5.4 Сжигание тбо в специальных мусоросжигательных установках

В экономически развитых странах все больше количество ТБО перерабатывается промышленными способами. Наиболее эффективным из них является термический. Он позволяет почти в 10 раз снизить объем отходов, вывозимых на свалку. Не сгоревший остаток уже не содержит органических веществ. В настоящее время отдается предпочтение мусоросжигающим установкам, которые не только сжигают отходы, но и вырабатывают энергию. Согласно концепции «энергетического баланса», которая предложена рабочей группой Всемирного энергетического совета, полученная энергия должна покрывать энергетические затраты на переработку ТБО.

По мнению специалистов, уже в ближайшее время, сжигание ТБО с выработкой тепловой и электрической энергии будет основным способом переработки отходов. Это, прежде всего, касается тех стран, которые имеют небольшую территорию и где введены ограничения на захоронение отходов.

В мировой практике применяется больше десятка технологий сжигания ТБО. По оценке Всероссийского теплотехнического института (ВТИ), вырабатываемая при их реализации тепловая энергия может быть эффективно использована в трёх случаях: 1) при сжигании ТБО на колосниковых решетках; 2) при сжигании в топках с псевдосжиженным (кипящем) слоем; 3) в процессе высокотемпературного сжигания [1].

Самой распространенной технологией является сжигание на колосниках в слоевой топке. По этой технологии работают большинство зарубежных мусоросжигательных заводов, в том числе и отечественные мусоросжигательные заводы.

Сжигание отходов в топках с псевдосжиженным слоем широко применяется в Японии. В Европе такие заводы используют в Испании, Германии и Франции. В США работают заводы по сжиганию отходов в циркулирующем псевдосжиженном слое.

Но эти технологии не решают проблему утилизации твердых остатков (шлаков и летучей золы). Если шлак можно использовать в строительстве, то золу требуется захоранивать на специально оборудованных полигонах, так как она адсорбирует тяжелые металлы и различные токсичные вещества.

Комбинированные технологии сжигания отходов при высокой температуре дают возможность обезвредить золу и шлак. Например, комбинированная технология немецкой фирмы «Сименс» под названием «Пиролиз – высокотемпературное сжигание», является практически безвредной и почти полностью безотходной.

Первый крупномасштабный завод, работающий по такой технологии, был построен в городе Вюрте (Германия). Эта технология сочетает в себе низкотемпературный пиролиз (обработку отходов без доступа кислорода) с их последующем сжиганием при высокой температуре.

Комбинированная технология фирмы «Сименс» имеет следующие преимущества: 1) из ТБО получают материалы, которые можно использовать без дальнейшей обработки; 2) выходящие из установки газы имеют высокую степень очистки; 3) выделяемое при сжигании тепло можно использовать для производства электроэнергии и централизованного теплоснабжения или направлять на технологические нужды.

Технология высокотемпературной переработки ТБО, не имеющая аналогов в мировой практике, разработана группой российских ученых – металлургов «Алгон». Технологический процесс отличается высоким температурным режимом. Основной агрегат этой технологии – барботажная печь со шлаковой ванной, в которой в шламовом расплаве, продуваемом кислородосодержащим дутьем, сжигаются отходы.

Отходы загружают в печь без предварительной сортировки и подготовки. Процесс сжигания происходит в шлаковой ванне при температуре 1450…1550 ºС. Выделяющееся из ванны газы дожигаются над поверхностью расплава воздухом или кислородосодержащим дутьем. После полного дожигания они поступают в котел – утилизатор. Крупная пыль, уловленная газоочисткой, возвращается в печь. Мелкая уловленная пыль представляет собой концентрат тяжелых металлов, которые можно извлечь на предприятиях цветной металлургии. Шлак из печи поступает на переработку. Он экологически безопасен и может быть использован для производства строительных материалов, минеральных волокон, наполнителя для дорожных покрытий.

В мире разрабатывается плазменный метод сжигания ТБО. Технологическая схема этого метода включает в себя плазмогенератор (агрегат для газификации) и другое вспомогательное оборудование. Тепловая энергия в газогенератор подводится с помощью дуговых плазмотронов струйного типа плазмоэлектродной системы, обеспечивающих расплавление непиролизуемых компонентов и жидкое удаление шлака. По мнению разработчиков, этот метод дает возможность проводить глубокую переработку ТБО с получением синтез газа, имеющего теплоту сгорания 11…13 тыс. кДж/м³. Шлак может гранулироваться и использоваться в строительстве.

Осуществление процесса плазменной газификации требует определенной подготовки бытового мусора. Способ плазменного сжигания является очень дорогостоящим по капитальным затратам и эксплуатационным расходам. Он энергоёмок и технически сложен. Пока данная технология существует в виде опытного научного оборудования.

Экологическое воздействие мусоросжигательных заводов в основном связаны с загрязнением атмосферы мелкодисперсной пылью – оксидами серы и азота, фуранами и диоксинами, которые образуются при сжигании полимерных материалов, содержащих хлор, и являются токсичными. Серьезные проблемы также связаны с захоронением золы, которая по весу составляет до 30 % от исходного веса отходов. Для безопасного захоронения золы используют специальные хранилища.

На мусоросжигательных заводах применяют многоступенчатую систему газоочистки с использованием карбамида, щелочного реагента и активированного угля. Дополнительно, дымовые газы очищаются от золы и газообразных компонентов в рукавном фильтре. Очищенные дымовые газы направляются дымососом в дымовую трубу [12]. Схема технологической линии по термической переработке ТБО представлена на рис. 9.1.

Кроме топочного устройства в состав каждой технологической линии входят: котел – утилизатор, циклон, распылительный абсорбер, узел подачи реагентов для улавливания диоксинов, фуранов и ртути, рукавный фильтр и дымосос.

К недостаткам мусоросжигательных заводов следует отнести низкие параметры пара. На отечественных мусоросжигательных заводах они равны р=16 ата, t=240 С, при паропроизводительности 15…35 т/ч. Удельные показатели по выработке электроэнергии существенно ниже по сравнению с ТЭС. Это объясняется следующими свойствами ТБО: кусковое топливо, низкая температура плавления золы и коррозионные свойства дымовых газов.

Одним из способов решения проблемы сбыта низко потенциального пара, полученного при сжигании ТБО, является совместная работа мусоросжигательного завода в единой системе теплоснабжения. Основным источником тепла в этой системе являются установки, работающие на энергетическом топливе и подключенные к крупным потребителям тепла. В этом случае установки, сжигающие ТБО, подают пар или тепловую воду в общую сеть, а основное количество тепла производят паровые котлы, работающие на энергетическом топливе [12].

В России впервые такую схему предполагалось реализовать в г. Челябинске. Предусматривалась работа завода, сжигающего ТБО в единой системе с Челябинской ТЭЦ-2. Предполагалось, что потребителями низкопотенциального пара будут предприятия Тракторозаводского района. При необходимости излишки пара будут направляться на ТЭЦ-2 для собственных нужд.

Как показывает зарубежный опыт, реализация такой схемы не везде возможна. Поэтому большее распространение находят установки, сжигающие ТБО, с выработкой электроэнергии. Она является более востребованной по сравнению с тепловой.

Эффективность выработки электроэнергии существенно зависит от начальных параметров пара. Поэтому, для эффективного преобразования энергии ТБО в электрическую, прежде всего, необходимо повысить параметры пара. Следует отметить, что большая часть мусоросжигательных заводов из-за низкой надежности оборудования и несбалансированности цен на отпускаемую энергию и себестоимость ее производства пока убыточны и используются всего на 20…50 % проектной мощности.

72