Расчет потерь тепла с механическим недожогом при термическом обезвреживании твердых бытовых отходов

Äèê Ý. Ï., êàíä. òåõí. íàóê, Сотсков Е. В., èíæ., Тугов А. Н., êàíä.òåõí. íàóê

ÂÒÈ

Для большинства видов твердого энергетиче- ского топлива (например, углей с золой кислого состава) содержание в золошлаковых остатках горючих веществ определяется содержанием несгоревшего углерода (коксового остатка) [1]. В этом случае концентрация горючих равна потерям при прокаливании, которые определяются прокаливанием в муфеле до постоянной массы навески при температуре по ГОСТ 11022 “Топливо твердое минеральное. Методы определения зольности”.

В золошлаковых остатках, образующихся при сжигании ТБО, а именно, в основной составляющей – силикатной части шлака, присутствуют вещества, масса которых изменяется при нагревании. Это отходы бетона, из которых удаляются кристаллизационная влага, горючие вещества и компоненты, содержащие карбонаты кальция. Последние при нагревании разлагаются с выделением СО2. Каждая реакция протекает в определенном диапазоне температур. Содержание горючих можно определить либо непосредственным анализом на содержание углерода и водорода, либо по методике, согласно которой следует определить:

массовые доли отдельных частей шлака (мягкой, прочной и силикатной);

потери при прокаливании (зольность) мягкой части;

содержание горючих в силикатной части шлака (с помощью термографического анализа);

потери от механического недожога, Q4øë, отнесенные к расходу шлака B, по формуле из [2]

Q4øë mì 19,6(1 A d ) mc 32,7(C øë.ñ 0,22C øë.2 3 ñ ),

B

ãäå mì , mc – массовые доли соответственно мягкой и силикатной части шлака; Ad – зольность мягкой части; Cøë.ñ – массовые доли горючих в силикатной части шлака; 19,6 – теплота сгорания органи- ческой части (не успевшие выгореть остатки бумаги, ткани, картона и полиэтилена), МДж кг; 32,7 – теплота сгорания коксового остатка, МДж кг.

Так как содержание горючих в золе незначительно и не превышает 1%, а доля золы составляет менее 10% всех золошлаковых остатков, можно пренебречь тепловыми потерями от механического недожога летучей золы [2].

Отбор проб шлака из-за неоднородной структуры выполняется следующим образом: в течение 6 – 8 ч отбирается общая представительная первичная проба m = 30 50 кг, из которой удаляются предметы размером более 20 мм. Из оставшейся части шлака методом квартования отбирается проба массой 6 – 7 кг. Ее высушивают до воздуш- но-сухого состояния при комнатной температуре и для последующего анализа делят на три части: мягкую (несгоревший картон, полиэтилен и др.), твердую (в основном металл) и силикатную. Затем определяют массовые доли каждой из отобранных

проб: мягкой		части		ì mì m ,			твердой
			m
	òâ mòâ m è	силикатной				ñ mñ m .	Послед-
m					m

нюю, в свою очередь, для определения потерь при прокаливании делят на две: с фракцией более 3 мм и менее 3 мм.

Мягкая часть шлака, составляющая 0,05 – 0,8% на сухую массу общего количества, представляет собой смесь высушенных исходных органических компонентов ТБО (бумаги, текстиля, пластмасс, древесины, пищевых отходов) с зольностью Ad = 43 65%.

Потери при прокаливании Ïï.ï твердой части шлака составляют менее 5%. С учетом их доли в общей массе шлака (не более 2%) потерями теплоты от недожога твердой части можно пренебречь.

При исследовании проб шлака Ïï.ï силикатной части, составляющей до 98% всей пробы, определяли на дериватографе фирмы “МОМ” при непрерывном подъеме температуры с постоянной скоростью и одновременным фиксированием изменения массы.

 òàáë. 1 приводятся значения Ïï.ï при прокаливании компонентов шлака, стандартным способом в муфеле при температуре 800°С. Исключение составляет проба силикатной части (фракция более 3 мм), которая прокаливалась в муфеле при температуре 600°С из-за нежелательного спекания преобладающего в ней стекла.

Íà рисунке приведены термограммы силикатной части шлака весеннего и осеннего сезонов (фракция менее 3 мм) с характерными термиче- скими эффектами, приводящими к изменению массы:

16	2003, ¹ 11

t, °C												t, °C
1200
												1000
1000												800
												2
																				810°Ñ
800								340°Ñ
												600						600°Ñ
600	2
												1
							620°Ñ
	1											400
													290°Ñ
400				390°Ñ
												200
200												0
												G, ìã 0
0												10
G, ìã 0															3
10												20
		3
												30
20
											90 , ìèí							60 70 80 90 , ìèí
10	20 30 40 50					60 70 80						10 20 30 40 50
	à)																á)

# # ?

à – 17 V 2002 ã.; á – 13 XI 2002 ã.; 1 – температура t, °Ñ; 2 – дифференциальный термический анализ (ДТА), °С; 3 – изменение массы образца

Ò à á ë è ö à	1
Дата отбора		Проба	Ïï.ï, %
		Мягкая часть	35,43
		Прочная часть	5,74
17 V 2002 ã.		Силикатная часть меньше 3 мм	7,74
		Силикатная часть больше 3 мм	3,10
		Средневзвешенная по пробе	6,0
		Мягкая часть	43,66
		Прочная часть	0
13 XI 2002 ã.		Силикатная часть меньше 3 мм	17,42
		Силикатная часть больше 3 мм	5,32
		Средневзвешенная по пробе	13,9

Ò à á ë è ö à 2

	Äàòà	Температура,	Выделяющееся	Процент массы
	отбора	°Ñ	вещество	навески
		20 – 390	Í2Î	2,5
	17 V	390 – 620	Выгорание горючих	2,4
			веществ
	2002 ã.
		620 – 840	ÑÎ2	2,9
			Итого	7,8
		20 – 290	Í2Î	2,6
	13 XI	290 – 600	Выгорание горючих	5,4
			веществ
	2002 ã.
		600 – 810	ÑÎ2	8,0
			Итого	16,0

20 290 390°С – удаление гидратной влаги из соединений, входящих в обломки бетона и другой строительный мусор;

290 390 600 620°С – экзотермический эффект, обусловленный выгоранием углерода;

600 620 810 840°С – эндотермический эффект с потерей массы – термическое разложение карбоната кальция.

Структура потерь при прокаливании силикатной части шлака (фракция менее 3 мм) по результатам обработки термограмм представлена в òàáë. 2.

Анализ òàáë. 1 è 2 показывает, что общие потери при прокаливании шлака колеблются в пределах от 6 до 13,9%, что, скорее всего, обусловлено разными режимами работы топочной камеры и ка- чеством ТБО. Потери при прокаливании силикатной части (фракция менее 3 мм) равны 7,8 – 16%, причем значительную их часть (более 2,5%) составляют гигроскопическая и кристаллогидратная

влага строительных отходов, а также потери при разложении карбонатов кальция с выделением СО2 (до 8%). Остальная часть (не более 5%) приходится на выгорание горючих веществ (органиче- ская часть и коксовый остаток), а их доля от вели- чины Ïï.ï составляет 30 – 34%.

Тепловые потери от механической неполноты сгорания составляют 0,182 – 0,768 МДж кг шлака, а удельные потери с механическим недожогом q4 при сжигании ТБО с теплотой сгорания Qir = 6700 кДж кг и зольностью Ar = 30% составляют 0,81 – 3,44%.

Список литературы

1.Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод). Санкт-Петербург: НПО ЦКТИ, 1998.

2.Тугов А. Н., Äèê Ý. Ï., Соболева А. Н. Особенности расчета тепловых потерь от механической неполноты сгорания твердых бытовых отходов. – Промышленная энергетика, 2001, ¹ 9.

2003, ¹ 11

17