Утилизация твердых коммунальных отходов в плазмохимическом реакторе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Утилизация твердых коммунальных отходов в плазмохимическом реакторе

Е.В. Попова, Е.О. Карева

Проблема утилизации и обезвреживания твёрдых коммунальных отходов (ТКО) является одной из наиболее актуальных мировых проблем в области охраны окружающей среды.

Пароплазменная газификация ТКО может быть использована для решения широкого круга задач, в том числе для переработки 98% любых видов отходов. В ее основу положен высокотемпературный пиролиз (900-1050°С), позволяющий достичь максимальных показателей выхода пиролизных газов, а дальнейшее повышение температуры до 1200° С и выше, дает возможность получения синтез-газа с минимальным содержанием жидких фракций и вредных примесей [1].

Процесс плазменной газификации осуществляют в реакторе типа вертикальной шахтной печи, куда сверху загружают отходы, а противотоком подают газифицирующий агент - пар с температурой 60-80°С [2]. В плазмохимических реакторах достижение высоких температур обеспечивается использованием безынерционного нагревательного элемента - электрической дуги. Мощность и плотность тепловой энергии в дуге позволяют создавать в реакторе среду определенного химического состава и вести химические процессы с высокой производительностью [3].

Основные материальные и энергетические потоки в реакторе показаны на рисунке 1. В реактор подаются потоки ТКО и агента газификации, в качестве которого используется водяной пар. Теплота, выделяющаяся при газификации ТКО, расходуется на осуществление процессов сушки, пиролиза и газификации, причем в зоне окисления происходит передача теплоты от раскаленных частиц ТКО к газам, а в зонах сушки, пиролиза и газификации происходят физические и химические процессы за счет теплоты нагретых газов. Кроме того осуществляется передача теплоты между отдельными частицами и зонами путем теплообмена излучением. Часть теплоты отводится через стенки реактора в окружающую среду.

Основные реакции, происходящие при термическом разложении ТКО - реакции взаимодействия углерода и его окислов с кислородом, водородом и водяным паром, т.к. именно они определяют энергетику и состав основных продуктов газификации.

обезвреживание коммунальный отход газификация

Рис. 1 Схема материальных и энергетических потоков в реакторе

В результате реакций углерод ТКО превращается в зоне газификации в СО и СО₂, а в продуктах взаимодействия водяного пара с углеродом всегда присутствуют такие составляющие, как Н₂, СО, СО₂ и Н₂О.

Для анализа и расчета экономической эффективности установки плазменной газификации ТКО были приняты следующие условия:

- в г. Калуге, согласно имеющимся данным, образуется широкий спектр отходов производства и потребления, различных видов и всех классов опасности. В среднем, на 343 предприятиях города Калуги, в течение календарного года образовывается 932867,18 тонн опасных отходов, представленных 391 видом отходов согласно Федеральному классификационному каталогу отходов (Приказ МПР России № 786 от 02.12.2002 г.) [4];

- установка плазменной газификации ТКО оснащается современным оборудованием, при этом мощность рассчитывается с учетом потерь по передаче энергии;

- стоимость, перерабатывающего отходы, комплекса на 40 тыс. тонн сырья (мини-ТЭЦ на 3,3 МВт) составляет 2,6 тыс. долларов США за 1 КВт установленной мощности [5];

- стоимость текущего обслуживания оборудования определяется из расчета заработной платы для 15 сотрудников. Заработная плата принята в размере 35000 руб;

- коэффициент дисконтирования принят равным 8%;

- продажа производимой энергии принята из расчета 4,0 руб/кВт·ч;

- переработка промышленных и бытовых отходов составляет 40000 тонн в год;

- мощность установки по выработке электроэнергии - 3,3 МВт;

- расчетное число часов работы исследуемой установки составляет 7500 часов в год; тариф на захоронение отходов, включая НДС, составляет 47,08 руб./куб. м [4].

Результаты, проведенных вычислений, а также эксплуатационных и экономических показателей установки представлены в таблице 1.

Таблица 1. Экономические показатели установки плазменной газификации ТКО производительностью 40000 т/год

Показатели эффективности инвестиций рассчитывались по дисконтированным потокам наличности и дисконтированным потокам выплат денежных средств по методике, изложенной в «Методических рекомендациях, по оценке эффективности инвестиционных проектов» [7].

Предотвращенные платежи и затраты за образование и захоронение отходов определялись в соответствии с методиками, утвержденными Постановлением Правительства РФ от 12 июня 2003 г. №344 [8].

Таким образом, производство электроэнергии с применением альтернативных видов топлива при использовании технологии утилизации ТКО на основе процесса пароплазменной газификации позволит: получить значительный эколого-экономический эффект, использовать наиболее дешевые и высокоэффективные виды энергогенерирующего оборудования, а также оптимизировать потребление природных ресурсов.

Список литературы

[1]. Морозенко М.И., Кусачева С.А., Черняев С.И. Оценка технико-экономических показателей технологии пароплазменной газификации твердых коммунальных отходов, а также отходов производства и потребления // Современные наукоемкие технологии. - 2016. - № 6 (часть 1). - С. 60-64.

[2]. Михайлов Б.И. Электродуговые плазмохимические реакторы раздельного, совмещенного и раздельно-совмещенного типов // Теплофизика и аэромеханика, 2010. - том 17. - № 3. - С. 425-440.

[3]. Пушкарев А.И., Ремнев Г.Е. Прикладная плазмохимия. - Томск: Изд-во ТПУ. - 2011. - 255 с.

[4]. Состояние и охрана окружающей среды в Калуге: Сборник материалов. Калуга: Изд-во ООО фирма «Экоаналитика». - 2015. - 76 c.

[5]. Технология пароплазменной газификации. ООО «НИК «РусЭкоЭнерго» [Электронный ресурс]. URL:http://www.rusecoil (дата обращения 14.09.16).

[6]. Прием лома цветных и черных металлов. Компания ТД Пионер [Электронный ресурс]. URL:http://www.lom-trade.ru/chernyj-metall/ceni-na-chernyj-metall (дата обращения 24.09.16).

[7]. Методические рекомендации, по оценке эффективности инвестиционных проектов. - М.: Экономика, 2000. - 421 c.

[8]. Постановление Правительства РФ от 12 июня 2003 г. №344. «О нормативах платы за выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ стационарными и передвижными источниками, сброса загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные источники, размещение отходов производства и потребления».

Размещено на Allbest.ru