Установка по обезвреживанию бытовых отходов методом газификации

Введение . Бытовые отходы являются отбросами жизнедеятельности человека. В России ежегодно образуется более 190 миллионов тонн отходов [ 1 ] .

Состав твердых бытовых отходов (ТБО) зависит от страны, местности, времени года и других факторов: бумага и картон – до 40 %, далее в городах – органические (включая пищевые) отходы – до 20 %, металл, стекло и пластик – по примерно по 10 %, дерево, текстиль, резина и кожа – по 3–5 % от общего количества [ 2 ] . Теплотворная способность горючих компонентов ТБО, ккал/кг: бытовой мусор жилых помещений - 800-2000 [ 3 ] .

Цель исследования : разработка высокоэффективной установки по обезвреживанию твердых бытовых отходов.

Задачи исследования : проведение анализа существующих технологий по обезвреживанию, разработка технологии обезвреживания бытового мусора и изготовление опытного образца установки.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовался комплексный подход, включающий в себя анализ и обобщение данных научно-технической литературы и испытания на опытной установке.

Существуют следующие основные способы обезвреживания и переработки бытовых отходов – утилизационные и ликвидационные. В настоящее время в основном используется следующий способ обезвреживания твердых бытовых отходов (ТБО) – захоронение на полигонах. Полигонный метод обезвреживания ТБО технологически несложен, однако требует больших земельных площадей, значительных капиталовложений, эксплуатационных и транспортных затрат. Находящиеся в почве отходы отравляют ее, попадая через подземные воды в водоемы, представляют огромную опасность для человека и животных. Почва на подземных свалках отравлена и не пригодна для строительства, земледелия и выпаса скота. С поверхности почв над свалками испаряются едкие токсичные вещества. Затраты на борьбу с последствиями отрицательного влияния захоронений отходов, то есть на охрану окружающей среды, здравоохранение, во много раз превышают рас- ходы на строительство заводов по переработке ТБО. Отходы жизнедеятельности миллионных городов исчисляются сотнями тысяч тонн и кубометров. По данным департамента городского хозяйства г. Красноярска, ежегодно на городские свалки вывозится в среднем 50 тыс. м³ отходов – 24 самосвала в сутки. В районах с неблагоприятными климатическими и инженерногеологическими условиями с многолетнемерзлыми породами строительство основания полигона становится крайне сложной задачей. При захоронении твердых бытовых отходов на общегородских свалках и полигонах северных регионов возникает ряд проблем, которые не позволяют полноценно утилизировать ТБО без ущерба для окружающей среды: длительный срок разложения отходов в условиях вечной мерзлоты; особенные условия для обустройства полигонов ТБО (дорогостоящие работы и материалы строительства); дорогостоящая транспортировка – «длинное логистическое плечо» по доставке мусора из места сбора в точку утилизации (расстояния достигают 300–400 км); нарушение экологического баланса, при этом выводятся из хозяйственного пользования огромные земельные участки, рядом с которыми запрещены любые виды жизнедеятельности. Все это требует использования современных способов утилизации мусора, таких как сортировка и переработка во вторичное сырье, а также сжигание. Но не просто сжигание, а использование в качестве источника тепловой энергии. Теплотворной способности ТБО достаточно для процесса сжигания с целью уничтожения отходов и последующей рекуперации энергии. В мире создано большое количество мусоросжигательных заводов, работающих по вышеуказанному принципу. Гораздо перспективней направление по газификации отходов, где в дальнейшем газ используется на цели энергетики [4].

Для решения этой задачи необходимы следующие технологические операции: а) транспортировка; б) сортировка (рис. 1); в) подготовка крупно габаритных отходов; г) подача отходов в газогенератор; д) организация процесса газификации (рис. 2); е) утилизация твердых отходов после газификации. Всё это позволяет не только существенно снизить затраты на ликвидацию отходов, но и получить экономический эффект.

Газификация представляет собой процесс частичного окисления, в результате которого горючие отходы преобразуются в синтез-газ. Синтез-газ – это уникальное сырье для получения множества экологически чистых и дорогостоящих продуктов, таких как моторные топлива, различные удобрения, синтетический природный газ, водород, метанол и более сотни других различных продуктов. Газификация является более высокотехнологическим видом утилизации ТБО по сравнению с распространенным в мире сжиганием их в мусоросжигательных печах [ 5 ] .

Процесс газификации характеризуется практически нулевым уровнем выбросов по сравнению с традиционным сжиганием отходов, а побочные продукты газификации (азот, аргон, сера и шлак) являются безопасными для окружающей среды.

Результаты исследования и их обсуждение . Вышеуказанная технология газификации твердого бытового мусора (ТБО) реализована на опытно-промышленной установке, разработанной ООО «Балткотломаш» (г. Санкт-Петербург) (рис. 3).

Складирование ТБО осуществляется на складе, который может быть оборудован тель-ферным погрузчиком, подвижным полом «живое дно» и т. д. ТБО по транспортеру поступают в газификатор, который не чувствителен к фракционному составу мусора (допускается небольшой процент мелочи и крупных кусков до 100 мм). В газификаторе мусор газифицируется, а шлак в мелкодисперсном составе поступает на дожеговую колосниковую решетку, где происходит горение всех углеродных частиц в шлаке. Газы газификации поступают в переходную камеру, где поступает вторичный воздух (фактически – это газовая горелка) и газы сгорают в топочном объеме жаротрубного котла. Передав тепло в котле, продукты сгорания поступают в мультициклон, где очищаются от взвешенных частиц, а затем через дымосос выбрасываются дымовой трубой. Газогенератор работает непрерывно, что позволяет обеспечивать теплом потребителей в течение всего отопительного периода.

Рис. 1. Схема процесса сортировки отходов

ВАРИАНТ 1

Рис. 2. Схема процесса термического обезвреживания

Рис. 3. Опытно-промышленная установка газификации отходов ООО «Балткотломаш»

Данный способ газификации позволяет поддерживать температуру процесса выше 950 ºС, а установка адиабатического циклона после газификатора (на рисунке 3 не показан) продлевает нахождение вредных веществ в высокотемпературной зоне более двух секунд, тем самым обеспечивая полное окисление углеводородов и безопасность продуктов сгорания. Опытные промышленные испытания установки показали ее высокую эффективность по обезвреживанию бытового мусора.

Выводы

• 1.    Для северных и сельских районов не целесообразно использование полигонов для захоронения твердых бытовых отходов.

• 2.    Для районов Севера с вечномерзлыми грунтами целесообразно сжигать отходы в качестве источника тепловой энергии.

• 3.    Выбрана технология сжигания твердых бытовых отходов путем их газификации.

• 4.    Установка газификации твердых бытовых отходов ООО «Балткотломаш» позволяет обезвреживать бытовые отходы и осуществлять экономию топлив, не требует предварительной подготовки мусора, отличается высокой надежностью, обеспечивает выполнение экологических требований к продуктам сгорания и позволяет резко снизить потребность в полигонах ТБО. Данная технология является высокоэкономичной и может рассматриваться как способ использования возобновляемых источников энергии.