Geum.ru

Концепция новосибирск 2009

Вид материалаРеферат
Подобный материал:
Институт теплофизики СО РАН


КОМПЛЕКСНЫЕ

РАЙОННЫЕ

ТЕПЛОВЫЕ СТАНЦИИ:

КОНЦЕПЦИИ


Новосибирск – 2009


РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

ИНСТИТУТ ТЕПЛОФИЗИКИ

им. C.C. Кутателадзе


В.Е. Накоряков, С.В. Алексеенко, А.С. Басин,

А.В. Попов, Г.И. Багрянцев


КОМПЛЕКСНЫЕ РАЙОННЫЕ

ТЕПЛОВЫЕ СТАНЦИИ:

КОНЦЕПЦИЯ


Новосибирск - 2009


Комплексные районные тепловые станции: Концепция / В.Е. Накоряков, С.В. Алексеенко, А.С. Басин, А.В. Попов, Г.И. Багрянцев. – Новосибирск, 2009, 15 с.


Излагается тезисно новое научно-техническое предложение в направлении совместного решения ряда экологических и энергетических проблем больших городов. Предлагается строить системы централизованного теплообеспечения населения городов с использованием двух видов базового топлива: 1) твердых бытовых отходов, образующихся в жилой зоне, и горючих производственных отходов районов города, 2) обычных видов природного топлива. Отходы рассматриваются как собственный и непрерывно возобновляющийся топливный ресурс городов, за счет использования которого общая потребность в тепле может быть обеспечена на 15-20 %, что практически полностью обеспечит постоянство централизованного горячего водоснабжения. Приводятся данные для построения специальных тепловых станций, в технологии которых должно быть заложено использование отходов для производства тепловой энергии и возможно использование твердых остатков (шлаков) для производства различных строительных материалов или изделий.


Содержание


Введение……………………………………………………………………………….

Концепция……………………………………………………………………………..

Предпосылки…………………………………………………………………..

Терминология………………………………………………………………….

Сущность………………………………………………………………………

Основания……………………………………………………………………..

Принципы комплексности……………………………………………………

Основные цели………………………………………………..........................

Месторасположение…………………………………………………………..

Состав………………………………………………………………………….

Мощности……………………………………………………………………..

Некоторые принципы регулирования………………………………………..

Экология……………………………………………………………………….

Экономика…………………………………………………………………….

Заключение…………………………………………………………............................


ВВЕДЕНИЕ


Избавление от отходов – промышленных и бытовых – является одной из постоянных, насущных и нерешенных коммунальных и экологических проблем городов, от больших до малых. Свалки, накапливавшиеся в течении десятков лет, окружают города выделениями многих вредных субстанций, загрязняющих атмосферу, воду, почву и влияющих даже на социальную сферу.

В настоящее время уничтожение отходов и свалок - это проблема больше экономическая и политическая, чем техническая, это больше проблема санитарно-экологической безопасности населения, чем проблема загрязнения окружающей его среды. Ввиду этого представляется необходимым изменение все еще существующей парадигмы: отходы и мусор надо уничтожать. Новая парадигма обращения с отходами (и новая техническая концепция) уже складываются. Её основой является существование постоянной, всеобщей и жизненно важной потребности населения Сибири и всей России – потребности в теплообеспечении, в частности, в централизованном теплоснабжении. Для городов с высокой плотностью населения крайне важным является и централизованное горячее водоснабжение.

Непрерывность потребности в централизованном теплоснабжении непрерывность «производства» твердых бытовых и промышленных отходов заставляют считать, что теплотехническая утилизация отходов должна быть стратегической административной и инженерной задачей развития и реконструкции источников централизованного теплоснабжения в городах. То, что более 50% ныне действующих источников централизованного теплообеспечения в городах устарели морально и физически и требуют замены – хорошо известный факт. Так или иначе, в ближайшие десятилетия и даже в ближайшие годы потребуются вложения значительных капитальных средств в ремонт и реконструкцию изношенных котлов, котельных и тепловых станций, магистральных и местных тепловых сетей и систем отопления многих зданий. Кроме того, события последних лет в энергетических системах ряда городов Сибири показали, что их надежность зависит не только от надежности оборудования котельных, ТЭЦ и тепловых сетей, но и от надежности снабжения топливом.

Именно эти аспекты надежности систем централизованного теплообеспечения больше всего доказывают необходимость замены парадигмы об уничтожении отходов и их утилизации на новую: твердые бытовые отходы должны рассматриваться, прежде всего, как топливо, точнее, как базовое топливо реконструируемых и новых тепловых станций.

Объемы ежедневного производства твердых бытовых отходов (ТБО) в городах таковы, что их общая теплотворная способность позволяет практически полностью обеспечить потребности системы горячего водоснабжения городов, что составляет 15-20% от общей годовой потребности в тепловой энергии. Использование горючих производственных (ГПО) и отходов со свалок даёт возможность еще больше увеличить эти показатели. Поэтому городские власти должны рассматривать ТБО прежде всего как непрерывно возобновляющийся топливный ресурс, ежедневно образующийся на территории города и принадлежащий исключительно городу.

В разработанной концепции такого совместного решения экологических и теплоэнергетических проблем утилизации городских ТБО увязываются интересы населения и властей, энергетиков и экологов, обеспечивается повышение надёжности систем централизованного теплоснабжения на долговременную перспективу. Оптимальным является создание тепловых станций нового типа: комплексных районных тепловых станций (КРТС), а не мусоросжигательных заводов, тепловая энергия от работы которых была бы побочной продукцией.

Главным назначением КРТС должно быть производство тепловой энергии и горячей воды для централизованного теплоснабжения. Основным принципом технологии новых тепловых станций должно быть использование двух видов базового топлива. В качестве первого базового топлива должны использоваться твердые бытовые отходы, подвозимые ежедневно, и горючие производственные отходы. В качестве второго базового топлива должны рассматриваться и использоваться природные топлива.

В разработанной полной технологической схеме содержится решение всех перечисленных технологических задач и предусматривается применение совершенного оборудования для сжигания отходов, паровых котлов-утилизаторов и тепловых насосов, использующих тепло уходящих газов, с целью повышения общего коэффициента полезного действия КРТС. Предусматривается также применение высокоэффективных газоочистных устройств, особенно в системе газоудаления от агрегатов сжигания отходов.

В основу создания комплексных районных тепловых станций заложены новые принципы, технологические схемы, конструкции оборудования, которые могут быть реализованы на предприятиях России. Конкретный состав и типы оборудования КРТС зависят от места расположения станций, количества отходов, типа природного топлива и задач по энергосбережению городов и районов.

Очевидно, что предлагаемое решение одной из главных энергетических проблем решает и не менее важные экологические проблемы.


КОНЦЕПЦИЯ

__________________________________________________________________


Предпосылки

Концепция создания комплексных районных тепловых станций предлагается в качестве важнейшего из разделов программ развития и реконструкции источников теплоснабжения областных центров и других крупных городов Сибири, а также энергетической стратегии Сибири.

В целом предлагаемые КРТС могут быть отнесены к нетрадиционному виду энергетики городов, в которой используется возобновляемый топливный ресурс. Принципиальная новизна концепции и проекта заключается в совмещении путей решения теплоэнергетических и экологических проблем городов.


Терминология

Термин «тепловая станция» означает специальное производственное предприятие, продукцией которого является тепловая энергия с отпуском тепла в виде горячей воды и пара. Слово «станция» здесь аналогично значению, используемому в широко известных названиях: «электростанция», «теплоэлектростанция», «гидроэлектростанция».

Термин «районная» означает в данном случае целесообразность строгой привязки КРТС по месту расположения и по подчиненности к административному делению города на районы. То есть, общее количество КРТС должно соответствовать числу районов города, хотя в отдельных случаях могут быть КРТС-1, КРТС-2 и т.д., привязанные к районам теплосетей и к крупным жилым микрорайонам.

Термин «комплексная» в названии КРТС имеет следующий смысл. Производство тепла в КРТС основывается на сжигании твердых бытовых отходов и горючих промышленных отходов параллельно с использованием обычных природных твердых топлив: угля и торфа, а также газа и мазута. Одновременно с производством тепла осуществляется производство изделий из инертных остатков термической переработки твердых отходов и твердых топлив: гранулированного шлака, шлакоблоков, камнелитых изделий и т.п.


Сущность

КРТС проектируется на два вида базового топлива, главное из которых используется постоянно.

В качестве главного базового топлива КРТС должны использоваться твердые бытовые и горючие промышленные отходы. Вторым видом базового топлива должно быть какое-либо природное топливо.

Технологическая схема КРТС включает в себя систему трехсуточного накопления ТБО и ГПО в бункерах с последующим сжиганием в печах, а особо вредных промышленных отходов путем их сброса из автомобилей-мусоровозов непосредственно в загрузочные устройства камер сжигания специальных печей. В технологической схеме КРТС предусмотрены паровые котлы-утилизаторы, тепловые насосы и другие устройства, использующие тепло горячих дымовых газов, выходящих из печей. В качестве рабочих камер (топок) печей применены устройства, позволяющие с необходимой эффективностью перерабатывать любые отходы.


Основания

Предложение об использовании твердых бытовых и промышленных отходов в качестве основного базового топлива комплексных районных тепловых станций основывается на следующем:
  1. Твердые бытовые и промышленные отходы содержат в своем составе горючие компоненты. Теплотворная способность «свежих» несортированных бытовых отходов составляет 1500-2000 ккал/кг, что всего лишь в три раза ниже теплотворной способности торфа и углей, используемых в коммунальной энергетике. Сортированные ТБО могут иметь теплотворную способность до 2000-3000 ккал/кг.
  2. Твердые бытовые отходы «производятся» городским населением в большом количестве: 200 - 400 кг в год на одного жителя. Сжигание этих отходов в КРТС может обеспечить более 15 % годовой нормы теплопотребления в сибирских условиях. Этот показатель может быть существенно увеличен за счет использования твердых горючих хозяйственных и промышленных отходов.
  3. Твердые бытовые отходы являются ЕДИНСТВЕННЫМ топливным ресурсом, постоянно возобновляющимся и постоянно образующимся на любой жилой территории, в любом посёлке, районе, городе.
  4. Система сбора и транспортировки ТБО налажена в достаточной мере.
  5. Существует насущная необходимость решения проблем свалок-полигонов для захоронения ТБО и промышленных отходов, а также решения проблем централизованного уничтожения неутилизируемых промышленных отходов.
  6. Известны многочисленные технические решения, разработки и действующие установки по сжиганию ТБО и промышленных отходов в целях производства тепла (пара и горячей воды), а также использования твердых остатков термической переработки отходов.
  7. Известны технические предложения и отдельные разработки по высокотемпературной схеме сжигания ТБО, позволяющие осуществлять полное уничтожение любых отходов (бытовых и производственных) любых габаритов без какой-либо сортировки и обработки. Такую возможность даёт применение плазменных технологий сжигания в печах с жидкошлаковой ванной и жидким шлакоудалением, а также применение наклонных вращающихся печей.

Полезными продуктами высокотемпературных способов «переработки» ТБО и любых других отходов будут:

а) тепло в виде пара и горячей воды;

б) плавленый шлак (гранулированный или в виде камнелитых изделий или шлакоблоков);

в) черные и цветные металлы.

Те же продукты будут получаться при сжигании твердого природного топлива (или его смеси с ТБО) на поверхности жидкошлаковой ванны котлов специальной конструкции.

  1. Все основное оборудование для создания КРТС уже разработано и может быть изготовлено в России, в частности – паровые котлы на твердом топливе, котлы-утилизаторы, плазменные и дуговые электропечи, тепловые насосы – на предприятиях сибирского региона.
  2. Проблемы теплоснабжения и уничтожения отходов имеют общее и одинаково важное значение для всех городов Сибири и России в целом.



Принципы комплексности

  1. КРТС является комплексным производством с несколькими видами продукции. Основные из них:

а) пар и горячая вода для отопления жилищного и другого фонда района (отдельных жилых зон, микрорайонов и предприятий), а также для других целей хозяйственной и производственной деятельности районов;

б) горячая вода для горячего водоснабжения населения, для общегородских санитарных и других нужд;

в) дисперсный шлак для дорожного, производственного и жилищного строительства;

г) шлакоблоки и монолитные изделия из плавленого шлака для строительных и других целей;

д) вторичные металлы в ломе и слиточном виде.


2. КРТС является комплексным потребителем различных видов топлива:

а) базовое топливо №1 – твердые бытовые и горючие промышленные отходы района;

б) базовое топливо №2 – уголь, торф, газ, мазут;

в) резервное топливо – мазут, газ.


Основные цели


Основные цели создания КРТС:

а) выработка тепла для системы централизованного теплоснабжения и расходуемой горячей воды;

б) уничтожение бытовых и промышленных отходов каждого городского района и, как следствие, улучшение экологической обстановки в городе;

в) ликвидация свалок и высвобождение земли;

г) производство стройматериалов или их компонентов и изделий из плавленого шлака.

Перечисленный комплекс целей создания КРТС основывается на следующем:
  1. Централизованное теплоснабжение является одной из главных жизнеобеспечивающих систем для городского населения в сибирских условиях.
  2. Горячее водоснабжение является важным санитарно-гигиеническим фактором жизнеобеспечения при высокой плотности населения в современных городских домах ив микрорайонах.
  3. Удаление твердых бытовых отходов из жилой зоны городов является важнейшим фактором коммунальной санитарии и гигиены в жилых и других зданиях, в микро- и макрорайонах города.
  4. Уничтожение отходов (в частности, их высокотемпературная деструкция) также является важнейшим фактором гигиены, санитарии и экологии, однако эти задачи города и пригородного района в целом.
  5. Новые типы производств (камнешлаковое литьё и т.д.) должны проектироваться по принципу минимизации выбросов.



Месторасположение


КРТС должны размещаться преимущественно у автомобильных дорог, по которым производится вывоз ТБО из города, с учётом обеспеченности железнодорожной веткой для доставки твердого топлива (угля и др.) и санитарно-экологических требований.

Системы очистки дымовых газов из котлов и печей допускают возможность размещения КРТС в непосредственной близости от жилых зон и автомагистралей, по которым ТБО вывозятся за городскую черту.


Состав


Административно-производственный состав КРТС включает в себя специализированные подразделения:

1) базовый цех №1 – цех выработки тепла от сжигания твердых бытовых и промышленных отходов,

2) цех №2 – цех выработки тепла от сжигания природных топлив,

3) цех теплонасосных установок,

4) цех топлива и топливоподачи,

5) санитарно-экологический цех,

6) цех шлаковых строительных материалов

и другие в соответствии с типовыми схемами и проектами тепловых станций и котельных.


Мощности


По условиям районирования больших городов предлагаемая система новых источников теплоснабжения может состоять из нескольких КРТС различной мощности и состава в соответствии с местными условиями.

Отдельные КРТС должны рассчитываться на тепловую мощность до 100-150 Гкал/ч, в том числе до 25-30 Гкал/ч за счет сжигания 15-20т/час «свежих» ТБО и ГПО. Ежегодное «производство» ТБО в крупных городах составляет сотни тысяч тонн, горючих производственных – десятки тысяч тонн. За счет их использования для целей теплоснабжения могут быть произведены дополнительно многие миллионы гигакалорий тепла в год. С учетом непрерывного режима работы оборудования КРТС для сжигания отходов и изменения помесячного объема потребления тепла, выработка тепла из отходов будет составлять более 45% от годовой выработки.

На свалках, окружающих крупные города Сибири, находятся десятки миллионов тонн ТБО и ГПО. Хотя у лежалых ТБО теплотворная способность ниже (~1000 ккал/кг), чем у «свежих», и постоянно снижается, общий топливно-ресурсный эквивалент по всем свалкам ТБО отдельных городов может составить миллионы тонн условного топлива. Указанные мощности КРТС учитывают сжигание отходов со свалок также в количестве 15-20 тонн в час.


Некоторые принципы регулирования


Котлы-утилизаторы в печах базового цеха №1 и котлы цеха №2 должны работать на общую тепломагистраль.

Котлы-утилизаторы печей должны работать постоянно, поскольку поступление ТБО постоянно и ТБО не должны накапливаться. Общий отпуск пара, тепла и горячей воды регулируется включением-выключением или изменением нагрузки котлов цеха №2. При наличии в КРТС ёмкостей-бункеров для кратковременного накопления отходов обеспечивается непрерывная работа печей и котлов-утилизаторов для поддержания непрерывности горячего водоснабжения районов.

При малом количестве ежедневного поступления твердых отходов из города должны перерабатываться и сжигаться отходы со свалок.

При аварийной остановке КРТС бытовые отходы и ГПО должны вывозиться, минуя КРТС, на старые свалки или на заранее обусловленные резервные полигоны.


Экология


Все печи в цехе №1 должны включать системы дожигания и газоочистки, индивидуальные и групповые с резервированием оборудования.

Типовые котлы №2 оборудуются системами газоочистки в зависимости от допустимой экологической нагрузки от КРТС на городскую среду в месте размещения.

Отходы, признаваемые вредными, сжигаются без какой-либо предварительной обработки.

В КРТС предусматривается оборотная система технической воды для собственных нужд.

Все шламы из отстойников систем водоподготовки, мокрой очистки газов и гидрозолоудаления направляются на передел в высокотемпературные печи цеха №1.

Твердых и жидких отходов от КРТС не предусматривается.


Экономика


В технико-экономическом обосновании на создание КРТС должно быть учтено, что городские ТБО есть СОБСТВЕННЫЙ топливный ресурс города, постоянно возобновляемый. Неиспользование этого ресурса

а) вынуждает к затратам на захоронение ТБО и производственных отходов,

б) ведет к затратам на длительное поддержание основных условий безопасности существования полигонов захоронения отходов,

в) приводит к неполучению пользы и прибыли из-за отчуждения земель под свалки,

г) принципиально ухудшает экологическую обстановку в городе и в пригородной зоне,

д) осложняет топливоснабжение городов.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ


Ожидаемые результаты создания системы КРТС состоят в следующем:
  • Создание условий для экологически замкнутой технологии городской жизнедеятельности.
  • Абсолютное снижение загрязнения окружающей среды.
  • Исключение материальных, финансовых и других затрат, связанных с необходимостью длительного складирования твердых бытовых и промышленных отходов на свалках и захоронения их остатков на полигонах.
  • Возможность полного уничтожения большинства вредных отходов: твердых и жидких, производственных и лабораторных, медицинских и пищевой промышленности, сельскохозяйственных и спецтехнических.
  • Повышение устойчивости и надежности централизованного районного теплоснабжения и горячего водоснабжения.
  • Появление и производство нового строительного материала и изделий из плавленого шлака в больших объемах.
  • Поэтапное вложение капитала и быстрая их окупаемость(~3 года).

В крупных городах ежегодная экономия может составлять сотни тысяч тонн условного топлива (около 100 тысяч тонн условного топлива на 1 млн жителей).