трубе.
Анализатор, поставляемый французской компанией Environnement SA, включает отбор
проб, установленные на трубе линии доставки пробы к системе анализа, установленной в
климатизированной диспетчерской. Различные элементы эмиссии, согласно контракту: пыль, CO,
NOх, SO2, HCl, O2, H2O, поток газа, газовая скорость.
Соблюдение
соответствия
пределам
европейских
и
отечественных
стандартов
соответственно как следует из нижеследующих гарантий, подтверждённых эксплуатацией и
контролем одноимённой по типу установки [15].
Гарантия выбросов газа после системы газоочистки (Европейский стандарт:
директива 2000/76/EC-4/12/2000)
Значения приведены для условий: присутствие 11% О2 , Т = 273 °К и Р = 101,3 кПа
* Расход дымового газа:
12000Нм3/ч
* Температура дымового газа
на выходе из трубы:
<150°C
* Всего твёрдых частиц:
<10мг/Нм3
* Окись углерода:
<50мг/Нм3
*NOx
<400мг/Нм3
* HCl:
<10мг/Нм3
* HF:
<1мг/Нм3
* SО2:
<50мг/Нм3
* Диоксинов и фуранов:
<0,1Нг/Нм3
* Общий органический углерод:
<10мг/Нм3
* Кадмий:
<0,05мг/Нм3
* Ртуть:
<0,05 мг/ Нм3
* Другие тяжелые металлы сумме:
<0,5 мг/ Нм3
* Несгоревшие вещества в золе:
<углерода менее 3% по весу
Анализы передаются PLC для автоматического анализа отчета с постоянным показом в
диспетчерской. Измерение концентрации HCl будет служить управлению инъекцией извести (см.
Реактор рис 5.9) и концентрация CO будет управлять воздушной инъекцией при дожигании (см.
Дожигание).
64
Санкт-Петербургский Научный Центр РАН
Отчеты могут быть зарегистрированы и периодически печататься.
Две площадки расположены на сторонах дымовой трубы, чтобы установить другое
измерительное устройство для теста эмиссии уполномоченной организацией в соответствии со
стандартом (NFX 44.052).
Панель управления электрической частью и регулирования
TELEMECANIQUE, LEGRAND, работающие на частоте 50 Гц.
Панель имеет регуляторы температуры с цифровыми показателями:
∙
один для регулирования температуры горелки сжигания;
∙
один для регулирования температуры дожигания;
∙
панель управления получает задания от системы;
∙
команда ручной загрузки отходов допустима на каждом этапе.
Таблица 5.3 Технические характеристики установки HP 1750-24H4S
ОБОЗНАЧЕНИЕ
Мощность деструкции
Время работы
Средняя НТС (Нижняя теплотворная способность)
Объем камеры сгорания
МОДЕЛЬ HP 1750-24H4S
670 кг / час
24/24 ч (7 д/н)
3500 ккал/кг в среднем
17 м3
Температуры
Горения (сжигания)
900 °C
Дожигания
1100°C
Мощность горелок
Горения
4 * 500 кВт
Дожигания
3 * 500 кВт
Установленная электрическая мощность
240 кВт
Объем мусорного бака для загрузки отходов
1000 литров
Вентиляция производственных помещений
Высокая
70 дм2
Низкая
85 дм2
Время выдержки газа в камере дожигания при 1100 ° C
2 секунды
Вес комплекта
264 тонн
Уровень шума
< 85 dBA
65
Санкт-Петербургский Научный Центр РАН
Данные аналитического контроля характеристик состава примесей в выбросах в атмосферу,
а также состава образующихся зольных остатков обезвреживания опасных медицинских отходов,
проведенных
сертифицированной
и
должным
образом
аккредитованной
лабораторией,
выполнены на пробах, отобранных на аналогичной установке , работающей в Южной Австралии,
представлены в Приложении 5. Эти результаты полностью подтверждают гарантии поставщикаразработчика технологии.
Основные расходные показатели по энергозатратам, расходным реагентам, ориентировочно
потребность в обслуживающем и управляющем эксплуатационном персонале для установки –
ближайшего аналога приведены в Приложении 7.
66