Оползотворяване на топлина от пещи за изгаряне на отпадъци

ОВКСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 7, 2014

Hастоящият материал предлага кратко описание на най-важните области за приложение на изгарянето на отпадъци. В статията се разглеждат и съоръженията за оползотворяване на топлина, използвани при пещите за изгаряне на отпадъци, и ще се посочат няколко примера.

На фигура 1 са показани схеми за подобряване на ефективността на основната пещ. В първия вариант (фиг. 1а) е показано изгаряне на газ без оползотворяване на топлина – отработените газове от пещта за изгаряне могат да се използват в котел за производство на пара или гореща вода.

Фиг. 1б представя основна схема за оползотворяване на топлина, като горещите отработени газове от пещта се използват за нагряване на постъпващите за процеса газове; достигат се температури до 6500 °С.

В третия случай, илюстриран на фиг. 1в, горещите отработени газове от пещта преминават през рекуператор за нагряване на отработените от процеса газове и после през втори топлообменник за оползотворяване на допълнителната топлина, която може да се използва в процеса или за нуждите на друга уредба.

Конструирана е уредба за производство на малеинов анхидрид, включваща изгаряне на органични отпадъци. Използват се въздушен нагревател и котел за оползотворяване на отработени газове. Системата за контрол на замърсяването се основава върху термичен окислител.

Той превръща остатъчния въглеводород от остатъчен газ във въглероден двуокис и водна пара. В системата въглеродният окис се окислява до въглероден двуокис. По-нататъшните подробности не са от значение, тъй като уредбата продължава да работи с природен газ.

Температурата на отработените газове е около 40 °С, тъй като последният етап на процеса е мокрото пречистване на газа. Отработените газове се отвеждат към термичния окислител, където преминават през тръбите на първичния топлообменник. В рекуперативния топлообменник изходните газове от процеса се нагряват до 370 °С преди навлизането им в горивната камера.

В горивната камера нагретите газове се окисляват до въглероден двуокис и водна пара. Газовете остават в камерата 0,75 сек. за пълно изгаряне, тъй като остатъчните газове се получават от окислителния процес, а след като съдържанието на кислород е високо, за горелката не се изисква външен източник на въздух за изгаряне на горивото. Това намалява изискванията към горивото, необходимо за нагряване на външния въздух.

Температурата на газовете, които напускат горивната камера, е 760 °С. Те преминават около тръбите на топлообменника. Тук повече от 46% от топлината на газовете се пренася към газовете, които са вътре в тръбите. Накрая газовете преминават през котела за оползотворяване на отработени газове и се изхвърлят чрез отвеждащата тръба при температура около 260 °С.

Парата от котела се използва за производство на малеинов анхидрид. Тя, заедно с топлината от окислението при самия процес, са дори в повече от необходимото за работата на химичната система. Излишъкът от пара се използва за задоволяване на нуждите на други консуматори.

Без оползотворяване на топлина за процеса и изгарянето са необходими общо около 15 MW. При използване на газообразно гориво и при оползотворяване на топлина се консумират само 6 MW. За други нужди се получава пара с дебит 11 000 kg/h и налягане 3 MPa.

По-сложна система за оползотворяване на топлина, която се инсталира след термичния окислител при печатарските и вулканизационните процеси, е показана на фиг. 2.
При преминаването през термичния окислител отработените газове се нагряват от 130 до 460 °С от горещите газове, които напускат окислителя с температура 760 °С.

Охладени до 460 °С, тези газове преминават край водна серпентина и нагряват водата от 120 до 150 °С, а впоследствие тази вода се използва в миячното устройство. Част от чистите отработени газове с температура между 290 и 450 °С се връщат повторно в процеса на нагряване, преди да се изхвърлят в атмосферата. Високата температура се постига, когато има байпас на котела с гореща вода.

Системата, показана на следващата фиг. 3, се обслужва от пещ за изгаряне на отпадъци и се монтира към пещи за боядисване на алуминиево фолио.

Тук газовете се изгарят и се освобождават направо в атмосферата. Отработените газове се извличат с вентилаторите към обща тръбна камера, преминавайки през контролни уреди за налягане, като по този начин се осигурява задоволителна работа на системата при различни натоварвания.

Отвеждащият тръбопровод е свързан с вентилатора на пещта за изгаряне на отпадъци, който издухва газовете през подгревателя, където температурата им се повишава, преди да навлязат във входната камера на пещта.

След преминаване през горивната камера на пещта димните газове отново навлизат в газовия подгревател, а след това в двата подгревателя на пресен въздух, преди да влязат в комина. Пресният въздух се издухва към пещите от вентилаторите през въздушните нагреватели на горелките на пещта.

Температурата на пещта за изгаряне на отпадъци се регулира с модулирана разделно-фазова система, която обикновено действа върху клапана за подаване на гориво, но се използва и байпас на газовия подгревател, когато топлината на изгаряне на газа е висока. В някои случаи температурата в пещта може да се регулира и чрез изменение на байпасната клапа и използване на клапан за горивото на горелката на пещта.

По-ефективните инсталации използват отработена топлина за предварително нагряване на газа и източника на топлина за нагряване на топлоносителя (нефт), който от своя страна нагрява пещта чрез топлообмен нефт – въздух. Така се избягват дългите тръбопроводи и високото налягане на вентилаторите.

Изпусканият горещ въздух от машините за производство на синтетични влакна може да съдържа органични вещества, които са източник на атмосферно замърсяване. В такъв случай се прилага каталитично горене, което редуцира замърсителите към въглероден двуокис и вода. За да се поддържа реакцията, температурата на изхвърлените газове трябва да се повиши до 360-380 °С. Използва се допълнителна газова горелка, която повишава температурата на изхвърлените газове, преди те да достигнат до катализатора.

Съществуват два случая, когато относителната влажност на отработения въздух има приемлива ниска стойност. Въздухът трябва да премине през машината още веднъж, след като е бил пречистен от катализатора, за да се извърши топлообмен между него и пресния въздух, навлизащ в машината - в този случай ако въздухът е сух, може да се използва регенератор. Освен това могат да се използват и описаните рекуператори, като к.п.д. на оползотворяването е 70%.

Отработените газове се пречистват с катализатор и в уредбите за производство на азотна киселина. На фиг. 4 е показано как отработеният газ се използва в два котела за оползотворяване на отработени газове при двустепенна каталитична реакция.
На фиг. 5 е показана пещ за изгаряне на течни отпадъци с оползотворяване на топлината.

В тази пещ отработеният газ има разход 22,9 kg/s и се охлажда от 1200 до 168 °С, като се получава прегрята пара с дебит 10,4 kg/s при налягане 1930 kPa и температура 400 °С.

Въпреки всичко има редица проблеми, които трябва да се разглеждат отново при изгарянето на течни въглеводороди и използването им като топлинен източник:
• Състав на отработения въглеводород.
• Вискозитет на отработения въглеводород.
• Корозия, която трябва да се има предвид при помпите, тръбопроводите, клапаните и дюзите.
• Реакции с други съединения.
• Полимеризация (при високи температури).
• Образуване на пепел, която запушва клапи, отвори и др. в тръбопроводната система.
• Пепел, която може да причини реакция с огнеупорните материали в горивната камера.
• Шлакообразуване, което е вредно за повърхнините на тръбите.
• Продукти на горенето, които затрудняват работата на топлообменника.
• Отпадъчни продукти, съдържащи азот, които трудно се окисляват до NOX.

Решаването на тези проблеми от компетентните производители на пещи за изгаряне на отпадъци или производителите на топлообменници, които имат опит в приложението на пещи за изгаряне на отпадъци, ще даде възможност да се отговори адекватно на потребностите на клиентите.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top