Получение тепловой энергии сжиганием отходов

Энергия из отходов: новейшие технологии против мусора

До конца 2022 года в Московской области предполагается построить четыре объекта по термической переработке отходов в электроэнергию, еще один должен появиться в Казани. Современные мусоросжигательные заводы будут возведены в рамках проекта «Энергия из отходов», реализацией которого занимается «РТ-Инвест» Госкорпорации Ростех. Новая технология позволит без ущерба для экологии навсегда решить проблему мусорных полигонов и свалок.

Мусоросжигательный завод как источник энергии

Один из основных принципов, заложенных в основу мусоросжигательного завода нового поколения – экологичность и безопасность. Заводы проекта «Энергия из отходов» выполняют важную задачу – вовлечение во вторичный оборот отходов, не пригодных к классической переработке. Все это приведет к снижению объемов захоронения отходов, что позволит избежать ущерба, наносимого окружающей среде свалками и полигонами.

Только Москва и Московская область ежегодно производят 11 млн тонн отходов, и при этом 95% этого объема в итоге оказывается на полигонах. Не стоит даже упоминать о том, насколько захоронение отходов пагубно влияет на природу и общественные настроения.

Кроме того, полигоны и свалки занимают огромные территории: только в Московской области требуется 100 га ежегодно. По мнению экспертов, ситуация в Москве и Подмосковье наиболее серьезна – спустя несколько лет места для мусорных полигонов вовсе не останется. Как отметил гендиректор компании «РТ-Инвест» Андрей Шипелов, в общей сложности с помощью этого проекта Россия может сэкономить 500 га земли, не допустив создание «грязного» полигонного захоронения.

Мусоросжигательный завод проекта «Энергия из отходов» отличается от классических МСЗ не только своей экологичностью, но и самим подходом к переработке отходов. Отходы считаются возобновляемым источником энергии, который можно сравнить с энергией солнца или ветра.


Инфографика: Проект «Энергия из отходов»

К примеру, один такой завод в Московской области переработает около 700 тыс. тонн отходов и выдаст в сеть 485 млн кВт/ч электроэнергии в год. Это может обеспечить электричеством примерно 250 тыс. жителей или город с населением примерно 100 тыс. человек.

«РТ-Инвест» строит новые заводы по технологии японско-швейцарской компании Hitachi Zosen Inova (HZI), мирового лидера в отрасли переработки отходов в энергию. При этом производство значительной части оборудования заводов будет локализовано на территории России. Hitachi Zosen Inova уже построила более 500 таких заводов в крупных городах, в том числе и в самой Японии и Швейцарии.

Как это работает: мусоросжигательный завод в действии

На заводы поступают только те отходы, что остались после сортировки и непригодны для вторичного использования. Заезжающие на территорию завода мусоровозы проходят обязательный радиационный контроль, процедуру взвешивания и учета, после чего отходы выгружаются в приемный бункер-накопитель. Здесь отходы могут накапливаться до двух недель, а затем поступают в котел, который рассчитан на 7 тыс. тонн отходов и представляет собой 7-этажную конструкцию. На заводе их три, и в каждом из них – по две зоны.

В первой – отходы термически обрабатываются при температуре 1260 °С. Такие критические температуры сжигают абсолютно все, даже ядовитые диоксины. В этой зоне экстремального высокотемпературного сжигания исчезают все вредные элементы.

Вторая зона – камера дожига газовых выбросов. Сюда поступают дымовые газы, образующиеся в процессе сжигания. Даже если допустить, что какие-то вредные вещества прошли первую зону, то при вторичном дожиге, где температура превышает 850 °С, они точно будут уничтожены. Кроме того, в камеру дожига впрыскивается специальный раствор карбамида, чтобы полностью убрать органические соединения и обезвредить дымовые газы.


Инфографика: Проект «Энергия из отходов»

Затем дымовые газы и шлак попадают в реактор. Там происходит обработка активированным углем и аммиаком, добавляются химические элементы для дополнительного обезвреживания.

Из реактора выходят уже очищенные дымовые газы, они попадают в рукавные фильтры, где очень тонкие трубки отбирают любую фракцию, вплоть до микрочастиц, которые просто витают в воздухе. Как уверяют специалисты, если взять замеры воздуха в городе и воздуха после рукавного фильтра, то на заводе он намного чище.

Итак, тонна мусора через 15 минут после поступления в котел превращается в пар. Этот пар направляется в турбогенератор для производства электроэнергии. При этом на собственные нужды завода расходуется всего 5-10% производимой энергии, остальное поступает в сеть.

Безотходное производство: обработка шлака и золы

После сжигания отходы уменьшаются на 90% в объеме. После термической переработки мусора остаются зола и шлак.

Шлак – это пятый класс опасности отходов, такой же класс опасности имеют несортированные отходы. Он может сразу применяться для отсыпки дорог. Предварительно из шлака отбираются черные и цветные металлы, которые впоследствии направляются на переработку.


Проект «Энергия из отходов»

Летучая зола составляет примерно 3-5% от перерабатываемых отходов и относится к более высокому, третьему, классу опасности. Поэтому «РТ-Инвест» планирует строительство в Московской области также завода для переработки такой золы в строительный материал по технологии Carbon8. Эта технология получила признание ООН и была удостоена награды за вклад в циклическую экономику Евросоюза.

Carbon8 представляет собой химическое обезвреживание золы методом ускоренной карбонизации. Из третьего класса опасности зола обезвреживается до сырья для производства строительных материалов. Зола успешно превращается в различные блоки, бордюры, плитку и даже может заменить цемент. Таким образом, новые технологии предоставляют уникальную возможность – не зарывать под землю ни одного килограмма мусора.

События, связанные с этим

Энергичная утилизация: как превратить отходы в энергию

Отходной путь: куда отправят бытовые отходы

Энергия из отходов: новейшие технологии против мусора

Энергия из отходов. Энергетическая утилизация отходов

Энергетическая утилизация. Зачем нужно перерабатывать отходы в энергию

  • Образуется 55-60 млн тонн твердых коммунальных отходов (ТКО)
  • Более 300 млн м 3 отходов образуется на предприятиях деревообрабатывающей промышленности
  • Более 700 млн тонн органических отходов образуется ежегодно на предприятиях агропромышленного комплекса.

Энергия из отходов – это электричество, пар и горячая вода для обеспечения нужд промышленных предприятий или городского хозяйства, а также решение сразу нескольких экологических задач:

  • Утилизация отходов, не подлежащих переработке
  • Сокращение площади территорий, отчуждаемых под захоронение ТКО или складирование отходов предприятий
  • Экономия ограниченных ресурсов ископаемого топлива, используемого на традиционных электростанциях, и снижение затрат на него.

Какие отходы можно перерабатывать в энергию

Самые распространенные виды топлив из отходов:

  • Древесные отходы: природная древесина, кора, щепа, промышленная древесина, древесные опилки, фанера
  • Сельскохозяйственные отходы: лузга подсолнечника, рисовая шелуха, кукурузные початки, солома
  • Отходы животноводства: куриная подстилка
  • Отходы городского хозяйства: иловые осадки, RDF-топливо.

RDF (refuse derived fuel или твердое восстановленное топливо) — это вторичное сырье, получаемое из сортированных коммунальных отходов. В его состав могут входить: органические отходы (бытового происхождения), резина, пластик, картон, бумага, дерево, кожа, синтетические ткани, текстиль, полимерные материалы. Технология производства RDF предполагает предварительную сортировку и утилизацию опасного мусора, и в составе данного топлива никогда не будет стекла, металлов, веществ, содержащих хлор.

Энергия из отходов: зарубежный опыт и ситуация в России

Во многих странах энергетическая утилизация отходов – важный элемент системы управления отходами. Так, по данным «Конфедерации европейских заводов по производству энергии из отходов» (CEWEP) в 2018 году доля отходов, сжигаемых с целью получения энергии, составила в странах ЕС в среднем 28%. Среди лидеров в области получения энергии из отходов страны, известные своей высокой экологической ответственностью: Финляндия (57%), Швеция (53%), Дания (51%)

Утилизация отходов коммунального хозяйства в странах Европы

Энергетическая утилизация отходов Переработка отходов Захоронение отходов Данные отсутствуют
Финляндия 57% 42% 1%
Швеция 53% 46% 1%
Дания 51% 48% 1%
Эстония 44% 28% 21% 7%
Люксембург 44% 50% 6%
Нидерланды 56% 43% 1%
Бельгия 43% 55% 1% 1%
Австрия 39% 58% 2% 1%
Великобритания 37% 44% 17% 2%
Франция 35% 44% 21%

В России до сих пор основным способом обращения с отходами остается их захоронение: 94% твердых коммунальных отходов сегодня вывозятся на мусорные полигоны. Однако в ближайшие годы систему управления обращения с отходами ожидает серьезное реформирование. В рамках Национального проекта «Экология», утвержденного в 2018 году, стартовали:

  • Федеральный проект «Чистая страна», направленный на ликвидацию несанкционированных свалок, восстановление территорий и ликвидацию накопленного экологического вреда.
  • Федеральный проект «Комплексная система обращения с твердыми коммунальными отходами», направленный на создание инфраструктуры, позволяющей утилизировать и перерабатывать отходы коммунального хозяйства.

Мировая практика позволяет прогнозировать активное развитие технологий энергетической утилизации в связи с развитием системы обращения с коммунальными отходами.

Сейчас же собственные энергоисточники на отходах строят и эксплуатируют промышленные предприятия лесоперерабатывающей и целлюлозно-бумажной агропромышленной отраслей, вырабатывающие электричество, пар и горячую воду из древесных отходов: фанеры, щепы, коры, опилок и т.п. Еще один сектор, имеющий значительные перспективы в области энергетической утилизации отходов производства — агропромышленное производство. Лузга подсолнечника, рисовая шелуха, кукурузные початки, солома – все эти отходы, образующиеся при сборе урожая и переработки сельскохозяйственной продукции, могут стать отличным топливом для собственной ТЭЦ или котельной на отходах, обеспечивающей до 100% потребностей в энергии.

Энергия из отходов: польза или экологическая угроза?

В общественном сознании сжигание мусора прочно ассоциируется с выбросом токсичных веществ в атмосферу, накоплением их и угрозой для здоровья людей.

На самом деле ТЭЦ на RDF-топливе не сжигают мусор с ближайшего полигона, а являются частью целой системы обращения с отходами, в которой первое и ключевое звено – сортировка отходов. На этом этапе все отходы, способные выделять при сгорании токсичные вещества, удаляются.

В идеале в составе RDF-топлива нет металлов, стекла или веществ, содержащих хлор, а современные системы автоматики и контроля обеспечивают постоянный мониторинг параметров работы оборудования и состава продуктов сгорания.

По данным CEWEP в период с 1990 по 2000 год выбросы диоксинов на заводах по переработке отходов в Германии сократились с 400 г до менее 0,5 г в год, в то время как количество термически обработанных отходов более чем удвоилось за тот же период.

Однако ряд опасений и возражений экологов на наш взгляд вполне оправданы, а именно:

  • Если в стране не отлажена сортировка отходов, нет культуры раздельного сбора отходов и прозрачных автоматизированных систем их сортировки на станциях сбора отходов, гарантировать безопасность RDF-топлива и состав продуктов сгорания невозможно.
  • Сжигание мусора конкурирует с более экологичными переработкой и сокращением их объема за счёт осознанного потребления. Если признать энергетическую утилизацию приоритетным способом обращения с отходами и построить значительное количество энергоисточников на RDF-топливе, то снижать количество отходов и развивать их переработку у нас не будет стимула. Более того, развитие системы переработки и мероприятия, направленные на сокращение массы отходов, идут вразрез с экономическими показателями проектов по энергетической утилизации, поскольку сокращает топливную базу таких энергоисточников.

Но энергетическая утилизация отходов – это не только сжигание ТКО. В России с ее развитыми лесной промышленностью и активно растущим сельскохозяйственным производством огромной проблемой являются отходы растительного сырья.

Кора, опилки, щепа, лузга, солома — эти и другие отходы растительного происхождения образуются в огромных количествах на перерабатывающих предприятиях. Их складируют на предприятиях и вывозят на полигоны.

Использование этих отходов для выработки энергии не связано с рисками выброса токсичных веществ в атмосферу, а напротив, позволяет снизить негативное воздействие на окружающую среду за счет:

  • сохранения и восстановления почвенных ресурсов на территориях, используемых для захоронения таких отходов,
  • сокращения выбросов метана, выделяемого при разложении отходов на свалках,
  • замещения ископаемого топлива углерод-нейтральной биомассой для снижения выбросов СО2.

Энергетическая утилизация: типы энергоисточников на отходах

Отходы производства можно использовать в качестве топлива для собственной котельной или ТЭЦ на отходах. Оптимальный тип энергоисточника определяют исходя из количества отходов и потребностей предприятия в энергоресурсах.

Самые востребованные варианты сегодня это:

  • ТЭЦ на отходах с паровыми турбинами – автономный источник тепловой и электрической энергии, который позволит полностью исключить затраты на покупку электроэнергии, пара и горячей воды у внешних поставщиков, обеспечить стабильное энергоснабжение и повысить категорийность энергоснабжения, а также при значительном объеме отходов получать дополнительную прибыль за счет сбыта энергии сторонним потребителям.
  • Технологическая термомасляная установка (ТМУ) – автономный и экономичный источник тепла, позволяющий обеспечить стабильное теплоснабжение технологических потребителей на производстве. Отличный вариант для предприятий деревообработки, потребляющих значительное количество тепла в технологических процессах.
  • Котельная на биотопливе – автономный источник тепла, который позволит исключить затраты на покупку тепловой энергии у внешних поставщиков и обеспечить стабильное теплоснабжение предприятия с минимальными потерями тепла за счет размещения в непосредственной близости от отапливаемых объектов.

Технология сжигания для получения энергии из отходов

Тем, кто всерьез рассматривает перспективу строительства собственной котельной или ТЭЦ на отходах производства, мы расскажем о том, как выбрать технологию сжигания.

На сегодняшний день используется три основных способа сжигания твердого топлива: вихревой, факельный и слоевой. Лучше всего потребностям предприятий, планирующих утилизировать необработанные отходы, отвечает слоевое сжигание.

Среди технологий слоевого сжигания в свою очередь можно выделить сжигание на колосниковой решетке и сжигание в кипящем слое. Последняя позволяет работать с любыми видами топлива, кроме пылевидного, хорошо работает с низкокалорийными топливами и имеет отличные экологические показатели процесса горения. Однако ввиду сложной и дорогой в строительстве и эксплуатации конструкции, с экономической точки зрения применение топок на кипящем слоя целесообразно только на мощных энергетических котлах с давлением 100 бар и выше, т.е. преимущественно на крупных ТЭЦ ЦБК.

Выработка тепла и получение энергии из отходов: в диапазоне единичной мощности от 500 кВт до 50 МВт для обеспечения собственных нужд предприятия наиболее подходящим является использование топок, оборудованных колосниковыми решетками.

В целом такие топки подходят для сжигания топлива разного состава, высокой влажности и высокой зольности, позволяют использовать смеси нескольких видов топлива, а потому достаточно универсальны и отлично работают с отходами деревообработки и сельского хозяйства. Но, разумеется, если тип колосниковой решетки подбирается грамотно с учетом характеристик используемого топлива.

Получение энергии из отходов на ТЭЦ

Переталкивающие колосниковые решетки

Переталкивающие решетки делятся на наклонные и горизонтальные. Наиболее распространенные, наклонно-переталкивающие, состоят из последовательных рядов неподвижных и движущихся колосников и могут применяться в диапазоне топлив с теплотой сгорания 5000–21 000 кДж/кг, обеспечивая требуемое тепловыделение от 4,5 МВт при расходе топлива до 40 т/ч.

Движущиеся колосники обеспечивают перемещение топлива вдоль решетки, за счет этого движения топливо проходит все необходимые стадии подготовки к сжиганию и начинается процесс сжигания.

За счет перемешивания горящего топлива со свежими частицами достигается равномерное распределение слоя топлива по длине решетки. Конструкция решетки Kablitz позволяет перемещать топливо с разной скоростью соответственно стадии горения. В результате выгорание топлива на таких решетках достигает 97%.

Наклонно-переталкивающие решетки идеально подходят для «многосоставного топлива», такого как щепа, древесная кора, отходы древесины (МДФ, OSB, ДСП), использованная древесина (A I-A IV), рисовая шелуха, оливковые косточки, лигнин, торф, мелкие фракции производных отходов, топливо из ТБО, сортированные отходы, RDF, б урый уголь, пеллеты.

Конструкция колосников и система их охлаждения адаптируется к типу топлива. При сжигании влажного топлива (коры, опилок, щепы) применяются колосники, охлаждаемые воздухом (наиболее экономичный вариант). Для сухого биотоплива или для топлива с пониженной температурой плавления золы оправданно применение водоохлаждаемых колосников.

Колосниковые решетки с верхней подачей топлива

Данный тип решеток идеально подходит для особенно влажного топлива.

Энергия из отходов. Использование древесного мусора в качестве топлива

Ключевое преимущество этой системы — эффект механической загрузки топлива колосниковой решеткой. Такое движение с верхней подачей отдельных колосников решетки позволяет большему объему воздуха достигать топливного слоя, что значительно улучшает сушку, дегазацию и выгорание (87% и выше). Это обеспечивает оптимальное сжигание даже грубого и сильно увлажненного топлива (до 65%), что в конечном итоге позволяет сократить в долгосрочной перспективе расходы на него.

Данный принцип загрузки топлива отличается от того, который используется в наклонно-переталкивающих колосниковых решетках. Колосники решеток в параллельной позиции формируют секции решетки, каждая из которых 1 м длиной. В каждом ряде секций располагаются рядом друг с другом попарно по одному неподвижному и одному подвижному в горизонтальной плоскости колоснику. Движением решетки можно управлять, изменяя длину хода, скорость движения и количество двигающихся колосников.

Горизонтальные колосниковые решетки дожига

Используются в качестве колосниковой решетки дожига летучей золы или как шлаковая решетка в сочетании с наклонно-переталкивающими колосниковыми решетками.

Решетка дожига — это секция решетки, последовательно подсоединенная к основной решетке, повышающая ее эффективность, обеспечивая полное сгорание топлива (TOC

Плоские колосники, установленные на роликах на чугунной раме, раздвигаются гидравлическим приводом с необходимыми интервалами для разгрузки золы. Временные интервалы могут регулироваться вручную после проверки результата выгорания или устанавливаются автоматически в случае однородного топлива.

В сегменте котлов малой и средней мощности технология сжигания на колосниковых решетках всесторонне отработана с точки зрения применяемых конструкторских решений и материалов. Это позволяет тем, кто планирует строить ТЭЦ на отходах производства сегодня, достаточно просто, обратившись к специалистам, выбрать гарантированно работоспособное и эффективное решение для своего предприятия на основании анализа характеристик топлива и условий эксплуатации установки.

Если вы рассматриваете перспективу строительства энергоисточника на отходах, обратитесь в «Первый инженер», чтобы оценить целесообразность проекта по энергетической утилизации и подобрать оптимальную конфигурацию котельной, ТМУ или ТЭЦ на отходах.