Утилизация и переработка иловых осадков, сточных вод в газ, электроэнергию, топливо

Введение

Компания ООО «ЦентрИнвестПроект» предлагает технологию, позволяющую перерабатывать иловые осадки городских канализационных стоков, сточных вод в синтетический или генераторный газ - смесь СО и Н₂ с теплотворной способностью 1200 Ккал - альтернативу природному газу, мазуту и углю в паровых котлах, дизельному топливу в дизель-генераторах. Синтез-газ из установок утилизации ила БиоРЕКС™ - универсальное сырье для производства продуктов органической химии, включая моторные топлива (бензин и дизельное топливо) второго поколения.

Схема ЛЭК-1000И по утилизации илового осадка сточных вод и выработке электроэнергии и тепла

На рисунке 2 приведена схема компоновки модуля ЛЭК-1000И мощностью 1,0 МВтэ и 2,0 МВтт, в габаритах трех 12-ти метровых контейнеров, перерабатывающего 1 тонну иловых осадков в час или 10 000 тонн в год.



Иловые осадки, поступающие на переработку, взвешиваются на весовой платформе (1), расположенной перед приемным люком. Система автоматически производит взвешивание. Далее иловые осадки подаются шлюзовым питателем, для обеспечения герметичности вакуумного подогревателя, на модуль сушки (2). В модуле сушки илы с исходной влажностью 75-80% и температурой 200С поступают в вакуумный подогреватель конденсационного типа, где при давлении 0,07 МПа доводится до температуры кипения 390С. Испаренная влага (18% влаги которую необходимо удалить для снижения влажности до 15%) отводится водокольцевым насосом, создающим разряжение. Далее подогретый и подсушенный в первой ступени сушилки ил нагнетается винтовым насосом в высокотемпературный подогреватель и движется под давлением 2,5-3,5МПа. Здесь ил нагревается до температуры 2240С циркулирующим в рубашке высокотемпературным теплоносителем с температурой 2500С.
Затем через дросселирующий патрубок ил разбрызгивается в бак, который находится под атмосферным давлением. Здесь при сбросе давления происходит испарение влаги (23% от общего количества влаги). Выделившийся в баке насыщенный пар поступает на утилизацию в вакуумный подогреватель. Здесь он конденсируется и охлаждается до температуры 600С, отдавая тепло на сушку ила в первой ступени. Подсушенный ил из бака выгружается шлюзовым питателем в поток сушильного агента (дымовые газы) исходящий из теплогенератора и пневмотранспортом подается совместно с ним в валковую сушилку.
После сушки илы поступают на брикетирование (3) и далее в бункер подготовленного сырья объемом 60 м3(4), который является суточным запасом сырья.

В бункере (4) брикетированные илы пододвигаются к шнековому каналу (5), по которому масса поступает к реакторам термохимической конверсии (6) для выработки горючего газа. В бункерах и на линии сортировки создается разряжение воздуха для препятствия распространению запахов.
Из реакторов паро-газовая смесь поступает в аппарат вихревой газоочистки (7), где очищается от примесей пара, частиц золы и масел. Отобранные из газа примеси автоматически собираются и возвращаются в бункер готового сырья на дожиг. Очищенный газ поступает на теплообменный аппарат (8), где охлаждается со 140оС до 40оС. Далее охлажденный и очищенный газ поступает в дизель-генераторы (9) для производства электроэнергии. Выхлопные газы дизель-генератора с температурой 600оС собираются и частично направляются в реакторы (6), и частично на теплообменный аппарат.
Зола, образующаяся в процессе конверсии извлекается из реактора (6) автоматически при температуре 100-120оС и поступает в устройство электромагнитной активации (10) для выделения из состава золы примесей металлов. Разделенные зола и металлы поступают в накопительные бункеры объемом 1м3. В модулях предусмотрена звукоизоляция и вентиляция.
По желанию Заказчика комплекс может быть укомплектован узлом переработки золы, смеси стекла и минералов и производства строительных материалов.
Опционально может быть поставлена установка по разделению зольной массы после газификации на 2 компонента: собственно золу и концентрат металлов. В таком виде они становятся товарными продуктами:

• Зола - добавка в цемент - повышает марку цемента вдвое. Для растворо-цементных заводов.
• Кондиционные концентраты металлов (коллективные или селективнын). Для металлургии.

Основные технические характеристики модуля ЛЭК-1000И электрической мощностью 1 МВт

Узел приема и подготовки илов сточных вод

Узел приема подготовки сырья размещается в первом контейнере и включает:

• модуль приема исходного сырья;
• модуль сушки;
• транспортер подачи сырья на брикетирование;
• брикетирование;
• бункер хранения подготовленного сырья.

Конструкцией предусматривается полностью герметичная линия приема и подготовки сырья с момента поступления отходов на переработку, что исключает распространение неприятных запахов.
 

Требования к сырью

Технология БиоРЕКС™ позволяет подавать на газификацию частицы сырья толщиной до 10 мм и длинной до 200 мм. Реакторы конструкции БиоРЕКС™ позволяют перерабатывать одновременно несколько видов углеродсодержащего сырья в смеси, что положительно сказывается на энергетическом балансе установки.

Реактор термохимической конверсии углеродсодержащего сырья БиоРЕКС™

Технология термохимической конверсии углеродсодержащего сырья БиоРЕКС™ занимает лидирующие позиции в сфере переработки углеродсодержащего сырья и получения энергоносителей - по цене оборудования, выходу товарных энергоносителей, экологичности и компактности.
Основой технологической линии является реактор высокоскоростной высокотемпературной конверсии с воздушным дутьем и обращенным отбором газа.

Основные конструктивные элементы реактора:

1. Гидравлический пресс подачи сырья;
2. Съемная крышка реактора;
3. Дутьевые фурмы;
4. Гидравлический пресс отбора золы;
5. Корпус реактора;
6. Проточный вентилятор;
7. Аэродинамический преобразователь;
8. Рама.

Основные преимущества реакторов БиоРЕКС:

• Один реактор перерабатывает 500 кг иловых осадков сточных вод в час при влажности до 65%. При снижении влажности сырья производительность реактора может достигать 750 кг сырья в час.
• Узел газификации комплекса включает два реактора общей производительностью 1 000 - 1 500 кг подсушенных иловых осадков в час, вырабатывающий 2 000 м3 горючего газа в час с тепловым эквивалентом 3 000 КВт.
• Синтез-газ, производимый реакторами БиоРЕКС™ пригоден для подачи в дизель-генератор, модифицированный для работы на газе или для сжигания в водогрейном котле.
• Синтез-газ, производимый реакторами БиоРЕКС™ пригоден для сжигания в газовой горелке типа ВНК-16ВА.
• Высокий КПД конверсии углерода - до 95%, позволяющий перерабатывать материалы с малым содержанием горючих составляющих (с зольностью до 40%) или с высокой влажностью (до 65%);
• Благодаря низкой температуре отбираемого газа и обращенному процессу газификации образование окислов азота, серы, хлора или фтора идет не активно, и содержание вредных веществ находится в пределах ПДК;
• Сера присутствует в газе в восстановленных нелетучих формах (H2S, COS), которые проще поглотить, чем SO2;
• При конверсии происходит частичное разложение азотсодержащих органических соединений в безкислородной среде, что дает меньшее количество окислов азота в дымовых газах;
• Зола, выгружаемая из реактора, имеет низкую температуру, не более 300 0С, и практически не содержит остатков углерода;

Состав синтез-газа:



Реактор полностью герметичен. Подача брикетированных иловых осадков происходит в верхней части через пневмо-пресс, что позволяет исключить утечку газов из рабочей зоны реактора. Сырье проходит зоны подсушки и газификации.
Для подвода тепла в реактор используется воздушное дутьё. Теплоноситель в рабочую зону подводится радиальным вентилятором через ряды фурм, поддерживая автотермическую реакцию конверсии сырья при ограниченном количестве кислорода. На поддержание реакции расходуется не более 10% сырья.
Перед поступлением в реактор воздух проходит теплообменник и нагревается до температуры 400оС, что увеличивает скорость реакции и уменьшает образование диоксинов. Далее, воздух проходит через аэродинамический преобразователь, активирующий ионы в воздухе, и поступает в реактор, способствуя качественной активизации параметров процессов.
Основная рабочая зона реактора имеет рабочую температуру 1200 оС – 1400оС, что позволяет полностью выделять углерод с эффективностью до 95% и перерабатывать некоторые виды опасных отходов.



Реактор смонтирован в стальной раме или на колесном шасси, в габаритах морского контейнера, что позволяет транспортировать комплекс к новому месту производства и комплектовать установки, включающие от 2-х до 10-ти реакторов мощностью от 1000 до 7500 кг сырья в час.

Система воздухоподготовки и подачи воздуха

Реактор потребляет 1500 м3 воздуха в час. Подача воздуха осуществляется проточно радиальным вентилятором. Перед поступлением в реактор воздух проходит через теплообменный аппарат, нагревается до температуры 400 оС и через аэродинамический преобразователь. Подготовленная воздушная смесь поступает в рабочую зону реактора через ряды фурм.

Узел кондиционирования синтез-газа

Требования к очистке синтез-газа различаются в зависимости от состава исходного сырья. Перед подачей синтез-газа в дизель-генератор, газ охлаждается с 150оС до 40оС. Для очистки газа используется вихревой скруббер, который отбирает пары, масла и сажу и массообменный аппарат, который очищает газ от кислотных соединений. Полученная водо-золо-масленная эмульсия возвращается в реактор на дожигание.
Технологией БиоРЕКС ™ предусмотрено отведение сгоревших газов обратно в реактор, где горячие газы способствуют поддержанию рабочей температуры в зоне газификации и экономии сырья на собственное обеспечение.
Наиболее опасные подвижные формы тяжелых металлов, содержащиеся в отходах, при термохимической переработке топлива в реакторе превращаются в неопасные неподвижные окислы металлов, переходящие в золу.
При замене природного газа, мазута или дизельного топлива в тепловых котельных на синтез-газ очистка не применяется. Газ, используемый в водогрейном или паровом котле сгорает полностью, не оставляя следов загрязняющих веществ.
Проведенные исследования на наличие супертоксикантов (диоксинов, дибензофуранов, бенз(а)пирена) в газах показали, что при газификации и дальнейшем сжигании получаемого генераторного газа в горелке или ДВС, содержание этих супертоксикантов в дымовых газах на порядок меньше допустимых величин, принятых в Европе.

Узел генерации энергии

При выработке электроэнергии применяются дизель-генераторы и паровые машины. Их выбор или сочетание целиком зависит от потребностей заказчика в энергоресурсах. Модуль ЛЭК-1000И имеет в составе три силовых агрегата по 450 кВт каждый.
Для работы в когенерационном цикле ЛЭК комплектуются дизель-генераторами отечественного производства или импортными машинами, модифицированными для работы на газе. При переводе дизель-генераторов на синтез-газ показано уменьшение мощности двигателя на 10-15% и увеличение ресурса работы агрегата на 30-40%. Выбор генерирующего оборудования влияет на ресурс агрегата, цену и зависит от пожеланий заказчика.

Система управления и автоматика

Все основные производственные процессы автоматизированы и оснащены узлами учета и контроля входящего сырья – по весу, влажности и выходящей продукции по объему и температуре. Установка оборудуется системой GPS, четырьмя вэб-камерами и GSM-контроллером. Все данные передаются в режиме реального времени на центральный пульт управления диспетчерской службы, что позволяет контролировать основные производственные процессы и управлять работой установки. Через GSM-контроллер, в случае необходимости, данные передаются владельцу комплекса и операторам.

Комплектация

Экология

Технология БиоРЕКС является лидером рынка в части производства технологических линий, работающих в безотходном цикле и не наносящих вреда окружающей среде.
Конструкцией не предусмотрен сброс газов в атмосферу или в воду. Замеры атмосферных выбросов, произведенных на действующих тепловых установках, показывают отсутствие диоксидов и фуранов. Выхлопные газы дизельных агрегатов возвращаются на дожиг в реактор.
Перед подачей в дизеля, синтез-газ очищается от паромасляной смеси. Все отфильтрованные фракции поступают в реактор конверсии на дожиг.
Единственным отходом переработки является зольный остаток, представляющий собой темно-серую инертную массу, не содержащую углерода.
В процессе исследования золы установлено, что летучие соединения тяжелых металлов, представляющих опасность для здоровья человека, при конверсии образуют связанные неподвижные формы солей.
Опционально может быть поставлена установка по разделению зольной массы после газификации на 2 компонента: собственно золу и концентрат металлов. В таком виде они становятся товарными продуктами:

• Зола - добавка в цемент - повышает марку цемента вдвое. Для растворо-цементных заводов.
• Кондиционные концентраты металлов (коллективные или селективнын). Для металлургии.

Оборудование для переработки и утилизации илового осадка очистных сооружений сточных вод БиоРЕКС™:

1. Полностью автономные модули требуют только своевременного подвоза осадков канализационных илов, работают на собственном энергобалансе и не требуют внешних подключений;
2. Модульная конструкция позволяет наращивать мощность комплексов сообразно растущим потребностям и легко перевозить оборудование к новому месту производства;
3. Комплексы могут быть смонтированы на колесной базе 12-ти метровых прицепов и разворачиваться на месте производства в течение 6-ти часов;
4. Оборудование не требует фундаментов и может размещаться на площадке из бетонных плит;
5. Оборудование по утилизации иловых осадков БиоРЕКС является идеальным решением для организации системы распределённого энергообеспечения очистных сооружений, перерабатывая осадки сточных вод и предоставляя все необходимые энергоносители локально для нужд очистных сооружений и близлежащих потребителей;
6. В качестве оборудования для утилизации тепла при сжигании газа используется дизель-генератор.
7. Высокий энергетический КПД конверсии. Один килограмм сырья дает 1 кВт электрической энергии;
8. Отсутствие вредных выбросов в атмосферу;
9. Упрощенные требования к составу и подготовке сырья.

 

Следующая >