ИТС 9-2025 Утилизация и обезвреживание отходов термическими способами

Оглавление

Введение

Предисловие

Область применения

Раздел 1 Общая информация о сфере утилизации и обезвреживания

отходов термическими способами

1.1 Общая информация о сфере деятельности

1.2 Краткий обзор основных экологических проблем в сфере

утилизации и обезвреживания отходов термическими способами

1.2.1 Экологические аспекты

1.2.2 Основные экологические проблемы

Раздел 2 Технологические, технические решения и системы менеджмента,

используемые в настоящее время в сфере утилизации и обезвреживания

отходов термическими способами

2.1 Общие положения

2.2 Основные эколого-энерготехнологические параметры [10]

2.3 Методы термической деструкции [23, 24]

2.3.1 Методы сжигания отходов

2.3.2 Методы пиролиза

2.3.3 Методы газификации

2.3.4 Методы, основанные на комбинированных методах (пиролиз-

сжигание и др.)

2.3.5 Методы, основанные на применении плазменных источников

энергии

2.3.6 Методы утилизации отходов с применением катализатора

2.4 Методы очистки дымовых газов

2.5 Обращение с отходами очистки газообразных продуктов сгорания

2.6 Обращение с твердыми продуктами, образующимися в результате

сжигания отходов

2.7 Очистка сточных вод и их повторное использование

Раздел 3 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссий в окружающую

среду

3.1 Уровни воздействия и потребления в сфере утилизации и

обезвреживания отходов термическими способами

3.2 Мероприятия по снижению воздействия технологий на окружающую

среду

140

Раздел 4 Определение наилучших доступных технологий

143

4.1 Общая методология определения технологии утилизации и

обезвреживания отходов термическими способами в качестве НДТ

143

4.2 Методы, позволяющие пошагово рассмотреть несколько технологий

и выбрать наилучшую доступную технологию

145

4.2.1 Шаг 1. Рассмотрение критериев 1, 5 «Наименьший уровень

негативного воздействия на окружающую среду в расчете на

единицу времени или объем производимой продукции (товара),

выполняемой работы, оказываемой услуги либо соответствие

другим показателям воздействия на окружающую среду,

предусмотренным международными договорами Российской

Федерации при одновременном внедрении на двух и более

объектах»

147

4.2.2 Шаг 2. Рассмотрение критериев 2, 4 «Экономическая

эффективность внедрения и эксплуатации и период внедрения»

149

4.2.3 Шаг 3. Рассмотрение критерия 3 «Применение ресурсо- и

энергосберегающих методов»

150

4.2.4 Шаг 4. Принятие членами ТРГ решения об отнесении

технологии к НДТ

151

Раздел 5 Наилучшие доступные технологии в сфере утилизации и

обезвреживания отходов термическими способами

153

5.1 Прием поступающих отходов

153

5.2 Складирование отходов для последующей утилизации и

обезвреживания отходов термическими способами

156

5.3 Предварительная подготовка отходов

157

5.4 Технологии и оборудование, применяемые на этапе утилизации и

обезвреживания отходов термическими способами

159

5.5 Обеспечение энергоэффективности

167

5.6 Технологии очистки выбросов от газообразных продуктов сгорания

173

5.7 Технологические показатели наилучших доступных технологий

184

Раздел 6 Перспективные технологии в сфере утилизации и

обезвреживания отходов термическими способами

191

Заключительные положения и рекомендации

192

Приложение А (обязательное) Перечень маркерных веществ и

технологических показателей

193

Приложение Б (обязательное) Перечень НДТ

202

Приложение В (справочное) Термины и определения

207

Приложение Г (обязательное) Ресурсная и энергетическая эффективность

209

Приложение Д (обязательное) Индикативные показатели удельных

выбросов парниковых газов

215

Приложение Е (обязательное) Заключения по наилучшим доступным

технологиям

217

Библиография

232

III

Введение

Настоящий справочник НДТ содержит информацию об уровне технического и тех-

нологического развития сферы утилизации и обезвреживания отходов термическими

способами, основанными на деструкции органических компонентов отходов, о применя-

емых наилучших доступных технологиях (далее - НДТ) и различных аспектах их приме-

нения, а также перспективных технологиях в указанной сфере. В приложении к справоч-

нику НДТ в дополнение к ГОСТ Р 113.00.12-2023 «Наилучшие доступные технологии.

Термины и определения» приводятся основные специализированные термины и опре-

деления, используемые при описании сферы утилизации и обезвреживания отходов тер-

мическими способами.

Краткое содержание справочника НДТ

Введение. Во введении приведено краткое содержание справочника НДТ.

Предисловие. В предисловии указаны цель разработки справочника НДТ, его ста-

тус, правовой контекст, описание конкретных проблем, решаемых справочником НДТ,

описание процедуры создания в соответствии с установленным порядком, а также поря-

док его применения.

Область применения. В разделе приводится детализация области применения

НДТ, на которую распространяется действие справочника НДТ в соответствии с действу-

ющим законодательством. Определена граница отнесения к области применения объ-

ектов утилизации и обезвреживания отходов термическими способами.

В разделе 1 дана общая информация о сфере утилизации и обезвреживания от-

ходов термическими способами: на основании предоставленных предприятиями анкет

приведены обобщенные данные о технологиях и оборудовании, применяемых в Россий-

ской Федерации для термических способов утилизации и обезвреживания отходов, со-

держащих в своем составе органические вещества, с целью использования отходов для

производства товаров, выполнения работ, оказания услуг (в части утилизации) или сни-

жения уровня их опасности и уменьшения их массы (в части обезвреживания); приво-

дится обзор всех экологических аспектов и связанных с ними основных экологических

проблем в рассматриваемой сфере деятельности.

В разделе 2 приводится описание технологий и технологических процессов, ис-

пользуемых в настоящее время в сфере утилизации и обезвреживания отходов терми-

ческими способами как в Российской Федерации, так и за рубежом, их основных эколого-

энерготехнологических параметров, основных типов существующих реакторов, их пре-

имуществ и недостатков.

В разделе 3 рассмотрены технологии утилизации и обезвреживания отходов тер-

мическими способами с точки зрения их воздействия на окружающую среду, приводятся

показатели экологической оценки технологий, в том числе маркерные загрязняющие ве-

щества в выбросах в атмосферу, и текущие уровни эмиссии в окружающую среду.

В разделе 4 приводится общая методология определения наилучших доступных

технологий при утилизации и обезвреживании отходов термическими способами, в том

Предисловие

Цели, основные принципы и порядок разработки справочника установлены Поста-

новлением Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. № 1458 «О по-

рядке определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также

разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников

по наилучшим доступным технологиям» (ред. от 17.11.2022). Перечень областей приме-

нения наилучших доступных технологий определен Распоряжением Правительства Рос-

сийской Федерации от 24 декабря 2014 г. № 2674-р (ред. от 01.11.2021).

1 Статус документа

Настоящий информационно-технический справочник по наилучшим доступным

технологиям (далее - справочник НДТ) является документом по стандартизации.

2 Информация о разработчиках

Справочник НДТ разработан технической рабочей группой (ТРГ 9), состав которой

утвержден приказом Минпромторга России от 21 марта 2025 г. № 1373.

Справочник НДТ представлен на утверждение Бюро наилучших доступных техно-

логий (далее - Бюро НДТ) (www.burondt.ru).

3 Краткая характеристика

Справочник НДТ содержит описание применяемых в сфере утилизации и обезвре-

живания отходов термическими способами технологических процессов, оборудования,

технических способов, методов, позволяющих снизить негативное воздействие на окру-

жающую среду, водопотребление, повысить энергоэффективность, ресурсосбережение,

использовать отходы для производства товаров, выполнения работ, оказания услуг. Из

ряда описанных технологических процессов, оборудования, технических способов, ме-

тодов определены решения, являющиеся наилучшими доступными технологиями. Для

наилучших доступных технологий в справочнике НДТ установлены соответствующие

технологические показатели.

4 Взаимосвязь с международными, региональными аналогами

Справочник НДТ актуализирован в 2025 году с учетом следующих справочников

Европейского союза по наилучшим доступным технологиям:

- справочник EC по наилучшим доступным технологиям «Европейская комиссия.

Директива о промышленных эмиссиях 2010/75/EU. Справочное руководство по наилуч-

шим доступным технологиям. Сжигание отходов. 2019 г.» (European Commission. Indus-

trial Emissions Directive 2010/75/EU. Integrated Pollution Prevention and Control. Best Avail-

able Techniques (BAT) Reference Document for Waste Incineration, 2019);

- справочник EC по наилучшим доступным технологиям «Европейская комиссия.

Директива о промышленных эмиссиях 2010/75/EU. Комплексное предотвращение и кон-

троль загрязнения. Справочное руководство по наилучшим доступным технологиям. Об-

работка отходов.

2018 г.» (European Commission. Industrial Emissions Directive

2010/75/EU. Integrated Pollution Prevention and Control Best Available Techniques (BAT)

Reference Document for Waste Treatment, 2018).

Информация из справочников ЕС использовалась с учетом особенностей утили-

зации и обезвреживания отходов термическими способами в Российской Федерации.

5 Сбор данных

Информация о технологических процессах, оборудовании, технических способах,

методах, применяемых при утилизации и обезвреживании отходов термическими спосо-

бами в Российской Федерации, была обновлена в процессе актуализации справочника

НДТ в соответствии с Порядком сбора и обработки данных, необходимых для разра-

ботки и актуализации информационно-технических справочников по наилучшим доступ-

ным технологиям, утвержденным приказом Минпромторга России от 18 декабря 2019 г.

№ 4841.

6 Взаимосвязь с другими справочниками НДТ

Взаимосвязь настоящего справочника НДТ с другими справочниками НДТ, разра-

батываемыми (актуализируемыми) в соответствии с Распоряжением Правительства

Российской Федерации от 10 июня 2022 г. № 1537-р «Об утверждении поэтапного гра-

фика актуализации информационно-технических справочников по наилучшим доступ-

ным технологиям», приведена в разделе «Область применения».

7 Информация об утверждении, опубликовании и введении в действие

Справочник НДТ утвержден Приказом Росстандарта от 22 декабря 2025 г. № 2822.

Справочник НДТ введен в действие с 1 сентября 2026 г., официально опубликован

в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального

агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

(www.rst.gov.ru).

8 Взамен ИТС 9-2020

VII

ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК

ПО НАИЛУЧШИМ ДОСТУПНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ

УТИЛИЗАЦИЯ И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ ОТХОДОВ

ТЕРМИЧЕСКИМИ СПОСОБАМИ

THERMAL TREATMENT OF WASTE

Дата введения - 2026-09-01

Область применения

Настоящий справочник НДТ распространяется на следующие виды деятельности:

утилизация и обезвреживание отходов, содержащих в своем составе органические ве-

щества, термическими способами с деструкцией органических веществ, в том числе:

- сжигание отходов;

- пиролиз;

- газификация;

- методы, основанные на применении плазменных источников энергии;

- комбинация указанных выше методов.

Реализация перечисленных методов может осуществляться с целью:

- получения материальной продукции;

- получения энергии (в том числе энергетическая утилизация ТКО);

- обезвреживания отходов.

Данные виды деятельности согласно «ОК 029-2014 (КДЕС Ред. 2). Общероссий-

ский классификатор видов экономической деятельности» (утв. приказом Росстандарта

от 31 января 2014 г. № 14-ст) (ред. от 09.04.2025) относятся к коду 38.2.

Справочник НДТ также распространяется на процессы, непосредственно связан-

ные с основным видом деятельности, которые могут оказать влияние на объемы эмис-

сий или масштабы загрязнения окружающей среды:

- накопление (хранение) и предварительная подготовка утилизируемых и обезвре-

живаемых отходов;

- выбор и подготовка потребляемых материалов и топлива;

- методы предотвращения и сокращения эмиссий и образования отходов;

- способы преобразования энергии, полученной при термических процессах, в

электрическую или тепловую энергию;

- технологии обеззараживания (дезинфекции) медицинских отходов, являющиеся

неотъемлемым подпроцессом технологии обезвреживания медицинских отходов, в це-

лях устранения эпидемиологической опасности, за исключением технологии обеззара-

живания медицинских отходов, используемой непосредственно в медицинских учрежде-

ниях и не предусматривающей термическую деструкцию органических веществ, входя-

щих в состав медицинских отходов, с использованием методов сжигания, пиролиза, га-

зификации и других методов;

- технологии термической утилизации и обезвреживания отходов, являющиеся

неотъемлемым подпроцессом технологического процесса производства отраслевой

продукции на предприятиях, в случае если в соответствующем отраслевом справочнике

НДТ они не рассмотрены.

Справочник НДТ не распространяется на:

- технологии утилизации и обезвреживания отходов, в процессе которых исполь-

зуются методы термического воздействия, не приводящие к деструкции отходов (сушка,

дистилляция и т. п.);

- технологии обеззараживания медицинских отходов, используемые непосред-

ственно в медицинских учреждениях и не предусматривающие термическую деструкцию

органических веществ, входящих в состав медицинских отходов, с использованием ме-

тодов сжигания, пиролиза, газификации;

- вопросы, касающиеся исключительно обеспечения промышленной безопасно-

сти или охраны труда.

Дополнительные виды деятельности при утилизации и обезвреживании отходов

термическими способами и соответствующие им справочники НДТ приведены в таб-

лице 1.

Таблица 1 - Дополнительные виды деятельности при утилизации и обезвреживании отходов

термическим способом и соответствующие им справочники НДТ

Вид деятельности

Соответствующий справочник НДТ

Утилизация и обезвреживание отходов,

ИТС 15-2025 «Утилизация и обезврежива-

кроме термических способов

ние отходов (кроме термических спосо-

бов)»

Размещение отходов

ИТС 17-2024 «Размещение отходов произ-

водства и потребления»

Обращение с отходами I и II классов опас-

ИТС 52-2022 «Обращение с отходами I и II

ности

классов опасности»

Очистка сточных вод с использованием

ИТС 10-2019 «Очистка сточных вод с ис-

централизованных систем водоотведения

пользованием централизованных систем

поселений, городских округов

водоотведения поселений, городских

округов»

Производство целлюлозы, механической

ИТС 1-2023 «Целлюлозно-бумажное про-

(древесной) и макулатурной массы, бу-

изводство»

маги, картона

Сжигание топлива на крупных установках

ИТС 38-2024 «Сжигание топлива на круп-

в целях производства энергии

ных установках в целях производства

энергии»

Производство основных органических хи-

ИТС 18-2023 «Производство основных ор-

мических веществ

ганических химических веществ»

Производство продукции тонкого органи-

ИТС 31-2021 «Производство продукции

ческого синтеза

тонкого органического синтеза»

Добыча нефти

ИТС 28-2021 «Добыча нефти»

Окончание таблицы 1

Вид деятельности

Соответствующий справочник НДТ

Очистка выбросов вредных (загрязняю-

ИТС 22-2016 «Очистка выбросов вредных

щих) веществ в атмосферный воздух при

(загрязняющих) веществ в атмосферный

производстве продукции (товаров), а

воздух при производстве продукции (това-

также при проведении работ и оказании

ров), а также при проведении работ и ока-

услуг на крупных предприятиях

зании услуг на крупных предприятиях»

Производственный экологический кон-

ИТС 22.1-2021 «Общие принципы произ-

троль

водственного экологического контроля и

его метрологического обеспечения»

Повышение энергетической эффективно-

ИТС 48-2023 «Повышение энергетической

сти

эффективности при осуществлении хо-

зяйственно и (или) иной деятельности»

Ликвидация или консервация накоплен-

ИТС

53-2025 «Ликвидация объектов

ного вреда окружающей среде

накопленного вреда окружающей среде»

Производство цемента

ИТС 6-2024 «Производство цемента»

Раздел 1 Общая информация о сфере утилизации и

обезвреживания отходов термическими способами

1.1 Общая информация о сфере деятельности

В настоящем разделе на основании предоставленных предприятиями и организа-

циями анкет представлены технологии и оборудование, применяемые в Российской Фе-

дерации для утилизации и обезвреживания отходов, содержащих в своем составе орга-

нические вещества, термическими способами. Специализация рассматриваемых техно-

логий ориентирована на группы видов отходов, содержащих в своем составе органиче-

ские вещества, и которые могут быть утилизированы и обезврежены термическими спо-

собами.

Источниками образования отходов, содержащих в своем составе органические ве-

щества, является как жизнедеятельность населения, так и производственная и админи-

стративно-хозяйственная деятельность предприятий. Примерами таких отходов явля-

ются: твердые коммунальные отходы (ТКО); медицинские отходы; биологические от-

ходы; загрязненные органическими веществами грунты; пришедшие в негодность и за-

прещенные пестициды; стойкие органические загрязнители, в том числе полихлориро-

ванные бифенилы; нефтешламы; отходы хлорорганических производств химической

промышленности; отходы производства минеральных удобрений и химических средств

защиты растений; отходы производства органического синтеза (кислот, альдегидов, ке-

тонов, спиртов и др.); некондиционное ракетное топливо; отходы шин и покрышек транс-

портных средств и отходы других резинотехнических изделий, осадки очистки сточных

вод и многие другие [1].

Для выбора оптимальных технологических и конструктивных характеристик ис-

пользуемых термических установок и оборудования необходимо исходить из конкретных

видов отходов, подвергаемых утилизации или обезвреживанию.

Систематизация отходов, подвергаемых утилизации и обезвреживанию термиче-

скими способами, осуществляется с использованием семи основных показателей.

1 Агрегатное состояние и физическая форма. По агрегатному состоянию и физи-

ческой форме отходы разделяются на 3 группы: жидкие, твердые и пастообразные.

В соответствии с Федеральным классификационным каталогом отходов, утвер-

жденным приказом Росприроднадзора от 22 мая 2017 г. № 242 (далее - ФККО-2017) [2],

отходы по агрегатному состоянию и физической форме подразделяются следующим об-

разом (девятый и десятый знаки кода): жидкое (10); твердое в различных формах (20-

29); дисперсные системы различных видов (30-39); твердые сыпучие материалы в раз-

личных формах (40-49); изделия из твердых материалов, за исключением волокон (50-

59); изделия из волокон (60-69); смеси твердых материалов и изделий (70-79).

2 Горючесть. По горючести отходы разделяются на три группы: горючие, трудно-

горючие и негорючие:

- негорючие (несгораемые) - вещества и материалы, не способные к горению в

воздухе. Негорючие вещества могут быть пожаровзрывоопасными (например окисли-

тели или вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой, кисло-

родом воздуха или друг с другом);

- трудногорючие (трудносгораемые) - вещества и материалы, способные гореть в

воздухе при воздействии источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть

после его удаления;

- горючие (сгораемые) - вещества и материалы, способные самовозгораться, а

также возгораться при воздействии источника зажигания и самостоятельно гореть после

его удаления. Горючие жидкости с температурой вспышки не более 61 °С в закрытом

тигле или 66 °С в открытом тигле, зафлегматизированных смесей, не имеющих вспышку

в закрытом тигле, относят к легковоспламеняющимся. Особо опасными называют легко-

воспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28 °С [3].

3 Состав отходов. По содержанию в своем составе определенных органических и

неорганических веществ отходы подразделяются на 5 групп:

- к первой группе относятся отходы, содержащие в своем составе органические и

неорганические вещества, при окислительной обработке которых образуются безвред-

ные дымовые газы (CO2, H2O, N2), не требующие очистки;

- во вторую группу отнесены отходы, которые кроме веществ первой группы со-

держат соединения азота, при утилизации и обезвреживании которых образуются ок-

сиды азота (NOх);

- к третьей группе относятся отходы, содержащие органические соединения, со-

держащие гетероатомы S, P, Cl, F, при окислительной обработке которых образуются

газообразные оксиды и кислоты (SO2, P4O10, HCl, HF);

- к четвертой группе относятся отходы, при утилизации и обезвреживании которых

образуются неорганические соли: хлориды, сульфаты, фосфаты (NaCl, Na2SO4,

Na4P2O7, Na2СO3, KCl);

- к пятой группе относятся отходы, содержащие органические вещества, эле-

менты, их окислы, соли или органические соединения элементов, при окислительной об-

работке которых образуются элементы или оксиды металлов, в том числе тяжелых ме-

таллов (CuO, Cu2O, TiO2, NiO, ZnO, Fe2O3, Cr2O3, HgO, As2O3).

4 Тип нейтрализующего реагента в системе очистки газов. По типу нейтрализую-

щего реагента системы очистки газов отходы разделяются на 4 группы:

- к первой группе относятся отходы, при утилизации и обезвреживании которых в

качестве нейтрализующего реагента используются щелочные реагенты (NaOH, Na2CO3,

KOH, K2CO3). Эти реагенты используются при повышенной температуре рабочего про-

цесса и возможности протекания газофазной реакции нейтрализации;

- ко второй группе относятся отходы, при утилизации и обезвреживании которых в

качестве нейтрализующего реагента используются соединения щелочноземельных ме-

таллов (Ca(OH)2, CaO, CaCO3). Эти реагенты применяются при относительно низкой

температуре рабочего процесса и возможности протекания гетерофазной реакции

нейтрализации;

- к третьей группе относятся отходы, при утилизации и обезвреживании которых в

качестве нейтрализующего реагента используются щелочные и щелочноземельные ре-

агенты;

- к четвертой группе относятся отходы, при утилизации и обезвреживании которых

не требуется применение нейтрализующих реагентов.

5 Летучесть органических веществ, входящих в состав отходов. По летучести ор-

ганических примесей отходы разделяются на 4 группы. При оценке летучести веществ

сопоставляют температуру их кипения tкип с равновесной температурой испарения воды

tравн в распыленном состоянии в контакте с дымовыми газами или с температурой кипе-

ния воды при атмосферном давлении. В зависимости от летучести все вещества, содер-

жащиеся в отходах, подразделяют на легколетучие, летучие, малолетучие, нелетучие (в

виде жидкого или твердого остатка).

Условно к легколетучим веществам относят вещества с температурой кипения

ниже 85 °C, вещества с температурой кипения 85 °C < tкип < 100 °C относят к летучим,

к малолетучим относят вещества с высокой температурой кипения tкип > 200 °C, к неле-

тучим - вещества, которые практически не испаряются.

6 Температура плавления минеральных продуктов сжигания отходов. По темпе-

ратуре жидкоплавкого состояния минеральных продуктов отходы подразделяются на

три группы:

- отходы, образующие при сжигании золу с температурой начала спекания золы,

значительно превышающей температуру процесса утилизации и обезвреживания;

- отходы, образующие при сжигании золу с температурой начала спекания золы,

близкой к рабочей температуре процесса утилизации и обезвреживания;

- отходы, образующие при сжигании золу с температурой начала спекания золы,

значительно меньшей, чем температура процесса утилизации и обезвреживания.

7 Возгонка минеральных продуктов процесса термической утилизации и обезвре-

живания. По возможности возгонки минеральных продуктов процесса термической де-

струкции отходы подразделяются на три типа:

- полностью возгоняющиеся вещества;

- частично возгоняющиеся вещества;

- практически не возгоняющиеся вещества.

В практике утилизации и обезвреживания отходов, содержащих органические ве-

щества, нашли широкое применение три основных метода термического воздействия [4]:

1 Высокотемпературный окислительный метод (сжигание). Его сущность заключа-

ется в сжигании горючих отходов высокотемпературным теплоносителем (продуктами

сгорания топлива, плазменной струей, расплавом и др.). При использовании этого ме-

тода токсичные компоненты подвергаются термическому разложению, окислению и дру-

гим химическим превращениям с образованием газов и твердых продуктов;

2 Пиролиз - процесс термического разложения отходов, содержащих органиче-

ские вещества, при минимальном количестве или отсутствии окислителя, в результате

чего образуются пиролизная жидкость, восстановленный технический углерод и пиро-

лизный газ. Теплота сгорания газа ~13-21 МДж/м³. При низких температурах пиролиза

(~400-600 °C) больше доля образующихся жидких продуктов, а при высоких (~700-

1050 °C) - больше доля газообразных продуктов.

Жидкие продукты могут использоваться как технологическое и котельное топливо

или применяться в качестве компонента для производства топлив, растворителей,

нефтехимического сырья. Восстановленный технический углерод, при качественной

предварительной сортировке отходов и дальнейшей доработке с помощью специаль-

ного оборудования, может быть ценным продуктом, который применяется в качестве сы-

рья в производстве резинотехнических, асбестотехнических и железобетонных изделий,

строительных смесей, лакокрасочных материалов и других продуктах. Количество и ка-

чество продуктов пиролиза зависят от состава отходов и температуры процесса. В за-

висимости от температуры различают три вида пиролиза:

- низкотемпературный пиролиз (450-550 °C), при котором максимален выход жид-

ких продуктов и восстановленного технического углерода и минимален выход пиролиз-

ного газа с максимальной теплотой сгорания;

- среднетемпературный пиролиз (до 800 °C), при котором выход газа увеличива-

ется при уменьшении его теплоты сгорания, а выход жидких продуктов и восстановлен-

ного технического углерода уменьшается;

- высокотемпературный пиролиз (900-1050 °C), при котором минимален выход

жидких продуктов и восстановленного технического углерода и максимален выход пиро-

лизных газов с минимальной теплотой сгорания.

3 Газификация - процесс термической деструкции отходов, содержащих органи-

ческие вещества, окислителем (воздухом, кислородом, водяным паром, диоксидом угле-

рода или их смесью) с расходом ниже стехиометрического, с получением генераторного

газа (синтез-газа) и твердого или расплавленного минерального продукта. Газификация

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);

- сокращаются выбросы золы и сернистых соединений в атмосферу.

1.2 Краткий обзор основных экологических проблем в сфере

утилизации и обезвреживания отходов термическими способами

Сжиганием называется контролируемый процесс окисления твердых, пастообраз-

ных или жидких горючих отходов, содержащих органические вещества.

Цель сжигания отходов заключается в:

- обезвреживании отходов, направленном на уменьшение их массы, изменение

состава, физических и химических свойств в целях снижения негативного воздействия

отходов на здоровье человека и окружающую среду;

- утилизации отходов, направленной на выработку энергии, выделяемой при горе-

нии отходов или их компонентов. Тепловую энергию можно использовать для преобра-

зования в электроэнергию или для отопления.

Метод пиролиза заключается в термическом воздействии на отходы, при котором

происходит их необратимое химическое изменение под действием повышенной темпе-

ратуры без доступа или с минимальным доступом кислорода с выделением горючего

пиролизного газа (пирогаза), жидких и твердых продуктов [4, 5]. Технологическая цепь

пиролиза состоит из следующих этапов:

- подготовки отходов;

- термодеструкции подготовленных отходов в реакторе с выделением парогазовой

смеси органических веществ и твердого остатка;

- конденсации и сепарации парогазовой смеси с получением жидкой фракции и

пирогаза;

- очистки пирогаза от соединений хлора, фтора, серы, цианидов с целью повыше-

ния его экологических показателей как вторичного энергетического или материального

ресурса;

- использования пирогаза в качестве топлива для пиролизной установки на под-

держание процесса либо использование для других процессов, например для получения

пара, горячей воды или электроэнергии, в качестве сырья при производстве химической

продукции;

- сбора пиролизной жидкости и восстановленного технического углерода.

Газификация - это процесс термической деструкции отходов, содержащих в

своем составе органические вещества, окислителем (воздухом, кислородом, водяным

паром, углекислым газом или их смесью) с расходом ниже стехиометрического для пол-

ного окисления, с получением генераторного газа (синтез-газа) и твердого или расплав-

ленного минерального продукта.

1.2.1 Экологические аспекты

Экологические проблемы в сфере утилизации и обезвреживания отходов терми-

ческими способами определяются экологическими аспектами, которые оказывают или

могут оказать прямое воздействие на окружающую среду. Согласно ISO 14001 [6], эко-

логический аспект - это элемент деятельности организации, ее продукции или услуг, ко-

торый может взаимодействовать с окружающей средой.

При утилизации и обезвреживании отходов термическими способами к экологиче-

ским аспектам, оказывающим прямое воздействие на окружающую среду и здоровье че-

ловека, относятся:

- выбросы загрязняющих веществ в атмосферу;

- сбросы сточных вод, содержащих загрязняющие вещества, в водные объекты;

- образование вторичных отходов;

- хранение (накопление) утилизируемых и обезвреживаемых отходов и применяе-

мых реагентов, в том числе опасных;

- физические воздействия (преимущественно шум);

- запахи.

К экологическим аспектам, оказывающим косвенное воздействие на окружающую

среду и здоровье человека, относятся:

- эффективность системы управления охраной окружающей среды;

- компетентность персонала в вопросах охраны окружающей среды;

- контроль и мониторинг воздействия на окружающую среду (наличие, достаточ-

ность, качество измерительного и контролирующего оборудования);

- потребление сырья и материалов;

- потребление энергоресурсов и др.

При горении углеводородов в основном образуются диоксид углерода, вода и

зола. Сера и азот, содержащиеся в отходах, образуют при сжигании различные оксиды,

а хлор переходит в НСl. Помимо газообразных продуктов, при сжигании отходов образу-

ется твердый минеральный остаток, состав которого определяется составом отходов,

направляемых на сжигание, которые должны быть утилизированы или захоронены. При

сжигании молекулы органических соединений разрушаются, а неорганические соедине-

ния превращаются в оксиды и карбонаты, которые выводятся вместе со шлаками и зо-

лой. Мелкодисперсные частицы оксидов и карбонатов, продукты неполного сгорания ор-

ганики, содержащиеся в топочных газах, улавливаются в различных газоочистных уста-

новках («мокрых» скрубберах, электрофильтрах, тканевых фильтрах и др.) [7, 8]. В ре-

зультате очистки выбросов образуются отходы очистки и сточные воды, которые тре-

буют соответствующего удаления.

На выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух в основном влияют:

- состав и свойства отходов;

- реализованные в котле технологические мероприятия (конструкция и режим

эксплуатации);

- применяемый метод газоочистки и используемое для этого оборудование.

Выбросы SO2, NOх, HCl, HF и металлов зависят главным образом от сжигаемых

отходов и эффективности очистки дымовых газов. Конструкция и режим работы котла

определяют выбросы СО, а также в значительной степени влияют на выбросы оксидов

азота. Выбросы взвешенных веществ зависят только от эффективности очистки дымо-

вых газов. На выбросы полихлорированных дибензодиоксинов и фуранов (ПХДД/Ф) с

дымовыми газами в атмосферу влияют многие факторы: структура отходов, конструкция

котла (температура и время пребывания дымовых газов) и эффективность очистки ды-

мовых газов [9].

Сжигание отходов на современном уровне развития науки и техники обеспечивает

практически полное разрушение находящихся в отходах органических веществ и про-

дуктов их неполного разложения:

- 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);

- минимальное время пребывания газа - 2 с после последнего инжектирования

воздуха для сжигания;

- турбулентность - достаточная для обеспечения эффективного смешения газа и

реакции горения;

- концентрация кислорода (избыток) - больше чем 6 %.

Это относится и к диоксинам и фуранам, которые разрушаются более чем на 90 %.

При высокой температуре (1250-1400 °C) диоксины расщепляются на их составные ча-

сти. При охлаждении дымовых газов существует возможность того, что очень небольшая

часть образовавшихся фрагментов при температуре 200-450 °C снова соединится. Это

происходит при традиционной технологии мусоросжигания, где образование диоксинов

наблюдается также на выходе охлажденного газа из котла-утилизатора за счет реакций

хлора (НСl, Сl2, хлорорганичеких соединений и др.) и органического углерода. Для их

надежного отделения применяются рукавные фильтры в системе очистки дымовых га-

зов с возможностью дополнительной подачи порошкообразного активированного угля и,

как результат, эффективной сепарации всех диоксинов и фуранов [10, 11, 12]. Эти тех-

нологические решения закладываются при создании целого ряда установок, на которых

применяется метод сжигания, и непосредственно реализуются на современных мусоро-

сжигательных заводах. Для очистки дымовых газов на мусоросжигательных заводах в

России применяется оборудование с трехступенчатой системой очистки отходящих ды-

мовых газов [13, 14, 15]. На первой ступени очистки в абсорбере происходит нейтрали-

зация кислых компонентов дымовых газов известью в присутствии мелкодисперсных во-

дяных капель. На второй ступени в рукавном фильтре осуществляется глубокая очистка

от летучей золы и сорбция тяжелых металлов и диоксинов в процессе фильтрования

дымовых газов через слой извести и активированного угля на фильтровальной ткани.

На третьей ступени очистки осуществляется восстановление содержащихся в дымовых

газах оксидов азота до молекулярного азота с использованием аммиачной воды. Неор-

ганические опасные вещества, такие как тяжелые металлы, в многоступенчатой уста-

новке для очистки дымовых газов и при утилизации и обезвреживания остатков от сжи-

гания должны выделяться в концентрированном виде, извлекаться и связываться. По-

сле этого обращение с ними должно осуществляться экологически безопасным спосо-

бом. Образующиеся при сжигании шлаки, могут быть безопасно утилизированы, если в

их составе отсутствуют опасные вещества, способные к миграции. В Германии, Голлан-

дии и других странах шлаки от сжигания сортированных бытовых отходов, не содержа-

щих опасные компоненты, используются в том числе как заменитель дорожного щебня

или для звукоизоляции стен [16, 17].

Пиролиз в условиях эндотермического процесса протекает с использованием

внешней энергии, получаемой за счет сжигания пирогаза. Состав выбросов от сжигания

пирогаза определяется его составом и качеством предварительной очистки. Такой под-

ход позволяет существенно снизить объем выбросов загрязняющих веществ в атмо-

сферный воздух за счет замены первичного энергетического ресурса вторичным. Пиро-

лизная жидкость может в дальнейшем использоваться как топливо для пиролизной уста-

новки, реализовываться в качестве котельного и технологического топлива или направ-

ляться на ректификацию с получением продукции различного качества и степени

очистки (например, средних дистиллятов). Образующийся при пиролизе восстановлен-

ный технический углерод имеет высокую плотность, а при качественной предваритель-

ной сортировке отходов и дальнейшей доработке с помощью специального оборудова-

ния восстановленный технический углерод может быть ценным продуктом, который при-

меняется в качестве сырья в производстве резинотехнических, асбестотехнических из-

делий, лакокрасочных материалов и других продуктов, что резко уменьшает объем об-

разующихся отходов.

Таким образом, существенными экологическими аспектами утилизации и обезвре-

живания отходов термическими способами являются:

- выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, состав и уровень которых суще-

ственно зависит от групп видов утилизируемых и обезвреживаемых отходов и их компо-

нентного состава;

- сбросы загрязняющих веществ в водные объекты в случае применения «мок-

рой» очистки выбросов;

- количество и классы опасности отходов, которые образовались в результате

утилизации и обезвреживания (термического разложения);

- уровень потребления энергоресурсов, который также в значительной степени

зависит от групп видов утилизируемых и обезвреживаемых отходов.

При оценке соответствия рассматриваемых технологий и оборудования крите-

риям НДТ значимым экологическим аспектом является выбросы загрязняющих веществ

в атмосферный воздух, применительно к которым формируются перечни контролируе-

мых маркерных веществ.

1.2.2 Основные экологические проблемы

Основные экологические проблемы, связанные с утилизацией и обезвреживанием

отходов термическими способами, можно подразделить в зависимости от причин их воз-

никновения следующим образом:

- экологические и санитарно-гигиенические;

- технико-технологические;

- проблемы контроля выбросов и сбросов загрязняющих веществ в окружающую

среду;

- ресурсосбережения.

1.2.2.1 Экологические и санитарно-гигиенические проблемы

Термические способы утилизации и обезвреживания отходов сопровождаются вы-

делением (в том числе неучтенных) опасных веществ, многие из которых наносят вред

окружающей среде и здоровью людей. В большинстве случаев в результате термоде-

струкции отходов образуется (выбрасывается в окружающий воздух) широкий спектр за-

грязняющих веществ. Как уже отмечалось выше, для подавления выбросов загрязняю-

щих веществ необходимо использование достаточно сложных и дорогостоящих систем

очистки отходящих газов.

Любое сжигание является источником выбросов парниковых газов, подлежащих

контролю в рамках ряда международных соглашений.

Технологические (сточные) воды также требуют соответствующих систем очистки.

Зола (уловленная) и шлак, образующиеся при термической деструкции отходов,

должны быть размещены на специализированных объектах, обустройство которых

должно обеспечить защиту окружающей среды от возможного воздействия токсичных

компонентов этих отходов, или повторно использованы для производства продукции,

выполнения работ, оказания услуг.

Особую проблему (особенно для обслуживающего персонала) могут создавать

неорганизованные выбросы из установок и оборудования, мест хранения отходов, в не-

которых случаях - запах, технологический шум и вибрация, биологическое загрязнение

«свежих» отходов.

1.2.2.2 Технико-технологические проблемы

В состав объектов, предназначенных для утилизации и обезвреживания отходов

термическим способом, как правило, включает такие участки, как:

- участок накопления отходов, подлежащих утилизации или обезвреживанию, ко-

торый необходим для ритмичной и бесперебойной работы основного оборудования по

утилизации и обезвреживанию отходов термическим способом. В целях обеспечения

экологической, промышленной и пожарной безопасности должен быть организован эф-

фективный входной контроль поступающих на объект отходов, а также постоянный про-

изводственный контроль;

- участок предварительной подготовки отходов, подлежащих утилизации и обез-

вреживанию, что также требует и соответствующего технического оснащения, и посто-

янного производственного контроля;

- участок утилизации и обезвреживания отходов термическим способом, на кото-

ром используется сложное технологическое оборудование, эксплуатация которого

должна осуществляться с четким соблюдением технологических режимов, с регулярным

обслуживанием оборудования, техническим и технологическим совершенствованием

процессов;

- блок очистки выбросов, сбросов, образующихся в результате утилизации и

обезвреживания отходов термическим способом, который требует серьезного техниче-

ского оснащения и постоянного производственного контроля, в том числе аналитиче-

скими методами;

- участок накопления вторичных отходов, образующихся в результате термоде-

струкции отходов и вспомогательной деятельности (обслуживание оборудования, про-

ведение ремонтных работ, содержание производственной площадки, жизнедеятель-

ность персонала и т. д.), что требует организации обращения с указанными отходами в

соответствии с установленными требованиями;

- блок получения электрической и/или тепловой энергии (при необходимости).

При утилизации и обезвреживании отходов сжиганием возникает необходимость

соблюдения достаточно жестких условий осуществления термического процесса:

- необходимость сжигать отходы с большими избытками воздуха из-за широкого

диапазона изменения теплоты сгорания и состава их компонентов;

- время пребывания горючих компонентов при температуре выше 850 °C в тече-

ние двух и более секунд и турбулентности пламени (его «перемешивании») при концен-

трации кислорода не менее 6 % для полной деструкции органических загрязнителей, в

первую очередь полихлорированных дибензодиоксинов и фуранов;

- ограничение температуры дымовых газов на входе в конвективные поверхности

(не более 750 °C) по условиям минимизации шлакования этих поверхностей;

- поддержание оптимальной для работы системы газоочистки температуры ды-

мовых газов на выходе из котла (обычно 180-200 °C);

- обязательное применение многоступенчатой системы газоочистки.

Пиролиз и газификация, в том числе с применением плазматронов [18, 19], имеют

определенные преимущества, но не находят достаточно широкого применения для сме-

шанных отходов вследствие жестких требований к качеству поступающих на термоде-

струкцию отходов. Так, существуют достаточно жесткие требования к подготовке ТКО,

направляемых на пиролиз (газификацию):

- сортировка отходов с целью извлечения балластных фракций (стекло, ме-

таллы, камни, мелкая фракция);

- сушка отходов;

- предварительное дробление отходов.

Последнее требование связано с обеспечением надежности предприятий, ис-

пользующих технологию пиролиза, поскольку наличие крупных нераздробленных фрак-

ций, часто встречающихся, например, в ТКО, нарушает работу установки и выводит обо-

рудование из строя.

Для условий России следует отметить следующие свойства ТКО, образующихся

при условиях совместного их накопления в отсутствие раздельного сбора:

- отходы крайне неоднородны по составу; состав значительно изменяется в за-

висимости от «партии» отходов, а также от времени: в осенне-зимний период в отходах

наблюдаются максимальные влажность и плотность, в весенне-летний период - увели-

чение содержания полимерных отходов, органики и смёта;

- влажность российских отходов на 15-20 % выше, чем в странах Западной Ев-

ропы;

- российским отходам свойственна структурная механическая связанность за

счет волокнистых и влажных фракций;

- российские отходы отличаются слеживаемостью при хранении и транспорти-

ровке, выделением фильтрата;

- российские отходы отличаются повышенной абразивностью, которая связана с

наличием фарфора, стекла, камня;

- высокие влажность и содержание различных солей в отходах способствуют кор-

розионному воздействию на металл при длительном контакте;

- наблюдается эпизодическое попадание тяжелых, трудно дробимых предметов,

выводящих из строя оборудование для утилизации и обезвреживания отходов.

Объекты, на которых осуществляется сжигание опасных отходов, сталкиваются с

проблемой превышения содержания оксидов азота, серы и углерода, а также диоксинов,

бенз(а)пирена и т. п. в газовых выбросах над установленными нормативами. Колебания

количества выбрасываемых загрязняющих веществ связаны в основном с загрузкой но-

вой порции отходов и резком понижении концентрации кислорода в реакторе или из-за

недостаточного перемешивания горючей массы и, следовательно, низкой теплопере-

дачи. Для борьбы с этим эффектом реактор печи следует оборудовать системами оста-

новки подачи отходов до момента восстановления концентрации кислорода до опти-

мальной или дополнительной инжекции кислорода в зону горения.

Присутствие в отходящих газах диоксинов и прочих супертоксикантов значительно

осложняет их очистку прежде всего из-за малой концентрации этих высокотоксичных со-

единений (имеющих, к тому же, чрезвычайно малые уровни ПДК); требует создания со-

временных и дорогостоящих многоступенчатых (обычно трехступенчатых) систем

очистки.

Изложенные выше проблемы требуют соответствующих технологических реше-

ний, достаточной квалификации обслуживающего персонала и материально-финансо-

вых затрат.

1.2.2.3 Проблемы контроля выбросов и сбросов загрязняющих веществ в

окружающую среду

Осуществление хозяйственной деятельности по утилизации и обезвреживанию

отходов термическими способами, при которой происходит влияние функционирования

предприятий (установок) на окружающую среду, обусловливает необходимость органи-

зации систем производственного экологического контроля эмиссий в окружающую

среду. Производственный экологический контроль проводится в соответствии с законо-

дательным требованием аккредитованными лабораториями с аттестованными сред-

ствами измерений, методиками и обученным персоналом.

Формирование перечня веществ, подлежащих производственному контролю,

определяется, в первую очередь, перечнем маркерных веществ, эмитируемых объек-

том. Для каждого загрязняющего вещества, включенного в перечень, должны быть опре-

делены способ контроля (прямые измерения или иные способы определения количе-

ственного значения содержания веществ в выбросах или сбросах), периодичность кон-

троля (в случае периодических измерений), наличие аттестованных методик измерения

каждого из веществ применительно к конкретному источнику. Результаты производ-

ственного экологического контроля должны обеспечить получение достоверных данных,

позволяющих провести сравнительную оценку фактических показателей выбросов за-

грязняющих веществ и/или сбросов загрязняющих веществ со значениями соответству-

ющих технологических показателей НДТ.

1.2.2.4 Проблемы ресурсосбережения

Серьезное внимание необходимо уделить не только созданию условий для исклю-

чения попадания в состав смешанных отходов, направляемых на сжигание, пиролиз, га-

зификацию, вторичных материальных ресурсов, для максимально полного извлечения

из потоков отходов компонентов, пригодных для получения материальной продукции, но

и проблеме максимального использования вторичных энергетических ресурсов, которые

образуются в результате утилизации и обезвреживания отходов термическим способом.

Данная проблема особенно актуальна для таких крупных объектов, как мусоросжига-

тельные заводы, в том числе с точки зрения повышения их энергетической и экономиче-

ской эффективности.

Раздел 2 Технологические, технические решения и системы

менеджмента, используемые в настоящее время в сфере

утилизации и обезвреживания отходов термическими способами

2.1 Общие положения

В общем виде технологическая схема комплексной установки для утилизации и

обезвреживания термическими методами отходов, содержащих органические вещества,

может включать следующие блоки [10]:

- блок подготовки отходов;

- блок собственно термической обработки отходов;

- блок многоступенчатой очистки отходящих газов перед их выбросом в атмо-

сферу;

- блок использования тепла отходящих газов;

- блок получения органических продуктов (синтез-газ, жидкое топливо, кокс);

- блок получения минеральных продуктов (керамика, цемент, минеральные соли,

кислоты, металлы и др.).

Технология термодеструкции отходов, кроме твердых коммунальных отходов,

признается технологией утилизации отходов термическими методами в следующих слу-

чаях:

- термодеструкция отходов проводится с целью получения материальной про-

дукции, соответствующей установленным стандартам, при этом возможно использова-

ние тепла отходящих газов с целью получения тепловой или электрической энергии;

- термодеструкция отходов применяется для получения энергии (электрической

и/или тепловой).

Технология термодеструкции твердых коммунальных отходов признается техно-

логией утилизации термическими методами в случаях, если термодеструкция применя-

ется для получения энергии (электрической и/или тепловой), при этом энергетическая

эффективность, рассчитанная по формуле 1 Приложения Г для комбинированного про-

изводства тепловой и электрической энергии (когенерация), составляет не менее 0,65,

а для конденсационного режима (производится только электрическая энергия) состав-

ляет не менее 0,45.

Технология термодеструкции отходов признается технологией обезвреживания

отходов, если термодеструкция используется для отходов, не пригодных для/не подле-

жащих утилизации, для целей уменьшения массы отходов, изменения их состава, физи-

ческих и химических свойств, снижения негативного воздействия; при этом возможно ис-

пользование тепла отходящих газов.

Исходные данные для разработки установок утилизации и обезвреживания отхо-

дов термическим способом должны обязательно включать информацию об отходах,

направляемых на утилизацию или обезвреживание, с учетом приведенной в разделе 1

классификации отходов и агрегатную мощность (нагрузку).

По возможности передвижения установок можно выделить:

- мобильные, передвижные установки, не имеющие прочной связи с землей и

конструктивные характеристики которых позволяют осуществить их перемещение и

(или) демонтаж и последующую сборку без несоразмерного ущерба назначению и без

изменения основных характеристик оборудования включенного в их состав;

- стационарные установки - объекты, которые прочно связаны с землей и их пе-

ремещение влечет несоразмерный ущерб их назначению.

По мощности установки можно разделить следующим образом:

- установки малой мощности 10-500 кг/ч (как правило, мобильные, передвиж-

ные);

- установки средней мощности с агрегатной нагрузкой 500-2000 кг/ч (в том числе

транспортабельные, то есть способные к перебазированию на новую площадку);

- установки станции большой агрегатной мощности 2000-10000 кг/ч (стационар-

ные).

При отнесении объектов негативного воздействия к I категории Постановлением

Правительства Российской Федерации от 31.12.2020 № 2398 (ред. от 18.12.2024) «Об

утверждении критериев отнесения объектов, оказывающих негативное воздействие на

окружающую среду, к объектам I, II, III и IV категорий» выделяются объекты следующей

мощности:

- объекты утилизации, обезвреживания отходов производства и потребления тер-

мическим способом (сжигание, пиролиз, газификация) с применением оборудования и

(или) установок, за исключением мобильных установок для отходов IV и V классов опас-

ности с проектной мощностью 3 тонны в час и более;

- объекты по обеззараживанию и (или) обезвреживанию, в том числе термическим

способом, биологических и (или) медицинских отходов (с проектной мощностью 10 тонн

в сутки и более).

Выбор НДТ должен осуществляться для различных технологических схем и быть

направлен на максимальное снижение эмиссий в окружающую среду, ресурсо- и энерго-

сбережение, в том числе выработку энергии и получение вторичных ресурсов, мине-

ральных и органических продуктов, а также вовлечение отходов во вторичное использо-

вание. Выбор НДТ осуществляется на основе Методических рекомендаций определения

технологии в качестве наилучшей доступной технологии (приказ Минпромторга России

от 23 августа 2019 г. № 3134) [22], учитывающих совокупность соответствующих крите-

риев.

2.2 Основные эколого-энерготехнологические параметры [10]

Эколого-энерготехнологические параметры определяют экологическую и эконо-

мическую эффективность и надежность процесса утилизации и обезвреживания отхо-

дов:

а) температурный уровень процесса. По этому параметру термические процессы

и реакторы можно подразделить на низкотемпературные (температура отходящих газов

tог = 400-600 °C); среднетемпературные (tог = 600-1000 °C); высокотемпературные

(tог ≥ 1000-2000 °C и выше);

б) время пребывания (без учета камеры дожигания) токсичных компонентов в ра-

бочей зоне термического реактора tпреб. По времени пребывания термические реакторы

можно разделить на следующие группы:

1) tпреб < 0,1 с (малое отношение рабочего объема реактора Vр (м³) к объемному

расходу газов Vг (м³/с);

2) tпреб = 0,1-0,5 с (средняя величина Vр/Vг);

3) tпреб = 0,5-2 с (повышенная величина Vр/Vг);

4) tпреб > 2 с (сверхвысокая величина Vр/Vг);

в) интенсивность перемешивания компонентов в рабочей зоне термического ре-

актора;

г) состав газовой атмосферы в термическом реакторе. Различают три режима:

1) окислительная атмосфера (коэффициент расхода окислителя α > 1);

2) восстановительная атмосфера (α < 1);

3) переменная по зонам реактора атмосфера (например, восстановительно-

окислительная);

д) принцип теплогенерации (тип внешнего, дополнительного источника энергии).

На практике используются:

1) органическое топливо (газообразное, жидкое или твердое, а также горючие

отходы);

2) электроэнергия (индукционный, электродуговой или плазменный источник);

3) комбинированный источник;

е) тип окислителя. Применяются:

1) воздух;

2) технический кислород;

3) обогащенное кислородом воздушное дутье;

4) водяной пар;

5) диоксид углерода;

ж) режим шлакоудаления. На практике используются режимы:

1) с жидким шлакоудалением;

2) с твердым шлакоудалением;

з) способ нейтрализации образующихся при термическом обезвреживании отхо-

дов газообразных окислов и кислот (SO2, SO3, HCl, HF, P4O10). Применяются:

1) способы с предварительной, реагентной обработкой отходов;

2) способы с подачей реагентов непосредственно в термический реактор;

3) способы, характеризующиеся подачей реагентов на стадию охлаждения га-

зообразных продуктов обезвреживания;

2.3 Методы термической деструкции [23, 24]

В настоящее время для утилизации и обезвреживания отходов термическим спо-

собом чаще других используются сжигание, пиролиз, газификация.

2.3.1 Методы сжигания отходов

Наиболее распространенным методом термодеструкции является сжигание (огне-

вой метод), используемое для утилизации и обезвреживания жидких, твердых, пастооб-

разных отходов.

Целеполагание сжигания отходов заключается в:

- обезвреживании отходов, направленном на уменьшение их массы, изменение

состава, физических и химических свойств в целях снижения негативного воздействия

отходов на здоровье человека и окружающую среду;

- утилизации отходов, направленной на получение энергии, выделяемой при го-

рении отходов или их компонентов.

Блок-схемы сжигания отходов с различными подходами в целеполагании

(с целью обезвреживания и получения различных видов энергии) приведены на рисунках

2.1 и 2.2.

Рисунок 2.1 - Общая схема сжигания отходов с целью обезвреживания

Рисунок 2.2 - Общая схема сжигания отходов с целью получения различных видов энергии

Метод сжигания применяется на современных предприятиях и считается наибо-

лее универсальным, надежным и эффективным по сравнению с другими термическими

методами утилизации и обезвреживания отходов.

В мировой практике в зависимости от группы сжигаемых отходов выделяется пять

групп сжигания отходов, имеющих свои технологические особенности [14]:

- сжигание смешанных коммунальных отходов. Такое сжигание традиционно

представляет собой термическую обработку смешанных и практически необработанных

коммунальных отходов, образующихся в жилом секторе. Иногда применяется совмест-

ное сжигание таких отходов с промышленными отходами;

- сжигание коммунальных или других отходов, предварительно подготовленных

к сжиганию, то есть отходов, собранных в системе раздельного сбора, предварительно

обработанных для повышения их теплотворной способности;

- сжигание опасных отходов на промышленных объектах, где эти отходы образо-

вались, или специализированных заводах;

- сжигание осадков очистки сточных вод на специализированных установках или

на установках для сжигания отходов (вместе с другими отходами, например коммуналь-

ными);

- сжигание медицинских отходов на специализированных установках.

В настоящем разделе рассмотрены технологи сжигания отходов, при которых ис-

пользуются следующие наиболее распространенные виды оборудования:

- слоевые печи;

- печи с псевдоожиженным слоем;

- вращающиеся печи;

- циклонные печи;

- шахтные печи;

- печи с жидкой ванной расплава;

- подовые печи.

Технология сжигания в слоевых топках с возможностью получения энергии

Для сжигания в слоевых топках наиболее пригодными считаются следующие виды

отходов:

- смешанные коммунальные отходы;

- отработанные масла (в случаях, предусмотренных законодательством);

- опасные отходы (частично, только горючие вещества);

- лакокрасочные отходы;

- промышленные отходы (горючие вещества, особенно мелкокусковые смеси;

например посторонние материалы, отделяемые при использовании макулатуры в бу-

мажной промышленности);

- древесные отходы (при отсутствии возможности других методов утилизации);

- строительные отходы (применяется для горючей составляющей строительных

отходов);

- горючие фрагменты крупногабаритных отходов;

- прочие отходы (горючие вещества).

Отходы, подлежащие сжиганию в слоевых топках, требуют предварительной

обработки: должны быть удалены крупные фракции, создающие помехи (например

металлоотходы); отходы не должны содержать радиоактивных компонентов; в

некоторых случаях требуется предварительное измельчение.

В отечественной и зарубежной практике для термических способов утилизации и

обезвреживания твердых и пастообразных отходов, содержащих органические веще-

ства, наиболее широко используются слоевые печи. Принципиальная схема слоевого

сжигания представлена на рисунке 2.3.

Отдельные установки состоят из камеры сжигания, тягодутьевого оборудования,

аппарата сухой газоочистки (циклон-золоуловитель) и основных соединительных трубо-

проводов. Загрузка отходов осуществляется в большинстве случаев вручную, а их горе-

ние происходит в неподвижном слое на футерованном сплошном поду.

Слоевые печи надежны в эксплуатации, просты при обслуживании (особенно

топки с неподвижным подом) и имеют длительный ресурс, однако пригодны для терми-

ческого обезвреживания ограниченного перечня отходов. Практически невозможно эф-

фективно обезвреживать в этих печах отходы, содержащие легкоплавкие минеральные

соединения и вещества в пластическом состоянии, так как происходит замазывание и

зашлаковывание слоя.

Основной недостаток мобильных слоевых печей - низкая экологическая эффек-

тивность разложения отходов - повышенный механический недожог, то есть наличие

остаточных токсичных органических соединений в шлаке и выбросы с дымовыми газами

супертоксикантов: молекулярного хлора (Cl2), фосгена (COCl2), бенз(а)пирена, поли-

хлорированных дибензодиоксинов (ПХДД) и дибензофуранов (ПХДФ).

Низкие удельные нагрузки при обезвреживании отходов, громоздкость и металло-

емкость, относительно высокие капитальные и эксплуатационные расходы и, главное,

низкая экологическая эффективность не позволяют рекомендовать слоевые печи для

термического обезвреживания органических отходов в мобильных установках малой

мощности.

Недостатками большинства действующих установок со слоевыми печами также

являются:

- проскоки токсичных компонентов, усугубленные периодической загрузкой отно-

сительно больших разовых объемов уничтожаемых отходов;

- образование токсичного шлака, содержащего растворимые соли тяжелых ме-

таллов и остатки органических компонентов.

СТАЦИОНАРНЫЕ УСТАНОВКИ. Сжигание отходов в слоевой топке на

стационарных установках является наиболее часто применяемым методом сжигания

ТКО с возможностью производства энергии. В отличие от иных способов сжигания

отходы подаются на колосниковую решетку в камере сгорания.

Подача отходов на механическую колосниковую решетку системами загрузки, а

также их сжигание, осуществляются непрерывно в течение суток, в том время как

доставка отходов к установке осуществляется периодически (в большинстве случаев в

дневное время). Поэтому перед слоевой топкой всегда устанавливается подземный

бункер. Кроме постоянного хранения необходимого запаса отходов он также

обеспечивает их перемешивание, обеспечивающее гомогенизацию отходов перед

сжиганием (установление примерно стабильных показателей теплотворной

способности).

Топки со слоевым сжиганием отходов различаются по типу и принципу работы

механических колосниковых решеток, которые транспортируют отходы так, что

обеспечивается хорошее перемешивание и прохождение через различные

температурные зоны.

Имеются три различные системы [9, 25]:

1 При системе с переталкивающей колосниковой решеткой отходы транспортиру-

ются колосниками. Мировыми лидерами в области создания и поставки оборудования

для сжигания ТКО на колосниковых решетках предлагаются горизонтальные и наклон-

ные переталкивающие колосниковые решетки.

Горизонтальная решетка (рисунок

2.5)

представляет собой встречно-

переталкивающую решетку, в которой подвижные ряды колосников, перемещающиеся в

противоположных направлениях, разделены рядом неподвижных колосников. Такие

переталкивающие колосниковые решетки обеспечивают хорошую шуровку и

перемещение отходов. Обычно решетка состоит из трех последовательно

расположенных по ее длине модулей и от одного до трех модулей по ее ширине.

Рисунок 2.5 - Горизонтальная переталкивающая колосниковая решетка [25]

Наклонная поверхность решетки (рисунок 2.6) не является необходимой, хотя и

предлагается некоторыми изготовителями. За счет ускорения движения решетки можно

увеличить скорость подачи. Это предоставляет возможность контроля времени

пребывания в печи и адаптации к колебаниям при загрузке отходов на решетку.

Переталкивающая решетка является в настоящее время наиболее важной системой

колосниковых решеток на новых установках;

Рисунок 2.6 - Наклонная переталкивающая колосниковая решетка [25]

2 При системе с обратно-переталкивающей решеткой (рисунок 2.7) отходы транс-

портируются под действием силы тяжести. Наклонная поверхность является необходи-

мой, потому что отходы и решетка движутся в противоположных направлениях. Об-

ратно-переталкивающие решетки пригодны, например, для влажных отходов.

1 - загрузочная воронка; 2 - питатель; 3 - обратно-переталкивающая решетка;

4 - шлаковыгружатель; 5 - топочное устройство; 6 - паровой воздухоподогреватель;

7, 8 - первичный и вторичный воздух; 9, 10 - подвижная и неподвижная ступень колосников;

11 - подвижная рама; 12 - гидроцилиндр; 13 - скользящая опора

Рисунок 2.7 - Топочное устройство с обратно-переталкивающей решеткой [25]

3 При системе с валковой решеткой материал транспортируется за счет комбина-

ции силы тяжести в результате наклона поверхности решетки и движения валков для

транспортирования и шуровки отходов. Движущиеся валки транспортируют отходы вниз.

Более быстрое вращение валков приводит к ускорению транспортирования, но не к улуч-

шению перемешивания.

Для минимизации воздействия на окружающую среду для таких установок

необходим контроль процесса сжигания и регулирования параметров технологического

процесса. Эффективное сжигание на колосниковой решетке происходит при

температуре 850-950 °C. В конце медленной движущейся решетки остатки после

сгорания падают в заполненное водой устройство шлакоудаления [14].

Удовлетворительные экологические показатели по выбросам вредных веществ с

отходящими газами обеспечиваются также за счет многоступенчатой газовой очистки

(от взвешенных веществ и вредных компонентов, улавливаемых щелочными и

щелочноземельными реагентами).

Дымовые газы дожигаются в дожигательной камере, где происходит доокисление

при температуре от 850 °C до более 1000 °C. В расположенном дальше паровом котле

дымовые газы охлаждаются до

200-400 °C. При этом (в большинстве случаев)

образуется перегретый пар (не более 40 бар, 400 °C). Пар можно использовать для

производства электроэнергии, в качестве технологического пара или для отопления. В

настоящее время на рынке предлагаются различные системы топок с колосниковыми

решетками [14].

Разница существует в путях проводки дымовых газов и в подаче отходов на

колосниковой решетке. Принципиально имеются три системы проводки дымовых газов

(см. рисунок 2.8).

Рисунок 2.8 - Варианты проводки дымовых газов [26, 27]

На рисунке представлено соотношение основных направлений подачи отходов и

дымовых газов для вариантов прямотока, противотока и центрального потока.

Прямоточные системы целесообразно применять при отходах с высокой

теплотворной способностью (> 9 МДж/кг). Не полностью сгоревшие дымовые газы

вынуждены проходить зону с максимальной температурой, что обеспечивает лучшее

доокисление загрязняющих веществ, содержащихся в дымовых газах. Благодаря этому

можно отказаться от камеры дожигания [17].

Противоточные системы более пригодны для отходов с низкой теплотворной

способностью. Высокая температура дымовых газов способствует сушке и сжиганию

отходов. В качестве возможного риска следует указать на плохое перемешивание

дымовых газов, поэтому дожигание является обязательным.

Если на сжигание поступают отходы с различной теплотворной способностью, то

компромиссом является использование системы с центральным потоком.

Шлак, который образуется в результате сжигания, может поступать на

захоронение либо использоваться, например, в дорожном строительстве после

дополнительной

обработки,

которая

включает

отделение

металлов

измельчение/гомогенизацию.

Дымовые газы, образующиеся при сжигании отходов, должны подвергаться

обработке и очистке.

Область применения

Системы колосниковых решеток с водяным охлаждением позволяют сжигать

высококалорийные смеси отходов с теплотворной способностью до 16 МДж/кг. До

настоящего времени теплотворная способность удерживалась на уровне ниже

12 МДж/кг, поскольку в противном случае тепловая нагрузка на решетчатые системы

становилась слишком высокой и возникала опасность расплавления или значительного

сокращения срока службы решетки [25].

Топки с колосниковыми решетками могут в принципе применяться в комбинации

со всеми предшествующими сжиганию мерами и процессами обработки отходов, они

выполняют при этом задачу минерализации всех горючих веществ, которые уже не могут

использоваться или обрабатываться другим способом. Преимуществом является к тому

же синергетический эффект при взаимоувязке с процессами, имеющими большую

потребность в тепловой энергии.

Технология сжигания отходов во вращающихся печах

Барабанные вращающиеся печи (рисунок 2.9) широко используются как в отече-

ственной практике, так и за рубежом для сжигания твердых и пастообразных промыш-

ленных, бытовых и медицинских отходов, а также обезвоженных осадков очистки сточ-

ных вод. Обычно барабанная вращающаяся печь представляет собой стальной бара-

бан, имеющий футеровку из огнеупорного кирпича, бетона или водоохлаждаемую, кото-

рый вращается со скоростью 0,05-2 об/мин.

Рисунок 2.9 - Принципиальная схема печи для сжигания опасных отходов [26, 27]

Барабанные печи устанавливаются с небольшим наклоном в направлении движе-

ния отходов. Температуру в барабанной печи в зависимости от вида сжигаемых отходов

поддерживают в пределах 900-1200 °C. В случае необходимости дополнительное топ-

ливо или жидкие горючие отходы подаются через горелочное устройство, повышая тем-

пературу внутри печи. Поступившие отходы, перемешиваясь при вращении печи, подсу-

шиваются, частично газифицируются и перемещаются в зону горения. Излучение от пла-

мени в этой зоне раскаляет футеровку печи и способствует выгоранию органической ча-

сти отходов и подсушки вновь поступивших. Отходы и топливо, а также окислитель (воз-

дух), подаются со стороны загрузки, шлак выгружается с противоположного торца печи

в твердом виде или в виде расплава.

В связи с малоэффективным перемешиванием отходов барабанные вращающи-

еся печи характеризуются низкой удельной тепловой и массовой нагрузкой топочного

объема, кроме того они громоздки, а в дымовых газах наблюдается повышенный недо-

жог.

В то же время барабанные вращающиеся печи с жидким шлакоудалением, допол-

ненные камерой дожигания газообразных продуктов термодеструкции отходов, характе-

ризуются высокой экологической эффективностью.

Сжигание отходов с помощью барабанных вращающихся печей - наиболее рас-

пространенный метод. Реализация технологий с помощью такой конструкции печи пред-

ставлена на рисунке 2.10. Их использование позволяет изменять режимы работы без

существенного технического перевооружения и смены технологии, следовательно, ис-

пользование этой конструкции дает возможность сжигания более широкого спектра от-

ходов. В их число входят твердые коммунальные и промышленные отходы, нефтяные

шламы, обезвоженные осадки очистных сооружений, медицинские отходы, биологиче-

ские отходы, COЗ-содержащие отходы и т. п. Многоцелевое назначение определяет бо-

лее серьезные требования к обеспечению экологической безопасности. Для этих целей

используется многоступенчатая газоочистка, в составе которой рационально использо-

вание адсорбционных реакторов, наиболее часто исполненных в виде рукавных филь-

тров (однако имеются и другие конструкции). В качестве адсорбентов тяжелых металлов

и соединений группы диоксинов используются активированный уголь и цеолиты.

На рисунке 2.10, кроме принципиального состава блоков, имеется блок тонкой

очистки с возможностью впрыска активных сорбентов.

Методы ресурсо- и энергосбережения могут сводиться к использованию жидких

отходов в качестве альтернативного топлива на специальных форсунках и системах ути-

лизации тепла, например, на обеспечение горячим водоснабжением и отоплением про-

изводственных и внутриплощадных нужд. Модификация конструкции печи в виде цик-

лонного реактора (см. рисунок 2.11) позволяет увеличить производительность по жид-

ким отходам.

Циклонная камера сжигания оборудуется тангенциально расположенными горел-

ками, работающими на газообразном или жидком топливе, форсунками подачи жидких от-

ходов (в зависимости от комплектации), пылесборником (или камерой солеотложения).

Распространены технологические решения, где циклонный реактор используется

в качестве камеры дожига (см. рисунок 2.11). Необходимость вихревого режима опреде-

ляется требованиями к сжиганию высокотоксичных сред. Циклонная топка обеспечивает

более качественное сжигание и относительную минимизацию концентрации контроли-

руемых загрязняющих веществ.

Рисунок 2.11 - Принципиальная технологическая схема сжигания отходов с использованием

циклонного дожигателя

В Германии, США, Швейцарии, Финляндии и других странах накоплен большой

опыт разработки централизованных станций термической деструкции отходов с бара-

банными вращающимися печами. В настоящее время за рубежом успешно эксплуатиру-

ются барабанные вращающиеся печи для совместного сжигания твердых, пастообраз-

ных и жидких отходов с агрегатной нагрузкой от 2 до 6 т/ч [1].

В 1996 году в г. Брунсбюттель (Германия) введена в эксплуатацию одна из самых

больших в мире барабанных вращающихся печей с нагрузкой по твердым и пастообраз-

ным отходам - 40 000 т/год. Диаметр печи - 4,8 м, длина - 12 м. Температура отходя-

щих газов (на входе в камеру дожигания) - 1200 °C.

В апреле 1997 года в г. Измит (Турция) пущен в эксплуатацию центр термической

деструкции твердых и пастообразных отходов мощностью 35 000 т/год. Стоимость цен-

тра составила 450 млн немецких марок. Нейтрализация хлористого водорода (HCl), об-

разующегося при обезвреживании хлорорганических отходов, осуществляется в си-

стеме мокрой газоочистки путем впрыска соответствующих щелочных или щелочнозе-

мельных реагентов. Шлак из барабанной печи удаляется в жидком состоянии (в виде

расплава).

В России также разрабатывают и реализуют барабанные вращающиеся печи

(см. рисунок 2.12).

Необходимо подчеркнуть, что в технологическом отношении барабанные враща-

ющиеся печи являются наиболее универсальными термическими реакторами для сжи-

гания крупнокусковых отходов переменного состава.

Следует заметить, что футеровка печей при вращении находится в условиях

частой смены температур, что вызывает образование в ней трещин и быстрый выход из

строя. Замена один раз в полгода внутренней футеровки печи - операция трудоемкая,

сложная и дорогая, ее стоимость составляет около 10 % от стоимости печи. Использо-

вание дорогостоящих термостойких и химически стойких футеровок в барабанных печах

приводит к существенному повышению стоимости агрегатов.

Рисунок 2.12 - Барабанная вращающаяся печь [28]

Для повышения долговечности печи иногда вместо футеровки применяют водя-

ное охлаждение металлической стенки барабана (Япония) либо охлаждение кирпичной

футеровки печи (Финляндия).

Специальное сооружение экологически эффективной локальной установки малой

мощности с барабанной вращающейся печью для термической деструкции органических

отходов из-за высоких капитальных и эксплуатационных расходов целесообразно

только для отдельных регионов. Такая установка, изготовленная в Чехии, внедрена в

Свердловской области для обезвреживания медицинских отходов.

В то же время не вызывает сомнения техническая и экономическая целесообраз-

ность создания в регионах централизованных станций совместной термодеструкции ток-

сичных твердых, пастообразных и жидких органических отходов с большой агрегатной

нагрузкой на основе барабанных вращающихся печей.

В настоящем разделе не рассмотрен опыт высокотемпературного сжигания ТКО и

промышленных органических отходов, отработанных автомобильных покрышек во вра-

щающихся печах цементной индустрии.

Вращающиеся печи, применяемые в цементной промышленности для сжигания

ТКО и промышленных органических отходов, отработанных автомобильных покрышек,

подробно рассмотрены в разделе 2.7 «Утилизация отходов и использование материалов

из отходов» ИТС 6-2024 «Производство цемента», утвержденного Приказом Росстан-

дарта от 16 сентября 2024 г. № 2231.

Технология сжигания в печи с жидкой ванной расплава

Среди многих предлагаемых технологий термодеструкции отходов своей ориги-

нальностью выделяется технология уничтожения токсичных органических отходов в рас-

плавах неорганических солей.

Сущность метода заключается в следующем. Дешевые неорганические соедине-

ния (например, соду или негашеную известь) расплавляют в керамическом реакторе при

температурах 800-1000 °C. Через расплав продувают воздух и подают в реактор орга-

нические отходы. Степень обезвреживания, по данным авторов технологии, составляет

99,9999 %.

Метод обработки отходов в расплавленных солях (ОРС) на момент актуализации

настоящего справочника проходит стадию опытных испытаний.

В начале 1990-х годов для термической обработки твердых коммунальных и про-

мышленных отходов была предложена российская технология сжигания в барботируе-

мом расплаве шлака на основе печи Ванюкова (см. рисунок 2.13). Суть технологического

процесса сжигания отходов заключается в высокотемпературном разложении отходов в

слое барботируемого шлакового расплава при температуре 1250-1400 °C и выдержива-

нии их в течение 2-3 с. Расплав образуется из подаваемых в огневой реактор различных

шлаков, в частности золошлаковых отходов ТЭЦ.

Отходы непрерывно загружаются через свод печи на поверхность шлакового рас-

плава, который продувается через нижние фурмы окислителем. Попадая в расплав, от-

ходы ошлаковываются и потоками шлака распределяются по его объему. При этом из

отходов удаляются влага и летучие компоненты. Минеральная часть отходов растворя-

ется в шлаке, состав которого корректируется минеральными добавками. Из содержа-

щихся в отходах металлов образуется металлическая ванна, расположенная ниже

уровня шлака. Образующиеся металл и шлак непрерывно раздельно выводят из печи

через отдельные летки. Выделившиеся из шлаковой ванны горючие газы дожигаются

непосредственно над поверхностью расплава кислородным дутьем, подаваемым через

верхние фурмы.

1 - барботируемый слой шлака; 2 - слой спокойного шлака; 3 - слой металла; 4 -

огнеупорная подина; 5 - сифон для выпуска шлака; 6 - сифон для выпуска

металла; 7 - переток; 8 - водоохлаждаемые стенки; 9 - водоохлаждаемый свод;

10 - барботажные фурмы; 11 - фурмы для дожигания; 12 - загрузочное

устройство; 13 - крышка; 14 - загрузочная воронка; 15 - патрубок газоотвода

Рисунок 2.13 - Печь с жидкой ванной расплава [29]

Основным преимуществом процесса Ванюкова по сравнению с традиционным

слоевым сжиганием отходов является существенное снижение количества отходящих

газов за счет использования обогащенного кислородом дутья и получение безвредного

шлакового расплава.

Основным недостатком процесса является использование дорогостоящей пла-

вильной металлургической технологии для термического разложения отходов.

Кроме того, отсутствие в большинстве случаев в составе органических отходов

минеральных составляющих ведет к необходимости поддержания искусственного шла-

кового расплава минеральных веществ.

В целом собственно плавильная металлургическая печь с кессонированными во-

доохлаждаемыми ограждениями, системой кислородно-воздушного дутья под слой рас-

плава, позонным выпуском расплава представляется реактором более сложным в экс-

плуатации, нежели реакторы прямого сжигания отходов. Теплота горения отходов

только в незначительной степени расходуется на плавление шлака, поскольку в пла-

вильной печи осуществляется лишь частичное окисление органических компонентов от-

ходов, а дожигание - основной источник теплоты, вынесен за пределы ванны расплава.

Технология сжигания в циклонных печах

Циклонные реакторы являются экологически эффективными и надежными устрой-

ствами для утилизации и обезвреживания органических отходов производства. Циклон-

ная камера сжигания оборудуется тангенциально расположенными горелками, работа-

ющими на газообразном или жидком топливе, форсунками подачи жидких отходов (в за-

висимости от комплектации), пылесборником (или камерой солеотложения). Высокие

удельные массовые нагрузки циклонных реакторов обусловлены, помимо особой аэро-

динамической структуры газового потока, тонким диспергированием отходов специаль-

ным распылителем или непосредственно скоростным потоком газов в объеме реактора

[4].

Циклонная топка обеспечивает более качественное сжигание и относительную

минимизацию концентрации контролируемых загрязняющих веществ.

В России разработаны циклонные реакторы различной модификации (см. рису-

нок 2.14) для огневой (высокотемпературной) обработки жидких отходов производства,

содержащих органические и минеральные вещества.

1 - топливо; 2 - воздух; 3 - жидкие отходы

Рисунок 2.14 - Схема циклонного реактора

с огнеупорной футеровкой и тепловой изоляцией [4]

Применяемые при утилизации и обезвреживании минерализованных отходов гар-

ниссажные футеровки этих реакторов обеспечивают длительную межремонтную рабо-

чую кампанию. По всему Советскому Союзу от западного Гродно до сибирского Кеме-

рово и узбекского города Чирчик было внедрено более 150 таких установок, мощность

которых составляла от 200 кг до 16 т отходов в час. Лицензии на установку были про-

даны в ряд стран социалистического содружества и Японию, затем в Республику Корея.

По сравнению с обычно применяемыми камерными и шахтными печами циклон-

ные реакторы являются наиболее эффективными и универсальными, что обусловлива-

ется их аэродинамическими особенностями. Удельные массовые нагрузки в циклонных

реакторах более чем на порядок выше нагрузок шахтных и камерных печей, что позво-

лило создать малогабаритные устройства.

Практика эксплуатации установок для термической деструкции жидких отходов

производства с циклонными реакторами подтвердила их технические и экономические

преимущества перед другими типами установок:

- снижение капитальных затрат;

- уменьшение эксплуатационных расходов;

- возможность извлечения вторичных минеральных продуктов;

- высокая экологическая эффективность, соответствующая самым жестким евро-

пейским нормативам, при обезвреживании любых типов органических отходов, содер-

жащих в том числе полихлорированные бифенилы (ПХБ), пестициды и другие суперэко-

токсиканты;

- быстрый запуск;

- надежность и долговечность эксплуатации.

Положительные результаты получены при циклонном сжигании диспергированых

твердых отходов и пастообразных осадков сточных вод (см. рисунок 2.15). Успешный

опыт накоплен также в США при термической обработке золы мусоросжигательных за-

водов и загрязненного грунта с получением остеклованного шлака, а также в Германии

при сжигании отработанного активированного угля (кокса) из системы сухой очистки ды-

мовых газов.

В то же время в циклонных реакторах при грубом диспергировании твердых и пас-

тообразных отходов (или невозможности их дробления и распыливания) резко снижа-

ется интенсивность процесса обезвреживания. Удельные массовые нагрузки таких ре-

акторов уменьшаются до 100-150 кг/м³ч, что соответствует нагрузкам слоевых и бара-

банных печей.

Следует еще раз подчеркнуть, что при тонком диспергировании пастообразных

отходов в циклонных реакторах достигаются удельные массовые нагрузки до 1000 кг/м³ч

и более, что позволяет в короткие сроки сооружать компактные, малогабаритные уста-

новки с малыми капитальными затратами.

Рисунок 2.15 - Горизонтальный циклонный реактор

для термического обезвреживания шламов [24]

Высокая интенсивность перемешивания частиц отходов в газовом потоке циклон-

ного реактора позволяет добиться практически полного выгорания токсичных органиче-

ских веществ непосредственно в объеме реактора - остаточная концентрация оксида

углерода (CO) в дымовых газах не превышает 50 мг/м³.

Эффект центробежной сепарации обеспечивает улавливание подавляющего ко-

личества минеральных составляющих (до 80 %) с выпуском их из реактора в твердом

виде или в виде расплава (стерильного шлака).

Таким образом, для обезвреживания пастообразных отходов при обеспечении их

тонкого диспергирования (пневматическими или механическими распылителями) реко-

мендуется использовать циклонные реакторы.

При затруднениях в распыливании таких отходов применение циклонных реакто-

ров нецелесообразно, так как приведенные выше преимущества нивелируются.

Технология сжигания отходов во взвешенном (кипящем) слое

Для сжигания во взвешенном слое наиболее пригодными считаются следующие

виды отходов:

- коммунальные отходы;

- осадки сточных вод;

- отработанные масла (в случаях, предусмотренных законодательством);

- опасные отходы;

- промышленные отходы (горючие вещества, особенно мелкокусковые смеси,

например посторонние вещества, отделяемые при использовании макулатуры в бумаж-

ной промышленности);

- древесные отходы (более целесообразным способом являются другие методы

утилизации);

- строительные отходы (только горючие вещества);

- крупногабаритные отходы (сжигание во взвешенном слое следует применять

только для обработки горючих материалов, образующихся при разборке этих отходов);

- медицинские отходы классов А, Б, В (частично, с учетом особенностей обраще-

ния с такими отходами);

- прочие отходы (горючие вещества).

Отходы, подлежащие сжиганию во взвешенном слое, требуют предварительной

обработки:

- должны быть удалены крупные фракции, создающие помехи (например, метал-

лоотходы);

- отходы не должны содержать радиоактивных компонентов;

- отходы подлежат измельчению до необходимого размера частиц.

Принцип работы реакторов с кипящим слоем состоит в подаче газов (воздуха) че-

рез слой инертного материала (песок с размером частиц 1-5 мм), поддерживаемого ко-

лосниковой решеткой. При критической скорости потока газа инертный слой переходит

во взвешенное состояние, напоминающее кипящую жидкость. Поступивший в реактор

отход интенсивно перемешивается с инертным слоем, при этом существенно интенси-

фицируется теплообмен.

Воздухораспределительная решетка обеспечивает равномерность прохождения

потока воздуха через слой для обеспечения хорошего псевдоожижения. Применяются

три типа обычных решеток: перфорированная решетка, решетка с насадками и трубча-

тая решетка.

Для установок, в которых разогрев слоя осуществляется с помощью газовых горе-

лок или мазутных форсунок, конструкция решетки должна быть рассчитана на прохож-

дение горячих газов. Обычно в таких случаях применяются водоохлаждаемые решетки

либо решетки из жаропрочных, легированных сталей.

В зависимости от характера псевдоожижения различают три модификации

кипящего слоя [9, 14, 24]:

- пузырьковый (стационарный) слой;

- циркулирующий слой (с внешней или внутренней циркуляцией);

- вихревой кипящий слой (ТКС).

1 Реакторы для сжигания твердых отходов, шламов и осадков сточных вод со ста-

ционарным кипящим слоем обычно состоят из цилиндрической или прямоугольной то-

почной камеры (см. рисунок 2.16), ограниченной газораспределительной решеткой, кон-

струкция которой предусматривает возможность удаления шлака. Наибольший опыт в

изготовлении оборудования для сжигания отходов в пузырьковом кипящем слое имеет

финский производитель. Реакторы со стационарным кипящим слоем широко используют

для сжигания отходов в Италии, Франции, Швеции, Германии, Японии и многих других

странах. Однако широкого распространения такие топки для сжигания ТКО не получили.

Более того, в последние годы наблюдается тенденция по замене топок с пузырьковым

кипящим слоем, для которых требуется тщательная подготовка ТКО, на обычное слое-

вое сжигание на колосниковой решетке.

Рисунок 2. 16 - Топка с кипящим слоем [14]

2 Некоторое количество инертного материала при увеличении скорости газов

сверх скорости витания начинает выноситься из слоя настолько интенсивно, что необ-

ходимо его восполнение. Циркулирующий кипящий слой (ЦКС) отличается от стационар-

ного кипящего слоя наличием по тракту дымовых газов циклонных золоуловителей

(см. рисунок 2.17). Уловленный материал возвращается из циклонов в слой, где продол-

жается обработка отходов.

Для сжигания твердых коммунальных отходов в котлах с ЦКС необходимо прово-

дить их предварительную подготовку (измельчение, удаление металла и крупных инерт-

ных материалов, перемешивание), и качество этой подготовки оказывает значительное

влияние на надежность работы всей установки. Тем не менее, в котлах с ЦКС можно

сжигать отходы, обладающие широким диапазоном теплоты сгорания, в том числе и вы-

соковлажные. Энергоустановки с котлами с ЦКС имеют достаточно высокий для такого

топлива, как ТКО, электрический КПД, который составляет около 28 %.

На мировом рынке представлены технологии уничтожения отходов в циркулирую-

щем кипящем слое (Германия, США). Технология сжигания твердых отходов и осветлен-

ного шлама с использованием ЦКС была впервые опробована в Нидерландах и Велико-

британии. В Германии этот способ сжигания стал применяться после введения законо-

дательных норм 17 BimSchV по охране окружающей среды в части содержания в уходя-

щих газах 0,1 нг/м³ диоксинов. Наибольшее распространение сжигание ТКО в ЦКС полу-

чило в Китае. В настоящее время в Китае доля отходов, сжигаемых в кипящем слое по

разработанной в стране технологии, составляет примерно 20%. Однако прослеживается

тенденция постепенного сокращения количества установок с ЦКС в пользу традицион-

ного слоевого сжигания на колосниковой решетке. В Европе котлы для сжигания ТКО в

ЦКС часто устанавливают на обычных ТЭС. В 2014 году в Швеции был введен в строй

самый большой в мире котел с ЦКС для сжигания отходов. Тепловая мощность котла

составляет 155 МВт. Котел входит в состав энергоблока электрической мощностью

50 МВт.

1 - экономайзер; 2 - конвективный пароперегреватель; 3 - циклоны

Рисунок 2.17 - Котел с ЦКС для сжигания бытовых отходов, установленный на предприятии

Lomellina (Италия) [14]

Целесообразность сжигания отходов методом псевдоожижения должна опреде-

ляться с учетом как достоинств, так и недостатков этого метода. К основным достоин-

ствам последнего относятся:

1) интенсивное перемешивание твердой фазы, приводящее практически к пол-

ному выравниванию температур, концентраций и других параметров по объему псевдо-

ожиженного слоя;

2) благоприятные гидродинамические условия, определяемые повышенной отно-

сительной скоростью газа;

3) незначительное гидравлическое сопротивление слоя;

4) возможность использования достаточно крупных отходов в твердом, жидком и

пастообразном состоянии (для особо крупных отходов необходимо грубое измельчение

перед подачей в реактор);

5) сравнительно простое устройство аппаратов и возможность их автоматизации;

6) отсутствие подвижных частей и механизмов в горячей зоне реактора;

7) при сжигании отходов в кипящем слое легко связываются кислотные соедине-

ния галогенов, серы и фосфора путем добавки в слой нейтрализующих соединений каль-

ция.

К недостаткам метода псевдоожижения (как для стационарного, так и для цирку-

лирующего слоя) относятся:

1) неравномерность времени пребывания в псевдоожиженном слое обрабатыва-

емых частиц твердой фазы (например, одинаково возможны быстрый проскок частиц и

их нахождение в слое дольше среднестатистического времени пребывания);

2) возможность спекания и слипания твердых частиц (для исключения возможно-

сти шлакования слоя его температура должна быть ниже температуры плавления золы

отходов);

3) необходимость установки мощных золоулавливающих устройств на выходе га-

зов из псевдоожиженного слоя, особенно при разном гранулометрическом составе отхо-

дов.

Вышеперечисленные недостатки могут быть устранены при использовании реак-

торов псевдооожиженного слоя нового, третьего (после стационарного и циркулирую-

щего) поколения.

3 В Великобритании разработана технология сжигания твердого топлива в котле

с вращающимся кипящим слоем. Эта работа была первым опытом вихревого или вра-

щающегося кипящего слоя. Котел с кипящим слоем фирмы имеет наклонную решетку,

разделенную на три секции с различным расходом воздуха в каждую из них, а часть

переднего мембранного экрана расположена параллельно решетке и выполняет роль

дефлектора. Вынужденная циркуляция кипящего слоя поддерживается не только кон-

структивным решением, но и вдувом твердого топлива в передней и задней стенках

котла. В котлах данного типа успешно осуществлялось сжигание таких типов промыш-

ленных отходов, как отходы угля и кокса, раздробленные автомобильные покрышки, от-

ходы гликоля. В Великобритании опробовано более 10 мелких установок с одновихре-

вым кипящим слоем. Установки используются для разложения промышленных, меди-

цинских и твердых бытовых отходов, причем эксплуатируются они в 1-2 смену.

Японская фирма продолжила и усовершенствовала данную технологию, а также

успешно внедрила ее на многих японских заводах по сжиганию ТКО. В Европе эта тех-

нология известна под названием Rowitec (см. рисунок 2.18).

1 - загрузка отходов; 2 - вращающийся кипящий слой; 3 - подача воздуха для

создания кипящего слоя; 4 - выход дымовых газов; 5 - дефлектор (отражатель);

6 - выгрузка золы кипящего слоя (шлака); 7 - наклонная сопловая решетка

Рисунок 2.18 - Принцип действия вихревого кипящего слоя [24]

Технология сжигания во вращающемся кипящем слое Rowitec имеет три особен-

ности.

Фурменное днище реактора (решетки) состоит из нескольких камер, через кото-

рые подаются различные потоки первичного воздуха с целью достижения псевдоожи-

женного слоя в сочетании с вращением. Наклонная решетка облегчает выгрузку шлака

из реактора.

Дефлекторы (отражатели) над топочной камерой обеспечивают вращение слоя,

определяют степень его расширения и уменьшают вынос теплоносителя, благодаря

чему достигается точное геометрическое вращение слоя.

Два эллиптических вихря, вращающихся в противоположных направлениях,

встречаются и соприкасаются в середине и обусловливают оптимальное распределение

и интенсивное истирание отходов, обеспечивая сгорание отходов более чем на 99 %.

После предварительного измельчения отходов до кусков менее 300 мм с помощью двух

противодвижущихся шнековых питателей отходы перемещаются в топочную камеру, где

поддерживается температура более 850 °C.

Для достижения полного сгорания токсичных компонентов в дымовых газах в зону,

расположенную над кипящим слоем, вводится вторичный воздух, который способствует

полному дожиганию дымовых газов при температуре 1100-1200 °C.

В России указанная технология реализована в промышленном масштабе на

МСЗ № 4 (промзона Руднево) производительностью 250 тыс. т/год.

Опыт эксплуатации предприятий с котлами, в которых сжигание отходов происхо-

дит в кипящем слое, показал, что для реализации данной технологии требуется предва-

рительная подготовка ТКО, и это существенно повышает затраты на собственные

нужды.

Технология вращающегося кипящего слоя хорошо зарекомендовала себя при

сжигании следующих типов твердых и пастообразных органических отходов: ТКО; про-

мышленные шламы, содержащие нефтепродукты; отходы пластмасс; сельскохозяй-

ственные отходы; автомобильные покрышки.

Эксперименты, проведенные на огневом стенде, на двух опытно-промышленных

установках в г. Пусан (Республика Корея) и в г. Орехово-Зуево (Московская обл.), пока-

зали большие перспективы использования локальных реакторов относительно неболь-

шой мощности (до 200 кг/ч) с одновихревым вращающимся кипящим слоем для терми-

ческого разложения твердых и пастообразных органических отходов. Применение одно-

вихревого кипящего слоя с высокими удельными нагрузками значительно упрощает ап-

паратурное оформление процесса и обслуживание установки.

При обезвреживании крупнокусковых хлорсодержащих отходов (размер отдель-

ных кусков - до 70 мм) обеспечивалась высокая экологическая эффективность про-

цесса. В первой ступени реактора в зоне вращающегося слоя при температурах 800-

900 °C в присутствии извести (CaO или Са(ОН)2) осуществлялись выгорание основной

массы органических веществ и нейтрализация хлористого водорода (HCl) с образова-

нием CаCl2.

Во второй ступени реактора - зоне дожигания - достигались полное окисление

примесей (остаточная концентрация CO < 50 мг/м³) и нейтрализация карбонатом натрия

(Na2CO3) остатков HCl (концентрация HCl в дымовых газах менее 10 мг/м³).

Технология сжигания осадков сточных вод в многоподовых печах

Сжигание осадков сточных вод практикуется во многих странах либо как отдель-

ное сжигание, либо как совместное сжигание в установках для сжигания ТКО, либо в

иных установках для сжигания (например, в угольных электростанциях, в цементных пе-

чах). Сжигание осадков сточных вод имеет несколько отличий от сжигания ТКО и опас-

ных отходов. Непостоянство содержания влаги в осадках и их теплоты сгорания, а также

возможность смешивания с иными отходами (например, если системы канализации бы-

товых и промышленных стоков сообщаются между собой), требуют особого учета при

погрузочно-разгрузочных работах и предварительной обработке этого вида отходов.

При подготовке осадков сточных вод к сжиганию чрезвычайно важна предварительная

обработка, особенно обезвоживание и сушка: обезвоживание сокращает объем осадка

и увеличивает его теплоту сгорания. Как правило, требуется обезвоживание до содер-

жания твердых веществ в осадках на уровне не менее 35 %. В случае если предполага-

ется совместное сжигание с ТКО, может понадобиться дополнительная сушка [30].

Технология сжигания некондиционных газовых и газоконденсатных смесей

в факеле открытого типа

Сжигание попутного нефтяного газа в факелах является одним из наиболее про-

стых способов обезвреживания. Высокотемпературное окисление в основном использу-

ется для сжигания горючих компонентов некондиционных газовых и газоконденсатных

смесей в открытом пламени.

Факельные установки открытого типа для сжигания подробно рассмотрены в раз-

деле 2.9.6 «Факельные установки» информационно-технического справочника по

наилучшим доступным технологиям ИТС 29-2017 «Добыча природного газа», утвержден-

ного приказом Росстандарта от 15 декабря 2017 г. № 2844 [31].

2.3.2 Методы пиролиза

Пиролиз - процесс термического разложения отходов, содержащих органические

вещества, под действием повышенной температуры без доступа или с минимальным

доступом кислорода с выделением восстановленного технического углерода, горючего

пиролизного газа (пирогаза), жидких органических продуктов (пиролизная жидкость).

Метод пиролиза отходов предусматривает:

- термодеструкцию подготовленных отходов в реакторе для получения пирогаза,

пиролизной жидкости и восстановленного технического углерода;

- конденсацию и сепарацию газовой фракции с получением жидкой фракции и

пирогаза;

- очистку пиролизного газа для его дальнейшего использования;

- использование пирогаза в качестве топлива для пиролизной установки на под-

держание процесса либо использование в других процессах, например для получения

пара, горячей воды или электроэнергии, для производства химической продукции;

- очистку отходящих газов с целью повышения экологических показателей техно-

логического процесса;

- сбор пиролизной жидкости и восстановленного технического углерода.

На рисунке 2.19 показана общая схема пиролиза отходов.

Рисунок 2.19 - Общая схема пиролиза отходов

Наибольшее распространение получил низкотемпературный пиролиз закрытого

типа, т.е. процесс термического разложения отходов, твердого и жидкого топлива без

доступа окислителя. В результате пиролиза отходов образуются пиролизный газ с высо-

кой теплотой сгорания, жидкие продукты и восстановленного технического углерода. Ко-

личественный и качественный состав продуктов пиролиза зависят от состава обрабаты-

ваемых отходов и температуры процесса.

Пиролиз делится на три вида в зависимости от температуры:

1) низкотемпературный пиролиз при температуре 450-500 °C;

2) среднетемпературный пиролиз при температуре до 800 °C;

3) высокотемпературный пиролиз (900-1050 °C).

2.3.2.1 Пиролиз отходов резины, в том числе отработанных шин,

покрышек, камер, отходов масел, отходов, загрязненных нефтью или

нефтепродуктами, отходов полимерных материалов

Методом пиролиза можно утилизировать отработанные автопокрышки, отходы

резинотехнических изделий, отходы полимеров, отработанные масла, нефтешламы,

нефтезагрязненные отходы, некоторые полимерные медицинские отходы обеззаражен-

ные и другие отходы, характеризующееся высоким содержанием органических веществ.

Подготовка отходов, направляемых на пиролиз, включает:

- сортировку отходов с целью извлечения балластных фракций (стекло, ме-

таллы, камни, мелкая фракция) - для отходов, представляющих собой смесь материа-

лов, например, твердые коммунальные отходы;

- сушку отходов в случае их высокой влажности;

- предварительную подготовку (дробление/измельчение) отходов при необходи-

мости.

Процесс пиролиза отходов осуществляется в реакторах, имеющих внешний или

внутренний обогрев. В пиролизных реакторах, имеющих исполнение в виде вертикаль-

ных реторт, или в барабанных реакторах вращающегося типа применяют внешний тип

обогрева.

Способ утилизации отходов по технологии пиролиза заключается в их необрати-

мом химическом изменении под действием повышенной температуры без доступа или с

минимальным доступом кислорода с выделением горючего пиролизного газа (пирогаза)

и получением пиролизной жидкости и восстановленного технического углерода.

В реакторах пиролизные газы не разбавляются теплоносителями, сохраняя за

счет этого высокую характеристику теплоты сгорания. Газ, получаемый в реакторе с

внешним типом обогрева, содержит минимум пыли, ибо он не перемешивается с газо-

вым теплоносителем, что является положительным моментом данного оборудования.

В реакторах, имеющих внутренний обогрев (вертикальные шахтного типа, с псев-

доожиженным слоем, барабанные вращающегося типа), в качестве теплоносителя при-

меняют газы, но после их нагрева до 600-900 °С. Недостатком реакторов, имеющих

внутренний обогрев, является повышение запыленности пиролизного газа в связи с при-

менением газообразных теплоносителей. Однако внутренний обогрев конвекцией де-

лает процесс пиролиза интенсивным, позволяет уменьшить габариты реакторов в срав-

нении с реакторами, имеющими внешний обогрев.

С точки зрения выделения эмиссий процесс пиролиза нельзя сравнивать со сжи-

ганием, поскольку в пиролизном реакторе процесс горения отходов полностью исклю-

чен. Количество и номенклатура загрязняющих веществ в отходящих газов, подвергае-

мых очистке, намного меньше, чем при сжигании отходов.

Основные продукты пиролиза, получаемые из отходов шин, отходов резинотехни-

ческих изделий, отходов пластмасс, отработанных масел и других отходов:

1) пиролизная жидкость (легкая и средняя фракции) является универсальным про-

дуктом, который может использоваться в качестве сырья в химических производствах

или в качестве котельного и технологического топлива, способного на большинстве со-

ответствующих агрегатов заменить мазут, сырую нефть, дизельное топливо, сжиженный

природный газ. При необходимости, может использоваться в качестве судового топлива

или быть дополнительно очищено на ректификационной колонне с получением товарной

продукции и топлива более высокого качества. Основные сферы применения пиролиз-

ной жидкости:

жидкотопливные котельные всех типов;

сушильные производства: песок, инертные, вермикулит, другие минералы;

производства по плавлению меди, алюминия, производства стекла и пр.;

зерносушилки с жидкотопливным нагревом, элеваторы;

производство асфальта: нагрев инертных и битума

производства химической продукции: в качестве сырья.

2) восстановленный технический углерод, образующийся при пиролизе, можно ис-

пользовать в промышленности, а именно:

в качестве технического углерода для нужд промышленности резинотехни-

ческих изделий;

в качестве пигмента для производства лакокрасочных материалов и в стро-

ительной индустрии;

как сырье для производства углеродистых сорбентов;

как основа для производства высококалорийных угольных брикетов.

3) пирогаз, выделяющийся при пиролизе. Часть получаемого пирогаза может ис-

пользоваться в самой системе на поддержание процесса пиролиза. Остальная часть пи-

рогаза может быть передана потребителю непосредственно в виде газообразного про-

дукта, в том числе в качестве топлива или в качестве сырья для производства химиче-

ской продукции, или использована для производства пара с последующей его реализа-

цией потребителю.

В случае пиролиза отработанных шин образуется четвертый продукт - металли-

ческий корд. В отличие от металлокорда, полученного при утилизации отходов шин ме-

ханическими способами, металлокорд, полученный при пиролизе отходов шин, не со-

держит в себе остатки резины и текстильного корда. В связи с этим этот продукт более

востребован при производстве сталелитейной продукции.

Как в мировой, так и в отечественной практике наиболее широкое распростране-

ние получила технология низкотемпературного пиролиза закрытого типа (см. рисунок

2.20). Большинство установок как импортного, так и отечественного производства имеют

комплектацию в соответствии с принципиальной схемой, указанной на рисунке 2.20.

Указанный технологический комплекс может найти широкое применение для ути-

лизации нефтешламов, резинотехнических изделий и т. д.

Рисунок 2.22 - Технологическая схема пиролиза нефтешламов в присутствии пара

Принципиальная схема процесса высокотемпературного пиролиза в практике тем-

пературного обезвреживания отходов представлена на рисунке 2.23. В соответствии с

ней во вращающейся печи образуются 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. При-

чем доокисление пирогаза может проводиться при условии поддержания температуры

самовоспламенения и избытка воздуха.

Эмиссии в окружающую среду при пиролизе отходов

Эмиссии в окружающую среду при пиролизе зависят от утилизируемых групп от-

ходов и соответственно их состава.

Эмиссии при пиролизе отходов шин, покрышек, камер

Пиролиз отходов шин, покрышек, камер сопровождается выделением в атмо-

сферу оксидов азота (NO, NO2), оксида углерода и сернистых газов с повышенной кон-

центрацией, в случае подготовки отходов путем измельчения отработанных шин сопро-

вождается выбросами загрязняющих веществ (резиновой пыли) в атмосферный воздух

от дробилок и/или измельчителей. Уровни выбросов загрязняющих веществ в атмо-

сферный воздух показаны в таблице 3.4 раздела 3 настоящего справочника.

Сточные воды в процессе пиролиза отходов шин не образуются.

Пиролиз отходов шин может сопровождаться образованием отходов зачистки

(очистки) емкостей и трубопроводов от нефти и нефтепродуктов.

Физическими факторами воздействия может являться шум измельчителей и дро-

билок при их наличии.

Эмиссии при пиролизе отходов, содержащих нефть или нефтепродукты

Пиролиз отходов, содержащих нефть или нефтепродукты, сопровождается выде-

лением в атмосферу оксидов азота (NO, NO2), оксида углерода, взвешенных веществ.

Уровни выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух показаны в таблице 3.4

раздела 3 настоящего справочника.

Сточные воды в процессе пиролиза отходов, содержащих нефть или нефтепро-

дукты, не образуются.

Пиролиз отходов шин может сопровождаться образованием твердых остатков при

утилизации нефтесодержащих отходов.

Физическими факторами воздействия может являться шум, вибрация, тепловое

воздействие технологического оборудования.

Эмиссии при пиролизе полимерных медицинских отходов

Пиролиз некоторых полимерных медицинских отходов характеризуется выделе-

нием в атмосферу оксидов азота (NO, NO2), оксида углерода, диоксида серы, хлористого

водорода с повышенной концентрацией. Уровни выбросов загрязняющих веществ в ат-

мосферный воздух показаны в таблице 3.4 раздела 3 настоящего справочника.

Сточные воды в процессе пиролиза полимерных медицинских отходов не образу-

ются.

Пиролиз полимерных медицинских отходов может сопровождаться образованием

отходов при утилизации отходов методом пиролиза (смолы), отходов мокрой газо-

очистки при утилизации полимерных, органических, горючих медицинских отходов мето-

дом пиролиза, сальниковой набивки асбесто-графитовой промасленной, песком и обти-

рочным материалом, загрязненными нефтью или нефтепродуктами, шламом очистки

емкостей и трубопроводов от нефти и нефтепродуктов.

Физическими факторами воздействия может являться шум, вибрационное воздей-

ствие, электромагнитное и ионизирующее излучение.

2.3.2.2 Пиролиз осадков сточных вод

Сущность пиролиза осадков сточных вод заключается в последовательно проте-

кающих процессах сушки и пиролиза осадков сточных вод в разных технологических ап-

паратах. Сушка осадков сточных вод производится в две стадии. Первая стадия сушки -

высокотемпературная (сушильный агент подается с температурой около 500 °С), на ко-

торой происходит взаимодействие осадков сточных вод с сушильным агентом при меха-

ническом перемешивании и перемещении осадков сточных вод по длине сушильной ка-

меры. Вторая стадия сушки - низкотемпературная (сушильный агент подается с темпе-

ратурой до 70 °С), на которой происходит досушивание осадков сточных вод с влажно-

стью не более 15 % для подачи на технологическую стадию пиролиза.

На рисунке 2.24 показана технологическая схема пиролиза осадков сточных вод.

Рисунок 2.24 - Технологическая схема пиролиза осадков сточных вод

Быстрый пиролиз представляет собой процесс термического разложения органи-

ческих соединений без доступа кислорода при температуре 400-500 °С. Основная осо-

бенность быстрого пиролиза по сравнению с традиционным, или медленным пиролизом,

состоит в очень высокой скорости нагрева частиц сырья.

Процесс абляционного пиролиза заключается в организации в зоне реакции меха-

нической активации путем уноса прореагировавшего слоя с частицы осадков сточных

вод и обновлении поверхности реакции. Это позволяет существенно повысить скорость

тепломассообменных процессов в зоне реакции.

Продуктами быстрого пиролиза являются парогазовая смесь и углистый остаток.

Парогазовая смесь используется в качестве топлива в энергетическом модуле для по-

лучения тепловой энергии, необходимой для процесса сушки и пиролиза сырья. При не-

достатке тепловой энергии предусмотрено сжигание природного газа или другого вида

топлива.

Углистый остаток, представляет собой биоуголь, выгружается непрерывно в спе-

циальные емкости.

Эмиссии при пиролизе осадков сточных вод

Пиролиз осадков сточных вод сопровождается выделением в атмосферу оксидов

азота (NO, NO2), оксида углерода, взвешенных веществ, хлористого водорода и фтори-

стого водорода. Уровни выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух пока-

заны в таблице 3.4 раздела 3 настоящего справочника.

Отходы в процессе пиролиза осадков сточных вод не образуются.

2.3.3 Методы газификации

Газификация отходов - процесс термической обработки отходов, содержащих ор-

ганические вещества, окислителем с расходом ниже стехиометрического, с получением

генераторного газа (синтез-газа) и твердого или расплавленного минерального про-

дукта.

На рисунке 2.25 показана общая схема газификации отходов с получением мате-

риальной продукции.

На первой стадии происходят измельчение и сушка отходов до влажности 25-

30 % для обеспечения равномерной подачи отходов на следующую стадию.

Подготовленные отходы, воздух и водяной пар параллельно подаются в реактор,

в котором происходит термическая деструкция отходов при температуре 600-1000 °С и

атмосферном давлении с получением высококалорийного синтетического газа и золь-

ного остатка.

Полученный синтетический высококалорийный газ подвергается предваритель-

ной очистке от зольного остатка в конденсаторах-сепараторах при температуре до

900 °С. Предварительно очищенный газ проходит стадию охлаждения до 40 °C с отво-

дом дистиллята в холодных конденсаторах-сепараторах и тонкой очистки от механиче-

ских примесей с помощью фильтров.

Рисунок 2.25 - Общая схема газификации отходов

В результате полученный синтетический газ накапливается для дальнейшего ис-

пользования.

Схема технологического процесса газификации углеводородсодержащих отходов

представлена на рисунке 2.26.

Углеводородсодержащие отходы подвергают термической обработке в недо-

статке окислительных компонентов сжигаемой смеси. Синтез-газ очищается от твердых

частиц и капель, происходит охлаждение и конденсация. Для удаления капель различ-

ной плотности необходимо использовать систему циклонов. После этого смесь подвер-

гают ректификации для выделения органических фракций в температурном диапазоне

180-300 °C. Более легкая фракция рециркулируется в реактор в паровой фазе. Кубовая

часть ректификационной колонны (блок 16 на рисунке 2.26) подается в реактор (пози-

ция 6 на рисунке 2.26) через верхнюю крышку.

Реактор работает по циклическому принципу, в непрерывном режиме. Синхрони-

зация стадий загрузки отходов и насадка с выгрузкой насадки и золы позволяют увели-

чить качество продуктов. Контроль и корректировка зоны горения с помощью введения

воздуха и пара способствуют оптимизации технологического процесса.

В качестве конечных продуктов образуются: легкие жидкие углеводороды (жидкое

топливо - дизельное топливо, бензин), метанол, аммиак (карбамид, сульфат аммония).

Метод газификации по сравнению с методом сжигания имеет следующие преиму-

щества:

- получаемые горючие газы могут использоваться в качестве энергетического и

технологического топлива, в отличие от метода сжигания, при котором практически воз-

можно только энергетическое использование теплоты отходов;

- смола, полученная методом газификации, может применяться как жидкое топ-

ливо и как химическое сырье;

- уменьшение выбросов золы и сернистых соединений в атмосферу.

Технология газификации твердых и пастообразных органических отходов

в фильтруемом плотном слое

В нашей стране и за рубежом разрабатываются и исследуются на опытных и де-

монстрационных установках процессы пиролиза и газификации твердых и пастообраз-

ных органических отходов в шахтных печах в фильтруемом плотном слое.

В России выполнены разработки шахтных газификаторов типа доменных печей с

жидким шлакоудалением, однако эти разработки не реализованы в промышленности.

Пока не внедрен в практику и шахтный пиролиз твердых коммунальных отходов с плаз-

менным нагревом («плазменный пиролиз и остеклование ТКО»).

В России разработан процесс паровоздушной газификации конденсированных

топлив и горючих отходов в фильтруемом плотном слое с последующим дожиганием

горючих газов, осуществляемый в шахтных и наклонных вращающихся газогенераторах.

На стадии предварительной подготовки, предпочтительно совмещённой с извле-

чением из отходов вторичных материалов, имеющих товарную ценность, производится

измельчение и, при необходимости, сушка отходов до влажности 25-30 % для обеспе-

чения равномерной подачи отходов на стадию газификации.

Утилизируемые отходы загружаются в реактор сверху через шлюзовую камеру

совместно с кусковым огнеупорным материалом - твердым теплоносителем. Снизу в

реактор подаются воздух и водяной пар. Отбор генераторного газа происходит в верхней

части реактора, а выгрузка зольного остатка в смеси с твердым теплоносителем - в ниж-

ней. Продвижение рабочей массы в реакторе происходит под действием собственного

веса.

По высоте газогенератора располагается несколько характерных зон.

В самых верхних слоях топливной загрузки температура держится в пределах

100-200°С. Здесь происходит подсушка вновь поступившего топлива, продуваемого ге-

нераторным газом. В результате генераторный газ охлаждается и до некоторой степени

насыщается водяным паром. При фильтрации газа сквозь слой свежезагруженного топ-

лива происходит нейтрализация кислых газов (хлороводорода, фтороводорода) мине-

ральными компонентами топливной загрузки. Частицы пыли из генераторного газа при-

липают к свежезагруженному топливу и кусковому твёрдому теплоносителю.

Ниже располагается зона, где преобладают процессы пиролиза и возгонки. В бес-

кислородной среде происходит термическое разложение и коксование органической

массы. Здесь генераторный газ обогащается летучими продуктами пиролиза.

В средней части реактора при температурах 900-1200 °C происходит реакция кок-

сового остатка с кислородом, парами воды и диоксидом углерода с образованием CO и

Н2. Часть углерода сгорает полностью с образованием диоксида углерода, за счет чего

в зоне газификации поддерживается необходимая температура.

В самой нижней части реактора лежит зона окончательного охлаждения твердого

остатка до температуры около 100 °С. Зольный остаток выгружают из реактора по мере

накопления. Производят фракционирование (рассев) твердого остатка и выделенный

твёрдый теплоноситель повторно используют для загрузки со свежими порциями топ-

лива. Зола не содержит остаточного углерода и может быть направлена для последую-

щей обработки или размещения. Генераторный газ, выводимый из реактора, содержит

значительное количество азота (из воздуха, подаваемого для газификации), водяного

пара и пиролизных смол (влаги топлива и продуктов пиролиза), поэтому его транспорти-

ровка и накопление являются нерациональными, и он сжигается в горелочном устрой-

стве, расположенном в непосредственной близости к реактору-газогенератору, для вы-

работки тепловой энергии, например, в паровом котле. При необходимости тепловая

энергия с использованием типовых устройств (турбина, ГПУ), может преобразовываться

в электрическую.

На рисунке 2.27 показана схема газификации отходов в смеси с твердым тепло-

носителем в противоточном реакторе с последующим сжиганием генераторного газа для

получения энергии.

Отходы

Дымовой

Горелочное

Котел

устройство

газ

Твердый

Энергия

теплоноситель

потребителям

Сепараци

Воздух, пар

золы

Зола

Рисунок 2.27 - Схема процесса газификация-сжигания отходов с использованием оборотного

твердого теплоносителя

Метод газификации в плотном слое с использованием твердого теплоносителя

имеет следующие преимущества:

- КПД газификации достигает 95 %;

- сжигание горючего газа в горелочном устройстве обеспечивает смешение го-

рючего газа с воздухом, что предотвращает образование вторичных атмосферных за-

грязнителей: полиароматических углеводородов и сажи, окиси углерода, окислов азота;

- обеспечивается низкое содержание в дымовых газах пыли, в том числе возго-

нов тяжелых металлов;

- обеспечиваются низкие концентрации в дымовых газах хлороводорода и фто-

роводорода;

- отсутствие в дымовых газах полиароматических соединений, соединений хлора

и частиц пыли предотвращает образование при охлаждении дымовых газов полихлори-

рованных дибензодиоксинов и дибензофуранов заново из простых химических соедине-

ний;

- зольный остаток не содержит остаточного углерода и высоких концентраций по-

лихлорированных дибензодиоксинов и дибензофуранов.

Вышеперечисленные особенности процесса позволяют многократно снизить за-

траты на газоочистное оборудование для предотвращения выбросов загрязнителей в

атмосферу, позволяет предотвратить коррозию энергогенерирующего оборудования и

повысить его эффективность, обеспечивают безопасное и незатратное обращение с

твёрдыми остатками (золой).

Реактор-газогенератор может быть выполнен как в виде вертикального шахтного,

так и в виде наклоненного под углом близким к 45° вращающегося реактора. В шахтном

реакторе утилизируются отходы, имеющие форму крупных кусков или предварительно

брикетированные. В наклонном вращающемся реакторе утилизируются отходы, имею-

щие неоднородную структуру, и поэтому склонные к образованию в слое каналов (про-

гаров) при фильтрации газа-окислителя. Вращение реактора обеспечивает устранение

прогаров при вращении под действием собственного веса топлива и кусков твердого

теплоносителя. При этом описанное выше чередование характерных зон в плотном слое

топливной загрузки идентично как у шахтного, так и у наклонного реакторов.

В России имеется опыт эксплуатации установки термического разложения пасто-

образных отходов (закалочных масел).

Процесс газификации в плотном фильтруемом слое пригоден для термической

утилизации твёрдых топлив и горючих отходов, в том числе, дробленых, разнодисперс-

ных, сыпучих, газопроницаемых, пастообразных, высокозольных. При этом, крупногаба-

ритные твердые отходы требуют предварительного измельчения до фракции менее

150 мм в главном измерении. Хороший результат достигается при утилизации разно-

фракционных отходов типа ТКО. Производительность одной единицы оборудования

20 000 тонн в год вкупе с возможностью его модульного принципа позволяет эффективно

применять его для строительства комплексов по утилизации ТКО в большинстве городов

Российской Федерации. Дополнительная возможность использования получаемой при

этом энергии в коммунальном хозяйстве улучшают экономические показатели проекта и

сокращают срок окупаемости вложенных средств.

Следует обратить внимание на то, что отходы, содержащие значительное количе-

ство плавящихся при низких температурах минеральных компонентов, трудно утилизи-

ровать методом газификации в плотном слое.

Эмиссии при газификации твердых коммунальных отходов в фильтруемом

плотном слое

Газификация ТКО в фильтруемом плотном слое характеризуется выделением в

атмосферу оксидов азота (NO, NO2), оксида углерода, диоксида серы, углеводородов

предельных C12-C19, взвешенных веществ, хлористого водорода. Уровни выбросов за-

грязняющих веществ в атмосферный воздух показаны в таблице 3.5 раздела 3 настоя-

щего справочника.

Газификация ТКО может сопровождаться образованием золы.

Технология газификации твердых органических отходов в стационарном

плотном слое в шахтных реакторах

В основу метода заложен принцип обращенного (сверху вниз) процесса газифика-

ции, при котором топливный слой и газы движутся в одном направлении, сверху вниз. В

отличие от прямого процесса газификации, где потоки газа и топлива движутся в проти-

воположных направлениях, в обращенном процессе топливо проседает под действием

силы тяжести, заполняя пустоты, образующиеся в результате сгорания, в то время как

газ проходит через этот движущийся слой сверху вниз. Эта особенность позволяет бо-

лее эффективно использовать топливную массу за счет использования силы тяжести

для перемещения слоя.

Технология газификации в стационарном плотном слое в шахтных реакторах

предназначена для утилизации отходов, представленных органическими материалами

природного и синтетического происхождения, например:

- отходы бумаги и картона, древесные отходы, включая опилки и стружку, в том

числе загрязненные нефтью или нефтепродуктами, масляной пропиткой, антисептиче-

скими средствами;

- растительные отходы;

- отходы деревянных шпал;

- твердые коммунальные отходы;

- отходы полимерных материалов и изделий, в том числе загрязненных нефтью

или нефтепродуктами;

- текстильные отходы, в том числе загрязненные нефтью или нефтепродуктами;

- отходы резинотехнических изделий, включая отработанные шины, покрышки.

Газификации с применением разработанной технологии подвергаются горючие

вещества, содержащие в своем составе углерод, с температурой плавления золы не

ниже 1200 ºС. При использовании топлив с низкой температурой плавления золы необ-

ходимо применять специальные системы шлакозолоудаления. Возможно использовать

комбинации топлив в любом соотношении. Процесс термохимической деструкции идет

автотермически за счет внутреннего тепла, выделяемого при окислительных реакциях,

а процесс образования горючих газов - за счет поглощения тепла при восстановитель-

ных реакциях. Подвода тепла извне нет. Коэффициент полезного действия данного про-

цесса составляет 85 % и более.

Реактор газа представляет из себя герметичный аппарат, в котором все процессы

идут под давлением близким к атмосферному, не превышающем 0,05 кг/см². Реакцион-

ная камера аппарата футерована огнеупорными материалами и теплоизолирована, по-

этому процессы идут без теплообмена с окружающей средой (адиабатно). Температура

в реакционной зоне достигает 1500 ºС при этом температура наружных поверхностей

аппарата не превышает 50 ºС.

Процессы деструкции происходят при недостатке кислорода в стационарном

слое, что позволяет использовать широкий фракционный состав твердых топлив, начи-

ная от частиц с размерами опилок до кусков длиною до 3000 мм и диаметром до 300 мм.

Процесс термодеструкции идет автотермически, за счет внутреннего тепла, выде-

ляемого при окислительных реакциях (Сm Hn+O2→CO2+H2O+ Q), а процесс образования

горючих газовых

- за счет поглощения тепла при восстановительных реакциях

(C+CO2→2CO - Q, C+H2O→CO+H2 - Q). Подвода тела извне нет.

Схема технологии газификации отходов в стационарном плотном слое в шахтных

реакторах приведена на рисунке 2.28.

Рисунок 2.28 - Схема технологии газификации отходов в стационарном плотном слое

в шахтных реакторах

Утилизируемые отходы загружаются в шахтный реактор сверху через шлюзовую

камеру или через шнековый питатель, в котором происходит их разложение.

Розжиг реактора осуществляется факелом пламени через люк розжига, как печь

прямого горения, за счет естественной тяги трубы розжига. Время розжига составляет

15-30 мин. После розжига аппарат может непрерывно работать неограниченное время

при наличии в нем горючих отходов и подачи воздуха в реакционную зону. При прекра-

щении подачи воздуха разогретый аппарат может находиться до 10 часов в горячем ре-

зерве, т.е. при возобновлении подачи воздуха возобновляется процесс генерации газа,

не требуя повторного розжига.

Воздух в реактор подается через фурменный пояс (срединная часть шахты реак-

тора).

В районе фурменного пояса располагается зона окисления, где происходит реак-

ция горючих компонентов с кислородом при температурах 1200-1500 °C образованием

полных окислов СО2 и Н2О.

Над зоной окисления располагаются последовательно узкая зона сухой перегонки

(пиролиз), узкая зона подсушки и зона запаса отходов, не подвергшихся воздействию. В

бескислородной среде происходит термическое разложение органической массы.

Под зоной окисления располагается зона восстановления, где на разогретом уг-

лероде, который не прореагировал в зоне окисления с кислородом, идут реакции вос-

становления окислов в горючие газы CO и Н2.

В самой нижней части реактора располагается зона охлаждения твердого золь-

ного остатка и сгенерированного газа до температуры около 600 °С. Инертный зольный

остаток IV-V классов опасности выгружают из реактора по мере накопления. Зола может

быть направлена для последующей утилизации или безопасного размещения. Генера-

торный газ, выводимый из реактора, содержит значительное количество азота (из воз-

духа, подаваемого для газификации). Полученный газ может быть использован в цилин-

драх поршневого двигателя электроагрегата (способ 1) (на выпускную систему поршне-

вого двигателя устанавливается серийно выпускаемый катализатор для существенного

снижения выбросов СО) или в топочных устройствах (температура газа на выходе из

реактора может достигать 600 ºС) (способ 2). В случае использования получаемого газа

для сжигания в горелке котлоагрегата температура на выходе из реактора может дости-

гать 950 °С.

Технология газификации в стационарном плотном слое в шахтных реакторах

имеет следующие преимущества:

- КПД газификации достигает 85 % и более;

- возможность использования широкого фракционного состава твердых отходов,

начиная от частиц с размерами опилок до кусков длиною до 3000 мм и диаметром до

300 мм;

- технология газификации в стационарном плотном слое адаптирована для вы-

работки электрической энергии - сжигании синтезированного генераторного газа в порш-

невых двигателях;

- технология газификации в стационарном плотном слое может использоваться для

выработки тепловой энергии за счет сжигания полученного газа в горелке котлоагрегата.

Эмиссии при газификации твердых коммунальных отходов в стационарном

плотном слое в шахтных реакторах

Газификация ТКО в стационарном плотном слое в шахтных реакторах характери-

зуется выделением в атмосферу повышенных концентраций оксидов азота (NO, NO2),

оксида углерода, диоксида серы, углерода (сажи). Уровни выбросов загрязняющих ве-

ществ в атмосферный воздух показаны в таблице 3.5 раздела 3 настоящего справоч-

ника.

Газификация ТКО может сопровождаться образованием золы IV-V классов опас-

ности.

2.3.4 Методы, основанные на комбинированных методах (пиролиз-сжигание

и др.)

Комбинированные методы. Применяемые технологии редко могут быть сведены к

одному виду физико-химических превращений. Как правило, имеют место комбиниро-

ванные процессы, являющиеся сочетанием двух и более типов превращений, один из

которых может быть преобладающим.

Как правило, используются комбинированные термические методы деструкции от-

ходов, включающие процессы «пиролиз-сжигание» и «пиролиз-газификация» (см. рису-

нок 2.29).

Рисунок 2.29 - Общая схема термического комбинированного метода

Внедрение технологических схем и направлений их интеграции предусматривает

использование общих узлов (система очистки отходящих газов, снабжение энергоресур-

сами и т. д.).

Примером реализации комбинированных методов в отечественной практике яв-

ляются технологические системы, представленные на рисунках 2.30-2.32.

На рисунке 2.30 представлена технологическая схема установки сжигания осадков

водоочистных сооружений и избыточного активного ила. Процессу термического обез-

вреживания предшествует обработка на ленточном фильтр-прессе. В блоке 3 прово-

дится пиролиз, в блоке 4 - термодесорбция. Отбивка золы уноса выполняется блоком

циклонов. Пирогазы сжигаются в блоке 6 с последующей парогенерацией. Очистка ды-

мовых газов реализуется в рукавных фильтрах с предварительным впрыском активных

сорбентов.

Технология утилизации и обезвреживания нефтяных шламов и осадков очистных

сооружений представлена на рисунке 2.31. Сжиганию в кипящем слое предшествует де-

кантация на трехфазной центрифуге и декантере.

Технологический процесс, представленный на рисунке 2.32, может быть исполь-

зован для многотоннажного обезвреживания различных отходов.

ИТС 9-2025 Утилизация и обезвреживание отходов термическими способами - часть 1