Известно, что теплотворной способности многих видов твердых органических отходов (твердых бытовых, сельскохозяйственных, деревообработки и др.) достаточно для организации процессов их сжигания с целью уничтожения с последующей рекуперацией части энергии. В мире создано огромное количество мусоросжигающих заводов, работающих по принципу прямого сжигания. Гораздо более эффективно подвергать массу отходов процессу газификации, в результате которого органическая составляющая отходов преобразуется в горючий газ, который имеет широкий спектр возможностей по дальнейшему применению, главная из которых — энергетическая. Однако известно, что сельскохозяйственные продукты представляют собой значительную опасность (пестициды, гербициды, ДДТ) и требуют особого подхода в плане надежности узлов и агрегатов аппаратного обеспечения процесса утилизации отходов. Авторы предлагают проводить утилизацию отходов с помощью термической переработки в среде низкотемпературной плазмы, что позволит существенно увеличить эффективность процесса.
Однако накопленных теоретических знаний в этой области недостаточно для начала проектирования крупнотоннажных надежных производств. Необходима экспериментальная апробация и отработка процессов плазменной газификации сельскохозяйственных отходов. При этом особое внимание необходимо уделять таким проблемам, как качественная очистка отходящего газа и эффективная рекуперация энергии. Авторами разработана технологическая линия для обезвреживания отходов. Особенностью новой технологии является повышение надежности и эффективности работы установки, а также упрощение ее конструкции, что значительно удешевляет процесс утилизации отходов. Установка состоит из линии подсушки сельскохозяйственных отходов, плазменного газогенератора, камеры дожига и комплексной системы очистки топочных газов.
На первом этапе проводится подсушка и сепарация сельскохозяйственных отходов. Чем выше чистота отсортированных отходов от негорючих элементов, тем интенсивней происходит процесс газификации, при этом уменьшается эмиссия токсичных веществ в отходящий газ. Исследования морфологического и химического состава отходов и их влажностных характеристик, позволили оптимизировать технологию сепарации отходов, что позволяет пофракционно вводить их в плазменный газогенератор. Также перед подачей отходов в котел, проводится оценка влажности и примерного состава, после чего данные передаются на компьютер. Плазменная газификация отходов происходит при температуре 1300С0. Данный температурный режим установлен опытным путем и обеспечивает деструкцию высокомолекулярных углеводородов. Однако такой выбранный температурный режим требует особого подхода к материалам изготовления узлов и агрегатов. Разработанная конструкция плазменного газогенератора представляет собой герметичный цилиндр, выполненный из нержавеющей стали и футерованный огнеупорными материалами (рис.1). Барабан оснащен керамическими лопатками для перемешивания подаваемых отходов. Процесс не позволяет обрабатываемым отходам спекаться и увеличивает интенсивность горения внутри камеры. Скорость вращения камеры регулируется автоматически в зависимости от температуры, влажности и морфологии отходов. Процесс газификации происходит в потоке воздуха, разогретого плазмотроном переменного тока, который работает периодически. Высокотемпературный режим обеспечивает высокую степень превращения сельскохозяйственных отходов в СО, СН4 и прочие горючие компоненты синтез-газа, а доля инертного СО2 составляет не более 10-15 %. Дожигание синтез-газа осуществляется с применением кислородного дутья в высокотемпературной камере дожига. Камера дожига снабжена эжектором, конструкция которого обеспечивает интенсивный турбулентный режим смешения синтез-газа, поступающего из газогенератора, с кислородом. Применение кислородного дутья, в отличие от воздушного, позволяет повысить температуру в области горения синтез-газа до 2000-2100°С, что приводит к полной деструкции токсичных органических соединений, а также позволяет существенно сократить образование высокотоксичных окислов азота. Также в камере дожига достигается уменьшение вредных ингредиентов в дымовых газах, тем самым повышая надежность и эффективность работы установки.
На следующем этапе происходит комплексная очистка продуктов сгорания с дальнейшей рекуперацией тепловой энергии. Особое внимание уделено проблеме нейтрализации окислов азота. Для ее решения с помощью инжектирования в синтез-газ впрыскивается раствор карбамида. Карбамиды восстанавливают токсичные окислы азота до молекулярного азота. Это способствует сильному снижению концентрации NOx. Опытным путем установлена массовая доля карбамида в растворе. Также решена проблема повторного образования диоксинов путем резкого охлаждения синтез-газа до температуры 150-200С°. Далее происходит очистка отходящих газов в циклоне от мелкодисперсных твердых фракций. После чего используется очистка продуктов сгорания в скруббере с использованием щелочи, что позволяет нейтрализовать кислотные компоненты газов. Последней ступенью очистки является улавливание токсичных компонентов в кассетном адсорбере. Выпуск отходящих газов в атмосферу происходит через дымовую трубу.
Применение новой технологии утилизации сельскохозяйственных отходов позволит повысить надежность и эффективность работы подобных установок, упростить их конструкцию, получить дополнительную тепловую энергию, необходимую для обеспечения работы как в автономном режиме, так и для обеспечения теплом зданий и сооружений, а также получить значительную экономию расходов на сам процесс уничтожения отходов. Разработанная технология позволяет проводить процесс обезвреживания сельскохозяйственных отходов с очисткой топочного газа до ПДК. Также решены проблемы образования токсичных окислов азота и повторного образования диоксинов. На экспериментальной установке произведена апробация и отработка процессов плазменной газификации. Предложенная линия по переработке универсальна, надежна и обладает способностью к масштабированию, что позволяет использовать полученные знания и опыт в промышленных целях для создания крупных перерабатывающих комплексов.
