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

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

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

5.1 Перечень наилучших доступных технологий

5.1.1 Описание основных технологических, процессов утилизации и обезвреживания отходов термическими способами

При описаний технологий рассматриваются следующие этапы:

- прием поступающих на утилизацию и обезвреживание отходов;

- хранение (накопление) утилизируемых и обезвреживаемых отходов;

- предварительная подготовка отходов (сырья);

- технологии, применяемые на этапе утилизации и обезвреживания отходов термическими способами;

- энергоэффективность; теплоиспользование;

- технологии очистки газообразных продуктов сгорания (группируются по веществам);

- обезвреживание остатков, образующихся при очистке газообразных продуктов сгорания;

- удаление остатков, образующихся при очистке газообразных продуктов сгорания;

- мониторинг (производственный контроль) и регулирование выбросов;

- контроль и обработка сточных вод;

- обращение со шлаками и зольными остатками, образующимися в результате сжигания.

5.1.2 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. Подготовительные процедуры представлены в таблице 5.1. Конкретные мероприятия могут быть определены оператором установки на базе собственного опыта в соответствии с техническим оснащением производственной площадки.

Таблица 5.1 - Процедуры проверки и отбора проб, применяемые для различных типов отходов [14]

Тип отходов	Процедуры	Комментарии
Необработанные ТКО	- визуальная проверка в бункере; - выборочная проверка отдельных отходов; - взвешивание поставляемых отходов; - радиационный контроль	Необходимо уделять особо пристальное внимание в связи с рисками, которые могут возникнуть при обработке смешанных ТКО. Контроль содержания ртути и хлора
Предварительно обработанные ТКО	- визуальная проверка; - периодический отбор проб и проведение анализа для определения основных свойств/веществ
Опасные отходы	- визуальная проверка; - контроль и сравнение данных по списку с поставленными отходами; - отбор проб/анализ всех транспортных средств для перевозки отходов; - выборочная проверка отходов, размещенных в бочки; - распаковка и проверка упакованных отходов; - оценка параметров сжигания; - проверка на смешение жидких отходов перед хранением; - контроль точки воспламенения для отходов в бункере; - проверка поступающих отходов на элементный состав	Для этих отходов особенно важен детальный анализ. Для установок, принимающих отходы одного вида, могут проводиться процедуры по упрощенной схеме
Осадки сточных вод	- периодический отбор проб и проведение анализа для определения основных свойств и веществ; - контроль качественных характеристик осадка (влажность, зольность, гомогенность) с целью регулирования процесса для адаптации к изменениям его качественных характеристик	Процедуры подбирают в зависимости от вида осадков сточных вод, например: свежего осадка, сброженного осадка, окисленного осадка и т.д.
Медицинские отходы	- контроль и сравнение данных по списку с поставляемыми отходами; - проверка на радиоактивность	Риск инфекционного заражения делает отбор проб нецелесообразным. Требуется контроль отходов на этапе накопления

Предварительный входной контроль отходов и их идентификация включают в себя:

- оперативный визуальный контроль с учетом перечня отходов, запрещенных для сжигания в установке;

- радиационный контроль принимаемых отходов;

- лабораторный контроль и определение химического состава отходов.

5.1.3 Накопление (хранение) отходов

Целями накопления (хранения) отходов являются:

- безопасное складирование отходов перед подачей их на обработку, утилизацию и обезвреживание;

- обеспечение формирования технологических партий;

- обеспечение непрерывности процессов подготовки (поэтому на производственных площадках должны быть обустроены места для хранения/накопления отходов перед их подготовкой на специальных установках, работающих в непрерывном режиме);

- облегчение процессов смешивания, составления смесей и переупаковки отходов;

- обеспечение возможности порционного добавления реагентов, необходимых для проведения типовых процессов обработки отходов.

5.1.4 Предварительная подготовка отходов

Предварительная подготовка может включать в себя операции, приведенные в таблице 5.2.

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 - Общие способы подготовки отходов для утилизации и обезвреживания

Способ	Цель	Пример
Обработка	Обработка/сортировка отходов, если они ранее не прошли обработку с извлечением вторичных материальных ресурсов	Обязательна сортировка необработанных ТКО с целью извлечения вторичных материальных ресурсов не менее 15 % масс, отсева, содержащего органические вещества для последующего компостирования, - не менее 25 % от поступившего количества ТКО
Разделка, очистка	Отделение фракций отходов, не пригодных к утилизации и обезвреживанию термическими способами	Конденсаторы и трансформаторы с ПХ
Переупаковка (например пакетирование)	Вследствие низкой плотности отходов в некоторых случаях требуется их уплотнение. Для уплотнения используются различные прессы	Размер и форма тюка обычно оптимизируются для транспортирования и повторного использования
Дробление, измельчение
Усреднение
Осаждение	В жидких отходах отделяются негорючие твердые компоненты	Подготовка жидких углеводородсодержащих отходов для подачи в реактор
Грохочение	Применяется для отделения крупных частиц. Используются вибрационное сито, статическое сито и барабанное сито	Подготовка твердых углеводородсодержащих отходов для подачи в реактор

5.1.5 Технологии, 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.

Оптимизация стехиометрии воздуха. 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).

Оптимизация и распределение подачи первичного воздуха. 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 сушке, газификации и 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.

Инжекция вторичного воздуха, оптимизация и распределение. В процессе просушивания сырья, сжигания, пиролиза и газификации горючие компоненты отходов преобразуются в газообразную форму. Эти газы являются смесью многих летучих компонентов, которые должны дополнительно окисляться, для чего и используется дополнительный воздух (вторичный).

Энергоэффективность технологии сжигания можно повысить с помощью подогрева 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 NO _x. Типичные температуры находятся в диапазоне от 1300 °C до 1400 °C. Использование сопел специальной конструкции и рециркуляции дымовых газов может снизить температуру сопел в зоне горения, что приведет к снижению образования NO _x.

Достигаемый экологический эффект заключается в следующем:

- 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.

Рециркуляция дымовых газов. 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 NO _x.

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 и других загрязняющих веществ.

Охлаждаемые вращающиеся печи. Данный тип конструкции имеет ряд преимуществ в области обращения с отходами, так как требования к составу и свойствам сырья менее жесткие. Однако к существенным недостаткам относится быстрая порча огнеупорной футеровки, так как в классической конструкции она находится в постоянном движении, сопровождающемся частыми сменами температур.

Выравнивание температурных нагрузок обеспечивается использованием жидкостного охлаждения. В некоторых случаях это позволяет использовать оборудование при более высоких температурах.

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.

Увеличение времени выдержки отходов в камере сжигания. Степень полноты сгорания органической части отходов можно повысить с помощью: печей, в которых отходы эффективно переворачиваются и перемешиваются; предварительной подготовки отходов и использования затем кипящего слоя (при отсутствии особых требований и ограничений); более длительного времени пребывания в зонах полного сгорания печи; конструкции печи для отражения теплоты лучеиспускания и повышения полноты сгорания; оптимизации 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.

К основным преимуществам внедрения перечисленных решений относятся: увеличение термической деструкции отходов; улучшение возможностей для использования остатков; утилизация полной энергетической ценности отходов.

Повышение турбулентности в камере дожига. Примеры конструкций камер дожига с повышенной турбулентностью включают: 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 снизить потребление вторичного воздуха и, следовательно, снизить объемы дымовых газов и образование NO _x, увеличить дожигание дымовых газов с одновременным снижением уровней летучих органических соединений и CO.

Оптимизация времени, температуры, турбулентности газов в зоне сжигания и концентрации кислорода. Для достижения эффективного дожигания отходящих дымовых газов, образующихся в течение процесса сжигания, необходимо стремиться к оптимизации соответствующих критериев (см. таблицу 5.3).

Таблица 5.3 - Некоторые технические требования, предъявляемые к сжиганию отходов [14]

Параметр	Технические требования	Цель
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)	Достаточные температуры для возможности полного окисления
Минимальное время пребывания газа	2 с после последнего инжектирования воздуха для сжигания	Достаточное время пребывания при достаточно высокой температуре при наличии достаточного количества кислорода для реагирования и окисления
Турбулентность	Достаточная для обеспечения эффективного смешения газа и реакции горения	Смешение газа для возможности реакций, проходящих по всему потоку газа
Концентрация кислорода (избыток)	Больше чем 6 %	Должно быть поставлено достаточное количество кислорода для возможности окисления

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.

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.

Использование автоматически работающих вспомогательных горелок. 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.

5.1.6 Энергоэффективность. Теплоиспользование

Увеличения энергоэффективности обезвреживания и утилизации отходов термическими способами (кроме получения энергии) можно достичь путем использования тепла: для внешнего потребления - 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 Д.

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.

Переход с жидкого топлива (дизельное топливо, мазут) на природный газ, применение многотопливных и многосопельных горелочных устройств, установка паровых форсунок или более современной конструкции могут также обеспечивать повышение энергоэффективности.

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 CO ₂. Одним из способов уменьшения выбросов CO ₂ на единицу произведенной энергии является оптимизация процессов использования и производства энергии. 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 диапазоне 70-90 %. 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.

Установки следует оснащать измерительными приборами/анализаторами для выполнения задач технического обслуживания и технической поддержки.

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.

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.

Оптимизация конструкции котла-утилизатора. 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).

Использование тепловых насосов для повышения утилизации тепла. 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).

Внедрение автоматизированных систем, предусматривающее многофакторные измерения и контроль технологических систем, работающих на топливе и воздухе для горения, является определяющим для эффективного функционирования установок.

5.1.7 Технологии очистки 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.

5.1.7.1 Снижение выбросов пыли

Предварительное обеспыливание снижает нагрузку по взвешенным веществам и механическим примесям на последующих стадиях системы газоочистки.

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.

Рукавные фильтры 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 используется 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 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).

5.1.7.2 Снижение выбросов кислых газов

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 SO ₂. 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 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);

- Hg ²⁺ (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 HgCl ₂, 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).

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).

Требуется проведение мониторинга и регулирование уровня влажности для поддержания эффективности абсорбции кислых газов.

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 SO ₂, чем для HCl.

Использование щелочных реагентов будет изменять состав шлака, а также состав и электрическое сопротивление летучей золы.

5.1.7.3 Снижение выбросов оксидов азота

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.

Катализируемые реакции СКВ представлены ниже:

4NO + 4NH ₃ + O ₂  4N ₂ + 6H ₂O

NO + NO ₂ + 2NH ₃  2N ₂ + 3H ₂O

2NO ₂ + 4NH ₃ + O ₂  3N ₂ + 6H ₂O

6NO ₂ + 8NH ₃  7N ₂ + 12H ₂O

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 (NH ₃) или карбамид (CO(NH ₂) ₂) впрыскиваются в печь для снижения выбросов NO _x.

4NO + 4NH ₃ + O ₂  4N ₂ + 6H ₂O

NH ₃ наиболее эффективно реагирует с NO _x 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 NO _x. Если температура ниже необходимых диапазонов или время пребывания для реакции между NH ₃ и NO _x недостаточное, эффективность восстановления NO _x снижается и могут возрасти выбросы избыточного аммиака (проскок аммиака).

Основными факторами, влияющими на функционирование систем очистки от NO _x, 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/нм ³;

- 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 NO _x. Выбор реагента, который лучше всего подходит для использования на установках утилизации и обезвреживания отходов в печи, должен обеспечивать снижение выбросов NO _x с минимальным проскоком аммиака и образованием N ₂O.

Таблица 5.4 - Преимущества и недостатки использования мочевины и аммиака для СНКВ

Реагент	Преимущества	Недостатки
Аммиак	- возможность подавления высоких пиковых значений NO x (при хорошей оптимизации); - более низкие выбросы N 2O (10-15 мг/нм 3)	- узкий температурный диапазон (850-950 °C), поэтому требуется тщательный контроль; - обращение и хранение опасного вещества; - повышенные затраты на тонну отходов; - проскок аммиака примерно 10 мг/нм 3; - запах аммиака при контакте потоков с влажной средой
Мочевина	- шире диапазон эффективных температур (540-1000 °C), поэтому температурный контроль менее критичен; - меньше опасность при хранении и обращении; - ниже затраты на тонну отходов	- меньший потенциал подавления пиковых значений NO x (по сравнению с аммиаком при оптимизации); - выше выбросы N 2O (25-35 мг/нм 3); - проскок аммиака порядка 1 мг/нм 3
Примечание - Пониженные затраты на мочевину наиболее значимы для относительно небольших установок. Для более крупных установок повышенные затраты на хранение аммиака могут быть полностью скомпенсированы.

5.1.7.4 Снижение выбросов ПХДД/ПХДФ

Для большинства отходов невозможно достижение требуемых норм по выбросам ПХДД/ПХДФ только за счет оптимизации процесса сжигания.

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:

- дополнительного охлаждения в котле-утилизаторе (конструктивно котел-утилизатор в диапазоне температур 450-200 °C должен быть выполнен так, чтобы ограничить пребывание пыли в нисходящем потоке);

- использования оросительной колонны для снижения температуры на выходе котла-утилизатора до температуры ниже 200 °C для последующих стадий очистки газа;

- полного охлаждения от температур сжигания до 70 °C (на установках утилизации и обезвреживания отходов с высоким содержанием ПХБ);

- теплообмена газ/газ (газ с входа на скруббер/газ с выхода скруббера).

Существует подход, в соответствии с которым стадия обеспыливания должна проводиться на высокотемпературных установках удаления пыли. После этого выполняют ударное охлаждение с использованием или преобразованием тепловой энергии.

Деструкция ПХДД/ПХДФ с использованием селективного каталитического восстановления (СКВ).

Важно отметить, что при сжигании отходов большая часть содержащихся в воздухе ПХДД/ПХДФ соединяется с пылью, с достижением равновесия ПХДД/ПХДФ в газовой фазе. Способы, которые используются для удаления пыли, должны удалять переносимые с пылью ПХДД/ПХДФ, в то время как СКВ (и другие каталитические методы) только разрушают небольшую их часть в газовой фазе. Сочетание удаления пыли и деструкции обычно приводит к минимальным общим выбросам ПХДД/ПХДФ в воздух.

Эффективность деструкции для газовой фазы ПХДД/ПХДФ составляет от 98 % до 99,9 %. СКВ применяется после начального обеспыливания.

Снижение концентрации ПХДД/ПХДФ с помощью блока СКВ будет зависеть от количества слоев катализатора.

Деструкция ПХДД/ПХДФ с использованием каталитических рукавных фильтров.

Эффективность деструкции ПХДД/ПХДФ, поступающих в каталитические рукавные фильтры, достигает более 99 %. Фильтры также обеспечивают удаление пыли.

Общие выбросы диоксинов снижаются за счет деструкции и в меньшей степени за счет адсорбции (активированным углем).

Температурный диапазон для протекания каталитической реакции составляет от 180 °C до 260 °C.

Этот способ реализуется там, где:

- не имеется места для СКВ, а альтернативные средства для снижения выбросов NO _x уже установлены;

- альтернативные средства для снижения выбросов ртути уже установлены (каталитические фильтры не улавливают соединения ртути).

Деструкция ПХДД/ПХДФ с помощью повторного обжига абсорбентов. Основной принцип состоит в том, что остатки ПХДД/ПХДФ, собранные в системе газоочистки, могут быть подвергнуты деструкции с помощью сжигания их в установке для утилизации и обезвреживания отходов, тем самым снижая общий выход с установки ПХДД/ПХДФ.

ПХДД/ПХДФ подвергаются деструкции в процессе утилизации и обезвреживания отходов. Однако имеется риск того, что произойдет их регенерация, если на этапе очистки дымовых газов не предусмотрено специальных способов для их удаления.

Адсорбция ПХДД/ПХДФ с помощью инжекции активированного угля или других реагентов. Активированный уголь впрыскивается однокомпонентно или в сочетании с известью или бикарбонатом натрия (щелочным реагентом). Впрыскиваемый щелочной реагент, продукты реакции и угольный адсорбент затем собираются в пылеосадителе. Адсорбция ПХДД/ПХДФ происходит в газовом потоке на слое реагента.

Адсорбированные ПХДД/ПХДФ сбрасываются с другими твердыми отходами из рукавного фильтра, электрофильтра или других устройств для сбора пыли в нисходящем потоке.

Минеральные адсорбенты (например цеолит, смеси глинистых минералов, филлосиликат (слоистый кремниевый минерал) и доломит) также могут использоваться для адсорбции ПХДД/ПХДФ при температурах до 260 °C без риска возгорания в рукавном фильтре.

На поверхности активированного кокса в некоторой степени происходит каталитическая деструкция ПХДД/ПХДФ.

Адсорбция ПХДД/ПХДФ в неподвижном слое. Используются мокрый и сухой неподвижный коксовый/угольный слой. Мокрая система имеет противоток.

Использование углеродсодержащих материалов для адсорбции ПХДД/ПХДФ в мокрой газоочистке. ПХДД/ПХДФ активно адсорбируются на частицах углерода в материале. Поэтому выбросы снижаются и предотвращается эффект памяти выделения ПХДД/ПХДФ. Можно снизить выбросы при пуске.

Отработанный материал может размещаться на полигонах или дополнительно обезвреживаться. В некоторых случаях он подвергается сжиганию.

Способ применим к процессам, для которых уже используются системы с мокрыми скрубберами. Однако имеются данные о накоплении ПХДД/ПХДФ.

Использование угольной суспензии в мокрой газоочистке. Использование суспензии из активированного угля в мокром скруббере может способствовать снижению уровня выбросов диоксинов в потоке дымовых газов и предотвращению накапливания диоксинов в материале скруббера.

При околонейтральном диапазоне pH активированный уголь добавляется в систему с концентрацией до 50 г/л. После системы мокрой очистки должен быть предусмотрен фильтр-отстойник, в котором осаждается отработанный уголь, а вода рециркулируется.

ПХДД/ПХДФ переходят в жидкость, которой орошается дымовой газ в скруббере, и осаждаются на активных центрах активированного угля в результате каталитической реакции. Активированный уголь обладает также адсорбционной способностью к ртути.

5.1.7.5 Снижение выбросов ртути

Мокрая газоочистка с низким pH и добавка аддитивов. Использование мокрых скрубберов для удаления кислых газов приводит к снижению pH в скруббере. Большая часть мокрых скрубберов выполняет очистку в две стадии. Первая используется главным образом для HCl, HF и некоторой части SO ₂. На второй стадии pH поддерживается на уровне 6-8. Здесь происходит удаление SO ₂.

Регулирование значения pH ниже 1 позволяет увеличить эффективность удаления ионной ртути в виде HgCl ₂ до 95 %. HgCl ₂ является основным соединением ртути после сжигания отходов. Однако степень удаления металлической ртути составляет менее 10 %.

Адсорбция металлической ртути может быть повышена максимум до 20-30 %:

- с помощью добавки соединений серы к раствору в скруббере;

- с помощью добавки активированного угля к раствору в скруббере;

- с помощью добавки окислителей, например перекиси водорода, к раствору в скруббере. С помощью этого способа металлическая ртуть превращается в ионную форму в виде HgCl ₂, что облегчает ее осаждение.

Общая эффективность удаления ртути (как металлической, так и ионной) составляет около 85 %.

Достигаемые уровни выбросов после системы мокрой газоочистки составляют приблизительно 36 мкг/нм ³, с мокрым скруббером и фильтром из активированного угля - < 2 мкг/нм ³ и при сочетании процесса впрыска и мокрого скруббера - 4 мкг/нм ³.

Впрыск активированного угля для адсорбции ртути. Адсорбция в потоке и использование фильтров (рукавный фильтр и фильтры с иммобилизованными реагентами).

Металлическая ртуть адсорбируется (обычно эффективность удаления около 95 %), и выбросы в воздух оказываются ниже 30 мкг/нм ³. Ионная ртуть также удаляется с помощью хемосорбции, возникающей при содержании серы в дымовых газах, или при наличии некоторых типов активированного угля, пропитанного серой.

В случаях, когда твердый реагент подвергается повторному обжигу (для деструкции ПХДД/ПХДФ) в установке для сжигания, важно, чтобы:

- установка имела выход для ртути, который предотвращает появление внутреннего загрязняющего вещества (и случайный проскок с выбросом);

- установка имела альтернативный выход с достаточной степенью удаления загрязняющего вещества;

- при использовании мокрых скрубберов ртуть могла попадать в поток стока (затем она может осаждаться в твердых остатках при использовании очистки).

Различные типы активированного угля обладают различной адсорбционной способностью. Еще одной возможностью повышения удаления ртути является пропитка адсорбента серой.

Отделение ртути с использованием смоляного фильтра. После отделения пыли и первой мокрой кислотной промывки кислоты с тяжелыми металлами с ионной связью уносятся через ионообменный фильтр с ртутью. Ртуть отделяется в смоляном фильтре. Затем происходит нейтрализация кислоты с использованием известкового молока.

Инжекция хлорита для контроля элементарной ртути. Из-за того, что элементарная ртуть не растворяется в мокром кислотном скруббере, в ряде случаев трудно достичь значительного ее подавления.

Впрыск агента с сильной окислительной способностью должен превратить элементарную ртуть в окисленную ртуть и сделает возможной очистку в мокром скруббере. Чтобы не применять мокрый скруббер, агент с сильной окислительной способностью используется в режиме реакции с другими соединениями (например с диоксидом серы), и он вводится непосредственно перед распылительными насадками первого кислотного скруббера. В этом скруббере pH поддерживается в диапазоне от 0,5 до 2.

Когда жидкость после распылительного сопла вступает в контакт с парами кислоты, содержащими хлористый водород, хлор трансформируется в диоксид хлора, который является активным соединением. Следует отметить, что, в отличие от других окислителей, таких как гипохлорит (отбеливатель), хлорит или диоксид хлора не обладает способностью вводить атом хлора в ароматическое кольцо и поэтому не может изменять диоксиновый баланс.

Добавка перекиси водорода для мокрой газоочистки. Цель системы состоит в отделении Hg, HCl и SO ₂ из дымовых газов. В процессе вся элементарная ртуть окисляется до водорастворимой ртути.

Дымовые газы вступают в контакт с жидкостью скруббера, содержащей перекись водорода. Жидкость скруббера реагирует с дымовыми газами, и кислые сточные воды передаются для нейтрализации и осаждения ртути.

5.1.8 Обезвреживание остатков, образующихся при очистке газообразных продуктов сгорания

Цементирование остатков от 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 приводит 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 остатков от очистки дымовых газов, появляющихся в процессе очистки сухим бикарбонатом натрия, для использования в производстве кальцинированной соды. Остатки 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.

5.1.9 Удаление остатков, образующихся при очистке газообразных продуктов сгорания

Отделение стадии улавливания пыли от других стадий очистки дымовых газов имеет большое значение. Удаление пыли перед стадиями газоочистки (стадии удаления кислых газов и диоксинов), при использовании электрофильтров, циклонов или рукавных фильтров, без добавки реагентов позволяет рассмотреть переработку и последующие утилизацию и обезвреживание 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.

5.1.10 Мониторинг (производственный контроль) и регулирование выбросов

Неоднородный состав поступающих на утилизацию и обезвреживание отходов требует постоянного производственного контроля в независимости от степени автоматизации системы. Контроль основывается на получении достоверной информации о процессе посредством использования контрольно-измерительных приборов. Необходимо иметь данные о: температуре в различных местах камеры сжигания, толщине слоя отходов на полу или в подподовой зоне, степени разрежения в зоне горения, температурном градиенте по поверхности печи, изменениях концентраций CO, O ₂, CO ₂ и (или) H ₂O (в разных местах), длине и позиционировании фронта горения в печи, концентрации веществ в выбросах на дымовой трубе.

Важным способом контроля процесса является использование оптических или инфракрасных измерительных систем, ультразвуковых и визуальных камер.

Непрерывная корректировка коэффициента избытка воздуха может улучшить процесс сжигания и предотвратить образование ряда вредных веществ.

Инфракрасная камера является примером технологии, которая может быть использована для создания термографии слоя сжигаемых отходов. Используются также ультразвуковые и визуальные камеры. Распределение температур на решетке появляется на экране как изотермическое поле с постепенно изменяющимися окрашенными областями.

Для последующего контроля работы печи можно определить характеристические температуры индивидуальных зон и передать информацию в контроллер, управляющий работой печи, как входные параметры для переменных печи. С использованием нечеткой логики, некоторых переменных (таких как температура, содержание CO, О ₂) можно определить последовательность правил для поддержания процесса в заданных параметрах.

С помощью использования быстродействующего мониторинга HCl до и после блока газоочистки появляется возможность корректировать работу системы очистки дымовых газов, с тем чтобы количество используемого щелочного реагента было оптимизировано для заданного значения выбросов. Этот способ обычно применяется как дополнительный метод для регулирования пиковых концентраций с созданием слоя реагента в рукавных фильтрах, обеспечивая также важный буферный эффект для флуктуаций реагента.

Время реакции контролирующего устройства должно быть быстрым для прохождения управляющего сигнала на оборудование и своевременного дозирования реагента для обеспечения эффективной реакции.

Контроль устойчивости к коррозии является важным аспектом, так как речь идет о чрезвычайно агрессивной среде. Проблемой может также быть обрастание внутренних материалов и элементов оборудования золой и другими компонентами отходящих газов, а также загрязнителями, содержащимися в холодном теплоносителе теплообменных аппаратов.

Изменение в дозировании для поддержания адсорбционной способности в системе очистки дымовых газов можно сделать:

- с помощью изменения расхода с использованием насосов с переменной скоростью или шнека-дозатора с переменной скоростью;

- с помощью изменения концентрации реагентов в полусухих системах, когда небольшие объемы смесителя повышают скорость изменения концентрации.

Важной задачей мониторинга и регулирования выбросов при сжигании отходов является ретроспективный анализ параметров технологического процесса (помимо прогнозного метода).

Для этого необходимо предусматривать запись и хранение результатов показаний контрольно-измерительных приборов и газоаналитических модулей (датчиков), лабораторного диагностирования.

5.1.11 Контроль и обработка сточных вод

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.

Ориентировочные перечень загрязняющих веществ и уровни загрязнения сточных вод в сбросах с систем газоочистки установок утилизации и обезвреживания отходов термическими способами приведены в таблице 3.3.

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".

5.1.12 Обработка шлаков и зольных остатков, образующихся в результате сжигания

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.

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 переработки золы от сжигания путем плавления золы в плазме при очень высоких температурах, чтобы стекловать структуру.

Технические решения по утилизации и обезвреживанию 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 переработки 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 CO ₂ 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), с поставляемой электроэнергией.

Плазменные печи работают с удельной мощностью от 0,25 до 0,5 МВт/м ² и имеют производительность плавления 300 кг/ч/м ². 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.

5.2 Варианты технологического процесса

5.2.1 Технологические процессы на базе методов сжигания

Стадия подготовки твердых отходов (сырья для установки термических способов утилизации обезвреживания) для придания получаемым продуктам и материалам определенных характеристик является эффективным способом снижения эмиссий.

Использование слоевых топок для утилизации и обезвреживания органических отходов должно сопровождаться предварительной подготовкой отходов перед загрузкой в печь.

Наибольшее промышленное внедрение имеют установки со слоевым сжиганием. Для минимизации воздействия на окружающую среду для таких установок необходим контроль процесса сжигания и регулирования параметров технологического процесса. Удовлетворительные экономические показатели обеспечиваются низкими капитальными затратами. Использование блока управления, современных горелочных устройств с регулируемым подводом воздуха в зону сжигания, тщательный входной контроль подаваемых на сжигание отходов, достаточное время пребывания сырья в блоке термических способов утилизации и обезвреживания обеспечивают удовлетворительные экологические характеристики. Соответствие показателям технологического процесса обеспечивается качеством энергоносителя, штатным режимом работы горелок и соблюдением норм по коэффициенту избытка воздуха для различных утилизируемых и обезвреживаемых отходов, турбилизацией в камере дожигания за счет подачи воздуха.

Безопасность термических способов утилизации и обезвреживания отходов с помощью слоевых (подовых) печей обеспечивается автоматизацией и контролем технологического процесса, отсутствием задымлений на местах работы обслуживающего персонала и возможностью очистки дымовых газов. Следует дооснащать установки тягодутьевым оборудованием и блоком многоступенчатой очистки и обезвреживания отходящих газов, газоаналитическим оборудованием для контроля выбросов в атмосферу в режиме онлайн по основным загрязняющим веществам.

Периодический ввод жидких шламов в подовые печи рассматривается как источник резервного энергоснабжения при утилизации и обезвреживании отходов с высокой теплотворной способностью (нефтешламы, отработанные и загрязненные нефтепродукты и т.д.). Производительность по жидким отходам в таком случае ориентировочно в три раза меньше, чем по твердым отходам - базовому сырью.

Прогрессивные диапазоны технологических параметров, использование ресурсо- и энергосберегающих методов позволили использовать установку для утилизации и обезвреживания специальных отходов.

Удовлетворительные экологические показатели по выбросам вредных веществ с отходящими газами обеспечиваются: многоступенчатой газовой очисткой (от взвешенных веществ и вредных компонентов, улавливаемых щелочными и щелочно-земельными реагентами); контролем поступающих отходов; контролем процесса горения отходов. Для обеспечения последнего в подобных установках используются: исправные горелочные устройства, отвечающие современному уровню техники (с возможностью регулирования подачи энергоносителя и автоматическим поддержанием соответствующего коэффициента избытка воздуха; визуализацией параметров технологического процесса и их архивированием); смотровые окна.

Очистка газов от взвешенных примесей производится в пылеосадительных камерах, электрофильтрах, циклонах и в мокрых пылеуловителях.

При использовании мокрых скрубберов абсорбционный раствор используется циклически. При этом к базовым технологическим решениям относятся локальные очистные установки, работающие по принципу фильтрации. Следует использовать внутриреакторную очистку, которая обеспечивается уровнем подвода очищаемых дымовых газов в скруббер и его гидравлическими характеристиками. При этом сгущаемый осадок транспортируется шнековым транспортером. Также имеется опыт механической фильтрации и отстаивания.

В качестве доступного технического подхода следует рассматривать использование мембранных технологий очистки сточных вод, образующихся в мокрых скрубберах, реализация которых обуславливает удорожание процесса переработки отходов в целом и может рассматриваться для оснащения производственно-технических комплексов или мусоросжигательных заводов. Как правило, дооснащение этим блоком не влечет значительных затрат, а также значительно сокращает влияние на окружающую среду.

В качестве примера НДТ может рассматриваться схема слоевого колосникового сжигания ТКО. В ней может быть организована система генерации электрической энергии.

Факторами, определяющими эффективность утилизации и обезвреживания, являются температура процесса и соотношение компонентов горения. Температура процесса утилизации и обезвреживания зависит от состава отходов и находится в интервале от 850 °C до 1300 °C.

При рабочих температурах 850-900 °C подавляющее большинство органических соединений (спирты, кислоты, альдегиды, кетоны) становятся термически нестойкими.

Для термических способов обезвреживания отходов, содержащих циклические, хлорорганические соединения, полимеры, требуется температура 1000-1300 °C, которая может создаться в вихревом дожигателе дымовых газов при одновременной нейтрализации галогенов путем введения нейтрализующих добавок.

Сжигание отходов с помощью барабанных вращающихся печей позволяет изменять режимы работы без существенного технического перевооружения и смены технологии, следовательно, использование этой конструкции дает возможность переработки более широкого спектра отходов. В их число входят твердые коммунальные и промышленные отходы, нефтяные шламы, обезвоженные осадки очистных сооружений, медицинские отходы, биологические отходы, COЗ-содержащие отходы и т.п.

Использование вращающихся печей довольно широко распространено в отечественной практике.

Для эффективного, энерго- и ресурсосберегающего процесса утилизации и обезвреживания коммунальных отходов и других шламов известно использование двухкамерной вращающейся трубчатой печи. Траектория движения шлама позволяет минимизировать недожог органических составляющих в зольном остатке (шлаке). Путь дымовых газов интересен с точки зрения стабилизации нагрузок на футеровки печей и обеспечения реализации ресурсосберегающего процесса.

Для обеспечения экологической безопасности 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. Методы ресурсо- и энергосбережения могут сводиться к использованию жидких отходов в качестве альтернативного топлива на специальных форсунках и системами утилизации тепла, например, на обеспечение горячим водоснабжением и отоплением производственных и внутриплощадных нужд.

Модификация конструкции печи в виде циклонного реактора 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. Необходимость вихревого режима определяется требованиями к сжиганию высокотоксичных сред. Имеется информация, что внедрение автоматического режима управления позволило сократить выбросы и уменьшить потери, уменьшить количество рабочих мест и сделать технологию с применением циклонного реактора в качестве камеры дожига более безопасной.

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

5.2.2 Технологические процессы на базе методов пиролиза

Экономическая эффективность процесса пиролиза, проводимого с получением топлива, обеспечивается получением пиролизного газа и пиролизного топлива, а также получением товарного технического углерода.

Возможность комплектации установки системой рекуперации тепла и (или) выработки электроэнергии, а также использование конденсируемого топлива в качестве альтернативного дизельному топливу энергоснабжения, отвечают критерию "Применение ресурсо- и энергосберегающих технологий".

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

Настоящий вариант интересен с точки зрения оценки критериев: "Наименьшего уровня негативного воздействия на окружающую среду" и "Применения ресурсо- и энергосберегающих методов".

Принципиальная схема процесса высокотемпературного пиролиза в практике температурного обезвреживания отходов позволяет получить 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. Технология может быть реализована в мобильном исполнении, что расширяет функциональные возможности ее использования.

5.2.3 Технологические процессы на базе методов газификации

Переработка отходов газификацией 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); получаемая смола может быть использована как жидкое топливо и как химическое сырье; сокращаются выбросы золы и сернистых соединений в атмосферу.

5.3 Технологические показатели наилучших доступных технологий

Установка для утилизации и (или) обезвреживания отходов термическими способами должна представлять собой совокупность оборудования, обеспечивающего загрузку и подачу отходов, их термическую деструкцию, очистку и удаление дымовых газов, выгрузку шлака и продуктов газоочистки (в том числе летучей золы).

Модернизация существующих производственно-технических комплексов по термическим способам утилизации и обезвреживания отходов с заменой основного оборудования при внедрении НДТ может потребовать значительно больших затрат, чем использование оборудования, спроектированного в соответствии с установленными технологическими показателями НДТ.

При этом под внедрением НДТ понимается ограниченный во времени процесс проектирования, реконструкции, технического перевооружения объектов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду, установки оборудования, а также применения технологий, которые описаны в опубликованных информационно-технических справочниках НДТ и (или) показатели воздействия на окружающую среду которых не должны превышать установленные технологические показатели НДТ.

Выбор и внедрение НДТ направлены на обеспечение комплексного подхода к предотвращению или минимизации техногенного воздействия и базируются на сопоставлении эффективности планируемых мероприятий по охране окружающей среды с установленными затратами, которые должен при этом нести субъект хозяйственной и иной деятельности для предотвращения или минимизации оказываемого им воздействия на различные природные среды.

Для определения НДТ учитывается комбинация критериев достижения целей охраны окружающей среды и энерго- и ресурсоэффективности, а именно:

- наименьший уровень негативного воздействия на окружающую среду в расчете на единицу времени и общая (проектная и фактическая) производительность основного оборудования (сушка, сжигание, пиролиз (низко- и высокотемпературный), газификация, методы, основанные на применении плазменных источников энергии (отдельно и (или) в сочетании технологических процессов));

- экономическая эффективность ее внедрения и эксплуатации в соответствии с перечнем обезвреживаемых отходов по классам опасности;

- использование ресурсо- и энергосберегающих методов с учетом ограничений на применение;

- период ее внедрения с учетом характера модернизации;

- промышленное внедрение этой технологии на двух и более объектах, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду.

Кроме того, при отнесении технологии учитывалась классификация методов термической деструкции отходов и критерии, применяемые для определения НДТ и приведенные в разделе 4.2. Наименования внедренных технологий, техники и оборудования утилизации и обезвреживания отходов термическим способом представлены в таблице 3.2.

Для определения технологических показателей НДТ были проанализированы представленные в анкетах текущие уровни выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от российских объектов утилизации и обезвреживания отходов термическим способом, являющиеся существенным экологическим аспектом данного вида деятельности, соответствующие европейские технологические показатели. Как уже говорилось в подразделе 3.1, текущие уровни выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от российских объектов по всем показателям ниже установленных европейских, по отдельным показателям - значительно ниже. Эксперты, члены технической рабочей группы, проводившие анализ исходной информации, содержащейся в анкетах предприятий, пришли к общему выводу о том, что значения уровней выбросов находятся в широком диапазоне концентраций, что свидетельствует о низкой достоверности представленных данных. В связи с этим принято решение сохранить технологические показатели НДТ для российских объектов утилизации и обезвреживания отходов термическим способом на уровне европейских технологических показателей, приведенных в ИТС 9-2015, кроме показателей по выбросам углеводородов предельных С ₁₂-С ₁₉ и бензапирену, которые установлены по верхней границе текущих выбросов (см. таблицу 5.6).

ГАРАНТ:

Нумерация таблиц приводится в соответствии с источником

Таблица 5.6 - Предложения по установлению технологических показателей

N п/п	Перечень маркерных веществ	Ед. измерения	Уровни выбросов в соответствии с данными анкет	Директива N 2010/75/ЕС Европейского парламента и Совета Европейского Союза "О промышленных эмиссиях"	Технологические показатели по Европейскому справочнику НДТ (2006) [14]	Технологические показатели по Европейскому справочнику НДТ (2019) [60]		Предложения по установлению технологических показателей
						новый завод	существующий завод
1	Оксиды азота в сумме в пересчете на диоксид азота	мг/м 3		200 *	200	50-120 *	50-150 *	200
	Диоксид азота	мг/м 3	0,003-1101,3	-	-	-	-	-
	Оксид азота	мг/м 3	0,0004-181,2	-	-	-	-	-
2	Серы диоксид	мг/м 3	0,1-1112,2	50 *	50	5-30 *	5-40 *	50
3	Углерода оксид	мг/м 3	0,1-4975,1	50 *	50	10-50 *		50
4	Углеводороды предельные С 12-C 19	мг/м 3	0,4-4,15	10 *	-	< 3-10 *		10
5	Взвешенные вещества	мг/м 3	0,1-11766,5	10 *	10	< 2-5 *		10
6	Бензапирен	мг/м 3	0,00000080,11	-	-	-		0,001
7	Хлористый водород	мг/м 3	0,1-20	10 *	10	< 2-6 *	< 2-8 *	10
8	Фтористый водород	мг/м 3	0,014-16,2	1 *	1	< 1 *		1
9	Диоксины	нг/м 3	0,0057-0,014	0,1 **	0,1	< 0,01-0,04 **	< 0,01-0,06 **	0,1
10	Ртуть и ее соединения	мг/м 3	0,0003-0,0009	0,05 ***	0,05	< 0,005-0,02 *		0,05
11	Cd + Tl	мг/м 3		0,05 ***	0,05	0,005-0,02 ***		0,05
	Кадмий и его соединения	мг/м 3	0,003	-	-	-		-
	Таллий и его соединения	мг/м 3	н/д	-	-	-		-
12	Сумма остальных тяжелых металлов (As + Pb + Co + Cr + Cu + Mn + Ni + Sb + V)	мг/м 3	0,005-0,05	0,5 ***	0,5	0,01-0,3 ***		0,5
13	Аммиак	мг/м 3	-	-	-	2-10 *		-
14	Диоксины + ПХБ	нг WHO-TEQ/м 3	-	-	-	< 0,01-0,06 **	< 0,01-0,08 **	-
Примечание: * - среднесуточные пороговые значения выбросов; ** - средние пороговые значения выбросов для диоксинов и фуранов, где минимальный период отбора равен 6 часам, а максимальный - 8 часам; *** - средние пороговые значения выбросов для тяжелых металлов, где минимальный период отбора равен 30 минутам, а максимальный - 8 часам.

Каждая из перечисленных в разделе 5 НДТ имеет преимущества и недостатки, поэтому выбор конкретного метода утилизации и обезвреживания отходов следует вести с учетом многих факторов и показателей, наиболее важными из которых являются:

- капитальные и эксплуатационные затраты;

- технико-экономические показатели работы оборудования и недопущение роста себестоимости производимых работ или продукции с учетом вносимых изменений в технологию производства;

- экологические показатели конкретного метода переработки;

- практическая возможность внедрения данного метода в условиях конкретного производства;

- возможность утилизации образующихся побочных продуктов от утилизации основного первоначального отхода на самом предприятии без увеличения негативной техногенной нагрузки на окружающую среду;

- сведение к минимуму практической вероятности аварийного или опасного состояния работы предприятия.

Производительность установок может превышать 3 т/ч. Это одновременно увеличивает риск ослабления входного контроля отходов и ведет к увеличению объемов дымовых газов, что, в свою очередь, определяет повышенную нагрузку на оборудование очистки отходящих газов. Реализация таких технологий должна выполняться с коэффициентом запаса, для чего могут использоваться параллельные линии с одинаковым оборудованием для равномерного распределения нагрузок и (или) резервных линий, переключение на которые может выполняться автоматически и (или) в ручном режиме.

Экологическая эффективность термических способов утилизации и обезвреживания отходов, содержащих токсичные компоненты, обеспечивается поддержанием некоторых параметров:

- температурный уровень процесса - более 800 °C (в барабанной печи), 1200-1250 °C (в камере дожигания);

- время пребывания газов при указанной температуре - более 2 с;

- эффективное турбулентное перемешивание горящих отходов и газов.

Установки могут работать под разрежением и обеспечивают утилизацию и обезвреживание отходов с температурным режимом 850-1250 °C.

Применение НДТ обеспечивает выполнение данных условий, предотвращает образование суперэкотоксикантов (фураны, бензапирен и др.), понижает класс опасности отходов после утилизации и обезвреживания.

Общая оптимизация и взаимодействие между элементами систем газоочистки (а также остальными частями процесса сжигания отходов) важны как для новых, так и для существующих установок. Для существующих варианты их модернизации могут быть ограничены по сравнению с новыми установками такими причинами, как необходимость расширения производственных помещений, вероятность нарушения герметичности блоков заводской готовности при замене отдельных элементов установки и т.п.

Сравнение альтернативных технических решений позволяет выявить присущие методу мокрой очистки характеристики:

- самые низкие уровни потребления реагентов;

- самые низкие уровни образования твердых остатков;

- повышенное потребление воды;

- образование стоков, которые требуют управления;

- повышенная видимость шлейфа загрязнений;

- накопление ПХДД/ПХДФ (эффект памяти) на пластиковых компонентах скруббера требует принятия мер;

- если температура на выходе слишком высокая, материал, используемый в конструкции мокрого скруббера, может быть разрушен.

На существующих установках такие изменения потребуют детальной переоценки процесса очистки дымовых газов, при этом необходимо уделять особое внимание распределению и использованию тепла.

Перспективно также реализовывать комбинацию мероприятий, предусматривающих более длительное воздействие при термических способах утилизации и обезвреживании, повышение температур в камере сгорания, интенсификацию механического перемешивания отходов.

Экономическая эффективность процесса возрастает с повышением надежности и увеличением срока эксплуатации оборудования, а также с внедрением дополнительных технологий по выпуску сертифицированной продукции (топлива, строительных материалов и т.д.).

Возможность комплектации установки системой рекуперации тепла и (или) выработки электроэнергии, а также использование конденсируемого и неконденсируемого газообразного топлива в качестве альтернативного дизельному топливу энергоснабжения, отвечают критерию "Применение ресурсо- и энергосберегающих технологий".

Улучшение степени дожигания золошлаков (твердых остатков) может быть достигнуто с помощью оптимизации параметров утилизации и обезвреживания, которые рассмотрены в разделе 5.

Концентрация оксидов тяжелых металлов в золе часто бывает на порядок выше, чем в сжигаемых отходах. Поэтому, хотя метод сжигания и позволяет существенно сократить объем отходов, при этом образуются еще более опасные для окружающей среды вещества, которые требуют отдельных затратных мер по утилизации или размещению.

Возможность утилизации твердых остатков обычно определяется в зависимости от:

- содержания органических соединений;

- общего содержания металлов;

- выщелачиваемости металлов, солей и тяжелых металлов;

- их физической пригодности.

Для полного разложения отходов и минимизации выбросов (особенно в воздух) количество энергии, необходимой для работы установки, должно обеспечивать термическими способами утилизации и обезвреживания с проектной производительностью.

Наиболее энергоемкими в процессе сжигания являются:

- вытяжной и нагнетательный вентилятор для поддержания давления в системе подачи воздуха для сжигания;

- оборудование для перевозки/загрузки отходов (например насосы/краны и грейферы/шнековые питатели);

- калориферы;

- оборудование для подготовки отходов к переработке (шредеры и т.д.);

- система подогрева дымовых газов перед устройствами для очистки загрязняющих веществ (например рукавные фильтры);

- подача топлива для пуска/остановки (наиболее актуально для отходов с низкой теплотой сгорания);

- система мокрой очистки дымовых газов, охлаждающая эффективнее, чем полусухая и сухая системы;

- система электроснабжения, необходимая для дополнительных устройств.

К мерам, позволяющим снизить потребность процессов в дополнительной энергии, относятся:

- исключение из процесса дополнительного оборудования;

- комплексный подход с оптимизацией потребления энергии всей установкой;

- размещение высокотемпературного оборудования в специально отапливаемых помещениях (зонах);

- ввод в систему теплообменников для снижения потребления энергии;

- использование энергии, производимой на установке для сжигания отходов, для собственных целей;

- эксплуатация вращающегося оборудования (вентиляторы и насосы), имеющего элементы, работающие с переменной скоростью, с частотным регулированием при пониженной нагрузке. Это позволит существенно снизить среднее потребление энергии, поскольку изменения давления будут за счет изменения скоростей, а не с помощью регулирования работы клапанов.

Некоторое количество генерируемой энергии возможно использовать при работе самой установки.

Оптимизация работы установки состоит в оптимизации всего технологического процесса. Она заключается в снижении энергопотерь в технологическом процессе.

Снижение потребности процесса в энергии уменьшает потребность в производстве энергии из внешних источников или позволяет поставлять большее количество энергии. Это достигается за счет подбора оптимальной по типу и производительности системы газоочистки.

Дополнительно утилизируемая энергия может быть использована в собственных целях, при этом должно обеспечиваться безопасное и эффективное разложение отходов.

Повышенный доход от реализации продаж энергии получают за счет:

- увеличения объема поставок электрической энергии на 20-30 %. Высокие уровни достигаются при предварительной подготовке отходов (отметим, что стадии предварительной подготовки отходов часто требуют энергии, и при этом можно использовать энергию, полученную в результате сжигания топлива), в частности при производстве энергии из отходов при сжигании в кипящем слое, и высоких показателях пара - выше 40 атм. и 400 °C;

- инвестиции в модернизацию тепловых сетей для повышения использования имеющейся энергии на уровне КПД до 80-90 %, если в течение всего года имеется спрос на тепловую энергию.

Если большая часть тепловой энергии не может быть использована, правильнее будет осуществлять комбинированное производство тепловой и электрической энергии. Если тепловая энергия полностью не реализуется, то полученную энергию необходимо преобразовать в электрическую.

Производство электроэнергии в полном объеме может быть достигнуто с помощью использования пара с повышенными параметрами. Выбор параметров пара (высокие или низкие) в большинстве случаев оценивается по экономическим показателям.

Значительная часть дополнительно потребляемой энергии связана с применением дополнительных технологий очистки дымовых газов, которые сами по себе потребляют энергию.

При полной реконструкции на работающей установке выбор вариантов ограничен вследствие дополнительных затрат. Установки, которые были модернизированы с целью достижения конкретных предельных значений выбросов, имеют повышенное энергопотребление, так как устанавливаются на "конце трубы".