Проект! Техническо ръководство за третиране на утайките от градските пречиствателни станции за отпадъчни води

• 
  липсват механично движещи се части
  
• 
  ниска степен на износване
  

• 
  не изисква предварително сушене
  
• 
  удължена конструкция на пещта с подвижни части
  
• 
  охладен кух вал
  

• 
  не изисква предварително-сушене
  
• 
  подвижен кух вал
  
• 
  малък обем на флуидизирания слой
  

• 
  няма механично движещи се части и не се износва бързо
  
• 
  липсва флуидизиран слой
  

• 
  бърз старт и спиране с кратки периоди за загряване и охлаждане, възможна е работа с прекъсвания
  

• 
  дълъг период на загряване, изисква се продължителна работа
  

• 
  средна продължителност на времето за нагряване и охлаждане
  

• 
  сравнима с флуидизирания слой
  
• 
  подходяща за различни видове отпадъци
  

• 
  уедряване
  
• 
  дефлуидизиране
  

• 
  възможни емисии на органични материали
  

• 
  поддържането на желаната температура
  

• 
  изисква се малко допълнителен въздух
  
• 
  пълно изгаряне единствено върху флуидизирания слой
  

• 
  изгарянето се контролира трудно
  
• 
  не се влияе от промени в теглото на материала и от грубия му състав
  

• 
  изисква се малко количество допълнителен въздух
  
• 
  изгарянето може да се контролира
  
• 
  изгарянето се осъществява във флуидизирания слой
  
• 
  по-голяма неподатливост спрямо промени в качеството на утайките в сравнение с пещите с флуидизиран слой
  

• 
  части с твърди материали
  
• 
  дълги и газообразни части
  
• 
  кратък престой
  
• 
  променливо първично и вторично подаване на въздух на няколко нива
  

• 
  високо
  

• 
  ниско
  

• 
  високо
  

• 
  високо
  

• 
  посредством поток от пещен газ и пясък
  

• 
  директно от най-ниското ниво
  

• 
  посредством поток от пещен газ и пясък
  

• 
  посредством поток от пещен газ
  
• 
  необработена пепел на дъното
  

• 
  пепел
  
• 
  флуидизиран слой
  

• 
  пепел
  

• 
  пепел
  
• 
  флуидизиран слой
  

• 
  пепел
  
• 
  евентуална едра пепел
  

Инсинераторът с флуидизиран слой представлява облицована горивна камера с формата на вертикален цилиндър. В долната част върху скара или разпределяща плоча се флуидизира слой от инертен материал (например, пясък или пепел) с помощта на въздух. Изгарянето на отпадъци с флуидизиран слой е съвременна и доказано по-чиста технология, която се използва в новите инсинератори и електроцентрали.

По време на горенето флуидизираните слоеве суспендират твърди горива върху насочени нагоре въздушни струи. Като резултат се образува турбулентна смес от газ и твърди вещества. Търкалящият се отпадъчен материал осигурява по-ефективни химически реакции и топлообмен. Във флуидизирания слой се осъществява сушене, изпаряване, запалване и горене. Процесът изисква първоначалният материал да е от доста малки и плътни частици и затова е особено подходящ за утайки. Изгарянето с флуидизиран слой не е толкова чувствително на промени в калоричността на отпадъците. За изгаряне на утайките се предпочитат системите с циркулиращ и неподвижен флуидизиран слой.



Стационарният флуидизиран слой (↗BREF WI, стр.49) е особено подходящ за изгаряне на нискокалорични отпадъци (от 6.5 до13 MJ/kg).

В циркулиращия флуидизиран слой (↗BREF WI, стр.51) пясъкът и пепелта постоянно се отвеждат от пещта поради високата скорост на въздуха и трябва да се разделят в циклон. Високите скорости на въздуха позволяват използването на висококалорични отпадъци (от 7 до 22 MJ/kg).

Пещта с много дъна се използва главно за утайки, при които пепелта оформя такава евтектика с материала от слоя, че би причинила експлоатационни проблеми в инсинератора с флуидизиран слой. Различните процеси на горене протичат в отделните рафтове на горивната камера. Съоръжението се състои от облицован стоманен цилиндричен котел, хоризонтални слоеве и въртящ се тръбен вал с прикрепени към него бъркалки. Утайките и отпадъците от горенето се отвеждат от горната част в посока, противоположна на издигащия се поток от горещ въздух и пещен газ, и падат през отворите от едно ниво в друго.

Броят на рафтовете за сушене, горене и охлаждане се определя от характеристиките на отпадъчния материал. Горивната камера обикновено се прави от шест рафта, които оформят три зони, горната за сушене, средната за истинското горене и най-долната за охлаждане. Превръщането на частиците органични утайки в CO₂ и H₂O се осъществява при температури между 850 и 950°C. Пещта може да работи със и без доизгорител, като при втория вариант горивните газове се рециркулират.

Тя представлява комбинация от инсинератор с много дъна и с флуидизиран слой. Технологията включва зона за предварително сушене и разпръскване, която може да се простира по шестте нива в горната част на пещта. Под нея се намира камерата с флуидизирания слой. 40-60% от водата, съдържаща се в утайките, се изпарява в зоната за предварително сушене. Концентрираните изпарения минават през зоната, предхождаща горенето, където се изгарят всички летливи вещества. Поради високата ефективност на предварителното сушене и горене, камерата с флуидизиран слой, която се намира след тях, може да бъде относително малка, в сравнение с тях. Равномерното изгаряне се подпомага като се подобри подаването на въздух, добавянето на пясък и изпаряването в рафтовете и във флуидизирания слой.

Първоначално камерата с циркулация на газ е била разработена за изгарянето на кокс, извлечен от пречистването на отпадъчни газове в инсталациите за изгаряне на отпадъци, но сега се използва и за топлинно обезвреждане на утайки. Оптималният размер на частиците за запалване на горивото е между 1 и 5 mm, следователно, могат да се използват само гранули от изсушени утайки.

Горивото, под формата на гранули, се подава гравитачно посредством радиален улей към долната част на камерата за горене, която е оформена като метална фуния и се охлажда от въздух. Кислородът от атмосферата се подава в камерата за горене на различни нива: Първичният въздух влиза в пещта под ъгъл през долната част на фунията, а вторичният се впръсква на различни нива през допиращи се дюзи, разположени над мястото, от където се подава горивото. Разпределението на първичния и вторичния въздух варира според специфичните характеристики на горивото. Изгарянето на утайките изисква равномерно разпределение на температурата между 900 и 100°C в цялата камера. С помощта на този метод температурата на пепелта се поддържа под точката й на омекване. Летящият прах се премахва от камерата за горене заедно с пещения газ. Грубите ядра циркулират в допирателния поток, докато изгорят до такава степен, че да могат да бъдат отведени като фини прахови частици. Необработената пепел, останалият кокс, или металните части се отвеждат в долната част посредством блокираща система.

*технологията се използва за съвместно горене

Сгъстените отпадъчни води от предварително частично изсушените утайки е характерна за процеса на изгаряне на утайките. Тя, обаче, не винаги се получава, тъй като парата, която се образува по време на сушенето, понякога се изпарява с пещения газ, вместо да се втечни. Това обикновено изисква голямо количество ХПК и съдържа значителни концентрации на N (главно NH₃), както и други замърсители, които първоначално са се намирали в третираните утайки. Високото съдържание на азот може да се окаже „спънка” в третирането; в този случай е възможно да се прибегне до отстраняване на азота, въпреки вероятния риск от замърсяване и необходимостта от допълнителна енергия за протичането на процеса. Възможното решение е рециклирането в горивната камера, където възстановеният амониев разтвор (с приблизителна концентрация 10 %) може да се използва за отстраняване на NO_X от подавания материал с метода на избирателната не-каталитична редукция (SNCR).

Въртящите се пещи представляват здрави конструкции, които могат да се използват за изгарянето на почти всякакви отпадъци, независимо от вида и състава им. Те работят с температури, които варират от около 500°C (както при газифицирането) до 1450°C. Въртящата се пещ се състои от леко наклонена цилиндрична прекъсната затворена система, която е облицована с огнеупорен материал и се запалва отвътре. Тя се върти или вибрира около хоризонталната си ос (извършва възвратно-постъпателно движение). Благодарение на гравитацията, отпадъците минават през пещта по време на въртенето. Заводите за цимент или вар обикновено използват въртящи се пещи, за да превърнат суровините в клинкер. Вътре в пещта протичат различни химически реакции и фази на образуване, които се определят от специфичните температурни интервали на подавания материал. Процесите на изпаряване на водата, дехидратиране на неорганичните вещества и калциниране се извършват последователно в тялото на пещта. Накаляването протича в окисляваща атмосфера и разгражда напълно карбонатите в подавания материал. В действителност горенето се извършва в горещия край на пещта.

Остатъците от пепел, съдържащи тежки метали, се включват в клинкера, което означава, че не изискват допълнителни грижи.

Завод ЦЕМЕКС Рюдерсдорф, Бранденбург; Циментови заводи Швенк в Карлсфед, Бавария и Мергелщетен, Баден-Вюртемберг,

Циментов завод Холсим Легердорф, Шлезвиг-Холщайн,

цяла Германия

Не може да се очаква, че инсинераторите и съоръженията за съвместно изгаряне ще ползват утайките непрекъснато и в непроменливи количества, тъй като инсталациите преминават през профилактика и са зависими от промени в доставките и цените на горивата, което ги кара да съобразяват работата си с тях. ПСОВ, които използват тези инсинератори или съоръжения трябва да имат място за съхранение на утайките поне за период от 3 до 6 месеца, така че да компенсират времето, през което тези заводи не могат да работят в обичайния си ритъм.

Пример за високотемпературна пиролиза е така нареченият процес Пиромекс (Pyromex). При него утайките се изсушават предварително, с помощта на генерирания пирогаз при температури между 280-300°C, за да се получи 80% съдържание на сухо вещество. Образувалите се в резултат изпарения се пречистват с помощта на биофилтър и два мокри скрубера с цел намаляване на зловонните емисии. Процесът се осъществява в камера, нагрята с индукция до 1200-1700°C при отсъствието на кислород. По този начин органичният материал се преобразува количествено в CO и богат на водород газ (газообразно гориво). В резултат на този процес се получават предимно неорганични остатъци.

Използва се специален реактор, устойчив на високи температури. Този процес вече се използва, когато дневното количество утайки е 10 тона с.в. Висококалоричният пирогаз, който се получава от горните две технически схеми трябва да бъде пречистен от замърсители преди използването му в процеси за генериране на енергия (например, комбинираното генериране на топлина и енергия при горенето). Живакът е от съществено значение като замърсител и затова пирогазът трябва да бъде отведен за пречистване в скрубер.

При преобразуването на ниски температури протича термокаталичен процес при отсъствието на кислород, с атмосферно налягане и температури между 380 - 450°C. След охлаждане, газообразните вещества (до 35 %), които се отделят при този процес, се втечняват до вода, сол и вид нефт (около 10 % течни въглеводороди). Отделянето на тази смес се осъществява в кондензатор. Малка част некондензиращи се газове излитат. Останалата субстанция (прибл. 55 %) прилича на въглища и в нея се намират всички нелетливи вещества.

• 
  неподвижен слой
  
• 
  (циркулиращ) флуидизиран слой (вляво на картинката по-долу)
  
• 
  струен слой.
  

Германия
Завод Кийосе, Япония

• 
  сухите утайки (~90 % с.в.), под формата на прах, се вкарват с въздушна струя в пещта,
  
• 
  обезводнените утайки (~20 - 30 % с.в.) се вкарват отделно през разпръсквачи в камерата за изгаряне и се разпределят върху решетката. Те се сместват с материала от слоя върху решетката при преобръщането на отпадъците върху нея. Практиката определя до 20 % маса утайки (при 25 % с.в.). Други опити са показвали, че ако процентът на утайките е прекалено висок (напр.>10 %.), в шлаковата вана може да се получи високо съдържание на летлива пепел или неизгорял материал. Водното съдържание на утайките може да бъде предимство за някои инсинератори за ТБО, тъй като при впръскването им през специални дюзи, разположени на избрани места над слоя от отпадъци (най-често в зоната на горене на газа), те предоставят допълнителни средства за контролиране на температурата и могат да помогнат с първичния контрол върху NO_X.
  
• 
  обезводнените, изсушените или полуизсушените утайки (~50 - 60 % с.в.) се смесват с оставащите отпадъци или се подават заедно с тях в камерата за изгаряне. Това може да стане в бункера за отпадъци на определени дози с помощта на кран, или да се контролира от подаващата фуния, като обезводнените утайки се вкарват в нея с помпи или се разпростират в бункера с разстилащи системи. (↗74, Коментари на ТРГ, 2004г.)
  

Инсинератори за битови отпадъци в Мюнхен и във Вюрцбург, Бавария, Германия

В този комбиниран процес, обезводнените утайки се използват като добавка към летливата пепел, събрана от котела и електростатичния прахоуловител на инсинератора за ТБО със скарна решетка. Сместа се подава към машина за гранулиране и получените в резултат сухи гранули се обработват в реактор с флуидизиран слой, където при 900°C металите се хлорират и сгъстяват чрез изпаряване. След това те напускат реактора заедно с пещения газ. С частично охлаждане в течност, тежките метали се сгъстяват и филтрират. Филтрираният концентрат от тежки метали се транспортира до преработвателни заводи за цинк и олово. Добре е в процеса да се включи конвенционално съоръжение за мокро пречистване на газа.

Тези тежки метали се преобразуват в метални концентрати, които могат да се рециклират.

Разходът на вода за пречистване на пещен газ от изгарянето на утайките е 15.5 m³ / t подаден материал. (↗BREF WI, стp.202)

С впръскването на амоняк може да се постигне намаляване на азотния оксид от 100-200 mg/Nm³ до 70 mg/Nm³.