Cum funcționează un cazan modern de incinerare a deșeurilor?

Introducere: Motorul procesului de transformare a deșeurilor în energie

Societatea modernă generează cantități mari de deșeuri municipale solide (DSM), iar gestionarea acestora este o provocare critică de mediu și logistică. Depozitarea, metoda tradițională, ocupă terenuri valoroase și produce metan, un puternic gaz cu efect de seră. Procesul de transformare a deșeurilor în energie (EfW) prezintă o alternativă sofisticată, transformând deșeurile nereciclabile într-o resursă valoroasă: electricitate și căldură. În centrul acestui proces se află Cazan de incinerare a deșeurilor , o piesă complexă și robustă de inginerie termică care servește drept centrală a centralei. Este mult mai mult decât un simplu incinerator; este un sistem extrem de controlat, conceput pentru a distruge în siguranță deșeurile, a recupera energia maximă posibilă și a proteja echipamentele din aval de un mediu de ardere extrem de agresiv. Funcția principală a cazanului este de a capta căldura intensă eliberată din arderea deșeurilor – de obicei la temperaturi cuprinse între 850°C și 1200°C pentru a asigura arderea completă și a distruge poluanții – și a o transfera în apă, generând abur de înaltă presiune și temperatură înaltă. Acest abur conduce apoi turbinele pentru a genera electricitate, care poate alimenta mii de case sau poate asigura încălzirea centralizată. Eficiența, fiabilitatea și performanța de mediu ale întregii unități EfW depind de proiectarea și funcționarea optimă a acestei componente centrale, făcând-o o capodopera a termodinamicii practice și a științei materialelor.

• Funcția de bază: Pentru a arde în siguranță deșeurile și pentru a transfera eficient energia termică eliberată într-un fluid de lucru (apă/abur) pentru producerea de energie.
• Rolul de mediu: Reduce volumul deșeurilor cu aproximativ 90%, distruge compușii organici nocivi și compensează utilizarea combustibililor fosili pentru generarea de energie.
• Factorul economic: Transformă un cost de eliminare într-un flux de venituri prin vânzarea de energie electrică, abur sau metale recuperate din cenușa de fund.

Principii de bază de proiectare și inginerie

Designul unui Cazan de incinerare a deșeurilor este un răspuns deliberat la provocările unice pe care le prezintă sursa sa de combustibil: deșeuri solide municipale eterogene, variabile în funcție de umiditate și complexe din punct de vedere chimic. Eficient Proiectarea cazanului de deșeuri la energie RSU trebuie să prioritizeze arderea completă, recuperarea maximă a căldurii și protecția împotriva gazelor de ardere corozive produse. Procesul începe pe un sistem de grătar mobil în camera de ardere, care transportă și agită încet deșeurile pentru a asigura arderea uniformă și arderea completă a cenușii de fund. Gazele fierbinți de ardere, încărcate cu particule și compuși corozivi, se ridică apoi în secțiunea radiantă a cazanului, unde căldura radiantă intensă este absorbită de pereții membranei răciți cu apă. Gazele trec apoi prin mai multe treceri convective - bănci de fascicule de tuburi - unde este extrasă mai multă căldură. Acest întreg sistem de recuperare a căldurii este în esență a generator de abur cu recuperare de căldură de înaltă eficiență pentru incinerare , proiectat meticulos pentru a răci gazele de ardere la temperatura optimă pentru sistemele de control a poluării aerului din aval, în timp ce supraîncălzirea aburului la cei mai înalți parametri realizabili (adesea peste 400°C și 40 bar) pentru a maximiza eficiența termodinamică pentru generarea de energie. Cheia pentru aceasta este crearea unui timp suficient de rezidență a gazului la temperatură ridicată pentru a descompune dioxinele și furanii și proiectarea căilor de gaz pentru a minimiza depunerea de cenușă care poate izola tuburile și reduce transferul de căldură.

Combaterea celei mai mari provocări: coroziunea și eroziunea

Singura cea mai definitorie provocare în operare a Cazan de incinerare a deșeurilor este natura extrem de agresivă a gazelor de ardere. Arderea MSW eliberează clor (din materiale plastice precum PVC), sulf, alcalii (sodiu, potasiu) și metale grele, care formează compuși corozivi precum clorura de hidrogen (HCl) și clorurile alcaline. Atunci când acești compuși se condensează pe suprafețele tubului cazanului - în special în regiunile cu temperatură mai scăzută ale supraîncălzitoarelor și economizoarelor - creează un strat lipicios care promovează coroziunea clorului la temperatură înaltă, atacând grav stratul protector de oxid de pe tuburile standard de oțel. Aceasta face selecția de materiale rezistente la coroziune pentru cazane de incinerare a deseurilor un capital critic și o decizie operațională. Pentru a combate acest lucru, zonele cheie susceptibile la coroziune, cum ar fi tuburile de supraîncălzire în prima trecere convectivă, sunt adesea construite din aliaje cu conținut ridicat de nichel, cum ar fi aliajul 625 (Inconel) sau oțelurile inoxidabile austenitice (de exemplu, 310S). În plus, acoperiri avansate și suprapuneri de sudură sunt aplicate pentru a proteja suprafețele tuburilor. Designul în sine este, de asemenea, o armă împotriva coroziunii: menținerea temperaturilor precise ale peretelui metalic peste punctul de rouă acid, dar sub pragul pentru atacul accelerat al clorurii și folosirea unor suflante de funingine pentru a îndepărta în mod regulat depunerile înainte ca acestea să devină medii corozive.

• Mecanisme de coroziune: Coroziunea cu clor la temperatură înaltă, coroziunea cu punct de rouă acid la temperaturi scăzute și sulfurarea sunt principalele amenințări la adresa longevității cazanului.
• Strategia materială: Se folosește o abordare gradată: oțel carbon în zonele cu risc scăzut (cuptor inferior, tuburi de evaporare), trecerea la aliaje din ce în ce mai avansate (TP91, aliaj 625) în secțiunile de supraîncălzire cu risc ridicat.
• Apărare operațională: Controlul atent al arderii pentru a minimiza formarea de HCI, menținând profile optime de temperatură a gazelor de ardere și control riguros al depozitelor prin suflarea funinginei.
• Inovație: Cercetări în curs de desfășurare privind acoperirile ceramice, ecranarea tuburilor și tehnicile avansate de placare pentru a prelungi durata de viață a tubului și a reduce costurile de întreținere.

Funcționare, longevitate și flexibilitate a combustibilului

Funcționarea susținută și eficientă a unui Cazan de incinerare a deșeurilor cere un regim riguros de intretinerea si curatarea cazanului de incinerare a deseurilor . Spre deosebire de cazanele pe combustibil, cenușa și particulele (cenusa zburătoare) de la arderea deșeurilor sunt foarte abrazive și predispuse la formarea de depuneri tenace pe suprafețele de schimb de căldură. Un program cuprinzător de întreținere include suflarea zilnică sau săptămânală a funinginei folosind jeturi de abur sau de aer pentru a îndepărta cenușa de pe malurile de tuburi, inspecția și îndepărtarea regulată a zgurii de pe pereții cuptorului și curățarea meticuloasă a buncărurilor de cenușă și a transportoarelor. Timpul de nefuncționare programat pentru inspecțiile interne, măsurătorile grosimii tubului (testare cu ultrasunete) și înlocuirea componentelor vulnerabile este esențială pentru a preveni întreruperile neplanificate și defecțiunile catastrofale ale tubului. În plus, pentru a spori securitatea combustibilului, viabilitatea economică și neutralitatea carbonului, multe fabrici adoptă tehnologia cazanelor cu biomasă și deșeuri . Arderea în comun a biomasei procesate (cum ar fi așchii de lemn sau combustibilul derivat din deșeuri) cu RSU poate îmbunătăți calitatea generală a combustibilului, poate reduce emisiile nete de gaze cu efect de seră și poate dilua concentrația de elemente corozive precum clorul din gazele de ardere. Cu toate acestea, acest lucru necesită adaptări atente ale cazanului, deoarece biomasa poate avea caracteristici diferite de fuziune a cenușii și poate introduce noi probleme de murdărire sau coroziune, necesitând ajustări ale parametrilor de ardere și, eventual, o capacitate suplimentară de suflare a funinginei.

Întrebări frecvente

Care sunt principalele diferențe dintre un cazan de incinerare a deșeurilor și un cazan pe cărbune?

Principiul termodinamic de bază este identic, dar provocările diferă drastic. A Cazan de incinerare a deșeurilor este conceput pentru un combustibil mult mai eterogen, umed și agresiv din punct de vedere chimic. Diferențele cheie includ: 1) Manipularea combustibilului: RSU necesită un sistem robust de alimentare și grătar, spre deosebire de cărbunele pulverizat. 2) Camera de ardere: Proiectat pentru o putere calorică mai mică și mai variabilă, adesea cu un volum mai mare al cuptorului pentru o ardere completă. 3) Managementul coroziunii: Necesită utilizarea pe scară largă a materiale rezistente la coroziune pentru cazane de incinerare a deseurilor precum aliajele de calitate superioară, care sunt mai puțin răspândite în cazanele pe cărbune. 4) Caracteristici cenuși: Cenușa reziduală este mai abrazivă, mai lipicioasă și conține săruri solubile, necesitând sisteme diferite de îndepărtare și manipulare a cenușii. 5) Controlul emisiilor: Gazele de ardere din deșeuri au concentrații mai mari de HCl, dioxine și metale grele, necesitând sisteme de control a poluării aerului în aval mai complexe și mai stricte.

Cum se măsoară eficiența într-un cazan de transformare a deșeurilor în energie și care este o rată tipică?

Eficienta in a generator de abur cu recuperare de căldură de înaltă eficiență pentru incinerare contextul este definit în mod obișnuit ca eficiență electrică netă: energia electrică exportată în rețea împărțită la aportul de energie termică din deșeuri (Valoare termică mai mică - LHV). Datorită umidității inerente și conținutului inert în RSU, nevoii de menținere a temperaturilor gazelor de ardere suficient de ridicate pentru controlul poluării și încărcăturii parazitare semnificative a sistemelor proprii ale centralei (ventilatoare, pompe, tratare), eficiența electrică netă este mai mică decât în ​​instalațiile pe combustibili fosili. Instalațiile moderne ating de obicei eficiențe electrice nete de 20-27%. Unele instalații avansate cu parametri mari de abur, condensare extinsă a gazelor arse pentru recuperarea căldurii (pentru termoficare) și procese optimizate pot împinge recuperarea totală a energiei (căldură și energie combinată) la peste 90%.

De ce devine din ce în ce mai comună arderea în comun a biomasei cu deșeuri?

Adoptarea de tehnologia cazanelor cu biomasă și deșeuri este determinată de mai mulți factori. În primul rând, îmbunătățește amprenta de carbon a centralei, deoarece biomasa este considerată neutră din punct de vedere al carbonului, reducând efectiv emisiile medii ale mixului de combustibili. În al doilea rând, poate îmbunătăți stabilitatea și eficiența combustiei atunci când este amestecat cu fluxuri de deșeuri cu conținut scăzut de calorii sau cu umiditate ridicată. În al treilea rând, poate dilua elementele dăunătoare din combustibil, cum ar fi clorul și metalele grele din deșeuri, reducând potențial ratele de coroziune și făcând cenușa mai ușor de gestionat. În cele din urmă, oferă flexibilitate și securitate pentru combustibil, permițând fabricilor să optimizeze costurile și disponibilitatea materiilor prime. Cu toate acestea, necesită ajustări operaționale atente pentru a gestiona comportamentul diferit al cenușii și potențialele noi probleme de murdărie.

Care sunt cele mai critice sarcini zilnice de întreținere?

Eficient intretinerea si curatarea cazanului de incinerare a deseurilor se bazează pe protocoale zilnice consistente. Cele mai critice sarcini sunt: 1) Execuția secvenței de suflare a funinginei: Funcționarea diferitelor suflante de funingine conform unui program precis pentru a preveni acumularea de cenușă, care este esențială pentru menținerea eficienței și prevenirea coroziunii. 2) Monitorizarea sistemului Ash: Asigurarea extragerii cenușii de la fund de pe grătar și îndepărtarea cenușii zburătoare din buncăre funcționează continuu pentru a preveni blocajele care ar putea forța oprirea. 3) Monitorizarea și reglarea arderii: Monitorizarea continuă a nivelurilor de O2, CO și temperatură pentru a optimiza completitatea și stabilitatea combustiei, ceea ce are un impact direct asupra sănătății și emisiilor cazanului. 4) Inspectii vizuale: Verificarea eventualelor scurgeri vizibile, depuneri anormale sau defecțiuni ale echipamentului în timpul rundelor.

Cum prelungesc materialele avansate durata de viață a tuburilor cazanului?

Avansat materiale rezistente la coroziune pentru cazane de incinerare a deseurilor extinde durata de viață a tubului prin formarea unui strat de oxid stabil, protector, care rezistă atacului clorului, sulfului și compușilor alcalini din gazele de ardere. Aliajele precum aliajul pe bază de nichel 625 au un conținut ridicat de crom, ceea ce favorizează formarea unui strat tenace de oxid de crom (Cr2O3). De asemenea, își păstrează rezistența mecanică la temperaturi ridicate, rezistând la fluaj. Când sunt utilizate ca suprapuneri de sudură pe partea de foc a tuburilor susceptibile, ele oferă o barieră rezistentă la coroziune, permițând tubului subiacent de carbon sau oțel slab aliat, care poartă presiunea, să rămână intact timp de decenii, evitând astfel înlocuirea costisitoare a întregului tub și extinderea intervalelor dintre întreruperile majore de întreținere.

Concluzie: O tehnologie vitală pentru economia circulară și securitatea energetică

Modernul Cazan de incinerare a deșeurilor reprezintă o dovadă a ingeniozității inginerești, transformând provocarea persistentă a deșeurilor nereciclabile într-un pilon al infrastructurii energetice durabile. Mai mult decât un simplu incinerator, este un sofisticat generator de abur cu recuperare de căldură de înaltă eficiență pentru incinerare , un sistem meticulos conceput pentru a gestiona un combustibil dificil, pentru a combate coroziunea extremă cu materiale avansate și pentru a produce energie în mod fiabil zi după zi. De la cei de specialitate Proiectarea cazanului de deșeuri la energie RSU care asigură arderea completă la protocoalele riguroase ale intretinerea si curatarea cazanului de incinerare a deseurilor care asigură longevitatea, fiecare aspect este optimizat pentru performanță și protecția mediului. Integrarea continuă a tehnologia cazanelor cu biomasă și deșeuri își sporește și mai mult rolul în tranziția către o economie circulară. Fiind un nod critic în infrastructura urbană, cazanul de incinerare a deșeurilor oferă o soluție igienă pentru deșeuri, reduce dependența de depozitele de gunoi, compensează combustibilii fosili și contribuie la securitatea energetică, făcându-l o tehnologie indispensabilă pentru orașele moderne durabile..