вторичное топливо из отаепьных компонентов бытовых отхоаов
Кандидат технических наук И. Г. СТЕПАНЧИКОВА, А. В. ДЕРЕВЯНКО (ГУП "Экотехпром"), доктор технических наук В. А. ЗАЙЦЕВ (РХТУ им. Д.И. Менделеева)
В последнее десятилетие всё большее значение в сфере утилизации твёрдых бытовых отходов (ТБО) приобретают методы, направленные на получение вторичного топлива из отдельных компонентов бытовых отходов (Refuse Derived Fuel, RDF)1.
Зарубежный опыт. За рубежом сжигание ТБО во вращающихся печах цементных заводов не приводит к ухудшению экологической обстановки в районах их расположения, что подтверждается результатами анализов отходящих газов.
В США функционируют 102 предприятия, вырабатывающих энергию на базе термического обезвреживания ТБО, которые используют более 30 млн т отходов в год для генерирования энергии, достаточной, чтобы обеспечить 2.4 млн жилых домов. Известно, что в США RDF применяется с 1974 г. Предварительная подготовка ТБО заключается в отборе из них металла и стекла, после чего примерно 85% массы отходов подвер-014гается измельчению и аэросепарации, § в процессе которой легкие фракции по-1 током воздуха относятся в специальный I бункер, где скапливается топливо. RDF « обладает теплотой сгорания в среднем 16.5 МДж на кг сухой массы при средней I зольности ~28 %.
g- В качестве примера рассмотрим элек-
| тростанцию в Сент-Луисе, где сжигается
§ смесь из 85% углей с теплотой сгорания
£ 23 МДж/(кг рабочей массы) и 15% RDF
£l -
CD
<Р 1 Степанчикова И.Г., Деревянко А.В., Зайцев В.А. Отходы как альтернативное топливо для промышленности //Энергия: техника, экономика, экология. 2012. № 11.
с теплотой сгорания 13.9 МДж/(кг рабочей массы). RDF содержит меньше серы, чем уголь. Извлекаемое из ТБО топливо поступает в шахтную мельницу энергетического котла электростанции, подсушивается, превращается в пыль и вдувается горячим воздухом в топку котла. Таким образом, решаются четыре задачи: (1) обезвреживается ТБО, (2) на переработку поступает металл и стекло, (3) экономится ископаемое топливо и (4) снижаются выбросы в атмосферу сернистого ангидрида.
Тепловые энергетические брикеты производства США формируются по уникальной технологии, в результате между волокнами образуются воздушные пузыри, что обеспечивает высокую теплоотдачу при их использовании в качестве топлива. Этим технология США отличается от немецкой, по которой брикеты прессуются настолько плотно, что между волокнами не остается никаких воздушных пузырей.
В США и Великобритании с 70-х гг. ведутся работы по переработке отходов в гранулированное топливо RDF. Его можно хранить длительное время и транспортировать на относительно большие расстояния; при его сжигании негативное воздействие на окружающую среду значительно меньше, чем при сжигании традиционного топлива. Однако теплотехнические свойства топлива, получаемого этими странами, различны. Так, в США за счёт высоких капиталовложений стремятся производить высококачественное топливо, а в Великобритании создают простые и дешёвые способы получения RDF среднего каче-
40
© И. Г. Степанчикова, А. В. Деревянко, В. А. Зайцев
ства. В США экономичны установки производительностью 1000 т/сутки и более перерабатываемых отходов, а в Великобритании - до 200-300 т/сутки.
Технологический процесс получения RDF на первой ступени подготовки отходов состоит из двух операций: дробления отходов и последующей сепарации чёрных металлов. Если ограничиваться только этими двумя операциями, то получится топливо низкого качества с значительным содержанием балластных фракций. Поэтому при изготовлении RDF используют дополнительные машины, механизмы и агрегаты, позволяющие обогащать, гранулировать и брикетировать топливо из отходов. Естественно, что по мере усложнения этого процесса возрастают капиталовложения и эксплуатационные расходы, но значительно улучшается качество топлива. Принципиальная схема изготовления гранулированного топлива из отходов производства компоста показана на рис. 1.
Способ получения RDF выбирают в зависимости от вида отходов, их состава, а также последующего способа использования полученного топлива. RDF может быть основным или дополнительным топливом. В качестве дополнительного топливо можно подавать в камеру сгорания вместе с основным (углем, торфом или др.). Измельченное и прошед-
Рис. 1.
Структурная схема технологии производства компоста.
Приём ТБ0
т
Грубое дробление ТБ0
Чёрный металл
Пневматический Тяжёлые Магнитный
сепаратор фракции сепаратор
i
Лёгкие фракции
i Мягкие фракции
Барабанный грохот
i
Крупные фракции Пресс-гранулятор
шее воздушную сепарацию RDF по виду напоминает мягкое конфетти. Многие котельные установки нуждаются лишь в небольшой модернизации для работы на RDF, так как они оборудованы устройствами для удаления шлака и летучей золы. При проектировании котлоагре-гатов совместного сжигания природного топлива и RDF необходимо учитывать свойства топлива: теплоту сгорания, элементный состав, включая N, S, F, С1, состав золы и шлака, а также температуру их плавления. Теплота сгорания RDF колеблется от 5300 до 17 700 кДж/кг.
В Англии на трёх сортировочных заводах применяется технология, разработанная исследовательской лабораторией "Уоррен Спринг", в соответствии с которой твёрдые бытовые отходы подвергают грубому измельчению (частицы до 200 мм), а затем направляют в грохот для разделения на две фракции. Крупная фракция идёт на изготовление бумажной массы и топлива, а из мелкой выделяют чёрный металл и стекло. Схема завода включает в себя барабанный пневматический сепаратор, отделяющий бумагу от более тяжёлых фракций.
В Испании (г. Сория) построена экспериментальная установка, работающая по методу "Фероспак" для изготовления топливных брикетов из смеси ТБО с промышленными отходами растительного происхождения. Предварительно прокомпостированные отходы смешивают в соотношении 1 : 5 со "свежими" ТБО и загружают на сутки в биотермическую камеру. Затем материал поступает на грохот, магнитную сепара-| ^ цию и дробилку для гру-1 бого (предварительного)
измельчения, после чего направляется в биотермическую башню, дробилку для тонкого дробления (до фракции 1-5 мм) и во вторую биотермическую башню. Из-за частичной ферментации механическая прочность компоста снижается, что способствует меньшему износу молотков дробилок и меньшей затрате энергии на дробление. Из биотермических башен материал
Сырьё для получения компоста
Гранулированное топливо
Рис. 2.
Автомобильные шины -один из видов альтернативного топлива.
проходит в сушилку, куда подаются газы с первичной температурой 300-350 °С (температура материала поднимается до 120-150 °С). Подсушенный до влажности 3-8% компост идёт в брикетиро-вочный пресс, выпускающий брикеты диаметром 80 мм. Плотность брикетов -1.2 т/м3. Теплота сгорания брикетов (не менее 4000 ккал/кг) обеспечивается добавлением к ТБО значительного количества древесных опилок и других подобных материалов.
В Германии альтернативные виды топлива используются при производстве цементного клинкера. Многие цементные предприятия страны при производстве цемента применяют или планируют применять в качестве альтернативных видов топлива горючие отходы самого этого производства, что снижает себестоимость получаемой продукции и одновременно улучшает экологическую ситуацию с утилизацией различного вида отходов.
Составные компоненты отходов, используемых в качестве альтернативного топлива в цементной индустрии, должны полностью удовлетворять жестким критериям качества продукции. Важно, чтобы экологически значимые микроэлементы не оказывали неблагоприятного воздействия на газовые выбросы -как во время производства цемента, так и в ходе его дальнейшего применения. По этой причине уровни микроэлементов в отходах должны отвечать жёстким требованиям, которые устанавлива-
ются для каждого конкретного случая и строго контролируются заводскими системами контроля качества. График отбора проб и анализов на входном контроле устанавливается для каждого материала, доставляемого на завод, с учётом его состава и насыпного веса. Контроль проводится как заводами, так и инспектирующими органами. Анализы выполняются в соответствии со стандартами Инженерной ассоциации Германии и другими методиками, принятыми для анализа отходов и остаточных продуктов.
Основными видами альтернативного топлива, применяемого в цементной промышленности Германии, являются использованные автопокрышки (рис. 2) -около 250 000 т/год и отработанные масла - около 170 000 т/год. В меньшей мере - дерево, пластики и лёгкие фракции промышленных и бытовых отходов.
Действующий в Германии Закон "Об управлении и рециклинге отходов" основан на Европейской концепции об отходах. В Законе проводится разграничение между восстановлением и уничтожением отходов. Восстановление может относиться как к материальным, так и к энергетическим компонентам отходов. Предпочтение отдаётся более экологически безопасному типу восстановления. На цементных заводах восста-
Факторы, влияющие на содержание
загрязняющих веществ в отходящих газах цементных печей
Загрязнения в отходящих газах
Влияющие факторы
Пыль
Тяжёлые металлы
N0,
Общий углерод, СО, Б02, N1-1.3 Диоксины и фураны
Работа газоочистных аппаратов
Работа газоочистных аппаратов + входные характеристики
Параметры процесса обжига
Состав исходных материалов Параметры процесса обжига
1.0
о
sc
0.5
0.0
3.8 мг/м3 t -
1 1 1-1
Cd, Н g, Tl As, Co, Ni, Se, Те Sb, Pb, Cr, Си, V, Sn ] Средневзвешенные значения ПДК □ Концентрация эмиссионных газов
Рис. 3.
Сравнение средневзвешенных значений ПДК тяжёлых металлов и их содержания в отходящих газах цементного завода (пример).
навливаются оба компонента отходов: энергия и материал.
В приведённой таблице содержится список загрязняющих веществ и факторов, влияющих на их содержание в отходящих газах цементных печей. Уровень содержания пыли как составной части эмиссии зависит только от эффективности работы заводских газоочистных устройств. Содержание же в отходящ
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.