В основном мусоросжигательные заводы, оборудованные парогенераторами, включают:
– приемное отделение (предназначено для бытовых отходов). Включает мостовой кран и ковш;
– мусоросжигательный агрегат с топочным устройством;
– тягодутьевое устройство. Включает вентиляторы, дымосос, дымовую трубу;
– газоочистное устройство;
– парогенератор;
– сепаратор.
Весь процесс сжигания бытовых отходов можно разделить на 3 основных периода:
– подготовка топлива (бытовых отходов) к горению. Во время подготовки отходы прогреваются, из них удаляется влага и выделяются летучие вещества, образовавшиеся в результате нагрева отходов;
– непосредственное горение;
– сжигание горючих остатков.
Наибольшая эффективность горения достигается при комбинировании 2 методов:
– слоевого (основного) (рис. 51);
– камерного (дожигание продуктов термического разложения).
Рис. 51. Схема слоевого процесса сгорания бытовых отходов: 1 – летучие компоненты; 2, 8 – первичный воздух; 3 – провал и шлак; 4 – камера догорания; 5 – вторичный воздух; 6 – бытовые отходы; 7 – топочная камера; 9 – шлак.
Метод слоевого сжигания используется для высоковлажных многокомпонентных бытовых отходов. Этот метод имеет целый ряд преимуществ:
– стабильность процесса горения бытового мусора можно поддерживать в определенном диапазоне;
– сжигание высоковлажных бытовых отходов не требует их предварительной просушки;
– сжигать бытовые отходы можно без предварительной подготовки, то есть нет необходимости в отборе и измельчении.
Главным недостатком мусоросжигательных заводов является небольшой отрезок времени, который отводится для сжигания бытовых отходов. Вследствие этого дымовые газы наполняются продуктами неполного сгорания бытовых отходов, а в шлаке накапливается большое количество недогоревших горючих компонентов.
Несмотря на существующие проблемы, мусоросжигательные заводы действуют сегодня в 20 странах мира, включая и Россию. Доля России в переработке отходов на мусоросжигательных заводах по сравнению с ведущими странами невелика и составляет всего около 2 %. А ведь бытовые отходы являются надежным источником топлива, который способен обеспечить существенную экономию топлива другого вида в каждом городе.
Использование бытовых отходов в качестве топлива
Благодаря деятельности мусоросжигательных заводов появилась реальная возможность использовать тепло, вырабатываемое при сжигании. Такое тепло используют для получения относительно недорогой электроэнергии. Бытовые отходы являются легко возобновляемым топливом. Так как бытовые отходы обладают высокой влажностью и хорошей зольностью, они являются топливом низкосортного качества, что требует создания новой специальной теории горения.
Бытовые отходы сравнимы с бурыми углями. Однако бурые угли однородны по составу, а бытовые отходы представляют собой смесь различных по составу и свойствам компонентов. Теория горения бытовых отходов должна быть универсальной для всех его компонентов. Это необходимо для обеспечения полноты сгорания и минимального образования вредных веществ.
Бытовые отходы, используемые как топливо, имеют ряд особенностей:
– теплотехнические характеристики компонентов, находящихся в составе бытовых отходов, схожи с характеристиками твердого топлива;
– при сгорании бытовые отходы выделяют меньше вредных окислов серы, чем бурый уголь;
– исходя из величины выхода летучих веществ бытовые отходы как топливо более реакционны, чем твердое топливо;
– стабилизация процесса горения бытовых отходов поддерживается при совместном сжигании с ними топлива другого вида.
В бытовых отходах содержатся металлические предметы, которые ускоряют окислительные процессы при горении. Это происходит потому, что металл является катализатором между горючими компонентами и окислителем.
Кроме положительных моментов термической обработки бытовых отходов, существуют еще и отрицательные. Так, например, во время сжигания происходит довольно мощный выброс в атмосферу множества вредных веществ.
Необходимо правильно организовывать процесс горения. Это очень важно, так как при неправильной организации образуются продукты неполного сгорания. Это, в свою очередь, ведет к образованию вредных и ядовитых веществ, которые, сгорая, выбрасываются в атмосферу и загрязняют ее.
При сжигании твердых бытовых отходов выделяется большое количество токсичных хлорсодержащих компонентов – диоксинов и фуранов, которые являются сверхстойкими органическими загрязнителями. Эти синтетические яды появляются при температуре 250–800 °C. Они опасны не только своей токсичностью, но и способностью оставаться в окружающей среде, не разлагаясь в течение как минимум 10 лет.
Диоксины разрушают гормональную систему человека, что вызывает иммунодефицит и ослабляет защитные силы организма, а также способствуют развитию женских болезней, росту количества выкидышей и рождению детей-инвалидов.
В связи с борьбой против диоксинов были приняты очень четкие нормы по утилизации бытовых отходов на мусоросжигательных заводах. Это привело к тому, что большинство заводов сейчас закрыты или идет их реконструкция.
Для того чтобы хотя бы немного уменьшить вредные выбросы, из отходов извлекают батарейки и аккумуляторы, пластик, листья. Сжигание неразделенного потока отходов в настоящее время считается чрезвычайно опасным. Таким образом, мусоросжигание может быть только одним из компонентов комплексной программы утилизации бытовых отходов.
Сжигание мусора позволяет примерно в 3 раза уменьшить вес отходов, устранить некоторые неприятные свойства: запах, выделение токсичных жидкостей, бактерий, а также выработать дополнительную энергию, которую можно использовать для получения электричества или отопления.
Изготовление из бытовых отходов гранулированного топлива
Полученное в результате переработки топливо, в отличие от бытовых отходов, может дольше храниться и транспортироваться, практически не содержит металла, обладает меньшей влажностью и зольностью. Благодаря наличию в составе гранулированного топлива бумаги и картона оно обладает большой теплотворной способностью (около 3000 ккал/кг).
При изготовлении гранулированного топлива бытовые отходы измельчают и сепарируют (рис. 52). В процессе переработки применяются грохоты и пневматические сепараторы, а полученные таким способом органические вещества применяются впоследствии для компостирования.
Рис. 52. Схема получения гранулированного топлива: а – схема производства компоста; б – схема разделения ТБО (метод Трисок); в – схема получения гранулированного топлива (метод Комбисок): 1 – прием ТБО; 2 – биотермический барабан; 3 – перфорированная обечайка; 4 – мусоросжигательное отделение; 5 – сепаратор балласта; 6 – молотковая дробилка для компоста; 7 – дозревание компоста; 8 – дробилка для грубого измельчения; 9 – пневматический сепаратор; 10 – электромагнитный сепаратор; 11 – циклон; 12 – барабанный грохот; 13 – сортировочный барабан; 14 – пресс-гранулятор.
Бытовые отходы, поступающие на завод, измельчают до размера 200 мм. Затем они поступают в грохот и там разделяются на 2 составляющие. Из более крупной части получают бумажную массу и топливо, из мелкой – черный металл и стекло.
После дробления бытовые отходы направляются в пневматический сепаратор, где происходит отделение легких фракций. Более тяжелые фракции (после извлечения металлолома) направляют на компостирование. Легкие фракции (бумага, пластмассовая пленка и др.) в разделительном барабане смачиваются водой, что приводит к тому, что размокшая бумага становится непрочной и, разорванная лопастями барабана, выходит из его отверстий. Пленка в результате смачивания не теряет своей прочности.
Из бумажной массы затем получают низкосортную оберточную бумагу.
Полученное таким методом дорогостоящее гранулированное топливо обладает высокой зольностью и себестоимостью.
Сжигание бытовых отходов в шлаковом расплаве
Печи, расплавляющие ископаемую руду, могут также служить и для сжигания бытовых отходов. При сжигании в шлаковом расплаве начинается полное разложение вредных соединений, окисление горючих компонентов и происходит небольшое количество выброса пыли.
Вредные вещества, образующиеся при обычном мусоросжигании, нейтрализуются в эффективных газоочистных устройствах. Но для нейтрализации диоксинов и фуранов высокой температуры горения уже не достаточно.
При сжигании в шлаковом расплаве 1 т бытовых отходов потребляется:
– кислород – 400 м3;
– уголь – 200 кг;
– природный газ – 100 м3.
При повышении температуры увеличивается испарение тугоплавких компонентов, которые при обычном способе сжигания бытовых отходов находятся в твердом состоянии. Для их нейтрализации нужны эффективные очистные сооружения.
