Конвейерные обжиговые машины применяются в металлургии для производства окомкованных и обожженных гранул (в т.ч. железорудных окатышей), использующихся в доменной плавке. Подготовка сырья на конвейерных машинах непрерывного действия является хорошо изученной металлургической технологией, давно использующейся как у нас в России, так и за рубежом [1, 2].
Машины конвейерного типа представляют собой конвейерную решетку, состоящую из колосников, включающую спекательные тележки, непрерывно движущиеся по замкнутой кривой. Верхняя (рабочая) ветвь машины имеет загрузочное устройство, зажигательный горн и технологические зоны для тепловой обработки материалов. Нижняя часть машины имеет вакуумные камеры и объединяющие коллекторы. Машины оснащены тяго-дутьевым оборудованием.
Кроме обжига железорудного сырья известно применение конвейерных обжиговых машин для других технологических процессов – обжига известняка или (и) глины для получения цементного клинкера. В качестве топлива (при послойной укладке: обжигаемый материал – внизу, топливо - сверху), помимо ископаемых углей (бурые, каменные, антрацит) может также применяться гранулированный горючий сланец [3].
Твердые бытовые отходы (ТБО), также как и горючий сланец, можно рассматривать как низкокалорийное топливо по своим характеристикам сравнимое с некоторыми видами бурых углей [4]. Возможность использования ТБО в качестве топлива основана на морфологическом составе ТБО, которые содержат до 70% органической (горючей) фракции причем из них углерода - около 35%. ТБО в отличие от ископаемых углей являются неистощимым постоянно пополняющимся ресурсом. Однако технология сжигания ТБО в традиционных мусоросжигательных агрегатах с подвижными колосниковыми решетками с утилизацией тепла от горения ТБО в котлах-утилизаторах и других теплоутилизационных установках с получением пара и электроэнергии на его основе имеет довольно низкий КПД (порядка 25%). Это обусловлено относительно низкой теплотворной способностью, сложным многокомпонентным и неравномерным составом ТБО, что вызывает нестабильность процесса и приводит к большим тепловым потерям.
Перспективным направлением в технологии сжигании ТБО и эффективности использования тепловой энергии является утилизация тепла непосредственно в тепловом агрегате с получением продуктов для дальнейшего использования. В этой связи предлагается использовать конвейерную обжиговую машину, для сжигания ТБО на слое известняка, при этом выделяющееся от горения ТБО тепло передается непосредственно слою известняка и идет на физико-химический процесс обжига известняка:
CaCO3 
CaO + CO2 - 178 кДж
Данная технология позволяет утилизировать тепло непосредственно в тепловом агрегате, что позволяет избежать потерь энергии теплоносителя (продуктов горения) при транспортировки до непосредственного теплоприемника – теплоутилизационной установки. Проведенные исследования на опытной пилотной установке показывают КПД процесса более 50%.
Крупная фракция известняка – теплоприемник, укладывается равномерно по всей ширине машины на колосниковую решетку конвейерной машины и выступает в роли подстилающего слоя. ТБО и мелкая фракция известняка смешиваются, подсушиваются и поступают в расходный бункер, откуда дозировано выгружаются на подстилающий слой известняка.
Зажигание верхнего слоя ТБО, осуществляется с помощью горна, работающего на природном газе. Горение продвигается в нижние горизонты слоя за счет прососа воздуха, создаваемого путем разрежения в вакуум-камерах. Обжиг подстилающего слоя известняка осуществляется горячими продуктами горения. При нагревании его до температуры 900-950 0 начинается диссоциация карбоната кальция (CaCO3) с образованием извести (CaO). Охлажденная аспирационным воздухом, взятым из зоны разгрузки (см. рис.) известь выгружается на грохот. Подрешетный продукт включающий мелкую известь, золу от сжигания ТБО может быть использован при производстве строительных материалов и приготовлении известкового молочка для очистки газов.
Газы, отсасываемые из первой части зоны горения (вакуум-камеры 2-6), содержащие наибольшее количество вредных примесей, направляются на дожигание в зону рекуперации, после которой, пройдя через слой обжигаемого известняка, поступают в рекуператор и на газоочистку. Очищенные до необходимых норм отходящие газы выбрасываются через трубу в атмосферу.
Степень обжига известняка при продолжительности процесса 20-30 минут и температуре развиваемой в слое обжигаемого материала 800-11000 С составляет 60 - 80%.
Зола мусоросжигательных заводов уже довольно давно используется для получения строительных материалов, в частности в качестве пуццолановых добавок в цемент [5], как добавка-минерализатор при обжиге цементного клинкера [6], и.т.д. Готовые изделия изготовленные с применением золы от мусоросжигательных заводов удовлетворяют необходимым экологическим требованиям [7].
Помимо получения ценных товарных продуктов, данная технология позволяет решить следующие задачи:
- утилизировать ТБО, тем самым уменьшить нагрузку на полигоны по захоронению отходов;
- адсорбировать часть кислых примесей (HF, HCl) непосредственно продуктами обжига (известняком, известью), что позволяет значительно снизить эмиссию диоксинов и фуранов в окружающую среду [8];
- добиться экономии природных ископаемых ресурсов использующихся в настоящее время для обжига известняка.
Использование металлургического агрегата – конвейерной обжиговой машины, для целей переработки и утилизации углеродсодержащих бытовых отходов с одновременным получением строительной извести, позволяет добиться экономии сырьевых топливных ресурсов и решить экологические задачи.
Список литературы:
- Базилевич С.В., Вегман Е.Ф. Агломерация. М.: Металлургия, 1967.
- Патковский Б.М. Фабрики окускования рудного сырья черной металлургии. М.: Металлургия, 1964.
- Винтовкин А. А., Ладыгичев М. Г., Голдобин Ю. М., Ясников Г.П. Технологическое сжигание и использование топлива М.: Металлургия, 1998, 286 с.
- Пурим В.Р. Бытовые отходы. Теория горения. Обезвреживание. Топливо для энергетики. М.: Энергоатомиздат, 2002. — 112 с.
- Hydration characteristics of municipal solid waste incinerator bottom ash slag as a pozzolanic material for use in cement. K.L. Lin and D.F. Lin. Cement and Concrete Composites, Volume 28, Issue 9, October 2006, Pages 817-823
- Artificial Aggregate from Domestic Refuse. Wainwright, P J and BONI, S P K.. Concrete, 15(5), pp 25 - 29, 1981.
- Feasibility study of using brick made from municipal solid waste incinerator fly ash slag. Kae Long Lin. Journal of Hazardous Materials, Volume 137, Issue 3, 11 October 2006, Pages 1810-1816.
- Сокращения эмиссии диоксинов при термическом обезвреживании опасных отходов. В. И. Волков, А. И. Русинский, В. А. Ипполитов, И. М. Бернадинер, В. С. Торбунов//Экология и промышленность России, №1, 2001.