Жизнедеятельность человека связана с появлением огромного количества разнообразных отходов. Резкий рост потребления в последние десятилетия во всем мире привел к существенному увеличению объемов образования твердых бытовых отходов (ТБО). В настоящее время масса потока ТБО, поступающего ежегодно в биосферу достигла почти геологического масштаба и составляет около 400 млн. тонн в год. В Москве ежегодно образуется, по разным оценкам, от 2 до 3,5 млн. тонн твердых бытовых отходов (ТБО). В то время как переработке подвергается лишь 10% отходов.
Опыт стран ЕС по контролю за образованием отходов потребления показывает, что между ростом валового внутреннего продукта (ВВП) и ростом отходов, существует прямая зависимость. Поэтому в условиях продолжающегося экономического роста объём ежегодно образующихся ТБО в Москве неуклонно возрастает. В настоящее время вокруг Москвы насчитывается 167 мест захоронений ТБО. Из них только 58 санкционированных полигонов, а 109 – стихийные свалки. 27 полигонов исчерпали свою емкость, а 19 заполнены на 90 процентов. Дальнейшие возможности расширения полигонов близки к исчерпанию.
Например, по данным Минприроды РФ все полигоны по захоронению бытовых отходов, обслуживающие южную часть столицы, исчерпают свои ресурсы уже через 2–3 года. При этом открывать новые мусорные кладбища можно будет только за пределами 100-километровой зоны от Москвы. При постоянно увеличивающемся потоке отходов главной задачей в сфере управления ТБО, образующимися в Москве является снижение количества отходов, предназначенных для размещения на полигонах, путём их переработки. В ряде индустриально развитых странах Европы, столкнувшихся с обострением проблемы дефицита площадей для размещения муниципальных отходов в крупных городах значительно раньше России, практически единственным способом её радикального решения в настоящее время является термическое обезвреживание твердых бытовых отходов с выработкой тепловой и/или электрической энергии.
Так называемый рециклинг (вторичное использование) отходов путём их селективного сбора или сортировки на специальных мусороперерабатыающих заводах (МПЗ) позволяет снизить объём захораниваемых отходов максимум на 50% (это доля, достижимая в перспективе при условии дальнейшего совершенствования оборудования МПЗ) и требует использования термической переработки или захоронения в качестве последнего звена технологической цепочки по управлению отходами. Процесс сжигания ТБО не только обеспечивает санитарно-гигиеническую обработку отходов, но и снижает объемы захоронения остатков от переработки ТБО до 10% от первоначального. Следует подчеркнуть, что твердые бытовые отходы — это биотопливо. Низшая теплота сгорания на рабочую массу составляет для отходов Москвы в среднем 7500–8000 кДж/кг, влажность – около 30–40%, зольность – 25–30%. За счет изменения морфологического состава (увеличения доли упаковки, пластика, бумаги, уменьшения пищевых отходов) наблюдается тенденция к повышению теплоты сгорания ТБО (в странах западной Европы эта величина достигает 10 500–12 500 кДж/кг). Использование ТБО как топлива для выработки тепловой и электрической энергии в противовес их захоронению с одной стороны, экономит традиционные виды топлива (уголь, газ, мазут), с другой стороны, способствует снижению выбросов парниковых газов в атмосферу. Принятие законодательных актов, поощряющих переработку ТБО в энергию, в странах ЕС привело в последние десятилетия к расширению строительства новых и реконструкции существующих заводов по термической переработке отходов с выработкой тепловой и/или электрической энергии.
С учётом сложившейся в городе ситуации с ТБО и европейского опыта управления отходами, в 1992 году Правительство Москвы утвердило концепцию санитарной очистки города, которая предусматривает поэтапный переход к индустриальной переработке ТБО на базе строительства мусоросжигательных и мусороперерабатывающих заводов и реконструкции действующих предприятий. На тот момент времени переработка твёрдых бытовых отходов в Москве уже имела свою историю. Было построено три спецзавода по переработке ТБО с использованием мусоросжигательных установок. Первая мусоросжигательная установка общей производительностью 9 т/ч введена в эксплуатацию в Москве в 1972 году. Она предназначалась для сжигания остатков после компостирования на мусороперерабатывающем заводе № 1 на Вагоноремонтной улице. Мусоросжигательный цех находился в одном здании с остальными цехами завода, который в связи с несовершенством технологического процесса и получаемого компоста, а также из-за отсутствия потребителя на этот продукт в 1985 году был закрыт. Первый мусоросжигательный завод в Москве (Спецзавод № 2) был построен на севере столице в районе Дегунино и включал две технологические линии, поставленные французской компанией «CNIM». В 1984 году в южной части города (район Бирюлёво) был введен в эксплуатацию самый крупный в то время отечественный мусоросжигательный спецзавод № 3, основное технологическое оборудование для которого поставила фирма «Volund» (Дания). Производительность каждого из четырех его агрегатов составляла 12,5 тонн сжигаемых отходов в час. Все три завода использовали технологию слоевого сжигания отходов на механических колосниковых решётках, которая и по сей день остается наиболее распространённой в мире.
К 90-м годам прошлого века оборудование московских заводов в значительной степени морально устарело. В первую очередь это относилось к показателям уровня эмиссий вредных веществ в атмосферу, которые уже не удовлетворяли современным ограничениям, накладываемым на энергетические установки, сжигающие твердые бытовые отходы. В отсутствие российских нормативов по выбросам для мусоросжигательных установок, ориентиром служили законодательные акты в этой области стран ЕЭС, которые были унифицированы в 1994 г. принятием единых норм EU 94/67/EEC. В соответствии с этими нормами, по сравнению со сжиганием твердого органического топлива на ТЭС к процессу термической переработки ТБО предъявляются дополнительные требования по охране окружающей среды. Как видно из таблицы 1, по всем нормируемым показателям нормативы для заводов, сжигающих ТБО, в несколько раз жестче, чем для ТЭС на ископаемом топливе.
Таблица 1 - Нормативные выбросы загрязняющих веществ с уходящими газами энергетических установок, сжигающих твердые бытовые отходы и органическое твердое топливо
|
|
Энерготехнологические установки,
сжигающие ТБО (EU 94/67/EEC)
|
Энергетические установки для сжигания твердых топлив (ГОСТ 50831-95)
| |
среднесуточные
|
среднеполучасовые
|
a=1,4
|
в пересчете
на a=2,0
| |
Твердые
частицы
|
10
|
30
|
150–250
|
100-165
| |
Монооксид
углерода, СО
|
50
|
100
|
300-400
|
200-260
| |
Оксиды азота,
NOx
|
200
|
400
|
300-640
|
200-420
| |
Оксиды серы,
SOх
|
50
|
200
|
1200-1400
|
800-920
| |
Хлористый
водород, HCl
|
10
|
60
|
не нормируется
|
не нормируется
| |
Фтористый
водород, HF
|
1
|
4
|
не нормируется
|
не нормируется
| |
Тяжелые металлы:
|
среднее по пробам
|
не нормируется
| |
Ртуть, Hg
|
0,05
| |
Кадмий, талий,
Cd, Tl
|
0,05
| |
Суммарно другие:
(Sb, As, Pb, Cr, Co, Cu, Mn, Ni, V)
|
0,05
|
не нормируется
| |
ПХДД/ПХДФ
|
0,1 нг/нм3TEQ
|
Величины приведены для сухих газов, приведенных к стандартным условиям (температура – 273К, давление – 101,3 кПа, концентрация О2 – 11%).
1) TEQ – в пересчете на токсичный эквивалент 2, 3, 7, 8 – ТХДД.
2) Для котлов с паропроизводительностью до 320 т/ч.
3) Большее значения для приведенного содержания золы Апр более 2,5%-г/МДж, меньшее – для Апр < 0,6%-г/МДж.
4) Меньшее значение для сжигания бурых углей, большее – для сжигания углей с жидким шлакоудалением.
5) Меньшее значение для приведенного содержания серы Sпр менее 0,045%-кг/МДж, большее – для Sпр
Указанные нормативные выбросы, приняты в настоящее время в качестве базовых для Москвы при проектировании, строительстве и эксплуатации заводов по сжиганию ТБО.
Помимо морального старения оборудование московских заводов имело значительный физический износ, вследствие чего фактическая производительность спецзаводов № 2 и № 3 была существенно снижена по сравнению с проектной.
Первым шагом в наращивании мощностей по переработке ТБО и техперевооружении московских спецзаводов явилась реконструкция Спецзавода № 2. На месте старого завода к 2000г. была построена фактически новая электростанция на альтернативном топливе. В отличие от всех, построенных до этого в России заводов по переработке ТБО, тепло от сгорания отходов используется не в городской системе теплоснабжения, а преобразуется в электроэнергию, часть которой покрывает расходы на собственные нужды, а часть поступает в городскую сеть. В состав станции в настоящее время входят три турбины П-12-13/6 Калужского турбинного завода и три энерготехнологических линии для термической переработки ТБО поставки мирового лидера в области производства оборудования для мусоросжигательных заводов – французской компании «CNIM». Каждая линия укомплектована котлом, позволяющим обеспечить необходимый режим для существенного снижения образование диоксинов, фуранов и монооксида углерода; многоступенчатой системой газоочистки полусухого типа, а также АСУ ТП, позволяющей осуществлять автоматическую эксплуатацию установки. На станции реализовано слоевое сжигание отходов. В топку с обратно-переталкивающей решеткой системы «Мартин» питателем непрерывно подаются ТБО. При розжиге и для поддержания необходимой температуры в топке (850–930 С) используются газовые горелки. Отходы перемещаются от питателя к нижней части наклонной колосниковой решётки, где расположен шлакоудалитель, под действием собственного веса и ворошения слоя подвижными колосниками. Часть воздуха (первичный воздух) подогревается в паровом воздухоподогревателе и подается распределенно снизу через отверстия в колосниках решётки. Для дожигания продуктов неполного горения в надслоевое пространство подается вторичный воздух. Тепло дымовых газов преобразуется в перегретый пар в котле-утилизаторе.
Для минимизации образования диоксинов и продуктов неполного горения время пребывания дымовых газов в топке при температуре более 850С составляет не менее двух секунд при избытке воздуха не менее 1,4. Снижение концентраций вредных веществ в дымовых газах осуществляют впрыском карбомида в топку котла и распылением смеси реагентов (активированного угля с щелочным сорбентом) в мокро-сухом абсорбере за котлом. Для очистки дымовых газов от золы и дополнительной очистки от газообразных компонентов в качестве последней ступени газоочистки установлен рукавный фильтр. Очищенные дымовые газы направляются дымососом в дымовую трубу. Вырабатываемый пар с параметрами (р = 1,4 МПа, t = 240С) от всех трех линий поступает в общую паровую магистраль и далее в турбины.
В 2005 г. закончены режимно-наладочные работы, и сдан в постоянную эксплуатацию московский Спецзавод № 4 в промзоне «Руднево», оборудованный тремя технологическими линиями для сжигания твердых бытовых отходов в вихревом кипящем слое поставки немецкой фирмы «Holter ABT». В нижней части топочного устройства (ТУ) за счет распеределённой подачи воздуха с высокими скоростями, формы решетки и профиля топочной камеры создаётся режим псевдоожижения топливо-воздушной смеси с двумя симметричными вихрями – так называемый вихревой кипящий слой. Для удаления шлака используют контур внешней циркуляции материала слоя, состоящий из водоохлаждаемых шнеков выгрузки, вибросита, из которого крупная зола слоя (шлак) отводится вне установки, а мелкая зола с помощью горизонтального шнека и элеватора поступает в перепускной бункер и возвращается в ТУ. Таким образом, обеспечивается хорошее перемешивание материала слоя, длительное время пребывания в топке частиц ТБО, восполнение потерь материала слоя с уносом и полное выгорание углерода в отходах при низких (550–700С) температурах в слое. Коэффициент расхода воздуха в слое для поддерживания низкого уровня температур всегда меньше единицы, а дожигание продуктов неполного сгорания происходит при температурах более 850С в надслоевом пространстве, куда подают вторичный воздух. В результате такого двухступенчатого сжигания уменьшается образование оксидов азота, концентрация которых в дымовых газах не превышает 200 мг/нм3 (в пересчете на сухие газы и 11% кислорода). Топочное устройство рассчитано на сжигание измельченных твердых бытовых отходов с расходом 13,5 т/час при теплоте сгорания рабочей массы 6500 КДж/кг. (Максимальный размер отходов – не более 300 мм).
Измельчение отходов осуществляется в цехе подготовки к сжиганию, где также происходит частичная сортировка ТБО и утилизация некоторых вторично используемых материалов (черный металл, картон, пластиковые бутылки, стекло). Таким образом на Спецзаводе № 4 впервые в России в промышленном масштабе реализован один из вариантов так, называемых комплексных технологий, сочетающих в себе различные методы переработки ТБО (в данном случае это «рециклинг-сжигание»). Эти технологии рассматриваются сегодня как наиболее перспективный путь энергоиспользования ТБО и интенсивно развиваются в промышленно развитых странах.
Кроме топочного устройства, в состав каждой технологической линии входят расположенные за ТУ последовательно по ходу газов котел-утилизатор, циклон, распылительный абсорбер, узел подачи реагентов для улавливания диоксинов, фуранов и ртути, рукавный фильтр и дымосос. Концентрация основных загрязнителей в дымовых газах регистрируется автоматическим газоанализатором, установленным на входе в дымовую трубу. На основании измеренных концентраций HCl и SO2 регулируется подача известковой суспензии в абсорбер. Для выработки электроэнергии установлены два турбоагрегата мощностью по 6 МВт каждый Калужского турбинного завода.
В ближайшее время в Москве будут введены в эксплуатацию ещё две электростанции на ТБО использующих новейшее оборудование для традиционной технологии слоевого сжигания. Строительство одной из них близко к завершению на площадке Спецзавода № 3. Строительство под «ключ» осуществляется известной австрийской компанией «EVN Holding», с использованием собственных технологических линий и паровых котлов, изготовленных Подольским машиностроительным заводом. Электростанция на альтернативном топливе на площадке Спецзавода №1, возводимая выигравшей тендер венгерской компанией «Будапро», находится в начальной стадии строительства. Основное технологическое оборудование будет изготовлено по инжинирингу или поставлено одним из ведущих производителей мусоросжигательного оборудования – швейцарской компанией «Von Roll».
Опыт промышленной эксплуатации ТЭС, работающих на ТБО в Москве, показал, что установки работают с соблюдением принятых в России и ЕС экологических требований, предъявляемых к процессу термического обезвреживания ТБО. Оборудование новых электростанций на альтернативном топливе отвечает современным требованиям и позволяет решать как проблемы санитарной очистки от ТБО, так и задачи энергоснабжения прилегающих районов города. Вместе с тем существует ряд проблем, связанных со строительством установок по переработке ТБО. Пока не решена задача переработки всех образующихся при сжигании ТБО золо-шлаковых остатков и твёрдых продуктов газоочистки. Региональная энергетическая компания, используя свое монопольное положение, покупает электроэнергию, вырабатываемую на спецзаводах по цене существенно ниже рыночной. Это не позволяет полностью компенсировать эксплуатационные издержки и снизить тариф на принимаемые ТБО до уровня тарифов полигонов. Для сравнения в европейских странах, как правило, наоборот, законодательно закреплены льготные (повышенные) цены на отпускаемую электрическую энергию для предприятий, производящих энергию из ТБО, в целях стимулирования энергоиспользования биоотходов.
В целом опыт энергоиспользования ТБО, накопленный в Москве, демонстрирует хорошие перспективы развития биоэнергетики на основе термической переработки биоотходов для крупных городов России.
Источник: www.methanetomarkets.ru |
