Твердые бытовые отходы как топливо.
Начавшись, процесс горения сопровождается выделением газообразных продуктов сгорания и твердых очаговых остатков. Первые имеют достаточно высокую температуру (порядка 800-12000 С). Важно иметь в виду, что процесс горения топлива в состоянии поддерживаться либо самопроизвольно, либо принудительно до полного исчерпывания горючих веществ в очаге горения. Очевидно, что практическое применение могут иметь такие виды топлива, которые отвечают трем обязательным условиям:
Прежде всего, топливо должно быть достаточно доступным для его массового использования и, следовательно, распространенным. Нетрудно видеть, что ТБО отвечают наилучшим образом этому условию. В России ежегодно образуется около 40 млн. т ТБО. Увеличение ТБО на душу населения в среднем каждый год составляет 4-5%, что в 3 раза превышает скорость роста населения в мире. Таким образом очевидно, что ресурсы ТБО неисчерпаемы, так как они все время воспроизводятся населением, проживающим на данной территории.
Вторым обязательным условием является достаточная химическая активность топлива, которая обеспечивает возникновение его горения в кислороде воздуха. На свалках, особенно неорганизованных, наблюдается самовозгорание отходов. Это происходит в том случае, если их масса и толщина слоя достаточны для создания условий, при которых потери теплоты в окружающую среду становятся меньше, чем количество теплоты, выделяющиеся при их биохимическом разложении. Таким образом, активность ТБО по отношению к кислороду воздуха не вызывает сомнений при соблюдении определенных условий.
Третьим обязательным условием является наличие достаточно значительных тепловыделений на единицу массы сжигаемого вещества. Исследования показали, что по элементарному составу ТБО и «молодые» ископаемые топлива (бурые угли, сланцы, дрова, торф) располагаются в одной и той же области значений. Из чего следует, что тепловыделения на единицу массы у них примерно одинаковые.
Как правило, сжигая 1т ТБО в современных котельных агрегатах, специально созданных для этой цели, можно заменить по энергетическому эквиваленту около 150-160 кг нефти.
2. Установки по термическому обезвреживанию тбо
Обезвреживание ТБО термическим методом начало практиковаться многие десятилетия назад. Такое обезвреживание наносило огромный вред окружающей среде именно потому, что проводилось крайне упрощено, без соответствия инженерных решений.
Так в США усовершенствованная печь для сжигания ТБО, которая устанавливалась в подвале здания, а газоход пронизывал все этажи строения. Несмотря на то, что температура горения в такой печи поддерживалась на уровне 8000 С с помощью мазутного топлива, отсутствие какой-либо очистки уходящих газов вызывало забрасывание кровли здания и прилегающей территории потоками сажи и пыли, содержащими как тяжелые металлы, так и всю гамму вредных составляющих в газах. Естественно, от такого обезвреживания вскоре отказались.
На втором этапе создания установок по термическому обезвреживанию ТБО появились так называемые районные печи с бункером приема отходов, из которого они грейфером подавались на наклонную колосниковую решетку с элементарной шуровкой слоя. При этом воздух на поддержание горения ТБО отсасывался специальным вентилятором из верхней части бункера и подавался под решетку без разделения на зоны подачи. Уходящие из печи газы перед выходом в дымовую трубу, работающего на самотяге, проходили через систему дождевания водой, которая затем собиралась в шлакосборнике. Шлак транспортером подавался в шлакоприемный бункер и вывозился на свалку вместе с золой, «вымытой» из потока газов.
За последние десятилетия термические методы обезвреживания ТБО серьезно усовершенствовались, а установки превратились в утилизационные котельные (УК) или утилизационные тепловые электростанции (УТЭЦ), которые мы рассмотрим ниже.
На рис. 1 изображена конструкция технологической линии утилизационной котельной, использующей ТБО в качестве топлива и вырабатывающей в котлах-утилизаторах перегретый пар с низкими параметрами (давление 1,4 МПа; температура 250 0 С ). Таких линий в УК, как правило, три. При каждом из котлов сжигается 15 т/ч несортированных ТБО с теплотой сгорания от 1000 ккал/кг до 1800 ккал/кг, а парогенератором вырабатывается пар в количестве от 25 до 45 т/ч.
На рисунке показано, что отходы из мусоровозов, находящихся в отделении 1, сбрасываются в бункер 3 и краном 5, управляемым дистанционно из стационарной кабины, подаются на решетку 7 котла 15, где сгораю. Горение обеспечивается горячим воздухом, забираемым из верхней части бункера 3 и поступающим под колосники решетки, а очаговые остатки (шлак) и так называемый провал из-под колесников шлакоудалителем 8 подаются в бункер 9, оттуда вывозятся за пределы завода. Уходящие с температурой около 2500 С газы очищаются от пыли в электрофильтре 16, аппаратах 17 химической очистки и с помощью дымососа 18 через дымовую трубу уходят в атмосферу.
С целью удаления диоксинов и фуранов на выходе из топки котла поддерживается температура газов 850-9000 С, а газы выдерживаются в топочной камере не менее 3с. В топочную камеру вмонтированы растопочные и дожигательные горелки. Последняя включается в работу в том случае, если теплота сгорания ТБО падает ниже 1500 ккал/кг и температура газов на выходе из топки начинает снижаться до 8000 С
Такова классическая схема технологической линии мусоросжигательного завода, работающего по принципу УК. Пар из барабана котла подается частично (около 15%) на собственные нужды УК, затем поступает, например, в подогреватели сетевой воды и оттуда во внешние тепловые сети к потребителям.
Параметры пара, вырабатываемого в утилизационных котельных, как правило, составляют: p=1,4-2,4 МПа, t=2500 С . Параметры пара, вырабатываемого на УТЭЦ, могут быть такими же, а на УЭС p=3,9 МПа, t=4300 С, и p=9,8 МПа, t=5300 С. Параметры отпускаемой сетевой горячей воды соответствует принятым в системе теплоснабжения (t=130-1500 С).
Повысить эффективность работы УПК можно созданием специального вспомогательного регулятора нагрузки – потребителя излишков пара. Таким потребителем может быть непрерывный технологический процесс, например, сушки древесины.
2-32. Энергосбережение в цветной металлургии
Наибольшие резервы экономии энергоресурсов в металлургии в общем плане заключены в реализации или дальнейшем развитии следующих направлений:
1. Комплексное использование сырья, что, в частности, особенно актуально для Урала. Это реальный путь снижения энергозатрат в горнодобывающем переделе.
2. Более широкое использование техногенных ресурсов, в первую очередь, отходов.
3. Повышение качества металла (установка агрегатов «печь-ковш», вакууматоров, развитие четвертого передела).
4. Дальнейшее увеличение производства проката с улучшенными прочностными и защитными свойствами. В то же время за счет более широкого применения прогрессивных конструкционных материалов, пластмасс, клееных деревянных конструкций возможно снижение объема производства проката, оцениваемое на уровне 13-15 млн. т с экономией 17-20 млн. т у.т.
5. Более полное использование ресурсов лома и вторичного сырья.
6. Перевод существующих производственных заводских котельных на комбинированную выработку тепловой и электрической энергии.
7. Развитие рекуперативного теплообмена в топливопотребляющих технологических установках.
8. Снижение тепловых потерь при производстве преобразованных видов энергии, в том числе за счет использования вторичных энергоресурсов. Использование доменного, конвертерного и ферросплавного газов. Уже сегодня до 90% образующегося доменного газа используется в качестве топлива, что составляет 20% общего объема потребленных энергоресурсов. Использование коксового газа предполагается в охладителях конвертерных газов или в когенерационных установках для выработки пара и электроэнергии. Ферросплавные газы предлагается использовать для подогрева шихты, а также для производства пара и э/э.
Например, металлургические и коксохимические предприятия Донецкой обл. уже сейчас широко применяют доменный и коксовый газ для производства тепла и э/э для собственных нужд. Как сообщил В.Логвиненко, в 2008 г. промстанциями этих предприятий было выработано 1.5 млрд кВтч э/э.
9. В доменном производстве одной из наиболее эффективных мер является переход на технологию выплавки чугуна с вдуванием пылеугольного топлива, которая позволяет сократить использование природного газа на 80% (или на 90 куб м на выплавку 1 т чугуна), сократить расход кокса при производстве чугуна на 20-25%. Внедрение таких установок, а также систем управления и контроля технологического процесса позволило увеличить производительность печей на 44%, снизить себестоимость чугуна, вдвое уменьшить вредные выбросы в атмосферу.
10. Достичь снижения потребления природного газа можно также за счет внедрения таких технологий, как внепечная обработка чугуна и стали, кислородное дутье; перевод технологических процессов гальванизации, мойки и сушки с пара на горячую воду; проведение реконструкции, унификации и автоматизации энергетического хозяйства.