Получение теплоты при сжигании твердых бытовых отходов
ГЛАВА 11
Получение теплоты при сжигании твердых бытовых отходов
Проблема полного уничтожения или частичной утилизации твердых бытовых отходов (ТБО) - бытового мусора - актуальна, прежде всего, с точки зрения отрицательного воздействия на окружающую среду. Твердые бытовые отходы - это богатый источник вторичных ресурсов (в том числе черных и цветных металлов), а также «бесплатный энергоноситель», так как бытовой мусор — это возобновляемое углеродосодержащее энергетическое сырье для топливной энергетики. Однако для любого города и населенного пункта проблема удаления и обезвреживания ТБО всегда является, в первую очередь, проблемой экологической. Как известно, подавляющая масса твердых бытовых отходов в мире пока складируется на мусорных свалках или специально организованных «мусорных полигонах». Однако это самый неэффективный способ борьбы с ТБО, так как мусорные свалки, занимающие огромные территории, часто плодородных земель, и характеризующиеся высокой концентрацией углеродосодержащих материалов (бумага, полиэтилен, пластик, дерево, резина), часто горят, загрязняя окружающую среду отходящими газами. Кроме того, мусорные свалки являются источником загрязнения как поверхностных, так и подземных вод за счет дренажа свалок атмосферными осадками. Например, в Москве ежегодно образуется 10 млн. т промышленных и бытовых отходов, которые вывозятся на специализированные свалки. Таких свалок в Подмосковье свыше 50, каждая площадью от 3 до 10 га. В целом в России под мусорные свалки отчуждено 0,8 млн. га земель, среди которых не только овраги и пустыри, но и плодородные черноземы.
Зарубежный опыт показывает, что рациональная организация переработки ТБО дает возможность использовать их до 90% в строительной индустрии, например в качестве заполнителя бетона. По данным специализированных фирм, осуществляющих в настоящее время даже малоперспективные технологии прямого сжигания ТБО, из 1000 кг твердых бытовых отходов можно получить тепловую энергию, эквивалентную сжиганию 250 кг мазута. Однако реальная экономия будет еще больше, поскольку не учитывается сам факт сохранения первичного сырья и затраты на его добычу.
Сжигание - это распространенный способ уничтожения ТБО, который широко применяется с конца XIX века. Сжигание бытового мусора, помимо снижения его объема и массы, позволяет получать дополнительные энергетические ресурсы, которые могут быть использованы для получения централизованного отопления и производства электрической энергии. К числу недостатков этого способа относятся выделение в атмосферу вредных веществ. При сжигании ТБО получают 28-44% золы от сухой массы и газообразные продукты - двуокись углерода, пары воды, различных примесей. Так как процесс горения отходов происходит при температуре 800-900°с, то в отходящих газах имеются органические соединения - альдегиды, фелоны, хлорорганические соединения.
Теплотворная способность бытовых отходов примерно соответствует бурому углю. В среднем она колеблется от 1000 до 3000 ккал/кг. Выявлено также, что по теплотворной способности 10,5 т мусора эквивалентны 1 т нефти, по калорийности бытовые отходы уступают углю в 2 раза. Примерно 5 т ТБО выделяет при сгорании столько же тепла, сколько 2 т угля или 1 т жидкого топлива.
Сжигание можно разделить на 2 вида: непосредственное сжигание, при котором получается только тепло и энергия; пиролиз, при котором образуется жидкое и газообразное топливо.
В настоящее время уровень сжигания бытовых отходов в отдельных странах различен. Так, из общих объемов бытового мусора доля сжигания колеблется в таких странах, как Австрия, Италия, Франция, Германия, от 20 до 40%, Бельгия, Швеция - 48-50, Япония - 70, Дания, Швейцария - 80, Англия и США - 10%. В России сжиганию подвергаются лишь около 2% бытового мусора, а в Москве - около 10%.
Для повышения экологической безопасности необходимым условием при сжигании мусора является соблюдение ряда принципов. К основным из них относятся температура сжигания, которая зависит от вида сжигаемых веществ, продолжительность высокотемпературного сжигания, создание турбулентных воздушных потоков для полноты сжигания отходов.
Рекомендуемые материалы
В последние годы ведутся исследования по совершенствованию процессов, что связано с изменением состава бытовых отходов, ужесточением экологических норм. К модернизированным способам сжигания отходов можно отнести замену воздуха, подаваемого для горения, на кислород. Это позволяет снизить количество ПСГ, изменить их состав и получить стеклообразный шлак. Сюда же относится и способ сжигания мусора в псевдо-сжиженном слое. При этом достигается высокая полнота сгорания.
По зарубежным данным, сжигание мусора целесообразно применять в городах с населением не менее 15 тыс. человек, при производительности печи около 100 т/сут. Из каждой тонны отходов можно выработать около 300-400 кВт/ч электроэнергии.
В настоящее время топливо из бытовых отходов получают в измельченном состоянии в виде гранул и брикетов. Предпочтение отдается гранулированному топливу, так как сжигание измельченного топлива сопровождается обильным пылевыносом, а использование брикетов создает трудности при загрузке в печь и поддержании устойчивого горения. Кроме того, при сжигании гранулированного топлива намного выше к.п.д. котла.
Надо отметить, что большинство мусоросжигающих заводов в России было построено в тот период, когда не были ужесточены нормы выброса газовой составляющей. Однако сейчас стоимость газоочистки на этих заводах существенно возросла, вследствие чего необходимо строительство современных, более экологически безопасных мусороперерабатывающих комплексов. Такой комплекс в ближайшее время будет построен в Петербурге.
Принципиальная схема мусороперерабатывающего завода представлена на рис. 11.1.
Твёрдое топливо (ТБО)
Вам также может быть полезна лекция "6 Свойства тензора напряжений. Главные напряжения".
Рис. 11.1. Схема переработки ТБО:
1 - газогенератор; 2 - бойлер водяного отопления; 3 - фильтр тонкой очистки; 4 - блок двигателя-генератора; 5 - котел утилизатор; б - охладитель
При строительстве таких объектов основной является проблема охраны окружающей среды. Это связано с тем, что общественность зачастую не имеет достоверной информации о том, представляют ли подобные предприятия опасность для окружающей среды. Как правило, опасность загрязнения сильно преувеличена и в большей степени относится к старым данным, основанным на сжигании твердых бытовых отходов. Действительно, на старых установках выброс того же диоксина может достигать 300 мкг на тонну топлива. На современных же этот показатель не превышает 0,6 мкг на тонну. Для сравнения: при сжигании каменного угля выделяется 1-10 мкг диоксина, при сжигании тонны бензина - от 10 до 2000 мкг.
Разумеется, строительство котельной невозможно без целого комплекса природоохранных мероприятий. Проектами, в частности, предусматривается устройство сооружений для очистки дренажных стоков от органических загрязнений, тяжелых металлов, механических примесей. Газы, выходящие в атмосферу, будут проходить глубокую многоступенчатую очистку. Опыт показывает, что при надлежащем выполнении этих условий влияние на окружающую среду минимально. Достаточно сказать, что австрийский завод, по образу которого будет строиться комплекс в Петербурге, расположен в центре Вены. Трудно предположить, что общественность австрийской столицы допустила бы подобное, если бы завод не был полностью безопасен с экологической точки зрения.
Сегодня в Швейцарии, Дании и других европейских странах сжигается до 80% отходов, при этом производится тепло и электроэнергия. В Германии, законодательство которой считается самым жестким с точки зрения экологии, работает более полусотни подобных установок; на свалки вывозится только 10% мусора. Примечательно, что сжигание мусора дает экономический эффект. Затраты на сжигание одной такой тонны мусора на новом оборудовании составляют 180-200 марок, а складирование его на полигонах стоит 200-400 марок за тонну.
Таким образом, использование твердых бытовых отходов в качестве топлива в нашей стране, энергия, выработанная на мусоросжигающих заводах, имеют низкую конкурентоспособность. Это связано с большими капитальными затратами на строительство подобных комбинатов, с долгими сроками окупаемости и, прежде всего, с низкими ценами на органическое топливо.
