Утилизация твердых бытовых отходов с полезной генерацией тепловой мощности на базе Сакмарской ТЭЦ.

УДК 678.002.8(075)

Введение

Во множестве стран наблюдается тенденция повышения доли использования таких возобновляемых источников энергии, как солнце, ветер, геотермальные источники, в общем энергетическом  балансе страны. Также широко используется энергия от сжигания биомассы и различных видов отходов. Это позволяет экономить традиционные виды топлива (уголь, газ, мазут), запасы которых повсеместно  истощаются. Необходимо отметить и то, что технологии, основанные на использовании возобновляемых источников энергии, обладают большим потенциалом снижения выбросов парниковых газов. В странах с умеренным климатом и небольшим количеством ветреных дней в году, к которым относится и Российская федерация, бытовые и промышленные отходы, а также биомассу следует считать приоритетными возобновляемыми источниками энергии.

Внедрение энергоустановок, сжигающих твердые бытовые отходы (ТБО), актуально еще и потому, что термическое обезвреживание их решает важнейшую проблему крупных городов, связанную с утилизацией мусора. Процесс сжигания ТБО не только обеспечивает санитарно-гигиеническую обработку отходов, но и на 10 % снижает объемы образования так называемых хвостов (остатков от переработки ТБО), что делает окончательное размещение отходов более легким и менее дорогим. Кроме того, в настоящее время термическое обезвреживание твердых бытовых отходов в ряде индустриально развитых стран Европы – практически безальтернативный способ их утилизации, так как федеральные законы запрещают вывоз на полигоны тех отходов, в которых содержание органических веществ составляет более 5 %. Именно по этим причинам в последние два десятилетия в странах ЕС, США и Японии прослеживается общая тенденция к расширению строительства новых и реконструкции существующих заводов по термической переработке отходов с выработкой тепловой и (или) электрической энергии, то есть электростанций на альтернативном топливе - твердых бытовых отходах. 

Ежегодно в России при среднем количестве бытовых отходов, выбрасываемых каждым россиянином и равном примерно 0,27 т/год/чел., образуется около 40 млн. т. отходов. В качестве топлива используется менее 1 % ТБО, что составляет ничтожно малую величину по сравнению с подобным использованием отходов в Швейцарии (80 %), Дании (80 %), Японии (85 %), Франции (65 %), Германии (60 %) и некоторых других странах. [1]

Метод плазменной газификации

На ряде опытных и полупромышленных установок в России, Германии, Великобритании, США и других странах изучается возможность использования пиролиза и газификации для термической переработки отходов. С начала 80-х годов в нашей стране группой независимых ученых был разработан комплексный высокотемпературный энерготехнологический процесс термохимической переработки любых твердых отходов, для краткости названный процессом "Пурвокс". Низкотемпературный пиролиз в настоящее время внедрен на некоторых мусороперерабатывающих заводах (МПЗ) отечественного производства, а так же в ряде других развитых стран таких как Япония, Индия Англия, США. Опыт эксплуатации МПЗ и опытно-промышленных пиролизных установок показывает, что этот метод целесообразно применять для термической переработки ТБО, так как технология плазменной газификации идеально подходит для большинства видов отходов:

- Твердые бытовые отходы

- Отходы оптово-розничной торговли

- Промышленные отходы

- Нефтехимические отходы

- Медицинские отходы

- Золу в результате сжигания мусора

Чистый синтетический газ, образуемый в результате использования плазменной газификации, можно преобразовать во множество разнообразных энергетических продуктов, включая:

- Электричество (через газовые турбины и поршневые двигатели), а в дальнейшем – топливные элементы

- Теплоэнергию и пар

- Жидкие топлива (этанол, реактивное топливо, дизельное топливо, метанол, пропанол)

Экологические преимущества объекта плазменной газификации включает:

- Более низкий уровень выбросов

- Использование биопродуктов с выгодой и сокращение объема материалов, которые в конечном итоге необходимо захоронить

- Меньшее воздействие парниковых газов

Завод газификации производит в качестве побочного продукта остеклованный шлак. Шлак является инертным и безопасным для использования в качестве композитного материала или других вариантов применения. Шлак не загрязняет почву или питьевую воду. Вместо шлака заводы по сжиганию мусора производят золошлаковые отходы и летучую золу. Летучая зола требует специальной утилизации и законодательство многих стран определяет её как опасные отходы. Предполагая, что твердые частицы снова будут переработаны в газификаторе, дальнейшее захоронение требует всего примерно для 2-4% материала, поступающего на завод плазменной газификации. Для сравнения, при переработке на заводе по сжиганию мусора захоронение требуется примерно для 20-30% отходов.[1] 

Принцип работы установки

ТБО, сыпучие отходы и коксовый шлак доставляются на приемные пункты завода. Исходный материал в заданных объемах выгружается на конвейер общей подачи, который осуществляет транспортировку исходного материала к газификатору. Объект включает как минимум один постоянно действующий газификатор. Внутри газификатора загружаемый материал преобразуется в синтетический газ, который частично охлаждается распыленной водой в верхней части газификатора, прежде чем он выйдет из него через патрубки. Металлические и зольные компоненты исходного материала образуют расплавленный шлак, который вытекает через выпускные отверстия в нижней части газификатора. На выходе шлак закаливается и гранулируется. Полученные остеклованные гранулы перенаправляются и погружаются на транспорт для вывоза и доставки клиентам. Синтетический газ охлаждается в протравочной системе охлаждения с трубкой Вентури и системе газоочистки. Охлажденный синтетический газ проходит ряд процессов очистки с целью удаления твердых частиц, хлора, серы и ртути. Промежуточные фазы сжатия и охлаждения позволяют удалить из газа влагу. Затем очищенный синтетический газ сжимается в многофазном компрессоре и подается в газовую турбину для производства электроэнергии. Тепловой поток от отработанного газа из турбины восстанавливается теплоутилизационным парогенератором (HRSG). Пар из HRSG накапливается и подается в многофазную паровую турбину для выработки электроэнергии.[1] 

Варианты интегрирования технологических процессов 

С технической стороны интегрирование установки по утилизации ТБО с Сакмарской ТЭЦ возможна и является наиболее предпочтительной, так как на ТЭЦ уже имеется подключение к тепловым сетям, а также необходимая мощность для успешного функционирования установки.

Так как завод имеет свой собственный цикл, рассчитанный под вырабатываемый газ с показателями отличными от газа, используемого на Сакмарской ТЭЦ, то предпочтительнее будет пространственная замена в комплексе с интеграцией в действующую систему генерации электрической энергии. 

Вывод 

Разобрав все преимущества плазменной газификации был выбран именно этот метод для утилизации твердых бытовых отходов в г. Оренбург на базе Сакмарской ТЭЦ. Все подробности расчета и подбора оборудования можно будет ознакомиться в дипломном проекте: Степанова А.С.«Утилизация твердых бытовых отходов с полезной генерацией тепловой мощности на базе Сакмарской ТЭЦ» ОГУ 2016.

Комментарии пользователей:

Оставить комментарий