Утилизация твёрдых отходов через газификацию и электрофикацию производств
На сегодняшний день известны три сравнимые между собой технологии термохимической переработки ТБО: прямое сжигание, пиролиз и газификация.
Сжигание – наиболее применяемый метод утилизации ТБО. Конечные продукты прямого сжигания – зола и значительные объемы токсичных летучих вещества (бензапирена) и хлорсодержащих (диоксинов), выбрасываются в окружающую среду! С учетом этого эффективная (экологически чистая) утилизация должна строиться не на простом сжигании, а на глубокой переработке с промежуточной нейтрализацией этих компонентов.
Пиролиз (термическое разложение без доступа воздуха).Применение пиролиза для утилизации ТБО дает возможность предотвратить загрязнение окружающей среды, так как процесс идет в герметичных условиях. Однако опыт переработки ТБО в пиролизных установках показывает,что выделяющегося пиролизного газа часто не хватает даже для собственных нужд, не говоря уж об излишках. Кроме того, сейчас газообразные и жидкие продукты пиролиза в гораздо большей степени можно отнести к отходам производства, нежели чем к товарному продукту. Доведение их до требуемого уровня потребует значительных материальных и временных затрат.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что все рассмотренные способы утилизации ТБО, кроме газификации, не могут решить проблемы утилизации имеющихся и вновь образующихся ТБО с учетом экологических требований и экономических показателей реализации проекта.
Технология газификации
Известно, что диспергирование и гомогенизирование биотоплива снижает неполноту сгорания углеводородных соединений, при этом степень обезвреживания имеющихся вредных примесей многократно увеличивается по сравнению с обычным сжиганием.
Необходимым условием для последующей успешной и экологически чистой утилизации ТБО является их подготовка (сортировка, сушка до влажности 15-20%, предварительное измельчение с удалением металлических остатков на рубительной машине).
Базовым в составе предлагаемого комплекса является газогенератор обращенного процесса газификации.
Газификация ТБО, предварительно подготовленных и высушенных до необходимой влажности, осуществляется путем термического разложения с недостатком кислорода при температуре 1100-1400 °С. При этом имеющийся в ТБО вредные вещества параллельно с выделением летучих веществ переходят в газообразное состояние. Последовательно происходящие при газификации сначала окислительные, затем при прохождении газами слоя раскаленного угля восстановительные процессы обеспечивают в результате термохимических реакций получение генераторного газа. Полученный в газогенераторе газ, содержащий горючие газы (водород, окись углерода и некоторое количество метана), может использоваться как для теплового применения путем сжигания в специальных горелках, так и для производства электроэнергии после его предварительной очистки и охлаждения.
При утилизации ТБО по предлагаемой технологии образуются следующие виды побочных продуктов: шлак и сухая зола в зольнике газогенератора и летучая зола после циклона, отработанная оборотная вода(10% от общего объема в сутки), сгущенный осадок в отстойнике электрофильтра и выхлопные (дымовые) газы.
Образующаяся сухая зола и шлак утилизируются.
Сгущенный осадок в отстойнике водного скруббера и электрофильтра утилизируется или отправляется на повторную газификацию.
Выхлопные газы на выходе электроагрегата соизмеримы по составу и концентрации вредных веществ с выхлопными газами, где в качестве топлива используется природный газ, и не представляют экологической угрозы.
Полученная при газификации ТБО электрическая и тепловая энергия может быть использована для электроснабжения и отопления.
Этапы переработки ТБО
Первый этап. Сортировка и измельчение ТБО с одновременной выборкой металлических включений.
Второй этап. Сушка исходного сырья в камере предварительной сушки путём использования тепла выхлопных газов и подготовка к газификации.
Третий этап. Газификация сырья требуемой влажности с получением синтез-газа при недостатке кислорода.
Четвёртый этап. Очистка и охлаждение синтезированных газов для обеспечения требуемых показателей очистки. При необходимости возможен отбор тепловой энергии для подачи сторонним потребителям.
Пятый этап. Подача очищенных и охлажденных газов для питания газопоршневых электрогенераторов, вырабатывающих электрическую энергию для подачи в сеть.
Инновационные технологии, лежащие в основе создания универсальных комплексов для переработки отходов УГК ЭКО-1000, производства завода «Техно-Т» позволяют превратить ТБО в востребованную качественную продукцию – электроэнергию, доступную для питания любых потребителей.
Универсальный комплекс УГК ЭКО-200, производства «Техно-Т» и его конкурентные преимущества
Известные конструкции аппаратов для термо-химического разложения углеводородов фактически сводятся к трем основным типам:
к установкам шахтного типа,
к барабанным аппаратам,
к аппаратам со взвешенным слоем.
В последнее время появились новые установки, которые хоть и не нашли пока практического применения, однако достойны, по крайней мере, упоминания, т.к. содержат плодотворные идеи:
проходного типа (абляционные).
Основными недостатками традиционных аппаратов являются:
крайне низкие скорости процессов тепло- и массопереноса (барабанные аппараты), что приводит к достаточно большому времени разложения твердых углеводородов (до 8-ми часов и более);
неравномерное распределение газовых потоков теплоносителя в сечении аппаратов, приводящее к неравномерности обработки твердых частиц, т.е. к получению товарного продукта, отличающегося по качеству;
большой разброс времени пребывания частиц в зоне обработки, требующий увеличения среднего времени их обработки, т.е. к перерасходу энергии (аппараты со взвешенным типом).
В новых аппаратах главным недостатком является присутствие рабочего органа – шнека в зоне синтеза жидких продуктов, приводящее к засмаливанию этого органа, требующее ежедневной очистки аппарата. Абляционные аппараты относятся, как и иные аппараты, к числу новых, находящихся в стадии изучения, и требуют значительных усилий для промышленного внедрения.
В основу разработки комплекса УГК ЭКО-200 для различных видов отходов с получением электроэнергии заложено несколько инноваций как технологического, так и конструктивного характера.
Дополнительные экономические преимущества универсальных комплексов УГК ЭКО-200 производства «Техно-Т»:
Комплексы просты в эксплуатации. Они могут быть смонтированы как на удалении от источника сырья, так и в непосредственной близости от него.
Процесс утилизации отходов абсолютно экологичен – выбросы при утилизации отходов – только выхлопные газы газопоршневого двигателя.
Комплексы экологически безопасны и практически безотходны.
Комплексы быстроокупаемы, т.к. при их помощи из опасных и вредных отходов при минимальных затратах производится высоколиквидная продукция – электрическая и тепловая энергия.
Производительность комплексов варьируется, исходя из объемов отходов, имеющихся в наличии для переработки.
Состав комплекса УГК ЭКО-200
Бункер-накопитель — предназначен для создания запаса топлива (до 4-х часов непрерывной работы),
Конвеер — обеспечивает подачу топлива в загрузочный бункер,
Шлюзовый питатель — обеспечивает герметичную подачу топлива в газогенератор,
Газогенератор — генерирует синтез-газ из твердого топлива (брикет ТБО),
Вентилятор наддува — способствует улучшению работы газогенератора(обеспечивает равномерный процесс газификации),
Циклон — обеспечивает первичную очистку газа (забирает 80% сажи) (дальнейшая очистка циклона происходит с помощью шнека),
Золосборник — накапливает золу в газогенераторе, очищается шнеком,
Фильтр тонкой очистки (водный скруббер) — обеспечивает очистку и охлаждение газа до температуры окружающей среды,
Электрофильтр-влагоотделитель — осуществляет окончательную очистку газа от примесей. Препятствует попаданию излишней влаги в двигатель. Также является защитным накопителем воды перед двигателем,
Центробежный промыватель газа — обеспечивает дополнительную очистку и требуемое давление в ресивере,
Ресивер-накопитель газа — обеспечивает стабильность и равномерность подачи газа в двигатель,
Автоматика — следит за режимами работы газогенератора и уровнем топлива в газогенераторе, подает сигнал при достижении топлива критического уровня, обеспечивает автоматическую подачу топлива от бункера накопителя до газогенератора.
Ориентировочная стоимость комплекса — уточняется после согласования Технического задания.
Ванна расплава солей щелочных металлов — обеспечивает очистку газа от хлорсодержащих веществ(диоксинов).
Описание производимой продукции
В результате переработки ТБО товарной продукцией являются электрическая и тепловая энергия.
Для расчёта качественных финансовых показателей в данном проекте принимается основной вид вырабатываемой при утилизации отходов продукции – электрическая энергия, направляемая в общие энергосети.
Тепловая энергия в расчёте не принимает участие, так как её реализация возможна только при наличии потребителей тепла, находящихся в непосредственной близости от площадки переработки ТБО. Также, часть тепловой энергии используется для работы сушильных камер, часть тепловой энергии подается в производственные помещения для поддержания требуемой температуры в холодное время года
В процессе утилизации отходов вырабатывается электрическая энергия. Минимальное количество выработанной электроэнергии составляет от 1 кВт с каждых переработанных 1,2 кг ТБО. Электроэнергия доступна для питания различных потребителей, для поставки в общие электро-сети. Все параметры вырабатываемой электроэнергии (сила тока, частота, напряжение) соответствуют нормативным.
Инфраструктура, особые требования к производству, энергетическое и инженерное обеспечение производства.
Универсальный комплекс УГК ЭКО — 200 может быть установлен как в здании, так и под открытым небом. Специфических требований к монтажу и площадке нет.
Газопоршневые двигатели с электрогенераторами должны устанавливаться в помещениях, измельчители и участки складирования подготовленного сырья, блоки сушки и подготовки будут расположены в быстровозводимых зданиях-ангарах.
Помещение, в котором будет располагаться обслуживающий комплекс персонал будет отапливаться тепловой энергией, вырабатываемой комплексами в соответствии с действующими нормами и правилами.
Воздухообмен в помещении должен быть устроен по принципу «сверху-вверх». В качестве помещения для обслуживающего персонала данным проектом предлагается использовать помещение в производственном корпусе (быстровозводимом ангаре), отделённой перегородками от основного производства. При этом, электричество и отопление для нужд этого помещения будет использоваться вырабатываемое комплексом.
Все рабочие места должны иметь нормальное освещение.
К работе могут быть допущены только лица, прошедшие профессионально-техническую подготовку, медицинский осмотр, изучившие инструкции по технике безопасности.
Источник
Технология плазменной газификации Westinghouse Plasma Corporation
Плазменная газификация WPS сегодня считается одной из передовых технологий обращения с несортированными отходами.
1. Актуальность проблемы утилизации отходов
Ежегодно на территории Московской области образуется более 20 млн. тонн промышленных и бытовых отходов. Большую часть из них составляют отходы вывозимые на полигоны Московской области из Москвы, твердые бытовые отходы (ТБО) – 5 млн. тонн, промышленные и строительные отходы 6 млн тонн. Через 2–3 года полигоны ТБО на территории Московской области будут закрыты. В связи с этим принято решение о строительство на территории Московской области сети заводов плазменной газификации промышленных и бытовых отходов для производства электроэнергии. Заводы планируется разместить в муниципальных районах, раничащих с городом Москва. Производительность одного завода по переработке отходов 1500 тонн/ сутки (500 000 тонн в год), для производства электроэнергии 50 Мвт/ч.
2. Технология плазменной газификации WPC
Технология плазменной газификации разработана для решения широкого круга задач одной, из которых является преобразование любых видов отходов, включая био-отходы, опасные отходы, в электроэнергию/синтетическое топливо (дизельное топливо, этанол) и другие полезные материалы (тонна отходов равна 1–1,3 МВт/ч электроэнергии). Является технологией промышленного использования, имеет коммерчески успешные инсталляции по всему миру (Япония, Индия, Англия, Китае, США). Ведутся работы по проектированию и строительству в странах Евросоюза. Применение плазменной газификации неотъемлемо связано с Киотским соглашением по уменьшению влияния на атмосферу человека. Влияние на природу и человека ниже мировых норм ПДК в 10–15 раз.
Более 30 лет научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ и свыше 500000 часов эксплуатации серийных факелов позволили корпорации WPC разработать передовую технологию плазменной газификации – очень эффективное и надежное решение проблемы. С момента приобретения в 2007 г. корпорации WPC, Alter NRG раздвинула рамки разработок технологии.
Возможность использовать технологию WPC для переработки разнородного исходного сырья при его минимальной подготовке уникальна. Это позволяет смешивать разное исходное сырье, такое как бытовые отходы, опасные отходы, строительный мусор и лом, автомобильный лом, уголь с высоким содержанием золы, биомассу, жидкости и шламы. Такая универсальность позволяет компаниям оптимизировать работы по типу доступного исходного сырья.
Конечный продукт процесса плазменной газификации WPC может быть разным, например электроэнергия, пар или жидкое топливо.
Одновременно сокращаются выбросы вредных парниковых газов в атмосферу. Плазменная газификация – это испытанная технология, которая является решением сегодняшних проблем, поддерживая баланс между выработкой энергии и сохранением окружающей среды.
Установка плазменной газификации работает при температуре, превышающей 5500°С, гарантируя практически полное преобразование исходного сырья в синтетический газ. Неорганические вещества выводятся у основания газификатора в виде инертного шлака, который охлаждается и превращается в неопасный невыщелачиваемый продукт, который можно продавать как наполнитель для строительного материала.
Совокупная энергия, извлеченная из исходного сырья, переработанного газификатором, составляет примерно 80%. Эта регенерированная энергия представляет собой чистый, обогащенный синтетический газ, который можно использовать для генерации электроэнергии, получения жидкого топлива или иной энергетической продукции. Из всей энергии, необходимой для процесса газификации, на питание плазменных факелов расходуется только 2–5%.
Модульная и масштабируемая конструкция нашей установки позволяет быстро устанавливать систему плазменной газификации повсюду, что делает плазменную технологию доступной во всем мире.
Технология
Бизнес процесс
table.with_padding20 td < padding: 20px; >—>
| Сменные электроды в среднем работают 1000 – 1200 часов. Замена электродов производится за 30 минут без остановки технологического процесса. |
| Конденсатор с воздушным охлаждением был выбран для данного проекта с тем, чтобы свести потребление воды к минимуму. Хотя вариант с охладительной башней дешевле и эффективней, он потребует около 1700 м³/сут подпиточной воды для восполнения потерь от испарения и продувки. Конденсатор с воздушным охлаждением не требует подпиточной воды, поэтому он и был выбран. |
 |
3. Экономические показатели плазменной газификации
Исполнитель работ: ЗАО «ТБК Инновации», эксклюзивный представитель AlterNRG Corp., (Россия)
Строительство комплекса по переработке отходов производства и потребления с возможностями:
- Переработки промышленных и бытовых отходов ….1500 тонн в сутки
- Выработки и передача потребителям электроэнергии………. 50 МВт/ч
- Производства стекловидного шлака для изготовления блоков утепления из минеральной ваты …………………………….……>300 тонн в сутки
- Восстановление металов ………………………….…>150 тонн в сутки
- Производство серы …………………………………. >1.5 тонны в сутки
Основные цели проекта:
- Утилизация отходов производства и потребления
- Закрытие и переработка существующих и старых полигонов Отходов
- Снижение рисков экологической безопасности
- Максимально эффективное получение из отходов товаров и услуг потребления
- Создание условий для цивилизованного обращения с отходами
Срок строительства 24 месяца, подконтрольная эксплуатация 6 месяцев, параллельными этапами
- Гарантированная поставка отходов.
- Правительственная поддержка.
- Наличие земельного участка под застройку.
- Гарантийный сбыт электроэнергии и производимых материалов и продуктов.
- Наличие 90% финансирования
Общий размер инвестиций ………………………………307,5 млн. дол. США.
- Стоимость оборудования и материалов …………….. 188,5 млн. дол. США
- Проектная документация………………………………..5,22 млн. дол. США
- Управление проектом………………………………… 3,075 млн. дол. США
- Рабочая и сметная документация……………………….9,84 млн. дол. США
- Строительство, включая монтаж ……………………….91,6 млн. дол. США
- Пусконаладочные работы и подготовка к эксплуатации……………………………. 9,23 млн. дол. США
Распределение затрат:
- Переработка отходов ……………………………………………………. 32%
- Очистка и подготовка газа ………………………………………………..28%
- Выработка электроэнергии/ производство синтетического топлива. …40%
График финансирования по месяцам:
1 месяц – 5,22 млн. дол. США, 7 месяц – 22,325 млн. дол. США, 8 месяц – 123,0 млн. дол. США, 10 месяц – 11,95 млн. дол. США, 18 месяц – 110,81 млн. дол. США, 20 месяц – 34,286 млн. дол. США.
- Период возврата инвестиций (для инвестора) ………………. 5,6 лет
- Pre Tax ROE ………………………………………………………. 35,95%
- EBITDA в год …………..……………………………45.37 млн. дол. США
- NPV Проект….………………………………………348.36 тыс. дол. США
- Процентная ставка кредитования ……………………………………….7%
Поставщик оборудования: ЗАО «ТБК Инновации» (Россия)
Оборудование и материалы: Westinghouse Plasma Corp. (США), AlterNRG Corp. (Канада), General Electric (США), Turbo Sonic (Канада).
 |
