Технології одержання альтернативних палив з побутових відходів

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Виробництво альтернативного палива для подальшого збереження корисних копалин це один із напрямків утилізації, переробки побутових відходів. На прикладі використання побутового сміття, як альтернативного палива, можна продемонструвати всі багатогранні можливості його використання.

З 7 млн. тонн побутових відходів можна одержати до 3 млн. тонн альтернативного палива з нижньою межею теплоти згорання біля 17500 кДж/кг, які можуть бути використані, як важливі джерела енергії у таких областях:

- виробництво сталі;

- електростанції;

- виробництво синтез - газу метанолу;

- цементна промисловість.

1. Історія виникнення

Цілеспрямоване промислове використання твердих побутових відходів як палива почалося з будівництвом першого «сміттєспалювального закладу» поблизу Лондона в 1870 році. Однак активне застосування ТПВ як енергетичної сировини почалося тільки в середині 1970-х років у зв'язку з поглибленням енергетичної кризи. Було підраховано, що при спалюванні однієї тонни відходів можна одержати 1300-1700 кВт / год теплової енергії або 300-550 кВт / год електроенергії.

Саме в цей період почалося будівництво великих сміттєспалювальних заводів у Мадриді, Берліні, Лондоні, а також у країнах з відносно малою площею та високою щільністю населення. До 1992 року у світі діяло близько 400 заводів, на яких застосовувалося спалювання ТПВ з виробництвом пари і виробленням електроенергії. До 1996 року їх кількість досягла 2400.

У нашій країні термічна переробка ТПВ почалася з 1972 року, коли у восьми містах СРСР було встановлено 10 сміттєспалювальних заводів першого покоління. Ці заводи були практично без газоочистки і майже не використовували вироблене тепло. В даний час вони морально застаріли і не відповідають сучасним вимогам по екологічним показникам.

У зв'язку з цим велика частина цих заводів закрита, а решта підлягають реконструкції.

У Москві було побудовано три таких підприємства. Сміттєспалювальний завод № 2 (ССЗ-2) був побудований в 1974 році для спалювання несортованих твердих побутових відходів в обсязі 73 тис. тонн на рік. Він мав дві технологічні лінії, що включають в себе котли французької фірми «КНІМ» і електрофільтри.

Рішенням уряду Москви про реконструкцію ССЗ-2 пропонувалося збільшення потужності заводу до 130 тис. тонн відходів на рік з одночасним зменшенням кількості шкідливих викидів у навколишнє середовище і, тим самим, поліпшенням екологічної обстановки в районі підприємства. Для виконання зазначеного завдання була знову залучена французька фірма «кнім», яка повинна була розробити і поставити три модернізовані технологічні лінії продуктивністю по спалюваних ТПВ в 8,33 т/год кожна. Крім того, передбачалося використання тепла, одержуваного при спалюванні твердих побутових відходів, для вироблення електроенергії.

За результатами експлуатації реконструйованої першої черги заводу, що складається з двох технологічних ліній, можна констатувати, що всі зазначені вище вимоги виконані, а саме:

1. Продуктивність ССЗ збільшена до 80 тис. тонн ТПВ в рік, а з пуском в експлуатацію третю технологічної лінії - до 130 тис. тонн на рік.

2. Знижені до європейських нормативів (0,1 нг/нм3) викиди діоксинів і фуранів: по-перше, за рахунок оптимізації горіння відходів на колосникових гратах «Мартін», по-друге, за рахунок збільшення висоти топки котла, що забезпечує необхідне двосекундною перебування димових газів при температурі вище 850 ° C для розкладання діоксинів на фурану, що утворюються при горінні, і по-третє, за рахунок введення в димові гази активованого вугілля, абсорбуючого вдруге освічені діоксини.

3. Забезпечені європейські нормативи з очищення димових газів від S02, НСl, НF завдяки установці в технологічній схемі спалювання ТПВ «напівсухого» реактора і введення в нього через розпилювальних турбіну вапняного молока, приготованого з пушонки високої якості.

4. Досягнута за рахунок установки рукавного фільтра висока ступінь очищення димових газів від летючої золи та продуктів газоочистки: концентрація пилу становить менше 10 мг/нм3.

5. Завдяки застосуванню технології з придушення оксидів азоту (NOx), розробленої Державною академією нафти і газу ім. І. М. Губкіна, отримані показники по їхніх викидів знаходяться на рівні кращих зарубіжних зразків (менше 80 мг/нм3).

6. При виконанні реконструкції заводу проведена установка трьох турбогенераторів потужністю по 1,2 МВт кожний, що забезпечило його функціонування без зовнішнього електропостачання, з передачею надлишків енергії в міську мережу.

7. Управління технологічним процесом сміттєспалювання здійснюється оператором з автоматизованого робочого місця. АСУ ТП являє собою єдину систему контролю та управління як основним, так і допоміжним обладнанням заводу.

2. Опис технології підприємств комплексної переробки твердих побутових відходів

На заводі впроваджено ручна і механічна сортування ТПВ та їх дроблення. Технологія дозволяє, по-перше, відібрати цінна сировина для його вторинної переробки, по-друге, відібрати харчову фракцію відходів для подальшого компостування, по-третє, відібрати сировину, що представляє екологічну небезпеку при спалюванні, і нарешті, підвищити теплотехнічні та екологічні показники сировини, призначеного для спалювання.

Сфера поводження з твердими побутовими відходами у кожній країні складається здебільшого із підприємств промислової переробки, сміттєспалювальних заводів (ССЗ), а також полігонів для захоронення. Провідними країнами вже давно доведено, що пріоритетним напрямом поводження з відходами є їх переробка, а спалення та захоронення повинні максимально обмежуватись. Позитивні ж результати заходів поводження з побутовими відходами є наслідком розумного поєднання усіх наявних технологічних можливостей.

Функціонування ССЗ має негативні наслідки для навколишнього середовища та здоров'я людей. Це пов'язано з високим вмістом діоксинів та інших токсичних речовин у газових викидах даних підприємств. В зв'язку з цим, у розвинених країнах запроваджено двостадійне очищення відпрацьованих газів ССЗ. Сучасними вимогами регламентується спалення відходів, в морфологічному складі яких відсутні метали, а негорючий залишок не перевищує 6% від усієї маси. Крім того, спалення відходів має відбуватись при температурі не нижче 850°С.

Підприємствами комплексної переробки відходів є сміттєсортувальний комплекс і комплекс термічної переробки. Підприємство призначене для утилізації і переробки відходів виробництва і споживання.

Сам процес переробки відходів починається з сміттєсортувального комплексу (ССК), що дозволяє приймати як несортовані ТПВ, так і відходи, що пройшли попереднє сортування. Залежно від ступеня підготовки ТПВ ступінь вилучення вторинних матеріалів становить від 20% до 50%. Це дозволяє обслуговувати населені пункти з населенням від 320 до 500 тис. чоловік.

Крім вилучення корисних вторинних матеріальних ресурсів (чорні і кольорові метали, скло, полімери, папір) на ССК передбачається вивід матеріалів, що біологічно розкладаються з обороту і подальше їх транспортування на полігони компостування. Матеріали , що не підлягають рециклінгу надходять на комплекс термічної переробки.

Для отримання продукції з вторинних матеріалів можливе оснащення підприємства супутніми спеціалізованими виробництвами.

Рис. 1

сміттєспалювальний паливо утилізація

На комплексі термічної переробки використовується технологія переробки ТПВ методом газифікації і плавлення японської компанії Mitsubishi Heavy Industries Environmental & Chemical Engineering (MHIEC). Дана технологія відноситься до так званих технологій третього покоління і дозволяє знизити обсяг відходів, які направляються на поховання, в 6-8 разів, в порівнянні з технологією «стокер». Технологічна схема комплексу термічної переробки відходів представлена нижче.

Рис. 2

Технологія газифікації і плавлення передбачає дві стадії термічної переробки твердих побутових відходів:

На першій стадії попередньо підготовлене сміття потрапляє в піч-газифікатор, де при температурі 450 - 600 ° С згорає з утворенням летючого попелу і горючого газу. При цьому зі сміття виділяються метали і негорючі фракції, які поділяються за допомогою магнітного сепаратора.

На другій стадії летюча зола з пальним газом надходить в плавильну піч, де з золи при температурі 1300 - 1500 ° С утворюється шлак. У порівнянні з іншими технологіями термічної переробки вміст діоксинів набагато нижче рівня, передбаченого європейськими нормами, після впливу температури вище 1300 ° C.

Після плавильної печі димові гази проходять багатоступеневу газоочистку, проходячи послідовно котел-утилізатор, розпилювальний абсорбер, рукавний фільтр і каталітичну вежу денітрінізаціі. Виділена в процесі очищення на рукавних фільтрах зола за допомогою транспортерів і шнекових конвеєрів подається на ділянку кондиціонування золи. На цій ділянці відбувається обробка золи хімічними реагентами і після витримки її на повітрі протягом декількох діб вона може бути упакована в тару і спрямована на полігон для подальшого поховання.

Продуктом стадії газифікації і плавлення є теплова та електрична (до 4,4 МВт.) енергія. Її надлишок направляється на супутні виробництва або передається в діючі мережі.

Основні переваги комплексу термічної переробки відходів.

1. Рівень викидів діоксинів не перевищує 1 / 100-1 / 1000 нормативів EURO 2000.

У порівнянні з іншими сміттєспалювальними технологіями вміст діоксинів на порядок нижче - через вплив надвисоких температур (вище 1300 ° C).

2. Скорочення обсягу золи і хвостів на поховання.

У порівнянні з іншими технологіями спалювання, обсяг золи може бути скорочений на 50-70% шляхом плавлення золи. Хвости на поховання не перевищують 5-7% від вхідного обсягу відходів.

3. Рециклінг металів.

Завдяки стадії спалювання в печі-газифікаторі при температурі 450 - 600 ° C алюміній, залізо, сталь, що містяться у відходах, можуть бути вилучені і використані в подальшому в якості вторинних матеріальних ресурсів.

4. Плавлений шлак може бути використаний як будівельний матеріал.

Плавлений шлак не містить діоксинів або важких металів. Він скоєно безпечний і відповідає японським будівельним стандартам JIS.

3. Сміттєпереробка в Україні

ССЗ в Україні представлені чотирма об'єктами, побудованими в кінці 1980-х років. До цього переліку входять зупинені ССЗ в Харкові та Севастополі, ССЗ у Дніпропетровську, а також київський ССЗ "Енергія", який працює не на повну потужність. Виробничий процес даних підприємств не відповідає сучасним екологічним вимогам, а обладнання давно морально та фізично застаріло.Крім того, у м. Люботин Харківської області експлуатується сміттєспалювальна установка, а у Харкові - дві мобільні сміттєспалювальні установки.

Ефективність переробки твердих побутових відходів нерозривно пов'язана з успішністю впровадження систем їх роздільного збору серед населення, транспортуванням відходів та технологіями переробки, які використовуються на тому чи іншому заводі.

На сьогоднішній день конкуренція у сфері поводження з відходами по суті існує лише у сегменті їх транспортування. Наприклад, у Києві представлені приватні компанії "Еко-Авто" (під брендом "ГрінКо"), німецька ГК "Remondis", французька "Veolia Environmental Group". Конкуренцію їм складають менші компанії "Спецкомунтехніка", "Дніпроенерготранс", "Володар-Роз" та ін., а також державне підприємство "Київспецтранс". За словами представників даних компаній, основні труднощі для входження на ринок - зарегульованість ринку послуг з перевезення сміття, а також пошук нових клієнтів.

За інформацією Міністерства регіонального розвитку, будівництва та ЖКГ України, існують також такі інвестиційні проекти будівництва об'єктів сміттєпереробної галузі:

м. Івано-Франківськ - завод потужністю 50 тис. т/рік, вартість будівництва - 34 млн. грн.;

м. Тернопіль - об'єкт складування з використанням технології "BALA", вартість будівництва - 24 млн. грн.;

м. Чернівці - завод потужністю 60 тис. т/рік, вартість будівництва - 60 млн. грн.;

м. Донецьк - завод потужністю 450 тис. т/рік, вартість будівництва - 5 млрд. грн.

В зв'язку з поширеністю проблем з ТПВ по всій Україні, питання про їх вирішення постало перед усією вертикаллю влади. На локальному рівні спроби розпочати бізнес у сфері сортування та переробки сміття відбуваються уже кілька років. Наявно досить багато повідомлень про розгляд проектів будівництва сміттєсортувальних та сміттєпереробних підприємств у різних регіонах України.

У м. Рівному українсько-німецька компанія "Укреко-Індастрі" здійснює будівництво заводу з механічної переробки ТПВ. За інформацією облдержадміністрації, завод працюватиме у два етапи: розподіл сміття і мінеральних речовин, та сортування відходів з їх подальшою переробкою на альтернативне паливо.

Продукт переробки відходів ("флаф") планується використовувати у якості альтернативного палива на цементному заводі "Dyckerhoff AG" (ПАТ "Волинь-цемент", м. Здолбунів). За словами фахівців, дане паливо дозволить заводу економити значні кошти на покупці більш дорогого вугілля. Вартість комплексу становить близько 16 мільйонів євро, які виділяють німецькі інвестори. Потужність заводу - близько 60 тис. м3 на рік. Очікується, що термін окупності заводу складе 12 років. На початку своєї роботи завод перероблятиме до 70% сміття міста, а коли запрацює на повну потужність -- до 90%. Те сміття, що не перероблятиметься, складуватиметься на полігоні.

У той же час, у V-й категорії конкурсного відбору Всеукраїнського конкурсу проектів та програм розвитку місцевого самоврядування, переміг спільний проект Миколаївської обласної ради, Вознесенської міської і районної рад та Веселинівської селищної ради під назвою "Впровадження системи повної переробки твердих побутових відходів з отриманням альтернативних видів палива територіальними громадами Миколаївської області". В рамках цього проекту у Вознесенську має з'явитись сміттєпереробний комплекс вартістю більше 20 млн. грн.

Висновки

Сміття - один з матеріалів, що найскладніше переробляється.

Визначити склад або розмір частинок сировини майже неможливо.

Склад, насипна вага та вологість сміття змінюються залежно від пори року. Побутові відходи можуть вміщувати найрізноманітніші складові (по величині, довжині та виду). Цей енергоносій використовують у вільній формі у виді пластівців або у ущільненій формі - у виді гранул. Проте перевага побутових відходів полягає в тому, що їх не треба шукати, не треба добувати. В будь-якому випадку вони повинні бути знищені - що вимагає великих грошових коштів. Тому раціональний підхід тут дозволяє не тільки отримати дешеву енергію, але й уникнути зайвих витрат.

Размещено на Allbest.ru