Энергия из отходов by Kyivenergo

ОГ С

краины НАН У

ПАО «КИ ЕВЭН ЕРГО »

гий оло ехн гот ер

тиков Украины y Инст е г р е итут н их э уго ш й е льн р та ых с т эн е ов

рги

о д

не

я из Киев-2011

о отх

Под Подборка материалов освещает передовые технологии сжигания ТБО за рубежом, опыт эксплуатации завода «Энергия» ПАО «КИЕВЭНЕРГО», работы отечественных организаций по созданию оборудования для мусоросжигания, современные подходы к обращению с отходами в Европе. Отдельный материал посвящен мусоросжигательной установке на высокие параметры пара (130 бар, 440°С) мощностью 66 МВт и кпд 30%, работающей на МСЗ в г. Амстердам. Материал рассчитан на специалистов, занимающихся вопросами сжигания ТБО, госслужащих, занимающихся вопросами обращения с городскими отходами, а также может быть интересным и полезным для широкого круга читателей. Издание подготовлено и публикуется по результатам «круглого стола» «Перспективы получения тепловой и электрической энергии при утилизации твердых бытовых отходов в условиях мегаполиса», проведенного 23 сентября 2010 года ПАО «КИЕВЭНЕРГО», ОГ ССЭУ и Институтом угольных энеготехнологий НАНУ. Материал подготовлен под общей редакцией первого заместителя технического директора – главного инженера ПАО «КИЕВЭНЕРГО» Гладышева Ю.И., председателя правления ОГ ССЭУ Чулкова Е.И., главного специалиста Института угольных энерготехнологий НАНУ Потапова А.А., исполнительного секретаря ОГ ССЭУ к.т.н. Томаш З.П. Точка зрения издателей не всегда совпадает с мнением авторов статей. Ответственность за содержание статей несет автор. При использовании материалов ссылка на издание обязательна.

КИЕВЭНЕРГО – 2011

Щиро вітаю з виходом видання, присвяченого досвіду утилізації ТПВ! Для Києва, де щотижня збирають 15,5 тисяч тонн відходів, їх раціональне використання – не плани на майбутнє, а питання, над яким ми сьогодні активно працюємо. Адже у світі утилізація відходів – давно не проблема, а успішний бізнес, який дає прибутки, створює нові робочі місця і дозволяє містаммільйонникам заощадити недешеві енергоресурси. Уроки ефективного використання багатств, дарованих природою, – приклад дбайливого ставлення до розвитку альтернативних та поновлювальних джерел енергії, вторинних енергетичних ресурсів – складових енергоефективності. І це в той час, коли саме вона є одним із критеріїв інноваційного розвитку міста. У зрушенні та вирішенні непростих питань утилізації сміття експертна оцінка учасників «круглого столу» «Перспективи отримання теплової та електричної енергії при утилізації твердих побутових відходів в умовах мегаполісу» та досвід колег, що пропонуються у виданні, безперечно, будуть корисними. Київ має перетворитися на одну з найчистіших столиць Європи та постійно забезпечувати гідні умови для проживання мешканців і сьогодні, і в майбутньому.

Перший заступник голови КМДА ДА

Олександ Олександр Мазурчак

Энергия из отходов

Шановні колеги – учасники «круглого столу»! Щиро вітаю вихід збірки доповідей за результатами «круглого столу», покликаних сприяти розбудові енергоефективного та екологічного виробництва в столиці. КИЇВЕНЕРГО, як соціально відповідальна компанія, зацікавлена у здійсненні саме такого бізнесу і тому підтримала ініціативу ветеранів галузі щодо вивчення питань використання нетрадиційних джерел у системі енергозабезпечення міста, залучивши до обговорення і вітчизняних фахівців, і закордонних експертів. Використання твердих побутових відходів як палива для отримання енергії із впровадженням новітніх технологій спалювання, а також корисне використання залишків цих відходів, таких як шлаки, зола, метал, стало нормою в Західній Європі, США та Японії. Сміттєспалювальні заводи у цих країнах не тільки повертають відходи у сферу корисного використання, але й сприяють збереженню довкілля. Наприклад, у Відні, який є одним з найчистіших столиць, завод збудовано у самому центрі. Тепло від спалювання сміття там отримують 60 тис. квартир. Київський завод «Енергія», який утримується на балансі КИЇВЕНЕРГО і щороку спалює до 220 тисяч тонн побутових відходів, не лише підтримує екологічний баланс у місті, а й виробляє при цьому теплову енергію, яку потім використовує для своїх потреб і постачає окремим споживачам. Для Києва, кількість мешканців якого постійно зростає, ефективна експлуатація заводу, за прикладом інших країн, може вирішити як проблему ліквідації відходів, так і збільшити потужності для генерації тепла і світла. Також це вирішить проблеми спустошення родючих і мальовничих земель Київщини, які виділяються під полігони для захоронення сміття, та отруєння ґрунтових вод. Як бачимо, енергетика та екологія тісно пов’язані, і ми глибоко переконані, що тільки спільними зусиллями зможемо знайти якісно нові відповіді на питання, що турбували і турбуватимуть людство: як зберегти землі для наших дітей і як створити умови для комфортного життя на ній. Перший заступник технічного директора р – головний інженер ПАТ «КИЇВЕНЕРГО»

Юрій Юр Гладишев

КИЕВЭНЕРГО – 2011

Содержание Энергия из отходов

Вольчин И.А., Потапов А.А.

Сучасні тенденції розвитку технологій та обладнання для термічного перероблення побутових відходів

Шекель. О. Й, Шевченко Л.В.

Паро-плазменная технология переработки органических отходов в альтернативное топливо

Жовтянский В.А., Петров С.В.

Экологические и энергетические аспекты получения тепловой и электрической энергии из твердых бытовых отходов

Тугов А.Н., Москвичев В.Ф.

Энергетическое использование ТБО как одно из средств решения проблемы управления отходами в Украине Матвеев Ю.Б., Гелетуха Г.Г.

Перспективы повышения эффективности и экологичности сжигания отходов на заводе «Энергия» ПАО «КИЕВЭНЕРГО»

Крикун С.С.

Энергоблок 66 МВт на высокие параметры пара МСЗ Амстердам

Вольчин И.А., Потапов А.А., Потапова О.А.

Твердые бытовые отходы – возобновляемый источник энергии

Меллер В.Я., Жуховицкий В.Б.

Получаем энергию, обезвреживая отходы

Левина М.Я.

Концепція отримання енергії з відходів

Пейт де Браюн

К вопросу переработки муниципальных отходов термокаталитическим методом на примере мобильного мусороперерабатывающего комплекса МПК-300

Ровенский А.И., Желтоноженко А.П.

Опыт работы фирмы «Turbofilter GmbH» по совершенствованию систем очистки газов МСЗ

Юрген Валлер

Бирюков Д.Б., Глита О.М., Гонтарев А.С., Рыжавский А.З.

Кашурин А.Н.

Энергия из твердых бытовых отходов Опыт экономии энергоресурсов в процессах обработки низкоконцентрированных коммунальных отходов и стоков Решение заседания «круглого стола»

Энергия из отходов

Энергия из отходов Вольчин И.А., к.т.н., Потапов А.А. Институт угольных энерготехнологий НАН Украины.

Одним из негативных результатов человеческой деятельности является постоянное образование отходов, как бытовых, так и производственных. В частности, население мира ежегодно выбрасывает более 2-х млрд. т твердых бытовых отходов (ТБО). Причем, с каждым годом эта величина постоянно возрастает. Развитие экономики, повышение уровня жизни населения приводит к увеличению количества отходов на душу населения. Среднестатический житель Европы производит ежегодно 400 кг твердых бытовых отходов (ТБО) в год. В мире ежегодно образуется более 2-х млрд. ТБО. В настоящее время все эти отходы, в большей степени, складируются на свалках, занимая все больше и больше площадей. Это приводит к появлению новых экологических проблем. Перед человечеством стоит проблема: продолжать ли превращать нашу планету в свалку отходов и сделать ее непригодной к жизни или же изменить свое отношение к природе и научиться по-хозяйски относиться к ней. Конечно, человечество, во всяком случае, в обозримой перспективе, не сможет отказаться от захоронения части отходов на полигонах, однако необходимо до минимума свести эту часть. Проблему отходов надо решать исходя из двух принципов:  необходимость снижения до минимума загрязнения окружающей среды отходами;  необходимость использования органической части отходов в качестве возобновляемого источника энергии. Пора усвоить истину, что ресурсы ни одного вида топлива на планете не будут увеличиваться, и только объем отходов создаваемых человеком будет постоянно увеличиваться. Наиболее технически развитые страны уже определились с основными направлениями утилизации отходов и рекомендуют следующую технологическую цепочку: 6

1. сведение отходов к минимуму за счет совершенствования технологических процессов; 2. селективный сбор или сортировка отходов для извлечения из них вторичного сырья; 3. максимальное использование вторичного сырья; 4. сжигание или термическая переработка отходов, оставшихся после сортировки отходов; 5. захоронение остатков отходов на полигонах. Предлагаемая цепочка не исключает полностью использования полигонов для хранения отходов, однако значительно снижает потребность в них, сводя до минимума часть отходов, подлежащих захоронению. Сжигание отходов как наиболее удобный способ снижения объемов отходов и их обеззараживания начало применяться еще в средневековье. Однако длительное время они сжигались в открытом пламени. И только в конце ХIХ века в Англии был построен первый мусоросжигательный завод (МСЗ). По мере роста городов началось увеличение количества МСЗ вплоть до 1950-х годов, когда выяснилось негативное влияние МСЗ на здоровье людей. В это время наблюдалось снижение количества МСЗ в связи с их закрытием по требованию экологических организаций. Однако мировой энергетический кризис и повышение цен на топливо, отсутствие мест для захоронения отходов заставили вернуться к процессу сжигания мусора, но уже на более совершенной основе, обеспечивавшей снижения выбросов вредных веществ до норм экологической безопасности. В 1999 году странами ЕС была принята Директива 1999/31/ЕС по полигонам захоронения отходов, в которой было записано требование о поэтапном сокращении количества разлагаемых бактериями муниципальных отходов, с тем, чтобы через 15 лет довести объем захораниваемых отходов до 35% от общего количества разлагаемых бактериями муниципальных отходов. В развитых странах были разработаны более

КИЕВЭНЕРГО – 2011

строгие экологические требования к МСЗ. Так, в Европейском сообществе была разработана и введена в действие Директива 2000/76/ЕС по сжиганию отходов . И уже с конца ХХ века наблюдается увеличение количества новых МСЗ. Данные о количестве МСЗ в странах ЕС приведены в таблице 1 [1]. Таблица 1. Мусоросжигательные заводы (МСЗ) в странах Европейского союза Количество МСЗ

Средняя мощность, т/ч

Франция

128

Германия

Италия

Дания

Швейцария

Великобритания

Бельгия

Нидерланды

Испания

25,7

Австрия

Чехия

Португалия

Венгрия

Люксембург

–

Польша

–

Страна

За более чем столетний период эксплуатации МСЗ произошло и изменение задач, стоящих перед ними. Период становления современ-

ных МСЗ можно условно разделить на 4 этапа. Так в начале создания МСЗ (первое поколение МСЗ) перед ними ставилась задача только утилизации ТБО. На втором этапе (второе поколение МСЗ) стояла задача повышения единичной мощности МСЗ и повышение надежности их работы. При создании МСЗ третьего поколения (вторая половина ХХ века), в связи с ужесточением требований природоохранных норм, перед создателями МСЗ стояла задача максимального снижения вредного влияния на экологическую обстановку в регионах на окружающую среду. В результате внедрения новых технологий очистки уходящих газов концентрации вредных веществ были не только доведены до самых строгих норм, но, по некоторым показателям, доведены до уровня значительно ниже норм. В таблице 2 приведены данные контрольных замеров концентраций загрязняющих веществ по МСЗ в Нидерландах. Не менее показательны и данные о снижении валовых выбросов вредных веществ МСЗ в странах ЕС. В таблице 3 приведены валовые выбросы всех МСЗ Швеции [2]. Как видно из таблицы за 1985 – 1996 годы валовые выбросы МСЗ Швеции снизились в 15 – 100 раз при практически одном количестве сжигаемых ТБО. Такие показатели могут быть получены только при применении многоступенчатых систем очистки газов. В настоящее время на современных МСЗ газоочистка состоит, как правило, из следующих ступеней: очистка от твердых частичек, очистка от диоксинов и фуранов, очистка от тяжелых металлов, очистка от оксидов серы и хлоридов, очистка от оксидов азота.

Таблица 2. Экологические показатели МСЗ в Нидерландах Страна

Директива 2000/76/EC

МСЗ Неймеген(1)

МСЗ Амстердам(2)

2009, 23 неделя

2009

МСЗ Twence(3)

2,16

< 0,3

NOx, мг/м3

72,7

65,1

SO2, мг/м

6,6

4,2

Пыль, мг/м

HCl, мг/м

HF, мг/м3 CO, мг/м

0.2

2,14

1,0

0.1

0,084

0,31

19,9

14,6

–

0,02

0,03

< 0,01

Cd+Tl, мг/м3

0,05

0,004

0,00

< 0,002

Hg, мг/м

0,05

0,001

0,00058

0,02

Диоксины, нг/м3

0,1

0,01

0,0465

< 0,01

Cобщий мг/м

ТM, мг/м3

источник Jaarverslag 2009 (годовой отчет 2009)ARN B.V/ Centrale, www.arnbv.nl источник: Gemeente Amsterdam, Afval Energie Bedrijf, Jaarverslag 2009, www.afvalenergiebedrijf.nl (3) источник: Twence. Emissies verbrandingsinstallaties. www.twence.nl (1) (2)

Энергия из отходов

Таблица 3. Изменение валовых выбросов вредных веществ МСЗ Швеции в 1985 – 1996 гг Вещество

1985 г.

1991 г.

1996 г.

Копоть

420 тонн

45 тонн

33 тонны

- 92%

Хлороводород

8400 тонн

410 тонн

412 тонн

- 95%

Окислы серы

3400 тонн

700 тонн

1121 тонн

- 67%

Окислы азота

3400 тонн

3200 тонн

1463 тонны

- 57%

Ртуть

3300 тонн

170 тонн

77 тонн

- 98%

Кадмий

400 тонн

35 тонн

8 тонн

- 98%

Свинец

25000 тонн

720 тонн

214 тонн

- 99%

Диоксины

90 грамм

8 грамм

2 грамма

- 98%

Последовательность этих процессов может меняться в зависимости от требований к получаемым продуктам из отходов газоочистки. Очистка от твердых частиц осуществляется, как правило, в два этапа. Сначала в электрофильтре, затем после ввода активированного угля либо в рукавном фильтре, либо в скруббере (промывателе).

schoon rookgas + waterdamp

turbine generator

verse stoom

elektriciteit

G verzadigde stoom

koelwater HOK + kalksteenpoeder

Economizer 2

Economizer 3

afval k e te l

E - f i lt e r

d o e k e nf i l t e r

HCl wasser

bodemas

ketelas

vliegas

residu

calcium-chloride

SO 2 wasser

fijn wasser

gips

water

schoorsteen

Рис. 1 Схема очистки уходящих газов установки HRC МСЗ г.Амстердам Удаление тяжелых металлов и диоксинов производится путем ввода в газовый поток активированного угля или продуктов созданных на основе активированного угля (Норит, Адиокс и др.). Применение активированного угля (или адсорбентов на базе активированного угля) стало практически обязательным в современных системах газоочистки. Для снижения выбросов оксидов азота в большинстве случаев применяется технология SCNR. Оксиды серы, HCl, HF удаляются либо по технологии мокрой известковой сероочистки, либо по полусухой технологии (испарительный скруббер). В качестве реагентов применяются либо известь, либо сода. Как видно из схемы (рис. 1), уходящие газы проходят первичную очистку от дымовых га8

Изменения 1985 – 1996 гг.

зов в электрофильтре, после чего в газовую среду вводится активированный уголь , адсорбирующий диоксины, фураны и тяжелые металлы. Окончательная очистка газов от твердых частичек осуществляется в рукавном фильтре. Далее газы охлаждаются в охладителе (экономайзер 2) и последовательно проходят три ступени промывки. Очистка уходящих газов от оксидов азота осуществляется по технологии SCNR. Очищенные газы направляются в дымовую трубу. Мокрые методы очистки уходящих газов обеспечивают высокую степень очистки, но требуют больших расходов воды и затрат энергии. В последнее время, в связи с повышением качества адсорбирующих материалов и тканевых фильтров, все больше начинают применяться сухие методы очистки уходящих газов. В частности, такая схема применена на третьей мусоросжигательной установке МСЗ г. Тренсе (Нидерланды). При создании МСЗ четвертого поколения уже стояла задача не только обеспечить экологически чистую термическую переработку ТБО, но и обеспечить максимальное использования полезных веществ содержащихся в ТБО, в том числе и тепловой энергии. ТБО стало рассматриваться как одно из альтернативных видов топлива для производства тепловой и электрической энергии, что привело к желанию максимально повысить эффективность использования тепла получаемого при сжигании ТБО. Основное припятствие на этом пути – низкое давление и температура пара. Из традиционных котлов МСЗ пар выходит с температурой 240-400 °C и давлением 16-40 бар, что обеспечивает получение электрического КПД не более 12-20%. Специфика сжигания ТБО (кусковое топливо, низкая температура плавления золы, коррозионные свойства дымовых газов и т.п.) приводила к тому, что в мусоросжигающих установках не было возможности повышения параметров пара. Однако, в по-

КИЕВЭНЕРГО – 2011

следние годы были реализованы несколько направлений повышения эффективности использования тепловой энергии ТБО. 1. Повышение параметров пара за счет применения новых материалов и новых конструктивных решений. Примером может служить энергоблок № 30 МСЗ г. Амстердам с электрической мощностью 66 МВт и параметрами пара 130 бар и 440(480) ºС, КПД которого составил 30 – 34% (рис.2) [3]. van lijn 2

440 °C /130 bar

lijn 1 ketel met drum

320 °C / 14 bar van lijn 2

339 °C / 145 bar

lijn 1 herverhitting

339 °C / 145 bar

lagedruk turbine hogedruk turbine

naar lijn 2

195 °C / 14 bar

voedingswater tank

140 °C

25 °C /0,03 bar

ECO 2 voorverwarming voorverwarming rooster4 bar opt.0,6 bar koeling

110 °C

80 °C

70 °C

ECO 3

45 °C

25 °C

Рис. 2 Тепловая схема блока №30 МСЗ Амстердам [3] С целью повышения КПД цикла предусмотрен также промежуточный перегрев пара. Параметры пара после промперегрева – 14 бар и температура 320 ºС. 2. Повышение параметров пара за счет интегрирования тепловых схем МСЗ и традиционных теплоэнергетических установок. Примером может служить МСЗ г. Мурдайк (Нидерланды) с давлением пара 100 бар и температурой пара после догрева в котле утилизаторе ПГУ 520 ºС. КПДэ -30% [4]. Комбинированные установки МСЗ-ПГУ начали применяться с 90-х годов ХХ века, в настоящее время имеется более десяти таких устаноТаблица 4. Количество ТЭС в странах ЕС, сжигающих отходы совместно с основным топливом (по данным отчета Комиссии ЕС, июль 2008 г. [6] Страна

Всего

Австрия

Дания

Германия

Италия

Нидерланды

США

Финляндия

> 40 котлов

Рис. 3 Принципальная схема повышения температуры пара на МСЗ Moerdijk [3]. WHRB (Waste Heat RecoverBoiler) – котел утилизатор тала отходов; REFUSE ASH/CLINKER COMBUSTION AIR HOT GAS/FLUE GAS

Отобранные ТБО Зола /клинкер Воздух для горения Горячие газы/дымовые газы

NATURAL GAS

Природный газ

CONDENSATE

Кондесат

FEED WATER

Питательная вода

LP STEAM

Пар низкого давления

IP STEAM

Пар промперегрева

HP STEAM

Острый пар

вок с КПДэ от 21 до 34% [5]. 3. Сжигание подготовленных ТБО в котлах тепловых электростанций в качестве добавки (до 10%) к основному топливу. За счет частичного замещения энергетического топлива бытовыми отходами, по всей видимости, можно достигнуть существенного повышения эффективности применения ТБО как топлива для выработки электроэнергии . На рис. 4 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, где, смешиваются с газами от сжигания угольной пыли [8]. Как показал опыт 9

Энергия из отходов

400 °C. Поэтому перед ней будут находиться теплообменники с подогревом питательной води для котла, в котором будет сжигаться очищенный генераторный газ. По мере развития техники делаются попытки применить кроме сжигания более современные 4. На ТЭС Kymijarvi (г. методы получения Лахти, Финляндия) энергии из отходов применена схема га- Рис. 5. Принципиальная схема использования ТБО (пиролиз, газифизификации ТБО с по- на ТЭС Kymijarvi кация, плазменная следующим испольобработка и т.п.). Разованием генераторного газа в существуещем боты по созданию более совершенных и эконокотлоагрегате. Поступающие ТБО смешиваются мически приемлемых технологий термической с промышленными отходами и направляются обработки ТБО ведутся в большинстве развитых в газификатор. Полученный газ направляется в стран. Поэтому надо уже говорить не о сжигаспециальные горелки существующего котлоа- нии ТБО, а об их термической обработке. грегата, работающего на каменном угле. Применяемость различных технологий термиЧасть генераторного газа в топливном балансе ческой обработки отходов показана в таблице 5 [8]. угольного котла (15%) определяется экологическиВ последние годы все большее внимание нами показателями. Небольшая часть позволяет ТЕС чинает уделяться плазменным технологиям обвыполнить требования директивы Европейского работки отходов. Союза 2000/76/EC относительно сжигания предваВ Израиле введена в эксплуатацию первая в рительно обработанных отходов (приложение 2) мире установка плазменной переработки ТБО без дополнительных систем очистки, а соедине- [9]. Установка может перерабатывать 1000 кг ТБО ния хлора, фтора и серы в значительной мере свя- в час. Электрическая мощность установки – 600 зываются известью и переходят кВт брутто, 108 кВт нетто. По в твердую фазу еще в газификамнению создателей этой устапар к турбине торе. Выбросы твердых частиц новки стоимость переработки незначительны и не превышают одной тонны ТБО составит око20-30 мг/м3. Добавка в топку генело 70 дол. США, при средней сто1 раторного газа, который практиимости сжигания ТБО в Европе чески не содержит серы, позволя– 200 дол./т. Ведется разработка 11 ет снизить на 5 % концентрацию установки производительноSO2 с 660 (при сжигании угля) до стью 2.0 т/час. 8 600 мг/м3, а снижение части угля Аналогичные работы ве4 в топливном балансе приводит к дутся в других странах. Так, уменьшению оксидов азота с 700 компания «RD Japan» (Япония) 5 10 9 2 до 500мг/м3. предложила России создать 6 В будущем ТЭС Kymijarvi установку плазменной перерапланирует соорудить новый ботки ТБО в Брянске [10]. 3 7 энергоблок с двумя газификатоВ Украине имеются рами ЦКШ и котлом, который предложения от компании Рис. 4. Схема совместной работы потребляет исключительно ге«UKRPLASMA Co» по применетопки-сателлита с энергокотлом: 1 - энергетический котел; нераторный газ, полученный нию плазменных технологий 2 - топка-сателлит; 3 - первичиз биотоплива. Для выдержидля сжигания ТБО [11]. ный воздух под решетку топки; Авторы технологии термивания требований директивы 4 - загрузка топлива из ТБО; 5 - пической переработки ТБО на осЕС 2000/76/EC после газификататель топки; 6 - колосниковая решетка; 7 - шлак в систему ГРЭС; торов планируется установить нове применения плазмы ви8 - газоход от топки-сателлита к современную систему очистки дят следующие преимущества топке энергокотла; 9 - уходящие генераторного газа, которая раэтого метода по сравнению с газы; 10 - шлак в систему ГРЭС; ботала б при температуре 35011 - пылеугольные горелки. традиционными: 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.

КИЕВЭНЕРГО – 2011



 

остаточная продукция в установке получается в виде металлосиликатов и других химически «нейтральных» элементов, имеющих определённую ценность для промышленности, в то время как «обычный» метод сжигания оставляет за собой всё ещё вредную золу; не требуется дополнительных серьёзных затрат на устройства предотвращения выбросов в атмосферу вредных веществ; существенная разница в объёме остатков, объём которых уменьшается практически в 300 раз; установка не нуждается в предварительной сортировке отходов.

К сожалению, приходится констатировать, что пока еще нет достаточно корректных данных, позволяющих оценить безопасность, надежность, экономичность и эффективность работы плазменных установок термической обработки ТБО. Выводы: 1. Энергия ТБО во всем мире начинает широко применяться как альтернативное топливо. 2. Существующий уровень техники позволяет превратить МСЗ в экологически чистые предприятия. 3. Необходимо провести сравнительный анализ зарубежных технологий сжигания ТБО с целью разработки рекомендаций о возможности и целесообразности их применения в Украине. 4. При проектировании новых источников энергии и реконструкции существующих в крупных городах необходимо рассматривать

как альтернативные источники энергии МСЗ или комбинированные установки ТЭЦ+МСЗ. Список литературы. 1. Зарубежный опыт мусоросжигания. www. eco-pro.ru; Отчет ОАО «Всероссийский теплотехнический научно-исследовательский институт», 2008 г.) 2. БиоГазПром. Мусоросжигательные заводы. www.biogasprom.Kiev. ua/ru/product/mz 3. Meer warde uit afval. HR Centrale http://www. afvalenergiebedrijf.nl 4. Combination of a Waste Ingeneration Plant and a Combined Cycle Power Plant. ec.europa.eu/ energy/renewable/bioenergy/djs/insineration… 5. Шпак О.А., МЭИ, кафедра ТЭС. Применение парогазовой технологии на МСЗ Японии и Европы. http://www.combienergy.ru/stat905.html 6. EGTEI expert sub-group on Emering Technologies/ Techniques for Large Combustion Plants >500 VWth up to 2030/ LCP2030 sub-grup final report Juli 2008. 7. Левин Б.И., Бутко А.А. О новой концепции экологически чистого сжигания топлива из твердых бытовых отходов на теплоэлектроцентралях. http://www.combienergy.ru 8. Integrated Pollution Prevention and Control Reference Document on the Best Available Techniques for Waste Incineration, August 2006 9. Яков Зубарев. Всепобеждающая плазма. www.solidwaste.ru/view/425/ html 10. Мусор в Брянске будут перерабатывать пояпонски. www.news.naschbryansk.ru/2007/07/ 27routine/musor_japan-2 11. UKRPLASMA.Co. http://www.ukrplasma.com

Таблица 5. Применяемость технологий термической обработки в зависимости от вида отходов Несортированные ТБО

Отсортированные ТБО

Решетки возвратно-поступательные







Подвижные решетки









Решетки качающиеся



Решетки валковые











Решетки водохлаждаемые









Решетки+вращающаяся печь











Технологии

Опасные отходы

Шлам сточных вод

Больничные отходы



Вращающаяся печь











Вращающаяся печь – водохлаждаемая





Топка с неподвижным подом









Кипящий слой – пузырьковый











Циркулирующий кипящий слой











Фонтанирующий кипящий слой







Пиролиз



Газификация



 как правило, не применяется  Применяется редко

 применяется  широко применяется

Энергия из отходов

Сучасні тенденції розвитку технологій та обладнання для термічного перероблення побутових відходів Шекель. О. Й., д.т.н., Шевченко Л.В. Державне підприємство «Науково-дослідний міського господарства».

та

Перші в світі печі для спалювання побутових відходів були побудовані в Англії (1874 р.), потім в Німеччині (1883, 1912, 1913 рр.), США (1885 р.). У 1914 р. в Англії вже використовувалось 200 печей у 160 містах, причому на 64 із них використовувалась теплова енергія [2]. Сміттєспалювання дозволяє суттєво зменшити об'єм відходів (приблизно в 4 рази) і вагу (в 3 рази), а також використовувати їх енергетичний ресурс (близько 200 кВт/год з 1 т відходів). З початку виникнення сміттєспалювання існувало, переважно, як спосіб знешкодження побутових відходів, однак, з часом, в розвинених країнах світу, воно перетворилось в енергетичну індустрію, оскільки за теплотворною спроможністю 1 т побутових відходів прирівнюється до 0,3 т кам'яного вугілля. Сміттєспалювальні заводи почали розглядатись як тепло-електроцентралі (ТЕЦ) на відновлюваних енергоносіях. Сміттєспалювальні заводи знайшли широке застосування в країнах з високою густотою населення (ФРН, Японія, Швейцарія, Бельгія та ін.). Проте експлуатація цих заводів, у порівнянні зі сміттєпереробними підприємствами і полігонами для захоронення відходів, потребує значно більших капітальних та експлуатаційних витрат. Крім того, складними і ненадійними є процеси очищення димових газів. Значними проблемами є також утилізація і знешкодження токсичної золи та шлаку, які утворюються при спалюванні побутових відходів у значній кількості (до 30 % від сухої маси відходів). Практично всі діючі в країнах СНД сміттєспалювальні заводи оснащені імпортним обладнанням. Термічний метод знешкодження побутових відходів, як показує досвід експлуатації в Україні сміттєспалювальних заводів, також може призводити до забруднення довкілля, оскільки при недотриманні технологічного режиму спалювання відходів в атмосферу можуть потрапляти токсичні речовини. Однак до недавнього часу цей метод вважав-

ся майже безальтернативним і для промислових міст України. Україна має досвід експлуатації сміттєспалювальних заводів (виробництва чеської фірми «ЧКД-Дукла») в містах Києві, Харкові, Дніпропетровську, Севастополі. Проектна потужність одного котлоагрегату – 15 т/год. Досвід експлуатації заводів виявив багато недоліків: фактична потужність на вітчизняних відходах була на рівні 60...70 % від проектної, теплова енергія ефективно не використовувалась, заводи не мали досконалого блоку газоочистки. Внаслідок недотримання технологічного режиму спалювання в атмосферу потрапляли токсичні речовини. Зола сміттєспалювального заводу є токсичною речовиною (високого класу небезпеки) і потребує спеціальних методів знешкодження. На даний час працюють (при неповному завантаженні) лише заводи в містах Києві та Дніпропетровську. Більшість вказаних недоліків відсутні на сміттєспалювальних заводах США, Японії, Канади та країн Західної Європи. В цих країнах вирішені питання очищення газів, а також утилізації і знешкодження токсичної золи та шлаку. Практично всі зарубіжні сміттєспалювальні заводи мають обладнання для утилізації тепла. На всіх заводах відбирають брухт чорного металу. Однак, як засвідчує досвід, всі відомі технології спалювання побутових відходів мають 2 суттєві недоліки, це утворення порівняно великої кількості (до 30 % від вхідної маси відходів) неспалюваного залишку (більш токсичного, ніж самі відходи), а також великих обсягів димових газів (до 20 тис. м3 на 1 т спалюваних відходів), які погано піддаються очищенню. Спочатку на димові викиди сміттєспалювальних печей встановлювались лише обмеження за кількістю твердих частинок в 1 м3 вихідних газів (не більше 5,1 г/ м3). Однак, в міру подальших досліджень, в димових газах сміттєспалювальних заводів виявлялось все більше

конструкторсько-технологічний

інститут

КИЕВЭНЕРГО – 2011

токсичних хімічних речовин та сполук (азоту, сірки, хлору, важких металів, тощо), що ускладнювалось з розширенням різноманіття складових компонентів побутових відходів, особливо з появою нових видів полімерної тари та пакувальних матеріалів, непередбачуваністю складу відходів. В димових газах були виявлені надтоксичні ксенобіотики – діоксини (високомолекулярні хлорорганічні сполуки), які практично не піддаються газоочищенню. Це призвело до підвищення екологічних вимог до димових викидів сміттєспалювальних установок, а також до обмежень на спалювання несортованих побутових відходів. Системи газоочищення сміттєспалювальних заводів стали багатоступеневими (включаючи електромеханічне, фізико-хімічне, реагентне, сорбційне, та інші види очищення), а також складними і тому ненадійними в роботі, а також дорогими (на газоочищення витрачається до 50 % капіталовкладень) [1]. Найбільш поширене традиційне просте (одностадійне) спалювання побутових відходів на рухомих колосникових решітках (валкових, перештовхуючих, коливальних, конвейєрних, тощо), при низьких температурах (700...800°C), на даний час, уже не відповідає сучасним екологічним вимогам, головним чином, через наявність у газових викидах діоксинів, фуранів, бифенілів, які викликають важкі захворювання включаючи онкологічні, пошкодження імунної системи, порушення репродуктивної та інших життєво важливих функцій організму. Для гарантованого знезаражування надтоксичних діоксинових забруднень газових викидів необхідна високотемпературна обробка газів при температурі 1150°C і вище. Для виконання цих вимог сміттєспалювальні установки стали доповнювати камерами допалювання, що суттєво ускладнило технології та конструкції спалювального обладнання. Введення в дію низки стандартів ЄС (в кінці минулого та на початку нинішнього століття), а також нових національних стандартів європейських країн призвело до закриття частини сміттєспалювальних заводів та відмови від попередніх програм їх будівництва [3, 4]. Разом з тим, це дало нові стимули до вдосконалення технологій та обладнання для термічного перероблення побутових відходів, яке стало розглядатись у якості енергетичних установок. Це також висунуло нові вимоги до попередньої підготовки відходів та виготовлення із них паливних матеріалів. Теплотворна спроможність несортованих побутових відходів залежить від сезону року та погодних умов і може в рази змінюватись, що суттєво впливає на ефективність роботи енергетичної установки. Крім того, на роботу пода-

вальних механізмів та пристроїв, а також на робочий процес енергетичної установки суттєво впливає нерівномірність гранулометричного складу побутових відходів, розміри складових компонентів яких різняться в десятки і сотні разів. Тому, останнім часом, швидко розвиваються технології та обладнання попередньої підготовки побутових відходів перед термічним переробленням шляхом сортування, з виділенням горючих фракцій, та їх подальшим подрібненням, просіюванням, підсушуванням, збагаченням, тощо. Із відходів почали виготовлятися спеціальні види палива з більшою однорідністю, ніж самі відходи, та меншою токсичністю: Refuse Derivid Fuel (RDF) – паливо отримане із відходів; Solid Recovered Fuel (SRF) – тверде відновлене паливо; Fuel From Waste (FFW) – паливо із відходів. Формуються стандартні вимоги до цих видів палив, перш за все, за нижчою теплотворною спроможністю, зольністю (вмістом баластних фракцій), розмірами складових частинок (гранулометричним складом), вологістю, вмістом токсичних речовин (хлору, важких металів, тощо). Із появою цих видів відновлюваного палива, виготовленого із побутових відходів, з'явились і нові конструкції енергетичних установок. Останнім часом, у всіх країнах спостерігається стрімкий розвиток екологічно більш безпечних (ніж пряме спалювання) та безвідходних технологій термічного перероблення побутових відходів з використанням газифікації, піролізу та електрошлакового переплаву при температурах 1300...1800°C і більше, при яких відбувається гарантоване руйнування діоксинової решітки безпосередньо в реакторі [6]. Термічне перероблення відходів відбувається у дві стадії: на першій стадії із горючих фракцій відходів утворюється горючий газ, а на другій-горючий газ спалюється і утилізується (за парогазовим циклом) на когенераційній установці з виробленням електричної енергії і тепла. Ці технології забезпечують повне знезаражування горючих газів у зоні високих температур, а також переплав та осклування шлаку, який при цьому перетворюється на будівельний матеріал. Крім того, забезпечується більш повне використання енергетичного ресурсу відходів при високих теплових ККД енергетичних когенераційних установок. Можливе використання генераторного та піролізного газів як палива для двигунів внутрішнього згоряння, для синтезу рідких палив, а також у хімічній промисловості. Основні техніко-економічні характеристики деяких діючих і проектованих установок та обладнання для термічного перероблення побутових відходів наведені в табл. 1. 13

Энергия из отходов

Таблиця 1. Основні техніко-економічні характеристики технологій і заводів (установок) з термічного перероблення побутових відходів

№ п/п

Технології, установки, заводи (країна-виробник, фірма, місце і час впровадження технології, обладнання)

Чехія «ЧКДДукла» (Україна, мм. Київ, Харків, Дніпропетровськ, Севастополь; 1985-1993 рр.)

Франція «КNIМ» (Росія, м. Москва, ССЗ № 2, 1975 р, 2003 р.) [21]

Данія «Volund» Австрія «ЕVN» (Росія, м. Москва, ССЗ № 3, 1983 р.) [21]

Німеччина (топка «Romitec», Японія) (Росія, м. Москва, ССЗ № 4, 2004 р.) [22]

Україна НАНУ (м. Люботин, Харківської обл. 2003 р.)

Німеччина, «Noel GmbH» (1994 р.) [8]

Німеччина, «Siemens» (1996 р.) [8]

Продуктивність за вхідними відходами

Вид термічного перероблення відходів (спосіб нагріву)

15 т/год. (одного котлоагрегату)

Пряме спалювання відходів на колосниковій решітці (з природним газом)

8,3 т/год. (одної лінії)

Пряме спалювання відходів на колосниковій решітці (з природним газом)

Температура в робочій зоні (горіння, піролізу) °С

700...900

Попередня підготовка відходів

Особливості конструкції установки термічного перероблення відходів

Температура в зоні максимального нагріву (горіння), °С

Неперероблюваний залишок від загальної маси відходів, %

Повнота реалізації тепломісткості відходів в енергетичній установці, %

–

Котлоагрегат з колосниковою решіткою у вигляді циліндричних валків

950

–

Котлоагрегат з колосниковою решіткою у вигляді перештовхуючої решітки

950

–

Котлоагрегат з колосниковою решіткою у вигляді каскаду перештовхуючих решіток з барабаном

950

1000

300 тис. т/рік

Пряме спалювання відходів на колосниковій решітці (з природним газом)

13,5 т/год. (одної лінії)

Пряме спалювання відходів у вихровому кип'ячому шарі (з природним газом)

800…950

Подрібнення

Шахтна піч з камерою спалювання відходів у вихровому шарі піску

30 тис. т/ рік

Пряме спалювання відходів в обертовому барабані. Спалюв. прир. газу.

700...850

Сортування

Обертова барабанна піч

850

–

100 тис. т/рік

Піроліз із зовнішнім нагрівом. Спалюв. прир. та/ або пірол. газу.

550

Сортування. Подрібнення

Барабанний обертовий реактор модульноблочний

–

100...150 тис. т/рік

ГазифікаціяСпалюв. прир. та/ або генер. газу.

450…650

Подрібнення

Камерний реактор

1300

700...900

КИЕВЭНЕРГО – 2011

Німеччина, «Tech Trade GmbH» (2007 р.) [9]

Німеччина, «KSK-WT GmbH» (2007 р.) [10]

Австрія, «Thermoselect» (2007 р.) (Японія, м.Чуба) [23]

США, «Resorcies» (м. Сан-Хосе 1985 р.) [8]

США, «Torrax» (м. Оргард Парк,1985 р.) [21]

США, «TNN – WNN» (Штати Джорджія, Пенсільванія, Огайо, Юта. 2006 р.) [11]

США, «TNN – WNN» (Японія, Тайвань) (2006 р.) [11]

США «Recovered Energy Inc» (2007 р.) [20]

50...100 тис. т/рік

Піроліз із зовнішнім нагрівом. Спалюв. прир. та/ або пірол. газу

100 тис. т/рік

Піроліз у розплаві. Спалюв. прир. та/ або пірол. газу

100 тис. т/рік

Піроліз із переплавом шлаку. Кисневе дуття.

1000

Подрібнення

15 тис. т/ рік

Піроліз із зовнішнім нагрівом. Спалюв. пірол. Газу

600...800

Подрібнення

Реактор

–

17...25

–

30…110 тис. т/рік

Піроліз із переплавом шлаку. Спалюв. прир. та/ або пірол. Газу

600...900

Подрібнення

Шахтний реактор із зоною розплаву шлаку

1600

–

100…200 тис. т/рік

Піроліз із переплавом шлаку. Електроплазмовий нагрів

600...1000

Подрібнення

Шахтний реактор із зоною розплаву шлаку

3000...6000

–

100…200 тис. т/рік

Піроліз із переплавом шлаку. Електроплазмовий нагрів

600...1000

Подрібнення

Шахтний реактор із зоною розплаву шлаку

3000...6000

–

100…200 тис. т/рік

Піроліз із переплавом шлаку. Електроплазмовий нагрів.

600...1000

Подрібнення

Шахтний реактор із зоною розплаву шлаку

3000...6000

–

1000...1200

Подрібнення

Камерна піч (реактор)

1300

–

800...1000

Подрібнення

Шахтний реактор із зоною розплаву шлаку

600... 1800

–

Подрібнення

Барабанний реактор із зоною розплаву та шахтна піч допалюв.

1600...1800

–

Росія, піч Ванюкова (м. Рязань, 1999 р.) [7]

50 тис. т/ рік

Піроліз в расплаві металу. Повітрянокисневе дуття

Росія, ДУП МосНВО Радон (м. Москва, 2006 р.) «Плутон» [12]

50 кг/год 250 кг/ год

Піроліз в розплаві електроплазми

200 кг/год

Піроліз із переплавом шлаку. Електроплазмовий нагрів

Росія, Інсти-тут Електро-фізики РАН (м. Москва, 2000 р.) [13]

600

Сортування. Подрібнення

Барабанний обертовий реактор

1250 (допалювання газів)

800

Подрібнення

Шахтний реактор із зоною розплаву шлаку

2000

–

Шахтний реактор із зоною розплаву шлаку

2000

800...1000

Энергия из отходов

Россія, Газифікатор твердих палив. МПП «Салют» (м. Москва) [14]

Білорусь, ДНУ ІТМО (м. Мінськ, 2004 р.) [15]

2500 кг/ год

Газифікатор. Спалюв. природн. та/або генерат. газу

500...1000

Подрібнення

Шахтний реактор

1100

–

200 кг/ год.

Піроліз із переплавом шлаку. Електроплазмовий нагрів

800...1000

Подрібнення

Шахтний реактор

1700

–

Аналіз технологій та обладнання за табл. 1 засвідчує, що на сьогодні, найбільш поширеним способом утилізації та використання енергетичного ресурсу побутових відходів є спалювання – повне окислення органічної складової відходів з передаванням отриманого тепла водяній парі та подальшим виробленням (на паровому турбогенераторі) електричної енергії і теплопостачанням. Однак, слід відмітити, що при цьому важко забезпечити стабільність теплоспоживання протягом року через природне коливання температури атмосферного повітря в літній та зимовий періоди. Розвиток конструкцій спалювальних установок (за способом переміщення відходів через зону горіння) іде від рухомих металевих решіток (валкових, перештовхуючих, конвейєрних) до обертових барабанів та кип'ячого шару. Сучасні установки, як правило, мають зону допалювання димових газів при високих температурах (1000...1100°C) та надлишку окислювача (7...10 %). Димові гази містять СО2, H2O, O2 ,N2, CO, HCl, SOx, NOx, леткі органічні сполуки (ЛОС). Спостерігається загальна тенденція до підвищення температури спалювання відходів, однак у колосникових котлоагрегатах максимальна температура має обмеження через наявність металевих конструкцій в зоні горіння (колосників та поверхонь нагріву котлів-утилізаторів). Як уже відмічалось, останнім часом при термічному переробленні побутових відходів все більшого поширення набувають технології газифікації та піролізу, при яких відбувається неповне окислення органічної складової відходів, а газоподібні та тверді продукти неповного окислення використовуються як замінники традиційних палив. В процесах газифікації та піролізу відбувається термічна деструкція органічної частини палива, виготовленого із відходів. Продуктами перероблення є тверді вуглецеві матеріали (пірокарбон), смолисті речовини (подібні до мазуту), горючий газ (генераторний, піролізний) (суміш газів 16

CH4, CO, H2, тощо). У більшості процесів газифікації та піролізу підтримується температура 800...900°C, однак в зоні виходу із реактора (при використанні газокисневих пальників чи плазмотронів) температура підвищується до 1100...1200°C і вище, що дає змогу отримати більш чистий і висококалорійний газ. Теплотворність генераторного газу становить 4...10 і піролізного – 10...20 МДж/нм3. При цьому забезпечуються більш широкі, ніж при простому спалюванні, можливості вибору варіантів реалізації енергетичного ресурсу відходів та адаптації до місцевих споживачів тепла і електроенергії. Горючий газ (генераторний чи піролізний) може накопичуватись для зберігання, передаватись трубопроводами, перевозитись автотранспортом, спалюватись та утилізуватись в уже існуючих енергетичних установках (котлах, пальниках, газових турбінах, газопоршневих двигунах, тощо). Висновки Із наведеного огляду випливає що, існуючі в країнах світу сміттєспалювальні агрегати та установки для двохстадійного термічного перероблення побутових відходів за конструктивними особливостями і робочою температурою можна поділити на такі основні групи. 1. Спалювальні агрегати з колосниковою решіткою (у вигляді нахилених перештовхуючих решіток, перекочуючих під уклін валків) та котлом-утилізатором – Т = 700...950°C. 2. Печі (шахтні, камерні) з вихровим кип'ячим шаром (піску) з котлом-утилізатором – Т = 800...1000°C. 3. Барабанні спалювальні печі – Т = 700...850°C. 4. Шахтні газифікатори – Т = 500...1300°C. 5. Барабанні газифікатори – Т = 600...1250°C. 6. Шахтні піролізні реактори – Т = 800...2000°C. 7. Барабанні піролізні реактори – Т = 800...1350°C. Аналіз засвідчує, що в світовій практиці термічного перероблення побутових відходів спостерігаються наступні тенденції:

КИЕВЭНЕРГО – 2011

   



підвищення робочої температури; допалювання випускних димових газів; переплав шлаку; перехід до виготовлення із горючих компонентів побутових відходів спеціальних видів відновленого вторинного палива (RDF, SRF, FFW); перехід до двохстадійного термічного перероблення горючих компонентів побутових відходів та виготовленого із них твердого палива (RDF, SRF, FFW); поглиблення повноти використання сировинного ресурсу і енергетичного потенціалу відходів та перехід до когенераційних технологій з виробленням електричної і теплової енергії.

Реалізація цих тенденцій спрямована, перш за все, на підвищення екологічної безпеки процесів термічного перероблення побутових відходів та ефективності утилізації їх енергетичного ресурсу, а також суттєве зменшення неперероблюваного залишку (золи та шлаків) та перехід до безвідходних технологій. Литература 1. Филлип Фишо. О некоторых аспектах мусоросжигания. Твердые бытовые отходы (Россия). 2007 г. № 1, с. 38...40. 2. Вилсон Д. Утилизация твердых отходов. Перев. С англ. Э.Г. Тетерина, А.С. Цыганкова в 2-х томах. Том 1 – 335 с. Том 2 – 346 с. М.: Стройиздат, 1981 г. 3. Шутько Е. Утилизация и переработка бытовых и промышленных отходов. Обзор зарубежных технологий. http://www.urfo-stroi. ru/index.php?pid=1124377388 4. Лебедев В.Н. Сжигание несортированых отходов – умирающая технология. Твердые бытовые отходы (Россия). 2007 г., № 1, с. 36...37. 5. Лунева О.В., Горда В.И., Матпак Е.С. Пиролиз – перспективная технология переработки отходов. Твердые бытовые отходы (Россия). 2007 г. № 1, с. 17...18. 6. Малахов В.М. Я – за мусоросжигательный завод. Твердые бытовые отходы (Россия). 2007 г., № 1, с. 35. 7. Капитонов С.И., Дюдин Ю.К., Механик В.П. Экологически чистая технология переработки твердых бытовых отходов. Цветные металлы (Россия). 1999 г., № 9, с 44...47. 8. Технология и аппаратура высокотемпературного пиролиза промышленных и коммунальных отходов с использованием єлектромагнитных воздействий http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/ pages/4888.html

9. Проспект фирмы «Tech Trade GmbH». Германия. 2007 г. 10. Проспект фирмы «KSK-WT GmbH». Германия. 2007 г. 11. Проспект фирмы «TNN INTERNATIONAL», США, 2006 г. 12. Кадыров И.И., Полканов М.А., Горбунов В.А. и др. Плазменные технологии: расширение возможности переработки отходов. 2006 г. http://www.proatom.ru/modules.php?name=N ews&file=print&sid=711 13. Плазмохимическая установка для переработки смешанных медицинских отходов. Российская академия наук. Институт электрофизики и электроэнергетики. 2007 г. http://iperas.nw.ru/plasma.htm 14. Газификатор. ФГУП «ММПП Салют». г. Москва 15. Плазменная шахтная печь для переработки отходов. Государственное научное учреждение «Институт тепло- и массообмена» национальной академии наук Беларуси (ГНУ ИТМО). 2004 г. http://council-fntp.narod.ru/ booklets/2005/GNU_ITMO.htm 16. Плазменный конвертер для переработки отходов. Компания Startech Enviroupmental Corp. США. 2007 г. http://www.noburntech. info/catalog/approved/29.html 17. Технология плазменной переработки отходов. Российский научный центр «Курчатовский институт» http://www.energy-exhibition. com/Technologies/technologies_catalog3 18. Установка плазменной газификации твердых бытовых отходов с получением топливного газа. Российская академия наук. Институт электрофизики и электроэнергетики. 2007 г. http://www.proatom.ru/modules. php?name=News&file=print&sid=711 19. Плазменно-химическая переработка твердых органических бытовых и промышленных отходов. ПИКТИ (ЗАО ПИКТИ). г. Донецк. 2007 г. http://www.picti.dn.ua/ pererabotka.html 20. Планковский С. И. Плазменные технологии утилизации ТБО. Современное состояние и перспективы http://www.waste.com.ua/ cooperation/2007/theses/plankovskiy.html 21. Твердые бытовые отходы. Систер В.Г., Мирный А.Н., Скворцов Л.С. и др. Справочник. АКХ им. Памфилова. – М: 2001. – 319 с. 22. Проспект Завода по термическому обезвреживанию твердых бытовых отходов № 4 ГУП «ЭкоТехПром» г. Москва, 2007 г. – 8 с. 23. Erik Renstegs, Anders Ostman. IEA Biomass Agreement. Sub-task 6 – Gasification of Waste. FNDCO-TORRAX. Thermoseltkt. USA 2007 http://media.godashboard.com/gti/IEA/ WasteIEA25years.pdf 17

Энергия из отходов

Паро-плазменная технология переработки органических отходов в альтернативное топливо Жовтянский В.А., д.ф.-м.н., Петров С.В., д.т.н. Институт газа НАН Украины.

Общие предпосылки развития применения альтернативных топлив. Для ослабления энергетической зависимости Украины очень важно решение проблемы расширения использования альтернативных видов топлив. Еще в 1997 г. Кабинетом Министров Украины была одобрена Программа государственной поддержки развития нетрадиционных и возобновляемых источников энергии и малой гидро- и теплоэнергетики (ПНВИЭ), опре¬делившая, что наиболее мощным резервом для замещения традиционных топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) являются альтернативные виды топлив. Согласно ПНВИЭ экономия традиционных ТЭР в 2010 г. за счет использования альтернативных топлив должна была составить 20,03 млн. т у.т./год (у.т. – условное топливо) или почти 10% от объема текущего потребления ТЭР. Закон Украины «Об альтернативных видах топлива» относит к альтернативным, в частности, такие виды топлива как газ, полученный при переработке твердого топлива (каменный и бурый угли, горючие сланцы, торф), биогаз, генераторный газ, другое газовое топливо, полученное из биологического сырья, а также газ, полученный из промышленных отходов. Однако на начальных стадиях использования нетрадиционные источники энергии, как правило, являются более дорогими по сравнению с традиционными и требуют законодательной поддержки для их внедрения. В отсутствие, к сожалению, на протяжении многих лет реальных мер стимулирования выполнения ПНВИЭ результаты ее выполнения более чем скромные: фактический вклад в топливноэнергетический баланс страны этих ресурсов все еще не достиг даже 1 %. Согласно ряду бытовавших прогнозов считается, что разведанных мировых запасов ТЭР хватит: нефти – на 30-40 лет, природного газа – на 60-70, а угля – на 250-300. Как следует из одного из таких авторитетных прогнозов 1975 года [1] человечество должно было бы уже ощущать 18

сокращение мировой добычи нефти. Нагнетание этих обстоятельств в общественное сознание обусловило беспрецедентный рост стоимости нефтегазовых ресурсов на мировых рынках: от 1,90 доллара за баррель сырой нефти (160 л) течение 1949-70 гг. до уровня 11 – в период первого энергетического кризиса и до почти 150 долл. / баррель – в 2008 году. Реально мировая экономика не подвержена уменьшению запасов традиционных видов топлив благодаря открытиям новых их месторождений. А в будущем ожидается включение в хозяйственный оборот, например, огромных залежей гидратов метана. Запасы метана в них превышают даже мировые запасы угля. Однако энергетические стратегии многих стран мира, в частности – Украины, предусматривают сокращение импорта газа в пользу потребления собственных ресурсов ТЭР, в первую очередь – угля. Это не удивительно, т.к. мировые запасы угля в несколько раз превышают запасы нефти и природного газа. К тому же месторождения угля достаточно равномерно распределены по странам мира, не создавая напряженности касательно доступа к его ресурсам, в отличие от месторождений нефти и газа, что обеспечивает стабильность цен на него [2]. Это отвечает общим принципам обеспечения энергетической безопасности государств. Объективно доступ к ресурсам нефти и газа по мере истощения действующих месторождений становится все более сложным и требует применения более совершенных технологий, способствуя постепенному увеличению их стоимости. Этот комплекс проблем довольно давно осознали развитые страны мира, создавая условия для расширения применения в национальных экономиках источников энергии, альтернативных традиционным. Однако их развитие требовало и сейчас часто требует дотаций. Вместе с тем, рост мировых цен на нефтегазовые ресурсы последних десятилетий мало связан с себестоимостью их производства. Дело в том, что мощные энергетические

КИЕВЭНЕРГО – 2011

системы и потоки – это продукт и предмет непрерывного взаимодействия (чаще всего закулисного) политической и деловой элит как в отдельных странах, так и на мировом уровне; привычные рыночные механизмы здесь не слишком эффективны. Поэтому тем более важен прецедент, который произошел в 2009 г., когда объемы добычи сланцевого газа – альтернативного топлива – по своим масштабам обеспечили весь прирост добычи метана в США и обусловили заметное уменьшение цены на природный газ в этой стране. Это означает, что наступает качественно новый этап развития рынка альтернативных топлив, когда они начинают формировать предел роста рыночной стоимости традиционных ТЭР. В настоящее время эксперты все еще обсуждают, насколько продолжительной станет эта тенденция, однако не вызывает сомнений, что только альтернативные топлива смогут установить естественный предел стремительному удорожанию традиционных нефтегазовых ресурсов. Если даже вести речь о последовательном замещении природного газа углем, то на уровне конкретных потребителей энергии оно является чаще всего технически невозможным или же требует значительных затрат на замену топливопотребляющего оборудования. Поэтому чрезвычайно актуальным является вопрос конверсии твердого топлива и/или других углеродсодержащих материалов к газообразному состоянию. Особенности производства альтернативных газовых топлив. Как уже отмечалось, динамика мировых цен на основные виды первичных ТЭР последних лет создает надлежащие предпосылки для развития упомянутых технологий. Тем не менее, технологии продуцирования альтернативных видов топлива на основе конверсии углеродсодержащих материалов должны быть достаточно эффективными, чтобы обеспечить надлежащий уровень рентабельности их производства. Еще в ХІХ ст. в Европе широко использовался газ, который продуцировался на основе газификации угля; эти технологии путем целенаправленных исследований достигли наивысшего расцвета в первой половине прошлого столетия. Они основываются на неполном сжигании угля до монооксида углерода CO (известного также как угарный газ): 2С + O2 r 2CO + 221,02 кДж или на его пароводяной газификации:

С + H2O r H2 + CO – 118,82 кДж. Получаемая на основе первого из этих процессов газовая смесь (так называемый воздушный газ или с другим названием, характеризующим способ проведения процесса) имеет относительно невысокую теплоту сгорания (до 4 МДж/м3; для сравнения: природного газа – 33,5–35,6 МДж/м3). Этот недостаток обусловлен значительным содержанием балластного азота атмосферного воздуха, однако упомянутый процесс является технологически простейшим. Значительно более высокой является теплота сгорания так называемого водяного или синтез-газа H2 + CO, получаемого во втором из процессов (до 11,1 МДж/ м 3). Этот продукт по содержанию водорода H2 является также максимально приближенным к составу жидких углеводородов, что способствует эффективности дальнейшего получения из него синтетических жидких топлив (СЖТ). Однако этот процесс является эндотермическим и требует дополнительных затрат энергии для его осуществления. Однако уже во второй половине ХХ ст. технологии газификации угля и производства СЖТ преимущественно потеряли свою значимость вследствие дешевизны и доступности нефтегазовых ресурсов, что обусловило постепенное замещение использования угля природным газом. Современные технологии продуцирования альтернативных видов топлива позволяют существенным образом расширить сырьевую базу для их производства. Например, в настоящее время в мировой практике широкое распространение получили технологии газификации угля в потоке, в кипящем слое, плотном слое или в расплаве. Они позволяют использовать уголь зольностью до 50%, в частности с высоким содержанием серы. Они активно развивались, например, с целью использования продуктов газификации в парогазовых установках электроэнергетики [2]. Однако в условиях хронического кризиса экономики они все еще не являются характерными для нашей энергетики. Для получения альтернативных видов газового топлива в настоящее время используются даже твердые бытовые отходы (ТБО), являющиеся одним из видов возобновляемого углеродсодержащего сырья [3]. Беспрецедентный рост мировых цен на нефтепродукты обусловил интерес к наращиванию энергетического использования ТБО путем производства электрической и тепловой энергии. При этом принимается во внимание, что калорийность 1 т ТБО несколько превышает калорийность 1 19

Энергия из отходов

барреля нефти. Именно поэтому в Германии еще в 2003 г. работало 58, а в Франции – 123 завода, которые утилизировали 13,2 и 11,2 млн. т ТБО соответственно, а Стокгольм на 58% обеспечивает потребность в отоплении жилищного фонда за счет утилизации отходов. В Украине в последние годы ежегодно образуется свыше 10 млн. т ТБО, что представляет собой значительный энергетический ресурс. Современные методы утилизации и обезвреживания отходов базируются на высоко технологических процессах их газификации с получением синтетических горючих газов или на двухстадийном сжигании с использованием паровых, газовых, парогазовых турбин и газопоршневых двигателей. При этом вторая высокотемпературная стадия обеспечивает полное обезвреживание продуктов переработки от образования диоксинов и фуранов. Выбросы современных электростанций, сжигающих ТБО, в несколько раз меньше по объему и вредности, чем выбросы угольных ТЭС. Для переработки и гарантированного обезвреживания опасных отходов одними из наиболее эффективных признаны плазменные технологии. Они позволяют газифицировать наиболее низкокачественное углеродное сырье, а в случае опасных отходов – витрифицировать (остекловать) твердые остатки переработки, получаемые к тому же в минимальном количестве. Последнее позволяет безопасно хранить их в грунте или использовать в качестве строительного материала. Плазменная газификация характеризуется тем, что тепло для проведения эндотермической по своему характеру реакции образования синтеза-газа из углеродсодержащего сырья вводится в систему, например, с водяной плазмой, а не за счет сжигания угля. Недостатком отмеченного выше процесса получения синтез-газа является его энергозатратность. Тем не менее, расчеты показывают, что даже наиболее жесткий по энергетическим затратам процесс паро-плазменной газификации в варианте конечного производства синтетического жидкого топлива становится экономически выгодным. Особенно целесообразной в этом случае является организация его производства в условиях ночного тарифа на электроэнергию. Все вышеперечисленные технологии можно рассматривать как наиболее мощный источник для получения альтернативных видов топлива в индустриальных масштабах. Если же идет речь о переработке относительно небольших объемов переработки отходов, к тому же хлорсодержащих, то на первый план выходит гарантированное исключение 20

выбросов в атмосферу диоксинов и фуранов, а также ее энергетическая эффективность, которая достигается за счет самообеспечения установки получаемым альтернативным газовым топливом. Это особенно важно для мобильных установок такого рода. Технология и оборудование переработки органических отходов. Предлагаемые технология и оборудование основываются на использовании паро-плазменной конверсии углеродсодержащего сырья [4]. При высокотемпературной паровой газификации процесс становится полностью контролируемым и управляемым, что очень важно для переработки отходов изменчивого химического состава. Скорость такой газификации органических отходов в несколько раз превышает скорость их горения в воздухе. Данный процесс обеспечивает высокоэффективную (до 100%) переработку отходов (в т. ч. медицинских и опасных) без эмиссии в окружающую среду таких вредных веществ, как диоксины, смолы, фенолы, аэрозоли и пр. В процессе переработки связываются и легко удаляются опасные элементы – хлор, фтор и др., входящие в состав многих пластических материалов. Отсутствие балластного азота и свободного кислорода в реакционной камере устраняет проблему образования окислов азота и цианов. Процесс паро-плазменной газификации не чувствителен к влажности обрабатываемых отходов. В этой технологии водяной пар является одновременно теплоносителем и реагентом. Расчеты показывают, что для обработки (плазменной газификации) 1 кг медицинских отходов (ориентировочный усредненный состав: 60% целлюлозы + 30% пластмасс + 10% жидкости) требуется около 1 кВт ч электроэнергии, которая расходуется на диссоциацию этих веществ и эндотермический процесс их паровой газификации с получением синтез-газа (СО + Н2) в количестве 1,1 ÷ 1,4 нм из одного килограмма отходов. При этом происходят реакции конверсии целлюлозы и полиэтилена, соответственно: (–C6H10O5–)n + тепло – (CH4 + 2CO + 3H2O + 3C)n r r n1СО + m1H2; (–CH2–CH2–)n + H2O + тепло r xCH4 + yH2 + zCO r r n2СО + m2H2 . При сгорании синтез-газа выделяется тепло: CO + 1/2O2= CO2, ∆H = – 283,37 кДж; H2 + 1/2O2 = H2O, ∆H = – 242,27 кДж. Соответственно, удельное тепловыделе-

КИЕВЭНЕРГО – 2011

Рис. 1. Технологическая схема паро-плазменной установки: 1 – плазмотрон; 2 – печь паро-плазменная; 3 – парогенератор; 4 – последовательно соединенные источники питания «Плазма-2»; 5 – компрессор; 6 – градирня; 7 – скруббер Вентури; 8 – фильтр-каплеуловитель; 9 – теплообменник; 10 – бак содового раствора; 11 – бак со шламом ние при равенстве объемных долей компонентов составит 11,7 МДж/нм , что эквивалентно 3,26 кВт·ч/нм электроэнергии. Таким образом, в результате конверсии 1 кг медицинских отходов рассмотренного выше состава образуется энергоноситель, обеспечивающий 3,6 ÷ 4,5 кВт·ч в пересчете на электроэнергию. При использовании образующегося в процессе переработки синтез-газа для питания плазменной установки от газопоршневой электростанции с к.п.д. на уровне 30% обеспечивается практически нулевой энергетический баланс процесса. Технологическая схема паро-плазменной

установки приведена на рис.1, а общий вид – на рис. 2 а,б. Требования к пароплазменной установке для переработки органических отходов заключаются, в частности, в обеспечении постоянного заданного температурного режима плазменной печи, необходимого давления газов, заданных скоростей удаления газов и летучих компонентов, согласованной работы плазмотрона, системы удаления газов, подачи отходов, системы очистки. На сегодняшний день в мире отсутствуют стандартные плазменные системы повышенной (сотни киловатт – мегаватты)

Рис.2. Общий вид паро-плазменной установки (а) и парового плазмотрона в процессе его наладки вне реактора (б)

Энергия из отходов

мощности для генерирования паровой плазмы. Задача осложняется тем, что в плазмохимических установках для переработки отходов плазмотрон должен одинаково эффективно работать на воздухе, смеси воздуха с водяным паром и чистом водяном пару. К технологическим плазмотронам предъявляются следующие общие требования: высокий ресурс работы, простота обслуживания, ремонтопригодность, устойчивость работы и воспроизводимость всех параметров. Среди множества схемных решений плазмотронов наиболее подходящим для данной технологии является плазмотрон линейной схемы с вихревой газовой стабилизацией электрической дуги и полыми медными электродами или вольфрамовым термокатодом. Разработанный алгоритм управления пароплазменной переработкой органических отходов обеспечивает получение оптимальных значений таких параметров процесса как температурный режим рабочего пространства печи при её разогреве и работе с цикличной загрузкой отходов, давление, химический состав и скорость отходящих газов, очистка отходящих газов. Эти параметры зависят от целого ряда управляющих воздействий, которые в определенных пределах изменяются независимо друг от друга. Натурные испытания подтвердили, что водяной пар при высокой температуре имеет уникальное свойство полностью извлекать углерод из всех твердых соединений с его переводом в газ (СО). При температуре паровой конверсии более 900 °С в системе отсутствует равновесный углерод. Поэтому вопрос полной газификации углерода из всех соединений определяется только кинетикой процесса. Среднемассовая температура газов всегда выше на 300 – 700 °С температуры стенки. Верхнее значение рабочей температуры стенки определяется стойкостью материала, нижнее значение – условиями газификации. Для получения горючего газа, состоящего преимущественно из водорода и СО, процесс следует вести при температуре не менее 950 – 1000 ° С. В случае газификации отходов, содержащих хлор в опасных концентрациях, температура процесса должна быть еще выше, поскольку на этот интервал приходится пик об-

разования диоксинов. Отсюда следует, что минимальная температура газификации – 1200 °С. Ее можно достичь двумя способами: применяя кислородное дутье или высокоэнтальпийные потоки газов, получаемые в плазмотронах. Однако применение кислородного дутья для небольших или мобильных установок представляется весьма неудобным. Важный показатель работы плазмохимического реактора (рис. 3) – это его энергетический баланс. При использовании плазмы водяного пара получен незабалластированный горючий газ. Состав газовой смеси, полученной из органических отходов, определен с помощью газового хроматографа 6890 N фирмы Agilent (табл. 1).

Рис. 3. Схема пилотного реактора производительностью 200 кг/час Выполнены также испытания работы электростанции мощностью 300 кВт (работающей от бензинового двигателя внутреннего сгорания, переведенного на природный газ) на пиролизном газе (см. табл.1). При этом зафиксирована устойчивая работа плазмотрона от электростанции во всем диапазоне рабочих параметров. Для обеспечения управления и контроля параметров паро-плазменной установки создан автоматизированный комплекс, включающий систему приготовления газовых смесей и водяного пара, систему пуска, остановки и контроля характеристик дугового разряда в плазмотроне, систему подачи и

Табл. 1. Состав газовой смеси, полученной из медицинских отходов Компоненты

CH4

CO2

C2H4

C2H2

C2H6

H2S

C3H6

iC4H10

nC4H10

H2O

%, об.

49,89

1,99

35,25

2,52

3,37

3,92

0,13

0,45

0,20

0,23

1,92

КИЕВЭНЕРГО – 2011

дозировки материала, систему управления вспомогательными технологическими устройствами, системы охлаждения, мониторинга температур, расхода и состава отходящих газов, систему мониторинга за опасными концентрациями водорода и угарного газа в помещении, оповещения оператора о внештатных ситуациях и аварийного отключения. Оборудование может быть выполнено как в стационарном, так и в мобильном вариантах (на автомобильной или железнодорожной платформе, морских или речных судах и пр.), что обеспечивает реальную техническую базу для утилизации отходов в местах их образования и накопления. Все задачи управления паро-плазменной установкой для переработки органических отходов воплощены в единой системе автоматизированного управления и сбора данных. При решении настоящей задачи отработаны методы управления температурой рабочего пространства печи, разрежением, расходами и давлениями синтезгаза с возможностью получения смесей с высокой степенью точности пропорций СО/Н2. В настоящее время ведутся разработки оборудования, в котором для поддержания процесса переработки углеродсодержащих сырья будут сочетаться как энергия плазмо-

торона, так и тепловая энергия, получаемая в результате частичного сгорания этого сырья. Функционирование установки в режиме сверхадиабатического фильтрационного горения позволит дополнительно увеличить ее энергоэффективность. Литература 1. Шелдон Р.А. Химические продукты на основе синтез-газа. – М.: Химия; 1987. – 248 с. 2. Корчевой Ю.П., Майстренко А.Ю., Топал А.И. Экологически чистые угольные энерготехнологии. – К.: Наукова думка, 2004. – 186 с. 3. Патон Б.Е., Бондаренко Б.И. Жовтянский В.А. Новый источник возобновляемой энергии – твердые бытовые отходы // Проблеми розвитку енергетики: погляд громадськості / Збірка доповідей № 6. – К.: НТСЕУ, 2009. – C. 249 – 253. 4. Патон Б.Е., Чернец А.В., Маринский Г.С., Коржик В.Н., Петров С.В. Перспективы применения плазменных технологий для уничтожения и переработки медицинских и других опасных отходов. Ч. 1 и 2 // Современная электрометаллургия. – 2005. – №3, 54 – 63; №4, 52 – 60.



Энергия из отходов

Экологические и энергетические аспекты получения тепловой и электрической энергии из твердых бытовых отходов Тугов А.Н, к.т.н., Москвичев В.Ф., к.т.н. ОАО «ВТИ» (Российская Федерация).

Рис.1. Оценка целесообразности энергетического использования ТБО (по данным [1] на примере Европы) Одним из наиболее доступных и экономически целесообразных возобновляемых источников энергии являются тепловые электростанции, на которых сжигают твердые бытовые (коммунальные) отходы (ТБО) – ТЭС на ТБО. Твердые бытовые отходы – это топливо, которое по теплоте сгорания сопоставимо с торфом и некоторыми марками бурых углей; образуется в местах, где электроэнергия наиболее востребована, т.е. в крупных городах, и, пока существует человечество, имеет гарантированное предсказуемое возобновление. Работа ТЭС на ТБО не зависит от природных условий и географического расположения (в отличие, например, от солнечных, ветровых, приливных или геотермальных установок) и в результате ее эксплуатации, помимо выработки энергии, решается важная социальная задача – утилизируются образующиеся в процессе жизнедеятельности человека отходы. В этой связи следует 24

отметить, что за рубежом значительная часть ТЭС на ТБО принадлежит ведущим мировым энергетическим компаниям, и интерес энергетиков к этому источнику энергии продолжает возрастать. Строительство новых ТЭС на ТБО, как правило, ведется за счет средств этих энергетических компаний или со значительной долей капитальных вложений с их стороны. В первое десятилетие двадцатого века в мире устойчиво прослеживается тенденция увеличения количества отходов, перерабатываемых термическими методами. Так, например, по имеющимся в распоряжении ОАО «ВТИ» данным, в период с 1998г. по 2007г. суммарная производительность предприятий для термической переработки отходов увеличилась в Германии и Франции примерно в 1,4 раза, а в Италии – более чем в 2,3 раза. За счет утилизации отходов только в Европе уже сейчас ежегодно вырабатывается более

КИЕВЭНЕРГО – 2011

17 Bimsch V TA Luft 1974

TA Luft 1986

100

от 12/1996

от 8/2003

–

Хлористый водород HCl

100

Фтористый водород HF

Оксиды серы SO2

–

100

Оксиды азота NOx

–

500

200

1000

100

Твердые частицы Углерод С

Моноксид углерода CO Ртуть Hg Кадмий Cd

0,2

Талий Tl Селен Se Теллур Te Никель Ni Кобальт Co

20 (суммарно без учета Tl,Se,Te,Co)

0,05

0,03

0,05

–

0,5

–

Мышьяк As Ванадий V Свинец Pb Хром Cr Медь Cu Марганец Mn Олово Sn

Сурьма Sb Железо Fe

–

Платина Pt Палладий Pd Родий Rh As, бензопирены, Cd, Co, Cr

–

0,05

ПХДД/ПХДФ, нг/нм3

–

0,1

Таблица 1. Предельная концентрация вредных примесей в газообразных продуктах сгорания ТБО (мг/нм3) 28 млрд. кВт-ч электроэнергии и примерно 69 млрд. кВт-ч тепловой энергии (рис.1). Это позволяет экономить 7-38 млн. тонн органического топлива и предотвращать выбросы парниковых газов (в пересчете на СО2) до 37 млн. тонн в год [1]. Наблюдается рост количества строящихся предприятий для сжигания ТБО в Китае, Индии и других развивающихся странах. Столь бурному развитию переработки отходов термическими методами способствовало решение двух основных проблем: обеспечение экологически безопасной эксплуатации предприятий, сжигающих ТБО, и реализация

оптимальных решений по выработке и сбыту тепловой и электрической энергии применительно к конкретным условиям. Экологические аспекты сжигания ТБО. К предприятиям для термической переработки ТБО предъявляются самые строгие экологические нормативы. Требования к содержанию вредных веществ в дымовых газах постоянно ужесточаются. Динамику изменения этих требований во времени можно проследить на примере Германии по нижеприведенной таблице 1. 25

Энергия из отходов Таблица 2. Нормативные выбросы, мг/нм3, загрязняющих веществ с уходящими газами Энерготехнологические установки, сжигающие ТБО (Директива 2000/76/EC)

Энергетические установки для сжигания твердых топлив (ГОСТ 50831-95)2)

среднесуточные

среднеполучасовые

␣=1,4

в пересчете на ␣=2,0

Твердые частицы

150-2503)

100-165

Монооксид углерода, СО

100

300-400

200-260

Оксиды азота, NOx

200

400

300-6404)

200-420

Оксиды серы, SOх

200

1200-14005)

800-920

Хлористый водород, HCl

не нормируется

Фтористый водород, HF

не нормируется

Тяжелые металлы:

среднее по пробам

Ртуть, Hg

0,05

Кадмий, талий, Cd, Tl

0,05

Суммарно другие (Sb, As, Pb, Cr, Co, Cu, Mn, Ni, V)

0,5

ПХДД/ПХДФ

0,1 нг/нм3 TEQ1)

Примечание: Величины приведены для сухих газов, приведенных к стандартным условиям (температура – 273К, давление – 101,3 кПа, концентрация О2 – 11%). 1) TEQ – в пересчете на токсичный эквивалент 2, 3, 7, 8 – ТХДД. 2) Для котлов с паропроизводительностью до 320 т/ч. 3) Большее значения для приведенного содержания золы Апр более 2,5% – г/МДж, меньшее – для Апр <0,6%-г/МДж. 4) Меньшее значение для сжигания бурых углей, большее – для сжигания углей с жидким шлакоудалением. 5) Меньшее значение для приведенного содержания серы Sпр менее 0,045%-кг/МДж, большее – для Sпр>0,045-кг/МДж. В настоящее время все существующие и вновь создаваемые установки для сжигания отходов в Европе должны удовлетворять требованиям Европейской директивы по сжиганию отходов 2000/76/EC, которые предъявляют более жесткие требования по охране окружающей среды, чем, например, в России при сжигании твердого органического топлива на ТЭС (табл. 2). Соблюдение этих экологических требований позволило, на основании анализа опыта эксплуатации предприятий для термической переработки ТБО, Агентству по охране окружающей среды США признать тот факт, что «выработка энергии из отходов оказывает наименьшее негативное воздействие на окружающую среду по сравнению с другими способами выработки электроэнергии». 26

Следует особо также подчеркнуть, что ТЭС, сжигающие отходы, – это предприятия, на которых уже сейчас можно не только контролировать выбросы вредных веществ, в том числе диоксинов и фуранов, в окружающую среду, но и, что очень важно, управлять этим процессом. Энергетические аспекты сжигания ТБО Вид производимой энергии зависит от местных требований и технологических особенностей. В общем плане можно отметить, что в 2001г. примерно 70% заводов производили тепловую энергию для теплосети и 30% вырабатывали электроэнергию [2]. Производство энергии за счет сжигания отходов на душу на-

МВтч/тонна

КИЕВЭНЕРГО – 2011

2002 год

Электричество Тепло

ве ц

ия Да н Но ия рв е Ге гия рм ан и Ав я ст ри я Ит ал ия Ит ал Го ия лл ан ди я Ис па ни я Ве нг ри По я рт уг ал ия

Рис. 2. Количество используемой энергии с каждой тонны сжигаемых отходов селения было самое высокое в Швеции, Дании и Норвегии (Рис 2). В последнее время доля выработки электроэнергии несколько повышается (рис. 3). Тенденция повышения этой доли прогнозируется и в дальнейшем [1]. Оптимальный выбор типа производимой энергии зависит от местных условий по потреблению тепловой и электрической энергии, мощности завода, существующих тарифов на покупку энергии и т.д. и существенно влияет на стоимость и экономичность эксплуатации завода в целом. Так, например, ориентировочные расчеты для ТБО с теплотой сгорания

10 MДж/кг, показывают, что общие удельные расходы на строительство завода с увеличением его мощности от 100 до 300 тыс. т ТБО в год, уменьшаются примерно на 25-35% [3]. Примерно такое же снижение цен наблюдается и по всему виду оборудования завода, в том числе связанного с утилизацией выделяемого при сжигании тепла. Выручка от продажи вырабатываемой энергии в первую очередь зависит от типа и качества продаваемой энергии. Так, например, в Австрии электроэнергия покупается по цене 45€/МВт-час при гарантированном обеспечении ею потребителя, и 25€/МВтчас, если поставка электроэнергии зависит от режима работы поставщика. Тарифы на отпуск

71 Электрическая энергия

Тепловая энергия

Общая 45

30 24

23 16

2006

2010

2020

2020 Potential

Рис. 3 Выработка электрической и тепловой энергии в Европе (EU 27), млрд. кВт-ч 27

Энергия из отходов

Рис. 4. Схема с выработкой тепловой энергии для собственных нужд и отпуска внешнему потребителю: 1 – отпуск пара; 2 – теплоснабжение собственных нужд; 3 – возврат конденсата. тепловой энергии составляют 10 и 6 €/МВт-ч соответственно [3]. Здесь следует отметить, что гарантированный отпуск тепловой и электрической энергии от предприятия, сжигающего ТБО (и тем самым повышение цены за ее реализацию), могут быть обеспечены, например, при совместной работе с городской ТЭЦ. Ниже рассмотрим целесообразность получения тепловой и электрической энергии для различных систем использования образующегося от сжигания ТБО тепла, представленных на рис. 4-6. Оценочные расчеты выполнены для следующих условий: → Продолжительность работы в году – 7500 час; → Средняя теплота сгорания ТБО – 7540 кДж/кг (1800 ккал/кг); Рис. 5. Схема с выработкой тепловой и электрической энергии для собственных нужд и отпуском электроэнергии внешнему потребителю с применением конденсационной турбины с отбором пара при давлении острого пара 50 бар и Т=400°С: 1 – теплоснабжение собственных нужд

→ Возврат инвестиций – по 6% в течение 15 лет. Кроме того принималось во внимание следующее: 1. Коэффициент использования энергопотенциала ТБО при их сжигании с получением тепловой энергии (например, в виде пара) в основном зависит от КПД котла, который, как показали испытания, выполненные на московских заводах [4], находится в диапазоне 70…75%. КПД

КИЕВЭНЕРГО – 2011

котлов во время этих испытаний определялся в соответствии с «Методическими указаниями…» [5], которые предусматривают расчет удельных тепловых потерь. Анализ полученных результатов показывает, что основными потерями являются потери с уходящими газами (q2) и потери в окружающую среду (q5). В свою очередь, потери с уходящими газами зависят от температуры уходящих газов и коэффициента избытка воздуха, подаваемого для сжигания ТБО. Температура уходящих газов ограничена условиями минимизации возникновения низкотемпературной коррозии «хвостовых» поверхностей нагрева котла и надежной работой газоочистного оборудования (в первую очередь, рукавного фильтра). Для современных установок оптимальная величина этой температуры составляет 180-200 °С. Коэффициент избытка воздуха, как показывает многолетний опыт эксплуатации котлов с механическими колосниковыми решетками, находится в диапазоне величин 1,8…2,0. Попытки сжигания ТБО с более низкими значениями коэффициента избытка воздуха приводили к увеличению механического и, в ряде случаев, к химическому недожегу, и тем самым не только повышали тепловые потери, соответственно q4 и q3, но и

ухудшали качество золошлаковых остатков, а также повышали концентрацию вредных веществ в уходящих газах. При этом КПД котла практически не менялся: снижение тепловых потерь q2 компенсировалось увеличением тепловых потерь q3 и q4. Существенно снизить тепловые потери в окружающую среду q5 также не представляется возможным, поскольку изоляция современных котлов выполнена в соответствии с действующими нормативами, которые с экономической точки зрения и безопасности обслуживания оптимизируют ее толщину и выбор материала. Величина q5 существенно зависти только от производительности котла. Принимая во внимание реальные значения удельных тепловых потерь, в дальнейшем принимаем КПД котлов равным 75%. 2. Коэффициент дальнейшего преобразования тепловой энергии (в виде пара) в электрическую зависит, прежде всего, от начальных параметров пара и типа турбины. В качестве примера рассмотрим, как зависит этот коэффициент при использовании турбин ОАО «КТЗ» (при анализе рассматривается только

Рис. 6. Схема с выработкой тепловой и электрической энергии для собственных нужд и отпуском внешнему потребителю с применением конденсационной турбины с отбором пара в комбинации с ТЭЦ: 1 – теплоснабжение собственных нужд; 2 –ТЭЦ на органическом топливе; 3 – котельная установка для сжигания отходов

Энергия из отходов

Тип турбины Номинальная мощность N, МВт

П6-1,2/05

К6-1,6У

К-6-3,4

П6-3,4/0,51

К12-4,2

ПТ12/133,4/1,01

12,5

Параметры свежего пара, номинал (рабочий диапазон): Давление, МПа

1,2 (1,1-1,4)

1,57 (0,59-1,58)

3,4 (3,1-3,6)

4,2 (3,9-4,2)

3,4 (3,1-3,6)

Температура, °С

270 (260-280)

320 (207-332)

435 (420-445)

435 (430-440)

435 (420-445)

Расход пара, т/ч

34,3

25,4

25,8

53,1

56,2

Удельный расход теплоты, ккал/кВтч

3865,0

~3540

3304

2845,9

2860

2873,3

Температура регенеративного подогрева питательной воды, °С

–

105

145

143

145

~22

~24

~26

~30

~16,5

~18

~19,5

~22,5

КПД турбины КПД общий

Таблица 3. Коэффициент преобразования энергопотенциала ТБО в электрическую энергию (КПД общий) с использованием турбин ОАО «КТЗ» классическая схема работы турбин в конденсационном режиме, табл. 3). Анализ табличных данных показывает, что коэффициент преобразования энергопотенциала отходов в электрическую энергию значительно ниже по сравнению с ТЭЦ на органических видах топлива. Это определяется, прежде всего, содержанием коррозионно-активных веществ в дымовых газах. Так при температуре дымовых газов 500°С и температуре стенки труб поверхностей нагрева более 450°С начинается усиленная коррозия металла труб. Поэтому в таблице 3 представлены только турбины с использованием пара с температурой менее 450°С. В этом случае коэффициент преобразования энергопотенциала отходов в электрическую энергию составляет примерно 20%. 3. В Москве в 2010г. цена, по которой сетевые компании покупали энергоносители у производителей, находилась в широких пределах. Так на покупку электроэнергии тариф колебался от 0,62 (например, для московского спецзавода № 4 – МСЗ № 4) до 2,6 руб./кВт-ч (для некоторых московских экспериментальных ТЭЦ). Здесь следует отметить, средняя отпускная цена электроэнергии, по которой продавали промышленному потребителю, была примерно такой же – 2,6 руб./кВт-ч. (Для справки, если руководствоваться зарубежным опытом, то стоимость энергии от возобновляемых источников энергии должна составлять не менее 70% от отпускной цены потребителю, т.е. для МСЗ № 4 она должна составлять около 1,8 руб./кВт-ч). При существующих ценах доходы от продажи электроэнергии на МСЗ № 4 в 2010г. составляли чуть больше 250 руб. с каждой тонны переработанных отходов. 30

Тариф на покупку тепловой энергии был примерно 350…500 руб./Гкал (430…515 руб./МВт-ч). В этом случае в пересчете на 1 т отходов с теплотой сгорания Q =1800 ккал/кг удельная выручка составит около 500 руб. с каждой переработанной тонны ТБО. Таким образом, видно, что при сжигании ТБО среднего состава удельная выручка от реализации тепловой энергии намного выше, чем от продажи электрической энергии. Кроме того, следует отметить, что генерация электроэнергии на предприятиях, сжигающих ТБО требует дополнительных капитальных затрат, по данным [3], примерно на (4,5…5,2) €/т выше затрат на оборудование для получения только тепловой энергии. Увеличиваются также удельные эксплуатационные расходы (по зарубежным данным на (1…1,5) €/т [3]). Казалось бы, очевидно, что более экономичными являются предприятия, сжигающие ТБО, и отпускающие только тепловую энергию. Но это не всегда так. Нужно иметь в виду, по крайней мере, два обстоятельства. Во-первых, необходимо иметь гарантированного потребителя тепловой энергии. Во-вторых, при сравнительных оценках следует учитывать затраты на приобретение электроэнергии для собственных нужд (кстати, по рыночным ценам). Собственные нужды на предприятиях, сжигающих ТБО, значительно выше, чем для обычных ТЭС и составляют 20…30% от общего количества электроэнергии, которое теоретически можно было бы выработать, преобразуя энергопотенциал отходов (чем выше годовая производительностью предприятия по сжигаемым отходам, тем меньше удельные собственные нужды). Следует так-

КИЕВЭНЕРГО – 2011

же подчеркнуть, что затраты электроэнергии на собственные нужды для предприятий, отпускающих только тепловую энергию, не намного меньше, чем для аналогичного, генерирующего электроэнергию (разница составляет 10%). Принимая во внимание приведенные выше данные и воспользовавшись обобщенными зарубежными данными по удельным капитальным и эксплуатационным расходам [3], рассмотрим эффективность получения тепловой и электрической энергии для различных схем утилизации тепла (см. рис. 4 – 6, табл. 4). Видно, что при существующих тарифах на покупку электроэнергии ее производство на предприятиях, сжигающих ТБО, будет заведомо убыточным. Однако если тарифы будут повышены до разумных пределов, то для предприятий с производительностью 200 тыс. т ТБО в год и более выработка и продажа электроэнергии становится намного выгодней производства тепловой энергии, т.е. по сути предприятия для термической переработки становятся электростанциями на ТБО. ВТИ, как одно из ведущих предприятий по разработке и внедрению ТЭС на различных видах органического топлива, в том числе и на ТБО, по заданию Правительства Москвы разработал технические предложения по созданию отечественных типовых комплексов для энергетиче-

ской утилизации ТБО. При их разработке принимался во внимание тот факт, что, как показывает приведенные расчеты и зарубежный опыт, наиболее эффективным с позиции энергетического использования отходов является предприятие с годовым отпуском электрической энергии примерно 100,0 тыс. МВт-ч и более (с установленной электрической мощностью более 15 МВт). Такое предприятие можно с полным основанием считать ТЭС на ТБО. Для справки, к 2010г. во Франции находились в эксплуатации только 12 подобных ТЭС. В Германии – около тридцати, при этом наиболее крупная, запущенная в эксплуатацию в 2006г. в Магдебурге, отпускает потребителю более 370,0 тыс. МВт-ч в год (рис. 7). В США общая установленная электрическая мощность ТЭС на ТБО составляет 2700 МВт. По крайне мере, на 45 предприятиях установленная электрическая мощность превышает 15 МВт, а на 15 – более 60 МВт. Решающим фактором, определяющим установленную электрическую мощность ТЭС на ТБО, является вопрос топливообеспечения, т.е. прогнозируемый расчетный расход поступающих на переработку отходов. (Электрическая мощность обычных ТЭС, на которых сжигают органическое топливо, как правило, выбирается в зависимости от потребности региона в электроэнергии). Величина этого расхода, в

Таблица 4. Оценка эффективности выработки электрической и тепловой энергии для предприятий, сжигающих ТБО с различной годовой производительностью (Значения представлены в € в пересчете на курсу 1€=40 руб) Производительность, тыс. т ТБО/год

100

200

300

тепловая

электрическая

тепловая

электрическая

тепловая

электрическая

Удельные капитальные затраты, Евро/т

3,09

8,24

2,32

6,18

2,06

5,49

Удельные эксплуатационные затраты, Евро/т

0,9

2,4

0,68

1,8

0,6

1,6

Удельные собственные электрические нужды, МВтч/т

0,12

0,13

0,1

0,11

0,08

0,09

Удельные затраты на собственные нужды, Евро/т

7,8

6,5

5,2

Отдача тепла, МВтч/т

1,6

Удельная выручка по теплу, Евро/т

12,8

Отдача электроэнергии, МВтч/т

0,28

0,3

0,32

Удельная выручка по электроэнергии, Евро/т

4,34/12,61

4,65/13,51

4,96/14,41

Общая выручка, Евро/т

1,01

-6,3/1,961

3,3

-3,33/5,521

4,94

-2,13/7,311

Отпускаемая энергия

Примечание: 1) В числителе выручка при отпуске электроэнергии по цене 62 коп./кВт-ч (15,5€/ МВт-ч), а в знаменателе – при цене 1,80 коп./кВт-ч(45€/МВт-ч). 31

Энергия из отходов

140

130

120 100

85 80 60

45 40

20 0

Германия

Франция

США

Рис. 7. Общее количество предприятий для термической переработки ТБО, включая ТЭС на ТБО 1 – Общее количество предприятий для переработки ТБО; 2 – ТЭС на ТБО (установленная электрическая мощность более 15 МВт) свою очередь, зависит от ряда факторов, таких как численность населения и удельный объем накопления отходов в обслуживаемом регионе; свойства и характеристики перерабатываемых отходов; политика региональных властей в области обращения с отходами. С учетом этих факторов ВТИ разработал типовой мощностной ряд (по количеству перерабатываемых отходов) для отечественных ТЭС на ТБО: 120…180 тыс. тонн ТБО в год (примерное годовое количество отходов, образующихся в городах с населением 300…350 тыс. человек); 240…260 тыс. тонн ТБО в год и 360…420 тыс. тонн ТБО в год. К настоящему времени разработаны основные принципиальные технические решения, позволяющие уже сейчас создать полномасштабный опытно-промышленный образец современной отечественной ТЭС на ТБО с установленной электрической мощностью 24 МВт (360…420 тыс. тонн ТБО в год), которая представляет собой современное предприятие с завершенным технологическим процессом термической переработки отходов и традиционным паросиловым циклом для выработки электроэнергии. Единичная производительность каждой из двух технологических линий по сжигаемым отходам составляет примерно 180 тыс. тонн ТБО в год. 32

Для очистки продуктов сгорания ТБО принят наиболее перспективный и востребованный в настоящее время полусухой метод с применением многократной циркуляции увлажненных реагентов и продуктов газоочистки, частично возвращенных в процесс после их улавливания в рукавном фильтре. На ТЭС применена тепловая схема с поперечными связями и конденсационной турбиной с регулируемым промежуточным отбором пара на теплофикацию. Данная схема имеет наиболее гибкий характер по утилизации пара. В зависимости от времени года и запроса потребителей энергии, ТЭС позволяет вырабатывать от 10 до 25 МВт электрической и от 2,4 до 8 ГДж/ч тепловой энергии. Результаты расчета материального и теплового баланса ТЭС на ТБО, выполненного для различных отходов с различными характеристиками во всем диапазоне нагрузок, обосновывают проектные технико-экономические и экологические показатели электростанции. Освоение полномасштабного опытно-промышленного образца современной отечественной ТЭС на ТБО позволит широко тиражировать подобные объекты в нашей стране и странах СНГ. Только в России потенциально возможно построить, по крайней мере, 34 таких ТЭС в 22 городах. Однако для эффективной

КИЕВЭНЕРГО – 2011

работы такой ТЭС необходимо принятие законов, делающих производство на ней электроэнергии более привлекательным. Список использованных источников 1. www.cewep.eu 2. Статус мусоросжигательных заводов в Европе (Ассоциация возобновляемых и восстанавливаемых ресурсов в Европе – ASSURRE)// Управление отходами в мире, нояб.-дек. 2001. 3. J. Stubenvoll, S. Böhmer, I. Szednyj. Stand der Technik bei Abfallverbrennungsanlagen. Studie im Auftrag des Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und

Wasserwirtschaft. Wien, September 2002, 164 s. 4. А.Н. Тугов, Д.С. Литун, Н.Б. Эскин. Комплекс работ по освоению и наладке процессов термической переработки твердых бытовых отходов//Электрические станции, 2001, № 7, с. 19-26. 5. Методические указания по проведению контрольных испытаний на установке для термической переработки твердых бытовых отходов/ ВТИ, Москва, Арх. № 14877, 2001 г.



Энергия из отходов

Энергетическое использование ТБО как одно из средств решения проблемы управления отходами в Украине Матвеев Ю.Б., Гелетуха Г.Г. ИТТФ НАН Украины, НТЦ «Биомасса». Ежегодно в мире образуется около двух миллиардов тонн твердых бытовых отходов (ТБО). Существует тенденция увеличения уровня потребления, особенно характерная для крупнейших развивающихся стран. Процесс сопровождается ростом образования отходов. Если за ближайшие 15 лет в развивающихся странах и странах с переходной экономикой количество отходов на душу населения сравняется с показателями развитых стран, то общее количество ТБО в мире в 2025 году окажется равным семи миллиардам тонн [1]. В результате сложная проблема организации системы управления отходами в будущем грозит перерасти в проблему неразрешимую. Однако уже сегодня существуют страны, в которых проблема ТБО решается успешно. Например, в Германии доля полезной утилизации отходов составляет 66%, а доля термической переработки с производством энергии

равна 32%. На собственном примере Германия демонстрирует, что высокий уровень переработки и значительная доля сжигания отходов могут быть частью единой стратегии управления потоками ТБО. В соответствии с директивой Европейской Комиссии об отходах 2008/98/СЕ страны-члены ЕС должны сочетать производство энергии из отходов с мероприятиями по предупреждению их образования и вторичным использование полезных материалов. Поэтому сжигание отходов с получением энергии является не самоцелью, а звеном в цепочке преобразования отходов перед неизбежным захоронением той части отходов, переработка которых невозможна или нерациональна на данный момент. В 2008 году в ЕС было выработано 31.0 ТВт ч электроэнергии и 162.5 ПДж тепловой энергии из ТБО (табл.1). Лидерами производства электроэнергии были Германия, Фран-

Таблица 1. Производство электрической и тепловой энергии из ТБО в 2008 году в Европейском Союзе и США

Тепло, ТДж

Электроэнергия, ТВт·ч

Возобн.

Невозобн.

Всего

Возобн.

Невозобн.

Всего

Германия

4 506

9 012

21 876

43 752

Франция

1 888

3 776

10 668

21 336

Дания

1 097

769

1 866

14 891

10 434

25 325

Нидерланды

1 432

1 490

2 922

4 133

4 301

8 434

Италия

1 556

3 112

3 090

6 180

Швеция

1 269

846

2 115

17 787

11 858

29 645

Великобритания

1 226

736

1 962

782

1 564

Испания

КИЕВЭНЕРГО – 2011

ция и Италия, а производства тепловой энергии – Германия, Швеция и Дания [2]. Спецификой ТБО является сложный морфологический состав. В частности, ТБО состоит из органического и неорганического вещества, а органическая часть делится на фракции, состоящие преимущественно из возобновляемого сырья (бумага, древесина, пищевые отходы), и сырья, получаемого с использованием ископаемых видов топлива (пластмассы, полиэтилен и другие синтетические материалы). Поэтому только часть энергии, получаемой из отходов, может считаться возобновляемой. Доля возобновляемой энергии зависит от морфологического состава отходов и различна для разных стран. Например, в Великобритании возобновляемая доля ТБО составляет 62.5%, в Дании – 58.8%, в США – 56.0%, Нидерландах – 49.0%. В случае недостатка информации Международное Энергетическое Агентство рекомендует считать, что доля возобновляемой энергии составляет 50%. Например, такое значение используется при подготовке статистических данных в Германии и Франции. В 2008 году в ЕС было выработано 6.8 миллионов тонн нефтяного эквивалента первичной энергии из возобновляемой части ТБО. При этом Дания и другие страны Северной Европы оставались лидерами по производству энергии на душу населения, в Дании – 175 тонн н.э. на 1000 жителей, в Швеции соответственно 69.2 тонн. Для сравнения, в Германии этот показатель равен 18.2, во Франции соответственно 15 тонн н.э. Всего в Евросоюзе в 2008 году было произведено 16.2 ТВт ч возобновляемой электроэнергии, на 460 ГВт ч больше, чем в 2007 году, причем 45.3% электроэнергии получено на когенерационных станциях. Особенно широко когенерационные технологии используются в Дании, где тепло подается в сети централизованного тепло- и водоснабжения. Стоит отметить, что в Дании 66% отходов используется и только 5% попадает на полигоны, при этом сжигается 3.6 миллионов тонн ТБО в год или 26% их общего количества. Полученная электрическая и тепловая энергия достаточна для обеспечения 450 тысяч человек, что составляет 8% населения страны. Например, 30% тепла в одной из самых больших в мире сетей централизованного теплоснабжения в Копенгагене, получается при сжигании отходов [3]. Конечно, не все, даже развитые страны, имеют такие убедительные показатели. Однако, если посмотреть на общую статистику Европейского Союза, то можно увидеть, что в

1995 году было образовано 200 млн тонн отходов, при этом 140 млн тонн вывезено на полигоны. По прогнозам в 2020 году в ЕС будет образовано 300 млн тонн отходов, при этом 100 млн тонн попадут на полигоны. Легко убедиться, что при быстром росте общего количества ТБО, доля захоронения ТБО в ЕС в соответствии с ожиданиями должна медленно, но неизбежно снижаться [4]. Большинство стран членов ЕС стимулирует энергетическое использования отходов законодательными средствами с одной стороны с помощью введения фиксированных повышенных тарифов на электроэнергию, с другой стороны повышением налогов на захоронение отходов и запретом на захоронение биогенных отходов. В результате в ЕС ожидается строительство нескольких десятков новых МЗС, мощность которых составит по прогнозам 13 млн тонн ТБО в год. В такой активно генерирующей отходы стране, как США в 2007 году 12.5% ТБО было подвержено термической переработке с производством 48 ТВт ч полезной энергии. Оставшиеся 33.4% ТБО повторно использовались или компостировались, а 54% было вывезено на полигоны. При этом общее количество ТБО в стране составило 250 млн тонн [5]. Одним из наиболее динамичных рынков производства энергии из ТБО является Китай. За 8 лет с 2001 по 2007 год страна увеличила долю термической переработки отходов с 2 до 14 миллионов тонн. В результате Китай оказался на четвертом месте в мире по количеству сжигаемых отходов после Европейского Союза, Японии и США. В 2007 году в стране работали 66 МЗС. Ожидается, что это количество вырастет до 100 к 2012 году. В настоящее время в мире работает более 900 МЗС, утилизирующих 200 миллионов тонн ТБО в год и вырабатывающих 130 ТВт ч электроэнергии. МЗС уже давно перестали быть только предприятиями по переработки отходов, основное их назначение – производство электрической и тепловой энергии, в том числе и возобновляемой. Интегрированное управление ТБО Несмотря на то, что захоронение на полигонах все еще остается преимущественной практикой во многих странах Европейского Союза, США, Китае, улучшение практики обращения с отходами в развитых странах нацелено на создание интегрированной системы управления отходами. При этом основное внимание уделяется минимизации 35

Энергия из отходов

1. Предотвращение образования отходов

2. Повторное использование отходов

3. Рециклинг отходов

4. Производство энергии из отходов

5. Захоронение на полигонах

Рис. 1 Иерархия принципов интегрированной системы управления отходами захоронения, увеличению доли повторного использования материалов и рециклинга, увеличению доли производства энергии из органической части ТБО с помощью биологических и термических методов, которое в Европе сопровождается запретом на захоронение биоразлагаемых материалов. Таким образом, в иерархии принципов управления отходами наивысший приоритет принадлежит предупреждению их образования, далее идут повторное использование и рециклинг отходов, биологические методы переработки – компостирование или сбраживание, сжигание или другие методы термической переработки ТБО, сопровождаемые производством энергии. Захоронение на полигонах является необходимым, но последним звеном данной цепочки. Отметим, что захоронение ТБО на полигонах также может сопровождаться производством энергии с помощью строительства систем сбора и энергетического использования биогаза, образующегося в процессе произвольного или организованного распада биогенных отходов. Существуют два основных способа получения энергии из отходов: термохимический (сжигание, газификация, пиролиз) и биохимический (анаэробное сбраживание). Производство энергии из твердых материалов, таких, как бумага, древесина или пластик, целесообразно осуществлять с помощью термохимических методов. Материалы, об36

ладающие большей влажностью, например пищевые или растительные отходы, сжигать нерационально. Для них больше подходят биохимические методы – сбраживание в специальных реакторах или непосредственно на полигонах ТБО. Наиболее рациональным и экологическим решением для переработки ТБО является комбинация сбраживания биоразлагаемой части ТБО для производства биогаза и производство твердого топлива (RDF ) для последующего сжигания и производства энергии из той части органических отходов, которая непригодна для сбраживания. При этом общая схема переработки ТБО может быть достаточно сложной, как показано на рисунке 2. Биологические методы переработки ТБО Производство энергии из биоразлагаемых материалов может быть эффективным средством уменьшения объема отходов, вывозимых на полигоны. Ужесточение экологического законодательства в развитых странах и рост урбанизации в развивающихся странах приводит к необходимости увеличения доли перерабатываемых отходов, в том числе биологическими методами. Оценка потенциала производства биогаза в ЕС показывает, что около 2/3 производимого биогаза имеет своим источником органическую фракцию ТБО по сравнению с 1/3 частью отходов сельского хозяйства. Для сбраживания органической части ТБО – кухонных остатков, отходов пищевой промышленности и садово-парковых отходов – могут использоваться различные методы. Наиболее распространен «влажный» метод, при котором используются традиционные биогазовые установки, широко распространенные в сельском хозяйстве. В данном случае ТБО могут сбраживаться отдельно или же в качестве дополнительного субстрата. Определенное распространение получили методы «сухого» сбраживания ТБО в колоннах или контейнерах. Сбраживание кухонных остатков, отходов пищевой промышленности и садово-парковых отходов является развитой коммерческой технологией, особенно в Европе. В 2006 году в Европе работало 124 биогазовых завода мощностью более 3000 тонн/год, на которых более 10% сырья обеспечивали ТБО. Общее количество перерабатываемых в течение года ТБО составляло 4.3 млн тонн. При этом не учтены тысячи биогазовых установок, использующих совместное сбраживание относительно небольших количеств ТБО с навозом и энергетическими растительными культурами, например, силосом кукурузы.

КИЕВЭНЕРГО – 2011

По отношению к 2000 году количество биогазовых заводов, перерабатывающих ТБО, выросло в Европе в два раза, а их мощность в четыре. Только одна Испания перерабатывает с помощью анаэробного сбраживания более миллиона тонн ТБО, что составляет более 50% органических отходов страны. В 2008 году в ЕС получено 7.5 млн т.н.э. биогаза, из них 2.9 млн т.н.э. на полигонах. Лидерами были Германия – соответственно 3.7 и 0.3 млн т.н.э, а также Великобритания – 1.6 и 1.4 млн т.н.э [6]. Термическая переработка ТБО В 2006 году в Европе (ЕС27 + Швейцария + Норвегия) насчитывалось 420 мусоросжигательных заводов (МЗС). Наряду с признанными европейскими лидерами Германией, Францией, Данией термическая переработка широко развивается в таких развитых азиатских странах, как Корея, Япония, Тайвань и Сингапур. Даже развивающиеся экономики Таиланда, Вьетнама, Малайзии, Индонезии и Индии серьезно задумываются о развитии этого рынка.

Наиболее традиционной технологией сжигания является использование различных версий движущихся решеток. В последнее время получили распространение технологии сжигания в циркулирующем кипящем слое (ЦКС). Например, в Китае две трети МЗС используют движущиеся решетки импортного или местного производства. Оставшаяся треть основана на технологии сжигания в ЦКС. Сжигание ТБО остается основной технологией термической переработки. Однако, получают свое распространения такие технологии, как плазменная газификация. По оценкам экспертов, совокупная прибыль термической переработки отходов в мире будет быстро расти. В 2010 году она составила около 3.7 миллиардов долларов, а уже в 2016 достигнет 13.6 миллиардов долларов. Ситуация в Украине Управление отходами в Украине крайне неэффективно и нуждается в реформировании. Ежегодно собирается около 12 миллионов тонн отходов, при этом 96.5% собранных

Рис. 2 Комплексная схема переработки ТБО

ТБО

Раздельный сбор

“Серые” отходы

Механическая сортировка

RDF I

Органическая фракция

Сбраживание

Термическая обработка

Сбраживание

Сепарация/Сушка

Строительные и ландшафтные материалы

Удобрение/компост

RDF II

Термическая обработка

Энергия из отходов

отходов попадает на официальные и неофициальные свалки, примерно 2% сжигается на двух МЗС и менее 1% отбирается для повторного использования на существующих сортировочных линиях. Определенная доля отходов отбирается на свалках усилиями самодеятельных сборщиков вторичного сырья, однако эта доля не поддается учету. По данным статистики общее количество свалок составляет около 4500 единиц. Стоит отметить, что лишь 70% населения Украины, в основном городское, охвачено системой сбора и вывоза ТБО. Это приводит к образованию в сельской местности большого количества несанкционированных мелких свалок. Низкие тарифы на утилизацию ТБО приводят к тому, что основная часть средств, аккумулированных за счет оплаты населением услуг по вывозу и утилизации ТБО, тратится на сбор и транспортировку ТБО на свалку. Таким образом, сложная процедура утилизации ТБО подменяется простым удалением ТБО из зоны образования. Эксплуатация собственно свалок осуществляется с минимальным уровнем затрат. Существенное количество свалок не являются инженерными сооружениями и не удовлетворяют требованиям украинских экологических стандартов по защите подземных вод и воздушного бассейна. В результате широко распространено загрязнение подземных водоносных горизонтов так называемым фильтратом – жидкостью, образующейся в результате разложения отходов и попадания атмосферных осадков в тело свалки. На свалках обычно отсутствуют нижние и верхние защитные покрытия, системы сбора и очистки фильтрата, контроль газовых эмиссий. Из-за финансирования по остаточному принципу эксплуатация свалок осуществляется примитивными средствами. Основной и традиционный инструмент оператора свалки – бульдозер – недостаточен для уплотнения и планирования тела полигона. Повсеместно отсутствует специализированные и абсолютно необходимые устройства для уплотнения отходов – компакторы. Недостаток технических средств не позволяет организовать систематическое заполнение отдельных секций свалки согласно проекту, если таковой существует. Зачастую в процессе хаотической эксплуатации образуются крутые и высокие склоны, само существование которых является одной из главных причин возгорания ТБО. Недостаточная плотность отходов кроме упомянутых проблем приводит к быстрому исчерпанию ресурса накопления отходов. 38

Поэтому в Украине увеличение доли энергетического использования ТБО должно сопровождаться или даже предваряться улучшением ситуации на старых полигонах и реализацией стратегии строительства инженерных региональных полигонов. Украинские МЗС В период с 1984 по 1992 в Украине были построены четыре мусоросжигательных завода (Харьков, Севастополь, Киев, Днепропетровск). Во всех случаях использовалась аналогичная технология сжигания на валковой решетке чешской компании «Дукла». Суммарная мощность переработки ТБО четырех МЗС должна была составить 1.2 млн тонн ТБО в год. В настоящее время работают только два завода – в Киеве и Днепропетровске, при этом электроэнергия не производится, получаемое в результате сжигания тепло частично используется для снабжения мелких потребителей в непосредственной близости от предприятий. Загрузка МЗС не достигает максимума из-за конкуренции со свалками. Особенно это проблема характерна для Киева, где перевозчикам зачастую выгоднее доставлять ТБО на ближайшие свалки. Заявлены планы реконструкции обоих предприятий. В Киеве планируется установка двух турбогенераторов суммарной мощностью 10 МВтэ с подключением к электрическим сетям, а также сети централизованного теплоснабжения. Кроме того планируется установка системы многоступенчатой очистки дымовых газов. Аналогичный проект установки турбогенераторов мощностью 9.4 МВтэ планируется и в Днепропетровске. Возможность реализации этих планов будет определяться условиями финансирования и экономической целесообразностью, зависящей в основном от действующих тарифов на переработку ТБО и продажу электроэнергии. В течение последних лет неоднократно сообщалось о намерениях строительства МЗС в различных городах, например, Донецке, Одессе, Николаеве, Чернигове. В частности, планировалось строительство МЗС мощностью 500 тыс. тонн ТБО в Киеве в непосредственной близости от ТЭЦ-6. Однако на момент написания статьи, а это январь 2011 года, авторам неизвестно о реальных планах строительства МЗС в Украине. Сбор биогаза на свалках Реальная возможность сбора биогаза на свалках в Украине появилась в связи с ратификацией Киотского протокола в 2005 году,

КИЕВЭНЕРГО – 2011

которым предусматривается возможность инвестирования проектов совместного осуществления. В течение нескольких последних лет запущен ряд проектов, в таких городах, как Ялта, Алушта, Львов, Мариуполь, Краматорск, еще несколько находятся на разных стадиях проектирования и строительства. Подобные проекты могут быть экономически привлекательными, однако их реализация ассоциируется с высокими рисками, связанными с нередким неудовлетворительным состоянием украинских свалок и сложностью прогнозирования количества биогаза. Наиболее популярным способом использования биогаза на свалках может быть производство электроэнергии с последующей продажей в сеть с использованием «зеленого тарифа». Такой тариф позволил бы не только существенно улучшить финансовые показатели проекта, но и реализовать его с учетом всех требований законодательства по закрытию и рекультивации свалок. Энергетический потенциал биогаза, собранного на свалках Украины, составляет по оценкам НТЦ Биомасса 460 ГВт·ч/год электроэнергии (50 МВт установленной мощности), что составляет 0.23 % общего производства электроэнергии в стране. Что делать? В Украине давно уже назрела необходимость улучшения системы захоронения отходов. Для этой цели необходимо реализовать программу строительства региональных инженерных полигонов с одновременным закрытием и рекультивацией существующих свалок. Важно, чтобы эксплуатация новых полигонов осуществлялась в соответствии с современными нормами, среди которых можно упомянуть складирование на ограниченной площади в соответствии с проектным планом, уплотнение ТБО с помощью компакторов, ежедневное укрытие отходов, сбор и очистку фильтрата, сбор и утилизацию биогаза. Одновременно с этим необходимо увеличить долю повторного использования и рециклинга отходов для максимального продления эксплуатации полигонов. В настоящее время типичной ситуацией является отсутствие раздельного сбора отходов в местах их образования. В отдельных городах предпринимаются экспериментальные попытки раздельного сбора, при этом обычно отходы делятся на два потока – вторичное сырье – бумагу, стекло, пластик и неиспользуемый

остаток. В некоторых городах существуют сортировочные линии, однако доля отобранных на этих линиях материалов остается небольшой (примерно 10-15%). Увеличение эффективности сортировки в большой степени зависит от внедрения раздельного сбора. В конце 2010 года появились сообщения о том, что в течение полугода в соответствии с программой реализации Национальных Проектов предполагается подписание договора с ЕБРР и Всемирным банком о предоставлении Украине инвестиций в размере 5 млрд грн на строительство 10 мусороперерабатывающих заводов. Переговоры ведутся с местными властями 14 городов и областей о предоставлении соответствующих земельных участков. По словам первого заместителя министра регионального развития, строительства и ЖКХ Украины Юрия Хиврича, речь идет о тех компонентах ТБО, которые могут повторно использоваться (пластиковые бутылки, бумага, стекло). По его же словам, сегодня только в 53 из 600 городов Украины используют раздельный сбор отходов, и только в 7 городах Украины работают сортировочные линии. Важно понимать, что даже в случае успеха строительство десяти мусороперерабатывающих заводов решает относительно небольшую часть проблемы управления отходов на относительно небольшой части территории страны. Полностью проблему можно решить планомерными усилиями в рамках стратегии развития системы управления ТБО, которую еще предстоит подготовить и принять. Подготовка самой стратегии не представляет принципиальной сложности, поскольку большая часть наших европейских соседей опережает Украину в процессе реализации аналогичных собственных стратегий. Нашей стране надлежит лишь воспользоваться уже имеющимся опытом. Практическая реализация стратегии зависит от экономических условий, определяемых законодательством. После того, как в Украине будут существенно улучшены условия захоронения отходов, а также система сбора пригодных для сжигания и сбраживания отходов, необходимо увеличивать долю производства энергии из ТБО. Экономические аспекты и перспективы Экономические показатели сжигания ТБО с последующим производством электроэнергии в основном зависят от двух факторов – тарифа на переработку ТБО и стоимости продажи электроэнергии. При существующих в стране тарифах на переработку ТБО и прода39

Энергия из отходов

жу электроэнергии сжигание ТБО заведомо убыточно. По этой причине строительство новых мусоросжигательных заводов за счет собственных средств коммерческих проектов невозможно или, по крайней мере, нерентабельно. Для того, чтобы выйти на приемлемый срок окупаемости (7 лет) при существующих тарифах на электроэнергию, необходимо повысить существующие тарифы на переработку в 8 или более раз. Очевидно, что это невозможно, по крайней мере, в краткосрочной перспективе. В свою очередь, использование «зеленого тарифа» на электроэнергию с повышающим коэффициентом 2.1 позволил бы выйти на окупаемость 12 лет при существующих тарифах на переработку ТБО. Очевидно, что такой срок окупаемости неприемлем для реализации инвестиционных проектов. Таким образом, увеличение существующего тарифа на переработку ТБО остается необходимым и при гипотетическом использовании «зеленого тарифа», по крайней мере, при использовании повышающего коэффициента 2.1. Однако, в этом случае повышение тарифа на переработку может быть в два раза меньшим по сравнению с вариантом отсутствия «зеленого тарифа». Таким образом, введение зеленого тарифа (с коэффициентом 2.1 или более) необходимо для привлечения инвестиций в мусоросжигание. Кроме того, использование зеленого тарифа для сжигания ТБО является эффективным средством ограничения роста тарифов на переработку ТБО для населения. К сожалению, пока использование зеленого тарифа на электроэнергию, полученную из ТБО или биогаза в нашей стране невозможно, поскольку украинское законодательство делает различие между твердой биомассой и биогазом, в частности из ТБО. Не распространяется зеленый тариф и на сжигание отходов. Решение экологической проблемы управления отходами является задачей государственного масштаба. По этой причине нельзя сводить возможность реализации подобных проектов только к экономической целесообразности. Учитывая их большую социальную и экологическую значимость, такие проекты могли бы финансироваться государственным или местным бюджетом. Например, в течение последних десяти лет в Москве построены и активно эксплуатируются три МЗС общей мощностью 730 тыс. ТБО в год. Этот единственный на постсоветском пространстве успешный опыт строительства МЗС основан на существовании постановле40

ний правительства Москвы, по которым инвестор дополнительно к платежам населения получает 35 Евро за каждую тонну переработанных ТБО из бюджета города. •

•

Выводы Производство энергии из отходов на фоне быстрого подорожания природного газа и других энергоносителей не только решает экологическую проблему, но и обеспечивает население энергией из местных видов топлива, в значительной части возобновляемой. Невысокие тарифы на переработку отходов и низкие цены на электроэнергию затрудняют развитие этих достаточно дорогих, но перспективных технологий. Введение «зеленых тарифов» на электроэнергию, полученную из возобновляемых источников энергии, с последующим расширением их действия на все виды биогаза и сжигание ТБО может быть первым шагом для привлечения инвестиций в отрасль. Получение энергии из ТБО является не самоцелью, а звеном в цепочке преобразования отходов перед неизбежным захоронением на полигонах. Поэтому производство энергии из отходов должно сопровождаться мероприятиями по предупреждению их образования и вторичным использованием полезных материалов. Увеличение доли энергетического использования ТБО должно сопровождаться или предваряться улучшением ситуации на старых полигонах и реализацией стратегии строительства инженерных региональных полигонов.

Литература 1. Solid Waste Management in the World’s Cities. Forthcoming UN-HABITAT Report., 2009. 2. Renewables Information. International Energy Statistic 2010. 3. Staying Ahead of the Game. Waste Management World, Nov-Dec 2010, p.38-41. 4. Untapped potential. Waste Management World, Jan-Feb 2008, p.46-48. 5. Municipal Solid Waste Factsheet. Center for Sustainable Systems, University of Michigan. 2009., Pub. No. CSS04-15. 6. The State of Renewable Energies in Europe. 9th EurObserv’ER Report, 2009.



КИЕВЭНЕРГО – 2011

Перспективы повышения эффективности и экологичности сжигания отходов на заводе «Энергия» ПАО «КИЕВЭНЕРГО» Крикун С.С. Завод «Энергия» ПАО «КИЕВЭНЕРГО». В Европе каждый житель производит в среднем около 500 кг городских отходов в год, и это количество отходов постоянно увеличивается. В Украине 50 млн. м3 бытовых отходов гниёт и разлагается на бесчисленных официальных и неофициальных полигонах и свалках, в т.ч. в г. Киеве образуется 1,5 млн. тонн отходов в год, которые в основном вывозятся на полигон № 5, а также на областные свалки (в области насчитывается 29 свалок). 22% отходов термически утилизируется на заводе «Энергия» ПАО «КИЕВЭНЕРГО». Ситуация с утилизацией отходов в г. Киеве периодически может быть критической: полигон № 5 регулярно закрывает Экологическая инспекция, а мощности единственного мусоросжигательного завода не хватает, чтобы утилизировать все бытовые отходы г. Киева. Страны, члены Европейского Союза, добившиеся конкретных результатов в борьбе со свалками, а это Германия, Австрия, Дания, Швеция, Бельгия, комплексно используют все доступные средства. Отходы, не подлежащие повторному использованию или переработке, представляют собой альтернативный источник энергии, способный заменить в этом качестве полезные ископаемые. Так, во Франции, которая является лидером по производству первичной энергии из возобновляемых твердых городских отходов, работает около 130 предприятий (заводов) по утилизации энергии отходов, которые производят 3,34 миллиарда кВт электрической энергии и 9,44 миллиардов кВт тепловой энергии, что в пересчете соответствует экономии 1,9 миллионам тонн нефти. В настоящее время мусоросжигательные заводы в Европе обеспечивают поставку электрической энергии 21 миллионам человек и поставку тепла – 32 миллионам человек. Энергоэффективность должна стать одной из основных целей экологической политики. Энергия, выработанная благодаря отходам, – это долгосрочный источник при обязательном условии соответствия технологического процесса самым строгим экологическим нормам. Завод «Энергия» был введен в эксплуатацию в декабре 1987 года. Как филиал КИЕВЭНЕРГО, за-

вод «Энергия» начал свою производственную деятельность с 1 ноября 2001 года. На заводе «Энергия» установлено 4 котлоагрегата производительностью до 15 тонн отходов в час. Выдача тепловой энергии - 26 Гкал в час. Проектом предусмотрена одновременная работа 3-х котлов. Завод занимает площадь 8,8 га. На заводе «Энергия» работает 230 сотрудников . Основной вид деятельности завода - термическая утилизация твердых бытовых отходов (ТБО). В 2008 году завод «Энергия» термически утилизировал 231,8 тыс. тонн ТБО, что составляет более 20% от количества образующихся в г. Киеве. Однако, начиная с 2009 года, объемы завоза ТБО перевозчиками отходов значительно уменьшились и составляют до 60% от технологической потребности завода. В 2009 году было утилизировано 184,7 тыс. тонн ТБО. На 01.08.2010 года термически утилизировано 114,51 тыс. тонн. Выработанный пар частично используется для собственных нужд, частично отпускается потребителям в виде пара и горячей воды через отдельно построенную бойлерную. Часть пара охлаждается и конденсируется в аппаратах воздушного охлаждения и возвращается в систему, часть пара выбрасывается в атмосферу. К примеру, в 2009 году было произведено 232 тыс. Гкал, из них 97,9 тыс. Гкал потрачено на собственные нужды, 6,0 тыс. Гкал отпущено 13 потребителям, потери составили 128,13 тыс. Гкал. В 2009 году отобрано из шлака и реализовано 1130,0 т металлолома. На 01.01.2010 года тариф, утвержденный КГГА 10.07.2009 года, для термической переработки ТБО составляет 127,56 грн. за 1,0 т, с учета НДС (уровень рентабельности – 9,03%), что позволяет проводить безубыточную деятельность завода при 100% технологической загруженности завода ТБО в размере 225-235 тыс. тонн ТБО в год. Как пример, завод «Энергия» в 2009 году недополучил ТБО в количестве 40,0 тыс. тонн, в результате чего финансовый ущерб от хозяйственной деятельности завода «Энергия» за 2009 год составил 3673,0 тыс. грн. Но учитывая доход от реализации тепловой энергии, ущерб составляет 1768,4 тыс. грн. В январе 2010 года Верховная Рада Украины 41

Энергия из отходов

приняла изменения к Закону Украины «Об отходах», которым в дальнейшем запрещается термически обезвреживать ТБО без выработки и реализации тепловой и электрической энергии. В рамках реализации проекта реконструкции завода «Энергия» планируется выполнение следующих мероприятий:  Установка на заводе 2-х турбогенераторов общей мощностью 10,0 МВт (4,0 МВт и 6,0 МВт) с реализацией тепловой и электрической энергии в городские сети.  Внедрение системы химической очистки дымовых газов.  Реконструкция котлов и вспомогательного оборудования. 1. Проект реконструкции завода «Энергия» с установкой турбоагрегата для выработки электроэнергии и выдачи тепловой и электрической энергии в городские сети разработан Инженерным центром «Энергомаш» г. Харькова. Проектом предусмотрено строительство на территории завода «Энергия» машзала с паротурбинной установкой. Суммарная электрическая мощность турбин составляет 10,0 МВт. Кроме того, проект предусматривает реализацию тепловой энергии в городские сети: в отопительный период работают совместно источник тепла завода «Энергия» и СТ «Позняки» (возможен вариант ТЭЦ-5). Часть сетевой воды из обратного трубопровода магистрали ТМ-1 СТ «Позняки» (ТЭЦ-5) подается на завод «Энергия», догревается до t = 95ºС и снова вода возвращается в обратный трубопровод ТМ-1 СТ «Позняки». Межотопительный период: завод «Энергия» работает параллельно с тепловыми сетями города и выдает тепловую энергию на отдельно выделенную зону (ж/м Осокорки и ж/м Позняки). Проектом предусмотрена установка следующего основного оборудования:  паровая турбина типа ТГ 4АС/10, 5 Р14 / 1,2 с противодавлением (изготовитель «КТС», г. Калуга, Россия);  паровая турбина П 6-1,2 / 0,5 с регулируемым отбором и конденсационной установкой (изготовитель ОАО «КТС» г. Калуга, Россия);  бак аккумулятор V = 4000 м3, Н = 20 м, Д = 14 м;  тепловые сети Д = 500 мм от завода «Энергия» к теплосети ТМ-1 СТ «Позняки» длиной 1000 м. Количество отпущенной электроэнергии в год – 38,4 млн. кВт, тепловой энергии 227 тыс. Гкал. 2. Проект химической очистки дымовых газов. На заводе «Энергия» используется одноступенчатая система очистки дымовых газов, в ко42

торой с помощью электрофильтров из дымовых газов отбирается пыль. Концентрация пыли соответствует украинским нормам и составляет до 50 мг/нм3. В 2001-2002 годах была выполнена реконструкция электрофильтров, благодаря чему их эффективность возросла. Но учитывая механический и коррозионный износ металлоконструкций электрофильтров, в недалёком будущем необходимо будет выполнять замену оборудования электрофильтров. В настоящее время разработан технико-экономический расчет для внедрения на заводе «Энергия» химической очистки дымовых газов и получен положительный вывод комплексной государственной экспертизы. Техническое задание на разработку проекта (ТЭР и РД) системы химической очистки дымовых газов на заводе «Энергия» было согласовано КГГА. Аналогичная система очистки дымовых газов от загрязняющих веществ используется на многих мусоросжигательных заводах Европы и в г.Москва. Система состоит из 4-х ступеней очистки, а именно:  первая ступень – очистка дымовых газов от окислов азота NOx за счет впрыскивания 40%ого раствора карбамида в зону горения котла;  вторая ступень - очистка дымовых газов от сернистых, хлористых и фтористых соединений методом «полусухой» очистки за счет впрыскивания известковой или содовой суспензии в реактор для их абсорбции;  третья ступень - очистка дымовых газов от диоксинов, фуранов и паров тяжелых металлов за счет применения абсорбционного метода очистки активированным углем;  четвёртая ступень - очистка дымовых газов от золы и твердых частиц с применением рукавного фильтра. После внедрения системы газоочистки концентрация загрязняющих веществ будет соответствовать европейским нормативам. 3. Проект «Реконструкция котлоагрегатов и вспомогательного оборудования». Завод отработал почти 23 года. Учитывая опыт эксплуатации других подобных объектов, после такой наработки заводы или реконструируют или демонтируют. К примеру, в Москве сегодня работает три завода. Один в Руднево построен с «0», второй в Отраднево после 20 лет работы модернизирован, третий в Бирюлево демонтирован и за 2,5 года построен новый. По оценке специалистов ПАО «КИЕВЭНЕРГО» и иностранных специалистов Дании, Чехии состояние оборудования завода «Энергия» удов-

КИЕВЭНЕРГО – 2011

летворительное, но требует выполнения реконструкции и ремонтных работ. После реконструкции парковый ресурс может составлять до 15 лет. Предлагается одновременно с внедрением системы газоочистки выполнить следующие работы:  разработать проектно-сметную документацию на выполнение работ;  выполнить модернизацию котлов с заменой поверхностей нагрева;  выполнить модернизацию кранов бункера ТБО и шлакового отделения;  выполнить реконструкцию зданий и сооружений;  выполнить проект и построить современные очистные сооружения (химводоподготовка). Работы по реконструкции завода «Энергия» планируется выполнить в 3 этапа: Этап 1. Внедрение проекта реализации тепловой энергии в городские сети. Для этого необходимо:  разработать рабочую документацию;  построить здание машзала с монтажом соответствующего оборудования (сетевые подогреватели, насосная группа, коммуникации);  соорудить систему аккомуляции тепла;  проложить магистральные тепловые сети от завода «Энергия» до тепловой камеры ТМ-1 СТ «Позняки». Срок выполнения проекта: октябрь 2011 г. – июнь 2013 г. Этап 2. Внедрение системы химической очистки дымовых газов. Для этого необходимо:  разработать проект и рабочую документацию с прохождением экспертизы;  приобрести оборудование;  выполнить строительно-монтажные работы. Срок выполнения работ: сентябрь 2011 г. – июль 2013 г. Наши партнёры, в частности компания «ЭКОПРОН-ЮГ» (г. Днепропетровск) и фирма Turbofilter Gmbh (Германия), учитывая компоновку завода «Энергия», предоставили более рациональные и приемлемые предложения для внедрения химической очистки дымовых газов, что обязательно будет учтено при разработке проекта. Кроме внедрения химической очистки дымовых газов, одновременно планируется выполнить работы по реконструкции котлов и вспомогательного оборудования (кранового хозяйства). Этап 3. Установка турбогенераторов. Срок внедрения проекта: 2012-2013 гг.

  



Общая стоимость инвестиций всех 3-х этапов может составлять до 300 млн. грн. Работы будут выполняться без полной остановки оборудования завода. В результате реализации проекта будет увеличена мощность сжигания ТБО до 300 тыс. тонн в год (на 25%); выбросы загрязняющих веществ будут соответствовать требованиям европейских нормативов; в год будет реализовано более 227 тыс. Гкал тепловой энергии и до 38,4 млн. кВт электрической энергии. После проведения в полном объеме реконструкции срок эксплуатации оборудования дополнительно может быть продлен до 15 лет.

В настоящее время: 1. Разработана проектно-сметная документация (стадия «П») по установке турбоагрегатов и выдаче тепловой и электрической энергии. Проведена государственная экспертиза. 2. Разработан ТЭР по внедрению химической очистки дымовых газов. Проведена экологическая и государственная экспертизы. Работы выполнены Главным управлением экологии и охраны природных ресурсов КГГА. 3. Предприятием «ЭКОПРОН-ЮГ» разработана проектно-сметная документация (стадия «П») на автоматизацию топочного процесса сжигания ТБО. Проведена государственная экспертиза. Программа реконструкции завода была разработана специалистами ПАО «КИЕВЭНЕРГО», рассмотрена и одобрена Рабочей группой по разработке стратегии поведения с бытовыми отходами г. Киева (сентябрь 2010 года), согласована депутатами Киевского совета и руководством Киевской городской администрации. Для выполнения вышеназванных работ в 2011 году будет проведен тендер с привлечением финансовых средств как бюджетных, инвесторов, так и собственных ПАО «КИЕВЭНЕРГО». Пример: для внедрения проекта по реализации тепловой энергии ПАО «КИЕВЭНЕРГО» готово обеспечить проект предварительно изолированными трубами Ø 500 мм длиной 2,0 км. Кроме того, в рамках реконструкции завода «Энергия» ПАО «Киевэнерго» за свой счет в этом году была введена в эксплуатацию линия 10 кВ длиной 2,0 км от подстанции «Осокорки» до завода «Энергия», что позволит надёжно получать и передавать электроэнергию от будущих турбин, предусмотренных проектом. На сегодня ПАО «КИЕВЭНЕРГО» и городская администрация занимаются вопросом поиска приемлемого варианта получения инвестиций для проведения реконструкции завода. 43

Энергия из отходов

Энергоблок 66 МВт на высокие параметры пара МСЗ Амстердам Вольчин И.А., к.т.н., Потапов А.А. Институт угольных энерготехнологий НАН Украины. Потапова О.А.

Рисунок 1. МСЗ Амстердам МСЗ Амстердам принадлежит муниципалитету г. Амстердам и является самостоятельным предприятием. Поэтому одна из важнейших задач МСЗ – экономичная работа. Тарифы МСЗ Амстердам уже более 10 лет одни из самых дешевых на рынке отходов Мусоросжигательный завод в Амстердаме был введен в эксплуатацию в 1919 году. Первоначальная мощность завода составляла 150.000 т ТБО в год. В 1969 году была произведена замена старой мусоросжигающей установки и мощность завода была доведена до 500000 т/год (рис. 1). В 1993 году на МСЗ была введена новая установка производительностью 765 т ТБО в час. Это установка третьего поколения, в ней уже при проектировании были заложены современные очень жесткие экологические 44

требования и технические решения, обеспечивающие эффективное использование энергии. Она является одной из самых крупных в мире. Во время эксплуатации проводилось совершенствование установки и оптимизация технологического процесса с целью снижения выбросов, повышения производительности установки, уменьшения расхода реагентов. Особое внимание уделялось повышению КПД (энергетического). В результате проведенных мероприятий количество произведенного электричества возросло с 450.000 МВтч в 1993 году до 530.000 МВтч в 2004. Кроме того была увеличена поставка тепла потребителям. В начале третьего тысячелетия была введена в эксплуатацию установка четвертого поколения (HRC), обеспечивающая не только

КИЕВЭНЕРГО – 2011

Годы Блоки 2005

2006

2007

2008

2009

Количество сожженного мусора, т.

10 + 20

902.354

940.700

932.700

873.971

888.800

202.000

436.976

458.000

Выработка электроэнергии, МВтч

10 + 20

545.467

540.543

539.891

507.900

512.355

150.198

90.079

245.772

Отпущенное тепло, ГДж

10 + 20

178.008

215.546

161.907

202.770

151.270

11.031

142.400

Коэффициент готовности, %

10 + 20

94,2

94,7

93,9

92,8

91,9

91,7

86,7

89,2

10 + 20

60,85

54,49

62,0-4

68,15

81,90

83,55

81,72

84,22

Тариф, евро/т

Таблица 1. Показатели работы мусоросжигающих установок МСЗ снижение эмиссии, но и максимальное производство полезных продуктов, в том числе: повышение электрического КПД до 30% (нетто), извлечение ценных металлов, производство первичных стройматериалов. Предприятие состоит из следующих подразделений:

     

мусоросжигающие установки блоки 10, 20 (установки AEB- третьего поколения), блок 30 (установка HRC – четвертое поколение) и биогазцентраль; склады опасных отходов (с целью их дальнейшего использования); участок сбора и демонтажа электроаппаратуры; пункты сбора отходов пригодных к вторичному использованию;

Мусоросжигательная установка HRC (блок 30) Установка состоит из двух линий мусоросжигания, одной двухцилиндровой паровой турбины с промперегревом, генератора. Основные показатели установки HRC Средняя теплота сгорания ТБО – 10 МДж/кг. Потребление ТБО – 1600 т/сутки Производительность – 530 000 МДж/год Общий вид установки HRC приведен на рис 2

Топливо В качестве топлива используются твердые бытовые отходы (ТБО) г. Амстердам и прилегающих окрестностей. Средняя теплотворная способность поступающих ТБО, принятая в проекте – 10 МДж/кг. На рисунке 3 показана топливная диаграмма, определяющая рекомендуемую зону работы и зависимость полученной энергии от расхода ТБО и его теплотворной способности. Оптимальный режим обозначен точкой А и соответствует производству 93,3 МВтт. Тепловая ценность ТБО в этой точке составляет 10 МДж/кг и соответствует расходу топлива 33,6 т ТБО/час. Установка HRC спроектирована именно на эту нагрузку, при этом оба котла работают с 100-процентной нагрузкой. Но возможна работа и в точке В, 110% нагрузки, хотя этот режим не предусмотрен гарантийными обязательствами. На рисунке 4 приведена принципиальная тепловая схема установки HRC. Отличительной чертой установки является применение высоких параметров пара – давление 130 бар и температуры 440ºС (480ºС) на выходе из котла, что позволило поднять электрический КПД установки до 30 %, то-есть на уровень существующих угольных электростанций. Кроме того установлен котел с промежуточным пароперегревателем, что также повысило КПД установки. Интересно решение подогрева пара в промежуточном пароперегревателе посредством пара из барабана 45

Энергия из отходов

Рисунок 2. Установка HRC – продольный разрез 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

доставка тюков кран транспортер ж-д путь вскрытие тюков гомогенизатор приемка ТБО склад приемный бункер кран кабина крана загрузочная воронка котла вентилятор вторичного воздуха бункер шлака решетка шлаковая ванна

17 18 19 20 21

первичный воздух ввод газа рециркуляции ввод аммиака котел предохрани-тельные клапаны котла пароперегре-ватель котла экономайзер кран предохранительный клапан деаэратор

22 23 24 25 26

27 28 29 30 31 32

дымосос рециркуляции газов мастерские кабельные помещения электро-фильтр бункер золы пункт погрузки

25 24

17 10

20 20

22 3

11 19

6 12

27 18 9

7 29 15

16 14 17

10 10 m mtr. tr.

котла. При этом промежуточный пароперегреватель является отдельным агрегатом, установленным рядом с турбиной, а не частью котла. С целью повышения энергетической эффективности цикла, в систему подогрева конденсата встроены дополнительные подогреватели ЕСО-2 и ЕСО-3, утилизирующие тепло, теряемое в системе газоочистки и системе охлаждения решеток. Котельный агрегат

        

Тепловая мощность котла, ном/макс – 93,6 МВт/102,7МВт Температура пара на выходе из котла – 440°С, возможно – 480°С Давление пара на выходе из котла – номинальное 130 бар, макс. – 162 бара Производительность котла по пару (ном.) – 28 кг/сек (102 т/час) Температура пара после промперегрева – 320°С Давление пара после промперегрева 14 бар Объем уходящих газов 200.000 нм3/час Температура газа на выходе из котла – 180°С КПД – 87,14% 46

Котельный агрегат представляет собой барабанный котел со слоевой топкой. Технология сжигания в слоевой топке выбрана после анализа возможных технологий (кипящий слой, пиролиз, газификация), в результате которого было принято решение проектировать котел со слоевой топкой как наиболее проверенном в эксплуатации и надежном варианте. Отходы краном подаются из бункера отходов в загрузочную воронку и далее через водоохлаждаемую шахту толкателем на решетку сжигания. Решетка отличается от традиционных тем, что она частично водоохлаждаемая. Решетка состоит из трех параллельных линий, причем каждая линия имеет 7 воздушных зон. Система охлаждения решеток включена в водопаровой цикл для полезного использования тепла. Охлаждается только начальная часть, решеток с тем, чтобы предотвратить их сгорание. Охлаждение решеток водой способствует уменьшению износа решеток и продлевает срок их действия. Кроме того, охлаждение решеток позволяет работать с меньшими избытками воздуха. Гарантируется непрерывная бесперебойная работа решеток в течении двух лет.

КИЕВЭНЕРГО – 2011

33 34 35 36 37

ввод активиро-ванного угля кран рукавный фильтр насос стопорный кла-пан

38 39 40 41 42 43 44 45

кран турбогенератор конденсатор маслобак подогреватель подогреватель ЭКО-2 охладитель газа скруббер НСl

46 48 49 50 51 52 53 54

30 22

скруббер SO2 47 подогреватель ЭКО 3 чистый скруббер дымосос измерение эмис-сии дымовая труба бак промежуточный бункер охлаждающая вода

27 27 38 31

36 50

53 37

28 39

29 32

46 32

40 42 47

29 54

nominaal bedrijf

bedrijfsvoering met beperkingen

maximaal bedrijf

16.000 kJ/Kg

380

10.000 kJ/Kg

1 2= B (+C)

360

98 1'= A

thermisch [GJ/h]

300 280

93.3=100% 91

7.300 kJ/Kg 9

10 4

260

77 74.6=80%

thermisch [MW]

340 320

106 102.7=110%

70 240 6

220 200

65.3=70% 63

56 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 20.0 33.6=100% 37.0 afvaldoorzet [M g/h]

Nominaal bedrijf – зона нормальной работы Maximal bedrijf – зона максимальной работы

Bedrijfsvoering met beperkingen – зона ограниченной работы

Рис. 3 Топливная диаграмма котла установки HRC 47

Энергия из отходов

Рисунок 4. Принципиальная тепловая схема установки HRC Сгоревшая донная зола попадает в водяную ванну, где охлаждается, после чего направляется на складирование. Водяной пар, образующийся в системе шлакоудаления используется как третичный воздух. Воздух в зону горения вводится поэтапно. Первичный воздух в количестве 95 000 м 3 /час вводится снизу под решетки и слой отходов. Каждая зона может разогреваться до необходимой температуры независимо от других. Давление и количество воздуха может регулироваться для каждой секции отдельно. В первом ходе топки котла установлены сопла, через которые в продукты сгорания вводятся дымовые газы рециркуляции в количестве 40000 м 3 /час, взятые после тканевых фильтров. Рециркуляция дымовых газов позволяет снизить температуру газов, что замедляет образование NOx. С целью снижения недожога после ввода газов рециркуляции вводится вторичный воздух в количестве 37 000 м 3 /час, что обеспечивает хорошее выгорание даже при шести процентах избытка кислорода. Параметры вторичного воздуха регулируются с помощью специальной программы. На 48

рис. 7 показаны температуры в надтопочном пространстве и конвективной части котла. Котел блока 30 (установка HRC) пятиходовой, причем три первые хода пустые ( не имеют поверхностей нагрева) и служат с одной стороны для обеспечения нормативного времени нахождения уходящих газов при температуре выше 800°С и для возможности размещения дополнительных поверхностей нагрева с другой. Первый и второй ходы котла облицованы материалом InkomelR. Для регулировки температуры пара предусмотрено два впрыскивающих пароохладителя. Котел имеет высокую степень ремонтнопригодности. Так полная замена трубных пучков пароперегревателей производится за 72 часа. Очистка уходящих газов Для снижения выбросов оксидов азота применена технология SNCR. Аммиак вводится в первом ходе котла через сопла установленные на 3–х уровнях , по 8 сопел на каждом уровне. Для впрыска аммиака используется воздух под давлением.

КИЕВЭНЕРГО – 2011

Рисунок 5. Продольный разрез котлоагрегата 1 – решетки 2 – первичный воздух 3 – газы рециркуляции 4 – вторичный воздух 5 – 1-й ход

6 – 2-й ход 7 – 3-й ход 8 – 4-й ход: пароперегреватель 9 – экономайзер 10 – выходной патрубок

На рисунке 8 показана принципиальная схема очистки дымовых газов на установке HRC МСЗ Амстердам. Дымовые газы из котла направляются в электрофильтр, где очищаются от твердых частичек. На установке применена двухступенчатая система очистки дымовых газов от твердых частичек. Первая ступень – электрофильтр, выполняющий предварительную очистку от

11 – предохранительные клапаны 11 – предохранительный клапаны 13 – шлаковая ванна

крупных частичек. После электрофильтра до тканевого фильтра в дымовые газы вводится в порошкообразном состоянии активированный уголь (НОК – hoogovencokes - доменный кокс), вещество адсорбирующее диоксины и фураны. Вместе с активированным углем вводится порошкообразный известняк, который служит для предотвращения возгорания вводимого кокса, а также для создания филь49

Энергия из отходов

Таблица 2. Годовые и удельные выбросы загрязняющих веществ установки HRC МСЗ Амстердам Удельные выбросы г/тонну

Выбросы в 2009 г., т/год 1

20072

2008

2009

Твердые частицы

<4,4

<10,5

<7,4

<9,7

HCl

<6,6

<37,4

<13,1

<14,4

0,25

0,028

34,4

150,3

66,4

75,6

CxHy

<5,2

<25,5

<12,4

<11,4

SO2

<15,6

<38,7

<25,9

<34,1

NOx

240

655

415

526

Тяжелые металлы

0,032

0,004

Cd_Nl

0,0032

0,0026

0,002

0,009

0,178

0,053

0,437

0,39

2,3

2,1

5,5

<5,1

Загрязняющее вещество

Hg Диоксины

NH3

1. 2. 3. 4.

Примечания: Количество выбросов рассчитано из объема уходящих газов 1,52 млн кнм3/год ( 11% О2, ) Удельные выбросы г/т рассчитаны по количеству сожженных отходов Меньше предельных значений Значения эмиссии в г/год и мкг/т

трующего слоя на тканевом фильтре. Тканевый фильтр – вторая ступень очистки от твердых частичек одновременно служит для очистки дымовых газов от диоксинов/фуранов и тяжелых металлов. Зола, уловленная в электрофильтре, может использоваться в строительстве. Применение такой схемы Рис. 6 Решетки

позволяет более полно использовать уловленную золу и дает возможность полезно использовать продукты, получаемые в следующих (мокрых) ступенях газоочистки, так как они очищены от тяжелых металлов. После тканевого фильтра дымовые газы охлаждаются в теплообменнике (ЕСО2) конденса-

КИЕВЭНЕРГО – 2011

Таблица 3. Концентрации вредных веществ в уходящих газах установки HRC МСЗ Амстердам Загрязняющее вещество (мг/м3 )1

20072

2008

2009

Норма BVA-eis

Твердые частицы

<1.4

<1,5

<1,21

HCl

<5.0

<2,6

<2,1

0.033

0,0056

20.1

11,3

100

CxHy

<3.4

<2,5

<1,54

SO2

<5.2

<5,2

<5,1

NOx

87.7

78,9

200

Тяжелые металлы

0.004

0,0008

0,5

Cd + Тl

0.002

0,001

0,05

0.001

0,002

0,05

Диоксины4

0.035

0,087

0,0582

0,1

1.4

1,1

0,77

NH3 1. 2. 3. 4.

Примечания: Значения концентраций приведены к содержанию кислорода в уходящих газа – 11%. Начиная с 01.08.2007 Меньше предельных значений В нанограммах TEQ/м3 Сточные воды скрубберов направляются на очистку с целью извлечения из них полезных веществ для повторного использования.

том турбины и разбрызгивающем охладителе, в результате чего они охлаждаются до температуры насыщения и частично очищаются от HCl. Далее уходящие газы последовательно проходят очистку от HCl и SO2 в мокрых скрубберах. В первом скруббере газы окончательно очищаются от хлористого водорода,

оставшегося после промывки дымовых газов в охладителе, во втором от оксидов серы. В качестве нейтрализатора SO2 применяется известняк (CaCO3). Взаимодействуя с известняком диоксид серы превращается в гипспульпу (CaSO4). Полученная гипс-пульпа направляется на центрифугу, где отделяется от воды. Полученный сухой остаток складируется в контейнеры Рисунок 7. Температуры газов в 1-м – 4-м ходах котла. и транспортируется для дальнейшего использования. После скрубберов очистки от HCl и SO2 газы попадают в чистый скруббер., где проходят окончательную очистку с использованием содового раствора (NaOH). Этот скруббер одновременно является и третьей ступенью экономайзера. После скрубберов очищенные дымовые газы проходят каплеуловитель и дымососом удаляются в дымовую трубу. Результаты работы газоочистных установок приведены в таблицах 2 и 3. 51

Энергия из отходов

schoon rookgas + waterdamp

turbine generator

verse stoom

elektriciteit

G verzadigde stoom

koelwater HOK + kalksteenpoeder

Economizer 2

Economizer 3

afval k e te l

E - f i lt e r

d o e k e nf i l t e r

HCl wasser

bodemas

ketelas

vliegas

residu

calcium-chloride

SO 2 wasser

fijn wasser

gips

water

schoorsteen

Рисунок 8. Принципиальная схема очистки дымовых газов установки HRC ТБО – твердые бытовые отходы Э/ф – электрофильтр

АУ – активированный уголь ЭКО-2 – экономайзер 2-й ступени

Капиталовложения в установку – 370 млн евро или 698 евро/т ТБО. В заключение можно сказать, что на МСЗ Амстердам применена новая современная технология, обеспечивающая возможности более полного использования как энергии ТБО, так и повторного использования материалов. В тоже время вопрос применения такой технологии в Украине требует проведения тщательного анализа работы установки с исследованием эксплуатационных, технических, экономических и финансовых аспектов.

ЭКЩ-3 – экономайзер 3-й ступени КУ – каплеуловитель

Авторы благодарят специалистов Нидерландско-Украинской энергетической платформы за оказание помощи в подборке материалов. Литература. 1. Meer waarde uit afval. HR Centrale. 2. Jarverslag 2009. Gemeente Amsterdam. AfvalEnergie Bedrij 3. Value from waste. City of Amsterdam. Waste and Energy Company.



КИЕВЭНЕРГО – 2011

Твердые бытовые отходы – возобновляемый источник энергии Меллер В.Я, Жуховицкий В.Б. ООО ПКФ «Экопрон-Юг». Твердые бытовые отходы – это богатый источник вторичных ресурсов (в том числе черных, цветных, редких и рассеянных металлов), но также – «бесплатный» энергоноситель, так как бытовой мусор – возобновляемое углеродсодержащее энергетическое сырье для энергетики. Для любого города и населенного пункта проблема удаления или обезвреживания твердых бытовых отходов всегда является в первую очередь проблемой экологической. Весьма важно, чтобы процессы утилизации бытовых отходов не нарушали экологическую безопасность города, нормальное функционирование городского хозяйства с точки зрения общественной санитарии и гигиены, а также условия жизни населения в целом. Теперь после эмоциональных волнений последних лет, полемик, вызванных более фанатизмом, чем научностью, и после заключений, полученных на основании многочисленных исследований на международном уровне, спор переместился на вопрос о качестве процессов с точки зрения безопасности и энергетической эффективности. Наиболее широкое распространение в мировой практике получили мусоросжигательные заводы. Существует много причин выбора этого метода. Основная из них – соответствие санитарно-гигиеническим требованиям, поэтому мусоросжигательные заводы могут располагаться вблизи жилой застройки, что значительно сокращает расходы на вывоз мусора из домовладений. Заводы высокомеханизированы и автоматизированы, обслуживающий персонал не имеет контакта с отходами. Сегодня, когда запасы ископаемых видов топлива повсеместно истощаются, а их расход на промышленные и бытовые нужды постоянно растет, использование возобновляемых топливных ресурсов становится все более актуальным. Мусоросжигание представляет собой метод переработки бытовых отходов путем сжигания их в топках специальных котлов. Следует подчеркнуть, что твердые бытовые отходы (ТБО) – это топливо, которое не будет исчерпано до тех пор, пока существует человечество. Общепризнано, что ТБО по своим характеристикам вписывается в обобщенную диаграмму естественных видов твердого топлива.

При среднем количестве бытового мусора, выбрасываемого каждым жителем Украины, равном в среднем 0,25 т/год, ежегодное поступление бытовых отходов составляет более 10 млн. т. Если принять среднюю теплоту сгорания ТБО в Украине равной 1500 ккал/кг, то общее количество тепла, которое можно получить при их сжигании, составит около 15 млн. Гкал/год. Если же часть тепла в виде пара направить в паровые турбины, то дополнительно можно получить электроэнергию. Сошлемся на опыт развитых стран. Так, на пример, завод в юго-восточной части Лондона при сжигании 450 тыс. т. отходов в год вырабатывает 32 МВт энергии, которая поступает в национальную энергосистему. Отходы как топливо используют во всем мире. Например, Швейцария (80%), Дания (80%), Япония (90%), Франциия (65%), Германия (60%) и т. д. Сжигание этого топлива в городах и более мелких населенных пунктах не требует сооружения шахт, бурения скважин и строительства транспортных магистралей. Топливо равномерно распределено пропорционально плотности населения и готово к применению. Сжигание бытовых отходов означает заметное сокращение и улучшение санитарного состояния свалок, являющихся источниками загрязнения окружающей среды в населенных местностях, поскольку при сжигании ТБО подвергается огневому обезвреживанию. Существенными причинами для положительного развития метода сжигания твердых бытовых отходов является [1]: 1. Возможность уничтожения всего собираемого бытового мусора без предварительной сортировки. 2. Термический процесс преобразования отходов проходит по сравнению со свалками или компостированием в существенно более короткий срок. Способные к гниению органические компоненты преобразуются путем окисления воздухом в течении одного часа в естественные конечные продукты: углекислый газ и воду. 3. Значительное уменьшение объема остаточных продуктов в сравнении с мусором (около 10% исходного объема). 53

Энергия из отходов

4. Стерильность и инертность остаточных веществ, которые могут складироваться или применяться в строительстве дорог, в производстве строительных материалов. 5. Возможность извлечения из отходов металлов, прошедших огневое обезвреживание, с целью их дальнейшего использования как вторичного сырья. 6. Газообразные выбросы с экологической точки зрения, в отличии от всех других систем, могут контролироваться и регулироваться. 7. Комбинация сжигания мусора с целесообразным получением и использованием энергии позволяет оптимально утилизировать скрытый в твердых бытовых отходах энергетический потенциал. Обеспечивает решение экономических проблем по использованию топливо-энергетических ресурсов. 8. Установки по сжиганию мусора могут располагаться недалеко от места возникновения отходов и потребности в электроэнергии. Указанные преимущества привели к значительному распространению мусоросжигания в мировой практике. В 1965 году в ФРГ эксплуатировалось 7 мусоросжигательных установок, в 1983 году – 43 установки, в 1985 году – 48, к концу 2001 года в Германии работал 61 завод по сжиганию бытовых отходов общей производительностью 14 млн.т/год. В настоящее время построены, или находятся. в стадии строительства еще 12 новых заводов. В 2005 году производительность заводов увеличилась до 18 млн. тонн в год. Все отходы перерабатываются с извлечением энергии, тепловой и (или) электрической. Мусоросжигательные заводы Германии используют 72% всей вырабатываемой энергии для генерации тепла (13609 ГВт-час) и около 28 %- для получения электроэнергии (5257 ГВт-час) Получаемая от сжигания отходов электроэнергия составляет примерно 0,6 % всей электроэнергии, вырабатываемой в Германии. И это при сильной парламентской партии «зеленых». Это отмечается для того, чтобы понять экологическую целесообразность использования этого метода. В США в 1988 году работало около двухсот установок по сжиганию мусора. В США разработана государственная программа по защите окружающей среды. Одна из позиций этой программы – ликвидация свалок бытовых отходов. В настоящее время в США работает около 300 мусоросжигательных заводов. За каждую тонну сжигаемых отходов в США заводу платят в зависимости от региона 60 – 85 долларов. В Англии, экономящей за счет мусоросжигания до 8 млн. т угля в год, успешно эксплуатируется электростанция на 40 МВт работающая на ТБО в Лондоне. 54

Швеция до 25% коммунальной потребности в теплоэнергетике погашает за счет твердых бытовых отходов. В некоторых регионах Швеции эта цифра достигает 75%. В Японии сжигается 90% отходов и работает около 2000 заводов, в Швейцарии 70%, в ФРГ – 55%, в США – 25%. Кроме того, в настоящее время термическое обезвреживание твердых бытовых отходов в ряде индустриально развитых стран Европы – практически безальтернативный способ их утилизации, так как федеральные законы запрещают вывоз на полигоны тех отходов, в которых содержание органических веществ, превышают 5%. Существенными причинами для положительного развития метода сжигания твердых бытовых отходов является возможность уничтожения всех городских ТБО поступающих на завод без предварительной сортировки, что не требует ручного труда сортировщиков. Извлекаемый металлолом после огневого обезвреживания стерилен и пригоден для использования в качестве вторичного сырья. Газообразные выбросы с экологической точки зрения, в отличие от всех других систем, могут контролироваться и регулироваться. В мире считают, что мусоросжигание решает проблему трёх «Э»: – экология, энергетика, экономика. Хотелось бы уделить особое внимание на энергетические и экономические аспекты проблемы. Энергетические аспекты сжигания Теплотворная способность бытовых отходов сравнима с аналогичными показателями, а в развитых странах почти равна, таких топлив как бурый уголь, торф. Она всего в 3-3,5 раза ниже, чем у природного газа. В условиях дефицита топливных ресурсов и высоких цен на газ и нефтепродукты не использовать «дармовое» многотоннажное, непрерывно возобновляемое топливо, по меньшей мере, не разумно. Таблица 1. Теплота сгорания различного вида топлива Топливо

Теплота сгорания, МДж/кг

Природный газ

~36

Мазут

~40

Кузнецкий уголь

~18 - 25

Подмосковный уголь

10,5 - 11,7

ТБО

5,2-16,5

КИЕВЭНЕРГО – 2011

Например, количество выделяемого тепла обращенного в электроэнергию на Днепропетровском заводе по термической переработке ТБО способно погасить 12-15% лимита коммунального электропотребления областного центра. О мировом опыте использования бытовых отходов в энергетике уже указывалось выше. Следует также обратить внимание на вопрос о расходовании природного газа в мусоросжигательных установках. Существующие в Западной Европе, Японии и США мусоросжигательные установки ввиду высокой калорийности отходов (2500-3500 ккал/кг) вообще не имеют газовых или мазутных горелок. В установках на территории СНГ, и Украины в частности, газогорелочные устройства установлены, что связано с низкой калорийностью отходов, особенно в августе-октябре, когда в мусоре значительное количество влаги из-за овощных отходов (помидоры, арбузы и т.д.). Однако, уже сегодня, из-за изменившейся за последние годы морфологии бытовых отходов, возможна эксплуатация сжигательных установок без использования природного газа, что вот уже почти пять лет подтверждает днепропетровский мусоросжигательный завод и киевский завод «Энергия», которые практически не использует природный газ для поддержания горения ТБО. Экономические аспекты сжигания Сжигание мусора исключительно эффективно в экономическом плане. Прием отходов в переработку оплачивается. Извлекаемый ме-

таллолом продается. При этом нельзя забывать, что твердые углеродистые промышленно-бытовые отходы, составляющие около половины всех твердых отходов в Украине, – это еще и вторичное сырье, запасы которого очень велики и обладают большим энергохимическим потенциалом, и его важно использовать как можно полнее и с экономической выгодой. В связи с этим возможна продажа электроэнергии и тепла. С тех пор, когда цена за нефть на моровом рынке перевалила за 40 долларов за баррель все другие методы переработки по мнению ведущих специалистов с экономической точки зрения потеряли свою актуальность. Было подсчитано, что при сжигании одной тонны отходов можно получить 1300-1700 кВт/ч тепловой энергии или 300-550 кВт/ч электроэнергии. В качестве доказательства вышесказанному, приведем расчет возможного эффекта в виде количества сэкономленного органического топлива от сжигания ТБО. Учитывая, что количество отходов производства и потребления, приходящееся в год к примеру на одного жителя г Киева, составляет примерно 300 кг/чел., ниже приведем несколько вариантов расчета: с низшей теплотой сгорания ТБО Q нр ТБО = 6,45МДж/кг и Q нр ТБО = 8,38 МДж/кг, в зависимости от способа утилизации отходов. Полученные результаты приведем в таблице 2. В настоящее время наше предприятие разработало технологическую часть ТЭО проекта тепловой электростанции, работающей на бытовых отходах, собираемых в городе Киеве, мощностью 315000 тонн в год ТБО. Установленные на

Таблица 2. Зависимость экономических показателей от теплоты сгорания ТБО Показатель Кол-во жителей г. Киеве, млн. чел. Кол-во отходов на 1 человека в г. Киеве, кг/чел год Расход топлива на 1 человек на отопление, вентиляцию, ГВС, (Киев) кг у.т. /год

Вар. 1

Bар.2

300

1 540

Низшая теплота сгорания ТБО, (Ккал/кг)

1 600

2 000

Теплота сгорания условного топлива, Ккал/кг у. т.

7 000

Низшая теплотворная способность природного газа, ккал/нм3

8 000

Тепло от сжигания ТБО, приходящееся на одного жителя, ГДж/чел . год

2,01

2,51

Экономия условного топлива в год на 1 человека, кг.у т. чел. Год

68,81

86,01

Процент тепла от ТБО в потребном количестве на отопление, вентиляцию, ГВС на 1 чел.

4,45

5,56

Количество тепла в год от сжигания ТБО , т. у.т./г

428 800

536 000

374,5

469,0

Экономия природного газа, млн. нм3/г

Энергия из отходов

станции два конденсационных турбогенератора единичной мощностью 6 МВт могут передавать внешним потребителям до 12 МВт электроэнергии ежечасно. Из таблицы видно, что в относительном выражении около 5% объема условного топлива, необходимого для жизнеобеспечения жителя г. Киева, можно сэкономить при термической переработке ТБО. Примерно 50-70% энергии, вырабатываемой на мусоросжигательных заводах, может быть использовано внешними потребителями, главным образом, в системах теплофикации и централизованного снабжения города горячей водой, а также для электроснабжения отдельных предприятий. Однако, для обеспечения заметной роли ТБО в топливно-энергетическом балансе регионов, необходимо включение технологии переработки ТБО в общую схему теплоснабжения района. В последнее время для снижения себестоимости переработки твердых бытовых отходов используют установки с выработкой электроэнергии, которая намного дороже и является на рынке услуг наиболее востребованной по сравнению с тепловой. В свою очередь, эффективность выработки электрической энергии существенно зависит от начальных параметров пара, вырабатываемого в мусоросжигательных котлоагрегатах. В качестве примера оценить влияние параметров пара можно, если сравнить коэффициенты полезного действия, например, московского спецзавода № 4 (СЗ №4) и современных заводов в Нидерландах. На СЗ №4 котлы генерируют пар с параметрами 1,3 МПа, 310°С, который используется для выработки электроэнергии на двух турбинах мощностью по 6 МВт. Контрольными испытаниями, выполненными в период пуско-наладочных работ в 2003-2004 г.г., установлено, что КПД брутто котельных установок на СЗ №4 составляет 70% , внутренний относительный КПД турбоустановки – 75%. Абсолютный электрический КПД СЗ №4 не превышает 14%. О возможной энергоэффективности установки турбогенераторов на киевском заводе «Энергия» при давлении пара после котлоагрегатов 1,3 МПа и температуре 250°С обсуждать нет необходимости. В Нидерландах большинство установок сжигающих ТБО, вырабатывают пар с параметрами 4,0 МПа, 400°С. По имеющимся данным [2] КПД брутто котлов этих установок достигает 80%, а абсолютный электрический КПД составляет порядка 22%. Более того, в настоящее время в Нидерландах ведутся исследовательские работы по созданию высокоэффективной технологии с котельной установкой, имеющей КПД брутто до 90 %, которая позволит генерировать пар высоких параметров – 10,0 МПа, 450°С. Предполагает56

ся, что расчетный электрический КПД составит 30% [2]. За счет значительно более высокого КПД, а также с учетом затрат электроэнергии на собственные нужды, удельные величины которых примерно одинаковы для всех энергоустановок, количество отпускаемой энергии отличается в несколько раз. Следует сказать, что первоначальные попытки за рубежом повысить параметры пара без специальных исследований и мероприятий приводили к разрушению пароперегревателей. Причиной этих разрушений, как правило, является высокотемпературная хлористоводородная коррозия, которая интенсивно протекает в газовой среде с высоким содержанием хлористого водорода (HCl). Непосредственные измерения содержания HCl в дымовых газах СЗ №4, а также измерения, выполненные ранее на киевском заводе «Энергия», СЗ № 2 г. Москвы и на Череповецком заводе, показали, что концентрация HCl в дымовых газах на выходе из котла может достигать 150- 200 мг/нм3. Высокая концентрация HCl, в свою очередь, обусловлена относительно большим содержанием хлора в исходных ТБО. Следует обратить внимание, что при выработке пара с высокими параметрами требуется сложная система приготовления питательной воды для котлоагрегатов (например, обессоливание), что удорожает строительство и эксплуатацию станции. Проведенный анализ работы мусоросжигательных котлов как с точки зрения экономических характеристик, так и с точки зрения надежности эксплуатации оборудования, позволяет нам, как авторам проекта, считать оптимальными для проектируемой теплоэлектростанции на возобновляемом топливе для г. Киева следующие требования к параметрам пара: выработка перегретого пара с давлением 4,0 МПа и температурой 400ºС. Список используемых источников 1. В.Б. Жуховицкий, В.Я. Меллер, А.Н. Тугов. «Энциклопедия отходов» Утилизация твердых бытовых отходов, Днепропетровск, 2011 г. 2. А.Н. Тугов, М.А. Изюмов, В.М. Супранов ВТИ. Конструкции котлов для сжигания твердых бытовых отходов и специфика их теплового расчета/ Электрические станции, 2002, №9.



КИЕВЭНЕРГО – 2011

Получаем энергию, обезвреживая отходы Левина М.Я. Представительство фирмы «CNIM» в Москве. Французская группа СNIM на протяжении 40 лет является ведущей европейской компанией по использованию энергии отходов – необходимого решения в комплексной системе управления отходами КНИМ выступает как интегратор, поставляющий «под ключ» заводы по термическому обезвреживанию муниципальных отходов, которые, в ряде случаев сам же их эксплуатирует. При этом группа КНИМ активно работает в области очистки дымовых газов. Технологии по обезвреживанию дымовых газов, разработанные ее дочерней компанией ЛАБ, отвечают самым строгим требованиям по охране окружающей среды, лимитирующим выбросы загрязняющих веществ. Группа КНИМ построила 226 мусоросжигательных линий, обезвреживающих суммарно 2 640 тонн твердых бытовых отходов в час. Заводы, построенные КНИМ, работают в крупнейших европейских городах, среди которых Париж, Лондон, Брюссель, Москва, Порто,

Лион, а также в таких всемирно известных курортах как Монако и Ницца. В настоящее время КНИМ ведет строительство ряда новых заводов, в частности, в столице Азербайджана Баку мощностью 500 000 т/год (его планируется запустить в 2012 г). КНИМ также приступил к строительству завода в предместье Таллинна, в г. Марду. КНИМ предлагает апробированную на протяжении не одного десятилетия технологию – наиболее распространенную технологию термической утилизации отходов на обратнопереталкивающей решетке по системе КНИММАРТИН, на которых в мире перерабатывается более трети бытовых отходов, подвергающихся термической утилизации. Указанная технология обладает высокой энергоэффективностью и экологической безопасностью. Остановимся более подробно на месте термической переработки в сбалансированной системе управления твердыми бытовыми отходами.

Рис 1. Объем сжигания ТБО в странах ЕС

5 000

4 000 3 500 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500

я ни Да

ст ри я

ля ин Ф

Ав

нд

ия

ги я Бе

ан де рл

ль

ды

ия Ни

йц ве Ш

ве

ар

ци

ия нц ра

ри ко б ли

Ве

та н

ия

ия Ит ал

ма

ни

Ге р

Сжигаемые отходы, тыс. тонн, 2007-2011

4 500

Энергия из отходов

700 [кг/год, на 1 жителя]

600

2002 г.

500 400

Количество сжигаемых отходов на душу населения

300 200 100

ст р рт ия уг ал и Ит я ал ия Че х Ис и я па н В е ия нг ри Ф я ин ля нд ия

ни я

По

Ав

Ге рм а

я ег ия

Но

рв

ци

ия

ве Ш

ла

нд

ар Го л

йц

ве

Да

ни

ия

4 [МВтч/тонна]

2002 г.

Электричество Тепло

Количество используемой энергии с каждой тонны сожженных отходов

Отходы, не подлежащие рециклингу или вторичному использованию, составляют около 60% от их первоначального количества. Они либо захораниваются на полигонах, либо поступают на термическую переработку и служат, таким образом, топливом. Сегодня все больше городов «обогреваются» и «освещаются» за счет энергии отходов. Так, например, три завода, принадлежащие СИКТОМ (Синдикату по сбору и переработке коммунальных отходов, объединяющему город Париж и ближайший пригород), расположенные непосредственно у границ Центральной части города, в совокупности сжигают 1,8 млн. тонн отходов в год ( Иври – 700 000 т/год, Сент-Уэн – 630 000 т/год и Исси – 500 000 т/год). При этом они поставляют 4 млн. тонн пара /год отопительным сетям Парижа, то есть 3 млрд. кВтч/год тепловой энергии и 200.000 млн. кВтч / год электроэнергии. Это соответствует экономии 300 000 тонн нефти ежегодно. Как известно, в мире наиболее востребованным ископаемым является горючее. Поэтому экономия энергии, благодаря использованию отходов, означает экономию наиболее ценных природных ресурсов, которые могут иссякнуть быстрее всего. Однако 58

ия

По

рт у

га л

нг ри

ни

Ве

па

нд

ия Ис

ия

ла

Ит ал

я ст ри

Ав

ма

ни

ия ар

Ге р

Го л

ве

йц

рв

ег ия

я ни Но

Да

ве

ци

часть тепла, вырабатываемого при сжигании отходов, не используется, поскольку парижский климат достаточно мягкий. По сравнению с Парижем регионы с более холодным климатом предоставляют значительно более широкие возможности утилизации вырабатываемой энергии. Возьмем показательные цифры, иллюстрирующие современные тенденции в области термической переработки отходов в странах Европы. Сжигание рассматривается как наиболее актуальный метод обезвреживания отходов. Приведем диаграмму, свидетельствующую, что во многих европейских странах тоннаж сжигаемых отходов за счет строительства новых мусоросжигательных заводов в период с 2007 по 2011 гг., значительно возрастает. Таким образом, в совокупности, дополнительные мощности по сжиганию отходов составят 12,6 млн. тонн в год. Как уже отмечалось, страны с холодным климатом, например, страны Северной Европы, могут утилизировать намного больше энергии, чем страны с умеренным климатом. Это, безусловно, справедливо и в отношении Украины, где температуры в зимний период опускаются значительно ниже нуля. Страны с холодным климатом сжигают больше отходов на душу

КИЕВЭНЕРГО – 2011

Утилизация городских отходов в Евопе – 2005 (в %) Источник данных: Eurostat – диаграмма: CEWEP + SNIDE

100%

90%

13 0

80%

Захоронение на полигоне

70%

60%

Переработка, компост, пр. 60

50%

Термическая утилизация

40% 30%

20%

33 25

10%

7 0,4

ра нц ия де рл ан ды Ге рм ан и Ав я ст ри По я рт уг ал ия Че хи я Ит ал Ф ин и я Ве ля ли нд ко ия бр ит ан ия Ис па ни Ве я нг ри я По ль ш а Гр ец М ал ия ьт а, Ки пр

Ни

ги я ль

Бе

Лю кс е

мб ур

ци я ве

ни

27 15

22 13

Да

населения и, кроме того, утилизируют больше энергии с каждой тонны переработанных отходов (1500 – 3000 кВт ч на тонну отходов). Отметим также и то, что страны, где развит рециклинг, это также страны с наиболее высоким процентом отходов, подвергающихся термической утилизации. Так, в некоторых скандинавских странах, известных своим бережным отношением к окружающей среде, – самый высокий процент отходов, подвергающихся термической утилизации.

Вопрос экологической безопасности является принципиальным и заслуживает особого внимания . Мусоросжигательный завод может производить три типа продуктов, способных загрязнять окружающую среду: твердые отходы, жидкие стоки и газообразные выбросы. Рассмотрим их в этом порядке. От сжигания одной тонны отходов получается 250 кг шлаков. Шлаки, при правильной обработке, не являются загрязнителями и во мно-

Предельно допустимые значения выбросов в атмосферу для раздичных отраслей, использующих твердое топливо. ЕВРОПЕЙСКОЕ ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВО ȼɟɳɟɫɬɜɚ ´ Ɉɬɪɚɫɥɶ ɢ ɇɨɪɦɵ ¶

ɦɝ ɧɦ ɤɪɨɦɟ ɞɢɨɤɫ ɜ ɧɝ ɧɦ

:,' ɆɍɋɈɊɈɋɀɂȽȺɇɂȿ ɢ ɫɨɜɦ ɫɠɢɝɚɧɢɟ

ɩɪɢ O ɫɭɯ

Ʉɪɭɩɧɵɟ ɫɠɢɝɚɬɟɥɶɧɵɟ ɭɫɬɚɧɨɜɤɢ Ⱦɢɪɟɤɬɢɜɚ ȿɋ

ɩɪɢ O ɫɭɯ

Ɇɨɳ ɧɨɫɬɶ Ɇȼɬ

Любая ! ɧɨɜɵɣ !

! ɫɭɳɟɫɬ ɜɭɸɳɢɣ

ɋɪɟɞɧɢɟ ɫɠɢɝɚɬɟɥɶɧɵɟ ɭɫɬɚɧɨɜɤɢ Ɇɚɥɵɟ ɫɠɢɝɚɬɟɥɶɧɵɟ ɭɫɬɚɧɨɜɤɢ ɉɪɨɢɡɜɨɞɫɬɜɨ ɛɭɦɚɝɢ ɤɚɬɨɧɚ Ⱦɪɭɝɢɟ ɭɫɬɚɧɨɜɤɢ ɬɪɟɛɭɸɳɢɟ ɪɚɡɪɟɲɟɧɢɹ ɧɚ ɷɤɫɩɥɭɚɬɚɰɢɸ

ɌɈɋ

ɋɈ

HCI

62[

12[

Ⱦɢɨɤɫɢɧɵ

Hg Cd Tl

Ɍɹɠɟɥɵɟ ɦɟɬɚɥɥɵ

200

0,1

0,5

—

± [3

—

ɉɵɥɶ

ɌɈɋ ± ɫɭɦɦɚɪɧɨɟ ɫɨɞɟɪɠɚɧɢɟ ɨɪɝɚɧɢɱɟɫɤɨɝɨ ɭɝɥɟɪɨɞɚ

Энергия из отходов

гих странах Западной Европы используются в дорожном строительстве как основание дорог. Совсем несложная и недорогая обработка придает шлакам необходимые геотехнические и санитарные характеристики. Таким образом, шлаки заменяют гравий, позволяя экономить материалы, добываемые в карьерах. Во Франции используется около 80% произведенных шлаков, составляющих 2,4 млн. тонн в год. От той же самой тонны отходов образуется порядка 40 кг летучей золы и остаточных продуктов очистки дымовых газов, которые надлежит захоранивать на полигонах. При этом, в конечном итоге количество твердых остаточных продуктов уменьшается до 4% от первоначальной массы отходов, а это соответствует лишь 1% от их общего первоначального объема. Наличие жидких стоков связано с особым методом очистки дымовых газов – мокрой очисткой. В этом случае стоки фильтруются и обезвреживаются. Чаще всего КНИМ оснащает свои заводы системами полувлажной обработки (как, например, на московском спецзаводе №2). В этом случае единственные жидкие стоки – поверхностные и санитарно-бытовые. Обратимся теперь к газообразным выбросам, в частности, газам, выходящим из дымовой трубы. Именно вокруг них обычно разворачивается наиболее бурная полемика. Необходимо подчеркнуть, что сжигание отходов – одна из отраслей промышленности, прошедших наибольший путь развития за последние 20 лет. Системы газоочистки, газоанализа и контроля – одни из самых эффективных, работающих в промышленном секторе. Крайне строгие нормы, установленные для сжигания отходов, привели к тому, что технические достижения в данной отрасли находятся на самых передовых позициях. Мусоросжигательные заводы регламентируются самыми строгими экологическими нормами, применяемыми к промышленным предприятиям. Обратимся к таблице, содержащей требования европейского законодательства по выбросам в атмосферу, применяемые к мусоросжигательным заводам и другим промышленным предприятиям. Приведенная выше таблица четко показывает, что предельные значения, установленные для мусоросжигания, зачастую ниже, чем для крупных сжигательных установок (производительностью более 50 МВт) : три единственных установленных предельно допустимых значения выше, чем для мусоросжигательных установок. Кроме того, для других отраслей, например, использующих сжигательные установки мощностью менее 50 МВт, для предприятий целлюлозно-бумажной, стекольной, сталелитейной, цементной (за ис60

ключением цементных заводов, сжигающих отходы) и других единые европейские нормы, ограничивающие выбросы загрязняющих веществ, вообще не установлены. Конечно, предельные уровни выбросов для этих отраслей промышленности существуют во многих европейских странах, но не во всех, и там, где они есть, они значительно менее жесткие, чем предельные показатели для мусоросжигания. Вот что можно сказать о нормах по охране окружающей среды в Европе, географической зоне, где отходы сжигаются уже более 40 лет. В свою очередь, КНИМ чаще всего обеспечивает значения выбросов ниже установленных нормами: Следует также опровергнуть расхожее мнение о том, что заводы по термической переработке являются опасным источником диоксиновых выбросов

КИЕВЭНЕРГО – 2011

Недавнее исследование, проведенное во Франции, в районе Прованс-Альпы-Лазурный берег (Марсель – Ницца) показывает, что диоксины, выбрасываемые мусоросжигательными заводами, составляют лишь 1,4% от суммарных выбросов диоксинов в этом районе, где сравнительно мало промышленных предприятий. Металлургия, лесные пожары и обычные костры образуют основное количество диоксинов. Согласно исследованиям, проведенным в Швейцарии и в США, при сжигании одного килограмма отходов или обработанных дров в камине или на улице диоксинов выделяется больше от 100 до 10 000 раз, чем при сжигании в современной мусоросжигательной установке. Парадоксально, но факт: на входе в мусоросжигательный завод в отходах диоксинов больше, чем на выходе. По данным профессора Велоу из Университета Карлсруэ (Германия), на современном мусоросжигательном заводе в дымовых газах остается менее 1% диоксинов, а в остаточных твердых продуктах горения менее 15% от их общего количества, содержащегося в отходах, поступающих в приемный бункер. Фактически мусоросжигательный завод обезвреживает 84 % диоксинов, изначально присутствующих в отходах. В отношении диоксинов и других загрязняющих веществ в заключение можно

сказать, что термическое обезвреживание является наиболее изученным способом утилизации отходов с точки зрения воздействия на окружающую среду и здоровье человека, при котором используются самые передовые технологии. Исследования показывают, что содержание загрязняющих веществ в организме людей, живущих в близи от современных, оснащенных мощной системой очистки дымовых газов мусоросжигательных заводов, не превышает обычных показателей. Безусловно, заводы по термической переработке отходов не исключают таких подходов, как минимизация производства отходов, селективный сбор, облегчающий сортировку, и рециклинг. Все эти способы полезны и их необходимо развивать, однако они не являются альтернативой, а дополняют друг друга. Выполняя функцию уничтожения остаточных фракций отходов, центры термической утилизации дают значительно меньше выбросов CO2 по сравнению с полигонным захоронением. При этом центры по утилизации энергии отходов не выбрасывают в атмосферу метан. Единственная альтернатива сжиганию – вывоз на полигон. Но правильно ли закапывать в землю энергию?...



Энергия из отходов

Концепція отримання енергії з відходів Пейт де Браюн. Компания «De Bruijn Advice&Realization» (Нидерланды). Переробка сміття має стати пріоритетним завданням для всего людства, Завдяки активному економічному розвитку, мешканці споживають все більше і більше. Виробництво продуктів споживання призводить до утворення промислових відходів. Також, після того як продукт було спожито, чимало самих продуктів, а також їхньої упаковки, утилізується через деякий час. Саме таким чином утворюються побутові відходи, більша частина яких вивозиться на сміттєзвалища, і лише незначна частина перероблюється та використовується повторно. Скидання відходів без підготовки, та навіть вивезення його на сміттєзвалища не є найліпшими способами переробки сміття. Саме через це Єврокомісія розробила положення на основі драбини Лансінка (голландський політик). Ґрунтуючись на цих положеннях, ринок розробив Концепцію отримання енергії з відходів. І у цій концепції біоенергія займає перше місце.

На початку ХХ століття в Україні було зібрано понад 10 мільярдів кілограмів побутових відходів, тобто це понад 200 кілограмів на одного мешканця. Окрім цього, будівельна галузь, наприклад, виробляє багато відходів. В Україні кожного року утворюється понад 75 мільярдів кілограмів будівельних відходів (90% небезпечних відходів походить з видобувної промисловості). Більше того, окрім добрив, у сільському господарстві утворюються цінні рослинні залишки. Політика переробки відходів має бути спрямована на встановлення пріоритетів щодо певних способів переробки цих відходів. Ці різноманітні способи переробки були класифіковані у так званій «драбині Лансінка» (названа на честь голландського політика Еда Лансінка, який висунув пропозицію стосовно цієї проблеми у 1979 році), та викладені в Європейській Директиві з питань переробки відходів. Органи державної влади мають вживати

КИЕВЭНЕРГО – 2011

заходів для забезпечення того, щоб процес утилізації відходів міг «піднятися» кожною сходинкою драбини Лансінка. Тому на практиці була розроблена концепція отримання енергії з відходів. Гарним прикладом є розвиток біоекономіки на основі біомаси. Біомаса – це збірне поняття для різноманітної органічної сировини, яка використовується для виробництва електроенергії, тепла та/або СО2 . Для виготовлення енергії, цю сировину спалюють, ферментують або перетворюють на газ. Завдяки переробці біомаси, використання твердого палива стає менш необхідним, або взагалі зайвим. Коли біомаса активно переробляється у різних галузях економіки, виникає так звана «біоекономіка». Біоекономіка – це економіка, в рамках якої національні та міжнародні компанії виробляють нехарчові продукти, виготовлені з екологічної сировина, а саме біомаси. Такі продукти, як: біопаливо, хімічні речовини, матеріали та енергію (електроенергію та тепло). Задля досягнення високої якості, біомасу необхідно переробляти сталим способом за допомогою інноваційних технологій, таких як високоякісні установки для переробки біовідходів, які мають функцію компостування та ферментації.

У біоекономіці типовим є поєднання переробки відходів та енергетичної політики. Через певний час забезпечення енергією стає чистим, надійним та доступним. Але стале забезпечення енергією не може відбуватися саме по собі. Органи державної влади відіграють надзвичайно важливу роль у цьому, разом із недержавними організаціями. Для сталого енергозабезпечення необхідно: 



докласти зусиль, щоб скоротити споживання енергії, наприклад, на 2% в рік, задля досягнення сталості енергозабезпечення на тривалий час збільшити використання альтернативних твердому паливу джерел енергії, підкріпивши це, наприклад, планом використання 20% сталої енергії. Окрім таких альтернативних джерел, як: сонце, вітер та вода, можна також використовувати біомасу, оскільки вона також є відновлюваною та екологічною Органи державної влади також мають вжити заходів, спрямованих на скорочення СО2 у довгостроковій перспективі (цілі Кіотського протоколу).

Энергия из отходов

К вопросу переработки муниципальных отходов термокаталитическим методом на примере мобильного мусороперерабатывающего комплекса МПК-300 Ровенский А.И., к.т.н. Северо-Восточный научный центр НАН и МОН Украины. Желтоноженко А.П. НПФ «Технология» СВНЦ НАН и МОН Украины. В большинстве крупных городов Украины остро стоит вопрос об утилизации и обезвреживании муниципальных и промышленных отходов. Отходы практически не перерабатываются, а подвергаются захоронению на свалках и полигонах. В связи с этим происходит накопление отходов и увеличение площадей, занимаемых свалками и полигонами. Кроме того, свалки и полигоны потенциально опасны как источники заражения окружающей природной среды. Наше видение решения этой проблемы, учитывая накопленный опыт в сфере обращения с отходами в европейских странах, США, Японии и др. – в использовании метода термокаталитической утилизации и обезвреживания отходов.

Основная масса отходов содержит три составляющих:  горючую органическую часть;  негорючую часть – золу;  влагу – физическую и химическую0020воду. Отходы можно рассматривать как низкокалорийное топливо. Термическая переработка отходов позволяет не только их обезвредить, но и получить тепловую и электрическую энергию. Зная морфологический состав отходов можно рассчитать элементарный состав рабочей массы, после чего рассчитать теплотворную способность, расход воздуха горения, количественный и качественный состав отходящих газов и адиабатную температуру горения. Расчёт для трёх составов топлива приведен в таблице 1.

Таблица 1 Показатель

Состав №1*

Состав №2**

Состав №3***

Бумага, картон, дерево, % масс.

0,0325

0,1125

0,1935

Полимеры, % масс.

0,0650

0,2250

0,4320

Пищевые отходы, % масс.

0,2925

0,1875

0,1170

Состав

Текстиль (вискоза) , % масс.

0,0260

0,0300

0,0360

Резина + Кожа, % масс.

0,0163

0,0187

0,0225

Зола (Мин. остаток, стекло), % масс.

0,2177

0,1760

0,0990

Влажность, % масс.

0,3500

0,2500

0,1000

9379

14777

22909

1,5

Объём воздуха подаваемого на горение, Vв, нм /кг

4,07

5,97

8,86

Объём продуктов сгорания, Vп.с., нм3/кг

4,94

6,83

9,72

Расчётные данные Теплотворная способность, Qрн, кДж/кг Коэффициент избытка воздуха, α 3

Температура воздуха горения, tв,,оС

250

Адиабатная температура горения, ta,,оС

1373

1538

1665

* Проект Europe AID/113554/C/SV/UA. Краткий отчёт по фракционному составу мусора двух этапов (лето, осень). ** Данные статистики Харьковского региона. *** Замерные данные при работе МПК-300 (лето 2010г.)

КИЕВЭНЕРГО – 2011

Анализируя результаты таблицы 1, можно сделать достаточно интересные выводы. Вопервых, изменение морфологического состава отображает мировую тенденцию – удельный рост составляющей полимеров в муниципальных отходах, за счет увеличения доли упаковочных материалов и уменьшения доли пищевых отходов. Во-вторых, рост теплотворной способности почти в два с половиной раза приводит к увеличению адиабатной температуры горения всего на 20 %. В-третьих, даже муниципальные отходы с максимальным балластом (зола и влага) пригодны для самостоятельного, без использования дополнительного топлива, сжигания. Однако практически все мусороперерабатывающие предприятия, утилизирующие отходы посредствам их сжигания, используют дополнительное топливо. Это связано со следующим предпосылками. Во-первых, при пуске из холодного состояния необходим разогрев камер сжигания до температуры t=750÷850 оС. Во-вторых, мусороперерабатывающие предприятия часто являются источниками тепловой энергии, и при пиковых нагрузках невозможно покрыть всю мощность, используя отходы в качестве топлива, и приходится использовать традиционное высококалорийное топливо, газ или мазут. В-третьих, в большинстве случаев отходы не проходят практически никакой подготовки, кроме сортировки, и это затрудняет процесс сжигания. И если первая и вторая предпосылки чисто технологические и преодолеть их практически невозможно, то третья предпосылка преодолима достаточно широким спектром организационных мероприятий процесса утилизации. Самое широкое распространение получила сортировка отходов перед сжиганием. В процессе сортировки из массы отходов имеется возможность извлечь негорючую составляющую: грунт и стеклобой путем просеивания; стеклотару и металл путем ручного отбора. От второй составляющей балласта – влаги – можно избавиться, подсушивая отходы перед подачей на сжигание. Подсушку отходов можно организовать непосредственно в камере сжигания, применяя двухкамерные печи или печи со ступенчатыми колосниковыми решетками. При использовании двухкамерной печи в первой камере идет подсушка отходов отходящими газами с последующей их подачей во вторую камеру, где идет непосредственно процесс сжигания. При использовании печи со ступенчатыми колосниковыми решетками перераспределяя потоки нагретого до температуры t=200÷400 оС воздуха возможно также организовать процесс подсушки влажных отходов. Но наиболее эффективным в данной ситуации является применение барабанных вращающихся печей. В них по длине бара-

бана идет «самоорганизация» процесса сушки и сжигания. Кроме сортировки и подсушки при подготовке отходов к сжиганию целесообразно применять их дробление, это позволит увеличить площадь контакта горючих веществ с воздухом горения. Однако дробление целесообразно производить после подсушки массы отходов. Научно-производственной фирмой «Технология» разработана технология термокаталитического обезвреживания и утилизации отходов. Основным процессом этой технологии является термокаталитическое сжигание. Термокаталитическое сжигание – это процесс многоступенчатого управляемого окисления горючей части отходов. Первичное окисление твердой части происходит в камере сжигания, окисление летучих соединений – в камере дожигания, а трудноокисляемых соединений на слое катализатора. Технология термокаталитического сжигания является наиболее эффективной, универсальной и экологически безопасной, потому широко используется за рубежом. Преимущества технологии термокаталитической утилизации отходов:    

сокращение первоначального объема отходов на 80÷95%; полное уничтожение патогенных микроорганизмов; многоступенчатая очистка отходящих газов; отходы производства, зола и шлак, относятся к IV классу опасности;

Данная технология позволяет утилизировать отходы разных типов:    

твёрдые бытовые отходы; промышленные отходы; отходы лечебно-профилактических учреждений; биологические (ветеренарные).

Технология термокаталитической утилизации и обезвреживания отходов реализована в мобильных и стационарных установках. Рассмотрим технологический процесс сжигания отходов и очистки отходящих газов мобильной установкой МПК-300, внешний вид которой показан на рисунке 1. Отходы поступают на специально подготовленную площадку, где размещена установка термокаталитической утилизации отходов, в контейнерах либо россыпью и разгружаются в приёмный закром. Объём отходов, временно находящихся на площадке, может обеспечить суточную работу установки. Приёмный закром еже65

Энергия из отходов

1. бункер для приема и отгрузки мусора; 2. транспортер загрузочный с приемным бункером; 3. сортировочная кабина; 4. транспортер выгрузочный с приемным бункером 5. железнодорожная платформа; 6. манипулятор с грейферным захватом;

7. загрузочное устройство печи; 8. топливный бак; 9. печь термокаталитического сжигания отходов; 10. дутьевой вентилятор; 11. бак щелочного раствора; 12. центробежно-вихревой пылеуловитель; 13. каталитический реактор II-ой ступени;

14. дымоохладитель; 15. воздухоосушитель; 16. компрессор; 17. шкаф управления; 18. рукавный фильтр; 19. адсорбционный углеткане. вый фильтр; 20. дымосос; 21. дымовая труба.

Рисунок 1 – Мусоропереробатывающий комплекс МПК-300. суточно обрабатывается дезинфицирующими средствами для исключения загрязнения окружающей среды патогенными микроорганизмами. Из приёмного закрома отходы дозировано подаются на сортировку, где разделяются на группы. В зависимости от конкретных условий предполагается извлекать материалы, вторичная переработка которых целесообразна: чёрные и цветные металлы, полимеры, стекло, бумагу и картон – коммерческая часть, а остатки – хвосты, подаются на термокаталитическое обезвреживание. В зависимости от сезона объём отбираемой коммерческой части составляет 15÷25 %. Хвосты посредством загрузочного устройства подаются в камеру сжигания, оно обеспечивает удобную дозированную подачу отходов. При загрузке отходов полностью исключается выбивание отходящих газов. Процесс загрузки автоматизирован. В камерной печи с ворошителем обеспечивается хорошее перемешивание отходов, необходимое для развития поверхности контакта фаз, для ускорения внешней и внутренней диффузии кислорода, с целью максимально эффективного сжигания органической части отходов. После за66

грузки происходит процесс подсушки отходов горячим воздухом с температурой t=250÷350 оС, при этом происходит частичный выход летучих и их воспламенение. Далее происходит воспламенение и горение твёрдой части отходов. Горение твёрдой части начинается при температуре порядка t=600÷650 оС. В зоне горения температура поддерживается в пределах t=850÷950 оС так, как при температуре t=500÷700 оС и недостатке кислорода происходит интенсивное образование сажистого углерода и вторичных органических соединений. С этой целью в зону горения осуществляется подвод теплоты за счёт сжигания соляра или водо-топливной эмульсии эжекционной топливной форсункой. Для приготовления эмульсии возможно использование мазута, отработанных масел, обводнённых нефтепродуктов. Использование водо-топливной эмульсии позволяет интенсифицировать процесс горения и увеличить скорость выгорания отходов. Использование водо-топливной эмульсии обеспечивает увеличение объёма факела и равномерное заполнение им камеры сжигания. Это приводит к выравнива-

КИЕВЭНЕРГО – 2011

нию температурного поля и увеличению средней температуры в камере сжигания. Физико-химические свойства уходящих газов при сжигании отходов зависят от их морфологического и фракционного состава, температуры горения и ряда других факторов. Эти показатели существенно разнятся в зависимости от местности образования отходов, времени года и т.д. Сжигание – это процесс лавинообразного окисления горючих веществ при высоких температурах. Углеводороды, которые описуются формулой, СmНn в процессе полного сгорания окисляются кислородом воздуха до двуокиси углерода СО2 и водяного пара Н2О, по реакции:

C m H n + `m + n jO 2 " mCO 2 + n H 2 O 2 4

При слоевом сжигании отходов, в силу наличия восстановительных реакций, возможно восстановление двуокиси углерода до оксида углерода по реакции: ~

C + NO 2 " 2CO Не полное окисление углерода, при не равномерном распределении потока воздуха по слою, так же приводит к образованию оксида углерода. В камере дожигания при температуре t=950÷1050 оС и избытке воздуха α=1,2÷1,6 происходит дожигание оксида углерода по реакции: ^

2CI + O 2 " 2CO 2 Время пребывания уходящих газов в камере дожигания, при высокой степени их турбулизации, составляет τ=2÷2,5 секунды. Кроме того при сжигании водо-топливной эмульсии в газовых выбросах сокращается выход окислов азота NОx и оксида углерода CO в среднем на 50 %, уменьшается выход бенз(а)пирена и сажистого углерода в 3÷4 раза. Сокращению выхода окислов азота NОx способствует понижение температуры в ядре факела, а оксида углерода CO – наличие в достаточном количестве водяного пара Н2О, который ускоряет выгорание углерода и его оксида. Температурный режим в камере сжигания и камере дожигания постоянно контролируется в автоматическом режиме. Таким образом уже в процессе высокотемпературного сжигания отходов и содержании кислорода О2=6÷8 % в отходящих газах, что может обеспечиваться и вдуванием технического кислорода, создаются условия для максимально полной деструкции загрязняющих веществ в уходящих газах. Для хлор- и фторорганических веществ, в состав которых входят горючие элементы (углерод и водород), основным методом обезвреживания является термодеструкция.

Для снижения температуры разложения хлори фторорганических веществ и экономии энергетических ресурсов, разработаны и используются каталитические реакторы нового поколения, инициирующие и ускоряющие химические реакции их разложения в результате воздействия веществ катализаторов, которые, участвуя в реакции, остаются по окончанию её химически неизменёнными. В качестве катализаторов используются, прежде всего, соединения благородных металлов – платина, палладий и др. Каталитические реакторы обычно выполняются в виде насадки из металлического или керамического носителя с тонкослойным напылением на них каталитически активных веществ. Хлор- и фторорганические составляющие проходя через каталитический реактор I-ой ступени, разлагаются, образуя углекислый газ СО2, водяной пар Н2О, хлористый водород НCl или фтористый водород НF, соответственно. При этом протекают экзотермические окислительные реакции, что может приводить к повышению температуры уходящих газов на 50÷150 оС. После каталитического реактора I-ой ступени уходящие газы поступают в рекуператор, где в процессе быстрого охлаждении от температуры t=950÷1050 оС до температуры t=350÷500 оС проходят так называемый процесс закалки. В поворотную камеру, расположенную за рекуператором, посредствам эжекционной форсунки в поток дымовых газов вводится 10%-ный содовый раствор. Процесс хемосорбции обеспечивает нейтрализацию кислых газообразных составляющих НCl, HF, SО2, SО3 путём превращения их в соли NaCl, NaF, Na2SО2, Na2SО3. Эжекционная подача раствора обеспечивает максимальную поверхность реагирующих веществ, а температура процесса t=250÷400 оС существенно увеличивает скорость процесса хемосорбции. Таким образом после впрыска содового раствора концентрация НCl и HF резко уменьшается, а температурный уровень делает невозможным вторичный синтез полихлордибензол диоксинов и полихлордибензол фуранов. Для окончательного обезвреживания возможных «проскоков» хлор- и фторорганических соединений в уходящих газах в технологической схеме очистки газов установлен каталитический реактор II-ой ступени, рабочая температура которого t=200÷400 оС. Процессы деструкции вредностей аналогичны процессам, протекающим в каталитическом реакторе I-ой ступени. Для облегчения условий работы каталитического реактора II-ой ступени уходящие газы предварительно проходят предочистку от продуктов реакции хемосорбции в центробежно-вихревом пылеуловителе. Это обеспечивает высокую ак67

Энергия из отходов

тивность и эффективность каталитического реактора II-ой ступени, исключая процессы рекристаллизации, сращивания кристаллов и механическое экранирование ими каталитически активной поверхности. Взвешенные частицы из потока уходящих газов в центробежно-вихревом пылеуловителе удаляются под действием инерционных сил. Основная часть уловленной пыли имеет размер пылинок более 10 мкм. Уловленная пыль поступает в бункер через две шиберные заслонки, что обеспечивает газоплотность тракта. После каталитического реактора II-ой ступени уходящие газы поступают в теплоутилизирующее устройство (экономайзер или дымоохладитель). В нём физическое тепло уходящих газов используется для подогрева теплоносителя с последующим его использованием на хозяйственно-бытовые нужды. После теплоутилизирующего устройства температура уходящих газов снижается до t=110÷120 оС и с этой температурой они поступают в рукавный фильтр. Процесс фильтрации, протекающий в рукавном фильтре, является наиболее эффективным способом улавливания мелкодисперсных взвешенных частиц, в том числе и субмикронных. В качестве фильтрующего материала используется нейлоновая ткань, обладающая термической, химической и механической стойкостью. Последней ступенью в схеме технологической очистки уходящих газов является адсорбционный углетканевый фильтр авторской конструкции. Углетканевый фильтр предназначен для удаления из газового потока соединений тяжёлых металлов, ртути Hg, свинца Pb, кобальта Co, мышьяка As, ванадия Va. Турбулентный поток выходящий из рукавного фильтра с температурой t=105÷115 оС разбавляется атмосферным воздухом, вследствие чего температура потока падает до t=40÷50 оС и при этом происходит конденсация соединений тяжёлых металлов. Далее поток проходит с постоянной скоростью через кассету углетканевого фильтра, где эффективно идёт процесс адсорбции. Кроме того, фильтр способен задержать и поглотить молекулы токсичных соединений при нештатных режимах работы установки. В настоящее время, адсорбционные угольные фильтры позиционируются мировым экологическим сообществом, как санитарные полицейские фильтры, то есть фильтры находящийся всегда «на страже» выбросов диоксинов и других токсичных веществ. Адсорбционный углетканевый фильтр выполнен из полимерных материалов с нанесёнными на их поверхность активированными угольными частицами. По истечению 5÷6 месяцев постоянной эксплуатации, при соблюдении правил техники безопасности, кассета углетканевого фильтра де68

монтируется, герметично упаковывается и отправляется на спецпредприятия для утилизации, а на её место устанавливается новая. После прохождения уходящими газами семи ступеней очистки, каждая из которых целенаправленно удаляет определённый набор вредностей, они имеют остаточное содержание загрязняющих веществ ниже установленных экологическим законодательством, как Украины, так и ЕС. В таблице 2 приведено сравнение показателей загрязняющих веществ в отходящих газах МПК-300 с нормативными. Таблица 2. Загрязняющие вещества. Содержание в уходящих газах, мг/м3

Загрязняющие вещества

Оксид углерода, СО Хлористый водород, HCl Диоксид серы, SO2 Окислы азота, NOx Органический углерод, Сорг Запылённость

Содержание в уходящих газах, мг/м3 Европей- Украинские ские нормы* нормы** 50

МПК-300

250

5,7

0,01

500

нет

200

500

–

Таким образом, технологическая схема очистки уходящих газов при обезвреживании и утилизации отходов, любого типа, обеспечивает концентрацию загрязняющих веществ в приземном слое в любой точке района работы установки в пределах 0,1 ПДК. Библиографический список 1. Ровенский А.И., Ведь В.Е., Симоненко А.В. Экологическая эффективность функционирования передвижных мусоросжигательных комплексов // Структурна перебудова та екологізація в контексті переходу України до збалансированого розвитку: Матеріали Українського екологічного конгресу 10-11 грудня 2009 р. – К. :Центр екологічної освіти та інформації, 2009. С. 229-233. 2. Аксенов В.Л., Морозов Ю.В., Дубоший А.Н., Кернажицкая Е.С. Сжигание твердых бытовых отходов // Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов. Экспресс-информ. - Киев: УкрНИИНТИ, - 1989. - Вып. 1. - С.12. 3. Проект Europe AID/113554/C/SV/UA. Краткий отчёт по фракционному составу мусора двух этапов (лето, осень). – Донецк, 2004. С. 4.

КИЕВЭНЕРГО – 2011

Опыт работы фирмы «Turbofilter GmbH» по совершенствованию систем очистки газов МСЗ Юрген Валлер Фирма «TURBOFILTER GmbH» (Германия). Введение

ное количество энергоресурсов в виде отходов, фирма «Turbofilter GmbH» предлагает системы очистки дымовых газов.

Во всем мире растет спрос на энерго- и ресурсосберегающие технологии и продукты, Фирма «TURBOFILTER GmbH» причем экологически чистые технологии причисляют к важнейшим динамическим двигателям роста всей экономики. Более пяти десятилетия опыта, постоянных Экологически чистые технологии означают исследований и совершенствования позволито, что имеющаяся энергия будет использована ли фирме «TURBOFILTER GMBH» добиться того, рационально. Так же дело обстоит и с энерги- что она может предлагать по всему миру шией из отходов. Содержащаяся в отходах энергия рокий спектр надежных выверенных решеможет быть использована как высококалорий- ний для промышленной очистки от пыли и ное топливо для производства энергии. Так, очистки дымовых газов, которые соответствунакопленные на Украине за последние годы ют самым высоким требованиям - от техничеотходы, в количестве 12,1 млн. т., могут тео- ской разработки до детальной конструкции, от ретически покрыть потребность в тепле в 2,8 стандартных фильтров до комплексных, эколомлн. домашних хозяйствах. Следующим важ- гичных установок и систем «под ключ». ным моментом является сокращения объемов Системы сухого поглощения turboDry фиротходов на свалках, предотвращение отравле- мы «Turbofilter GmbH» разработаны для наиния грунтовых вод, а также выбросов в окружа- высших требований к очистке дымовых газов. ющую среду вредных для климата веществ, та- Они отвечают соответствующим междунаких как углекислый газ и метан. На основании родным нормам и стандартам. Поставляемые этого в Европейском Союзе с июня 2005 года фирмой «TURBOFILTER GMBH» «под ключ» сизапрещено вывозить на свалки отходы, не стемы очистки дымовых газов подключаются подвергшиеся обработке или отходы, обла- к мусоросжигательным установкам различдающие теплотворной способностью. ного типа. Они позволяют добиваться максиПри термической утилизации этих вторич- мального оседания нежелательных выбрасыных отходов возникают вредные выбросы в ат- ваемых вредных веществ, таких как SOx, HCl, мосферу, такие как, например SO2, HCl и тяжелые диоксин и фуран или различные тяжелые металлы. Как же до этого названные технологии металлы. Установка очистки дымовых газов могут быть стабильными? Экологическая ста- «TURBOFILTER», в зависимости от вида небильность поможет очищенного газа и сохранить целевые требуемых показаCriteria for finding the best available technology (BAT) параметры, приротелей очищенного ду и окружающую газа, разработана Operating costs среду для последудля данного слуAbsorption rate System -availability /-security (Energy, Personnel, M&I...) ющих поколений. чая применения Это включает в себя, по критериям BAT кроме всего про(BAT = наилучшая чего, сохранение имеющаяся техноBehavior at pollutant peaks/ Residue disposal costs BAT suddently changing flue gas климата и в общем логия очистки) бережное обращеВ концепции ние с природной «лучшие имеюсредой. щиеся технологии Additive supply costs Regulation action Investment costs Чтобы стабильочистки» учитывано использовать ются изображенные на Украине огромна схеме критерии. 69

Энергия из отходов

Вариант I: 1-ступенчатая полусухая технология на основе извести С учетом перечисленных аспектов фирма «Turbofilter» специализируется на сухих системах очистки дымовых газов. При этом применяются преимущественно (псевдо) сухие сорбционные методы (именуемые также адсорбция или хемосорбция) для удаления серы из отработанных газов мусоросжигательных установок. Они применяются в одно- или двухступенчатом исполнении, все чаще для многофункционального отделения, а также для наивысших результатов сепарации или достижения минимальных значений. Благодаря этому они приходят на замену трудоемким многоступенчатым системам очистки дымовых газов мо-

крым методом. Преимущество (псевдо) сухой технологии заключается в компактности оборудования, откуда вытекает преимущество готовности, а также затраты на монтаж, производственные издержки и расходы на получение энергии. Ниже приводятся две возможные технологии turboDry (Варианты I и II), которые многократно применялись. Они отличаются друг от друга в основном применением различных присадок (известь и гидрокарбонат натрия). При учете критериев лучшей имеющейся технологии решение склоняется в пользу более новой технологии варианта II (технология

Вариант II: 1-ступенчатая сухая технология с применением бикарбоната натрия

КИЕВЭНЕРГО – 2011

с применением бикарбоната натрия). Кроме больших преимуществ оборудования, решающим пунктом также является характеристика отделения (смотри графическую схему: коэффициент стехиометрии) добавок. Коэффициент стехиометрии

пики вредных веществ, а во-вторых, дозируя, не выходя за допустимые значения. Благодаря этому почти исключена дозировка добавок выше стехиометрии, а также снижается расход или остаточная доля. Происходит уменьшение количества находящихся в летящем потоке кислых компонентов до уровня намного ниже требуемых предельных значений. Также сочетание обоих названных вариантов, то есть подача через насадки бикарбоната натрия и извести в виде двух последующих технологических этапов, может быть решением, которое зависит от специфических предельных условий преимуществ обоих вариантов, то есть лучшая степень отделения высококачественных сорбентов бикарбоната натрия может быть комбинированно использована с частичным применением дешевых сорбентов. Более подробную информацию вы найдете на страничке www.turbofilter.de.

 Разработанный фирмой «Turbofilter» специально для очистки дымовых газов тканевый фильтр со специальной зоной для осаждения и высококачественными материалами рукавного фильтра надежно отделяет преобладающее количество имеющихся мелких фракций пыли. Предельно допустимые показатели выбросов пыли значительно ниже, чем предписано законом. В качестве примера следует привести завод по утилизации Harmuth (Эссен, Германия). Очистка дымовых газов turboDry на заводе

Опыт показывает, что благодаря хорошей реакционной способности добавок (стехиометрия почти 1) можно целенаправленно и надежно подавать партии вредных газов. Добиваясь следующего эффекта: во-первых, снимая 71

Энергия из отходов

Энергия из твердых бытовых отходов Д.Б. Бирюков, О.М. Глита, А.С. Гонтарев, А.З. Рыжавский. Украинский государственный научно-технический центр «Энергосталь». Необходимость энергосбережения и снижения загрязнения окружающей среды заставляет более рационально использовать традиционные энергоресурсы, а также искать другие, желательно возобновляемые и недорогие источники энергии, к которым в последнее время все чаще относят твердые бытовые отходы (ТБО). Преимущество использования в качестве топлива твердых бытовых отходов заключается в том, что их не надо искать, не надо добывать, и в любом случае они должны быть уничтожены, или захоронены – что требует больших капиталовложений. Использование ТБО как топлива для выработки тепловой и электрической энергии с одной стороны, экономит ископаемые виды топлива (уголь, газ, мазут), с другой стороны, способствует снижению выбросов парниковых газов, метана выделяющегося при разложении органических ТБО в атмосферу. Принятие законодательных актов, поощряющих переработку ТБО в энергию, в странах ЕС привело в последние десятилетия к расширению строительства новых и реконструкции существующих заводов по термической переработке отходов с выработкой тепловой и/или электрической энергии. В Европе лидером по производству энергии из твердых городских отходов является Франция, где работает около 130 заводов по утилизации энергии отходов, которые производят 3.34 млрд кВтч э/э и 9.44 млн Гкал тепловой энергии в год. В Канаде работает 17 мусоросжигательных заводов, США – 168, Японии – 1900, Швейцарии и Великобритании – по 30, Германии – 73, Италии – 94, Дании – 38. [ 3 ] Термическое обезвреживание ТБО во многих индустриально развитых странах Европы – практически безальтернативный способ их утилизации. Так с июня 2005 г. в Европейском Союзе запрещено хранение непереработанных отходов;в Норвегии с 1 июля 2009 г запрещено захоронение разлагающихся биологических отходов. Украинский государственный научнотехнический центр – УкрГНТЦ «Энергосталь» (далее Центр), являясь одним из ведущих в странах СНГ инжиниринговым комплексом в области ряда приоритетных технологий и видов оборудования, защиты окружающей 72

природной среды, использования вторичных ресурсов в металлургии, машиностроении и других отраслях промышленности, используя мировой и собственный многолетний опыт разработки, внедрения и эксплуатации в промышленности технологий переработки и обезвреживания отходов, разработал экологически безопасную технологию комплексной утилизации несортированных ТБО с извлечением ценных сырьевых компонентов, получением тепловой и электрической энергии, адаптированную для реальных условий городов, регионов и населенных пунктов Украины. Схема предприятия по комплексной утилизации ТБО, основанного на технологии, разработанной УкрГНТЦ «Энергосталь», представлен на рис. 1. Эта технология включает в себя три стадии утилизации: сортировка ТБО, сжигание отсортированного остатка, производство энергоресурсов. Первая стадия утилизации – сортировка ТБО Отличительной особенностью ТБО в странах СНГ является их низкая теплотворная способность, высокая влажность, повышенное содержание пищевых отходов и наличие опасных видов отходов (ртутьсодержащие градусники и лампы, батарейки и т.п.). Опыт работы Центра в создании объектов по утилизации ТБО, а также анализ работы мусоросжигательных заводов и мусоросортировочных предприятий СНГ и тенденций к их усовершенствованию в западноевропейских странах позволяют сделать выбор в пользу частично механизированной сортировки с использованием ручного труда сортировщиков. Определяющими факторами для Украины при выборе между ручной сортировкой и автоматизированной являются нехарактерный морфологический состав ТБО (наличие опасных видов отходов), ограниченные финансовые возможности рынка инвестиций в переработку ТБО и относительно невысокая стоимость рабочей силы. Сортировочное отделение (по предложенной УкрГНТЦ «Энергосталь» технологии утилизации ТБО) аналогично многим со-

КИЕВЭНЕРГО – 2011

Рисунок 1 – Схема предприятия по комплексной утилизации ТБО, основанного на технологии, разработанной УкрГНТЦ «Энергосталь» ртировочным участкам, действующим на полигонах ТБО в СНГ. В сортировочном отделении из отходов удаляются крупные негорючие компоненты, затем ТБО поступают в сортировочный вращающийся барабан, где осуществляется отсев мелких неорганических составляющих, взрыхление и активное перемешивание перерабатываемой массы с одновременной обработкой ТБО ультрафиолетовым излучением для обеззараживания. Последующая сортировка вторсырья производится вручную на специальном конвейере. Бумажные изделия и металлолом пакетируются специальными прессами. При сортировке отбирается до 30 % ликвидного вторсырья, которое направляется на реализацию сторонним потребителям. Вторая стадия утилизации – отсортированного остатка ТБО

сжигание

Остаток ТБО, включая пищевые отходы, после сортировки конвейерами направляется в приемный бункер печи, где происходит процесс сжигания отходов с последующей очисткой технологических газов в многоступенчатой газоочистной установке. На предприятиях с годовым объемом утилизации ТБО менее 120 тыс. т/год используются вращающиеся печи, а при большем объеме – печи

с наклонно переталкивающими решетками (рис. 2). Использование разработанной Центром технологии сжигания низкокалорийных ТБО в атмосфере воздуха, нагретого в рекуператорах до 350–400 °С, требует минимального расхода внешнего топлива. В процессе сжигания неорганическая часть отходов переходит в безопасный шлак, который может быть ограниченно использован в строительстве. Уловленная газоочисткой зола (примерно 1 % от всей массы ТБО) подлежит захоронению на полигонах промышленных отходов. Одним из главных отличительных элементов технологии утилизации ТБО, разработанной Центром, является использование сухой многоступенчатой очистки отходящих газов после печи, что исключает образование загрязненных опасными ингредиентами сточных вод, которые требуют дополнительной очистки, что характерно для западноевропейских мусоросжигательных заводов, использующих мокрые ступени в системах очистки газов после сжигания ТБО [6]. Разработанная центром газоочистка состоит из камеры дожигания, где при температуре ~ 900–1000 °С происходит дожигание содержащихся в дыме вредных органических веществ, скруббера полного испарения с устройством впрыскивания щелочного раствора для нейтрализации кислот, рукавного 73

Энергия из отходов

фильтра, теплообменника для нагрева газов и каталитического аппарата. Многолетний опыт Центра по исследованию, внедрению и промышленной эксплуатации ступеней газоочистки каждого типа обеспечивает гарантированную эффективность и работоспособность всей системы газоочистки, которая обеспечивает содержание вредных веществ в выбросах ниже самых жестких нормативов, действующих в странах СНГ и Евросоюза. Весь технологический процесс управляется современной АСУ. Третья стадия утилизации – производство энергоресурсов В процессе сжигания ТБО образуются вторичные энергоресурсы, используемые в виде пара соответствующих параметров и теплоэнергии. С этой целью в линиях сжигания устанавливаются котлы утилизаторы, а для выработки электроэнергии предприятие дополнительно оснащается паротурбинной установкой. Так, при сжигании 1 тонны ТБО по вышеприведенной технологии, можно получить 4,5ГДж товарной тепловой энергии и 250 кВтч товарной электрической энергии, а так же полностью покрыть потребность предприятия в электрической и тепловой энергиях. Перспективы На сегодняшний момент Свалки и полигоны занимают 7% территории Украины, столько же, сколько все национальные парки. На них захоронено 280 млн т мусора. Ежегодно украинцы выбрасывают на помойку около 14 млн т, или 50 млн кубометров бытовых отходов. Если перерабатывать хотя бы 30% ТБО по технологии, разработанной УкрГНТЦ «Энергосталь», можно получить в год 18,9 млн. ГДж тепловой энергии и 1,05 млрд. кВт ч электрической энергии. В связи с тем, что удельный расход условного топлива для получения 1 Гкал тепловой энергии на котельных и ТЭЦ составляет 180 кг у.т. и 1 кВтч электрической энергии – не менее 0,35кг у.т. экономия топливно-энергетических ресурсов от внедрения предприятий по комплексной утилизации ТБО составит 1,18 млн. т у.т./год. Кроме того, полигоны ТБО являются крупными источниками выбросов парниковых газов, которые образовываются при разложении органических веществ, и содержат до 55% метана. Влияние свалочного метана ста74

Рисунок 2 – Печь для сжигания ТБОс наклоннопереталкивающими решетками, конструкция фирмы ОФАГ (Швейцария): 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

загрузочное устройство; загрузочная шахта; задающий толкатель; ступенчатая решетка; привод для ступенчатой решетки и задающего толкателя; камера сгорания; отражательный свод; вторичный воздух; камера дожигания; выход отработанного газа; выдача шлака; шлакоудалитель толкательного типа; запальник; горелка для сжигания отработанного масла

вится в один ряд с мощнейшими природными (болота) и техногенными (нефтегазовые месторождения) источниками. Его вклад в развитие парникового эффекта оценивается в 6%. По интенсивности выбросов метана с единицы площади поверхности (порядка 200 т/год с 1 га) полигоны ТБО превосходят все другие источники. Переработка на предприятиях 30% образующихся ТБО (4,2 млн. т. в год) позволит предотвратить выделению в атмосферу порядка 6,2 млн. т. парниковых газов в год. Выбросы парниковых газов при сжигании ТБО компенсируется сокращением выбросов этих газов на ТЭЦ. Полученное таким образом сокращение выбросов может быть реализовано на международном рынке как проект совместного внедрения механизма Киотского протокола к Рамочной конвенции ООН о смене климата. Реализация проекта по передаче единиц со-

КИЕВЭНЕРГО – 2011

кращения выбросов по схеме ПСВ позволит получать дополнительный доход 49,5 млн. евро в год. По мере роста объемов производства и роста благосостояния жителей планеты удельная масса бытовых отходов на каждого жителя растет и в скором времени может достигнуть 600-700 кг/чел. в год. Справиться с задачей возврата части отходов в сферу полезного повторного использования и производства электрической и тепловой энергии из не подлежащих использованию частей ТБО – одна из важнейших задач человечества. Использование ТБО и горючих промышленных отходов по типу бытовых, в качестве топлива с использованием вторичных энергоресурсов для преобразования в электрическую и тепловую энергию; полезное использование ряда составляющих отходов, в том числе бумаги, пластика, шлаков, золы, металлов, - все это имеет огромное значение с точки зрения экономии ископаемого топлива, материалов, но, главным образом, охраны природы, воздушного и водного бассейнов путем постепенного закрытия существующих полигонов ТБО и свалок и отказа от выделения новых земель для их организации.

Библиографический список 1. Д.Б. Бирюков, А.З. Рыжавский, П.В. Богомаз, А.В. Томах. Технология комплексной утилизации твердых бытовых отходов для стран СНГ. Твердые бытовые отходы. – 2010. – № 11. – С. 25–27. 2. Влияние полигонов захоронения твердых бытовых отходов на окружающую среду и здоровье населения на примере Дергачевского полигона / И.В. Завгородний, Н.А. Сидоренко, Н.Г. Щербань и др. // КАЗАНТИП–ЭКО–2010. Экология, энерго- и ресурсосбережение, охрана окружающей среды и здоровье человека, утилизация отходов: сборник трудов XVIII Междунар. науч.практ. конф., 7–11 июня 2010 г., г. Щелкино, АР Крым / УкрГНТЦ «Энергосталь». – В 2-х т. Т. 2. – Харьков : НТМТ, 2010. – С. 540–542. 3. Перспективы получения электроэнергии и тепла из ТБО [Электронный ресурс]. – Режим доступа www.uaenergy.com.ua/c225758200614 cc9/0/50209ea34a95f3d4c22577ba0050cf0a 4. Зарубежный опыт мусоросжигания. Л. А. Горбачева Журнал «Энергия: экономика, техника, экология» №7 2009 г. [Электронный ресурс]. – Режим доступа http://www. eco-pro.ru/db/articles/48/show/.



Энергия из отходов

Опыт экономии энергоресурсов в процессах обработки низкоконцентрированных коммунальных отходов и стоков Кашурин А.Н., д.т.н.

В крупных городах (более 1-2 миллионов человек), как правило, проблемами являются: 



переработка и утилизация низкоконцентрированных избытков иловых осадков, где концентрация сухих веществ не превышает 2,5-3,0% при зольности до 30 35%. Их количество колеблется от 3 до 12 тыс. м3/ сутки; ликвидация фильтратов полигонов твердых бытовых отходов, где концентрация сухих веществ не превышает 1,0-1,5%. Количество их может составлять от 50 до 600 м3/ сутки.

Полная ликвидация таких отходов может быть достигнута на основе обезвоживания до необходимой влажности и дальнейшего связывания концентратов с целью захоронения на полигонах или сжигания. Вода, имеющая остаточное загрязнение, при сбрасывании в естественные водоемы подлежит доочистке или возвращается в голову очистных сооружений. К современным методам концентрирования и обезвоживания таких продуктов относятся: 1. седиментация – гравитационное осаждение на основе коагуляции в ламинарном или слабо турбулентном потоке, 2. механическое обезвоживание в центрифугах или фильтрах, 3. термическое выпаривание, 4. конвективная сушка, 5. сжигание. Из указанных методов наиболее энергоемкими и, как следствие, затратными являются выпаривание, сушка, а также сжигание (в случае утилизации высоковлажного продукта, т.е. при влажности более 30-60%). Поэтому основной задачей предварительной обработки низкоконцентрированных фильтратов является получение минимальной влажности на входе в выпарной аппарат или аппарат для сжигания.Иллюстрация сказанного приведена на рис. 1. 76

Рис. 1 Количество удаленной влаги из 100 т исходного продукта в зависимости от влажности 1 – начальная влажность 99% 2 – начальная влажность 97% С другой стороны, ограничением с точки зрения автономного горения является влажность и зольность продукта, поступающего на горение. По данным для ила, сжигаемого в Западной Европе, избыток или дефицит энергии для осуществления процессов обезвоживания и его сжигания приведен на рис.2, откуда видно, что при зольности 30 40% (аналогичная зольность в Киеве на Бортничёской станции аэрации) и при влажности осадка 70 73% дефицит энергии равен нулю. Однако, при таких условиях гореть осадок не будет из-за отсутствия устойчивой зоны горения. Поэтому для горения необходимо или добавлять в ил высококалорийное топливо или подсушивать его до влажности не более 30%. На схеме (рис.3) представлена технология утилизации фильтрата полигона №5 в с. Подгорцы Киевской области, разработанная специалистами института биоорганической химии и нефтехимии НАН Украины совместно с ООО «РЕТЕХ-центр».

КИЕВЭНЕРГО – 2011

Технология предусматривает предварительное каталитическое окисление с коагуляцией и седиментацией основных компонентов фильтрата. В результате концентрация осадка увеличивается от 1% до 3% сухих веществ, т.е. из 100 тонн удаляется 66 тонн влаги. В последующем, уплотнитель осадка позволяет увеличивать концентрацию сухих веществ с 3% до 6%, т.е. еще удалить 17 тонн влаги. Последующее фильтрование на фильтр-прессах доводит концентрацию осадка до Рис. 2 Энергетика при сжигании ила 15%. При этом удаляется еще 10 тонн влаги. Если применить технологию вяжущим, например с глиной, и депонирован фильтрации «Бухер» (механическое прессова- на полигоне твердых бытовых отходов. До боние-отжатие), то концентрацию можно уве- лее низкой влажности его можно высушить в личить до 30% сухих веществ, удалив еще 3,3 конвективных сушилках. Тогда в сушилке тертонны влаги. мически будет удалено 2,2 тонны влаги на кажТаким образом, предварительное обезвожи- дые 100 тонн исходного фильтрата. вание из каждых 100 тонн исходного продукта Отсутствие комбинированного обезвожиудаляет до 96 тонн воды. После обработки оса- вания приводит к расходованию энергоресурдок с влажностью 70-85% может быть смешан с сов, что делает бессмысленным сушку и термоРис. 3 Схема очистки фильтрата полигона №5

Условные обозначения: 1. 2. 3. 4.

Усредненность по расходу и концентрации Реактор каталитического окисления Отстойник с расширенным слоем Уплотнитель-накопитель осадка

5. Блок мембранной очистки 6. Пруд с высшей растительностью 7. Реагентное хозяйство 8. Воздуходувка 9. Цехмеханического обезваживания 10. Насосная станция иловых вод 77

Энергия из отходов

обработку. Как дии, так как негативный после сушки пример непрагранулированвильного соный ил можно ставления теххранить, при н о л о г и ч е с ко й возможностисхемы можно транспортиропривести повать на другие пытку применепредприятия ния выпарного (цементные и сушильного заводы) или о б о р уд о в а н и я сжечь в удобфирмы VOMM ное время. без предвариОднако, такая тельного консхема более центрирования затратная по осадка на поликапитальным гоне №5 в г. Киевложениям. ве. В результате, При хорона его термичешей энергетиское обезвожической схеме вание без регегорода ил можРис. 4 Технология сжигании ила совместно с твердыми нерации тепла но сжигать в бытовыми отходами расходуется 111 одну стадию. В м3 газа на 1 тонкачестве прину, или приблизительно 300-350 грн/т. мера ниже изложена технология сжигания При обработке иловых осадков перед тер- (рис.4) в г. Вене (население более 3 млн.чел.). мообработкой (сушка, сжигание) или компо- На предприятии «WIEN ENERGIE» ежегодно стированием необходимо максимально уда- сжигается более 170 тыс.тонн механически лить влагу. обезвоженного ила. Начальная его влажность В данном случае дискуссии подлежит во- после центрифуг составляет 77 - 80%. прос: каким образом их следует утилизировать? На предприятии установлено 6 линий (2 В этом докладе не рассматриваются мето- вращающиеся печи, 4 печи «кипящего» слоя). ды, связанные с обработкой, сопровождающейРанее влажный ил смешивается с нефтяся получением метана (метановое брожение, ным топливом для получения устойчивого компостирование, депонирование и т.д.). горения. Однако после подорожания нефти линии были перестроены на работу с сортироТеплотворная способность ила зависит от ванными дробленными твердыми отходами трех факторов: (в основном пластмасса, бумага, картон) с калорийностью до 8000 кДж/кг. В печи калорий морфологии органики, ность смеси составляет 3500 4000 кДж/кг.  влажности, В 2005 году на предприятии было сожжено  зольности. всего 363 500 тонн отходов. В том числе: 177300 тонн ила, 104000 тонн сортированных твердых Получив определенный состав ила перед отходов, 42000 тонн жидких отходов (отработермообработкой в процесс вводится фикси- танное масло, растворители, вискозосодеррованное количество энергии, которое может жащие отходы и т.д.). Остальные 40200 тонн быть использовано в одну (сжигание) или составляют опасные отходы: корпуса электродве (сушка, сжигание) стадии. Технологи- приборов, электробатареи, газовые баллончически удобнее ил перерабатывать в две ста- ки, медицинские отходы и т.д.



КИЕВЭНЕРГО – 2011

Решение заседания «круглого стола» «ПЕРСПЕКТИВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПРИ УТИЛИЗАЦИИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ В УСЛОВИЯХ МЕГАПОЛИСА» 23.09.2010 В процессе развития человеческого общества все большее значение приобретает вопрос экологической безопасности и, соответственно, вопрос уничтожения и обезвреживания отходов – продуктов человеческой деятельности. Ежегодно человечество продуцирует от 450 до 500 млн.тонн твердых бытовых отходов (ТБО), причем это количество ежегодно увеличивается на 3-6%. С учетом промышленных отходов цифры становятся еще более значимыми. Назревает экологическая катастрофа. В то же время, ТБО и часть промышленных отходов содержат значительную долю органических веществ и могут быть использованы как низкокалорийное топливо. Средняя калорийность неотсортированных ТБО колеблется в пределах 1200-1700 ккал/кг, а после селективного отбора до 2800-2900 ккал/кг. Об этом свидетельствует опыт термической переработки ТБО в Германии. А такие промышленные отходы, как древесина, лузга, отсев мукомольной промышленности, солома имеют калорийность до 3500 ккал/кг. Отходы относят к возобновляемым источникам энергии. Поэтому вопросу получения энергии из отходов сейчас стали уделять большее внимание. В мировой практике наиболее распространенным является термический метод обезвреживания мусора с рекуперацией электрической и тепловой энергии. Например, в данное время в Германии работает более 60 мусоросжигательных заводов. Использование современных газоочистных устройств решает возникающие экологические проблемы. Так, в центральном районе Парижа работает мусоросжигательный завод, который обеспечивает соблюдение самых жестких норм по выбросам загрязняющих веществ. В Украине 50 млн. м3 бытовых отходов на бесчисленных официальных и неофициальных полигонах и свалках, в т.ч. в г. Киеве образуется 1,5 млн. т отходов в год, которые в основном вывозятся на полигон № 5, а также на областные свалки (в области насчитывается 29 свалок). И только 22% таких отходов термически перерабатывается на МСЗ «Энергия» ПАО «КИЕВЭНЕРГО». К сожалению, при этом не выполняются требования по экологии, принятые Европейским Союзом.

г. Киев Ситуация с утилизацией отходов в г. Киеве периодически может быть критической: полигон № 5 регулярно закрывает Экологическая инспекция, а мощности единственного мусоросжигательного завода не хватает чтобы утилизировать все бытовые отходы г. Киева. Страны-члены Европейского Союза, добившиеся конкретных результатов в борьбе со свалками (Германия, Австрия, Дания, Швеция, Бельгия) комплексно используют все доступные средства. Отходы, не подлежащие повторному использованию или переработке, представляют собой альтернативный источник энергии, способный заменить в этом качестве полезные ископаемые. Так, во Франции, которая является лидером по производству первичной энергии из возобновляемых твердых городских отходов, работает около 130 предприятий (заводов) по утилизации энергии отходов, которые производят 3,34 миллиарда кВт электрической энергии и 9,44 миллиардов кВт тепловой энергии, что в пересчете соответствует экономии 1,9 миллионам тонн нефти. В настоящее время мусоросжигательные заводы в Европе обеспечивают электрической энергией 21 миллион человек и теплом – 32 миллиона человек. Энергия, полученная из отходов - это долгосрочный источник но только при обязательном условии соответствия технологического процесса самым строгим экологическим нормам. По инициативе Совета старейших энергетиков Украины и ПАО «КИЕВЭНЕРГО» и при активном участии Минтопэнерго Украины, представителей Национальной академии наук, научно-исследовательских и проектных институтов разных ведомств, иностранных фирм, машиностроительных предприятий и наладочных организаций, мусоросжигательных заводов Украины, России и зарубежных стран, широких кругов научно-технической общественности были рассмотрены перспективы получения энергии из бытовых и промышленных отходов. По результатам обсуждения этих вопросов, учитывая мнение научной и технической общественности, участники заседания. 79

Энергия из отходов

РЕШИЛИ: 1. Термическую переработку твердых бытовых отходов с использованием энергии считать одним из главных направлений решения Национальной программы «Чистый город». 2. Отметить положительный опыт длительной (23 года) и эффективной работы завода «Энергия» ПАО «КИЕВЭНЕРГО» по утилизации твердых бытовых отходов. 3. Одобрить решения Киевской госадминистрации и ПАО «КИЕВЭНЕРГО», направленные на дальнейшее проведение технической реконструкции завода «Энергия» и усовершенствование технологического процесса переработки твердых бытовых отходов (ТБО), которые улучшают экологическое состояние г. Киева. 4. Рекомендовать Киевской госадминистрации и ПАО «КИЕВЭНЕРГО» изучить опыт переработки твердых бытовых отходов в Украине, России и странах Европы с последующей практической его реализацией. 5. Рекомендовать институтам НАНУ, отраслевым научно-исследовательским и проектным институтам, техническим университетам и академиям принять активное участие в создании новых технологий термической переработки ТБО, очистки выбросов в атмосферу и стоков от загрязняющих веществ. 6. Рекомендовать местным органам власти Украины: a) по опыту Киевской госадминистрации создать рабочие группы по разработке стратегии обращения при с твердыми бытовыми отходами; б) при решении вопросов утилизации ТБО рассматривать целесообрзность применения мусоросжигательных установок как одного из звеньев цепи комплексной переработки мусора ; в) перед принятием и внедрением проектов строительства и реконструкции мусоросжигательных заводов (МСЗ) практиковать общественные обсуждения. 7. Рекомендовать проектным организациям при разработке проектов МСЗ и создании соответствующих полигонов предусматривать : а) максимальное использование материалов и оборудования отечественного производства; б) установку систем газоочистки и приборов экологического контроля в соответствии с правилами, принятыми в Европейском Союзе. 8. Рекомендовать предприятиям деревообрабатывающей, пищевой промышленности, предприятиям сельского хозяйства использовать опыт получения энергии из отходов и переходить на самообеспечение за счет использования собственных отходов. 9. Рекомендовать Национальной академии наук Украины и Минтопэнерго Украины дополнить Программу энергетической стратегии Украины мероприятиями по комплексному развитию и внедрению различных форм генерации электроэнергии и тепла из отходов. 10. Рекомендовать Минприроды Украины организовать разработку нормативной документации, касающейся экологических вопросов сжигания ТБО. 11. Рекомендовать НТУУ «КПИ» и другим техническим вузам при подготовке специалистов в области теплоэнергетики предусматривать в тематике курсовых и дипломных работ проектирование установок термической переработки отходов. 12. Рекомендовать Правлению Совета старейших энергетиков Украины и ПАО «КИЕВЭНЕРГО» обобщить материалы докладов и сообщений «круглого стола» и издать их в виде специальной брошюры по проблеме термической переработки отходов. 13. Совету старейших энергетиков Украины, ПАО «КИЕВЭНЕРГО» и Киевской госадминистрации в первом полугодии 2011 года провести Всеукраинскую Научно-техническую конференцию «Термическая переработка твердых бытовых отходов». Председатель Правления Совета старей старейших энергетиков Украины ы Е.И.Чулков

Первый заместитель технического д директора р р - главный инженер ПАО АО «КИЕВЭНЕРГО» Ю.И. Гладышев

КИЕВЭНЕРГО – 2011

Для заметок

Энергия из отходов

Для заметок

ПУБЛИЧНОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «КИЕВЭНЕРГО» Адрес: пл. И. Франко, 5, Киев, 01001 Информационно-справочная служба: 15-88 или 201-58-79 www.kyivenergo.ua