|
Из различных методов переработки
ТБО наиболее отработанным и часто используемым является сжигание. Возможность
использования этого метода для переработки ТБО основана на морфологическом
составе бытовых отходов, которые содержат до 70-80% органической (горючей)
фракции.
Исторически сжигание явилось первым техническим
направлением, которое человечество применило на практике, вступив в фазу
планомерной борьбы с муниципальными отходами: первое «мусоросжигательное
заведение» было построено в 1870 г. близ Лондона. Естественно, в первую
очередь такие установки стали строить в странах с относительно малой площадью
и высокой плотностью населения. В настоящее время мусоросжигание наиболее
распространено в Японии, Швейцарии, Дании, Швеции, Германии, Нидерландах,
Франции.
В 80-х годах количество сжигаемых отходов на душу
населения составляло: в бывшем СССР, Норвегии и Испании - 0,05 кг/чел в
сутки; в Великобритании, Италии, США, Канаде и Финляндии - 0,05-0,15; во
Франции, Японии, Австрии, ФРГ, Бельгии и Нидерландах - 0,25-0,4; в Швеции,
Швейцарии, Дании, Люксембурге и Монако - более 0,6. В настоящее время в
европейских странах с применением термических методов перерабатывают 25-30%
объема городских отходов, в Японии - 65-70%, в США - 15-20%.
Поскольку сжигание представляет собой экзотермический
процесс, выделяющееся тепло может быть утилизировано.
С углублением энергетического кризиса в середине 70-х
годов на ТБО стали смотреть как на энергетическое сырье. Было подсчитано, что
при сжигании 1 т ТБО можно получить 1300-1700 кВт-ч тепловой энергии или
300-550 кВт-ч электроэнергии. Именно в этот период отмечается достаточно
интенсивное строительство мусоросжигательных заводов с утилизацией тепла
отходящих газов, а также развитие работ по получению из горючей фракции бытовых
отходов топлива в виде брикетов для использования на электростанциях в смеси
с углем (доля подмешиваемых отходов - до 20%). Это топливо из отходов в
разных странах получило разные названия: «RDF» - в США, «BRAM» - в Германии,
«Brini Fuel» - в скандинавских странах. В настоящее время производство из ТБО
брикетированного топлива для продажи сторонним потребителям потеряло
актуальность и применяется редко; предпочтительным является производство
энергии непосредственно на заводе по переработке ТБО с обеспечением
энергетических потребностей самого завода и передачей излишков энергии
потребителям.
К 2000 г. в различных странах действовало более 400
заводов, на которых применялось сжигание ТБО с производством пара и
выработкой электроэнергии.
Подсчитано, что в Западной Европе сжигание всех
образующихся отходов могло бы покрыть 5% потребной тепловой энергии для
бытового сектора. В то же время, например, в Швеции вырабатываемая на
мусоросжигательных заводах тепловая энергия составляет 13% потребности
бытового сектора страны в тепле.
В 1996 г. в мире действовало около 2400 заводов, на
которых использовались термические процессы для переработки ТБО или
выделенных из них горючих фракций. Предполагается, что к 2010 г. в мире будет действовать около 2800 таких заводов.
Большинство европейских мусоросжигательных заводов имеет
производительность от 170 до 800 т/сут и преимущественно использует
котлоагрегаты небольшой и средней производительности 5-15 т/час.
Техника и технология сжигания бытовых отходов непрерывно
совершенствовались.
В 30-е годы были разработаны печи для непрерывного
слоевого сжигания ТБО, осуществляемого на колосниковой решетке, установленной
в нижней части печи.
В начале 80-х годов стали появляться котлоагрегаты с
топками с псевдоожиженным слоем (система «твердое-газ»), а в конце 80-х -
печи с циркулирующим кипящим слоем, в большей степени отвечающие
экологическим требованиям, но требующие обязательной подготовки отходов к
сжиганию.
В начале 90-х годов были проведены исследования по
сжиганию ТБО в слое барботируемого шлакового расплава при температуре 1350-
1500°С с применением обогащенного кислородом дутья, что в принципе позволяет
снизить объем отходящих газов и получить обезвреженный шлак.
И, наконец, в последние годы были разработаны и
апробированы новые комбинированные термические методы переработки ТБО,
включающие процессы «пиролиз-сжигание» и «пиролиз-газификация».
Современные термические процессы являются экологически
безопасными при термообработке подготовленных ТБО, при соблюдении
технологических норм и при использовании современных методов газоочистки (в
свою очередь, эффективность газоочистки во многом определяется реализацией
так называемых первичных мероприятий в термическом процессе). В этом случае,
по данным практики Германии, промышленные выбросы находятся значительно ниже
пределов, регламентируемых жестким природоохранительным законодательством.
Количество и состав дымовых газов, образующихся при
термической обработке ТБО, зависят от состава отходов, применяемого
оборудования и режима процесса. Так, при слоевом сжигании из 1 т ТБО
образуется 4,5-6 тыс. м3 газов; при газификации отходов или их сжигании с
использованием кислородного дутья объем отходящих газов снижается до 1000
м3/т.
Помимо отходящих газов, при сжигании 1 т ТБО образуется
700- 1100 м3 водяного пара, 200-400 кг шлака и 20-50 кг летучей золы.
Эффективность термической переработки ТБО определяется
составом отходов, технологией процесса, степенью подготовки отходов к
сжиганию и стабилизацией их состава, режимом процесса (температурой процесса,
временем пребывания отходящих газов в камере сжигания, температурой отходящих
газов, количеством и распределением дутьевого воздуха), технологией
автоматизации процесса.
Расход воздуха на сжигание в современных котлоагрегатах
может поддерживаться на минимально возможном уровне (концентрация кислорода в
дымовых газах не более 3% при содержании СО не более 10 мг/м3). Дутьевой
воздух выполняет несколько функций: поставляет кислород для горения органических
компонентов отходов, регулирует процесс сжигания неоднородного сырья,
смешивает дымовые газы, охлаждает узлы котлоагрегата и дымовой газ.
В связи с тем что дорогостоящая газоочистка ухудшает
экономические показатели заводов, повышается значение прямого восстановления
материалов, попадающих в отходы, обогащения отходов и реализации первичных
мероприятий, облегчающих газоочистку: уменьшение потока отходов, направляемых
на сжигание (за счет селективного сбора и сортировки), стабилизация состава
отходов, выделение перед сжиганием не только полезных, но и опасных
компонентов и др.
В Германии, например, где традиционно превалируют
термические методы переработки ТБО и техническое развитие в этой области до
последнего времени было связано именно с совершенствованием термических
технологий, названные проблемы в определенной степени решаются за счет
организации селективного сбора отходов в местах их образования. При этом
селективным сбором охвачены не только те или иные ценные компоненты (стекло,
металлы, макулатура и др.), но и опасные отходы (отработанные сухие
гальваноэлементы, отработанные ртутные лампы и др.). Можно констатировать,
что такие опасные отходы, как отработанные электробатарейки, в ТБО
практически не попадают. Аналогичная ситуация сложилась в Японии и ряде
других стран.
В России селективный сбор ТБО практически отсутствует,
поэтому при выборе технологических решений необходимо учитывать различия в
составе подвергаемых термической переработке отходов в западных странах и в
России. Кроме того, ТБО западных стран значительно превосходят российские по
калорийному потенциалу.
Поскольку сжигание ТБО является эффективным способом
обезвреживания отходов, необходимо определить оптимальное место мусо-
росжигания в системе комплексной переработки ТБО. Очевидно, что сжиганию
следует подвергать не всю образующуюся массу ТБО, а преимущественно их
горючую, достаточно усредненную фракцию, что существенно снизит вредное
влияние газовых выбросов на окружающую среду, уменьшит потребную
производительность печей и позволит выделить ценные компоненты ТБО для
использования в качестве вторичного сырья.
Основная тенденция развития мусоросжигания - переход от
прямого сжигания ТБО к оптимизированному сжиганию выделенной из ТБО горючей
(топливной) фракции и переход от сжигания как процесса ликвидации ТБО к
сжиганию как процессу, обеспечивающему, наряду с обезвреживанием отходов,
получение тепловой и электрической энергии.
Основные преимущества современных методов термической
переработки:
• снижение объема отходов в 10 раз;
• эффективное обезвреживание отходов;
• попутное использование энергетического
потенциала органических отходов.
При энергетическом использовании отходы можно
рассматривать как нетрадиционное топливо. В то же время сжигание следует
оценивать, прежде всего, как метод переработки отходов, а не способ
производства энергии, т.е. в качестве приоритетных считать условия,
оптимальные для снижения экологической опасности технологии, а не для
достижения максимально возможного производства энергии.
|