Наука, лежащая в основе больших мусоросжигательных заводов: как они работают?

Введение

Крупные мусоросжигательные заводы играют решающую роль в системах управления отходами, обеспечивая эффективное и экологически безопасное решение для утилизации различных типов отходов. Эти современные мусоросжигательные печи предназначены для использования энергии сгорания для безопасного и эффективного уничтожения отходов, а также для выработки энергии в процессе. В этой статье мы углубимся в научные данные, стоящие за этими большими мусоросжигательными заводами, и исследуем сложные механизмы, которые позволяют им работать с такой эффективностью и результативностью.

Процесс горения и принципы

Заправка больших мусоросжигательных заводов — это процесс, известный как горение — быстрая химическая реакция между топливом, обычно отходами, и кислородом. Этот экзотермический процесс высвобождает энергию в виде тепла, света и других побочных продуктов. Принцип сжигания в мусоросжигательных установках заключается в достижении устойчиво высоких температур, обычно между 850°C и 1200°C, для обеспечения полного сгорания и уничтожения опасных веществ.

Горение инициируется путем предварительного нагрева отходов до достаточно высокой температуры, известной как температура воспламенения или точка воспламенения, при которой топливо начинает самоподдерживающееся горение. Как только отходы достигают этой температуры, они начинают выделять горючие газы, такие как метан и окись углерода. Тепло, выделяемое горящими отходами, затем поддерживает процесс горения, позволяя ему продолжаться до тех пор, пока отходы не будут полностью сожжены.

Первичная камера сгорания

Основная камера сгорания является сердцем процесса сжигания. Эта камера специально разработана для создания идеальной среды для горения. Основными задачами этой камеры являются минимизация вредных выбросов и максимизация теплопередачи.

Для достижения этих целей первичная камера сгорания обычно изготавливается из огнеупорного материала, обладающего высокой устойчивостью к экстремальным температурам. Обычно его покрывают слоем изоляционного материала, чтобы предотвратить потерю тепла в окружающую среду. Камера также оснащена горелками или другими механизмами для инициирования горения и поддержания необходимой температуры для устойчивого горения.

Когда отходы попадают в камеру первичного сгорания, они подвергаются ряду сложных физических и химических реакций. Сильный жар вызывает быстрый распад органических соединений, превращая их в простые молекулы, такие как углекислый газ и водяной пар. Неорганические материалы, такие как металлы и минералы, превращаются в золу.

Первичная камера сгорания также играет решающую роль в минимизации выбросов вредных газов. Поддерживая высокие температуры и достаточный уровень кислорода, камера способствует полному окислению потенциально опасных веществ, гарантируя выделение лишь минимального количества загрязняющих веществ.

Подача воздуха и вторичное сжигание

Для обеспечения полного сгорания необходима постоянная подача воздуха. Контролируемая подача воздуха во вторичную камеру сгорания позволяет сжигать любые несгоревшие или частично сгоревшие газы и частицы. Этот процесс, известный как вторичное сжигание или дожигание, еще больше снижает вредные выбросы и максимизирует энергоэффективность.

Во вторичной камере сгорания дополнительные горелки или форсунки вводят в камеру воздух, смешивая его с дымовыми газами из первичной камеры сгорания. Эта смесь подвергается сгоранию при высоких температурах, обеспечивая полное окисление оставшихся загрязняющих веществ. Интенсивное тепло, выделяющееся при вторичном сгорании, также способствует производству пара, который можно использовать для выработки электроэнергии с помощью паровых турбин.

Системы контроля выбросов

Хотя крупные мусоросжигательные заводы предназначены для минимизации выбросов, крайне важно внедрить эффективные системы контроля выбросов для соблюдения экологических норм и обеспечения того, чтобы окружающий воздух оставался чистым и свободным от загрязняющих веществ. Эти системы обычно состоят из комбинации физических и химических процессов улавливания и очистки выбросов, образующихся при сжигании.

Одним из распространенных компонентов систем контроля выбросов является использование скрубберов. Скрубберы — это устройства, которые удаляют вредные газы, такие как диоксид серы и оксиды азота, из дымовых газов путем распыления на них раствора, поглощающего загрязняющие вещества. Этот процесс, известный как мокрая очистка, эффективно удаляет значительное количество загрязняющих веществ перед выбросом дымовых газов в атмосферу.

В качестве альтернативы можно использовать рукавные фильтры для улавливания твердых частиц из дымового газа. Эти фильтры состоят из ряда тканевых мешков, которые улавливают частицы, пропуская чистый газ. Когда мешки насыщаются твердыми частицами, их очищают или заменяют, чтобы сохранить эффективность.

Восстановление энергии

Одним из существенных преимуществ больших мусоросжигательных заводов является их способность восстанавливать энергию из сжигаемых отходов. Тепло, выделяемое во время сгорания, используется различными способами для выработки электроэнергии, обогрева зданий или обеспечения пара для промышленных процессов.

Основным методом рекуперации энергии является использование паровых турбин. Сильное тепло, выделяющееся при сжигании, производит пар, который направляется в паровую турбину. Когда пар проходит через турбину, он приводит в движение лопасти, генерируя энергию вращения, которая затем преобразуется в электричество с помощью генераторов.

Кроме того, высокотемпературные дымовые газы можно использовать для централизованного теплоснабжения. Теплообменники извлекают тепловую энергию из дымовых газов, которая затем используется для нагрева воды для систем централизованного отопления. Это снижает зависимость от других форм энергии для целей отопления, способствуя общей энергоэффективности.

Заключение

Большие мусоросжигательные заводы представляют собой очень сложные системы, использующие науку о сжигании для эффективного управления отходами, сводя к минимуму воздействие на окружающую среду. Благодаря сочетанию первичных и вторичных камер сгорания, тщательному контролю подачи воздуха и эффективным системам контроля выбросов эти мусоросжигательные печи обеспечивают полное окисление отходов, обеспечивая минимальный выброс вредных загрязняющих веществ.

Более того, аспект рекуперации энергии крупных мусоросжигательных заводов обеспечивает дополнительную экологическую выгоду за счет использования тепла, выделяемого во время сжигания, для выработки электроэнергии или обеспечения тепла для различных целей. Это не только снижает зависимость от ископаемого топлива, но и способствует созданию более устойчивой системы управления отходами.

Благодаря постоянному развитию технологий и постоянно растущей потребности в ответственном управлении отходами, крупные мусоросжигательные заводы остаются важной частью инфраструктуры управления отходами. Понимая научную основу этих систем, мы можем оценить роль, которую они играют в наших усилиях по созданию более чистого и устойчивого будущего.