Оценка различных методов термической переработки ТБО

Для выбора оптимального метода термической обработки ТБО не­обходимо сравнение имеющихся технологий по следующим критериям:

• экономическим (уровень капитальных и эксплуатационных затрат);
• технологическим (уровень развития и апробации технологии, надежность оборудования, степень автоматизации процесса, эксплуата­ционные характеристики, требования безопасности, необходимость подготовки обходов и использования дополнительного сырья — топлива, других компонентов, производство товарной продукции);
• экологическим (количество и токсичность отходов и газовых выбросов, возможность их обезвреживания и утилизации).

Кроме этого, следует учесть возможность изготовления оборудова­ния в России, а также квалификационные требования к обслуживающе­му персоналу, обусловленные особенностями той или иной технологии.

В табл. 5.38 приведена качественная сравнительная оценка техноло­гий термической переработки ТБО (по методике фирм «GKW Consult» и «East Consul» - проект ТАСИС/1991/ERU 0020, 1996 г.).

Сущность методики заключается в том, что для сравнительной оценки технологий приняты критерии, каждому из которых присвоен фактор приоритета (величина от 10 до 50). Оценка в баллах определяет­ся как произведение фактора приоритета и коэффициента (его величи­на меняется от -1 до +1), характеризующего достоинства или недостат­ки той или иной технологии с точки зрения отдельных критериев. На­пример, для критерия «уровень развития технологии» фактор приорите­та принят равным 50; коэффициент для технологии слоевого сжигания составляет +1 (технология хорошо отработана, оборудование произво­дится серийно). Оценка в баллах по этому критерию для технологии слоевого сжигания составляет 50 баллов.

Из приведенной в табл. 5.38 оценки термических методов перера­ботки отходов следует, что наиболее предпочтительными из них явля­ются слоевое сжигание на колосниковых решетках, сжигание в кипя­щем слое и отечественная технология газификации. Методы слоевого сжигания на колосниковых решетках и сжигания в кипящем слое име­ют преимущество перед другими методами обработки ТБО по группе общих критериев: высокий уровень апробированности технологий, се­рийно выпускаемое оборудование, высокий гарантийный срок эксплуа­тации (не менее 15 лет), относительно низкие затраты и др.

Вместе с тем эти технологии несколько уступают высокотемпера­турным технологиям обработки ТБО и отечественной технологии гази­фикации по материальным и экологическим критериям. Отечественная технология газификации выглядит предпочтительнее других методов термической обработки ТБО по стоимости оборудования, экологичес­ким критериям, но уступает по одному из самых важных критериев - уровню промышленного развития технологии. Вместе с тем эта техно­логия уже отработана в промышленном масштабе и является весьма перспективной (не требует подвода кислорода, не требовательна к ре­жиму пуск-остановка, имеет более высокий энергетический КПД, эко­логические преимущества).

Сопоставление трех методов термической переработки ТБО — сжи­гания на колосниковой решетке, процесса «Siemens» и процесса «Thermoselect» - сделала фирма «Berlin-Consult», используя отчеты ря­да немецких фирм, сопровождавших проекты новых технологий. Обоб­щенные данные приведены в табл. 5.39.

Из сопоставления данных, характеризующих эффективность утили­зации энергии при реализации различных методов (табл. 5.39), следует, что метод «Thermoselect», в котором производится плавление всех инертных материалов, равно как и метод «Siemens», в котором расплав­ляется часть отходов, несколько проигрывают в части отдачи энергии внешним потребителям по сравнению с традиционным колосниковым сжиганием с отводом тепла для тепловых электростанций. Оба высоко­температурных метода имеют высокий специфический расход энергии.

С точки зрения экологического влияния, все методы примерно рав­ны и при наличии эффективной газоочистки характеризуются низкими выбросами вредных веществ (имеющиеся различия можно считать вто­ростепенными).

Можно сделать вывод, что современные системы сжигания отходов на колосниковых решетках по своим технико-экономическим характе­ристикам несколько выше новых высокотемпературных термических методов. При этом надежность традиционных систем подтверждена многолетней практикой эксплуатации многочисленных заводов, в том числе весьма крупных. Иными словами, новые высокотемпературные термические методы переработки отходов не имеют очевидных преиму­ществ по сравнению с традиционным сжиганием на колосниковых ре­шетках при температуре ниже температуры плавления шлака.

Из новых процессов слоевого сжигания (при температуре ниже температуры плавления шлака) наиболее перспективен процесс газифи­кации, разработанный в ИПХФ РАН в Черноголовке.

В России термическое оборудование для сжигания ТБО на подвиж­ных решетках не производится, поэтому представляет интерес техноло­гическая оценка различных методов слоевого сжигания ТБО в топках с переталкивающими решетками, тенденций практического применения этих методов, а также оценка возможностей ведущих западных фирм как партнеров для реализации оптимальных технологий в российских условиях (табл. 5.40).

Как показано выше, принципиально для российских ТБО подходят топочные устройства систем «Martin», «Steinmuller» и «Noell» (топоч­ные устройства системы «Deutsche Babcock», предназначенные исклю­чительно для сжигания отходов с высокой теплотворной способностью, не подходят в принципе, хотя именно топками с валковыми решетками этой фирмы оснащено большинство заводов в СНГ — ошибочность та­кого выбора доказана практикой работы этих заводов).

Отечественные ТБО характеризуются повышенной влажностью, и, с точки зрения термической обработки влажных отходов, наиболее под­ходят топочные устройства системы «Martin». Вместе с тем выбор сис­темы «Martin» для сжигания ТБО в российских условиях не однозначен по следующим причинам:

• российские ТБО характеризуются переменной влажностью, переменным составом и переменной теплотворной способностью;
• относительно большой угол наклона решетки (для предотвра­щения образования завалов при переталкивании отходов назад и для более быстрого прохождения материала) обусловливает опасность по­вышенного недожога из-за проскока части материала;
• систему распределения воздуха через узкие щели в головной части колосников нельзя считать оптимальной (например, фирма «Noell» от этого отказалась); площадь живого сечения решетки, опреде­ляющая аэрацию, составляет 1,2-1,7%, при этом скорость воздуха на входе в топку составляет 20-50 м/сек, а гидравлическое сопротивление прохождению воздуха - 200-300 мм водяного столба;
• относительная сложность устройства обратно-переталкиваю- щей решетки и необходимость механической обработки колосников, де­лающая их более дорогими.

Характерно, что с 1990 по 2000 г., после ужесточения в Германии требований к выходу недожога при сжигании ТБО, фирма «Martin» не получила в Германии ни одного заказа на строительство своих устано­вок. Кроме того, необходимо учитывать, что фирма изготавливает в комплекте лишь топку с решеткой; котельное оборудование и оборудо­вание для газоочистки фирма не выпускает, т.е. ее нецелесообразно рас­сматривать как партнера в комплектной поставке технологического оборудования для термической переработки ТБО и газоочистки.

Технология и оборудование фирмы «Steinmuller» (см. табл. 5.40) представляются более перспективными для термической переработки российских ТБО. С 1990 по 1997 г. фирма построила в Германии 36% всех термических установок (44% приходятся на другие фирмы-произ­водители колосникового оборудования, вместе взятые), а в Европе — 14% (из рассматриваемых производителей на долю фирмы «Martin» приходится в Европе 10% установок, на долю фирмы «Deutsche Babcock» — 15%).

Технология сжигания фирмы «Steinmuller» является компромис­сной среди других технологий и рассчитана на переработку ТБО пере­менного состава и переменной влажности. Поступательно-переталки- вающая решетка системы «Steinmuller», в отличие от других, обеспечи­вает стабильную подачу воздуха в топку и постоянную воздушную «сетку» при сжигании отходов (при ширине колосника 120-125 мм пло­щадь живого сечения решетки, определяющая эффективность аэрации, составляет 1,5-2,5%, при этом скорость воздуха на входе в топку состав­ляет 15-30 м/сек, а гидравлическое сопротивление прохождению возду­ха — 50-80 мм водяного столба); для ТБО переменного состава очень важно также, что распределение воздуха по отдельным зонам решетки автоматически регулируется. Решетки системы «Steinmuller» весьма просты в обслуживании (замена отдельных колосников производится одним человеком и не требует применения специального инструмента). Провал материала между колосниками минимален (зазор 1,5 мм).

Учитывая, что фирма «Steinmuller» поставляет в комплекте топоч­ное, котельное оборудование и оборудование для газоочистки и являет­ся при этом одной из трех (наряду с «Lurgi» и «АВВ») ведущих фирм Европы в области газоочистки, взаимодействие с ней представляется обоснованным и целесообразным.

Колосниковая решетка фирмы «Noell» (с 1990 по 1998 г. фирма по­строила в Германии три завода) также обеспечивает хорошее сгорание отходов по всей площади пода (принципиальная геометрия топочного пространства в печах фирм «Noell» и «Steinmuller» идентична), и печи достаточно хорошо приспособлены для сжигания отходов как с низкой, так и с высокой теплотворной способностью: по данным фирмы «Noell», от 2000 до 3500 ккал/кг. Реализованное в топках последнего поколения расположение отверстий для подачи дутьевого воздуха в торце колосни­ков обеспечивает минимально необходимый расход и равномерную по­дачу воздуха в слой отходов, а оригинальная система распределения вто­ричного воздуха и частичная рециркуляция дымовых газов способству­ют максимальному выгоранию летучих органических веществ.

В то же время состоящее из стянутых болтами колосников моно­литное полотно решетки представляется менее удачным с точки зре­ния реализации термического процесса и проведения ремонтных ра­бот. Несмотря на то, что в конструкции предусмотрены специаль­ные компенсаторы расширений, возникающих в результате воздей­ствия высоких температур (при нагревании подвижные уравнитель­ные элементы решетки, соединенные с неподвижными колосника­ми, выдавливаются во внешнюю сторону), это удорожает и услож­няет эксплуатацию решетки. Более дорогими являются также колос­ники, требующие механической обработки при изготовлении, а бол­товое соединение колосников в решетке усложняет ремонтные ра­боты.

Для российских условий (высокая влажность ТБО, высокое содер­жание инертных и экологически опасных компонентов в ТБО) предпо­чтительно применение методов термической переработки ТБО (слоево­го сжигания, перспективного отечественного процесса газификации) в схемах комплексной переработки ТБО, когда термической обработке подвергается обогащенная горючими компонентами фракция ТБО.