Проектирование технологической линии газоочистки МСЗ №4 "Руднево"

Проектирование технологической линии газоочистки МСЗ №4 "Руднево"

186

Содержание

1. Введение

2. Характеристика дымовых газов МСЗ

3. Технология процесса мусоросжигания на примере МСЗ №4

4. Компоновка оборудования отделения газоочистки

4.1 Общие положения

4.2 Циклоны

4.3 Транспортировка золы кола и летучей золы

4.4 Дозировка адсорбента

4.5 Рукавный фильтр

4.6 Подогрев фильтра

4.7 Дымосос

4.8 Измерение эмиссии

5. Материальные и тепловые расчеты

5.1 Материальный баланс процесса подготовки ТБО перед сжиганием

5.1.1 Отбор крупногабаритного мусора

5.1.2 Расчет основных физико-химических характеристик ТБО

5.1.3 Материальный и тепловой балансы печи при сжигании ТБО после подготовительного отделения с ручной сортировкой

6. Циклоны

6.1 Назначение

6.2. Технические характеристики аппарата

6.3 Технологический расчет

6.3.1 Исходные данные

6.3.2 Расчетная часть

6.4 Оптимизация решений по сухому отводу пыли из газоочистных аппаратов

6.5 Выбор схемы пылевыгрузки

6.6 Прочностные расчеты

6.6.1 Расчет прямоугольных наружных фланцев

6.6.2 Расчет опор

7. Распылительный абсорбер

7.1 Назначение

7.2 Технологический расчет

7.3 Материальный и тепловой балансы

7.3.1 Материальный баланс

7.3.2 Тепловой баланс

7.4 Расчет центробежного механизма

7.5 Расчет высоты распылительного абсорбера

7.6 Прочностные расчеты

7.6.1 Расчет обечаек

7.6.2 Расчет круглых наружных плоских фланцев

7.6.3 Расчет прямоугольных наружных фланцев

7.6.4 Расчет укрепления отверстий под штуцер в конической обечайке

7.6.5 Расчет опор

8. Рукавный фильтр

8.1. Назначение

8.2. Технологический расчет

8.3 Расчет производительности и типоразмера рукавного фильтра

8.4 Расчет эффективности работы рукавного фильтра

8.5 Тепловые расчеты

8.6 Прочностные расчеты

8.6.1 Расчет укрепляющих ребер

8.6.2 Расчет фланцев, соединяющих газоход из трубы Вентури и рукавный фильтр

8.6.3 Расчет укрепления отверстия при входе газохода в рукавный фильтр

9. Экологический анализ работы установки очистки дымовых газов

9.1 Проведение расчетов и определение ПДВ

9.2 Уточнение размеров санитарно-защитной зоны. Исследование изменения содержания веществ в дымовых газах до очистки и после

10. Список используемой литературы

1. Введение

Сложившаяся в настоящее время в большинстве крупных городов мира экологическая ситуация ведет к реальному возникновению на территории города и вблизи него необратимых процессов деградации природной среды и представляет реальную угрозу здоровью городского населения. [28]

Задачи охраны окружающей среды состоят не в том, чтобы остановить прогресс, а в том, чтобы планировать производственную деятельность с учетом природных, технических, экономических, социальных и других ограничений. Решение задач охраны природы в такой постановке реализует модель «устойчивого развития». Россия относится к странам с высоким уровнем урбанизации. В 164 городах с населением свыше 100 тысяч человек проживает свыше 60% городского населения и более 45% всего населения страны. В настоящее время в Российской Федерации экологическая обстановка в крупных городах сохраняется напряженной.

Повсеместно возникающие вокруг городов плохо организованные, а порой и просто «стихийные», свалки являются серьезными загрязнителями поверхностных и грунтовых вод. В результате миграции с территорий действующих и рекльтивированных полигонов (свалок) химических веществ, содержащихся в фильтрате ТБО (твердые бытовые отходы), в поверхностные и грунтовые воды происходит загрязнение почвы и водоисточников.

Создание нормальных условий жизни людей в городе - первоочередная задача коммунальных служб, занятых санитарной очисткой и уборкой городских территорий. В мировой практике известно более 20 методов обезвреживания и утилизации ТБО по конечной цели делятся на ликвидационные (решающие, в основном, санитарно-гигиенические задачи) и утилизационные (решающие и задачи экономики - использование вторичных ресурсов); по технологическому принципу - на биологические, термически, химические, механические, смешанные. Большинство этих методов не нашли сколько-нибудь значительно распространение в связи с их технологической сложностью и сравнительно высокой себестоимостью переработки ТБО. [29]

Наибольшее практическое распространение в мировой и отечественной практике получили следующие методы экономически и экологически наиболее оправданные методы:

· Складирование на полигоне,

· Термическое обезвреживание,

· Аэробное биотермическое компостирование,

· Комплексная технология сортировки, компостирования и сжигания (или пиролиза) различных фракций ТБО.

Мусоросжигание - это наиболее сложный и «высокотехнологичный» вариант обращения с твердыми бытовыми отходами (ТБО). Сжигание требует предварительной обработки ТБО (с получением топлива, извлеченного из отходов). При разделении из ТБО стараются удалить крупные объекты, металлы (как магнитные, так и немагнитные) и дополнительно его измельчить. Для того, чтобы уменьшить вредные выбросы из отходов, также извлекают батарейки и аккумуляторы, пластик, листья. Сжигание неразделенного потока отходов в настоящее время считается чрезвычайно опасным. Таким образом, мусоросжигание может быть только одним из компонентов комплексной программы утилизации.

Термические технологии переработки ТБО позволяют гарантированно обезвреживать бактериальную микрофлору отходов. Сжигание позволяет примерно в 3 раза уменьшить вес отходов, устранить некоторые неприятные свойства: запах, выделение токсичных жидкостей, бактерий, привлекательность для птиц и грызунов, а также получить дополнительную энергию, которую можно использовать для получения электричества или отопления. Практически все мусоросжигательные заводы оснащены оборудованием для утилизации тепла. Главной проблемой мусоросжигательных заводов является необходимость очистки выходящих в атмосферу газов от вредных примесей.

В мировой и отечественной практике используют различные методы термического обезвреживания и утилизации ТБО.

Для так называемых установок массового сжигания (производительностью от 100 до 3000 тонн в сутки) капитальные затраты в США колеблются от 80 до 100 тыс. долларов на единицу мощности (тонна сжигаемых отходов в день). В эту цену не входит цена устройств подготовки отходов. Эксплуатационные расходы составляют около 20 долларов за тонну ТБО. При выборе вариантов утилизации ТБО следует также иметь в виду, что время, необходимое на проектирование и постройку МСЗ в США, в среднем занимает 5-8 лет. С удорожанием цен на энергоресурсы затраты на получение 1 кВт при сжигании топлива стремительно растут, поэтому предполагается использовать ТБО, как альтернативный вид топлива.

Функционирование МСЗ, эксплуатирующий охарактеризованные выше технологии и по своему существу представляющих собой предприятия природоохранного профиля, сопровождается различного уровня негативным воздействием на биосферу. Это воздействие в наибольшей степени связано с дымовыми газами и твердыми продуктами термической переработки ТБО. Ниже освещен круг наиболее важных сведений, касающихся такого воздействия, и мероприятий, связанных с его минимизацией и упразднением.

Основной трудностью развития этой отрасли является её сложность, отсутствие отечественных аналогов некоторого оборудования. Целью моего дипломного проекта является на примере технологической линии газоочистки МСЗ №4 «Руднево» показать теоретическую возможность отечественного аналога, а так же его экономическую целесообразность.

2. Характеристика дымовых газов МСЗ

В составе дымовых газов МСЗ, помимо названных выше взвешенных веществ и оксидов, могут присутствовать при наличии в сжигаемом ТБО хлор- и фтор- содержащих компонентов (в частности, в массе некоторых пластмассовых отходов) хлорид водорода HCl и фторид водорода HF. Наряду с этим, отходящие газы МСЗ отличаются от дымовых газов энергетических установок, работающих на природном топливе, высоким (от 10 до 20%) содержанием водяных паров, что обусловлено значительной влажностью ТБО. [26]

Среди загрязняющих дымовые газы МСЗ веществ могут присутствовать также полихлоридибензодиоксины (ПХДД) и полихлоридибензофураны (ПХДФ). Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха на уровне дыхания человека выбросами вредных веществ промышленных предприятий и котельных в нашей стране определяют по величине концентрации вредности (загрязнения) при неблагоприятных метеорологических условиях, значение которого не должно превышать максимальной разовой предельно допустимой концентрации.

В странах ЕЭС с 1989 года введены весьма жесткие нормы (таблица №1) содержания вредных веществ в дымовых газах МСЗ (после газоочистных устройств).

Таблица №2.1. Регламентируемые содержания вредных примесей в выбрасываемых в атмосферу дымовых газах мусоросжигательных заводах стран ЕЭС

Результаты прямых аналитических определений свидетельствует, что содержание вредных веществ в выбросах из дымовых труб МСЗ (при отсутствии газоочистного оборудования) превышает охарактеризованные выше нормативы в 3-200 раз в зависимости от состава сжигаемых отходов, конструкции печи и режима ее работы. Дымовые газы отечественных МСЗ содержит от 1500 до 5000 мг/нм? взвешенных частиц.

Примерно такова же концентрация взвешенных в дымовых газах МСЗ и других стран. Например, в США она составляет 2000-5555, в Германии - 1000-12000, в Японии - 1600-4500 мг/м?.

Имеющие место в практике газоочистки концентрации загрязняющих компонентов в выбрасываемых в атмосферу отходящих газов МСЗ характеризуются данными таблицы №2.

Таблица №2.2. Содержание (в мг/м?) токсичных примесей в очищенных в электрофильтрах дымовых газах МСЗ.

Необходимо отметить, что МСЗ не являются крупными (по сравнению с предприятиями теплоэнергетики, функционирующими на твердом и жидком топливе) источниками загрязнения атмосферного воздуха оксидами серы из-за сравнительно малого ее содержания в ТБО - 0,05-0,3% от общей массы (содержание серы в мазутах, сланцах и подмосковных углях составляет соответственно 0,5-5, 3-4 и 2,5-4%). Кроме того, при сжигании ТБО часть ее переходит в сульфаты, остающиеся в шлаке.

Содержание оксидов азота в дымовых газах МСЗ определяется температурой в топках соответствующих агрегатов, обычно находящейся в интервале 850-1000?С, в то время, как интенсивное образование оксидов азота имеет место при температурах выше 1100?С.

Среди других газообразных токсикантов дымовых газов МСЗ следует отметить альдегиды и органические кислоты, образующиеся при неполном окислении пищевых отходов, жиров, масел и некоторых других компонентов ТБО.

Кроме того, следует иметь в виду возможность поступления в окружающую вреду при сжигании ТБО канцерогенных веществ. Наиболее известными в настоящее время бластомогенными углеводородами являются бенз(а)-пирен, бенз(е)-пирен, бенз(а)-антрацен, керонен, фенантрен и пирен.

Однако с учетом улавливания современными пылеулавливающими устройствами до 99; летучей золы, сорбирующей названные канцерогены, а также ее рассеивание через дымовые трубы, концентрация этих веществ в приземном слое воздуха оказывается существенно меньше величин действующих ПДК.

Кроме указанных загрязняющих веществ, в дымовых газах МСЗ присутствует аммиак, озон и некоторые другие вредные вещества, но их количество крайне незначительно.

Сложной проблемой при сжигании ТБО является образование диоксинов и фуранов.

Органическая химия насчитывает 75 соединений класса ПХДД и 135 соединений ПХДФ. Эти соединения можно встретить во многих искусственно полученных продуктов, таких, как средства защиты растений (пестициды, гербициды), а также в минимальных количествах в изделиях, технология которых способствует образованию ПХДД и ПХДФ.

ПХДД при нормальных условиях представляет собой твердое вещество с молекулярной массой 321,8, имеющие температуру плавления 303-305?С и растворимость в воде 0,2 мкг/л. Она устойчиво в процессах оксидации и редукции, инертно к кислотам и щелочам, является стабильным до определенного уровня температур. При температуре 600?С начинает разлагаться, а при выдержке более 3 секунд при температуре свыше 1000?С полностью распадаются.

Источником образования диоксинов являются химические процессы сжигания и термообработки сырья, содержащего хлорированные углеводороды, реализуемые на электростанциях, сжигающих бурый уголь, каменный уголь и мазут, мусоросжигательных заводах, установках огневого обезвреживания ряда промышленных и специфичных отходов, а также работающие бензиновые и дизельные двигатели, процессы жарения и копчения, сжигания древесины, топливных брикетов, кокса, масел, различные виды пожаров. Включая возгорания электрических трансформаторов, заполненных маслами, содержащими полихлорированные бифенилы. Кроме того, доказано, что смет на улицах крупных городов содержит диоксины.

Необходимо отметить, что обнаружение диоксинов весьма затруднено, так как обычно речь идет об их количествах, измеряемых нано- и пикограммами на единицу массы или объема. Например, содержание (в пг/г) 2,3,7,8-ПХДД составляет в саже выхлопных газов бензиновых двигателей - 1-4, в саже дымовых отопительных печей - 1-100, в пепле сигарет - 1, в смете городских улиц - 6-50.

ТБО содержит как диоксины (например, в составе отработанных масел и некоторых других веществ), так и вещества, из которых могут образовываться диоксины при охлаждении дымовых газов после сжигания отходов. Такими веществами являются, в частности, ПВХ, уголь, древесина, NaCl, HCl.

Образующийся при сжигании ТБО шлак вследствие избытка воздуха и быстрого охлаждения не содержит диоксинов. Охлаждаемые же дымовые газы уже при температуре 450?С содержат диоксины, фиксируемые золой-уносом. Кроме того, зола-унос содержит тяжелые металлы. В этой связи улавливаемую из отходящих газов МСЗ золу необходимо складировать в отвалах, защищенных от воздействий влаги и ветра, или подвергать специальной обработке (переводя, в частности, в связанную и нерастворимую форму, например, путем остекловывания).

Чем совершеннее организован процесс сжигания в топке, тем меньше запыленность уходящих дымовых газов и мельче взвешенные в них частицы.

Таблица №2.3. Химический состав золы отечественных МСЗ.

3. Технология процесса мусоросжигания на примере МСЗ №4

Мусоросжигательный завод №4 является коммунально-экологическим производством по переработке и термическому обезвреживанию (сжиганию) твердых бытовых отходов жизнедеятельности населения города Москвы и коммерческих отходов торгового и гостиничного сектора города Москвы. [19]

Завод расположен в производственной зоне «Руднево» и включает в себя комплекс различных основных и вспомогательных производств, взаимосвязанных по технологической схеме.

Проектная мощность завода составляет:

ь По переработке отходов 275 тыс. тонн за год,

ь По термическому обезвреживанию 235 тыс. тонн за год.

В процессе переработки отходов из них для последующей утилизации осуществляется отбор наиболее ценных компонентов:

ь картона и бумаги,

ь тканевых материалов,

ь стекла,

ь черных металлов,

а также хлорсодержащих пластмасс, исключение которых из процесса сжигания позволяет значительно снизить нагрузки на газоочистное оборудование.

В результате эксплуатации мусоросжигательного завода №4 ГУП «Экотехпром» в промзоне «Руднево» образуются отходы в виде смеси котла-утилизатора (52,6%), циклонов (26,4%), абсорбера (4,6%), а также летучей золы (золы уноса) или золы рукавного фильтра (16,4%).

Зола как вторичный токсичный отход, относящийся к 3 классу (смесь золы котла-утилизатора, циклонов, абсорбера и золы рукавного фильтра) опасности, подлежит вывозу на полигоны захоронения отходов с соблюдением соответствующих требований безопасности.

Завод построен с использованием современных и отработанных зарубежных и отечественных технологий в области термического обезвреживания отходов и утилизации образующейся теплоэнергии. Технологическое оборудование для сжигания отходов и очистки дымовых газов полностью изготовлено в Германии. Оборудование для утилизации вырабатываемого пара, производства электрической и тепловой энергии, а также все вспомогательное оборудование произведено в РФ.

На заводе установлены три технологические линии по сжиганию отходов с производительностью по 13,5 тонн/час каждая. Сжигание предварительно подготовленных отходов производится в печах с вихревым кипящим слоем инертного материала.

Сжигание бытовых отходов с вихревым кипящим слоем позволяет:

- исключить механические устройства в зоне сжигания отходов;

- обезвреживать отходы в широком диапазоне изменения их влажности и зольность;

- достигать высокие удельные тепловые нагрузки при равномерном распределении температур в кипящем слое;

- обеспечивать пониженное содержание оксидов азота в дымовых газах.

Технологическим регламентом завода предусматриваются следующие операции:

· прием ТБО;

· подготовка ТБО;

· термическая обработка ТБО;

· газоочистка;

· утилизация тепла;

· подготовка и подача аддитивов;

· переработка образующихся твердых остатков (шлака, золы).

Схема технологического процесса представлена в приложении №1.

Прием ТБО.

Поступающие на завод отходы взвешиваются на участке подвоза (2 линии с производительностью 25 машин в час). Основная нагрузка на весовую приходится на промежуток времени 8:30-13:30 (первый рейс мусоровозов). В весовой установлены приборы для контроля радиоактивности. Для обеспечения равномерной разгрузки мусоровозного транспорта в приемном отделение предусмотрено 8 постов разгрузки. Мусоровоз выгружается непосредственно на ленту питателя (4 поста) участка подготовки ТБО, либо в промежуточный бункер объемом 1000 м? (4 поста), и краном подаются в четыре приемные воронки системы подготовки ТБО.