Термическая переработка ТБО

Из различных методов переработки ТБО наиболее отработанным и часто используемым является сжигание. Возможность использования этого метода для переработки ТБО основана на морфологическом соста­ве ТБО, 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 ТБО 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 ТБО 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 700­1100 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 мусоросж иган и я — 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.