Горелки для отходов

На типичном заводе по сжиганию отходов обычно устанавливают вращающиеся или стационарные цилиндрические печи с одной или несколькими горелками, размещенными на переднем торце. Трудность сжигания отходов заключается в том, что их основные характеристики (теплота сгорания, объем минеральной части и т.д.) меняются в широком диапазоне. Это усложняет задачу обеспечения стабильности воспламенения и горения. Многие отходы ядовиты, поэтому продукты их сгорания, как и сами отходы, представляют опасность для обслуживающего персонала. В связи с этим к горелкам и другому оборудованию таких установок предъявляются чрезвычайно высокие требования по безопасности.

Некоторые отходы имеют негорючие примеси (минеральную часть), образующие отложения на стенках камер сгорания или барабанных печей. При достижении слишком высоких температур в этих печах создается угроза обгорания выходных деталей горелочных устройств. Кроме того, возможна коррозия деталей камер догорания и барабанных печей.

Один из ведущих разработчиков и производителей горелочных устройств для специфических условий применения – финская компания Oilon. В частности, ее инженерами разработаны горелки серий К и J, поставляемые на российский рынок. Они имеют достаточно простую конструкцию, что позволяет избегать больших (с учетом тяжелых условий эксплуатации) затрат на проведение ремонтных работ. Тангенциальная подача воздуха для горения обеспечивает его хорошее смешение с горючими отходами, что стабилизирует воспламенение и повышает эффективность топочного процесса. Для распыления топлива применяется вспомогательное вещество (его расход невелик). Процесс регулируется в широком диапазоне.

Одна и та же горелка может работать на нескольких (до 6) видах горючих отходов. Наличие системы охлаждения позволяет не убирать неиспользуемую горелку из печи при работе других горелочных устройств.

В 2003 г. фирма Oilon поставила и запустила два специализированных горелочных комплекса мощностью 10 и 15 МВт для французской компании SARP Industries, ежегодно сжигающей более 100 тыс. т вредных и химических отходов промышленных предприятий Центральной Европы.

Высокие требования, налагаемые сложным процессом обработки чрезвычайно агрессивных веществ, были удовлетворены благодаря использованию так называемых многофурменных горелок (конструкция каждой включает 5 фурм); регулированию количества сжигаемых отходов с применением вспомогательного «разбавляющего» вещества; форсункам повышенной надежности, которые защищены пленочным химическим покрытием и способны сжигать жидкости, содержащие твердые частицы размером до 8 мм.

Серьезной экологической проблемой крупных городов во всем мире являются твердые бытовые отходы (ТБО). В Москве, например, за год накапливается более 2,5 млн т ТБО со средней теплотой сгорания около 5,6 МДж/кг.

Сжигание бытовых отходов представляет интерес не только с точки зрения экономии энергии: оно заметно сокращает количество свалок, являющихся источником загрязнения окружающей среды. Для сжигания ТБО используют особые котлы. Отходы подают на наклонную или движущуюся решетку, а для растопки котла и поддержания стабильной нагрузки используют 2–4 горелки, мощностью 2 - 10 МВт, размещенные на своде топочной камеры или около задней стенки. Эти горелки работают на дизельном топливе, мазуте или природном газе. Они могут включаться автоматически при падении температуры в слое ниже критической.

Твердотопливные котлы с кипящим слоем в последние годы все чаще устанавливают не только в промышленных котельных, но и на крупных тепловых электростанциях. Горелки здесь также работают на газе, легком жидком топливе или мазуте, но назначение их может быть разным. Встречаются котлы, в которых горелка используется для подогрева воздуха при растопке котла. Разогретая смесь продуктов сгорания и воздуха подается в слой через решетку, повышая его температуру.

Значительно чаще растопочные горелки устанавливают над кипящим слоем  или на уровне слоя. Они могут повысить температуру в слое до 900 °С, при которой начинается устойчивое горение основного топлива. Учитывая переменный характер сжигаемого топлива, на таких котлах иногда устанавливают дополнительную горелку, которая могла бы поддержать постоянной теплопроизводительность котельной установки. Мощность горелок, применяемых для твердотопливных котлов с кипящим слоем, составляет от 1 до 45 МВт и более.

Технологический процесс многих производств неразрывно связан с выбросами в атмосферу газообразных веществ, содержащих сильно пахнущие компоненты. Особенно актуальна эта проблема для целлюлозно-бумажных комбинатов, сушильных печей полиграфических предприятий и т.д. Дурно пахнущие газы содержат, как правило, органические соединения (меркаптан, фенол, ксилол и др.). Избавиться от них можно путем дожигания (совместно с основным топливом) в промышленных котлах или топочных камерах других топливосжигающих устройств с помощью предназначенных для этого горелок. В качестве основного топлива в таких установках используют природный газ, мазут или метанол. Высокие температуры в камере сгорания обеспечивают окисление органических соединений, сера переходит в SO2, а окончательная очистка дымовых газов осуществляется, при необходимости, в мокрых скрубберах.

В последние годы, в связи с усилением борьбы с выбросами тепличных газов, все большее внимание уделяется использованию древесины и других видов биомассы в качестве топлива. Кроме традиционного метода использования биомассы, когда древесину сжигают в котлах с механическими решетками, известен еще один: из биомассы на месте заготовки с использованием особых установок получают пиролизное масло, которое затем перевозят в отопительные или промышленные котельные, расположенные рядом с потребителями тепла. 

Исследование характеристик нового вида топлива показало, что пиролизное масло несколько отличается (в худшую сторону) от легких сортов мазута. В некоторых партиях пиролизного масла получалось высокое (до 35 %) содержание влаги. Пиролизные масл`а кислотны, а значит – могут разъедать углеродистую сталь. Кроме того, они содержат значительное количество твердых частиц, что затрудняет распыление факела. Но в экологическом плане пиролизное масло не создает каких-то новых проблем: сжигание биотоплива, как известно, не увеличивает содержания тепличных газов (СО2) в атмосфере, а выбросы сернистого ангидрида (SO2) в дымовых газах практически отсутствуют.

И все же для эффективного сжигания пиролизного масла также требуются особые горелки. Учитывая это, научно-технический центр фирмы Oilon выполнил ряд исследований и разработал промышленную горелку GRT-5L мощностью до 4 МВт для сжигания пиролизного масла. Ее проверка, проведенная Государственным техническим центром в Финляндии, подтвердила: при использовании GRT-5L на пиролизное масло можно перевести даже те котлы, которые раньше работали на обычном жидком топливе.