Меню Рубрики

Установка по сжиганию шпалы

Установка по сжиганию шпалы

Установки для утилизации деревянных железнодорожных шпал. Сравнительные характеристики

Установка для утилизации твердых бытовых отходов ПМУ-150М

Установка ПМУ-150М разработана совместно УкрГНТЦ «Энергосталь» и Северо-Восточным научным центром АН Украины и предназначена для сжигания ТБО, образующегося при эксплуатации железнодорожного транспорта. Модернизированная установка успешно работает с начала 2002 г. Установка размещается на стандартной железнодорожной платформе, которая имеет специальный настил, откидные и стационарные площадки обслуживания, лестницы, ограждения, а также контргрузы для центровки.

Установка оборудована следующими приспособлениями:

  • консольно-поворотным краном (грузоподъемность 500 кг) с электроталью для подачи мусора в печь;
  • загрузочным устройством с пневмоприводом; печью для сжигания отходов со встроенной воздухоохлаждаемой колосниковой решеткой, дымоохладителем, рекуператором;
  • четырехступенчатой системой очистки дыма от неорганической пыли; камерой дожигания;
  • системой впрыска щелочного раствора в дымовые газы;
  • каталитическим аппаратом с очисткой его по ходу работы сжатым воздухом;
  • кассетным тканевым фильтром;
  • вентилятором, снабжающим печь воздухом для горения, а также для охлаждения дымоохладителя и колосниковой решетки;
  • дымососом с дымовой трубой;
  • компрессором, обеспечивающим сжатым воздухом пневмопривод загрузки, систему регенерации кассетного фильтра и каталитического аппарата;
  • топливным хозяйством в составе бака для жидкого топлива, топливного насоса, фильтров для топлива, арматуры и счетчика учета расхода топлива;
  • механизмом с электроталью для перемещения контейнеров вдоль платформы, смены контейнеров, принимающих шлак и пыль из печи и кассетного фильтра;
  • контейнерами для загрузки печи, приема шлака и пыли;
  • помещением управления установкой, где размещены щиты контрольно-измерительных приборов и электроаппаратура;
  • домкратами для стабилизации платформы в рабочем положении.

Установка обеспечивает полное сжигание органической части отходов на колосниковой решетке в воздухе, подогретом в рекуператоре до 350—400 °С. Образующийся дым очищается в четырехступенчатой системе газоочистки: от органических вредностей, в том числе диоксинов и бензапирена, за счет дожигания в специальной футерованной камере при температуре 950—1000 °С. Недожженная часть органики, монооксид углерода и сажа обезвреживается в каталитическом аппарате при температуре на входе 350— 450 °С. От кислых неорганических соединений дым очищают за счет впрыска в дымовые газы щелочного раствора. Впрыск производится как в камеру дожигания, так и после каталитического аппарата. Механические загрязнения, включая соединения тяжелых металлов, осаждаются в кассетном тканевом фильтре. Такая многоступенчатая очистка обеспечивает концентрацию вредных веществ в приземном слое менее нормативов ЕС.

Очистка фильтра, рекуператоров, каталитического аппарата происходит без остановки сжигания. Технологический процесс максимально автоматизирован и механизирован в условиях передвижной установки, что позволяет двум рабочим обслуживать ее, включая отсортировку из мусора стеклотары, металлолома и др. Монолитный внутренний слой футеровки из специального жаростойкого бетона повышенной прочности обеспечивает высокую прочность и жаростойкость печи при работе и переездах.

Установка для утилизации деревянных шпал ВНИИЖТ и ОИВТ РАН

Утилизация старогодных деревянных шпал, древесных отходов, ТБО, нефтешламов и отработанных масел на установке ВНИИЖТ и Объединенного института высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) производительностью 150 кг/ч происходит следующим образом. Отходы или шпалы подают железнодорожным транспортером в ангар под разгрузку на специально подготовленные площадки хранения негодных деревянных шпал, древесных отходов, ТБО. Шпалы из штабеля и древесные отходы захватывают краном-манипулятором и подают в приемный бункер измельчительного узла. В нижней части бункера шпала попадает в устройство, снабженное фрезами, которые измельчают шпалу в щепу до размеров 1-10 мм. Из нижней части устройства щепа поступает в промежуточный бункер, куда подают также ТБО в полиэтиленовых мешках.

Щепу совместно с ТБО помещают в загрузочное устройство, из которого отходы попадают в камеру сгорания на колосниковые решетки в нижней части печи. Нефтешламы и отработанные масла перекачивают насосом в узел подготовки к сжиганию и под давлением 15 кг/см2 подают на форсунки, смонтированные в нижней части камеры сгорания печи.

Отходы сгорают при температуре 900 °С с выделением тепла до 4,5 тыс. ккал/кг отходов. Молекулы целлюлозы, углеводороды, смолистые вещества и белки под действием высокой температуры распадаются на низкомолекулярные вещества и окисляются кислородом воздуха. При этом образуются оксиды азота, диоксид серы, оксид углерода, бензапирен. При сжигании поливинилхлорида (ПВХ) дополнительно образуется хлористый водород, диоксины и фураны. Отходящие газы частично содержат недогоревшие метан, этан и альдегиды.

В печи создают небольшое разряжение вентилятором для исключения выбросов вредных веществ в атмосферный воздух. Отходящие газы направляют в камеру дожигания, и при температуре 1200 °С происходит деструкция бензапирена, диоксинов, фуранов и сгорание оксида углерода, метана, этана и альдегидов.

В скруббере отходящие газы очищаются до ПДК от кислых газов (оксиды азота, диоксид серы) и хлористого водорода благодаря взаимодействию с известью и мелкодисперсным поташом. Далее отходящие газы подвергают очистке от минеральной пыли в высокотемпературном «циклоне» с эффективностью не менее 95 %.
Далее отходящие газы проходят через теплообменник, нагревая воду до 100 °С, «циклон» (степень очистки от минеральной пыли — 95 %) и выбрасываются через трубу рассеивания.

На рис. 2 приведен общий вид печи сжигания отходов ВНИИЖТ-ОИВТ РАН.

Планируемый срок окупаемости такой установки может составлять от 0,5 (для ПМС) до 1,5 (для дистанции пути) года.

По согласованию с руководством Северо-Кавказской дороги опытная установка размещена на Тихорецком ОШПЗ. Проведены монтажные, пуско-наладочные работы и эксплуатационные испытания по обезвреживанию твердых бытовых отходов, промасленных опилок и ветоши, негодных деревянных шпал.

Читайте также:  Установка водонагревателя для бассейна

Анализ отходящих газов опытной установки, проведенный отделением Ростехнадзора по Краснодарскому краю, показал отсутствие превышения концентрации вредных газов над нормативными значениями.

Проект ангара, разработанный ДКТБ «Контраст» Северо-Кавказской дороги в пяти вариантах, позволяет компоновать оборудование по обезвреживанию сгораемых отходов, в том числе и отработанных деревянных шпал, для различных структурных подразделений ОАО «РЖД».

Опытно-промышленная установка для утилизации шпал ОДШ

Казанский государственный технологический университет разработал экономически эффективный, энергетически малозатратный и экологичный способ утилизации отработанных деревянных шпал (ОДШ), схемы технологического процесса, методики расчета рациональных конструктивно-режимных параметров для реализации энергосберегающей технологии. Результаты теоретических и экспериментальных иссле­дований использованы,при создании методики расчета и проектировании промышленной установки для пиролиза ОДШ. Установка для утилизации шпал ОДШ методом пиролиза принята к внедрению на ООО «Бивар».

Модель процесса утилизации шпал ОДШ методом пиролиза состоит из отдельных стадий: пиролиза, конденсации, сжигания и сушки.

На стадии пиролиза неконденсирующиеся газы, проходя через зернистый слой сырья, прогревают его. При этом теплоперенос лимитируется теплоотдачей от газовой смеси к частицам зернистого слоя.

В многокомпонентной парогазовой смеси, выделяющейся в ходе пиролиза, при проходе ее через конденсатор остаются компоненты каменноугольного масла. Для наиболее эффективной конденсации парогазовой смеси, состоящей из продуктов пиролиза древесины и дистилляции каменноугольного масла, ее температуру необходимо уменьшить до 200 °С.

Экспериментальная установка для исследования пиролиза ОДШ состоит из камеры термического разложения с нагревателем и весоизмерительным устройством, баллона с азотом, конденсатора, насоса, компрессора, сухого газгольдера, термопары, запорно-регулирующей арматуры и системы сбора и обработки информации.

С целью определения состава жидких продуктов пиролиза ОДШ были проведены исследования продуктов при различных содержаниях каменноугольного масла. Результаты анализа проб образцов с массовым содержанием каменноугольного масла в размере 80 % (периферийная, пропитанная каменноугольным маслом часть шпалы) показали высокое содержание фенолов — 20,1 %, фенантренов — 17,2 %, и пиренов — 16,9 %, т.е. соединений, характерных для состава каменноугольного масла. Однако следует отметить и наличие легких фракций.

При анализе паровой фракции пробы, полученной термостатированием при 70 °С, обнаружены в больших количествах ацетон (22 %) и бутанол (12 %). Результаты анализа проб, полученных при пиролизе образцов с массовым содержанием каменноугольного масла 12,9 %, что соответствует общему массовому содержанию пропиточного состава в деревянных шпалах, показали преобладание лесохимических продуктов: уксусной кислоты — 31,1 %, фурфураля — 11,4 % и метилацетата Ш — 14,6 % с незначительной долей компонентов каменноугольного масла. В целом результаты аналитических исследований позволили подтвердить гипотезу аддитивности химического состава жидких продуктов, полученных при пиролизе ОДШ.

Очевидно, это вызвано тем, что основные соединения каменноугольного масла термически устойчивы в температурных режимах пиролиза древесины. Данное обстоятельство позволяет рассматривать пиролиз ОДШ как совокупность процессов дистилляции каменноугольного масла и пиролиза древесины.
Уголь, полученный из отработанной деревянной шпалы, измельчали и помещали внутрь герметично закрывающейся реторты, которую нагревали в условиях исследуемого температурного режима. Активация осуществлялась в изотермических условиях перегретым паром.

Влагосодержание ОДШ определяли весовым мето­дом. Результаты анализа показали значительный разброс значений как по поперечному сечению шпалы, так и по ее длине. В среднем влагосодержание исследованных шпал колебалось в диапазоне 20—55 %, что подчеркивает необходимость предварительной сушки при утилизации отработанных деревянных шпал методом пиролиза.

Проведенные Казанским технологическим университетом испытания показали, что зольность отработанных деревянных шпал в среднем составляет 2,6 %. Такое значение допустимо при пиролизе и соответствует стандартам на древесный уголь. Однако необходимо отметить, что на поверхности шпал, в особенности нижней и боковых частях, присутствуют значительные наросты из минеральных компонентов. Это необходимо учитывать при подборе и эксплуатации оборудования для предварительного измельчения деревянных шпал.

Для окончательной проверки возможности осуществления пиролиза отработанных деревянных шпал была создана опытно-промышленная установка для пиролиза шпалы ОДШ. В ней заложены принципы действия некоторых узлов, предлагаемых к использованию в промышленной схеме утилизации ОДШ. Использование тейла пирогазов для пиролиза, а также теплоты сгорания отработанных газов для предварительной сушки сырья позволяет повысить эффективность утилизации шпалы методом пиролиза, выразившейся в снижении эксплуатационных затрат и улучшении экологических показателей.

Предлагаемая промышленная схема утилизации ОДШ (рис. 3) состоит из участка механической очистки 1, рубильной машины 2, транспортера 3, барабанной сушилки 4, реактора пиролиза 5, конденсатора 6, топки 7 и ресивера 8. Отработанные деревянные шпалы поступают на участок 1, где их очищают от грязи и наростов минерального происхождения. Затем шпалы подают на участок измельчения 2 с последующей сушкой в барабанной сушилке 4, а из сушилки — в реактор пиролизной установки.

Процесс пиролиза начинается за счет тепла сгорания газов, сжигаемых в теплогенераторе (топке). Дымовые газы рекуперативно прогревают реактор, инициируя сначала прогрев, а затем и реакцию термического разложения. Парогазовая смесь, выделяющаяся при пиролизе, подается в конденсатор смешения. Менее плотная часть дистиллята после отстаивания подается циркуляционным насосом в форсунки конденсатора смешения. Часть несконденсировавшейся парогазовой смеси, состоящей преимущественно из лесохимических продуктов, с помощью воздуходувки поступает в рубашку теплогенератора, а из него г— в реактор, обеспечивая прогрев сырья. Другая же часть компрессором направляется в ресивер, а затем в качестве топлива в горелку. Образовавшиеся дымовые газы подаются, смешиваясь с воздухом, в сушилку как сушильный агент.

Использование пиролиза в качестве метода утилизации ОДШ позволяет решить ряд задач. Во-первых, за счет герметичности установки и улавливания в конденсаторе токсичных компонентов образующейся парогазовой смеси обеспечивается экологичность процесса; во-вторых — используя тепло, выделяющееся при сжигании пирогазов, для обеспечения пиролиза достигают энергетическую эффективность процесса, что в конечном счете влияет и на экономическую целесообразность. Кроме того, данная технология позволяет получить продукты в виде угля и смеси компонентов каменноугольного масла, которые можно использовать в промышленности. Следует учесть, что для уменьшения вредного воздействия на человека рекомендуется использование систем видеонаблюдения за некоторыми технологическими процессами, чтобы исключить присутсвие работников в ходе работы установки.

Читайте также:  Установка пресетов в spire

Сравнительный анализ технических характеристик установок

  1. Установки российского и украинского производства обладают наилучшими технико-экономическими показателями. Они могут быть использованы для сжигания отходов предприятий на месте их образования, при этом исключаются транспортные издержки и платежи за размещение мусора на полигонах бытовых и производственных отходов.
  2. Российские установки с узлами подготовки отходов к сжиганию (разработка ВНИИЖТ—ОИВТ РАН) могут обезвреживать ТБО, осадки биологических очистных сооружений, нефтешламы, отработанные масла, смазки и бумажные фильтры, негодные шпалы. Украинская установка МПУ-150М обезвреживает только бытовые отходы с производительностью сжигания 150—200 кг/ч.
  3. Установки российского производства в стандартной поставке комплектуются трехступенчатой газоочисткой: камерой дожигания, пылеуловителем с эффективностью очистки до 93 %, сатуратором для мокрой очистки отходящих газов, а также котлом — утилизатором тепла отходящих газов.
  4. Установки украинского производства в стандартной поставке комплектуются экономайзером и пятиступенчатой очисткой отходящих газов: пылеуловителями с эффективностью очистки до 99 %, каталитическим блоком для обезвреживания хлорорганических веществ (бензапирена и диоксинов), сатуратором для мокрой очистки отходящих кислых газов, что позволило выйти по газоочистке на уровень норматива ЕС. Избыточное тепло, образующееся в мобильной установке украинского производства, выбрасывается в атмосферу. В стационарной установке производительностью 1 т мусора в час установлен парогенератор и турбинный блок для получения до 400 кВт электроэнергии и горячей воды для отопительной системы. Автоматизация загрузки отходов в установку и выгрузки из него золы не предусматривалась.
  5. Мусоросжигательный завод в г. Люботин (Украина) оборудован парогенератором, теплообменником и паротурбинной электростанцией, что позволило уменьшить стоимость обезвреживания отходов и сократить срок окупаемости мусоросжигательного комплекса за счет продажи электроэнергии.
  6. В украинских установках обезвреживания отходов не решена проблема с утилизацией золы. При внесении в конструкцию мусоросжигательного комплекса дополнительных узлов измельчения деревянных шпал и впрыска в печь нефтешламов и отработанных масел технология будет полностью соответствовать экологическим требованиям.

Эколого-экономический анализ показал, что из рассмотренных выше методов и установок наибольшей эффективностью обладает установка экологически чистого сжигания украинского производства (г. Люботин), с использованием которой может быть создана универсальная технология обезвреживания ТБО, старогодных деревянных шпал и пастообразных нефтешламов с утилизацией образующегося тепла. Установка должна быть оборудована узлами подготовки и подачи различных горючих отходов в камеру сгорания, что позволит исключить простои и экологические платежи за размещение отходов 3-го класса опасности, содержащих нефтепродукты, на территориях железнодорожных предприятий. Определение класса опасности отходов производится до начала переработки. Загрузка отходов должна быть механизирована, для чего требуется задействовать трех рабочих при круглосуточной работе установки. Для сокращения выбросов при загрузке отходов в камеру сгорания предлагается использовать механическую шнековую подачу, которая исключает выбросы дыма, а также резкое понижение температуры в камере сгорания при загрузке холодного сырья. В результате достигается более равномерное горение отходов и экономия дизельного топлива.

Широкое внедрение локальных комплексов обезвреживания ТБО и ПО позволило бы решить острую проблему с захоронением отходов в России и дополнительно получать до 0,5 МВт электроэнергии и 0,4 Гкал тепла с каждой тонны отходов. Эколого-экономические показатели рассмотренных выше методов и установок сведены в табл. 1.

Как следует из ее анализа, наибольшей эффективностью обладают установки экологически чистого сжигания ИН-50, ПМУ — 150М, мусоросжигательный завод (г. Люботин, Украина), с использованием которых может быть построена универсальная технология обезвреживания ТБО, негодных шпал и пастообразных нефтешламов с утилизацией образующегося тепла. Для обезвреживания пастообразных отходов печи оборудуются специальной форсункой, системой усреднения состава, подачи и разогрева нефтешлама (разработка ВНИИЖТ и ОИВТ РАН). Использование доменной и сверхадиабатной печей несмотря на их экологические преимущества требует перевозки и накопления уг леродсодержаших отходов на месте установки оборудования, что резко снижает экономические показатели указанных процессов.

Из многообразия методов и установок для утилизации негодных деревянных шпал для применения в ОАО «РЖД» следует рекомендовать метод термического разложения, применяемый в установке украинского производства (г. Люботин) ввиду низкого энергопотребления, высокого объема переработки шпал и низких затрат на ее закупку относительно установок европейского и американского производства.

Внедрение установок по утилизации шпал позволит сократить отвлечения монтеров пути от текущего содержания на 5 %, исчезнет угроза штрафных санкций и переплат за хранение опасных отходов, а также внедрение установок по утилизации шпал со степенью очистки отходящих газов ниже норм стран ЕС повысит имидж компании ОАО «РЖД» как на внутрироссийском, так и на зарубежных рынках.

Таблица 1. Эколого-экономические показатели методов и установок

Наименование установки (технологии) обезвреживания
отходов

источник

Утилизация железнодорожных шпал: основные методы и перспективы

Утилизация деревянных шпал вызывает некоторые трудности у транспортной отрасли. По закону эти изделия, исчерпавшие собственный ресурс, должны отвозиться на специальные промышленные полигоны. Но количество последних ограничено, многие из них переполнены.

Читайте также:  Установка датчиков освещения в квартирах

Транспортной компании остается складировать старые и снятые железнодорожные шпалы в непредназначенных для этого местах. А это становится причиной наложения штрафов, привлечения к административной, дисциплинарной и материальной ответственности. Если нарушение повлекло причинение вреда жизни и здоровья граждан, ответственных лиц могут привлечь к уголовной ответственности. Грамотная и эффективная утилизация шпал позволяет предупредить эти нежелательные последствия.

Зачем нужна утилизация деревянных шпал?

Действительно, речь идет о дереве, а значит, угроза для окружающей среды и людей минимальна. Это заблуждение, которое опровергается простым экспериментом. Достаточно подойти к железной дороге, найти установленные или снятые после использования деревянные шпалы, несколько минут постоять возле них. Появляется легкая тошнота, может немного закружиться голова.

Причина такого недомогания – пропитка деревянных шпал. Перед установкой их обрабатывают специальными жидкостями – антисептиками. На 70% они состоят их ароматических углеводородов. В результате такие отходы автоматически относятся к 3 классу опасности с соответствующим последствиями.

Удалить пропитку можно, например, термическим способом. Но поскольку в ее основе содержится креозотное вещество, при горении в атмосферу выделяются токсичные вещества, а именно: ацетон, бутанол, фенолы и другие.

Эти токсины опасны тем, что становятся причиной появления и развития у людей и животных онкологических заболеваний. Несмотря на это, сжигание – это один из основных методов утилизации железнодорожных шпал.

Основные методы утилизации железнодорожных шпал

Как указано выше, термический способ – один из основных. Он не экологичный, но дешевый. В результате в окружающую среду попадают токсичные летучие вещества. Ведь более 80% пропитки –это углеродное масло, которое имеет следующий состав:

  • фенолы – 20%;
  • фенантрены – 17%;
  • пирен – 17%;
  • ацетон – 22%;
  • бутанол – 12%.

Все они, попадая в воздух, являются причиной интоксикаций людей в тяжелых формах. И, как описано выше, постоянное нахождение неподалеку от таких мест утилизации, становится причиной появления и развития онкологических заболеваний. Альтернатива этому методу – переработка деревянных шпал с предварительной нейтрализацией пропитки.

Применение в строительстве

Следующий метод утилизации основан на повторном использовании отработавших шпал при строительстве. Тот факт, что они не пригодны для динамических нагрузок, не означает, что они не подойдут где-то в строительстве в качестве вспомогательных элементов несущих и других конструкций.

Особенно часто их используют дачники и сельские жители. Но предварительно требуется очистка от креозола, которым пропитаны эти шпалы. В противном случае, частое или постоянное пребывание возле источника паров углеродного масла может негативно сказаться на самочувствии и здоровье. Поэтому утилизация деревянных шпал, пропитанных креозотом, лучше, чем использование их в строительстве.

Получение газа и угля

В первом случае для утилизации и получения газа применяются газогенерирующие установки. В зависимости от ее размеров, шпалы предварительно измельчаются. После этого они помещаются в специальную камеру, в которой отсутствует кислород.

Под воздействием сложных процессов, повторяющихся циклично, а также температуры в 400 o C материал распадается, образуя газ. Последний выделят оксид углерода и водород, которые сжигаются в специальной камере. В остатке – дымовая газы, в которых содержится только вода, а также углекислый газ.

Несмотря на то, что метод позволяет не только получать, но и хранить тепло, эффективность таких установок невелика. За счет большого потребления дизельного топлива отмечается низкая экономичность.

Получение древесного угля также не отличается экономичностью и эффективностью. Такая переработка состоит из следующих этапов:

  1. Нейтрализация креозотных соединений с помощью специальных реагентов;
  2. Непосредственная обработка древесины до образования угля.

Кардинально проблему с утилизацией и этот метод не решает. Это дорогая технология, которая применяется локально, не может заменить массовую утилизацию отработанных деревянных шпал.

Биодеградация и пиролиз

Первый заключается в биологическом разложении маслянистых веществ с помощью групп выделенных микроорганизмов, взаимодействующих друг с другом. Использование с этими организмами безвредно для окружающей среды, безотходно и относительно дешево.

Пиролиз позволяет выделить углеродное масло, предотвращает выброс токсинов в атмосферу. Это обеспечивается за счет жестких условий, в которых протекает сам процесс. В процессе сжигание образуется тепло, которое минимизирует энергетическое потребление установки. Кроме того, избыточное тепло может направляться на нужды хозяйств.

Проблемы утилизации железнодорожных шпал

В настоящее время проблема утилизации списанных деревянных железнодорожных шпал становится все более острой. Обращение этого типа отходов затруднено из-за вредных пропитывающих веществ, которые они содержат, в первую очередь креозот. Он очень токсичен, обладает мутагенным и канцерогенным действием.

До настоящего времени наиболее часто используемые методы утилизации деревянными шпалами включали главным образом их сжигание или повторное использование для создания элементов малой архитектуры в приусадебных участках, что практикуется и по сей день. Но эти действия представляют прямую угрозу для окружающей среды и здоровья человека.

Другие способы использования деревянных шпал включают, в меньшей степени, их использование для производства заменителей топлива и компостов. Однако, когда речь идет об утилизации отходов такого типа, наилучшим решением в свете применимых правил является их хранение на полигонах для опасных отходов.

Но такое решение имеет много недостатков, поэтому оно не широко используется. Альтернативой хранению являются инновационные решения бельгийских и финских производителей, которые представили на рынке реакторы, где процесс газификации одновременно включает нейтрализацию ядовитых углеводородов.