Диссертация (Научно-техническое обоснование бивалентного теплоснабжения с использованием энергетической утилизации органосодержащих отходов), страница 5

Среди способов очистки топочных газовназывают: подавление диоксинов выдержкой в течение 2 с при температуре850 °С,при содержанииО2не менее 6 %;впрыскводногорастворакарбамида (H2N-CO-NH2) для хемосорбции хлора и хлористого водорода,связывание окислов азота и сернистых соединений; улавливание паров ртути,свинца, талия кадмия на слое активированного угля, очистка от сернистыхсоединений, прежде всего сероводорода Н3S c помощью сорбентов.Распределённая энергетика.

Ряд исследователей указывают [12, 13, 25],что в современных социально-экономических условиях развитие распределённойэнергетики на местных топливно-энергетических ресурсах с использованиемновых эффективных технологий может стимулировать развитие отечественнойэнергетики.При этомрассматриваетсяперспективасозданияиз предварительнообработанных ТКО топлива с высокими потребительскими качествами: “refusederived fuel” (RDF, по-русски это топливо из мусора, назовём его «композитным»).В передовых странах производство RDF на основе ТКО и других видов отходовуспешно конкурирует с ископаемыми видами топлива.

Разработкой технологиполучения такого топлива в России занимается ряд исследователей [10, 12, 25],и работы достигли уровня коммерческой реализации.Практически речь идёт о создании новых производств, где сырьём служатотходы (коммунальные и промышленные), а также местные виды топлива. Такиепроизводства состоят из ряда последовательных технологических стадий: сбори первичная сортировка, измельчение, транспортировка, сушка, смешение(осреднение свойств), брикетирование или пелеттирование, придание вида,28определяемого техническими требованиями потребителя. В основу производстваRDFположеныновыетехнологии–механоактивация,ультразвуковаяи механическая вибрация, термовоздействие, торрефикация [12, 46] и т.

п.Выход RDF в зависимости от страны и технологии варьируется в пределах25-50 % от массы ТКО, теплота сгорания достигает 12.18 МДж/кг [25].1.4.Технологии энергетического использованияотходов и степень их освоения.Технологии использования местных топлив отличаются многообразием,что связано с различиями свойств топлив [65].

Имеется ряд достаточно подробныхобзоров и монографий,посвященныхпереработки и утилизации отходов,как общимнапример, [23,73, 77],вопросамтак и отдельнымтехнологиям: термохимической газификации [61], анаэробному сбраживанию [81],экологическим аспектам переработки ТКО [42].Прямое сжигание – наиболее традиционный способ утилизации отходоворганического происхождения.

Существует ряд известных технологий. Например,широко известны котлы циркулирующего кипящего слоя Pyroflow, разработанныефирмойAhlströmдля сжиганиясхема такого котла показана на рис. 1.4.твёрдыхтоплив и отходов,29Рис. 1.4. Принципиальная схема котлогрегата циркулирующегокипящего слоя Pyroflow.1 – экранированная топка, 2 – решетка кипящего слоя, 3 – циклон, 4 – трактрециркуляции золы,5 – конвективнаяшахта,6 – пароперегреватель,7 – экономайзер, 8 – воздухоподогреватель, 9 – электрофильтр.Естьотечественныеаналогитакихкотлов,разработанныесовместно ВТИ и «Энергомаш» (Белгород) [62, 78]. Одновременно имеютсямногочисленные конструкции котлов малой мощности, топочных устройств,систем топливоподачи для слоевого сжигания отходов [83].Технологии энергетической переработки ТКО имеют много общегос переработкой местных топлив и отходов.

При этом речь идёт об органическойчасти ТКО, доля которой, как отмечалось в предыдущем параграфе, колеблетсяот 40до 70 %.Однакона первыйпланпри утилизацииэкологическая составляющая, о чем указывалось выше.ТКО выходит30Одностадийноеспециальных(прямоетопочныхсжигание),устройств,предусматривающеерассчитанныхсозданиена использованиенесортированных ТКО и снабжённых устройствами для подавления вредныхвыбросов и сортировки негорючей части отходов. Как правило, применяетсяв составе крупных мусоросжигательных заводов с целью утилизации ТКОи комбинированной выработки тепловой и электрической энергии [20, 78].Принципиальная схема мусоросжигательного завода представлена на рис. 1.5.Рис.

1.5. Принципиальная схема мусоросжигательного завода1 – приемное отделение, 2 – приемный бункер для отходов, 3- котлоагрегат,4 – ввод аддитивов, 5 – абсорбер, 6 – рукавный фильтр, 7 – бункер шлака,8 – бункер золы, 9 – система подавления NOx.Двухстадийноесжигание,с предварительнойтепловойобработкойтоплива (термогенезация) является более совершенным методом сжиганияотходов,так как расширяеттермодинамическиевозможностиреализуемыхтепловых схем энергетических установок. Здесь в зависимости от температурногоуровня процесса различают торрификацию [89], пиролиз, газификацию [65]и плазмолиз [47].Газификация - наиболее распространённая технология, осуществляемаяв интервале температур 500-12000С [65, 91]. В зависимости от способов подводатеплоты,необходимойдля газификации,выделяютавтотермический31и аллотермическийраспространенметодыгазификации [36,автотермический91].На практикеспособ газификации.наиболееВ зависимостиот организации подачи окислителя и гранулометрического состава исходноготвердого топлива выделяют следующие основные схемы автотермическогоспособа газификации: схема газификации в плотном слое; газификации в кипящемслое(КС),псевдоожиженноми циркулирующимкипящемслое(ЦКС);схема газификации в пылевом потоке [65].Существует несколько типов слоевых газогенераторов, где варьируютсярасположения места подачи воздушного (или иного) дутья, места отбора газаи направления его движения [24, 25, 28].

Примером современного техническогорешения являются двух- и трёхзонные газогенераторы, показанные на рис. 1.6.а)б)Рис. 1.6. Примеры конструкций современных слоевыхгазогенераторов по [26] (а – двухзонный, б – трехзонный)В результате процесса газификации получается горючий газ, который может бытьиспользован в водогрейных или энергетических котлах, газопоршневых машинах,а при должной очистке и в ГТУ [25]. В зависимости от режимных параметровпроцесса (давление, температура), вида окислителя (воздух, пар и их смесь),32способа подвода тепла (внутренний, через стенку) меняется соотношение горючихсоставляющих и балластных газов. В результате теплота сгорания генераторногогаза варьируется в очень широких пределах: от 4,5 до 21 МДж/м3.Интересныйгазогенератораллотермическоготипа,основанныйна применении тепловых труб для подвода тепла в зону газификации от внешнегоисточника [52], разрабатывается в Мюнхенском техническом университете.Соответствующаясхема приведена на рис.1.7.Ожидается,что принятаятехнология позволит получать газ теплотой сгорания порядка 11 МДж/м3.Рис.

1.7. Принципиальноеустройство аллотермического газогенератора по [52].За рубежомгазификациярастительныхотходовдавнодостиглакоммерческого уровня [96], наиболее известными сегодня являются слоевыегазогенераторы Bioneer компании Bioneer Oy [97] (теперь Foster Wheeler EnergiaOy, Финляндия) и реакторы PRM Energy Systems, Inc. (США), газификаторыс циркулирующим кипящим слоем (ЦКС) Pyroflow компании A. Ahlstrom Oy(теперь Foster Wheeler Energia Oy), а также компаний Lurgi Energie und Umwelt(Германия) и TPS Termiska Processer AB (Швеция). Мощная установка,сочетающая газогенератор кипящего слоя (КС) с газотурбинной установкой (ГТУ),33разработана в США (FERCO Enterprises, Inc.) [98].

Активно ведутся исследованияпо совершенствованиюсистемочистки газа и затратамна его производство фирмами VTT (Финляндия), BTG (Нидерланды), Маддскийуниверситет Complutense, TPS (Швеция) [92, 95, 101].Автономные газогенераторные ТЭЦ с поршневыми машинами разработаныв Финляндии [100].Так,например,с 2001 годатамфункционируетгазогенераторная ТЭЦ (The Tervola CHP plant) установленной электрическоймощностью 450 кВт, тепловой – 1,1 МВт. Принципиальная схема ТЭЦ приведенана рис.

1.8. На данной ТЭЦ реализована технология слоевой газификациибиомассы, в качестве топлива используются отходы предприятий деревообработкии лесозаготовки [65].Рис. 1.8. Принципиальная схема ТЭЦ, работающей на биомассе [65]34Среди многообразия технологий обращения с отходами следует выделитьещёдве,предусматривающиедвустадийноесжигание,но на первойстадии имеющих процессы биологической природы:1.

Метанное сбраживание (метанизация) с помощью специальных культурмикроорганизмов – наиболееуспешно осуществляетсяна разнообразныхорганических отходах животного и растительного происхождения с влажностьюне менее 75 %, в стадии разработки находится технология биоконверсии биомассыс влажностью менее 75 % – твердофазная метанизация осадков сточных води твердых бытовых отходов [48, 73]. Конечным продуктом здесь являетсябиометанСН4,использованиекоторогов промышленныхи бытовыхэнергетических устройствах не отличается от использования природного газа.Принципиальная схема такого устройства приведена на рис.

1.9.Рис. 1.9. Принципиальная схема метантенка.1 – приемная труба, 2 – подача пара, 3 – трубопровод циркулирующегоосадка, 4 – выпуск иловой воды, 5 – выпуск сброженного осадка, 6 – насосдля циркуляции и перемешивания осадка, 7 – гидроэлеватор.2. Анаэробное сбраживание натуральных ТКО на полигонах, специальнооборудованных для сбора биогаза. Механизм биоконверсии в данном случае35близок выше указанной метанизации, только в данном случае необходимыедля сбраживания микроорганизмы возникают естественным путём. Такой процессявляется многолетним, он длится до 100 лет, причем наибольшее количествобиогаза выделяется в первый год процесса и затем убывает по экспоненциальномузакону.Схема образованияи сбора биогаза на полигонеТКО представлена на рис.

1.10.Целенаправленный отводбиогаза и теплаЦеленаправленный отводОсадкибиогаза и теплаи их последующаяинфильтрацияВыделениеВыделениебиогаза и тепла, испарениебиогаза и тепла, испарениеи поверхностный стоки поверхностный стокБиохимическоеразложение отходовс образованием биогаза и фильтратаОтвод фильтрата через дреныЧастичное просачивание фильтрата сквозьизолирующее покрытие основанияГрунтовые водыРис.