Статья опубликована в журнале «Новости теплоснабжения» №2(90), 2008, )
| Вид материала | Статья |
- Статья опубликована в журнале "Ab Imperio", 885.36kb.
- Статья опубликована в журнале «Международные процессы», 296.22kb.
- Д. П. Антонов Международный центр телемедицины, Москва Статья, 160.44kb.
- Ю. Ю. Шуршуков Управление здравоохранения администрации Липецкой области, г. Липецк, 97.92kb.
- И. С. Тургенева о русском языке статья, 106.01kb.
- Статья опубликована в журнале Управленческий учет и бюджетирование №12 за 2009 год, 90.95kb.
- Впервые статья опубликована в журнале «Маркетинг, Реклама и Сбыт» в №11 (47) за 2005, 771.89kb.
- «Джентльмены удачи», 143.98kb.
- Статья опубликована в журнале Вестник Гуманитарного Института. – 2008., 168.41kb.
- Статья опубликована в журнале "Практический Маркетинг", 195.77kb.
Технологические аспекты использования ТБО в теплоснабжении
Пронина Ольга, «ВНИПИэнергопром»
(Статья опубликована в журнале «Новости теплоснабжения» № 2(90), 2008, www.ntsn.ru)
Общие положения. Предпосылки использования ТБО в качестве топлива
В настоящее время в мире накопилось и продолжает накапливаться огромное количество отходов жизнедеятельности человека. Эти отходы, а их насчитывается миллиарды тонн, отравляют воздух, землю и воды. Постепенно к людям приходит понимание того, что необходимо принимать активные меры по утилизации этих отходов. В развитых странах стремятся решать экологические проблемы в комплексе, как путем усовершенствования производственных технологий, сбора и переработки вторичных ресурсов, так и путем разработки новых технологий утилизации отходов.
Что касается Москвы, то здесь ежегодно образуется порядка 3,6 млн.тонн отходов (из расчета 300 кг/г отходов на 1 человека и 12 млн. человек, проживающих в Москве), согласно Постановлению Правительства Москвы № 219 –ПП от 28.03.06 эта цифра составляет 22 млн. тонн отходов. По данным того же документа средний прирост объемов образования городских отходов на протяжении 10 -15 лет устойчиво составляет 3-4% в год. При таких темпах общий объем отходов производства и потребления к 2010 году превысит 25 млн. тонн, по сведениям того же Постановления (или 4 млн.тонн по расчетам автора).
Правительством Москвы проводится планомерное создание системы промышленной переработки отходов производства и потребления. В городе ежегодно вводится в эксплуатацию в среднем по 2 объекта санитарной очистки. Динамика развития инфраструктуры санитарной очистки города за период 2000 - 2005 годов представлена в таблице 2.
Таблица 1. Динамика развития инфраструктуры санитарной очистки города за период 2000-2005 г.г.
| Год | Мероприятия |
| 2001 г |
|
| 2002 г. |
|
| 2003 г. |
|
| 2004 г. |
|
| 2005 г. |
|
В настоящее время для обеспечения санитарной очистки территории города от отходов производства и потребления из-за дефицита мощностей по их промышленной переработке требуется вывоз значительной части отходов для захоронения на полигонах, расположенных в Московской области. При этом, по данным природоохранных органов Московской области, эксплуатационный ресурс существующих полигонов ограничен 5 -7 годами (в Южном секторе Московской области - 2-3 годами).
В сложившейся ситуации надежность системы санитарной очистки города Москвы на долгосрочную перспективу может быть обеспечена в основном за счет увеличения доли промышленной переработки отходов и снижения объема отходов, подлежащих вывозу и захоронению.
Несколько факторов в пользу строительства мусоросжигающих заводов (МСЗ) по сравнению с другими способами утилизации мусора:
1. Экономия на ГСМ из-за уменьшения допустимого радиуса строительства объекта (строится в черте города в радиусе 10 км). В то время, как для полигонов захоронения отходов радиус транспортировки от городского комплекса составляет ок.30 км. Согласно положениям Концепции обращения с ТБО в РФ 22 декабря 1999 г. N 17, «в связи с ростом городского населения все большее значение приобретает проблема вывоза отходов на дальнее расстояние». Среднее по России расстояние вывоза ТБО составляет 20 км, в крупных городах с населением более 500 тыс. жителей оно возрастает до 45 км и более. По данным обследования 100 городов РФ (без Москвы и Санкт-Петербурга), около 45% всех ТБО транспортируются на расстояние 10 - 15 км, 40% - на 15 - 20 км, а 15% всех отходов - на более чем 20 км. Как показывают статистические данные, дальность вывоза ТБО ежегодно возрастает в среднем на 1,5 км, а себестоимость их транспортировки соответственно на 15 - 20%.»
2. При сжигании одной тонны отходов можно получить 1300 1700 кВт.ч тепловой энергии или 300 550 кВт.ч электроэнергии.
3. Существует возможность реализации получаемого в процессе сжигания ТБО шлака и золы и получения дополнительного дохода.
4. На всех мусоросжигательных заводах обеспечивается утилизация тепла и извлечение черного металлолома.
Однако существуют и несколько факторов против мусоросжигания как одного из способов утилизации ТБО.
1. Главный недостаток мусоросжигательных заводов - трудность очистки выходящих в атмосферу газов от вредных примесей, особенно от диоксинов и оксидов азота. На мусоросжигательных заводах используется одноступенчатая схема очистки газов, что не позволяет реализовать их полную очистку и может вызвать загрязнение воздушного бассейна. В настоящее время разрабатываются технологии более глубокой очистки газов.
В процессе сгорания ТБО на мусоросжигательном заводе наряду с дымовыми газами образуются еще два вида отходов: шлак и зола. Важной задачей при эксплуатации мусоросжигательных заводов является утилизация или захоронение токсичных золы и шлака, масса которых составляет до 30% сухой массы ТБО. Проблема утилизации золы и шлака в настоящее время решена и находится в стадии внедрения. Применяя даже 99-процентную фильтрацию газообразных продуктов сжигания, в воздух все равно попадает часть выбросов, которая при длительной работе будет приводить к накоплению канцерогенов. Кроме того, при сжигании различных видов мусора образуются вещества, которые, вступая друг с другом в реакцию, могут образовать опасные химические соединения.
- Высокие капиталовложения. Строительство завода может обойтись в 140 — 150 млн евро (1000 долл/ тонну), а тариф принятия ТБО или, другими словами, стоимость услуги по сжиганию мусора составляет 100 евро за кубометр, согласно оценкам зарубежных производителей. Для сравнения: сейчас на мусоропереработку кубометра тратится 2 евро. Отсюда значительное увеличение бюджетных потоков города на утилизацию ТБО. Дотации из бюджета г.Москвы в год составляют около 300 млн. руб. по г. Москве и 319,2 млн руб по Санкт-Петербургу, что не сопоставимо мало в сравнении с общей суммой капиталовложений.
- Обеспечение гарантированной поставки сырья. По мнению специалистов, объемы сжигания мусора на таком заводе большие, и, чтобы не допускать убыточности подобного проекта, руководству города необходимо поддерживать определенный установленный ввоз мусора на завод.
- Для наилучшей работы мусоросжигающего завода необходимо соблюдать определенную морфологию, т.е. состав сжигаемых отходов.
Одним из путей решения множества трудностей, связанных со строительством МЗС является комбинирование такого завода с энергетическим оборудованием для получения различных энергоносителей на ТЭЦ.
Использование комбинирования МСЗ и ТЭЦ.
На сегодняшний день термической переработке подвергается около 15% ТБО жилого сектора г. Москвы. Около 1 млн. тонн ТБО (27%) поступает на городские мусороперегрузочные и мусоросортировочные станции, где ТБО подвергаются переработке: прессованию, брикетированию и сортировке ("Котляково"). Прямой вывоз на полигоны Московской области составляет 40%, общий вывоз - порядка 62%. Информация об утилизации ТБО представлена на рис. 1.
За счет ввода в эксплуатацию строящихся заводов N1 и N3 мощность по термической переработке ТБО к 2008 году должна возрасти до 50% от суммарного объема мусора.
По мнению мэра Москвы Юрия Лужкова, в каждом административном округе столицы необходимо построить мусороперерабатывающие предприятия. «Проблема вывоза мусора на полигоны резко усложнилась. Во всех префектурах должны быть созданы площадки для переработки мусора, в первую очередь для его сжигания», - заявил Ю.М. Лужков на заседании правительства Москвы 12.06.07. По его словам, ближайшее Подмосковье уже не может принимать вывозимый из столицы мусор. С июня 2007 года московский мусор будет утилизовывать завод по промышленной переработке на юге столицы. «Мы модернизируем и вводим в эксплуатацию мусоросжигающие и мусороперерабатывающие заводы. Так, в июне этого года в Южном административном округе введем современный завод по промышленной переработке мусора», - сказал первый заместитель мэра Москвы, руководитель комплекса городского хозяйства Петр Аксенов. «Мы будем делать все, чтобы в Москве была налажена нормальная цивилизованная промышленная переработка мусора».
Во всех развитых странах мира уже давно практикуется использование ТБО и промышленных по типу бытовых в качестве достаточно калорийного топлива при низшей рабочей теплоте сгорания (Qрн) от 5,2 до 16,5 МДж/кг. В результате экологически чистого сжигания такого топлива обязательно используется вырабатываемая энергия. В России ежегодно используется в качестве топлива менее 1% ТБО (из 40 млн.тонн бытовых отходов), что ничтожно мало по сравнению со Швейцарией (80 %), Данией (80%), Японией (85%), Францией (65%), Германией (60%) и некоторыми другими странами.
Опыт освоения отечественных теплоэлектростанций, работающих на ТБО (т.е. с выработкой электроэнергии), ограничивается пока двумя предприятиями ГУП «Экотехпром» г.Москвы: ТЭС, использующая альтернативный вид топлива в Алтуфьеве (МСЗ № 2) и МСЗ № 4, входящий в комплекс по обезвреживанию и переработки твердых бытовых и биологических отходов в Руднево.
Сжигание мусора не решает проблему электро- и теплоснабжения – теплота сгорания городского мусора в несколько раз ниже, чем угля, общее количество тепла, которое можно получить, в разы меньше потребности города – источника этого мусора, а стоимость тепла, с учетом затрат на транспорт и охрану окружающей среды, выше чем местного угля или газа.
Табл.2 Теплота сгорания различного вида топлива
| Топливо | Теплота сгорания, МДж/кг |
| Природный газ | ~ 36 |
| Мазут | ~ 40 |
| Кузнецкий уголь | ~ 18 - 25 |
| Подмосковный уголь | 10,5-11,7 |
| ТБО | 5,2-16,5 |
В качестве доказательства вышесказанному, приведем расчет возможного эффекта в виде количества сэкономленного органического топлива от сжигания ТБО.
Учитывая, что количество отходов производства и потребления, приходящееся в год на одного жителя Москвы, составляет примерно 300 кг/чел.год, рассмотрим несколько вариантов расчета: с низшей теплотой сгорания ТБО Qрн ТБО = 7,5МДж/кг и Qрн ТБО = 8,4 МДж/кг, в зависимости от способа утилизации отходов. Полученные результаты приведем в таблице:
Таблица. 3. Экономия органического топлива при сжигании ТБО, приходящаяся на одного жителя города Москвы.
| Показатель | Вар. 2 | Вар. 1 |
| Кол-во жителей г.Москвы, млн. чел. | 12 | 12 |
| Кол-во отходов на 1 человека в г. Москве, кг/чел.год | 300 | 300 |
| Расход топлива на 1 человека на отопление, вентиляцию, ГВС, (Москва) кг у.т./год | 1540 | 1540 |
| Низшая теплота сгорания ТБО, (Ккал/кг) | 1 791 | 2 006 |
| Теплота сгорания условного топлива, Ккал/кг у.т. | 7 000 | 7 000 |
| Низшая теплотворная способность природного газа, ккал/нм3 | 8200 | 8200 |
| Тепло от сжигания ТБО, приходящееся на одного жителя, ГДж/чел.год | 2,25 | 2,52 |
| Экономия условного топлива в год на 1 человека, кг у.т./чел.год: | 76,79 | 86,01 |
| Процент тепла от ТБО в потребном количестве на отопление, вентиляцию, ГВС на 1 чел. | 4,99 | 5,58 |
| Кол-во тепла в год от сжигания ТБО, т.у.т./г | 921 502 | 1 032 082 |
| Кол-во энергии, кот. м.б. использовано внешними потребителями, ту.т./г | 368 601 | 412 833 |
| Экономия природного газа, млн.нм3/г | 315 | 352 |
Из таблицы видно, что в относительном выражении около 5 % объема условного топлива, необходимого для жизнеобеспечения жителя г.Москвы, можно сэкономить при термической переработки ТБО. Если перевести относительные показатели в абсолютные значения, то, принимая в расчетах, что Qрн ГАЗА = 8200 ккал/нм3, получатся следующие результаты:
Можно предположить, что примерно 50 -70 % энергии, вырабатываемой на московских МСЗ, может быть использовано внешними потребителями, главным образом, в системах теплофикации и централизованного теплоснабжения города, а также для электроснабжения отдельных предприятий.
Однако, для обеспечения заметной роли ТБО в топливно-энергетическом балансе регионов России, необходимо включение технологии переработки ТБО в общую схему теплоснабжения района. Российские особенности утилизации мусора - это так называемый нераздельный сбор мусора, когда весь мусор сваливается в один контейнер, т.к. коммунальным службам пока не удается организовать сортировку ТБО на стадии сбора. Сортировочные и мусоросжигающие предприятия могут быть хоть как-то рентабельны только при крупных объемах переработки мусора, потому-то они работают в Москве, Питере и Екатеринбурге.
Зарубежный опыт термической переработки отходов.
Информация об утилизации ТБО в странах Западной Европы, США и Японии, а также данные о количестве отходов, используемых в качестве топлива по ряду стран в 2001г. представлена в таблице 3.
Таблица 4 Утилизация отходов в странах Западной Европы
| Страна | Термич. переработка, % | Захоронение, % | Кол--во сжигаем. отходов, тыс.т/год |
| Австрия | 48 | 36 | 500 |
| Бельгия | 55 | 27 | 2300 |
| Германия | 43 | 34 | 17000 |
| Люксембург | 50 | 50 | |
| Нидерланды | 45 | 42 | 4900 |
| США | 15 | 55 | 30000 |
| Япония | 74 | 15 | |
Рис. 2 Доля термической переработки отходов от размера общей суммы утилизации ТБО
Из таблицы и графика видно, что доля промышленной переработки в среднем составляет 40-50% (!).
Наибольших успехов в термическом обезвреживании отходов с использованием их для выработки электрической и тепловой энергии добились наименьшие по территории развитые страны, так как здесь резко ограничены возможности для размещения полигонов по захоронению отходов. Это такие страны, как Дания, Бельгия, Нидерланды, Швейцария.
Технологические процессы комбинирования МСЗ и энергетического оборудования.
Возможно несколько вариантов схем комбинирования МСЗ и энергетического оборудования для получения различных энергоносителей. Мусоросжигательные заводы сооружаются как утилизационные котельные (УК), так и ТЭЦ (УТЭЦ):
1. Котельная и МСЗ; конечным продуктом является тепловая энергия.
2. ТЭЦ со сжиганием ТБО; конечным продуктом является тепловая и электрическая энергия (или только электроэнергия)
2.1. ТЭЦ, сжигающие ТБО на базе ПТУ;
2.2. ТЭЦ, сжигающие ТБО на базе ГТУ;
2.2. ТЭЦ на базе ПГУ, сжигающие совместно с ископаемым топливом ТБО (или топливо из ТБО);
УК оснащаются паровыми котлами-утилизаторами с параметрами пара, как правило, давлением 1,4-2,4 МПа температурой до 250 – 300 0С, при слоевом сжигании топлива на специальных решетках различных систем (в том числе «кипящего» слоя), но с глубокой шнуровкой слоя горящих отходов. Иногда котлы-утилизаторы применяются водогрейные.
УТЭЦ оснащены турбогенераторами с турбинами различного назначения:
- теплофикационными для выработки электроэнергии с отбором пара низкого давления и тепла как для собственных нужд МСЗ, так и отдачи внешним потребителям через электрические и тепловые сети городов;
- производственными с отборами пара повышенного давления, обеспечивающие технологические и коммунальные нужды предприятий,
- а также чисто конденсационными, вырабатывающими только э/энергию.
Для наибольшей наглядности особенности реализации каждой из схем комбинирования, приведем российский и зарубежный опыт применения описанных технологий, а также перспективные разработки в данной области.
1. Котельная и МСЗ, конечным продуктом является тепловая энергия.
Санкт- Петербург. В Санкт-Петербурге предполагается строительство пилотной установки для сжигания твердых горючих отходов производительностью 75 -100 тыс. м3 в год. Технология разработана Институтом химической физики РАН. Процесс сжигания предполагается осуществлять в две стадии. На первой стадии твердые отходы превращаются в газообразный горючий продукт-газ, а на второй - полученный газ сжигается в паровом или водогрейном котле. Суммарный коэффициент тепловой мощности составляет примерно 95%. Таким образом, при работе мини-ТЭЦ на отходах можно обеспечить горячей водой и отоплением несколько больших домов. Исходя из этого, располагать установку наиболее рационально следует в том районе города, где есть проблемы с транспортировкой отходов, и имеется потребность в дополнительной тепловой энергии. Один из вариантов - использование установки в порядке модернизации старых угольных ТЭЦ. Перед тем как отходы будут подвергаться сжиганию, они пройдут первичную сортировку и измельчение до требуемых линейных размеров кусков - в пределах 20 на 20 см.
Предлагаемая технология обеспечивает допустимый уровень образования диоксинов. Максимальная температура (1000-1200 градусов) и время горения в зоне газификации гарантируют уничтожение диоксинов. После первой стадии сжигания нет выбросов в атмосферу, так как весь продукт-газ идет в горелку на выработку тепла. Низкие линейные скорости газового потока в реакторе и его фильтрация через слой исходного перерабатываемого материала обеспечивают крайне низкий вынос пылевых частиц с продукт-газом. В результате появляется возможность значительно сократить капитальные затраты на газоочистное и энергетическое оборудование. Таким образом, сжигание в две стадии позволяют резко уменьшить образование диоксинов и обеспечить допустимые нормы.
Что касается образующейся золы, то предлагается технология, позволяющую перерабатывать золу в химически нейтральный, механически достаточно стойкий продукт, который можно использовать даже при строительстве без всяких опасений. Из золы получаются керамические шарики, в которых имеется тройная физико-химическая защита поступления тяжелых металлов в окружающую среду. Степень вымываемости тяжелых металлов из таких шариков в тысячи раз меньше, чем из самой золы. Это переводит золу в безопасное состояние, т.к. простое замешивание в цемент означает просто отсрочку негативных последствий, поскольку цементные блоки недолговечны.
Заводы по термическому обезвреживанию ТБО еще с 1970-х г. Работали и в других городах России (Владивосток, Мурманск, Сочи, Пятигорск и в странах СНГ и др.). Это были предприятия первого поколения, в настоящее время они подлежать реконструкции. Представляется, что реконструкция существующих МСЗ и их превращение в УТЭЦ при эксплуатации предприятий квалифицированными энергетиками позволит и эти заводы довести до уровня зарубежных.
2. ТЭЦ на базе ПТУ, сжигающие совместно с ископаемым топливом ТБО (или топливо из ТБО).
США. По данным доклада JSWA, в США функционируют 102 предприятия, вырабатывающих энергию на базе термического обезвреживания ТБО. Более 30 млн.т. в год используется для генерирования энергии. Этой энергии достаточно, чтобы обеспечить ею 2,4 млн. жилых домов.
Известно, что топливо из отходов в США (т.н. Refusederived fuel - сокращенно RDF) применяется с 1974 г. Предварительная подготовка RDF заключается в отборе из ТБО металла и стекла, после чего отходы подвергаются измельчению, аэросепарации, где легкие фракции (~ 85% от массы ТБО) потоком воздуха относятся в специальный бункер, в котором скапливается топливо из отходов. RDF обладает теплотой сгорания в среднем 16,5 МДж/кг на сухую массу при средней зольности ~ 28 %. В качестве примера рассмотрим электростанцию в Сент-Луисе, где сжигается смесь из 85% углей с теплотой сгорания на рабочую массу 23 МДж/кг и 15 % RDF с теплотой сгорания на рабочую массу 13,9 МДж/кг. RDF содержит меньше серы, чем уголь. Из 170 тыс.т/г ТБО в Сент-Луисе извлекают 135 тыс.т/г топлива, которое поступает в шахтную мельницу энергетического котла электростанции, подсушивается, превращается в пыль и вдувается горячим воздухом в топку котла.
Таким образом, решаются четыре задачи:
- обезвреживается ТБО,
- на переработку поступает металл и стекло,
- экономится ископаемое топливо и
- снижается выбросы в атмосферу сернистого ангидрида.
Франция.
Интересен опыт переработки ТБО в парижском агломерате Иль-де-ЭФранс с общей численностью населения 5,5 млн.человек. Здесь собирается 2,9 млн.т/г бытовых отходов и тех, которые к ним относятся (528 кг/(чел.*г). При условии, что 80 % жителей проживают в многоэтажных домах, к 2001 г. ставится задача добиться утилизации 75 % различной бытовой упаковки.
В 2001г. Три крупных МСЗ обезвредили 1,96 млн.т так называемых смешанных отходов и выработали 288 млн. кВт*ч электроэнергии, 4,7 млн.т пара. Принципиальная схема крупной мусоросжигательной УТЭЦ Исси-Ле-Мулино в Париже представлена четырьмя котлами, сжигающими в год 600 000 т ТБО и двумя турбинами – одной с противодавлением мощностью 9 МВт и второй конденсационной мощностью 16 МВт. УТЭЦ в год вырабатывает электроэнергию в количестве 82 500 МВт*ч и пар 1,25 млн.т, отдавая во внешние сети около 80 % этой продукции. Кроме того, 128,7 тыс.т/г шлака перерабатывается в готовую продукцию, 11,1 тыс.т/г металла, 418 т/г шламов газоочистки и 12,6 тыс.т/г золы также продаются потребителям.
3. ТЭЦ на базе ПГУ, сжигающие совместно с ископаемым топливом ТБО (или топливо из ТБО)
Германия.
На ТЭЦ электростанции (ПГУ) Германии Volklingen в топке-сателлите сжигаются отработанные ТБО – так называемый коломат-топливо из отходов, а газы из этой топки поступают в топку энергетического котла. На ТЭЦ установлен прямоточный паровой котел, паропроизводительностью 530 т/ч пара с расходом высокозольного каменного угля 90 т/ч. Уголь в виде пыли через специальные горелки вдувается горячим воздухом в топку котла. Две топки-сателлиты, т.е. предвключенные к энергетическому котлу сжигают топливо из ТБО (коломат), в «кипящем» слое, в котором расположены змеевики для подогрева воздуха, направленного в газовую турбину.
Топки-сателлиты рассчитаны на сжигание 20 т/ч коломата каждая (~ 40 % от количества сжигаемого угля), их теплота сгорания 10 МДж/кг. На ТЭЦ установлены две турбины: паровая мощностью 195 МВт и газовая мощностью 42,5 МВт. Примечательно, что атмосферный воздух, втягиваемый и компремируемый компрессором газовой турбины, нагревается за счет сжигания коломата в топке-сателлите до 700 0С, а затем догревается газом, поступающим в камеру сгорания газовой турбины до 800 0С. Первичный воздух подается под слой топок-сателлитов в смеси с отработанными газами котла. Такая же смесь поступает и в пылеугольные горелки котла. Особенностью этой ТЭЦ, сжигающей топливо из ТБО в топках-сателлитах, является то, что дымовые газы газовой турбины в смеси с газами котла и предвключенных топок проходят пылеуловитель, направляются на обессеривание в специальную установку, а затем очищенные дымовые газы, смешиваясь с градирными средами, через градирню удаляются в атмосферу.
Россия. (Топливо – газ, ТБО)
Москва. Топки с вихревым «кипящим» слоем установлены на МЗС № 4 по термическому обезвреживанию ТБО с предварительной частичной сепарацией отходов. В энергетической практике во всем мире сжигание твердых низкокалорийных топлив в слое, когда само топливо набрасывается на толщу инертного материала, разогретого до достаточной высокой температуры и «бурлящего» под напором подаваемого из подрешеточного пространства воздуха через множество отверстий в решетке, практикуется достаточно давно. В Японии, Германии, Франции, Австрии, Испании и др. и продолжают сооружаться МСЗ, сжигающие отходы в топках «кипящего» слоя.
На МЗС № 4 будут функционировать три технологические линии, топки которых будут сжигать по 13,5 т/ч топлива из ТБО. Предприятие уже выходит на расчетную мощность. Топки, выполненные по лицензии японской фирмы «Эбара», поставлены фирмой «Хельтер АБТ» (Германия).
Над топками установлены горизонтальные паровые котлы Подольского котельного завода производительностью 26-30 т/ч пара при давлении 1,6 МПа и темературе 310 0С. Каждая технологическая линия оснащена четырехступенчатой очисткой уходящих газов. На заводе производительностью по сжигаемым отходам ~ 260 000 т/г установлены две паровые турбины с производственными отборами пара электрической мощностью по 6 МВт каждая. Предприятие должно работать при коэффициенте использования основного оборудования технологической линии ~ 0,84 при работе на полную мощность.
При Qрн ТБО = 8,4 МДж/кг (~2 000 ккал/кг) выработка теплоты составляет 283 000 Гкал/г, электроэнергии – 105 000 МВт*ч/г, что полностью покроет потребности в энергии на собственные нужды, в том числе на переработку шлака и золы в полезные продукты, включая потребности в энергии завода «Эколог», расположенном вблизи МСЗ, а также обеспечит выдачу во внешние сети значительного количества энергии. На МСЗ установлены два паровых котла Б – 2,5-1,6 – 310 (2*25 т/ч), работающих на природном газе, что позволит при остановке одной из линий на профилактику и ремонт не снижать выработку электроэнергии в течение года.
Кемеровская область. Администрация Кемеровской области и ЗАО «Московская областная энергетическая инвестиционная корпорация» подписали протокол о намерениях «О строительстве ТЭЦ, работающей на отходах в Междуреченске». Подписали протокол о намерениях губернатор Кузбасса Аман Тулеев и генеральный директор ЗАО «Московская областная энергетическая инвестиционная корпорация» Юрий Трефилов. По данным пресс-службы обладминистрации, протокол предусматривает строительство предприятия по утилизации твердых бытовых и промышленных отходов с выработкой тепловой и электрической энергии, и производством из несгораемых остатков строительной плитки. Мощность предприятия составит до 200 тысяч т отходов ежегодно по переработке, электрическая мощность – около 100 мВт. Ориентировочный объем инвестиций при реализации проекта оценивается в сумме более 3 млрд. рублей. Протоколом предусмотрено, что ЗАО «Московская областная энергетическая инвестиционная корпорация» выступит в роли инвестора-застройщика, генерального проектировщика, генподрядчика и эксплуатирующей организации. В ближайшее время предусмотрен выбор земельного участка под строительство и разработка проекта. Ввод предприятия в эксплуатацию намечен протоколом на 2009 год.
Из изложенного следует, что по уровню техники и технологии экологически чистого термического обезвреживания ТБО Москва не отстает от стран дальнего зарубежья. Можно полагать, что к 2008 г. МСЗ Москвы будут перерабатывать ~ 720 тыс. т/г ТБО, что составит к уровню накопления в 2006 г. 31,7 % бытовых отходов жилого сектора, или 19 % от собираемых в 2003 г. в городе таких отходов и по нежилому сектору.
Финансирование различных программ по реализации строительства МСЗ в г. Москве.
"Вывозить мусор на полигоны не выгодно ни по экономическим, ни по экологическим причинам. Поэтому в Москве принята программа по утилизации мусора, которая предусматривает: строительство мусоросжигающих заводов, мусоросортировочных и перерабатывающих производств", - отметил руководитель комплекса городского хозяйства Петр Аксенов. Некоторые запланированные программой мероприятия в части термической переработки ТБО приведены в нижеследующей таблице:
Табл. 5 Мероприятия целевой среднесрочной экологической программы города Москвы на 2006-2008 гг.
| № | Мероприятие | Основание | Ответственные за реализацию мероприятия | Ожидаемые результаты | |
| 1 | Система управления промышленными и бытовыми отходами | ||||
| 1,3 | Создание и развитие мощностей по переработке и захоронению отходов: реконструкция производств по переработке и утилизации отходов, завершение строительства производств по переработке и сортировке отходов, строительство производств по сбору, переработке, захоронению и обезвреживанию отходов. | ||||
| 1.3.1 | Реконструкция МСЗ опытно-энкспериментального завода № 1 мощностью 360 тыс. т/год | ППМ: от 03.05.2005 N305-ПП, от 17.12.2002 N1030-ПП, от 25.02.2003 N102-ПП, от 25.02.2004 N 104-ПП | УОПП, ООО «БУДАГЕП-БУДАЛЮК С», Венгрия | Уменьшение объемов захоронения ТБО на 360 тыс.тонн/год. Дополнительная выработка э/энергии для нужд городского хозяйства. | |
| 1.3.2 | Реконструкция МСЗ №3 мощностью 360 тыс.тонн/год | То же | УОПП, фирма «ЕФН-АГ» (Австрия) | Уменьшение объемов захоронения ТБО на 360 тыс.тонн/год. Дополнительная выработка э/энергии для нужд городского хозяйства в год и выработка тепловой энергии. | |
| 1.3.5 | Реконструкция спецзавода №2 ГУП «Экотехпром» с целью увеличения мощностей со 130 до 180 тыс.тонн/год | То же | УОПП, ГУП «Мосэкострой» | Уменьшение объемов захоронения ТБО на 50 тыс.тонн/год. Дополнительная выработка э/энергии для нужд городского хозяйства. | |
| 1.3.6 | Увеличение производственной мощности МСЗ № 4 ГУП «Экотехпром» (Промзона «Руднево») с 250 до 600 тыс.тонн ТБО в год | То же | УОПП | Уменьшение объемов захоронения ТБО на 350 тыс.тонн/год. Дополнительная выработка э/энергии для нужд городского хозяйства. | |
Исходя из представленных данных, можно приблизительно оценить качественный ожидаемый результат мероприятий в количественном виде. Например, определим дополнительную выработку э/энергии для нужд городского хозяйства после реконструкции МСЗ № 1. Как следует из таблицы, мощность завода увеличится на 360 тыс.тонн/год.
Таблица 6. Расчет дополнительной выработки электроэнергии после реконструкции МСЗ №1
| Мощность МСЗ № 1, тыс.тонн/год | 360 |
| Кол-во тепла, получаемое в год при сжигании ТБО, Гкал/год | 722160 |
| Расход условного топлива, тут/год | 103 |
| КПД установки по преобразованию энергии ТБО в электроэнергию, % | 15 |
| Удельный расход условного топлива, г.у.т./кВт*час | 820 |
| Выработка эл/энергии, млн.кВт*час/год | 126 |
| Расход эл/энергии на собственные нужды завода, млн. кВт*час/год | 50 |
| Отпуск эл/энергии стороннему потребителю, млн. кВт*час/год | 75 |
Что касается вопросов финансирования мероприятий Программы - к проектам привлекаются денежные средства частных инвесторов. Это положение нашло отражение в Целевой среднесрочной экологической программе г.Москвы на 2006 – 2008 г.г.
Табл. 7 Объемы и источники финансирования мероприятий программы
| № п/п | Мероприятия программы | Государственный заказчик | Сроки реализации по годам | Объемы и источники финансирования | ИТОГО | ||||||||
| Городской бюджет (млн.руб.) | ЦБТЭФ (млн.руб.) | Привлеченные | ЦБФРТ | ||||||||||
| НИОКР | (АИП) | др.расходы бюджета | НИОКР | ПИР | Кап.расходы | Текущие расходы | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |
| 1.3 | Создание и развитие мощностей по переработке и захоронению отходов: реконструкция производств по переработке и утилизации отходов, завершение строительства производств по переработке и сортировке отходов, строительство производств по сбору, переработке, захоронению и обезвреживанию отходов | ||||||||||||
| 1.3.1 | Реконструкция МСЗ опытно-энкспериментального завода № 1 мощностью 360 тыс. т/год | ДГПРиР | 2006 | | 50 | | | | | | 636 | | 686 |
| 2007 | | | | | | | | 3180 | | 3180 | |||
| 2008 | | | | | | | | 2544 | | 2544 | |||
| Всего | 0 | 50 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 6360 | 0 | 6410 | |||
| 1.3.2 | Реконструкция МСЗ №3 мощностью 360 тыс.тонн/год | 2006 | | 66,3 | | | | | | 636 | | 702,31 | |
| 2007 | | | | | | | | 3180 | | 3180 | |||
| 2008 | | | | | | | | 2544 | | 2544 | |||
| Всего | 0 | 66,3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 6360 | 0 | 6426,31 | |||
| 1.3.5 | Реконструкция спецзавода №2 ГУП «Экотехпром» с целью увеличения мощностей со 130 до 180 тыс.тонн/год | 2006 | | 4,05 | | | | | | 675 | | 679,05 | |
| 2007 | | 77 | | | | | | | | 76,95 | |||
| 2008 | | | | | | | | | | 0 | |||
| Всего | 0 | 81 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 675 | 0 | 756 | |||
| 1.3.6 | Увеличение производ-ой мощности МСЗ № 4 ГУП «Экотехпром» с 250 до 600 тыс.тонн ТБО в год | 2006 | | | | | | | | | | 0 | |
| 2007 | | | 50 | | | | | | | 50 | |||
| 2008 | | | | | | | | | | 0 | |||
| Всего | 0 | 0 | 50 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 50 | |||
Примечание:
АИП - Адресная инвестиционная программа г.Москвы
ЦБФРТ - Целевые бюджетные фонды развития территорий города Москвы.
ДГПРиР - Департамент градостроительной политики, развития и реконструкции города Москвы ЦБТЭФ - Целевой бюджетный территориальный экологический фонд
ПИР - проектно-изыскательские работы
Здесь представлены некоторые отрывки приложения, касающиеся только утилизации ТБО на МСЗ.
 Рис.3 Источники финансирования различных мероприятий целевой среднесрочной экологической программы города Москвы на 2006-2008 г.г. |
Из Табл. 5 и рис. 3 видно, что основной источник инвестиций – это привлеченные средства.
Перспективы
По мере роста объемов производства и роста благосостояния жителей планеты удельная масса отходов на каждого жителя растет и в скором времени может достигнуть массы в 600-700 кг/чел. в год. Справиться с задачей возврата подавляющей части отходов в сферу полезного повторного использования – одна из важнейших задач человечества. Решение этой задачи возможно при круглогодичном сжигании ТБО на предприятиях по их термической переработке.
Использование ТБО, включая промышленные отходы по типу бытовых, в качестве топлива с использованием энергии при ее преобразовании в электрическую и тепловую; механико-химическая очистка уходящих из котлов газов; внедрение новых технологий сжигания, в том числе в так называемых топках с «кипящим» слоем; полезное использование ряда составляющих отходов, в том числе шлаков, золы, металлов, - все это имеет огромное значение с точки зрения экономии ископаемого топлива, материалов, но, главным образом, охраны природы, воздушного и водного бассейнов в Москве и Московской области путем постепенного закрытия существующих свалок и отказа от выделения новых земель для их организации.
Наряду с общепринятыми (традиционными) схемами сжигания ТБО с использованием тепловой и электрической энергии в системах энергоснабжения городов, в том числе в Москве, имеется богатый опыт европейских стран в схемных решений, приводящих к комбинированным источникам энергоснабжения. В составе таких источников используется наряду с технологическими линиями обезвреживания ТБО с выработкой энергии не только энергетическое оборудование в виде парогенераторов, но и газотурбинные установки (ГТУ), парогазовые установки (ПГУ).
Достоинства совмещенной (интегральной) компоновки ТЭС для сжигания природного топлива и ТБО:
1. Существенное повышение эффективности применения ТБО как топлива для выработки электроэнергии и достижение удельных показателей, близких к серийно применяемым ТЭС, можно достигнуть за счет частичного замещения энергетического топлива бытовыми отходами. Доля ТБО по количеству тепла может составлять примерно 10% от тепловой мощности котла станции. В этом случае только за счет повышенных параметров пара и увеличенной мощности котлов и турбин эффективность использования бытовых отходов повысится в 2 3 раза.
Существенный экономический эффект может быть получен за счет снижения капитальных вложений благодаря использованию существующей на ТЭС инфраструктуры и сокращению расходов на газоочистное оборудование.
2. Энергетическое топливо, в том числе и бурый уголь, имеющий практически равноценные энергетические показатели с твердыми бытовыми отходами, надо покупать, а ТБО, напротив, принимается с денежной доплатой.
Основные проблемы, сопутствующие использованию ТБО в качестве топлива для получения энергии, для России, и для Москвы в частности, следующие:
1. Эффективная утилизация тепла, образующегося при сжигании отходов, и, прежде всего, проблема, связанная со сбытом вырабатываемой энергии. Нестабильность выработки электроэнергии вследствие сезонных и суточных колебаний количества и качества ТБО, а также при остановах технологических линий затрудняет ее сбыт в электрические сети.
2. Наиболее актуальным на сегодняшний момент является вопрос эффективного преобразования энергии ТБО в электрическую, т.к. абсолютный электрический КПД не превышает 14-15 %, в то время как за рубежом вновь вводимые в эксплуатацию установки, сжигающие ТБО, имеют абсолютный электрический КПД примерно 22%.
Литература.
- Б.И. Левин, А. А. Бутко. Использование отходов в качестве топлива путем экологически чистого обезвреживания с выработкой энергии (применительно к городскому хозяйству Москвы) / Под ред. Б.И. Левина. – М.: Изд-во Прима-Пресс-М, 2005. 128 с.
- Постановление Правительства Москвы № 219 –ПП от 28.03.06 «О целевой среднесрочной экологической программе г. Москвы на 2006 – 2008 г. (редакция на 05.12.2006)»
- Федоров Л., Маякин А. Теплоэлектростанции на бытовых отходах.// Энергетика и промышленность России. 2006. № 6.
- Тугов А. Н., Москвичев В. Ф., Рябов Г. А. Опыт сжигания твердых бытовых отходов на отечественных ТЭС. // Теплоэнергетика. 2006. № 7
Журнал «Новости теплоснабжения» № 2(90), 2008, www.ntsn.ru