О новой концепции экологически чистого сжигания топлива из твердых бытовых отходов на теплоэлектроцентралях

Размещено на http://www.allbest.ru/

О новой концепции экологически чистого сжигания топлива из твердых бытовых отходов на теплоэлектроцентралях

Б.И. Левин

А.А. Бутко

В настоящее время во всем мире практикуется в той или иной степени промышленная переработка твердых бытовых отходов (ТБО) и части промышленных отходов, по своим характеристикам идентичным бытовым. Среди многообразия способов переработки (сортировка с выделением из отходов коммерческих составляющих и т. п.) наиболее рациональным и распространенным в мире методом является использование ТБО в качестве ежедневно возобновляемого местного топлива, низшая теплота сгорания (Qрн) которого колеблется в настоящее время от 5 МДж/кг (1200 ккал/кг) до 16,5 МДж/кг (3950 ккал/кг). Эта теплота сгорания сопоставима с Qрн торфа, сланцев, подмосковного бурого угля, бурых углей Березовского бассейна. Она зависит от ряда показателей, и в частности от влажности Wр и зольности Ар. Наивысшие значения Qрн относятся к топливу, специально подготовленному из отходов (Qрн = 16,5 МДж/кг).

Известно, что при экологически чистом сжигании ТБО на различных специальных топочных решетках и использовании тепла продуктов сгорания котлами-утилизаторами решаются, по меньшей мере, 5 задач:

- ликвидируются свалки отходов, заражающие окружающую среду и выводящие огромные территории из сферы полезного использования;

- обезвреживаются ТБО и при помощи специального оборудования содержание вредных веществ в уходящих газах доводится до допустимого уровня;

- шлаки и зола от сжигания отходов обезвреживаются и полезно используются в строительной индустрии;

- достигается экономия ископаемого топлива (сжигание 1 т. ТБО замещает в среднем 450 кг. у. т.);

- вырабатывается и полезно используется электрическая и тепловая энергия.

Отметим как пример: количество ТБО, собранное за год с 10 жителей г. Москвы, обеспечивает теплом круглый год одиннадцатого жителя. Таким образом, утилизационная котельная (УК) или ТЭЦ, экологически чисто сжигающие бытовые отходы в качестве местного топлива, могут являться источниками тепло- и электроснабжения потребителей. Утилизационная ТЭЦ сооружается, как правило, из трех линий, показанных на рис. 1.

Другой вопрос - какой из способов экологически чистого сжигания ТБО наиболее экономичен и рационален: классический, упрощенная схема одной линии, либо другой, более дешевый способ, описанный ниже.

В состав предприятия входит энергоцех и вся инфраструктура, которая имеет место на обычной ТЭЦ со всем вспомогательным оборудованием. Кроме того, на УТЭЦ сооружается цех для обезвреживания золы и продуктов очистки уходящих газов от тяжелых металлов, а также цех для переработки обезвреженных шлако-, золоотходов в промышленную продукцию: плиты, бордюрные камни, кирпичи, утеплители и т. п.

О масштабах такого предприятия (УТЭЦ) могут свидетельствовать показатели, запланированные на вступившей в строй в г. Москве утилизационной ТЭЦ в районе Руднего (с/з №4). Здесь в год сжигается ТБО в количестве 250-310 тыс. т., вырабатывается электроэнергии 87-105 млн. кВт/ч, черного металла отбирается 3,6-4,6 тыс. т., в строительные материалы или изделия из золошлаковых отходов перерабатывается 55-65 тыс. т. При этом собственные нужды в тепле и электроэнергии полностью покрываются, а ~ 40-50% могут продаваться сторонним потребителям. Сооружение УТЭЦ такой мощности по экологически чистому обезвреживанию ТБО обходится, в среднем, 400 долл. США за одну тонну в год.

Большие трудности вызывают на практике продажа электроэнергии и тепла энергосистемам, т. к., последние отказываются принимать энергию по принятым тарифам, ссылаясь на «возможные нарушения» параллельной работы с энергосистемой.

В то же время сжигание ТБО осуществляется на УТЭЦ круглый год, равно как и круглый год вырабатывается энергия. Эта проблема в РФ и, в частности в г. Москве, решается крайне трудно.

Вышеизложенное диктует поиск новых решений по использованию топлива из ТБО альтернативных сооружению УТЭЦ.

Так например, приведена принципиальная технологическая схема электростанции «Volklingen» (Германия), из которой видно, что к энергетическому котлу ТЭЦ (1), (мощностью 230 МВт) подключены предтопки (2), так называемые топки-сателлиты, в которых по принципу кипящего слоя сжигается топливо из отходов, а газы из этих топок направляются в топку энергетического котла. Газовая турбина (11) с компрессором (20), установленная на ТЭЦ, развивает мощность 35 МВт. Интересно, что компрессор газотурбинной установки (ГТУ) забирает свежий воздух, сжимает его до рабочего давления 0,67 МПа, и затем воздух с температурой 260 ОС нагревается до 730С в погруженных в кипящий слой сжигаемых отходов трубах. Далее воздух поступает в камеру сгорания турбины, его температура за счет сжигания дополнительного количества газа возрастает до 820С, а выхлопные газы ГТУ в смеси с воздухом используются в двух направлениях: в качестве первичного воздуха под решетки топок-сателлитов и воздуха к пылеугольным горелкам энергокотла и ТЭЦ.

Температура газовоздушной смеси на выходе из турбины 440С с содержанием О2 = 16%. В топках кипящего слоя используется 29% газовоздушной смеси, в топке пылеугольного котла 71%.

Т.о., на ТЭЦ часть электроэнергии и тепла вырабатывается за счет сжигания в топках-сателлитах топлива из отходов, так называемого коло-мата. Из топок 2 (рис. 2) - одна из них на схеме не показана - дымовые газы с t = 950 ОС по газоходам, футерованным изнутри, поступают в пылеугольную топку котла 1, где, смешиваясь с газами от сжигания угольной пыли, направляются в газоочистку 14, затем на сероочистку 9. Последняя смонтирована в градирне высотой 100 м, которая играет роль и дымовой трубы ТЭЦ.

Пар с параметрами 19 МПа и tпс = 535 ОС из котла направляется в паровую турбину электрической мощностью 195 МВт с отбором пара на нужды теплоснабжения.

Не останавливаясь более подробно на схеме ТЭЦ «Volklingen», заметим, что главными критериями использования топлива из ТБО здесь по прежнему являются: соблюдение экологических требований, минимум капитальных затрат, высокий коэффициент энергоиспользования топлива, надежность работы установки и простота ее обслуживания. Серьезное внимание обращается на обезвреживание очаговых остатков, летучей золы и их полезное использование.

экологический обезвреживание энергетический

Как видно из изложенного, новая технологическая концепция получения энергии на базе совместного сжигания ТБО (топлива из ТБО) и ископаемого топлива, т. е., комбинированного топлива, которая еще не получила широкого распространения в мире, заключается в термическом обезвреживании отходов на ТЭЦ (ГРЭС) путем сжигания последних в топках, подключенных к энергетическому котлу, со сбросом горючих газов из топок-сателлитов в пылеугольную топку котла в зону температур 1250-1350С. При этом газы от сжигания отходов обезвреживаются, происходит уничтожение диоксинов и фуранов и, как показал опыт ТЭЦ «Volklingen», не происходит роста вредных примесей в уходящих газах электростанции по сравнению с сжиганием только угля. При этом энергетический котел ТЭЦ не подвергается существенной реконструкции. В качестве примера приведем данные проекта, разработанного в России, для условий переработки 240 тыс. т/год ТБО г. Москвы в топливо и сжигания его на ГРЭС. Топливо в количестве 192 тыс. т/год получено на предприятии вне ГРЭС. Сжигание такого топлива по проекту предусматривалось на одной из ГРЭС РАО «ЕЭС России», в топке-сателлите, предвключенной к котлу П-59 блока 300 МВт, работающего на подмосковном буром угле. Расчетные расходы ископаемого топлива в энергетическом котле - 278 т/ч, в топке-сателлите - 25 т/ч топлива из ТБО. Уходящие газы из предвключенной топки с t = 900С сбрасываются в топку энергокотла в зону высоких температур, ниже первого ряда пылеугольных горелок. На ТЭЦ «Volklingen» доказано, что при доле замещаемого ископаемого топлива в энергетическом котле до 10% топливом из ТБО и сбросом газов из топки-сателлита в зону температур 1250-1350 ОС практически снимается вопрос о создании специальной системы очистки газов, отличной от современной, существующей на ГРЭС.

Помимо преимуществ описанного метода использования подготовленных ТБО в качестве топлива на ГРЭС, связанных со значительными сокращениями капитальных вложений (по расчетам более чем в 2-2,5 раза по сравнению с таковыми на сооружение УТЭЦ по классической схеме), а также связанных с отсутствием трудностей в круглогодичном использовании энергии топлива из отходов, здесь снимается и проблема создания специальных систем по обезвреживанию уловленной золы и шлака от топки-сателлита. Шлак сбрасывается с систему шлакоудаления ГРЭС, зола обезвреживается в системах очистки газов электростанции, а количество этой золы и шлаков несоизмеримо мало по сравнению с очаговыми остатками ГРЭС. Шлак из топки-сателлита может подвергаться дроблению и использоваться в дорожном строительстве. В заключение отметим, что чистая экономия ископаемого топлива в нашем примере, полученная при тепловом расчете энергетического котла, составляет округленно 12 т/ч (подмосковный бурый уголь с Qрн = 8,6 МДж/кг), или 4,3% от общего количества топлива, потребляемого котлом.

При расчетном времени работы топки-сателлита 7000 ч/год, экономия угля на ГРЭС составляет 84000 т/год. Нам представляется, что внедрению в практику эксплуатации описанной выше технологии энергетического использования ТБО должна способствовать обоюдная заинтересованность энергетиков, получающих экономию ископаемого топлива при выработке энергии и муниципальных органов, с меньшими капитальными вложениями решающих задачи санитарной очистки городов от ТБО.

Размещено на Allbest.ru