Энергетическое использование ТКО

В мире действуют около 1500 мусоросжигательных заводов, из них около трети – в Европе, в основном с выработкой тепловой энергии и незначительно – с выработкой электроэнергии [1]. В США объём сжигаемых ТБО после 2000-х годов стал сопоставим с объем отходов, размещаемых на полигонах. В Японии сжигается около 70% отходов. Сжигание бытового мусора, помимо снижения объема и массы, позволяет получать дополнительные энергетические ресурсы, которые могут быть использованы для централизованного отопления и производства электроэнергии. Кроме того, складирование оставшейся части твердых отходов после сжигания экологически безопасно и требует в 10 - 12 раз меньше площади [2].

В табл. приведен средний состав различных топлив, откуда видно, что по теплотворной способности бытовые отходы (RDF-топливо) уступают каменному углю всего в 2 раза и имеют такую же теплоту сгорания, как древесина и бурый уголь.

Характеристики различных видов топлив

Показатель

Ед. изм.

RDF -топливо

Древесина

Бурый уголь

Каменный уголь

ВлажностьWр

%

7,0…25,5

5…30

20…30

до 12%

Зольность Ар

%

14,0…17,3

1

10…25

до 30%

Выход летучих

%

64,2…78,0

68

45…65

до 32%

Низшая теплота сгорания

ккал/кг

3800…4850

3500

5250…7400

5500…8000

МДж/кг

15,9…20,3

14,5

22…31

23…33,5

Общий углерод С

%

46,0±1,0

40,5

60…75

75…95

Общий водородH

%

6,3±0,3

5

6

4…6

Азот N

%

0,27±0,01

0,1

0…2

до 2,7%

Общая сера S

%

8,30±0,03

0,5…3

0,7…4

Хлор Cl

%

0,80±0,02

Кислород

%

39,0±1,5

34

17…34

16

 

Сжигание 1 т мусора позволяет выработать в среднем 370 кВт·ч электрической энергии и 600 кВт·ч (515 Гкал) тепловой энергии, это позволяет экономить 0,5 т угля или 0,25 т природного газа[3]. Из 1 тонны отходов по разным методикам расчета [4, 5] выделяется 0,05-0,15 т метана, парниковый эффект от которого по разным оценкам сильней, чем от углекислого газа, на величину от 25 раз [6] до 84 раз [7]. Поэтому сжигание отходов позволяет предотвратить выброс, по разным оценкам, от 2 до 10 т парниковых газов (в пересчете на CO2). Таким образом парниковый эффект от сжигания ТБО в 2,5…8 раза ниже, чем от складирования.

Существуют три основных метода сжигания твёрдых отходов:

– слоевое (с неподвижной и подвижной колосниковой или цепной решёткой);

– пылевидное (во взвешенном или кипящем слое);

– в пиролизных котлах.

Первый метод более прост в реализации, не требует предварительной подготовки мусора, отличается высокой надежностью, но второй позволяет получить более полное сгорание отходов.По материалам ряда источников пиролиз наиболее экономически эффективен и оказывает наименьшее влияние на окружающую среду [8]. Однако об эффективность сухого пиролиза при сжигании твердых бытовых и некоторых промышленных отходов мнения специалистов расходятся [9]. Главный недостаток прямого сжигания – загрязнение атмосферы вредными выбросами при избытке кислорода в зоне горения и низкой температуре горения. Но например в работе [9] утверждается, что захоронение отходов на свалках более опасно, чем переработка сжиганием.Опыт Швеции показывает, что, несмотря на рост в течение последних лет объемов бытовых отходов, выброс диоксинов в атмосферу с мусоросжигательных заводов составляет всего 5-6% от всех выбросов, т.е. столько же, сколько и при ранее имевших место пожарах на свалках [1].

Термическое обезвреживание отходов на современном уровне развития науки и техники гарантирует практически полное разрушение находящихся в отходах органических вредных веществ [10]. Но для этого необходимо обеспечить высокие температуры. Согласно Директиве Европейского Парламента и Совета 2010/75/ЕС от 24.11.2010 о промышленных выбросах (о комплексном предотвращении загрязнения и контроле над ним) [10] экологическим требованиям удовлетворяют установки, в которых продукты горения находятся не менее 2 с при температуре не менее 850°C, или если сжигаются опасные отходы с содержанием более 1% галогенных органических соединений, выраженных как хлорин, температура должна быть минимум 1100°C. При выполнении этих требований экологическая опасность сжигания отходов не будет превышать последствия от их захоронения на полигонах.

 

1. Европейская практика обращения с отходами: проблемы, решения, перспективы. С.Пб.: НП РЭП, 2004. 73 с.

2. Экология и технологические процессы современных методов переработки твердых бытовых отходов // Отраслевой портал "Вторичное сырье".

3. Тугов А.Н. Перспективы энергетической утилизации ТБО // Энергосовет, 2014. № 4 (35). С. 31–35.

4. Методика расчета количественных характеристик выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от полигонов твердых бытовых и промышленных отходов (изд. доп. и перер.) / Н.Ф. Абрамов, Э.С. Санников, Н.В. Русаков и др. М., 2004. 20 с. Скачать pdf, 800 kb.

5. Рекомендации по расчету образования биогаза и выбору систем дегазации на полигонах захоронения твердых бытовых отходов / Н.Ф. Абрамов, Я.И. Вайсман, С.В. Максимова и др. М.: ФГУП Федерального центра благоустройства и обращения с отхода-ми, 2003. 27 с. Скачать pdf, 1.1 Мb.

6. Балахчина Т.К. Оценка воздействия свалочного газа с полигонов твердых бытовых отходов на человека // Физиология. Медицина. Экология человека. 2012. № 2. С. 41–57.

7. Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / Core Writing Team, R.K. Pachauri and L.A. Meyer (eds.). IPCC, Geneva, Switzerland, 2015. 151 pp. 

8. Коровин, И.О. Исследование пиролизной утилизации углесодержащих твёрдых бытовых отходов. Дисс … канд. техн. наук. / И.О.Коровин.– Тюмень, 2003. – 159 с.

9. Kasakura T., Hiraoka M. Pilot plant study on sewage sludge pyrolysis // Water Research. 1982. Vol. 16. Part I: Issue 8. P. 1335-1348; Part II: Issue 12. P. 1569-1575.

10. Directive 2010/75/EU of the European Parliament and of the Council of 24 November 2010 on industrial emissions (integrated pollution prevention and control).