Note de curs AITVD
5. PRELUCRAREA TERMICA A DESEURILOR INDUSTRIALE Incineratoarele
sunt agregate termice destinate pentru distrugerea prin ardere
ecologica a deeurilor de abatorizare, a cadavrelor de animale, a
produselor alimentare confiscate sau expirate, a rezidiurilor
chimice din procesele tehnologice, a deeurilor din lemn rezultate
din prelucrarea acestuia (rumegu), a materialului cu risc specific
MRS (deeuri spitaliceti), a gunoiului menajer, etc. Prin deeuri
industriale incinerabile se n eleg acele reziduuri din procesele
tehnologice organice, care, dei au o anumit putere calorific, nu
si-au gsit, la nivelul actual de dezvoltare tehnico-tehnologic nici
o utilizare fie din cauza toxicitii lor (sau a altor pericole
pentru mediu), fie pentru c ocup loc de stocare (teren). Atunci cnd
deeurile nu pot fi valorificate, nu pot fi reciclate, si nu pot fi
duse nici la groapa de gunoi ecologica, exista o singura soluie:
distrugerea lor prin incinerare. Prin deeuri spitaliceti se neleg
deeuri care pot fi socotite menajere, deeuri care pun in pericol
att mediul, cat sntatea oamenilor. Astfel in aceste categorii se
pot ncadra deeuri nepericuloase, care sunt asimilabile celor
menajere, deeuri periculoase, in care sunt cuprinse deeurile
anatomopatologice (aici intr organele) deeurile infecioase (cum ar
fi seringile sau bandajele mbibate cu snge, acele si pungile de la
transfuzii, etc.) In ambele cazuri este necesar distrugerea lor.
Deeurile lemnoase provin de la prelucrarea industriala a lemnului,
din culturi generate de exploatarea pdurilor si din demolri.
Deeurile din lemn pot fi uor contaminate in contact cu alte
substane, ceea ce le face improprii pentru reciclare. in aceasta
situaie se recomanda incinerarea lor in scopuri energetice. Acest
lucru se poate face cu ajutorul instalaiilor de incinerare
specializate. Incineratoarele se pot clasifica dup mai multe
criterii. Astfel putem avea: dup destina ie: - cuptoare
industriale, cu pat fluidizat - incineratoare industriale, pentru
reziduuri chimice - incineratoare industriale, pentru deeuri de
lemn - incineratoare industriale, pentru deeuri menajere
spitaliceti - incineratoare industriale, cu recuperarea cldurii
reziduale - instalaii complete de incinerare, pentru combustibil
derivat din gunoi menajer dup deeul starea fizica a deeului
incinerat: - incineratoare pentru deeuri solide - incineratoare
pentru deeuri lichide - incineratoare pentru deeuri mixte dup forma
constructiva a cuptorului: - incineratoare verticale -
incineratoare orizontale
Note de curs AITVD
- incineratoare inclinate Tipuri constructive de instala ii de
ardere si caracteristicile lor Camerele de ardere ale
incineratoarelor utilizate pe platformele industriale sunt adaptate
la scopurile urmrite, respectiv de distrugere att a deeurilor
industriale cta apelor reziduale toxice. Astfel trebuie s se aib in
vedere agresivitatea deeurilor industriale, cat si a produselor de
ardere (de la arderea deeurilor industriale sau de la produii
clorurai sau solveni halogenai, apar vapori de acizi halogenai
foarte corosivi). La arderea apelor reziduale toxice sau deeurilor
industriale, puternic ncrcate anorganic (ca de exemplu la cele de
la producerea pesticidelor ) apar topituri de sruri, care trebuie
ndeprtate prin diverse procedee tehnologice. In general, din punct
de vedere constructiv, focarele incineratoarelor cel mai des
ntlnite, pot fi: a) focare ciclon (verticale sau orizontale); b)
focare rotative ; c) focare in strat fluidizat; d) focare
stationare cu grtare; e) alte tipuri constructive. O clasificare
mai complet este prezentat in figura 1
Tehnologii de ardere
Note de curs AITVD
a) Focarele ciclon. Un tip de focar ciclon vertical, cu curent
descendent de gaze de ardere pentru distrugerea deeurilor chimice,
sau produilor clorurai (si in general a celor halogenai).
Combustibilul de baz, metanul, este introdus la partea superioar a
focarului, prin patru arztoare tangeniale, determinnd o temperatur
ridicat (~1400C) si o vitez ridicat a gazelor de ardere, care, in
condiii de exces de oxigen, sunt dirijate in jos. Pe traseu,
imediat sub arztoarele de metan, in camera superioar, ntlnesc apele
reziduale toxice, injectate cu ajutorul aburului, pe care le ard.
b) Focare rotative. Focarele rotative sunt agregate constnd
dintr-un tambur metalic orizontal, cu o inclinaie uoar (de cteva
grade) cptuit in interior cu straturi de crmid refractar, adecvat
deeului industrial incinerat, si crmizi izolatoare. Tamburul este
dotat cu un grup de antrenare care asigura rotaia sau oscilaia
acestuia. In general sunt agregate robuste, cu un lung ciclu de
funcionare, in care, de obicei se ard deeuri industriale solide
pstoase, iar apele reziduale toxice lichide pot fi injectate fie in
focar, fie in camera de postcombustie, fiind astfel distruse. Din
punct de vedere tehnologic constructiv focarele rotative se
caracterizeaz prin rotaie foarte lent, o uoar inclinare pentru a
uura deplasarea controlat a deeurilor industriale si a cenuii spre
evacuare, (un raport L/D L lungimea; D - diametrul interior;) ales
funcie de caracteristicile deeului industrial incinerat (de obicei
L/D = 2 - 35 - 6), si o vitez a gazelor de ardere in focar de circa
5 m/s la o sarcin termic volumic relativ mic (mai mic ca la
focarele ciclon in strat fluidizat). Acestea pot aciona in
echicurent (deeurile industriale si gazele de ardere au aceeai
direcie) sau contracurent (deeurile industriale si gazele de ardere
se mic in direcii opuse). Un exemplu de focar rotativ pentru
arderea de amestecuri de nmoluri biologice sau deeuri petroliere,
functionand in echicurent este artat in fig. 2. (schita) si 3
(instalatia industriala).
Fig. 2 Focar rotativ schita Principalele caracteristici ale
focarului sunt : - productivitatea = 0,6 0,7 t/h amestec nmoluri; -
temperatura intrare nmoluri = 20 . . . 100 C;
Fig. 3. Incinerator tubular cu cazan vertical
Note de curs AITVD
- temperatura evacuare cenu = 800 ... 1000 C (circa 0,15 t/h) ;
- diametru tambur = interior 1,9 m; exterior 2,5 m - turaie tambur
= 0,6 - 1 rot/min.; - inclinaia tambur = 3 ; - putere motor
antrenare = 7,5 kW; - greutate total tambur = circa 24 t (zidrie +
metal) - timp de staionare deeuri industriale in focar (difereniat)
=25 - 125 min. Pentru arderea de deeuri industriale complexe
(slamuri de la epurarea biologic, deeuri de motorin, ape
metanolice, reziduuri acide, reziduuri fluide, reziduuri menajere
diverse reziduuri solide) se utilizeaz un focar rotativ cu
urmtoarele caracteristici : productivitate = 3 t/h deeuri
industriale cu umiditate 70% ; - temperatura deeurilor industriale
= 20 - 120 C; - lungime tambur = 12,8 m; - diametru interior tambur
= 3,3 m; - turatie tambur = 0,7 rot/min. ; - inclinare tambur = 5 ;
- temperatur gaze de ardere = 900 - 1000 C ; - putere motor
antrenare = 22 kW. Trebuie menionat c focarele rotative au prevzute
dispozitive separate pentru alimentarea diferitelor tipuri de
deeuri industriale, sau ape reziduale toxice. Astfel, deeurile
industriale solide sau pstoase pot fi alimentate fie cu melc
(transportor melcat), fie in butoaie (metalice, de plastic), fie in
saci, in timp ce deeurile industriale, apele reziduale toxice
fluide, dup prenclzire dac e cazul, sunt injectate fie direct in
focarul rotativ, fie in camera de postcombustie, funcie de
proprietile lor tehnologice si a puterii calorifice. c) Focare n
strat fluidizat. Focarele in strat fluidizat au gsit o ntrebuinare
mai mare la combustia materialelor granulare (exemplu arderea
piritelor) la regenerarea crbunilor activi si a catalizatorilor, in
procesele de cataliz. Avantajele acestei tehnologii sunt: -
procesul de ardere este continuu si staionar, spre deosebire de
arderea obinuita, care este nestaionara, ciclica determinata de
alimentarea cu combustibil; - oprirea alimentarii cu aer face ca
arderea sa nceteze spre deosebire de arderea obinuita, unde dup
ntreruperea alimentarii cu aer se continua degajarea volatilelor cu
evacuarea lor din camera de ardere; - exploatarea si controlul sunt
mai facile. La combustia deeurilor industriale a apelor reziduale
toxice, au gsit o utilizare mai restrns datorit caracteristicilor
fizice ale acestora (granulometrie neregulat, in general buci mari,
paste consistente etc.) fapt care a necesitat recurgerea la pat
ajuttor de nisip, de o anumit clas granulometric la
Note de curs AITVD
combustibil suport pentru crearea stratului fluidizat si
iniierea aprinderii. Cu toate acestea tehnica stratului fluidizat
pentru distrugerea deeurilor industriale a apelor reziduale toxice
s-a aplicat la incinerarea nmolului biologic excedentar. In acest
caz, dei nmolul se introduce cu ajutorul transportoarelor melcate
prin mai multe guri in stratul fluidizat format din nisip cuaros ca
pat, dar se observ deranjamente dese ale funcionrii focarului
datorit schimbrii omogenitii si compoziiei stratului fluidizat,
meninut in suspensie de arderea gazului metan (combustibil suport).
Astfel, peste stratul uscat mobil de nisip cuaros, cu o temperatur
de 900 ... 1000 C, se introduce o mas compact, lipicioas (cu o
umiditate de 6070%) de nmol biologic, care provoac perturbaii
serioase in funcionarea stratului. Pentru evitarea acestui fenomen
s-a trecut la alimentarea focarului cu nmol uscat, uscarea fcndu-se
cu ajutorul gazelor fierbini din stratul fluidizat. Uscarea are loc
intr-un focar cu talere rotative suprapuse, cu micare dirijat a
materialului solid (in contra curent cu gazele arse), amplasat
deasupra focarului in strat fluidizat. Astfel funcionarea stratului
fluidizat este mult mai stabil ns exist pericolul ca gazele de
uscare s combin substane nocive, fiind necesar ca ele s fie
introduse la rndul lor intr-un alt focar. Exemple de focare in
strat fluidizat sunt artate in figura 4.
Fig. 4. Focar in strat fluidizat Reactor cu pat fluidizat
Materialul, deeu combustibil este ncrcat pe la partea inferioara a
reactorului cu ajutorul unui transportor cu nec. Tot aici se
introduce in reactor calcar pentru fixarea dioxidului de sulf care
rezulta din ardere. Aerul primar necesar combustiei este prenclzit
si introdus pe la partea
inferioara pe sub grtarul metalic al focarului, arderea
desfurndu-se in suspensie (pat fluidizat mobil) in reactor.
Cantitatea de aer (oxigen) este suplimentata deasupra grtarului
pentru ca arderea sa fie completa. Gazele fierbini si particule de
praf antrenat trec printr-un ciclon unde are loc o separare
Note de curs AITVD
gravimetrica a cenuii, dup care intra intr-un cazan recuperator
unde este recuperata cldura fizica a gazelor fierbini. nainte de a
fi evacuate la cos , gazele trec printr-un electrofiltru, unde sunt
colectate particulele fine de praf (cenua zburtoare). O astfel de
instalaie prevzuta cu focar in strat fluidizat este prezentata in
figura 5.
Fig.5. Reactor cu pat fluidizant cu recirculare
Note de curs AITVD
Figura 6. Vedere zona de descarcare a deseurilor la
incinerator
Figura 6. Exemplu de rampa de descarcare a uleiului uzat
Note de curs AITVD
Figura 7. Exemplu de dispozitiv de maruntire a deseurilor
voluminoase, chiar in rampa de descarcare La maruntirea deseurilor
voluminoase se pot utiliza mori cu ciocane sau mori de taiere, care
pot fi prevazute la nevoie cu instalatii de aspirare. Maruntirea
poate avea loc intr-o zona a buncarului rezervata in acest scop sau
chiar inaintea intrarii deseurilor in buncar. Aici pot fi tratate
pe de o parte materialele care trebuie excluse din deseurile
municipale, pe de alta se pot sorta deseurile declarate ca fiind
voluminoase la preluare. Capacitatea de prelucrare a instalatiei de
maruntire va fi adaptata cantitatii de deseuri voluminoase
receptionate anual. In hala de descarcare si in buncarul de deseuri
trebuie mentinuta o presiune mai joasa comparativ cu zona
invecinata, pentru a evita imprastierea emisiilor si a prafului.
Aerul aspirat ori se incinereaza ori se dezodorizeaza printr-un
filtru biologic. Alimentarea in camera de incinerare Palniile de
umplere sunt de regula astfel gradate, incat sa asigure o
functionare continua prin preluarea capacitatii de productie pe ora
a unitatii de incinerare. Deseurile din palnia de umplere ajung
printr-un put de umplere in instalatia de alimentare.
Note de curs AITVD
Figura 8. Vedere palnie si put de alimentare cu deseuri a
camerei de incinerare
Putul de umplere este prevazut cu o clapeta ce inchide palnia de
umplere, pentru a evita palpairea flacarii din camera de
incinerare. Instalatiile de alimentare sunt supuse unei presiuni
mecanice puternice prin transportul de deseuri si unei presiuni
termice prin alinierea directa la gratarul de incinerare.
Incinerarea propiu-zisa Pentru incinerarea deseurilor se folosesc,
de regula, instalatiile de ardere cu gratar si instalatiile cu
cuptor rotativ. Procesul de incinerare la instalatiile cu gratar
Indiferent de sistemul cu gratar folosit, structura de baza a
cuptorului este caracterizata de un gratar de ardere la baza,
peretii camerei de ardere si in partea superioara un plafon.
Gratarul poate fi orizontal sau putin inclinat. In cazul gratarului
inclinat cea mai intalnita versiune este acea a cuptorului cu
gratar cu actiune inversa. In ambele cazuri, barele gratarului sunt
miscate continuu pentru a asigura arderea completa a deseurilor si
transferul acestora in cuptor. Barele gratarului pot fi racite cu
aer sau cu apa.
Note de curs AITVD
Figura 9. Schema cuptorului cu gratar
De asemenea, procedeul de incinerare se imparte in 5 faze, ce se
intrepatrund in mare masura: uscarea: in partea superioara a
gratarului deseurile se incalzesc pana la peste 100 0C prin
intermediul iradierii cu caldura sau a convectiei, astfel avand loc
indepartarea umezelii. degazarea: prin continuarea procesului de
incalzire pana la temperaturi de peste 2500C se exclud materiile
volatile. Acestea sunt in primul rand umezeala reziduala si gazele
reziduale. Procesul de piroliza are loc la presiune atmosferica
scazuta si la cresterea temperaturii. arderea completa: in cea de-a
treia parte a gratarului se atinge temperatura de ardere completa a
deseurilor. gazarea: numai o mica parte din deseurile arse sunt
oxidate in procesul de piroliza. Cea mai mare parte a deseurilor se
oxideaza in partea superioara a camerei de incinerare la 10000C.
post-combustia: pentru minimizarea gazelor reziduale ramase
neincinerate si a CO din emisii exista mereu o camera de
post-combustie. Aici se adauga aer sau gaz rezidual desprafuit in
vederea realizarii incinerarii complete. Timpul de pastrare in
aceasta zona este de minim 2 secunde la 8500C. Trecerea de la o
faza la alta depinde de compozitia si valoarea calorica a
deseurilor de incinerat. Pentru pornirea instalatiei este necesara
preincalzirea spatiului de ardere. In acest scop sunt instalate
arzatoare ce functioneaza cu gaz, ulei, praf de carbune sau orice
alt tip de combustibil, ce au rolul de a preincalzi camera de
ardere si de a intretine flacara in cazul unei compozitii mai
dificile a deseurilor. Cand camera de ardere a atins temperatura
corespunzatoare, atunci deseurile pot fi aprinse cu ajutorul
arzatoarelor de aprindere, instalate in camera de ardere.
Alimentarea cu aer se face atat prin barele gratarului de jos in
sus (alimentarea primara), cat si cu ajutorul unor dispozitive
suplimentare prevazute in camera de ardere (alimentarea secundara).
Masurarea debitului de aer de combustie este adaptat la procesul de
incinerare in timp si spatiu. Deoarece compozitia deseurilor
varaiaza in limite largi si amestecarea inainte de incinerare nu
asigura omogenizarea totala a deseurilor, miscarea gratarelor si
masurarea aerului de combustie sunt mereu adaptate la situatia de
functionare a cuptorului. Procesul de incinerare la instalatiile cu
cuptor rotativ
Note de curs AITVD
Cuptorul rotativ este intalnit in industria cimentului, de aici
fiind preluat si pentru incinerarea deseurilor. In cazul
incinerarii cu cuptor rotativ temperatura atinsa in camera de
ardere este mult mai ridicata fata de incineratoarele cu
gratar.
Figura 10. Vedere cuptor rotativ
In functie de tipul instalatiei de alimentare, deseurile solide
trebuie maruntite inainte de introducerea acestora in cuptor. In
cazul deseurilor voluminoase, acestea intotdeauna trebuie maruntite
inainte de incinerare pentru o ardere completa a acestor deseuri.
Datorita rotirii continue si inclinatiei usoare a cuptorului,
transferul deseurilor dintr-un capat in altul a cuptorului este
realizat usor. In functie de temperatura de ardere, dispozitivul de
ardere a cenusei poate fi necesar sau nu. In cazul unor temperaturi
de 1150 C cenusa este aglomerata, iar la temperaturi de 1300 C
cenusa este topita si vitrifiata. De asemenea, cenusa de fund si
cenusa recuperata din filtre pot fi reintroduse in cuptorul rotativ
pentru aglomerare sau vitrifiere.Deoarece temperaturiile de ardere
intr-un cuptor rotativ sunt cu mult mai ridicate instalatiile
secundare, cum ar fi camera de post-combustie, sau echipamentele de
recuperare a energiei, trebuie proiectate pentru a rezista la
astfel de temperaturi ridicate. Indiferent de cuptorul ales pentru
incinerarea deseurilor, urmatoarele trepte intalnite in procesul de
incinerare a deseurilor, cum ar fi eliminarea cenusei, tratarea
emisiilor, recuperarea energiei, etc. sunt asemanatoare.
Note de curs AITVD
Figura 11. Vedere schema principiului de functionare a unui
cuptor rotativ
Tratarea, respectiv eliminarea cenusei reziduale Cenusa
reziduala rezulta in urma incinerarii. Ea consta in principal din
material neincinerabil cum ar fi silicati nedizolvabili in apa,
oxizi de aluminiu si fier. Cenusa reziduala pura contine, in
general, urmatoarele 3 5 % material neincinerat, 7 10 % metale
feroase si neferoase, 5 7 % granule mari, 80 83 % granule fine. La
incinerarea deseurilor apar diverse reziduuri solide si lichide.
Cenusa reziduala se elimina la capatul gratarului de incinerare si
trebuie transportata. Cele mai importante cerinte de la aceasta
instalatie de eliminare sunt evitarea dopurilor la eliminarea
cenusei reziduale precum si impiedicarea infiltrarii de aer fals.
In acest scop sunt oferite mai multe sisteme de eliminare a cenusei
reziduale, dependente in parte de sistemul de tevi folosit.
Eliminarea prin gratar are loc exclusiv prin intermediul fortei
gravitationale in puturi de cadere, ce duc direct la instalatiile
de eliminare a cenusei reziduale.
Note de curs AITVD
Figura 12. Exemple de instalatii de eliminare a cenusii cu
apa
Problema principala la eliminarea prin gratar consta in
temperatura ridicata a cenusei reziduale, ce poate fi intre 600
9000C. Printr-un surplus de aer prea scazut se poate atinge punctul
de inmuiere acenusei reziduale (950 1000 0C), astfel putandu-se
transforma intr-o stare pastoasa. Stingerea cenusei reziduale se
poate face prin sisteme cu apa.
Figura 13. Vedere schema dispozitiv de eliminare a cenusii
