7/29/2019 Curs10_echipamente Pentru Tratare Termica Deseuri

1/14

Curs 10

Echipamente i utilaje n procesarea deeurilor

Echipamente pentru tratarea termic a deeurilor

Metodele de tratare termic au ca scop principal eliminarea deeurilor i obinerea

de energie.

Procedeele folosite sunt fie procedee deoxidare total (incinerarea sau oxidarea

pe cale umed), fie procedee de descompunere sau/i de transformare termochimic

(piroliz sau gazeificare), ce necesit moduri diferite de recuperare/valorificare a energieicalorifice libere. Acestea vizeaz inclusiv tratarea efluenilor gazoi i a reziduurilor ultime.

1. PROCEDEE DE INCINERARE

Pot fi incinerate aproape toate tipurile de deeuri, respectiv deeuri menajere i

asimilabile, nmoluri municipale (de la staiile de epurare), deeuri din activitile medicale

i deeuri industriale (chiar periculoase).

Deeuri municipale - amestec de deeuri menajere, deeuri din comer

similare celor menajere, deeuri din piee, parcuri i grdini, deeuri stradale,

deeuri din demolri, nmol municipal, materii fecale i nmol fecal, etc.

Nmoluri municipale rezultate din tratarea apelor uzate oreneti sau

echivalent din staiile de epurare industriale, chiar dac a fost deshidratat, uscat

sau tratat anterior. Nmolul are n structura sa, n principal, apa uzat i

suspensii organice i anorganice.

Deeuri periculoase care, din cauza potenialului de periculozitate (oxidante,

foarte inflamabile, inflamabile, iritante, nocive, toxice, cancerigene, corozive,

infecioase, teratogene, mutagene, ecotoxice, etc.) necesit o supraveghere

special

Incinerarea poate fi definit ca oxidarea controlat, la temperaturi ridicate a

diferiilor compui prezeni n deeuri, n marea lor majoritate organici, pentru a produce

CO2 i ap:

Deeuri organice CO2+H2O+produi secundariincinerare

7/29/2019 Curs10_echipamente Pentru Tratare Termica Deseuri

2/14

La combustie particip doar materiile combustibile. Apa se evapor datorit cldurii

degajate i se regsete sub form de vapori n gazul de ardere.

Scopul incinerrii:

reducerea cantitii i volumului de deeuri;

conversia substanelor rmase ntr-o form care s permit recuperarea saudepozitarea acestora;

transformarea i valorificarea energiei produse.;

reducerea la maxim a potenialului de risc i poluare.

Incinerarea deeurilor se poate realiza fie n instalaii dedicate, al cror scop

principal l reprezint distrugerea termic a deeurilor, fie n instalaii de coincinerare, al

cror scop principal este generarea de energie sau producia unor materiale (ex. ciment).

O instalaie de incinerare este format din:

Figura 1. Instalaie de incinerare (D.M. Perju, M.N. Calisevici Tehnologii moderne de incinerare a

deeurilor, Buletinul AGIR, nr.1-2/2008)

1. depozitul de de euri are ca scop meninerea unei rezerve de deeuri brute

sau preparate n vederea asigurrii funcionrii continue a instalaiei

2. sec ia de preparare a deeurilor creeaz un amestec de deeuri ct mai

omogen posibil n ceea ce privete puterea calorific i compoziia;

3. instala ia de alimentare asigur alimentarea controlat a cuptorului;

7/29/2019 Curs10_echipamente Pentru Tratare Termica Deseuri

3/14

4. cuptorul primar de incinerare a de eurilor asigur distrugerea termic a

deeurilor;

5. camera secundar , de ardere a gazelor asigur arderea complet a gazelor

rezultate n cuptorul primar;

6. instala ia de recuperare i valorificare a cldurii rcete gazele i asigur

cldura necesar unui alt proces tehnologic;

7. instala ia de tratare a gazelor arse este un sistem de epurare a gazelor, pentru

a le aduce n parametrii cerui de lege;

8. sistemul de monitorizare i control msoar i nregistreaz parametrii cerui

de lege, precum: temperatura de ardere, presiunea din cuptor, emisiile

atmosferice.

Recepie nsilozare deeuri

Pregtirea (tratarea) deeurilor

pentru incinerare

Scop: asigurarea uneirezerve pentru funcionareacontinu a instalaiei deincinerare

Scop: omogenizareadeeurilor compoziie iputere calorific

Instalaie de alimentare deeuri n

incinerator

Scop: alimentarea controlata deeurilor n incinerator

Incinerator propriu-zis Scop: asigur distrugereatermic a deeurilor

Camer secundar de ardere a

gazelor

Scop: asigur ardereagazeor rezultate din procesulde combustie a deeurilor

Instalaie de recuperare i valorificare

a cldurii

Scop: rcete gazele iasigur cldura necesar

unui alt proces tehnologic

Instalaie de epurare a gazelorScop: tratarea gazelor arsen vederea ncadrrii nparametrii legislativi

Cenu, zgur

Tratare i eliminare

Gaze

7/29/2019 Curs10_echipamente Pentru Tratare Termica Deseuri

4/14

Figura 2. Funcionarea schematic a instalaiei de incinerare

Sunt disponibile mai multe tehnologii de incinerare a deeurilor solide:

Incinerator cu grtar utilizate cu precdere pentru incinerarea deeurilor

menajere i asimilabile

Incinerator rotativ i/sau oscinat utilizate pentru incinerarea deeurilor

periculoase

Incinerator cu ardere n pat fluidizat (dens, rotativ sau circulalant?)

utilizate la incinerarea nmolurilor municipale

a. Incineratoare cu grtar

Figura 3. Schema de principiu a unui incinerator cu grtar

Evacuare

gazeSiloz

Cuptor

Aer primar

Colectare zgur ,

cenu

Gr tarAersecundar

Alimentare

deeuri

7/29/2019 Curs10_echipamente Pentru Tratare Termica Deseuri

5/14

Incineratorul cu grtar a fost creat la nceputul secolului XX. Este metoda cea mai

folosit pentru incinerarea deeurilor menajere i asimilabile. La ora actual n lume exist

peste 500 de instalaii de acest tip.

Funcionare: Deeurile sunt alimentate pe un grtar care are o micare de du-te-

vino care asigur deplasarea deeurilor nainte (avansare spre evacuare) i napoi (pentrucombustie complet). Arderea deeurilor este meninut i accelerat prin injecia de aer

primar (prin interspaiile grtarului) i secundar (la partea superioar a camerei de

combustie.

Scopul grtarelor incineratorului este s transporte deeurile prin cuptor, s

ntrein arderea, s alimenteze cuptorul cu aer (pe la partea inferioar, pe direcie de jos

n sus), s transporte cenua spre sistemul de extracie (avalul incineratorului) i s

previn cderea materiei (deeurilor) nafara zonei de combustie.

Figura 4. Tipuri de grtare

Deeurile nainteaz n straturi relativ subiri pentru a facilita alimentarea cu aer a

zonei de combustie.

Camera de combustie este format dintr-un grtar (la partea inferioar baz),perei laterali i plafon. Grtarul poate fi orizontal sau nclinat.

Cuptorul este format din 5 zone de combustie:

Deeuri

Cenu

Gaze

1 23

4

5

7/29/2019 Curs10_echipamente Pentru Tratare Termica Deseuri

6/14

Figura 5. Camera de combustie

1. zona de uscare are loc o reducere a umiditii deeurilor la contactul cu aerul cald

insuflat de sub grtar (temperatur 100C). Pot fi utilizate gaze de ardere sau aer

prenclzit;

2. zona de degazare are loc degajarea materiilor volatile ca urmare a creterii

temperaturii (peste 250C). Pentru a asigura o ardere complet a deeurilor este

necesar ca procesul de volatilizare s se realizeze ct mai rapid i s fie uniform n

masa de deeuri;

3. zona de ardere propriu-zis cuprinde aprinderea (n jurul temperaturii de 650C)

i combustia propriu-zis a deeurilor;

4. zona de producere a gazelor are loc degajarea gazelor provenite din materiile

volatile i din arderea masei combustibile (1000-1100C) gaze, funingine,

compui organici incomplet ari. Peste temperatura de 1100C are loc fuziunea

(topirea) zgurii mpreun cu cenua. Particulele de cenu se pot depune pe pereii

cazanelor, schimbtoarelor de cldur, cu efecte negative asupra acestora;

5. zona post-combustie are rolul de a reduce concentraia gazelor reziduale i a CO

din emisii; are loc o adiie de aer pentru oxidarea complet a gazelor (850C).

Arderea deeurilor se poate face cu sau fr aport de combustibili suplimentari.

Pentru asigurarea incinerrii este necesar ca aerul de combustie s fie ct mai bine

difuzat n masa deeurilor, evitndu-se formarea de turte, aglomerri care ar putea ngloba

materii organice incinerate incomplete.

Temperatura minim cerut n ntreaga zon de postcombustie a incineratoarelor

pentru deeurile municipale i a materialelor combustibile similare este de 850C, cu un

timp de staionare de 2 secunde.

Tipuri de incineratoare

Incineratorul STEINMULER

7/29/2019 Curs10_echipamente Pentru Tratare Termica Deseuri

7/14

Dispozitivul de ardere este format din mai multe grtare realizate din trepte fixe i

mobile, din micarea crora se obine mpingerea i amestecarea deeurilor (rsturnare).

Alimentarea cu deeuri se realizeaz cu un mpingtor aflat la partea inferioar a

buncrului.

Figura 6. Incineratorul STEINMULER

Incineratorul MARTIN

7/29/2019 Curs10_echipamente Pentru Tratare Termica Deseuri

8/14

Figura 7. Incineratorul MARTIN

Se caracterizeaz printr-un grtar n trepte nclinate la un anumit unghi fa de

orizonal. Barele mobile, aezate alternant cu barele fixe au o micare de glisare realiznd

deplasarea i rsturnarea deeurilor.

b. Incineratoare rotative

Corespunde pentru marea majoritate a deeurilor periculoase deoarece permite

incinerarea tuturor tipurilor de deeuri (solide, lichide sau pstoase).

Cuptoarele rotative se ntlnesc frecvent n industria cimentului i au fost preluate i

pentru incinerarea deeurilor.

In cazul incinerarii cu cuptor rotativ temperatura atinsa in camera de ardere este

mult superioar fa de incineratoarele cu grtar.Mrunirea prealabil a deeurilor nainte de incinerare n cuptoare rotative nu este

obligatorie dect n cazul deeurilor voluminoase.

Combustia se realizeaz ntr-un tambur uor nclinat cptuit cu materiale

refractare. Rotirea continu a cuptorului i uoara nclinare a acestuia asigur avansarea

deeurilor dintr-un capt ntr-altul, amestecarea-omogenizarea deeurilor i o bun

suprafa de contact ntre deeuri i aerul de combustie. Se asigur i un timp optim de

staionare a gazului de combustie la temperatur ridicat.

7/29/2019 Curs10_echipamente Pentru Tratare Termica Deseuri

9/14

Figura 8. Schema unei instalaii de incinerare deeuri periculoase

n functie de temperatura de ardere, dispozitivul de ardere al cenuei poate fi sau

nu necesar. In cazul unor temperaturi de 1150C cenua este aglomerat, iar la

temperaturi de 1300C cenua este topit i vitrifiat. De asemenea, cenua de fund i

cenua recuperat din filtre pot fi reintroduse n cuptorul rotativ pentru aglomerare sau

vitrifiere.

Incinerarea n cuptoare rotative asigur coninuturi reduse de CO, dioxin i furani.

Figura 9. Incineratorul rotativ

Temperatura minim de incinerare a deeurilor periculoase (deeuri ce necesit

supraveghere special) cu coninut de halogen din substanele organice halogenate avnd

mai mult de 1% mas, exprimate n cloruri, este de 1.100C.

Temperatura sau timpul de staionare pot fi schimbate dac gazele de ardere se

ncadreaz n maximele admise.

c. Incineratoare cu ardere n pat fluidizat

Soluia a fost utilizat iniial n Japonia pentru tratarea deeurilor industriale i a

deeurilor speciale.

7/29/2019 Curs10_echipamente Pentru Tratare Termica Deseuri

10/14

7/29/2019 Curs10_echipamente Pentru Tratare Termica Deseuri

11/14

Patul fluidizat este alctuit dintr-un strat de nisip cu nlimea de aproximativ 1 m

(mrimea granulelor 0,5-3 mm).

Nmolul de canalizare deshidratat mpreun cu deeurile menajere mrunite se

introduc la partea superioar a cuptorului i se distribuie peste seciunea transversal a

camerei de combustie.

Aerul de combustie prenclzit este introdus prin placa de distribuie a aerului n

camera de combustie sau camera cu pat fluidizat prin fluidizarea stratului de nisip (crearea

suspensiei = pat fluidizat).

Gazele de ardere rezultate ajung n zona de postcombustie unde compuii volatili

vor fi n constinuare ari.

Temperatura n stratul fluidizat este de cca. 750C i chiar mai mare. n camera de

post-combustie, temperatura trebuie s depeasc 850C, iar timpul de staionare pentru

gazele reziduale trebuie s fie de cel puin 2 secunde.

Cldura gazelor reziduale poate fi folosit pentru generarea de abur i pentru

generarea de electricitate sau agent termic.

Nmolurile municipale au putere calorific mic i n consecin se injecteaz odat

cu aerul un combustibil auxiliar: gazos (metan) sau lichid pulverizat (metan, motorin) sau

solid (crbune pulbere).

2. PROCEDEE DE OXICOMBUSTIE

Sunt procedee de incinerare bazate pe utilizarea aerului mbogit ((O2 > 21 %) sau

a oxigenului pur ca gaze combustibile n procesul de ardere (combustie) a deeurilor.

Pin utilizarea oxigenului pur n locul aerului rezult un gaz format n principal din

CO2 i H2O. n locul arderii clasice cu aer, combustibilul este ars ntr-o atmosfer de

oxigen aproape pur i gaze de ardere recirculate. O mare parte din dioxidul de carbon

produs din ardere este recirculat napoi n camera de combustie cu scopul de a nlocui

azotul, astfel nct s se pstreze pe ct posibil procesele de transfer de cldur

desfurate ntr-un incinerator clasic. n continuare fluxul de gaze de ardere rmas, care

este concentrat n CO2, trece prin mai multe trepte de tratare pentru eliminarea pulberilor

n suspensie, a SO2 i a vaporilor de ap.

7/29/2019 Curs10_echipamente Pentru Tratare Termica Deseuri

12/14

Reducerea sau eliminarea azotului din amestecul combustibil permite o diminuare a

gazelor produse n timpul arderii. Astfel, se observ o diminuare de la 6500-7500 Nm3/t la

2500-5000 Nm3/t n funcie de gradul de mbogire al combustibilului n oxigen. n raport

cu instalaiile clasice de incinerare, la instalaiile cu oxicombustie se observ o reducere a

volumului instalaiei de tratare termic i a instalaiilor din aval destinate epurrii gazelor,pentru un acelai timp de tratare. Creterea presiunii pariale a o oxigenului mbuntete

cinetica de combustie, permind arderea deeurilor cu putere calorific sczut.

3. PROCEDEE DE OXIDARE LA TEMPERATUR RIDICAT NPLASM

Plasma termic este un mediu gazos, parial ionizat, reductor sau oxidant, adus la

temperaturi ridicate (3 000-8 000oC) prin descrcarea unui arc ntr-un gaz n micare,

plecnd de la un electrod (torche arc transfr) sau ntre doi electrozi (torche arc

souffl).

Procedeele de tratare termic a deeurilor n plasm, la temperaturi ridicate i pe

baza unei puternice reactiviti termochimice a gazului plasmogen utilizat, permit

distrugerea termic a moleculelor organice recalcitrante, cum ar fi compuii organici

clorai.

Printre avantajele procedeului se numr: timpul scurt de tratare, randamente

ridicate de distrugere termic.

Dezavantaje: costuri ridicate; cantitate mare de cenu rezultat; turbulene

generate n incinerator.

4. PROCEDEE DE OXIDARE PE CALE UMED (OVH)

Permit oxidarea complet a fraciei organice a unui efluent apos sau a unei

suspensii, ntr-un reactor sub presiune, n urma reaciei cu un agent oxidant (aer, oxigen,

peroxid de hidrogen), fr vaporizarea apei coninute.

Permit tratarea termic a ncrcrilor organice cuprinse ntre 1-50 g/l. Reacia de

oxidare este exoterm, astfel procedeul devine autotermic la concentraii de 15-20 g/l

materii organice. Cea mai mare parte a compuilor organici sunt oxidai stoechiometric:

7/29/2019 Curs10_echipamente Pentru Tratare Termica Deseuri

13/14

carbonul organic se transform n CO2, hidrogenul n ap, halogenii n halogenuri

minerale, sulfaii organici n sulfai minerali, compuii fosforici n fosfai, azotul n amoniac,

nitrai sau azot gazos.

Se aplic pentru deeurile lichide pompabile, avnd un coninut de substan

uscat cuprins ntre 1-15%, fracia mineral inert cuprins ntre 1-40 g/l, dimensiuneaparticulelor sub 500m.

5. PIROLIZA DEEURILOR

Cunoscut i sub denumirea de termoliz, piroliza este un procedeu de tratare

termic endoterm (H > 0), la temperatur moderat, n care fracia organic a deeurilor

este descompus, n absena aerului sau ntr-un mediu reductor (O2 < 2%).Prin ridicarea temperatur (nclzire) printr-un proces de convecie sau radiaii are

loc la nceput uscarea deeurilor, apoi distilarea materiilor volatile, pn la transformarea

materiei n carbon fix. Absena oxigenului nu permite combustia produselor rezultate din

reacia de descompunere.

Schematic, din procedeul de piroliz rezult:

Pot fi tratate deeuri solide sau nmoluri, n special:

Deeuri coninnd o fracie inert valorificabil (ex. Metale - acestea nu sunt

oxidate n procesul de piroliz i deci pot fi recuperate); deeuri de lafabricarea materialelor compozite metal-cauciuc, anvelope uzate, etc.

Materiale ce sufer schimbri de faze de agregare n funcie de temperaturi deci cauzeaz degradarea i aglomerarea fraciilor de deeuri.

6. GAZEIFICAREA DEEURILOR (PIROGAZEIFICARE)

Este un proces termochimic ce se desfoar n dou etape: o etap de piroliz

urmat de o etap de gazeificare. Aceste dou etape se pot realiza n aceeai incint sau

n reactoare separate.

C, H, O, N,

H2O, MATERII

INERTE

FAZA SOLID

(C, materii

GAZ DE PIROLIZ(CO, H2, CH4, CmHn, N2,

Condensabile (uleiuri aromatice,

gudroane, ap )

Incondensabile (CO, H2, CH4, CO2,

N2)

7/29/2019 Curs10_echipamente Pentru Tratare Termica Deseuri

14/14

n etapa de piroliz se produc materii volatile sub form de hidrocarburi gazoase

(gudroane) i turta (reziduuri solide) format din carbon fix.

n etapa a II-a, numit de gazeificare, hidrocarburile i reziduurile de carbon sunt

convertite n gaz combustibil (CO, H2), prin reacii termochimice, n prezena unui agent de

gazeificare (vapori de ap, CO2, O2, H2O). Carbonul fix va reaciona cu agentul degazeificare (ex.vapori de ap i CO2) la o temperatur cuprins ntre 850-900oC, prin

reacii endo/exoteme de transformare termochimic, numite de gazeificare, de tipul:

C + H2O CO + H2 H = +131 kJ/mol (vapo-gazeificare)

C + CO2 2CO H = +173 kJ/mol

C + 2H2 CH4 H = -74,8 kJ/mol (formarea metanului)

Procedeele actuale de gazeificare a deeurilor nu urmresc neaparat obinerea

gazului de sintez (materie prim pentru industria chimic), ct distrugerea termic a

deeurilor cu valorificarea energetic a gazului de combustie. Puterea calorific inferioar

(PCI) a gazului de combustie depinde de tipul deeurilor tratate i de agentul de

gazeificare folosit.

7. DIZOLVAREA DEEURILOR

Descompunerea unui deeu se poate realiza i cu ajutorul unui solvent (solvatarea

deeurilor). Ex. Depolimerizarea compuilor plastici, devulcanizarea latexului. Solventul

asigur i rolul de transfer de cldur i de solvent pentru produsele obinute (reaciile se

desfoar n lan).

Compuii pe baz de celuloz sunt solvatai la temperatur ambiental n soluii

apoase coninnd acizi minerali concentrai (HCl, HNO3 , H3PO4 ...) sau baze tari (LiOH,

NaOH...), dar i n solveni organici (dimetilformaldehid, dimetilsulfoxid) n combinaie cu

un reactiv mineral (SO2 , N2O4 ...). Similar se ntmpl i n cazul policlorurii de vinil (PVC)

care se solubilizeaz n solveni bipolari.