Изучение опыта эксплуатации мусоросжигательного завода

Изучение опыта эксплуатации мусоросжигательного завода

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

.        Проблема утилизации мусора

.1      Виды отходов

.2      Опасность отходов для природы и человека

.3      Методы утилизации отходов

.        Эксплуатация мусоросжигательного завода

.1      Описание технологического процесса переработки мусора на примере завода в г. Аугсбург, Германия

.2      Преимущества и недостатки при эксплуатации мусоросжигательного завода

.        Использование зарубежного опыта при переработке мусора в Мурманской области

.1      Возможность строительства мусоросжигательного завода в Кировско - Апатитском районе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Вопрос мусора или твердых бытовых отходов (ТБО) стоит остро в любом городе нашей планеты: цена его решения- многие миллиарды долларов.

Проблема утилизации отходов усугубляется в основном потому, что большая часть товаров народного потребления обречена на очень кратковременную службы человеку. Они куплены, потреблены и выброшены без должного отношения к их остаточной ценности. Количество энергии и затраты на восстановление окружающей среды при такой структуре потребления очень велики.

Переработка отходов предоставляет обществу повсюду «обмануть» проблему их утилизации и, следовательно, за счет затрат на переработку облегчить экологические стрессы. Переработка металлических, бумажных, стеклянных, пластмассовых и органических отходов уменьшает потребности в энергии и сырье.

Благодаря уменьшению расхода энергии, получаемой в основном из ископаемого топлива, переработка отходов становится одним из наиболее эффективных методов сдерживания концентрации газов, способствующих парниковому эффекту, и сокращения загрязнений.

Изменение отношения к потреблению и утилизации отходов поможет также нивелировать ужасающие и возможно даже необратимые изменения в биосфере.

Люди не беспомощны перед лицом этого комплекса проблем. Сокращая количество прямых отходов производства и перерабатывая большую часть отходов, люди становятся частью решения данной проблемы. Но сами по себе они (потребители) не могут произвести желаемых изменений. Им нужна помощь предприятий, способных и стремящихся производить продукцию, приспособленную к дальнейшей переработке, и правительства, способных и стремящихся изменить прежнюю практику утилизации отходов.

Твердые бытовые отходы (ТБО) являются отходами сферы потребления, образующимися в результате бытовой деятельности населения. Они состоят из изделий и материалов, непригодных для дальнейшего использования в быту. Это отходы, которые накапливаются в жилом фонде, учреждениях, предприятиях общественного назначения (школах, зрелищных и детских учреждениях, гостиницах, столовых и т.п.). Норма накопления ТБО изменяется, отражая состояние снабжения населения товарами и в тоже время она в значительной мере зависит от местных условий.

По морфологическому признаку ТБО в настоящее время состоит из следующих компонентов: бумага - газеты, журналы, упаковочные материалы; пластмассы; пищевые и растительные отходы; различные металлы (цветные и чёрные); стеклобой; текстиль; древесина; кожа, резина; кости; смёт;

Состав ТБО отличается в разных странах, городах. Он зависит от многих факторов, включая благосостояние населения, климат и благоустройство. На состав мусора существенно влияет система сбора в городе стеклотары, макулатуры и т. д. Он может меняться в зависимости от сезона, погодных условий. Так на осень приходится увеличение количества пищевых отходов, что связано с большим употреблением овощей и фруктов в рационе питания. А зимой и осенью сокращается содержание мелкого отсева (уличного смета).

С течением времени состав ТБО несколько меняется. Увеличивается доля бумаги и полимерных материалов. А с переходом на централизованное теплоснабжение практически исчезает в ТБО уголь и шлак.

Свалки бытовых отходов служат источником пищи синантропным видам - переносчикам инфекции, прежде всего, крысам. Банки, бутылки и прочие ёмкости с остатками органики могут играть роль ловушек для диких животных, для насекомых.

В сложившейся ситуации, на мой взгляд, строительство дополнительного мусоросжигательного завода было бы не плохим решением проблемы энергоснабжения и утилизации ТБО в наших городах.

1. Проблема утилизация мусора

Одной из глобальных проблем человечества является производство отходов, которое во всем мире нарастает темпами, опережающими их переработку, обезвреживание и утилизацию.

Ежегодно в Российской Федерации образуется более 7 млрд. тонн бытовых, сельскохозяйственных, промышленных и иных видов отходов. Объем образования твердых бытовых отходов (далее - ТБО) в населенных пунктах Российской Федерации составляет 150 млн. м3 (30 млн. тонн) в год. Основная часть ТБО складируется на полигонах различного типа и многочисленных свалках. На полигоны попадает около 85% отходов, лишь 5% отходов проходит вторичную переработку, и примерно 10% отходов теряется при транспортировке. Накопление отходов приносит огромный экологический, экономический и социальный ущерб. [1]

Отрицательные воздействия отходов проявляются также в повышении заболеваемости людей, ухудшении их жизненных условий, снижении продуктивности природных ресурсов. Все чаще возникают ситуации, когда обнаруживаются симптомы специфических патологий, обусловленных хроническим действием малых концентраций техногенных поллютантов. Это действие связано с переносом вредных веществ из внешней среды (свалки отходов) во внутреннюю среду организма с последующей более или менее длительной задержкой части этих веществ и их постепенным накоплением.

В связи с этим актуальной является проблема утилизации отходов с целью предотвращения негативного влияния на экологию, экономику и социальную сферу региона.

1.1 Виды отходов

Отходы из природных материалов:

. Пищевые (гниющие) отходы.

. Отходы медицинских, лечебных, научно-исследовательских организаций, в том числе хирургии, стоматологии и лечебных ветеринарных учреждений.

Производственные отходы:

. Металлические отходы.

. Отходы отработанных химических источников тока.

. Бой стекла и стеклопосуды.

. Отходы полимерных материалов синтетической химии, в том числе резина и резино -технические изделия и все оберточные материалы и полимерная тара из продуктов синтетической химии.

. Радиоактивные отходы.

Методы утилизации мусора:

l  Вывоз и утилизация отходов

l  Термическое уничтожение отходов

Первая МСП, предназначенная для уничтожений бытовых отходов, построена в Великобритании 1876 г.

l  Сбор и захоронение отходов

Захоронение отходов на полигонах и свалках является наиболее используемым методом в нашей стране, но, увы, не самым целесообразным в применении.

Международный опыт решения проблемы мусора

В общем виде загрязнение - это наличие в окружающей среде вредных веществ, нарушающих функционирование экологических систем или их отдельных элементов и снижающих качество среды с точки зрения проживания человека или ведения им хозяйственной деятельности

Утилизация мусора - одна из важнейших проблем современной цивилизации. Особенно тяжело утилизировать неорганизованно выброшенный мусор. Пока человечество придумало три принципиально разных пути утилизации мусора:

·    организация свалок

·        вторичное использование отходов

·        сжигание отходов

Однако ни один из них нельзя признать абсолютно приемлемым.

Вторичное использование отходов - наиболее ресурсосберегающий путь, но не всегда рентабелен как в экономическом, так и в экологическом плане. Здесь существует ряд проблем.

Первая проблема заключается в том, что прежде чем мусор использовать, его необходимо рассортировать. Бумага, железо, битое стекло - должно находиться отдельно. Очевидно, рассортировать мусор, уже поступивший на свалку, практически невозможно - автоматов таких нет, а люди работают очень медленно, да и вредно это для их здоровья. Поэтому сортировать мусор надо в тот момент, когда его выбрасывают. Значит, каждый человек должен завести отдельные вёдра для пищевых отходов, бумаги, пластмассы и т. д. Такой подход приживается в деревнях, но в городах подобные идеи внедрить трудно. Хотя во многих зарубежных странах на улицах уже появились отдельные контейнеры для разных типов мусора (рис. 1).

Рис. 1. Раздельный сбор разных категорий ТБО

мусор утилизация переработка

Раздельный сбор разных категорий отходов определяет эффективность и стоимость утилизации отдельных компонентов. Наиболее неудобны для утилизации смешанные отходы, содержащие смесь биоразлагаемых влажных пищевых отходов, пластмасс, металлов, стекла и т.п. компоненты.

Вторая проблема - доставка мусора к месту переработки. Если мусора и потребителей продуктов его переработки много, то и заводов, способных перерабатывать отходы такого типа, можно понастроить много. Тогда, например, битое стекло, собранное с окрестных свалок, будут перерабатывать на многочисленных стеклозаводах. А как быть с электрическими лампочками? В каждой лампочке содержатся несколько десятков миллиграммов молибдена и вольфрама - редких и ценных металлов. Вторичная переработка этих металлов требует высоких температур. Для поддержания высоких температур необходим реактор большого объёма. Поэтому в каждом городе завод, производящий электролампочки, а соответственно, и перерабатывающий молибден и вольфрам, не построишь. Таким образом, чтобы утилизировать молибден и вольфрам, надо объехать все помойки, собрать на каждой несколько выброшенных лампочек и везти их за тридевять земель. Вот это и получается, что вторичная переработка лампочек при всей её кажущейся привлекательности, занятие накладное. По той же причине не стоит организовывать централизованный сбор мусора для вторичного использования в деревнях и сёлах.

Третья проблема заключается в том, что мусор - сырьё принципиально нестандартное. Каждая новая партия мусора, поступившая на переработку, будет заметно отличаться от предыдущей по целому ряду параметров. Поэтому мусор невозможно использовать как сырьё для производства высококачественной продукции.

Четвертая проблема - Вывоз мусора на свалку - самый дешёвый, но при этом недальновидный способ его утилизации. Недальновидный он в первую очередь потому, что мусор остаётся мусором. Свалки вокруг городов занимают огромные площади. Ядовитые вещества, оказывающиеся на свалках, проникают в подземные воды, которые часто используются в качестве источников питьевой воды, развеиваются ветрами по окрестностям и тем самым наносят ущерб окружающей среде. Кроме того, в результате процессов гниения без доступа воздуха образуются различные газы, которые также не освежают атмосферу вокруг свалки. Некоторые продукты гниения способны самовоспламенятся, поэтому на свалках регулярно возникают пожары, при которых в атмосферу выбрасывается сажа, фенол, бензапирен и прочие ядовитые вещества. [2]

Переработка - повторное использование или возвращение в оборот отходов производства или мусора. Наиболее распространена вторичная, третичная и т. д. переработка в том или ином масштабе таких материалов, как стекло, бумага, алюминий, железо, ткани и различные виды пластика. Также с глубокой древности используются в сельском хозяйстве органические сельскохозяйственные и бытовые отходы.

 <#"664456.files/image003.gif">

Рис.3. Типичная схема современного мусоросжигательного завода с рекуперацией энергии и очисткой отходящих газов.

Условные обозначения:

А.Загрузка мусора (помещение должно быть закрыто и недоступно ветру). В. Загрузочный кран (должно быть два, снабженных весами и спецгидравликой для применения в случае возникновения пожара). I. Отмывка кислых газов (скруббер). J. Пакетные фильтры (противопылевые). K. Дымосос. L .Отходящие газы. G. Турбина. H. Электричество. M. Шлак. N. Летучая зола (зола уноса) и масса из скруббера. O. Смешение шлака и золы. P. Магнитный сепаратор.

Загрузка. Первое на что надо обратить внимание, это загрузка сжигателя. На рисунке виден самосвал, который сбрасывает несортированный мусор в мусороприемник. О сортировке мусора немного позже. Но бункер для приема мусора не просто яма, а сложное инженерное сооружение.

Европейская норма: Емкость хранилища отходов должна быть достаточно большой, чтобы возможно было хранить отходы в период закрытия одной из печей сжигания. При нормальном функционировании завода отходы не должны содержаться в хранилище более одной недели. Разгрузочных кранов должно быть два, чтобы не нарушить работу сжигателя. Бункер должен иметь закругленную форму для облегчения его периодической очистки, а для предохранения от неприятных запахов и образования взрывчатых смесей с выделяющимися газами, мощную систему отсоса воздуха, который затем направляется в сжигатель. Оператор должен иметь возможность постоянно видеть состояние бункера.

Сжигатель. Далее мусор направляется в печь сжигания.

Европейская норма. В горячей зоне газы должны находится при температуре не ниже 850°С в течение не менее 2 секунд (правило 2 секунд) и при содержании кислорода не ниже 6%.

Их конструкция может быть самой разной, но потом, обязательно, горячие газы идут в теплообменник для получения пара и электроэнергии. Именно на этой стадии, стадии охлаждения газов, начинают образовываться диоксины.

Очистка газов. Далее идут очистные сооружения. Это самая тонкая и самая дорогая часть. Стоимость очистных сооружений не менее 50% от общей стоимости МСЗ. Вот на этом и пытаются экономить. Обычно заказчиков не сильно балуют: ставят водной скрубер и электростатический фильтр, да еще пылевые текстильные фильтры. Если вам придеся оценивать проект сжигателя обязательно обратите внимание на последовательность падения температуры после печи.

Горячие электростатические фильтры. Хотя образование диоксинов неминуемо при понижении температуры, но есть еще одна опасная точка. Исследования показали, что горячие электростатические фильтры, которые так распространены во всех воздухоочистeах, сами генерируют диоксины. Так при обследовании МСЗ во Флориде на одном сжигателе были получены следующие результаты:

Таблица 2.

Следует также заметить, что и самые лучшие угольные фильтры не позволяют удержать выбросы диоксинов в рамках Европейских норм.

Европейская норма. Содержание диоксинов в отходящих газах МСЗ в единицах I-TEQ не должно превышать 0,1 нг/нм3.

Разработаны каталитические дожигатели диоксинов, совмещенные с дожигателями для окислов азота, по-видимому это на настоящее время наилучший вариант очистки газов от диоксинов.

Основные устройства для очистки газов, принятые на современных МСЗ (МСЗ в городе Алкмаар, Нидерланды), показаны на Рис. 4.

Рис.4. Схема очистных сооружений на современном МСЗ в Алкмааре (Нидерланды).

Abfallverwertung Augsburg GmbH - работает как тепловая электростанция с интегрированной системой сжигания отходов, переработки и компостирования. [8]

Также различные коммерческие компании предоставляют множество бытовых отходов для термической обработки

Схема работы:

Мусоровозы привозят отходы в разгрузочный зал и складывают их в один из двенадцати пунктов разгрузки("Бункер отходов"). Крупногабаритные отходы измельчают, прежде чем они попадут в пункт разгрузки.

Рис. 5. Доставка мусора в разгрузочный зал

После помещения пяти тонн мусора в пункт разгрузки, мусор тщательно перемешивают с помощью кранов.

Воздух и отходы, при разгрузке, непрерывно помещаются в печь так, чтобы запахи не попадали в окружающую среду.

Затем перемешанные отходы поступают в мусоропровод по трем линиям печи, где далее отходы направляются к топке. Хранение отходов в шахтах дет герметичность при поступлении отходов из бункера в котел.

Механизм мусоропровода толкает отходы на нижнем конце стенда в приемную часть колосниковой решетки, где отходы сгорают полностью. И, по мере перемещения колосников, опадают в "шлаковую ванну". Шлаковая ванна - место для охлаждения в воде сгоревших отходов (поставляется как дополнительная система фильтрации очистных сооружений).

Рис. 6. Шлаковые отходы.

Коэффициент использования производственных мощностей:

В 2011 году в общей сложности 229117 тонн бытовых и промышленных отходов было доставлено на станцию. "Теплотворная" способность отходов ~ 10000 кДж/кг.

Отходы были доставлены из города Аугсбурга и нескольких районов. Три линии мусоросжигательного завода работали на полную мощность в течение всего 2011 года.

С 2006 года на станции существует система ремонта и обслуживания, цель которой продолжать безопасную утилизацию даже в случае выхода из строя ТЭС.

Очистка продуктов горения.

Продукты горения, образующиеся при сжигании отходов, обогащаются различными вредными газообразными веществами. Каждый выброс вредных веществ означает загрязнение состава атмосферы. Чтобы предотвратить загрязнение окружающей среды, продукты горения проходят пять стадий очистки.

Первый уровень: электрофильтрация.

На этом этапе очистки частицы пыли удаляются с помощью электрического заряда.

Под действием электрического поля разделяются мелкие частицы, после чего осаждаются на электродах. Затем собираются механическим способом для изучения.

Второй и третий уровень: очистка продуктов горения.

Задача этих двух стадий очистки является сбор продуктов горения для удаления газообразных составляющих кислоты HCl, SO2 и твердых остатков.

На первом этапе газы охлаждаются и обрабатываются в противоположно направленных потоках воды, чтобы растворить хлористый водород.

На втором этапе диоксид серы смывается и образует серную кислоту, в результате реакции с промывочной водой. Серную кислоту нейтрализуют гидроксидом натрия.

Насыщенные водой продукты горения проходят через установленную в верхней части систему электрофильтров и распыляются с помощью сопла.

Четвертый уровень: денитрификация

На этом этапе используют аммиак для преобразования оксида азота в элементарный азот и воду. Реакция поддерживается при использовании катализаторов для достижения оптимального эффекта.

Пятый этап: фильтрация через активированный уголь.

На последнем этапе в продуктах горения все еще содержатся вредные вещества (галогенированные углеводороды, диоксины), которые абсорбируются при помощи активированного угля. Уголь смешивается с потоком продуктов горения и проходит по системе фильтрации, оседая на фильтре.

Переработка металлургических шлаков.

Шлак обрабатывается в несколько этапов и сортируется. Кроме того, шлак сортируют по размерам частиц. Затем, с помощью магнита, удаляются лома черных и цветных металлов, которые позже перерабатываются путем плавки.

Сжигание медицинских отходов.

В ТЭЦ интегрированы два специальных отсека, в которых сжигают отходы медицинских учреждений. Отходы поступают на станцию в плотно закрытых емкостях. Утилизация медицинских отходов на 100% автоматизирована. Сжигание происходит при температуре около 1000 градусов Цельсия и, также как и другие продукты горения, данные отходы проходят пять стадий очистки.

Центр переработки.

В центр переработки принимают отходы от частных лиц.

Такие как:

Крупногабаритные отходы

Бытовой мусор

Щебень

Отходы с частного участка (сад/огород)

Древесина

Стекло

Черные и цветные металлы

Макулатура

Резина (шины и т.п.)

Электроэнергия из отходов.

При утилизации и переработке отходов выделяется много энергии. Одна тонна отходов эквивалентна 250л мазута.

Таблица 3. Сводные данные по заводу AVA Abfallverwertung Augsburg GmbH

Во время процесса сжигания выделяется тепло, которое нагревает трубопровод и воду соответственно. Вода нагревается до температуры кипения, в результате чего - образуется пар. Пар подается под давлением в турбину, за счет которой вырабатывается электрическая энергия. Электроэнергия используется как самой станцией так и городом, то есть подается в общую сеть.

Также на крыше станции установлены солнечные батареи, которые производят электроэнергию примерно для 250 домохозяйств.

В год производится около 112 млн. кВт/ч электроэнергии.

Поставка централизованного теплоснабжения в коммунальную сферу.

Для производства электроэнергии используется энергия пара. Однако остается энергия, которая не может быть использована для производства электроэнергии. Часть такой энергии используется для производства тепла, подключив теплообменник к сети теплоснабжения. Таким довольно простым способом станция вносит важный вклад в региональное производство горячей воды и теплоснабжения. Каждый год производится около 80 млн. кВт/ч теплоэнергии.

Управление заводом осуществляется из общего диспетчерского пульта, также там осуществляется мониторинг очистки газов. [9]

Рис.7. Диспетчерская завода AVA Abfallverwertung Augsburg GmbH

2.2 Преимущества и недостатки при эксплуатации мусоросжигательного завода

Сжигание мусора - это широко распространенный способ уничтожения твердых бытовых отходов, который широко применяется с конца XIX в.

Сложность непосредственной утилизации ТБО обусловлена, с одной стороны, их исключительной многокомпонентностью, с другой - повышенными санитарными требованиями к процессу их переработки. В связи с этим сжигание до сих пор остается наиболее распространенным способом первичной обработки бытовых отходов.

Сжигание бытового мусора, помимо снижения объема и массы, позволяет получать дополнительные энергетические ресурсы, которые могут быть использованы для централизованного отопления и производства электроэнергии. К числу недостатков этого способа относится выделение в атмосферу вредных веществ, а также уничтожение ценных органических и других компонентов, содержащихся в составе бытового мусора.

При сжигании ТБО получают 28-44% золы от сухой массы и газообразные продукты в виде двуокиси углерода, паров воды, различных примесей. Запыленность отходящих газов составляет 5-10 г/нм3 (25- 50 кг/т ТБО). Так как процесс горения отходов происходит при температуре 800-900°С, то в отходящих газах присутствуют органическое соединения - альдегиды, фенолы, хлорорганические соединения (диоксин, фуран), а также соединения тяжелых металлов.

Теплотворная способность бытовых отходов примерно соответствует бурому углю. В среднем теплотворная способность бытовых отходов колеблется от 1000 до 3000 ккал/кг. Выявлено также, что по теплотворной способности 10,5т твердых бытовых отходов эквивалентны 1т нефти; по калорийности бытовые отходы уступают каменному углю всего в 2 раза; примерно 5т мусора выделяет при сгорании столько же тепла, сколько 2 т угля или 1 т жидкого топлива.

3. Использование зарубежного опыта при переработке мусора в Мурманской области

В настоящее время в мире накопилось и продолжает накапливаться огромное количество отходов жизнедеятельности человека. Эти отходы, а их насчитывается миллиарды тонн, отравляют воздух, землю и воды. Постепенно к людям приходит понимание того, что необходимо принимать активные меры по утилизации этих отходов. В развитых странах стремятся решать экологические проблемы в комплексе, как путем усовершенствования производственных технологий, сбора и переработки вторичных ресурсов, так и путем разработки новых технологий утилизации отходов.

В настоящее время для обеспечения санитарной очистки территории города от отходов производства и потребления из-за дефицита мощностей по их промышленной переработке требуется вывоз значительной части отходов для захоронения на полигонах.

Несколько факторов в пользу строительства мусоросжигательных заводов (МСЗ) по сравнению с другими способами утилизации мусора:

. Экономия на ГСМ из-за уменьшения допустимого радиуса строительства объекта (строится в черте города в радиусе 10 км). В то время, как для полигонов захоронения отходов радиус транспортировки от городского комплекса составляет ок.30 км. Согласно положениям Концепции обращения с ТБО в РФ 22 декабря 1999 г. N 17, «в связи с ростом городского населения все большее значение приобретает проблема вывоза отходов на дальнее расстояние». Среднее по России расстояние вывоза ТБО составляет 20 км, в крупных городах с населением более 500 тыс. жителей оно возрастает до 45 км и более. По данным обследования 100 городов РФ (без Москвы и Санкт-Петербурга), около 45% всех ТБО транспортируются на расстояние 10 - 15 км, 40% - на 15 - 20 км, а 15% всех отходов - на более чем 20 км. Как показывают статистические данные, дальность вывоза ТБО ежегодно возрастает в среднем на 1,5 км, а себестоимость их транспортировки соответственно на 15 - 20%.»

. При сжигании одной тонны отходов можно получить 1300-1700 кВт. ч тепловой энергии или 300-550 кВт. ч электроэнергии.

. Существует возможность реализации получаемого в процессе сжигания ТБО шлака и золы и получения дополнительного дохода.

. На всех мусоросжигательных заводах обеспечивается утилизация тепла и извлечение черного металлолома.

Однако существуют и несколько факторов против мусоросжигания как одного из способов утилизации ТБО.

. Главный недостаток мусоросжигательных заводов - трудность очистки выходящих в атмосферу газов от вредных примесей, особенно от диоксидов и оксидов азота. На мусоросжигательных заводах используется одноступенчатая схема очистки газов, что не позволяет реализовать их полную очистку и может вызвать загрязнение воздушного бассейна. В настоящее время разрабатываются технологии более глубокой очистки газов.

В процессе сгорания ТБО на мусоросжигательном заводе наряду с дымовыми газами образуются еще два вида отходов: шлак и зола. Важной задачей при эксплуатации мусоросжигательных заводов является утилизация или захоронение токсичных золы и шлака, масса которых составляет до 30% сухой массы ТБО. Применяя даже 99-процентную фильтрацию газообразных продуктов сжигания, в воздух все равно попадает часть выбросов, которая при длительной работе будет приводить к накоплению канцерогенов. Кроме того, при сжигании различных видов мусора образуются вещества, которые, вступая друг с другом в реакцию, могут образовать опасные химические соединения.

. Высокие капиталовложения. Строительство завода может обойтись в 140 - 150 млн. евро (1000 долл./ тонну), а тариф принятия ТБО или, другими словами, стоимость услуги по сжиганию мусора составляет 100 евро за кубометр, согласно оценкам зарубежных производителей. Для сравнения: сейчас на мусоропереработку кубометра тратится 2 евро. Отсюда значительное увеличение бюджетных потоков города на утилизацию ТБО.

. Обеспечение гарантированной поставки сырья. По мнению специалистов, объемы сжигания мусора на таком заводе большие, и, чтобы не допускать убыточности подобного проекта, руководству города необходимо поддерживать определенный установленный ввоз мусора на завод.

. Для наилучшей работы мусоросжигательного завода необходимо соблюдать определенную морфологию, т.е. состав сжигаемых отходов.

Одним из путей решения множества трудностей, связанных со строительством МЗС является комбинирование такого завода с энергетическим оборудованием для получения различных энергоносителей на ТЭЦ.

Использование комбинирования МСЗ и ТЭЦ.

Во всех развитых странах мира уже давно практикуется использование ТБО и промышленных по типу бытовых в качестве достаточно калорийного топлива при низшей рабочей теплоте сгорания (Qрн) от 5,2 до 16,5 МДж/кг. В результате экологически чистого сжигания такого топлива обязательно используется вырабатываемая энергия. В России ежегодно используется в качестве топлива менее 1% ТБО (из 40 млн.тонн бытовых отходов), что ничтожно мало по сравнению со Швейцарией (80 %), Данией (80%), Японией (85%), Францией (65%), Германией (60%) и некоторыми другими странами.

Опыт освоения отечественных теплоэлектростанций, работающих на ТБО (т.е. с выработкой электроэнергии), ограничивается пока двумя предприятиями ГУП «Экотехпром» г.Москвы: ТЭС, использующая альтернативный вид топлива в Алтуфьеве (МСЗ № 2) и МСЗ № 4, входящий в комплекс по обезвреживанию и переработки твердых бытовых и биологических отходов в Руднево.

Сжигание мусора не решает проблему электро- и теплоснабжения - теплота сгорания городского мусора в несколько раз ниже, чем угля, общее количество тепла, которое можно получить, в разы меньше потребности города - источника этого мусора, а стоимость тепла, с учетом затрат на транспорт и охрану окружающей среды, выше чем местного угля или газа.

Таблица 4. Теплота сгорания различного вида топлива

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 на одного жителя Москвы, составляет примерно 300 кг/Чел.год, рассмотрим несколько вариантов расчета: с низшей теплотой сгорания ТБО Qрн ТБО = 7,5МДж/кг и Qрн ТБО = 8,4 МДж/кг, в зависимости от способа утилизации отходов. Полученные результаты приведем в таблице:

Таблица. 5. Экономия органического топлива при сжигании ТБО, приходящаяся на одного жителя города Москвы.

Из таблицы видно, что в относительном выражении около 5 % объема условного топлива, необходимого для жизнеобеспечения жителя г.Москвы, можно сэкономить при термической переработки ТБО. Если перевести относительные показатели в абсолютные значения, то, принимая в расчетах, что Qрн ГАЗА = 8200 ккал/нм3, получатся следующие результаты:

Можно предположить, что примерно 50 -70 % энергии, вырабатываемой на московских МСЗ, может быть использовано внешними потребителями, главным образом, в системах теплофикации и централизованного теплоснабжения города, а также для электроснабжения отдельных предприятий.

Однако, для обеспечения заметной роли ТБО в топливно-энергетическом балансе регионов России, необходимо включение технологии переработки ТБО в общую схему теплоснабжения района. Российские особенности утилизации мусора - это так называемый нераздельный сбор мусора, когда весь мусор сваливается в один контейнер, т.к. коммунальным службам пока не удается организовать сортировку ТБО на стадии сбора. Сортировочные и мусоросжигательные предприятия могут быть хоть как-то рентабельны только при крупных объемах переработки мусора, потому-то они работают в г. Москве, Санкт - Петербурге и Екатеринбурге. [10]

Зарубежный опыт термической переработки отходов.

Информация об утилизации ТБО в странах Западной Европы, США и Японии, а также данные о количестве отходов, используемых в качестве топлива по ряду стран в 2011г. представлена в таблице 6.

Таблица 6. Утилизация отходов в странах Западной Европы

Рис. 7. Доля термической переработки отходов от размера общей суммы утилизации ТБО

Из таблицы и графика видно, что доля промышленной переработки в среднем составляет 40-50% . Наибольших успехов в термическом обезвреживании отходов с использованием их для выработки электрической и тепловой энергии добились наименьшие по территории развитые страны, так как здесь резко ограничены возможности для размещения полигонов по захоронению отходов. Это такие страны, как Дания, Бельгия, Нидерланды, Швейцария. [11]

Технологические процессы комбинирования МСЗ и энергетического оборудования.

Возможно несколько вариантов схем комбинирования МСЗ и энергетического оборудования для получения различных энергоносителей. Мусоросжигательные заводы сооружаются как утилизационные котельные (УК), так и ТЭЦ (УТЭЦ):

. Котельная и МСЗ; конечным продуктом является тепловая энергия.

. ТЭЦ со сжиганием ТБО; конечным продуктом является тепловая и электрическая энергия (или только электроэнергия)

.1. ТЭЦ, сжигающие ТБО на базе ПГУ;

.2. ТЭЦ, сжигающие ТБО на базе ГТУ;

.2. ТЭЦ на базе ПГУ, сжигающие совместно с ископаемым топливом ТБО (или топливо из ТБО);

УК оснащаются паровыми котлами-утилизаторами с параметрами пара, как правило, давлением 1,4-2,4 МПа температурой до 250 - 300 С, при слоевом сжигании топлива на специальных решетках различных систем (в том числе «кипящего» слоя), но с глубокой шнуровкой слоя горящих отходов. Иногда котлы-утилизаторы применяются водогрейные.

УТЭЦ оснащены турбогенераторами с турбинами различного назначения:

теплофикационными для выработки электроэнергии с отбором пара низкого давления и тепла как для собственных нужд МСЗ, так и отдачи внешним потребителям через электрические и тепловые сети городов;

производственными с отборами пара повышенного давления, обеспечивающие технологические и коммунальные нужды предприятий,

а также чисто конденсационными, вырабатывающими только э/энергию. [12]

Германия.

На ТЭЦ электростанции (ПГУ) Германии Volklingen в топке-сателлите сжигаются отработанные ТБО - так называемый коломат-топливо из отходов, а газы из этой топки поступают в топку энергетического котла. На ТЭЦ установлен прямоточный паровой котел, паропроизводительностью 530 т/ч пара с расходом высокозольного каменного угля 90 т/ч. Уголь в виде пыли через специальные горелки вдувается горячим воздухом в топку котла. Две топки-сателлиты, т.е. предвключенные к энергетическому котлу сжигают топливо из ТБО (коломат), в «кипящем» слое, в котором расположены змеевики для подогрева воздуха, направленного в газовую турбину.

Топки-сателлиты рассчитаны на сжигание 20 т/ч коломата каждая (~ 40 % от количества сжигаемого угля), их теплота сгорания 10 МДж/кг. На ТЭЦ установлены две турбины: паровая мощностью 195 МВт и газовая мощностью 42,5 МВт. Примечательно, что атмосферный воздух, втягиваемый и компримируемый компрессором газовой турбины, нагревается за счет сжигания коломата в топке-сателлите до 700 С, а затем догревается газом, поступающим в камеру сгорания газовой турбины до 800 С. Первичный воздух подается под слой топок-сателлитов в смеси с отработанными газами котла. Такая же смесь поступает и в пылеугольные горелки котла. Особенностью этой ТЭЦ, сжигающей топливо из ТБО в топках-сателлитах, является то, что дымовые газы газовой турбины в смеси с газами котла и предвключенных топок проходят пылеуловитель, направляются на обессеривание в специальную установку, а затем очищенные дымовые газы, смешиваясь с градирными средами, через градирню удаляются в атмосферу.

Россия. (Топливо - газ, ТБО)

Москва. Топки с вихревым «кипящим» слоем установлены на МЗС № 4 по термическому обезвреживанию ТБО с предварительной частичной сепарацией отходов. В энергетической практике во всем мире сжигание твердых низкокалорийных топлив в слое, когда само топливо набрасывается на толщу инертного материала, разогретого до достаточной высокой температуры и «бурлящего» под напором подаваемого из подрешеточного пространства воздуха через множество отверстий в решетке, практикуется достаточно давно. В Японии, Германии, Франции1010, Австрии, Испании и др. и продолжают сооружаться МСЗ, сжигающие отходы в топках «кип0ящего» слоя.

На МЗС № 4 будут функционировать три технологические линии, топки которых будут сжигать по 13,5 т/ч топлива из ТБО. Предприятие уже выходит на расчетную мощность. Топки, выполненные по лицензии японской фирмы «Эбара», поставлены фирмой «Хельтер АБТ» (Германия).

Над топками установлены горизонтальные паровые котлы производительностью 26-30 т/ч пара при давлении 1,6 МПа и температуре 310 0С. Каждая технологическая линия оснащена четырехступенчатой очисткой уходящих газов. На заводе производительностью по сжигаемым отходам ~ 260 000 т/г установлены две паровые турбины с производственными отборами пара электрической мощностью по 6 МВт каждая. Предприятие должно работать при коэффициенте использования основного оборудования технологической линии ~ 0,84 при работе на полную мощность.

При Qрн ТБО = 8,4 МДж/кг (~2 000 ккал/кг) выработка теплоты составляет 283 000 Гкал/г, электроэнергии - 105 000 МВт*ч/г, что полностью покроет потребности в энергии на собственные нужды, в том числе на переработку шлака и золы в полезные продукты, включая потребности в энергии завода «Эколог», расположенном вблизи МСЗ, а также обеспечит выдачу во внешние сети значительного количества энергии. На МСЗ установлены два паровых котла Б - 2,5-1,6 - 310 (2*25 т/ч), работающих на природном газе, что позволит при остановке одной из линий на профилактику и ремонт не снижать выработку электроэнергии в течение года.

Ориентировочный объем инвестиций при реализации проекта оценивается в сумме более 3 млрд. рублей. Протоколом предусмотрено, что ЗАО «Московская областная энергетическая инвестиционная корпорация» выступит в роли инвестора-застройщика, генерального проектировщика, генподрядчика и эксплуатирующей организации. В ближайшее время предусмотрен выбор земельного участка под строительство и разработка проекта. Ввод предприятия в эксплуатацию намечен протоколом на 2009 год.

Перспективы

По мере роста объемов производства и роста благосостояния жителей планеты удельная масса отходов на каждого жителя растет и в скором времени может достигнуть массы в 600-700 кг/чел. в год. Справиться с задачей возврата подавляющей части отходов в сферу полезного повторного использования - одна из важнейших задач человечества. Решение этой задачи возможно при круглогодичном сжигании ТБО на предприятиях по их термической переработке.

Использование ТБО, включая промышленные отходы по типу бытовых, в качестве топлива с использованием энергии при ее преобразовании в электрическую и тепловую; механико-химическая очистка уходящих из котлов газов; внедрение новых технологий сжигания, в том числе в так называемых топках с «кипящим» слоем; полезное использование ряда составляющих отходов, в том числе шлаков, золы, металлов, - все это имеет огромное значение с точки зрения экономии ископаемого топлива, материалов, но, главным образом, охраны природы, воздушного и водного бассейнов в Москве и Московской области путем постепенного закрытия существующих свалок и отказа от выделения новых земель для их организации.

Наряду с общепринятыми (традиционными) схемами сжигания ТБО с использованием тепловой и электрической энергии в системах энергоснабжения городов, в том числе в Москве, имеется богатый опыт европейских стран в схемных решений, приводящих к комбинированным источникам энергоснабжения. В составе таких источников используется наряду с технологическими линиями обезвреживания ТБО с выработкой энергии не только энергетическое оборудование в виде парогенераторов, но и газотурбинные установки (ГТУ), парогазовые установки (ПГУ).

Достоинства совмещенной (интегральной) компоновки ТЭС для сжигания природного топлива и ТБО:

. Существенное повышение эффективности применения ТБО как топлива для выработки электроэнергии и достижение удельных показателей, близких к серийно применяемым ТЭС, можно достигнуть за счет частичного замещения энергетического топлива бытовыми отходами. Доля ТБО по количеству тепла может составлять примерно 10% от тепловой мощности котла станции. В этом случае только за счет повышенных параметров пара и увеличенной мощности котлов и турбин эффективность использования бытовых отходов повысится в 2‑3 раза.

Существенный экономический эффект может быть получен за счет снижения капитальных вложений благодаря использованию существующей на ТЭС инфраструктуры и сокращению расходов на газоочистное оборудование.

. Энергетическое топливо, в том числе и бурый уголь, имеющий практически равноценные энергетические показатели с твердыми бытовыми отходами, надо покупать, а ТБО, напротив, принимается с денежной доплатой.

Основные проблемы, сопутствующие использованию ТБО в качестве топлива для получения энергии, для России, и для Москвы в частности, следующие:

. Эффективная утилизация тепла, образующегося при сжигании отходов, и, прежде всего, проблема, связанная со сбытом вырабатываемой энергии. Нестабильность выработки электроэнергии вследствие сезонных и суточных колебаний количества и качества ТБО, а также при остановах технологических линий затрудняет ее сбыт в электрические сети.

. Наиболее актуальным на сегодняшний момент является вопрос эффективного преобразования энергии ТБО в электрическую, т.к. абсолютный электрический КПД не превышает 14-15 %, в то время как за рубежом вновь вводимые в эксплуатацию установки, сжигающие ТБО, имеют абсолютный электрический КПД примерно 22%.

3.1 Возможность строительства мусоросжигательного завода в Кировско - Апатитском районе

Количество отходов производства и потребления в Кировско-Апатитском районе составляет 75000 т/год. Исходя из табл.1 процентное содержание подходящего количества ТБО для термической обработки составляет примерно 86.8 %. Отсюда

*0.868=65100 т/год - количество ТБО, представляемых интерес для термической обработки.

Приблизительное значение расхода угля на Апатитской ТЭЦ составляет порядка 240000 т/год.

Теплота сгорания ТБО колеблется в пределах 5,2-16,5 ГДж/т в зависимости от состава. Для расчета возьмем значение 6,5 ГДж/т.

Теплота сгорания угля находится в пределах 18-25 ГДж/т. Для расчета примем минимальное значение - 18 ГДж/т. Данные расчета приведены в табл.7

Таблица 7.

Из приведенных данных следует, что общее количество тепловой энергии, получаемое при сжигании ТБО составляет практически 10% от общего количества энергии сжигаемого угля на ТЭЦ. Эти данные свидетельствуют о возможности использования ТБО в качестве дополнительных ресурсов при условии эксплуатации МСЗ, построенного на базе ТЭЦ. Экономия на угле составляет порядка 36 млн. рублей в год.

Однако, строительство мусоросжигательного завода - удовольствие не из дешевых.

Строительство завода небольшой производительности потребует затрат в среднем 140 - 150 млн евро (по зарубежным данным), а тариф принятия ТБО или, другими словами, стоимость услуги по сжиганию мусора составляет 100 евро(~4 тыс.р.) за кубометр, согласно оценкам зарубежных производителей. Для сравнения: сейчас на мусоропереработку кубометра тратится 2 евро.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании выполненного анализа литературных данных по исследованию работы мусоросжигательного завода, можно сделать следующие выводы:

. Правильное использование продуктов собственной жизнедеятельности может сократить количество потребляемых энергоресурсов, особенно, в условиях угрозы их дефицита.

. Необходимо применять зарубежный опыт по классификации бытовых отходов, для уменьшения загрязнения окружающей среды, а также для удобства их последующей переработки.

. От выбранной методики утилизации бытовых отходов зависит ее экологическая и экономическая эффективность. Не мало важным остается тот факт, что необходимо развивать углубленные методики переработки для разных типов отходов.

. Наиболее правильным выходом из сложившейся экологической ситуации может послужить строительство мусоросжигательного завода на базе Апатитской ТЭЦ.

. Строительство МСЗ может помочь решить проблему "перенаполнения" полигонов для свалки бытовых отходов.

. Для реализации строительства и, в последующем, эксплуатации МСЗ может быть полезным опыт зарубежных стран.

. Строительство мусоросжигательного завода на базе Апатитской ТЭЦ потребует больших финансовых вложений и огромного привлечения инвестиций. И навряд ли принесет положительный экономический эффект в будущем. Хотя cможет помочь экономить городу порядка 36млн. рублей ежегодно, за счет экономии на угле.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Константинов В.М. Охрана природы: Учеб. пособие для студ. Высш. пед. учеб. заведений. - М.: Издательский центр «Академия», 2000. с.42

. А. В. Киселев, В. В. Худолей «ОТРАВЛЕННЫЕ ГОРОДА» Москва, 1997. c.18-21

. «Наука и жизнь» № 5, 1998 год. А.Тугов, Н.Эскин, Д.Литун, О.Федоров, «Не превратить планету в свалку». c 3-4

. Миллер Т. Жизнь в окружающей среде. I: Пер. с англ./Под ред. Ягодина Г.А. - М.: Издательская группа «Прогресс», «Пангея», 1993. c.5

. Богданов В.Ф «Проблемы охраны атмосферного воздуха от выбросов мусоросжигательных заводов». c. 27

. Лапицкий В. Н., Борисовская Е. А., Гончаренко И. В. «Экологические последствия термической переработки твёрдых бытовых отходов». c.60-61

. О.М. Черп, В.Н. Виниченко "Проблема твердых бытовых отходов: комплексный подход".Эколайн, Москва, 1996. c. 81

8. Jan G.P. Born. Organochlorine Comp.(Dioxin'96) 1996, v. 27, c.46-49

. AVA Abfallverwertung Augsburg GmbH journal. c.39-44

10. Б.И. Левин, А. А. Бутко. Использование отходов в качестве топлива путем экологически чистого обезвреживания с выработкой энергии (применительно к городскому хозяйству Москвы) / Под ред. Б.И. Левина. - М.: Изд-во Прима-Пресс-М, 2005. с.71-76

. Шарапов В.И., Ротов П.В. О зарубежном опыте экономии топливно-энергетических ресурсов в системах теплоснабжения // Энергосбережение. 1999. №1 c.17-18

. Балуев Е.Д. Перспективы развития централизованного теплоснабжения.// Теплоэнергетика. 2001. № 11. c.19-20