В настоящее время в мировой практике реализовано более десятка технологий переработки твердых бытовых и промышленных отходов (ТБПО). Наиболее распространенными среди них являются термические способы. Анализ этих технологий показал, что они обладают рядом недостатков, основным из которых является неудовлетворительная экологическая чистота. Она связывается в последние годы главным образом с отходами, содержащими хлорорганические вещества и (или) выделяющие другие высокотоксичные органические соединения (фураны, диоксины и тп.). Диоксинообразующими компонентами ТБПО являются такие материалы как картон, газеты, пластмассы, изделия из поливинилхлорида и т. п. Самой распространённой среди них является технология сжигания в слоевой топке на колосниковых решётках. Сжигание отходов в топках с псевдосжиженным слоем широко распространено в Японии. В США работает технология по сжиганию отходов в циркулирующем псевдосжиженном слое. Получает распространение технология предварительного пиролиза и последующего высокотемпературного сжигания. Все эти технологии обладают одним общим недостатком - повышенной экологической опасностью при бункерном хранении ТБПО, связанной с гниением отходов, с неравномерностью загрузки печей и, как следствие, с наличием вторичных отходов. По технологиям сжигания ТБПО на колосниковых решётках при температуре 600-900 °С остаётся 25-30% вторичных твёрдых отходов, заражённых высокотоксичными веществами и требующих, в свою очередь, обезвреживания или специального захоронения. Кроме этого, при сжигании отходов при указанной температуре и медленном нагреве идет интенсивное образование диоксинов и ПАУ как в процессе сжигания отходов, так и в процессе охлаждения газов, где главную функцию синтеза и их транспортировки выполняют аэрозоли сажи. В результате этого происходит загрязнение окружающей среды на расстоянии до 30 км. и, как правило, (из зарубежной практики) заводы по переработке ТБПО закрываются (Нидерланды, Голландия, Польша и т. д.) или переводятся на дорогостоящую систему очистки газов с помощью угольных фильтров и специальных катализаторов окисления окислов азота, ПАУ и диоксинов. Технологии по сжиганию отходов в топках с псевдосжиженным слоем и в циркулирующем псевдоожиженном слое не решают проблему утилизации и обезвреживания твёрдых остатков - шлака, и особенно летучей золы. Сжигание ТБПО по технологии "Пиролиз и высокотемпературное сжигание" сложно аппаратурно как на стадий пиролиза и сжигания отходов, так и на стадии газоочистки. Технология переработки отходов в печи Ванюкова при всей сложности системы газоочистки малоэффективна в смысле осаждения аэрозолей, а, следовательно, и образования диоксинов, т. е. не гарантирует необходимую экологическую обработку. Плавильная печь капиталоемкая и сложна в эксплуатации. Из сказанного видно, что основополагающим при переработке ТБПО является проблема образования диоксидов. Есть основание предполагать, что при обычном способе сжигания мусора в газовом тракте снова образуются токсичные соединения (диоксины, полиароматические углеводороды (ПАУ) и т. д.), где главную функцию синтеза и транспортировки выполняют аэрозоли сажи: а) образование синтезгаза С + Н20 = СО + Н2; б) гетерогенный каталитический синтез органических соединений на поверхности аэрозолей сажи; в) сорбция продуктов синтеза на поверхности сажи. СО + Н2 + НС1 = ПАУ, диоксины и т. д. На 1см2 сажистой аэрозоли могут разместиться приблизительно 1014 молекул ПАУ и диоксинов. В 1 м3 отходящих газов могу находиться десятки миллионов частиц сажи с общей поверхностью больше 100 м2. На такой поверхности может разместиться больше 1020 молекул ПАУ и диоксинов. Улавливание сажистых аэрозолей крайне сложная и дорогостоящая задача. Именно поэтому, вокруг даже самых лучших сжигателей, полностью удовлетворяющих требованиям НЕС, создаётся отравленная загрязненная зона. Она очень ярко выражена в радиусе до 1,5 км вокруг трубы сжигателя, а при его многолетней работе эта зона охватывает до 30 км. В ближней зоне выпадают наиболее крупные аэрозольные частицы, а более мелкие распространяются на десятки километров.

Согласно Нормативам Европейского Союза (НЕС) геометрия горячей зоны сжигателя должна обеспечить пребываете газов в зоне с температурой не ниже 850 °С в течение не менее 2 секунд (правило 2 секунд) при концентрации кислорода не менее 6%. Следует отметить, что это очень жесткое требование и выдержать его непросто. Особенно трудно добиться высокого содержания кислорода в зоне горения. При этом следует иметь в виду, что требование 2 секунд подразумевает, что концентрация диоксинов в отходящих газах должна быть приемлемой для их очистки до регламентируемых 0,1 нг/м3 (при 11% кислорода в газах). При этом предполагается, что степень очистки будет не ниже "шести девяток", т. е. 99, 9999%. Однако при этом не учитывается особое свойство диоксинов - способность к повторному синтезу в холодной зоне. Реально снижают содержание диоксинов в отходящих газах только угольные фильтры, на которых диоксины необратимо связываются, а также специальные каталитические дожигатели, объединённые с дожиганием НОХ. Именно в силу трудностей их улавливания очистные сооружения современных заводов стоят очень дорого. Опыт переработки ТБПО термическими методами и многочисленные публикации позволяют сделать следующие выводы: - медленный нагрев ТБПО и осуществление процесса сжигания на уровне 600-900 °С при недостатке кислорода благоприятствуют интенсивному образованию сажистых аэрозолей и органических соединений; - температуры порядка 1400 °С, окислительная среда (>11 об.% 02) и высокая степень пиролиза (до пирофорного состояния) обеспечивают высокую скорость горения продуктов пиролиза, что исключает образование сажистых частиц и, следовательно, диоксинов и ПАУ. Выполнение таких условий реализуется в разработанной НИИЦ технологии сжигания отходов в циркулирующем шлаковом расплаве на воздушном дутье в газлифтном режиме. Попадая в объем циркулирующего расплава при кратности 1:100, материал подвергается быстрому пиролизу за счет теплового удара и полностью сжигается при избытке кислорода при температуре 1500-1600 °С в газлифтной зоне. Зона термической обработки материала в объеме расплава достигает 5 и более метров. Технологическая схема сжигания ТБПО обеспечивает эффективность разложения диоксинов на всех стадиях переработки отходов, что решается следующим образом: повышение содержания кислорода в отходящих газах до 10%; принятием экологически чистого способа хранения отходов в барабанах - дозаторах; сжиганием отходов на воздушном дутье при а > 1.1 с дожитом продуктов разложения в верхних слоях газлифтного слоя с помощью вертикальной кислородной фурмы; сжиганием предварительно подсушенных и измельчённых отходов под слоем расплава при следовании ТБО в объеме расплава на расстоянии 5м (2м в нисходящей зоне и Зм в газлифтном); замена экологически ненадежной громоздкой системы очистки отходящих газов после сжигания отходов, фильтрацией их через взвешенный слой отходов в процессе измельчения и сушки; экологически чистой, высокоэффективной очистки отходящих газов после сушки и измельчения в циркулирующем кипящем слое и на ротоклоне; снижение объема отходящих газов за счет конденсации из них 60% воды. При данной технологии легколетучие металлы (например, ртуть и т. п.) при избытке кислорода улавливаются в виде окислов перед подачей на сушку или в процессе сушки. Цинк и другие тугоплавкие металлы аккумулируются и удаляются со шлаком в виде окислов.

Транспортировка, приемка и хранение отходов. Вместо традиционного бункерного хранения неподготовленного сырья предусматривается хранение предварительно отсортированных от металлолома и высушенного ТБПО (до 10% влаги) во вращающихся вентилируемых барабанах с объемом, обеспечивающим их 1 - 2-х суточный запас. Сушка отходов в процессе измельчения на роторных молотковых мельницах облегчает процесс их последующего сжигания. Приведены показатели технологии утилизации ТБПО в условиях газлифтного вспененного расплава шлака.

Сжигание подготовленных отходов. Согласно теоретическим и практическим предпосылкам, накопленным мировой практикой, основными условиями, обеспечивающими экологически эффективное (без образования ПАУ и диоксинов) сжигание ТБПО, являются два условия: предварительная газификация ТБПО; сжигание газов без образования аэрозолей сажи. Газификация топлива эффективнее всего проходит под шлаком, когда нагревание сырья до высоких температур (около 1500°С) происходит практически мгновенно (~0,1 с). Сжигание газов наиболее эффективно происходит при высоких температурах (свыше 1000 °С) и избытке кислорода (1.1). Все эти требования в наших условиях выполняются за счёт сжигания подготовленных ТБПО в шлаковом вспененном расплаве на обогащенном кислородном дутье в особом газлифтном режиме. Показатели технологии утилизации ТБПО п. п. Наименование показателей Единица измерения Значение показателя 1 2 3 4 1. Количество перерабатываемых

Отходов(Л/=40%) т/год т/час 140.0 17. 7 2. Расход технического кислорода нмЗ/ч 442.5 3. Состав образующегося шлака: % - оксид железа - 15.38 - оксид кремния - 50.72 - оксид алюминия - 15.56 - оксид кальция - 7.81 - оксид магния - 3.93 - оксид магния - 0.81 - цинк - 0.17 - свинец - 0.06 - медь

- 0.83 - сера - 0.12 - прочие - 4.51 4. Количество отходящих газов поступающих на конденсацию нм3/ч 29736.0 Температура газов °С 1600 5. Количество газов (после сушки) нмЗ/ч 22700.0 Температура газов после сушки °С 200 6. Количество отходящих газов на печь кипящего слоя нмЗ/ч

22700.0 7. Состав отходящих на выброс газов: - оксид углерода (С02) % 17.76 - вода - 25.0 - диоксид серы - 0.08 - азот - 48.4 - кислород - 10.0 8. Площадь газлифтной установки м2 5.0 9. Площадь печи с циркулирующим кипящим слоем м2 5.0 10. Расход условного топлива на дожит отходящих газов в кипящем слое кг/ч 600.0 Соотношение жидкого шлака поддерживается на уровне 100 т на 1 т загружаемого материала. В этой же зоне за счёт подачи в нисходящий поток шлака кислородного дутья идут одновременный пиролиз, и конверсия органической части ТБПО и частичное окисление продуктов конверсии и пиролиза. Реакции пиролиза и конверсии завершаются в подфурменной и фурменной зонах. Над вторым рядом фурм, или с помощью вертикальной кислородной фурмы, начиная с глубины 2,5 м, во вспененном слое шлака, происходит окисление продуктов конверсии при избытке кислорода. Для усиления эффекта вспененного слоя в газлифтную зону одновременно с дутьем через боковые фурмы подаётся дутьё через верхнюю фурму. Стократный избыток шлака обеспечивает интенсивное разрушение органической части мусора за счёт теплового удара. Горючие продукты подвергаются термическому разложению (пиролизу): СпНт = пС + т/2Н2; и конверсии: СпНт + Н20 = СО + С02 + Н2; Термический пиролиз и конверсия идут с поглощением тепла. С поглощением тепла идут и вторичные реакции: ЗС + 4Н20 = 2СО + С02 + 4Н2; Для поддержания теплового баланса в зоне загрузки и ускорения приведенных выше реакций, в эту зону подается кислород для обеспечения окислительного пиролиза: СпНт + 02 = СО + Н2; Все эти реакции ускоряются раскалённой поверхностью шлака, которая обладает каталитической активностью. В качестве катализатора выступает и высокоразвитая поверхность сажи, выделяемая при разложении углеводородов, образующихся в процессе пиролиза органической части отходов по реакции: СпНт = пС + т/2Н2; В присутствии сажистых частиц в газовом пузыре (до десятков миллионов частиц на 1см), например, самый устойчивый метан полностью разлагается за 1,5 секунды. В связи с вышесказанным, наиболее медленная стадия процесса сжигания отходов - стадия газификации органической части ТБПО, с высокой эффективностью протекает в объеме циркулирующего шлака при условии: реализации окислительного пиролиза; продолжительности пребывания отходов в объеме шлака более 4 секунд за счет транспортировки материала на расстояние 5 и более метров,