Обезвреживание пришедших в негодность железнодорожных шпал

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Кафедра энергетики высокотемпературной технологии

Учебная научно-исследовательская работа

«Технология и техника генерации теплоты в ВТУ»

 

Тема:

Обезвреживание пришедших в негодность железнодорожных шпал

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

               Студент: Бернадинер М.И.

     Группа: ФП-01м-09

                                       Научный руководитель: Степанова  Т.А.

 

 

МОСКВА 2014

Содержание.

 

1. Введение	3
2. Способы утилизации шпал	4
2.1. Деревянные шпалы	4
2.1.1. Шпалы – материалы для строительства	4
2.1.2. Термическое обезвреживание шпал	5
2.2. Железобетонные шпалы	6
2.3. Металлические шпалы	6
3. Примеры утилизации шпал	7
Список литературы	13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

Утилизация отслуживших свой срок деревянных железнодорожных шпал - проблема железнодорожной отрасли. Eжегодно скапливаются миллионы демонтированных шпал. Можно захоронить их на специальных полигонах. Но в таких шпалах очень много вредных веществ, которые могут попасть в грунтовые воды. И на сегодня мощностей таких полигонов уже не хватает. В результате старые шпалы складируются. Конечно, шпалы можно просто сжечь, но содержащийся в них креозот очень токсичен.

Количество шпал на один километр железнодорожного пути называется эпюрой укладки шпал. Это значение в разных странах колеблется от 1000 до 2200 шпал. Стандартные значения для России 2000, 1840, 1600 либо 1440 шпал/километр. В основном применяется эпюра 1840 шт/км (46 шпал на 25 метров) на прямых участках и 2000 шт/км в кривых. Всего в России около 160 миллионов деревянных шпал. И все эти шпалы пропитаны антисептиком.

Сложность утилизации шпал связана с высокой токсичностью используемых антисептиков (креозот, каменноугольное масло, крезол и др.) Креозот, которым чаще всего пропитывают шпалы для предотвращения их гниения является продуктом перегонки каменного угля и содержит более 70% ароматических углеводородов (фенолы, их эфиры, крезолы, нафталин, антрацен и др.). Именно с креозотом связана главная опасность, которую источают отработанные пропитанные деревянные шпалы. И именно он определяет тот факт, что шпалы утилизируются.

Креозот представляет собой химическое вещество, в основном не имеющее цвета, хотя иногда бывающее желтой, либо желто-зеленой окраски, состоящее из смеси фенолов. Получают его из древесного или каменноугольного дегтя. Выглядит креозот в виде маслянистой воспламеняющейся жидкости, плохо растворяющейся в воде и имеющей сильно ударяющий в нос запах. Именно из-за риска возникновения пожара, а соответственно и вреда окружающей среде, должна производиться своевременная утилизация шпал, обработанных этим веществом. Креозот разделяют на два вида. Тот, который добывают из деревьев, применяется в медицине в качестве антисептика и в лечении такого опасного заболевания, как туберкулез. Креозот великолепно сохраняет древесину, предохраняя ее от гниения и порчи насекомыми вредителями [5].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Способы утилизации шпал

Несмотря на то, что постепенно во многих регионах на железных дорогах стараются заменить деревянные шпалы на железобетонные, вопрос утилизации остается довольно острым. Да и железобетонные шпалы, хоть у них и срок эксплуатации побольше, тоже нужно когда-то утилизировать. Существуют еще и стальные шпалы, которые при утилизации сдаются в черный лом, а так же шпалы из пластика - и все эти шпалы нуждаются в утилизации.

2.1. Деревянные шпалы

У деревянных шпал, которые имеют наибольшее распространение в нашей стране, срок эксплуатации короче, чем у железобетонных, поэтому необходимость в замене шпал возникает гораздо чаще. Срок эксплуатации шпалы деревянной - от 5 до 35 лет, многое зависит от типа древесины, из которой изготовлена шпала, качества пропитки, климатических условий зоны и интенсивности эксплуатации.

2.1.1.Шпалы - материал для строительства

После того, как шпала отслужила свой срок в качестве подпорки для рельс железнодорожного полотна, ее могут использовать для строительства хозяйственных построек: сараи, изгородь, подсобные помещения, небольшие мостики и тд. Но использовать для таких целей можно деревянные шпалы, пропитанные не креозотом, а более безопасными антисептическими средствами.

Если пропитанные шпалы креозотом используются в качестве строительного (вторичное применение) материала, то такие постройки становятся экологически вредными. Внутри помещения будет ощущаться неприятный, резкий и токсичный запах, зато пропитанные шпалы будут служить довольно долго, тк не будут подвергаться воздействию насекомых гниению.

 

 

2.1.2.Термическое обезвреживание шпал

Самый простой и известный способ по утилизации деревянных шпал - это сжигание.

Однако при таком способе ликвидации шпал в процессе сжигания шпалы выделяют в окружающую среду очень много вредных веществ - фенол, ацетон, бутанол и т.д., это может привести к отравлению и заболеваниям раком.

 

Сжигание шпал

При использовании этого метода необходимо применять высокоэффективные системы газоочистки.

 

Газификация шпал

Газификация - физико-химический процесс превращения деревянных шпал в горючие газы с помощью свободного или связанного кислорода.

 

Пиролиз шпал

В процессе пиролиза деревянные шпалы подвергаются термическому разложению в условиях очень высокой температуры и без доступа кислорода. Такой метод можно применять для б/у шпалы пропитанной с дистилляцией каменноугольных масел. Такой способ утилизации шпал более безопасный, тк переработка шпал происходит в герметичном помещении и все вредные вещества, которые выделяются в процессе - фильтруются и нейтрализуются с помощью ряда специальных фильтров.

Иногда ликвидация пропитанных деревянных шпал происходит в 2 этапа: сначала шпалы обрабатываются химическими реагентами, которые связывают и нейтрализуют креозот, затем уже происходит утилизация обезвреженной древесины шпал.

 

 

2.2. Железобетонные шпалы

Среди плюсов этих шпал можно выделить, огромный срок эксплуатации, прочность, позволяющая использовать их на напряженных участках путей. Среди минусов – маленькая жесткость, более высокая стоимость и большой вес.

 

2.3. Металлические шпалы

Как упоминалось выше, утилизируют шпалы этого вида, как черный лом. А происходит это вследствие поражения ржавчиной. Зачастую их используют в виде временных путей и на ветках промышленных заводов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Примеры утилизации  шпал.

Огромная часть России - это Сибирь и Северные регионы, длинные морозные зимы и многолетняя мерзлота. Железобетонные шпалы в таких климатических условиях малопригодны - сильно деформируются и просто лопаются от морозов. Так что для холодных районов годятся только деревянные шпалы. Но рано или поздно их нужно менять. И все они пропитаны токсичным креозотом и другими антисептиками.

Примеры утилизации шпал:

1. Первый комплекс по термическому уничтожению шпал, разработанный именно для сжигания шпал, установлен на Тихорецком шпалопропиточном заводе в Краснодарском крае в 2001 году. Производительность 150 кг/час. Новый комплекс 2009 года - в Иркутской области (500 кг/час).
2. В Иркутской области на станции Тагул был построен, но сейчас не эксплуатируется комплекс утилизации шпал компании «Турмалин» на базе инсинератора ИН-50.5М, производительность его 500 кг/час. Комплекс изготовлен по заказу ВСЖД. Шпалы перед отправкой в камеру сжигания распиливают на несколько частей и в вагонетках поднимают к загрузочному люку. Внутри печи работает несколько толкателей-ворошителей, которые проталкивают шпалы вглубь печи и перемешивают их, чтобы горели лучше. Золы на выходе из печки остается не больше пяти процентов от исходной массы. Когда комплекс запускался, экологи проверяли выбросы – всё подтвердилось, вредных веществ из трубы комплекса выходит в десятки раз меньше, чем это предписывают экологические нормы. 
   Три основных функции комплексов утилизации шпал: 
   Избавление от опасных отходов. 
   Улучшение экологической обстановки. 
   Выработка тепловой энергии. 
   В случае с деревянными шпалами тепло – это "побочный продукт". Шпалы по калорийности близки к каменному углю. Когда они сжигаются в большом количестве, выделяющееся тепло можно и нужно использовать. В Тагуле железнодорожники решили вообще отказаться от угольной котельной и с вводом установки отапливать от него всю станцию и железнодорожный поселок. Тут и горячая вода, и паровое отопление [3].

Разновидности дробильных установок:

- машина VB-750DK. Ее производительность достигает 25 т/ч. Они применяются для измельчения железнодорожных шпал без предварительного отделения металла [1]. Машина VB-750DK представлена на рис. 1.

Рис.1. Машина VB-750DK.

- машины типа  DP- 660. Их производительность составляет от 2 до 4 т/ч, а размер щепы на выходе варьируется от 10 до 30 мм. Применяются для измельчения древесных отходов типа горбыля, рейки, веток и срезов деревьев в технологическую щепу [1].

- Измельчитель Hammel модель VB 750 HHR. Большая производительность до 25 т/час. Первичный измельчитель предназначен для измельчения крупногабаритных материалов, включая все виды старой, смешанной и сырой древесины, шпал без предварительного отделения металлических предметов, кабельных катушек, телефонных столбов, корней и крон деревьев, бумажных рулонов, изделий из пластика и т.д [2]. Измельчитель VB 750 HHR представлен на рис.2.

Рис.2. Измельчитель VB 750 HHR.

 

- Измельчитель Hammel модель NZS 700 D/E. Большая производительность: от 20 до 40 т/час ( зависит от размера и типа измельчаемого материала). Вторичный измельчитель NZS 700 предназначен для доизмельчения древесных отходов, после предизмельчителя VB 750 , в щепу. Полученная таким образом щепа имеет размер фракции от 10 до 60 мм [2]. Измельчитель NZS 700 D/E представлен на рис.3.

Рис.3. Измельчитель NZS 700 D/E.

 

- ХААС-дробилка мобильного исполнения с двумя валами. идеальна для измельчения и переработки предметов большого объёма. высокая производительность, возможно до 100 т/час. Незначительное шумообразование [1].

- Большая дробилка MGB. Идеальное решениее для измельчения крупногабаритных объёмных древесных и прочих б/у материалов. производительность: от 5 до 50 т/час (в зависимости от модели). Дробилка оснащена большим дробящим валом с защищёнными от износа зубьями, которые при износе заново навариваются. Дробилка MGB представлена на рис. 4.

Рис.4. Дробилка MGB.

3. Главной задача на сегодня – сделать так, чтобы шпалы сжигались в печи целиком – без предварительного дробления. Именно такой вариант использует компания «Безопасные Технологии» и также реализует этот метод в Тагуле. В старых шпалах часто попадаются инородные детали: металлические болты, металлические пластины, костыли, гранитная крошка. Пилы и дробилки, постоянно натыкаясь на такой "мусор", ломаются. «Безопасные Технологии» работают над сборкой комплекса для утилизации старогодних шпал КТО-1000.Ш. 
   Он включает вращательную барабанную печь, котел-утилизатор и блок многоступенчатой очистки отходящих газов. 
   Комплекс термического обезвреживания подобного типа был изготовлен компанией «Безопасные Технологии» впервые. При конструировании установки специалисты промышленной группы опирались на конкретные требования заказчика: необходимость утилизировать большие объемы отходов (до 100 тысяч шпал в год), и сохранить экологию Байкальского региона. Высокая мощность комплекса позволит использовать вырабатываемое тепло на отопление и горячее водоснабжение помещений [4].

 

Новые методы утилизации деревянных шпал, пропитанных креозотом

На ряде дорог успешно осваивают новые методы утилизации отслуживших свой срок деревянных шпал, пропитанных креозотом. На рис.5. представлена загрузка железнодорожных шпал на платформу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.5. Загрузка железнодорожных шпал на платформу.