Извлечение энергии путем совместного сжигания с бытовым мусором и уличными твердыми отходами

Отчет об эксперименте по извлечению энергии сжиганием смеси полимерных отходов и МТО, проведенный в Германии, раскрывает некоторые интересные позитивные моменты влияния полимерных материалов на сгорание муниципального твердого мусора. Для проведения испытаний роли пластмасс при реальных рабочих условиях использовалась сжигательная печь для МТО в Вюрцбурге. Завод использует распространенную рабочую решетку обратного типа МАКТШ, экономичную систему контроля выбросов, систему так называемой сухой очистки газов, печь с достаточно долгим временем пребывания и систему рекуперации энергии для генерации электричества, и снабжения теплоцентрали. При сухой очистке использовались нейтрализующие добавки двух типов: без углеродной извести и то же с 3 % углерода. В течение нескольких недель испытывались три различных способа загрузки:

A. — обычный состав МТО; базовый случай содержания полимеров (7 %);

B. — МТО + 7,5 % масс. смешанных пластмасс; случай среднего содержания полимеров (14,5 %);

C. — МТО + 15 % масс. смешанных пластмасс; случай высокого содержания полимеров (22 %).

Таблица 2. Усредненные данные по чистоте газов для условий А, В и С [9]

Введение пластмассовых отходов не приводит существенному изменению концентрации СО или пыли. Сгорание при наличии полимерных отходов проходит стабильнее. Концентрации полихлорированных дибензодиоксинов (ПХДД)/полихлорированных дибензофуранов (ПХДФ) в продуктах сгорания топлива не возрастают при введении полимерных отходов. Средние значения концентраций ПХДД/ ПХДФ, выраженные в единицах эквивалента токсичности, составили 3,7; 3,7 и 2,9 нг КЭТ/м3 для случаев Л, Б и С соответственно (КЭТ количественный эквивалент токсичности). Результаты изменений выхода ПХДД/ ПХДФ показаны на рис. 11.4, где все значения лежат ниже допустимого уровня.

Представляют интерес следы выбросов токсической природы, таких как галогенированные диоксины и фураны, и токсических тяжелых металлов. Поэтому технические усилия были сосредоточены на уменьшении этих выбросов, особенно диоксинов, которые рассматриваются как индикатор общей токсичности выбросов. Имеется 75 различных видов диоксинов и 135 форм фуранов. Чтобы оценивать их различную токсичность, диоксины и фураны в настоящее время измеряются в единицах количественного эквивалента токсичности (КЭТ). В последнее время разработаны способы, позволяющие контролировать и поддерживать выброс диоксинов в исходящем газе на уровне <0,0000001 мг КЭТ/Нм3 (<0,1 нг КЭТ/Нм3). Столь низкие уровни выбросов недавно были приняты в качестве стандартов в Швеции, Нидерландах, Германии и Австрии, а величина 0,1 нг КЭТ/Нм3, по-видимому, будет принята как стандарт Европейской Комиссией. Эти следы на уровне пикограммов (Ю-12) в выбросах из сжигательных печей для МТО считаются полностью безвредными организацией Консультационная комиссия Германского общества фармакологии и токсикологии (ВСРТ). [9]

Наиболее важные результаты, полученные в ходе испытаний, состоят в следующем:

· Добавление средних и больших количеств смешанных пластмасс из бытового мусора в сжигаемые МТО улучшают сгорание газообразных и твердых остатков на конечной стадии сжигания. Это происходит потому, что при увеличении содержания пластмасс горение становится более стабильным и интенсивным, чем при стандартных условиях сгорания.

· Увеличение общего содержания полимерных отходов (включая ПВХ) не приводит к заметному в измерениях увеличению выхода диоксинов и фура нов. Все газообразные выбросы, зарегистрированные при работе по проекту, оказались вполне соответствующими германскому стандарту при наличии активной нейтрализующей угольно/известковой добавки.

· Более высокие концентрации пластмасс оказывают положительное влияние на состав выбросов создавая стабильные уровни сгорания, что ведет к уменьшению выброса СО. Снижается концентрация сернистого ангидрида. Причиной является тот факт, что пластмассы представляют собой сильный агент горения, снижающий потребность в добавлении содержащих серу ископаемых видов топлива.

· Исследование подтвердило положительную роль сжигания МТО как диоксинового стока; эффективность разложения диоксинов и фуранов более 80 %.

· Все остатки сгорания — пепел на решетках, остатки в бойлере, циклоне и фильтрах — имеют меньшее содержание остаточного несгоревшего угля как прямой результат добавления полимера. Более благоприятные характеристики сгорания расширяют круг использования колосникового пепла в качестве вторичного сырьевого материала и способствуют сохранению потенциальной емкости свалок.

· Абсолютные величины содержания суммарного остаточного органического углерода (СООУ) составляют менее 15 г/кг, что крайне мало по сравнению с другими сжигательными установками для муниципальных твердых отходов, распространенными в Европе. СООУ являются важным индикатором выщелачивания или вымывания остаточной воды, что существенно для безопасного удаления таких остатков, как пепел.

· По сравнению с суммарной концентрацией тяжелых металлов в общем потоке сжигаемых отходов вклад тяжелый металлов из пластмасс незначителен. Увеличение доли полимерных материалов в сырье для сжигания не увеличивает концентрацию тяжелых металлов, обнаруживаемых в остатках. Полная концентрация примерно одинакова в операциях по сжиганию МТО во всей Западной Европе.

На основании изложенных данных мы можем заключить, что программы испытаний, осуществленные в рамках проекта АРМЕ в Вюрцбурге, подтвердили благоприятный эффект от присутствия смешанных пластмасс в МТО, сжигаемых в целях извлечения энергии.

Поскольку пластмассы остаются ресурсом для эффективной упаковки, и по­скольку общее количество бытового мусора постоянно растет, то и содержание в нем пластмасс будет возрастать. Данное исследование показывает, что это не бу­дет иметь отрицательного воздействия на окружающую среду при сжигании МТО и извлечении энергии, и будет способствовать более эффективной работе европейских заводов по переработке МТО. В конечном счете, это будет увеличи­вать энергетическую эффективность и задавать направление развития для но­вых и существующих восстановительных заводов.

Гетероатомы, такие как Cl, F, S, N и т. д., образуют кислотные или основные газы, которые необходимо удалять из сырьевого газа добавлением основания или вымыванием водой. Новые технологии восстановления кислот высокого хими­ческого качества, таких как НС1 или H2SО4, уже работают в крупном масштабе и в будущем могут быть использованы более активно. [9]

Мусоросжигательные заводы

Таблица 3 – МСЗ в странах Европейского союза

Значительных успехов в области промышленной переработки ТБО достигла Германия, правительство которой ратифицировало соглашение стран Евросоюза и приняло закон, запрещающий с 1 июня 2005 г. вывоз на полигоны органических отходов, в том числе ТБО, без предварительной подготовки. На сегодняшний день в Германии эксплуатируется или находится на стадии строительства и проектирования около 90 предприятий термической переработки ТБО, а суммарная мощность действующих установок достигает 18 млн. т ТБО в год. В некоторых городах Германии, например, в Гамбурге, все 100% не утилизируемых отходов сжигаются.

Сегодня в Германии повсеместно применяется традиционная технология сжигания отходов в слоевых печах на подвижных колосниковых решетках с применением газоочистного оборудования. Исключение составляют установка в Греппине (земля Саксония-Анхальт) и один из заводов в Штутгарте, где ТБО сжигают в топках с пузырьковым псевдоожиженным слоем. Кроме того, в Ноймюнстере (земля Шлезвиг-Гольштейн) используется установка, в которой подготовленные отходы сжигаются в циркулирующем кипящем слое, а в Бургау (Бавария) действуют две небольшие пиролизные установки. Однако из-за больших экономических затрат широкого распространения такие технологии термической переработки ТБО не получили.

На сегодняшний день в России функционирует 243 мусороперерабатывающих заводов; 50 мусоросортировочных комплексов; 10 мусоросжигательных заводов и этого количества недостаточно, чтобы справится с образующимся количеством ТКО.

В Японии работает около 1 900 установок термической переработки ТБО, с помощью которых утилизируется 75 % ТБО страны.

В США, в 2007 г. 12,5% ТБО было подвержено термической переработке с производством 48 ТВт-ч полезной энергии. Оставшиеся 33,4 % ТБО повторно использовались или компостировались, а 54 % – вывозились на полигоны. При этом общее количество ТБО в стране составляло 250 млн. т.

Одним из наиболее динамичных рынков производства энергии из ТБО является Китай. За 8 лет с 2001 по 2007 г. страна увеличила долю термической переработки отходов с 2 до 14 млн. т в год. В результате Китай оказался на 4-м месте в мире по количеству сжигаемых отходов после ЕС, Японии и США.

Мировым лидером по переработке мусора является Швеция. Весь мусор в Швеции сортируется, полезные фракции отправляются на профильные перерабатывающие предприятия, мусор, не пригодный к переработке сжигается, в результате шведы получают электроэнергия и тепло, которых хватает примерно для 90% городских домовладений. Остаточные продукты сжигания составляют примерно 25% по весу и 12% по объему от исходного мусора. Образуемые в результате сжигания летучие и шлаки не осложняют экологическую обстановку за счет современной системы очистки (число вредных выбросов в атмосферу составляет менее 1%). Шведам удалось сократить на 50% количество вредных веществ, попадающих в золу. В конечном итоге на свалку попадает не более 7% от общего числа бытового мусора. Для сравнения – в Европе доля не перерабатываемого мусора составляет 45%, а в России 85%. Шведы закладывают в стоимость продуктов цену их утилизации. Шведская политика в сфере переработки отходов привела к тому, что собственного мусора уже не хватает, поэтому шведские власти намерены импортировать ТБО из других стан Европы (речь идет о 800 000 тонн в год) [8].