Утилизация твердых бытовых отходов

   Сжигание ТБО в печах-котлоагрегатах (процесс КР) ввиду сравнительно низких температур (600 – 900 °С) практически не решает диоксиновой проблемы.

   Кроме того, при этом образуются  вторичные (твёрдые несгоревшие)  шлаки и пыли, которые требуют  отдельной переработки или направляются  на захоронение с последующими негативными последствиями для окружающей среды. Эти недостатки в определённой мере присущи и процессу КС. Здесь добавляется необходимость подготовки сырья к переработке с целью соблюдения гранулометрического состава.

 

        Современные технологии газификации твердого топлива

     В некоторых странах Европы  сланцевый газ рассматривается  как серьёзная альтернатива природному  газу. Возможно также использование  оборудования ГТТ в теплофикационных  и технологических целях. Например, в системах лучистого обогрева, обжиговых печах и сушильных  камерах. При этом физическое  тепло ГГ может быть использовано для термообработки стеновых панелей и изделий из полимербетона, сушки и обжига концентратов цветных металлов, осуществления других технологических процессов в строительстве и металлургии, а также для сушки сырья, полуфабрикатов и готовой продукции в иных отраслях промышленности и сельском хозяйстве.

      В качестве одного из последних  примеров такого применения можно  привести запуск в эксплуатацию 12.11.10 г. в п. Балахта Красноярского  края комплекса сушки зерна  на базе газогенераторного блока,  работающего на калиброванном  буром угле Большесырского месторождения .

    В последнее время в периодических изданиях стали появляться отдельные сообщения об интересе к технологиям ГТТ и со стороны отечественных предприятий, в т.ч. двигателестроителей (в частности ОАО «Авиадвигатель», г. Пермь), крупных инжиниринговых (например, ОАО «ЭМАльянс», г. Москва) и научных центров (таких как, Институт проблем химической физики (в г. Черноголовке) РАН и Новосибирский институт биоорганической химии СО РАН). Учёные Иркутского института физиологии и биохимии растений СО РАН создают новые виды быстрорастущих тополей, которые могут быть сырьём для газификации и, при необходимости, последующего синтеза искусственных моторных топлив, масел и смазок.

   При организации неполной газификации  ТТ (пиролиза) возможно получение  дополнительного ценного продукта – газогенераторного среднетемпературного кокса, способного служить заменителем классическому коксу в металлургической промышленности. Наибольшее распространение в нашей стране и в мире получили технологии ГТТ в плотном слое, в потоке и в кипящем слое. По данным сотрудников ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, г. Екатеринбург, эти технологии в зависимости от видов ТТ соотносятся между собой в пропорциях, приведённых на Рисунок 5.

 

 
Рисунок 5

 

    Известны также технологии ГТТ  под высоким давлением (например, газогенераторы Лурги), с использованием тепла атомных и термоядерных реакторов, с встроенными плазмотронами и множество других. Среди последних можно отметить технологию плазменной газификации «BioSynGas», разработанную американской фирмой «Solena», технологию «PGM», продвигаемую на территории России и стран СНГ ООО «Эко Прогресс Энерджи» («дочкой» российско-израильской компании «Environmental Energy Resources Ltd»), технологии плазменной газификации твёрдых отходов «Московского радиотехнического института РАН» и «Института электрофизики и электроэнергетики РАН». Схема плазменной установки приведена на Рисунок 6

 
Рисунок 6

Схема плазменной установки ИЭЭ РАН

 

 На Рисунке 6 цифрами обозначены: 1 – реактор-газификатор (см. Рисунке 7); 2 – генератор плазмы основной (мощностью до 50 кВт); 3 – дожигатель; 4 – генератор плазмы дополнительный (мощностью до 6 кВт); 5 – скруббер распылительный; 6 – скруббер насадочный; 7 – вентилятор вытяжной.

 

 

    На Рисунке 7 цифрами обозначены: 1 – узел загрузки; 2 – бункер накопительный; 3 – генератор плазмы; 4 – шахта реактора; 5 – отверстия ввода дополнительного дутья; 6 – датчики температуры; 7 – выход продукт-газа (плазмогенераторного газа); 8 – вращающийся колосник; 9 – водяной затвор.

    В настоящее время в России  и в мире в целом ведутся  работы по созданию оборудования  ГТТ параллельно по двум направлениям:

I. Создание  крупногабаритного оборудования  ГТТ с противоточным «вер-тикальным» либо с прямоточным «горизонтальным» процессами газификации.  
   Основной характеризующий признак, отличающий это оборудование, – сравнительно большая единичная электрическая (как правило, от 1,0…1,5 МВт) и тепловая (как правило, от 2,0…3,0 Гкал/час) мощность. «Платой» за это является необходимость проведения строительно-монтажных работ, в т.ч. работ по устройству фундаментов, при вводе оборудования в эксплуатацию (средняя трудоёмкость не менее 3 000 чел часов).

   Наиболее рациональное применение  данного оборудования – переработка  твёрдых бытовых, промышленных  и сельскохозяйственных отходов  с получением некоторого количества  тепловой и / или электрической  энергии (как правило, путём  подмешивания к природному газу  или иному топливу и, в первую  очередь, для собственных нужд  организаций, эксплуатирующих оборудование  ГТТ).

   Предполагаемые места эксплуатации  – крупные населенные пункты (или их окрестности) с развитой  инфраструктурой, в т.ч. с централизованными  системами тепло- и электроснабжения  не в полной мере удовлетворяющими  имеющиеся потребности по приемлемым  ценам, поблизости от источников  образования отходов различного  происхождения. 

В случае применения оборудования ГТТ для  переработки ТБО (отходов потребления; коммунальных & муниципальных отходов) нужно иметь в виду, что отходы, которые допустимо и целесообразно  направлять на газификацию (либо сжигание), обычно составляют от 25% до 65% от общего объёма ТБО.

    Часть отходов из состава ТБО подвергать газификации технологически недопустимо (например, металлы и стекло), часть – недопустимо по экологическим соображениям (например, химические источники электрического тока (аккумуляторы, батарейки), энергосберегающие ртутные лампы, термометры, другие ртуть-содержащие отходы, электронный скрап, некоторые виды пластмасс и др. синтетических материалов, предметы бытовой химии, лаки, краски и т.п.), часть – экономически нецелесообразно (например, бумагу, ткани, пищевые и другие биоразлагаемые отходы) и, наконец, часть – просто бессмысленно (например, керамику, минералы, строительные и другие отходы, не содержащие углерода). 

     В ведущих странах Европейского союза (ЕС) наиболее значительную часть ТБО (≈ 30%…50%) подвергают рециклингу (возвращению в промышленность в качестве вторичных материальных ресурсов), вторую по величине горючую часть отходов (≈ 20%…30%) отправляют на сжигание и / или газификацию с получением тепловой и / или электрической энергии, биоразлагаемую часть ТБО (≈ 15%…25%) – на анаэробное (метанирование) и / или аэробное (компостирование) сбраживание с получением биогаза и / или компоста и, наконец, оставшуюся часть отходов (≈ 10%…20%), не подлежащих рециклингу, переработке и утилизации, – на полигоны захоронения (см. Рис. 8)

 

 
Рисунок 8

Распределение потоков твёрдых бытовых отходов  при их переработке (утилизации)  
в ведущих странах ЕС 

    Однако если при утилизации  ТБО взять в качестве приоритета  энергетическую составляющую, то  долю отходов, подвергаемую термохимическими  способами переработки (методами  газификации, пиролиза или сжигания), можно повысить до 55%...75% за счёт  частичного отказа от рециклинга и биологических методов.

Последнее может оказаться весьма целесообразным, т.к. по некоторым данным эффективность  преобразования органических веществ  в топливо путём метанирования и компостирования уступает аналогичному процессу путём газификации и пиролиза в несколько раз.

     Вместе с тем, нужно понимать, что оборудование ГТТ предназначено для газификации не отходов, а твёрдого топлива, произведённого из отходов (в английской терминологии: «refuse derived fuel (RDF)») путём сортировки & сепарации (с деферризацией, удалением стекла и других, в т.ч. экологически вредных, компонентов, не подлежащих газификации), сушки, размельчения и брикетирования или пеллетирования. А в случае с ТБО и другими низкокалорийными отходами желательно и после смешивания с более калорийными компонентами типа кокса, угля, древесины и т.п.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

1. Игнатович  Н.И., Рыбальский Н.Г. Что нужно знать о твердых бытовых отходах? М.: РЭФИА. 1995. 54 с.

2. Некрасов  В.Г., Горзиб И.М. Твердые бытовые отходы и проблемы их утилизации. Промышленная энергетика, 1992, №2, с. 46-48.

3. Eccles Harry. Treatment of metalcontaminated wastes: Why select a biological process? Обработка содержащих металлы отходов: Почему избран биологический процесс? // Trends Biotechnol. – 1999 – 17, №12 С. 462-465.

4. Примкулулы К. Проблемы отходов производства и потребления // Экология и устойчивое развитие, № 4, 2004, С. 4-10.

5. Ткаченко  С.И., Ларюшкин Е.П., Степанов Д.В.  Использование процесса биоконверсии для энергетически эффективной переработки отходов. // Винниц. гос. техн. ун-т. – Винница, 1999 – 45 с.

6. Черп О.М. Проблема твердых бытовых отходов: Комплексный подход, М.: Эколайн, 2004. 75 с.