Термическая утилизация отходов: сжигание, инсинерация, пиролиз
Сегодня мы поговорим о том, что такое термическая утилизация отходов. На Земле живет больше 7 млрд человек, численность которых растет из года в год. Вместе с количеством людей увеличивается и объем мусора.
Постоянно растущий объем мусора ведет к появлению новых полигонов и несанкционированных свалок, которые наносят непоправимый вред экосистеме. По этой причине, за последние 20 лет люди стали внедрять новые способы утилизации мусора.
Выделяют несколько популярных способов утилизации мусора при помощи огня и высокой температуры:
Термическая утилизация отходов – преимущества
К преимуществам сжигания отходов, можно отнести:
- Уменьшение объема мусора. Одним из самых больших преимуществ сжигания отходов является уменьшение его объема на 95%;
- При соблюдении всех стандартов и норм, экосистема практически не загрязняется. Если на мусоросжигательном заводе соблюдены все нормы безопасности (установка мощных фильтров, очистные установки), то в окружающую среду практически не попадают опасные газы (которые образуются при сжигании отходов). Полностью исключается попадание свалочного фильтрата в почву и грунтовые воды;
- Получение энергии. Да-да, вы не ослышались! Сейчас прогресс шагнул вперед довольно значительно, поэтому стало возможным получать энергию из мусора и использовать ее в качестве электроэнергии. Данная технология помогла восполнять тепло- и энергосистему;
- Отсутствие неприятного запаха. Если вы хоть раз проезжали рядом со свалкой, то наверняка чувствовали его – ужасный гнилостной запах. На мусоросжигательных заводах подобного запаха не наблюдается, так как отходы не у3спевают разложиться и выделить метан.
Принцип сжигания отходов в инсинераторе
Инсинерация – это процесс обезвреживания и утилизации отходов при очень высоких температурах (более 900°С). Перед началом процесса отходы смешивают с песком. После чего их засыпают в специальные крутящиеся печи, в которых создается отрицательное давление. Отрицательное давление необходимо для того, чтобы продукты сгорания не испарялись наружу.
Отличие пиролиза от сжигания
Многие путают эти два способа утилизации отходов. Однако они абсолютно разные, давайте разбирать почему. Пиролиз – это расщепление сложных органических веществ на более простые, при помощи нагревания в безвоздушном пространстве.
Пиролиз обладает рядом значительных преимуществ:
- Не загрязняет окружающую среду;
- После пиролиза объем отходов уменьшается на 95%;
- Оставшиеся после пиролиза отходы (зола и т.д.), можно закапывать в землю;
- Можно утилизировать отходы, которые сложно уничтожать другими способами (например, шины).
Именно благодаря этому способу, стало возможным получение газа, мазута и золы. Все эти компоненты можно использовать для получения энергии.
Источник
Термические методы утилизации ТБО
Первый рассматриваемый метод термической утилизации бытовых отходов — открытое сжигание.
Это старый способ утилизации твердых бытовых отходов, который постепенно выводится из эксплуатации.
Открытое сжигание твердых бытовых отходов (ТБО) является потенциальным неточечным источником выбросов, что вызывает большую обеспокоенность. Недостаточная осведомленность о воздействии открытого сжигания на окружающую среду и незнание этого факта, например, «Открытое сжигание является источником выбросов канцерогенных веществ», являются основными препятствиями на пути к созданию соответствующей системы управления твердыми бытовыми отходами.
При открытом сжигании ТБО образуются такие вредныеи канцерогенные вещества, как диоксин, фураны, твердые частицы, оксид углерода, оксиды серы, оксиды азота, бензол, толуол, этилбензол и 1-гексен. Исследование показало, что люди, живущие в столичных городах, больше страдают от выбросов в результате открытого сжигания [6].
Второй метод термической переработки ТБО – газификация и пиролиз.
Газификация твердых бытовых отходов (ТБО) — это привлекательный альтернативный процесс производства топлива для обработки твердых отходов, поскольку он имеет несколько потенциальных преимуществ по сравнению с традиционным сжиганием ТБО. Так называемый «синтез-газ», полученный газификацией, имеет несколько применений. Он может быть использован в качестве газового топлива, сжигаемого в обычной горелке или в газовом двигателе, а затем соединенного с котлом и паровой турбиной или газовой турбиной для использования тепла или выработки электроэнергии. Кроме того, его можно использовать в качестве строительного блока для производства ценных продуктов, таких как химикаты и другие виды энергии топлива.
Сжигание, газификация и пиролиз представляют собой процессы преобразования тепловой энергии, доступные для термической обработки твердых отходов. На рисунке 2.1 представлены все возможные пути для преобразования ТБО или биомассы в различные энергетические формы с использованием термических, механических и биологических процессов.
На рисунке 2.2 показана принципиальная схема производства синтез-газа и того, как использовать газ для различных целей, таких как производство электроэнергии, создание химических веществ с помощью этапов модернизации и дальнейшая биохимическая обработка перед производством топлива или химических веществ.
Рисунок 2.1 — Возможные пути для преобразования ТБО или биомассы в различные энергетические формы с использованием термических, механических и биологических процессов
Рисунок 2.2 — Принципиальная схема производства синтез-газа из ТБО
Как показано на этих фигурах, различные продукты получают в результате применения этих процессов, и различные системы извлечения энергии и остаточного материала могут использоваться в различных типах технологий. Газификация — это термохимический процесс превращения углеродистых материалов в газообразный продукт при высоких температурах с помощью газифицирующего агента. Газифицирующий агент (другое газообразное соединение) позволяет быстро превращать сырье в газ с помощью различных гетерогенных реакций [6–9].
Газообразный продукт, полученный в ходе этого процесса, называется синтетическим газом (синтез-газом) или продукционным газом, и он в основном содержит водород, оксид углерода, диоксид углерода и метан. Кроме того, небольшое количество инертных газов, углеводородов, смолы и газовых загрязнителей может быть найдено [10].
По эффекту газифицирующего агента газификацию можно разделить на две категории. Если газифицирующий агент частично окисляет подаваемый материал, это называется прямой газификацией. Во время прямой газификации для поддержания температуры процесса реакция окисления обеспечивает необходимую энергию. Если процесс газификации происходит без помощи газифицирующего агента, это называется косвенной газификацией [7, 11].
Обычно пар используется для непрямой газификации, поскольку он легко доступен. Кроме того, это увеличивает содержание водорода в генераторном газе [7].
Также косвенная газификация производства. Однако этот процесс довольно сложен, а инвестиционные затраты выше [7]. Чистая газификация кислорода, как и прямая газификация, имеет те же преимущества, что и косвенная газификация. Однако ожидается, что затраты на производство чистого кислорода составят более 20% от общей стоимости производства электроэнергии [14]. Обычно система газификации состоит из трех этапов: (1) газификатор для полезного получения синтез-газа; (2) система очистки синтез-газа для удаления загрязняющих веществ и вредных соединений; (3) система рекуперации энергии, такая как газовый двигатель. Кроме того, подсистемы включены для предотвращения воздействия на окружающую среду, такого как загрязнение воздуха, твердых отходов и сточных вод.
«К преимуществам данной технологии по сравнению с методами прямого сжигания можно отнести:
— процесс газификации, который имеет высокий энергетический КПД (до 95%), позволяющий перерабатывать материалы с малым содержанием горючих составляющих (с зольностью до 90%) или с высокой влажностью (до 60%; однако оптимальная влажность: 25—30%);
— низкие линейные скорости газового потока в реакторе и его фильтрацию через слой исходного перерабатываемого материала, обеспечивающие крайне низкий вынос пылевых частиц с продукт-газом, что дает возможность значительно сократить капитальные затраты на газоочистиое и энергетическое оборудование;
— частичное разложение азотсодержащих органических соединений в бескислородной среде (при газификации), что снижает содержание окислов азота в дымовых газах;
— выбор оборудования для утилизации тепла при сжигании продукт- газа, позволяющий использовать тепловую энергия как для целей горячего водоснабжения, гак и для получения электрической энергии в автономных мини-ТЭЦ;
— предлагаемую схему переработки, которая легче вписывается в имеющуюся промышленную инфраструктуру, например, продукт-газ может подаваться в имеющуюся топку для замены части кондиционного топлива;
— сжигание в две стадии, которое позволяет резко уменьшить образование диоксинов (полихлорирован-ных дибензодиоксинов и дибензофура- нов), относящихся к группе стойких органических загрязнителей. Даже при наличии соединений хлора двухстадийный процесс сжигания подавляет появление в дымовых газах ароматических соединений (предшественников диоксинов) и тем самым обеспечивает низкое содержание пылевых частиц (катализаторов образования диоксинов в дымовых газах);
— наличие золы, выгружаемой из реактора, которая имеет низкую температуру и практически не содержит недогоревшего углерода» [5].
«Переработка и обезвреживание ТБО с применением низкотемпературной плазмы — одно из перспективных направлений в области утилизации опасных отходов, так как недостатки огневого сжигания определили необходимость поиска новых эффективных технологий обезвреживания токсических отходов» [5].
«Плазма — частично или полностью ионизированный газ, в котором плотность положительных и отрицательных зарядов практически одинакова. Процесс ионизации газа происходит при его термической обработке» [5].
Посредством плазмы достигается высокая степень обезвреживания отходов химической промышленности; ведется переработка твердых, пастообразных, жидких, газообразных; органических и неорганических; слабо радиоактивных; бытовых; канцерогенных веществ, на которые установлены жесткие нормы предельно допустимой концентрации (ПДК) в воздухе, воде, почве и др.
Плазменный метод может использоваться для обезвреживания отходов двумя путями:
— плазмохимической ликвидацией особо опасных высокотоксичных отходов;
— плазмохимической переработкой отходов с целью получения товарной продукции.
«Наиболее эффективен плазменный метод при деструкции углеводородов с образованием СО, С02, Н2, СН4. Безрасходиый плазменный нагрев твердых и жидких углеводородов приводит к образованию ценного газового полуфабриката (в основном водорода и оксида углерода) — синтез- газа, а также расплавов смеси шлаков, не представляющих вреда окружающей среде при захоронении в землю. Синтез-газ может быть использован в качестве энергетического источника получения пара па ТЭС или производстве метанола, искусственного жидкого топлива. Кроме этого, путем пиролиза отходов возможно получение хлористого и фтористого водорода, этанола, ацетилена. Степень разложения в плазмотроне таких особо токсичных веществ, как иолихлорбифенилы, метилбромид, фенилртутьацетат, хлор- и фторсодержащие пестициды, нолиароматические красители, достигает 99,9998% с образованием С02, Н20, НС1, HF, Р4О10» [5].
«Разложение отходов происходит по следующим технологическим схемам:
— конверсия отходов в воздушной среде;
— конверсия отходов в водной среде;
— конверсия отходов в паро-воздушной среде;
— пиролиз отходов при малых концентрациях. Выбор того или иного способа переработки, возможность вариаций по количественному соотношению реагентов позволяют оптимизировать работу установки для широкого спектра отходов по их химическому составу. Существуют самые разнообразные модификации плазмотронных установок, принцип конструкции и порядка работы которых заключается в следующем: основной технологический процесс происходит в камере, внутри которой находятся два электрода (катод и анод), обычно из меди, иногда полые. В камеру, в которой поддерживаются постоянное давление и температура, в заранее установленных количествах поступают отходы, кислород и топливо, может добавляться водяной пар. Возможно применение катализаторов. Существует анаэробный вариант работы установки. При переработке отходов плазменным методом в восстановительной среде возможно получение ценных продуктов: например, из жидких хлорорганических отходов можно получать ацетилен, этилен, НС1 и продукты на их основе. В водородном плазмотроне, обрабатывая фторхлорорганические отходы, можно получить газы, содержащие 95—98% по массе НС1 и HF. Для удобства возможно брикетирование твердых отходов и нагрев пастообразных до жидкого состояния» [5].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Данная работа была посвящена исследованию термических способов утилизации твердых бытовых отходов организации ООО «Альфа».
В ходе исследования был проведен анализ классификации ТБО, изучены осноынве методы утилизации ТБО.
Подробно рассмотрены термические методы утилизации твердых бытовых отходов. На данный момент открытое сжигание отходов прекращает свое существование в промышленном масштабе и заменяется соврмеменными методами утилизации такими как галификация и пиролиз.
В перспективе ТБО могут стать неисчерпаемым видом низкокалорийного топлива в силу непрерывного массового воспроизводства их населением. Как известно, топливом принято называть любое вещество, которое способно вступать в быстропротекающий окислительный процесс (горение) с окислителем и которое по технико-экономическим соображениям целесообразно использовать для целей получения тепловой энергии в энергетических, промышленных и отопительных установках. С этой точки зрения практический интерес представляют виды топлива, отвечающие следующим требованиям:
— доступность и распространенность для массового использования;
— достаточная химическая активность топлива, обеспечивающая возникновение и поддержание процесса горения;
— обеспечение достаточного тепловыделения на единицу массы сжигаемого вещества.
Твердые бытовые отходы отвечают всем перечисленным требованиям. Если рассматривать ТБО как один из видов топлива, то следует отметить, что компонентами любого топлива являются горючие элементы и негорючие примеси, или балласт. К горючим элементам топлива относится углерод С, водород Н и горючая сера S, образующие вместе с внутренним балластом (кислородом О и азотом N) сложные химические соединения. Внешний балласт составляют зола Л и влага W. Зола — негорючий остаток, полученный после сгорания топлива, представляющая собой смесь различных минеральных веществ, находящихся в топливе. Для примера: каменный уголь содержит 4. 25% золы, дрова — 0,6%. Влага является вредной примесью топлива, поскольку уменьшает долю горючих веществ, так как часть теплоты, выделяющейся при сгорании топлива, тратится на испарение влаги.
Источник
