Энергетическое использование ТКО
В мире действуют около 1500 мусоросжигательных заводов, из них около трети – в Европе, в основном с выработкой тепловой энергии и незначительно – с выработкой электроэнергии [1]. В США объём сжигаемых ТБО после 2000-х годов стал сопоставим с объем отходов, размещаемых на полигонах. В Японии сжигается около 70% отходов. Сжигание бытового мусора, помимо снижения объема и массы, позволяет получать дополнительные энергетические ресурсы, которые могут быть использованы для централизованного отопления и производства электроэнергии. Кроме того, складирование оставшейся части твердых отходов после сжигания экологически безопасно и требует в 10 - 12 раз меньше площади [2].
В табл. приведен средний состав различных топлив, откуда видно, что по теплотворной способности бытовые отходы (RDF-топливо) уступают каменному углю всего в 2 раза и имеют такую же теплоту сгорания, как древесина и бурый уголь.
Характеристики различных видов топлив
|
Показатель |
Ед. изм. |
RDF -топливо |
Древесина |
Бурый уголь |
Каменный уголь |
|
ВлажностьWр |
% |
7,0…25,5 |
5…30 |
20…30 |
до 12% |
|
Зольность Ар |
% |
14,0…17,3 |
1 |
10…25 |
до 30% |
|
Выход летучих |
% |
64,2…78,0 |
68 |
45…65 |
до 32% |
|
Низшая теплота сгорания |
ккал/кг |
3800…4850 |
3500 |
5250…7400 |
5500…8000 |
|
МДж/кг |
15,9…20,3 |
14,5 |
22…31 |
23…33,5 |
|
|
Общий углерод С |
% |
46,0±1,0 |
40,5 |
60…75 |
75…95 |
|
Общий водородH |
% |
6,3±0,3 |
5 |
6 |
4…6 |
|
Азот N |
% |
0,27±0,01 |
0,1 |
0…2 |
до 2,7% |
|
Общая сера S |
% |
8,30±0,03 |
– |
0,5…3 |
0,7…4 |
|
Хлор Cl |
% |
0,80±0,02 |
– |
– |
– |
|
Кислород |
% |
39,0±1,5 |
34 |
17…34 |
16 |
Сжигание 1 т мусора позволяет выработать в среднем 370 кВт·ч электрической энергии и 600 кВт·ч (515 Гкал) тепловой энергии, это позволяет экономить 0,5 т угля или 0,25 т природного газа[3]. Из 1 тонны отходов по разным методикам расчета [4, 5] выделяется 0,05-0,15 т метана, парниковый эффект от которого по разным оценкам сильней, чем от углекислого газа, на величину от 25 раз [6] до 84 раз [7]. Поэтому сжигание отходов позволяет предотвратить выброс, по разным оценкам, от 2 до 10 т парниковых газов (в пересчете на CO2). Таким образом парниковый эффект от сжигания ТБО в 2,5…8 раза ниже, чем от складирования.
Существуют три основных метода сжигания твёрдых отходов:
– слоевое (с неподвижной и подвижной колосниковой или цепной решёткой);
– пылевидное (во взвешенном или кипящем слое);
– в пиролизных котлах.
Первый метод более прост в реализации, не требует предварительной подготовки мусора, отличается высокой надежностью, но второй позволяет получить более полное сгорание отходов.По материалам ряда источников пиролиз наиболее экономически эффективен и оказывает наименьшее влияние на окружающую среду [8]. Однако об эффективность сухого пиролиза при сжигании твердых бытовых и некоторых промышленных отходов мнения специалистов расходятся [9]. Главный недостаток прямого сжигания – загрязнение атмосферы вредными выбросами при избытке кислорода в зоне горения и низкой температуре горения. Но например в работе [9] утверждается, что захоронение отходов на свалках более опасно, чем переработка сжиганием.Опыт Швеции показывает, что, несмотря на рост в течение последних лет объемов бытовых отходов, выброс диоксинов в атмосферу с мусоросжигательных заводов составляет всего 5-6% от всех выбросов, т.е. столько же, сколько и при ранее имевших место пожарах на свалках [1].
Термическое обезвреживание отходов на современном уровне развития науки и техники гарантирует практически полное разрушение находящихся в отходах органических вредных веществ [10]. Но для этого необходимо обеспечить высокие температуры. Согласно Директиве Европейского Парламента и Совета 2010/75/ЕС от 24.11.2010 о промышленных выбросах (о комплексном предотвращении загрязнения и контроле над ним) [10] экологическим требованиям удовлетворяют установки, в которых продукты горения находятся не менее 2 с при температуре не менее 850°C, или если сжигаются опасные отходы с содержанием более 1% галогенных органических соединений, выраженных как хлорин, температура должна быть минимум 1100°C. При выполнении этих требований экологическая опасность сжигания отходов не будет превышать последствия от их захоронения на полигонах.
3. Тугов А.Н. Перспективы энергетической утилизации ТБО // Энергосовет, 2014. № 4 (35). С. 31–35.
4. Методика расчета количественных характеристик выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от полигонов твердых бытовых и промышленных отходов (изд. доп. и перер.) / Н.Ф. Абрамов, Э.С. Санников, Н.В. Русаков и др. М., 2004. 20 с. Скачать pdf, 800 kb.
5. Рекомендации по расчету образования биогаза и выбору систем дегазации на полигонах захоронения твердых бытовых отходов / Н.Ф. Абрамов, Я.И. Вайсман, С.В. Максимова и др. М.: ФГУП Федерального центра благоустройства и обращения с отхода-ми, 2003. 27 с. Скачать pdf, 1.1 Мb.
8. Коровин, И.О. Исследование пиролизной утилизации углесодержащих твёрдых бытовых отходов. Дисс … канд. техн. наук. / И.О.Коровин.– Тюмень, 2003. – 159 с.