Проблема

Сегодня почти весь бытовой мусор, собранный за длительный период, находится на свалках и выделяет содержащиеся в нём летучие компоненты (около 55 %). Этот фактор активно влияет на загрязнение и заражение окружающей среды.

Сжигание мусора – сложная технология, которая включает в себя большой объем производственных циклов, начиная со сбора и сортировки отходов, заканчивая захоронением либо дальнейшим использованием твёрдых продуктов сжигания. На данный момент в Японии, а также в развитых странах Америки и Европы используются следующие виды мусоросжигательных печей:

• механические печи с колосниковой решёткой;
• печи кипящего слоя;
• пиролизные или газификационные печи.

Самым актуальным вопросом при мусоросжигании является экологичность технологии. Так, в процессе сжигания образуется до 30% твёрдых отходов от начального количества сырья (зола, шлак, пыль) и значительное количество дымовых газов.

Дымовые газы в основном состоят из углекислого газа и оксидов азота, серы, хлоро- и фтороводорода, соединений тяжёлых металлов (кадмия, свинца, ртути). Особое внимание привлекают выбросы токсичных фуранов и диоксинов. Однако количественно мусоросжигание производит их значительно меньше, чем неконтролируемые пожары на свалках и частные костры.

Твёрдые отходы при некачественном или неполном сжигании требуют захоронения на промышленных полигонах, в то время как правильно подобранная технология позволяет вывозить отходы на полигоны захоронения ТБО либо организовать их дальнейшее применение в качестве добавок к строительным материалам при возведении промышленных конструкций или дорог.

Способы сжигания мусора

1. Технология сжигания мусора в механических печах с колосниковой решёткой

Изначально мусоровозы ссыпают отходы в накопительный бункер, где они сортируются, перемалываются, утрамбовываются и обрабатываются спецсоставами. Оттуда ТБО попадает в печь и сгорают на колосниковой решётке при температуре 600-1300 градусов.

Продукты горения отсеиваются в нижнюю камеру котла, уходящие дымовые газы направляются вверх в котёл-утилизатор и систему фильтров. Далее золу и шлаки очищают от тяжёлых металлов, а полученные продукты используют в качестве наполнителя при строительстве дорог. Что касается уходящих дымовых газов после процесса горения, то изначально они приходят через котёл-утилизатор, который использует тепловую энергию дымовых газов для нагрева сетевой воды, изотермического масла или получения насыщенного/перегретого пара. Затем он проходит через электростатический фильтр, улавливающий зольную пыль, и систему рукавных фильтров, где дымовые газы полностью очищаются от мелкодисперсной пыли и иных частиц, направляясь в дымовую трубу.

Процесс производства контролируют датчики, в режиме реального времени показывающие концентрацию вредных химических соединений в выбросах завода.

Кроме этого, может быть использована технология более глубокой утилизации уходящих дымовых газов за счёт установки полимерных теплообменников, которые способны охладить дымовые газы до температуры 30-40 °C. Данная установка позволяет повысить общий тепловой КПД котлоагрегата.

Преимущества технологии сжигания мусора в механических печах с колосниковой решёткой

1. Простая и доступная технология сжигания, которая аналогична сжиганию твердых ископаемых топлив.
2. Незначительные требования к исходному сырью.
3. Малые капитальные затраты.
4. Возможность получать электрическую энергию (паровая турбина и ОЦР-турбина) и тепловую энергию (ГВС, отопление, технологические нужды) за счёт сжигания ТБО.

Однако, поскольку процесс не высокотемпературный, возможно образование опасных веществ в дымовых газах и золе, что требует дополнительных затрат на их очистку.

Рисунок 1 – Технологии сжигания мусора в механических печах с колосниковой решёткой

2. Технология сжигания мусора в механических печах с кипящим слоем

Технологический процесс практически такой же, как и в печах с колосниковой решёткой. Основным отличием является непосредственно способ мусоросжигания: бытовые отходы сжигаются в печи с постоянной подачей воздуха в слое инертного материала, вследствие чего образуется кипящий или псевдоожиженный слой.

Преимущества технологии сжигания мусора в механических печах с кипящим слоем

1. Чистые выбросы как дымовых газов, так и твёрдых веществ за счёт более высокой полноты сжигания ТБО (практически отсутствуют химический и физический недожоги), что обеспечивает положительный экологический эффект.
2. Полное использование потенциальной энергии мусора.
3. Возможность получать электрическую и тепловую энергию за счёт сжигания ТБО.

Если сравнивать данный способ сжигания мусора с предыдущим, то энергозатраты выше и требуются расходы на закупку инертного материала. Кроме этого, к фракционному составу ТБО предъявляются жёсткие требования, а также необходим процесс глубокой сортировки мусора.

Рисунок 2 – Технология сжигания мусора в механических печах с кипящим слоем

3. Газификация ТБО

Газификация представляет собой преобразование органической части твёрдого или жидкого топлива в горючие газы при высокотемпературном нагреве с недостаточным для полного сжигания количеством окислителя: кислород, воздух, водяной пар, CO₂ или чаще их смесь.

Процесс газификации начинается с подготовки сырья, включая его накопление надлежащим образом на складе. Со склада партиями сырьё подаётся в бункер-приемник, а уже оттуда оно попадает на шнеки, где подвергается процессу сушки. В результате сырьё подогревается до необходимой температуры за счёт тепла, поступающего от реакторов, чтобы избавиться от лишней влаги.

Высушенный исходный материал по транспортёрам подаётся в многоступенчатый реактор термолизного устройства для беспламенной газификации при температуре от 400 до 950 °С.

Во время реакции газификации вырабатывается синтезированный газ, который в секции обогащения очищается от незначительных примесей и побочных продуктов через систему скрубберов, сепараторов, резервуаров и нагнетателей. После прохождения всех этапов очистки поток технологического газа попадает в газохранилище, которое служит не только для приёмки и хранения синтез-газа, но и для буферизации синтезированного газа. Тем самым обеспечивается непрерывная подача питания к дополнительным горелкам газовых реакторов.

Получаемый синтез-газ обладает высокой калорийностью, сравнимой с калорийностью природного газа. Соответственно, его можно использовать в энергетических котлоагрегатах и/или в качестве исходного сырья для химической промышленности.

Преимущества технологии газификации ТБО

1. Экологичность процесса с нулевым влиянием на окружающую среду за счет высокой температуры сжигания синтез-газа.
2. Удобство использования синтез-газа.
3. Возможность перерабатывать промышленные отходы, а также получать электрическую и тепловую энергию за счёт сжигания ТБО.

Этот сложный технологический процесс требует жёсткого соблюдения регламентов и высоких энергозатрат на предварительную сушку мусора.

Рисунок 3 – Газификация ТБО

4. Технология высокотемпературной переработки ТБО в шлаковом расплаве

Данная технология представляет собой сжигание ТБО в шлаковом расплаве при температуре более чем 1400 °С, которая позволяет нам наиболее полно утилизировать отходы с нулевым или положительным влиянием на окружающую среду.

Она разработана на базе металлургического агрегата жидкофазного восстановления железа (печь Ванюкова). Печь выполнена в виде кессонированной шахты с отопительно-дутьевыми устройствами, расположенными над подиной. Стены печи представляют собой водоохлаждаемые панели, а по бокам установлено два ряда фурм:

• нижние – для барботирования шлакового расплава воздухом, обогащенным кислородом (до 50-70 %);
• верхние – для подачи кислорода и/или воздуха для дожигания печных газов до продуктов полного окисления.

Для формирования начальной ванны используется гранулированный доменный шлак, полученный при переработке отходов. В процессе работы он формируется из минеральной части отходов (крупнодисперсной части пыли) и флюса, который корректирует химический состава шлака и обеспечивает его жидкоподвижность при рабочих температурах.

Преимущества технологии высокотемпературной переработки ТБО

1. Положительный экологический эффект: нулевой влияние на окружающую среду за счёт высокой температуры в топке печи и ошлакования минеральных отходов, отсутствие в выбросах диоксинов и фуранов.
2. Возможность сжигать мусор без предварительной сортировки.
3. Технологическая гибкость – совместная переработка ТБО с горючими промышленными отходами с целью экономии топлива.
4. Утилизация промышленных отходов: они могут быть использованы для производства строительных материалов, минеральных волокон и наполнителя для дорожных покрытий.
5. Сокращение переменных издержек за счёт отсутствия рабочего персонала, который занимается сортировкой мусора.
6. Возможность получать электрическую энергию (паровая турбина и ОЦР-турбина) и тепловую энергию (ГВС, отопление, технологические нужды) за счёт сжигания ТБО.

Стоит отметить, что процесс высокотемпературной переработки ТБО является энергоёмким, поскольку длительность нагрева печи из холодного состояния и наплавления в ней расплава составляет от 4-х до 6-ти суток.

Рисунок 4 – Технология высокотемпературной переработки ТБО в шлаковом расплаве

Решение

Акваэкология имеет широкий спектр наработок по вопросу мусоросжигания с партнёрами из РФ, Европы и КНР. Мы вырабатываем комплексные решения, которые с одной стороны позволяют найти баланс между энергоёмкостью, надёжностью и доступностью технологии, а с другой – оказывают нулевое или положительное влияние на окружающую среду.

Наша компания качественно анализирует и внедряет наиболее подходящую технологию сжигания мусора для каждого конкретного случая, в зависимости от требований Заказчика, а также от реальных условий эксплуатации. Кроме этого, мы готовы предложить полный цикл обращения с отходами – сортировку, вторичную переработку отдельных полезных фракций, термическую переработку отходов и вторичное использование образовавшихся продуктов горения после очистки.