<<
>>

Термический метод обезвреживания ТБО. Мусоросжигательные заводы

Вторым по объему применения после полигонов (свалок) стал способ термического обезвреживания [3, 7, 12, 14, 20, 25, 29, 30, 32].

Причем, все большие слои общественности и специалистов начинают понимать, что городской мусор - это выгодное возобновляемое топливо, заменяющее уголь, газ, нефть и тем самым сохраняющее первозданную природу и ее ресурсы для будущих поколений [6, 8, 11, 17, 36, 37].

По калорийности ТБО составляют примерно треть калорийности угля и при надлежащей технологии сжигания и соответствующем утилизационном оборудовании можно достичь очень высокого выхода тепловой и электрической энергии. Для России при ее системе утилизации смешанного мусора сегодня это наиболее рациональный и экономически выгодный способ переработки (обезвреживания). Хотя сегодня у нас делаются очень некорректные попытки оставить продвижение этого способа. Это и публикации доктора химических наук С.С. Юфита - сотрудника Института органической химии РАН им. Н.Д. Зелинского, и выступления таких организаций как «Гринпис России». Так, реакцией на решение Правительства Москвы построить ряд мусоросжигательных заводов в округах столицы с выработкой тепловой и электрической энергии стали публикации в журнале «Твердые бытовые отходы» (2008-2009 гг.), например публикация «Выбросы мусоросжигательных заводов воздействуют на всю

Москву», в которой экологи московского отделения «Гринписа России» утверждают, что после введения в эксплуатацию новых МСЗ экологическая обстановка в Москве значительно ухудшится. При этом выдвигается, с нашей точки зрения, совершенно ложный довод, заключающийся в том, что «ни в одном из крупных городов мира не строят более двух таких заводов». Аналогичный довод приводится и в статье «Аргументы и факты политики управления отходами», в которой автор в разделе «О строительстве мусоросжигательных заводов» также утверждает, что «во всем мире нет городов, где эксплуатировалось бы более двух МСЗ», и далее заявляет, что в Париже мусоросжигательных заводов «в действительности нет ни одного - все заводы расположены в пригороде».

На самом деле, расположение крупных заводов для сжигания ТБО вблизи центров таких больших городов, как, например, Париж, Лондон, Гамбург, Брюссель, Вена и др., - это нормальная мировая практика, проверенная временем. Никто не собирается их закрывать и, более того, на месте «старых» заводов строят новые современные комплексы. Например, завод Исси, расположенный непосредственно у границ центральной части Парижа и введенный в эксплуатацию в 1964 г., был остановлен на модернизацию в феврале 2006 г., а в начале 2008 г. был вновь пущен в эксплуатацию, но уже с использованием новой современной технологии, отвечающей нормативным требованиям.

Таким образом, действующий муниципальный Совет Парижа не опроверг сделанный 40 лет тому назад выбор своих предшественников в пользу сжигания. Отметим также, что на заводы, расположенные в городской черте, могут поступать отходы из пригородов и из соседних областей, как, например, это происходит в Гамбурге. Это объясняется тем, что, являясь экологически безопасными предприятиями, современные заводы играют значительную роль в обеспечении города тепловой и электрической энергией.

В городской черте Парижа расположены три крупнейших завода, сжигающих 1,8 млн. т/год ТБО с суммарной мощностью электрических турбин 100 МВт, теплогенераторов - 500 МВт. В пригороде расположены еще 7 заводов суммарной мощностью по ТБО 1,1 млн. т/год. Все заводы вводились в эксплуатацию с 1969 по 2008 г. Если взять район большого кольца Парижа, то там работают 19 заводов по термической переработке ТБО общей установленной мощностью 4 млн. т/год.

В Германии к 2010 г. работало 73 мусоросжигательных завода общей производительностью по ТБО 18 млн. т/год [14]. Наряду с резким уменьшением объема и минерализации (избавлением от органического компонента) отходов вырабатывалась тепловая и электрическая энергия. Мусоросжигательные заводы Германии используют 72 % всей вырабатываемой энергии для генерации тепла в виде горячей воды и пара и около 28 % - для получения электроэнергии.

В Швеции работают 28 мусоросжигательных заводов, утилизирующих почти половину ТБО страны [13]. Посредством сжигания отходов Швеция производит около 20 % тепловой энергии для систем центрального отопления. В некоторых городах этот показатель достигает 40 % [12].

Лидером по числу мусоросжигательных заводов была и остается Япония [15]. Уже в 1975 г. в стране Восходящего Солнца работало 1 964 завода. Первый мусоросжигательный завод был построен в г. Киото в 1901 г., на котором к 1908 г. сжигалось 79 % всех образующихся в городе отходов. Такая ситуация в Японии была обусловлена рядом факторов: географическим положением, недостатком энергетических и земельных ресурсов и экономической политикой государства, не только стимулирующей, но и заставляющей строить мусоросжигательные заводы.

В бывшем СССР запускались в работу 10 мусоросжигательных заводов с упрощенной системой газоочистки и без утилизации энергии. Сегодня в России работают 4 завода: три в Москве и один в Архангельске. Мощность московских заводов по ТБО 700 тыс. т/год. Если московское Правительство реализует свои планы, то суммарная мощность заводов возрастет до 3,1 млн. т/год. Для экологии столицы это было бы существенная поддержка.

Жесткая полемика вокруг мусоросжигательных заводов возникла в конце 60-х гг. прошлого века, когда стала появляться пластмасса на основе хлорорганики и, соответственно, попадать в печи мусоросжигательных заводов [4, 25, 26, 34].

Исследования отходящих дымовых газов и золы показали, что в их составе появились очень опасные (для человека и природы) соединения - диоксины, фураны, названные впоследствии супертоксикантами. Структурная формула этих супертоксикантов основывается на двух бензольных кольцах, соединенных между собой и имеющих различное количество хлорных и кислородных включений. Схематично эти соединения представлены на рис. 3.10. Их полное официальное название - дибензо-n- диоксины (PCDD) и полихлорированные дибензофураны (PCDF). В русской транскрипции диоксины имеют обозначение ПХДД (полихлорированные дибензодиоксины), фураны - ПХДФ (полихлорированные дибен- зофураны).

Согласно проведенным исследованиям, оптимальная зона образования диоксинов и фуранов - это диапазон температур 250-450 °С [36]. Очень большое значение имеют также такие факторы, как конечная температура сжигания отходов, величина избытка кислорода, наличие металлов-катализаторов (особенно меди), скорость и время ведения процессов сжигания и охлаждения. В результате этих исследований было найдено решение этой острейшей проблемы. В требованиях к процессам сжигания современных отходов Агентство по охране окружающей среды США сформулировало принцип 3Т (температура не ниже 1 200 °С, время пребывания продукции сгорания при этой температуре не менее 2 секунд и турбулентность дымового потока не ниже Re gt; 50 000). При этом избыток кислорода должен быть в пределах 2-3 %. Этого принципа в последнее десятилетие придерживаются в Канаде, Японии, европейский странах. Его соблюдение позволяет добиться степени подавления диоксинов и фу- ранов 99,9999 % (принцип шести девяток). Концентрация диоксинов при этом не превышает норматив, равный 0,1 нГ/м3. Исходя из этих условий, реконструируются старые и строятся новые мусоросжигательные заводы.

Для российских ТБО метод сжигания наиболее оптимален и даже больше подходит, чем для европейского мусора, так как отсутствие раздельного сбора обуславливает их высокую теплотворную способность (ведь со вторсырьем уходят наиболее высококалорийные фракции!).

Рис. 3.10. Структурные формулы диоксинов и фуранов

Классификация

Можно выделить три базовых процесса термического уничтожения отходов, имеющих различную физическую природу: сжигание, пиролиз и газификация. По сути, все существующие технологии используют один из этих процессов или их комбинацию (рис. 3.11). Различными могут быть температура процесса и способы нагрева: горелки с традиционным топливом, плазменная энергия и т. д. Разберемся в их физической сущности.

Сжигание - это уничтожение отходов методом организованного горения - регулируемой реакции окисления с образованием пламени. Химическая энергия органических компонентов необратимо превращается в тепловую энергию, которая может быть утилизирована и направлена потребителю в виде пара или электроэнергии. Неорганические компоненты превращаются в зольный остаток.

Организованный процесс сжигания - это многоступенчатый процесс, происходящий в едином реакторе или печи. Он включает комбинацию процессов, происходящих в разных зонах: сжигание = пиролиз + газификация + термическое окисление органических веществ в газовой и твердой фазе (непосредственно горение).

На сегодня самым распространенным способом реализации управляемого сжигания является сжигание в топке МСЗ с подвижной колосниковой решеткой.

Пиролиз - это термическое разрушение углеродсодержащего материала при полном отсутствии кислорода или при его незначительном количестве. Продуктами пиролиза являются пиролизный газ, углеподобный остаток и жидкие продукты. Газ обладает средней теплотворной способ-

л

ностью (13-21 МДж/м ) и содержит много неконденсированной жидкости, насыщенных и ненасыщенных углеводородов, главным образом, метана, полученных в результате газификационного расщепления. Жидкий продукт (пиролизное масло, синтетическая нефть) представляет собой сложную смесь углеводородов с теплотворной способностью 15-20 МДж/м , которую следует очищать для использования в качестве топлива.

Относительные количества газа, жидкого и твердого продуктов зависят от температуры, времени выдержки, давления и других параметров реакции. При низких температурах (400-600 °С) образуется больше жидких продуктов, при высоких (700-900 °С) - больше газообразных.

Пиролиз отличается от газификации и сжигания, которые являются автотермическими реакциями, тем, что полностью протекает за счет энергии, сообщаемой через стенки реактора.

Г азификация - это процесс частичного (избирательного) окисления, при котором органические вещества превращаются в смесь газов, главным образом, водорода и окиси углерода.

Кроме того, образуется твердый углеподобный остаток, который вновь подвергается окислению (газификации) с получением дополнительных газов, зольного остатка и тепловой энергии, необходимой для проведения реакции. Например, для газификации целлюлозы упрощенно можно привести пример реакции:


В процессе требуется газифицирующий агент, в качестве которого обычно служит воздух или кислород.

Получаемая при газификации смесь газов - синтез-газ - может сжигаться для получения тепловой энергии непосредственно без очистки или образовывать после очистки достаточно качественное топливо, которое затем переводится в электрическую энергию посредством газовых турбин или двигателей внутреннего сгорания. Поэтому газификация позволяет получать электроэнергию с большей эффективностью, в то время как при сжигании отходящие газы сначала отдают свою энергию в котле-утилизаторе с производством пара, а затем энергия пара утилизируется в паровой турбине.

Газификация в воздухе происходит при температуре 900-1 000 °С, в кислороде - 1 000-1 400 °С. Газификация с воздушным дутьем дешевле, чем с кислородным, но теплотворная способность полученного синтез-

л

газа ниже: 4-6 МДж/Нм , поскольку в газе содержится до 60 % азота, тогда как при сжигании в кислороде теплотворная способность синтезгаза 10-18 МДж/Нм3.

На процесс газификации влияют следующие параметры: крупность частиц и гранулометрический состав смеси; теплотворная способность и содержание углерода в исходном сырье; содержание влаги; способ контактирования твердых частиц и газа; давление и температурный режим; продолжительность реакции. 

<< | >>
Источник: В.М. Малахов, А.Г. Гриценко, С.В. Дружинин. ИНЖЕНЕРНАЯ ЭКОЛОГИЯ МОНОГРАФИЯ В трех томах Том 1. 2012

Еще по теме Термический метод обезвреживания ТБО. Мусоросжигательные заводы:

  1. Термический метод обезвреживания ТБО. Мусоросжигательные заводы
  2. 3.1. Обработка и утилизация отходов пластмасс