2.1 Описание технологического процесса переработки мусора на примере завода в г. Аугсбург, Германия.

Для так называемых установок массового сжигания (производительностью от 100 до 3000 тонн в сутки) капитальные затраты в США колеблются от 80 до 100 тыс. долларов на тонну сжигаемых отходов. В эту цену не входит цена устройств подготовки отходов. Эксплуатационные расходы составляют около 20 долларов за тонну ТБО. Время, необходимое на проектирование и постройку МСЗ в США, в среднем занимает 5-8 лет. [7]. Используйте эти цифры при рассмотрении проектов строительства МСЗ в вашем городе, они гораздо реальнее отражают стоимость строительства, чем встречающиеся иногда выкладки проектантов.

Устройство сжигателей

Сжигатель — общее название любого технического устройства для высокотемпературного окисления (сжигания) отходов, мусора и т. п. Мусоросжигательные заводы (МСЗ) по европейским нормам должны иметь не менее двух сжигателей.

На рис. 3 показано устройство современного (но не самого нового) завода по сжиганию мусора.

Рис.3. Типичная схема современного мусоросжигательного завода с рекуперацией энергии и очисткой отходящих газов.

Условные обозначения: А.Загрузка мусора (помещение должно быть закрыто и недоступно ветру). В. Загрузочный кран (должно быть два, снабженных весами и спецгидравликой для применения в случае возникновения пожара). I. Отмывка кислых газов (скруббер). J. Пакетные фильтры (противопылевые). K. Дымосос. L .Отходящие газы. G. Турбина. H. Электричество. M. Шлак. N. Летучая зола (зола уноса) и масса из скруббера. O. Смешение шлака и золы. P. Магнитный сепаратор.

Загрузка. Первое на что надо обратить внимание, это загрузка сжигателя. На рисунке виден самосвал, который сбрасывает несортированный мусор в мусороприемник. О сортировке мусора немного позже. Но бункер для приема мусора не просто яма, а сложное инженерное сооружение.

Европейская норма: Емкость хранилища отходов должна быть достаточно большой, чтобы возможно было хранить отходы в период закрытия одной из печей сжигания. При нормальном функционировании завода отходы не должны содержаться в хранилище более одной недели. Разгрузочных кранов должно быть два, чтобы не нарушить работу сжигателя. Бункер должен иметь закругленную форму для облегчения его периодической очистки, а для предохранения от неприятных запахов и образования взрывчатых смесей с выделяющимися газами, мощную систему отсоса воздуха, который затем направляется в сжигатель. Оператор должен иметь возможность постоянно видеть состояние бункера.

10 ноября 1988 года в городе Пятигорске по требованию СЭС был закрыт МСЗ после того, как четверо рабочих потеряли сознание во время рабочей смены из-за газа, выделяемыми отходами, сваленными на заводе. Это наглядная иллюстрация различий между заводами "первого поколения" и современными МСЗ, отвечающим нормам ЕС.

Сжигатель. Далее мусор направляется в печь сжигания.

Европейская норма. В горячей зоне газы должны находится при температуре не ниже 850°С в течение не менее 2 секунд (правило 2 секунд) и при содержании кислорода не ниже 6%.

Их конструкция может быть самой разной, но потом, обязательно, горячие газы идут в теплообменник для получения пара и электроэнергии. Именно на этой стадии, стадии охлаждения газов, начинают образовываться диоксины.

Очистка газов. Далее идут очистные сооружения. Это самая тонкая и самая дорогая часть. Стоимость очистных сооружений не менее 50% от общей стоимости МСЗ. Вот на этом и пытаются экономить. Обычно заказчиков не сильно балуют: ставят водной скрубер и электростатический фильтр, да еще пылевые текстильные фильтры. Если вам придеся оценивать проект сжигателя обязательно обратите внимание на последовательность падения температуры после печи.

Горячие электростатические фильтры. Хотя образование диоксинов неминуемо при понижении температуры, но есть еще одна опасная точка. Исследования показали, что горячие электростатические фильтры, которые так распространены во всех воздухоочистeах, сами генерируют диоксины. Так при обследовании МСЗ во Флориде на одном сжигателе были получены следущие результаты:

Таблица 2.

Температура на электростатическом фильтре	Выбросы диоксинов в нг/нм3
242	893
282	2100
347	8533

Следует также заметить, что и самые лучшие угольные фильтры не позволяют удержать выбросы диоксинов в рамках Европейских норм.

Европейская норма. Содержание диоксинов в отходящих газах МСЗ в единицах I-TEQ не должно превышать 0,1 нг/нм3.

Разработаны каталитические дожигатели диоксинов, совмещенные с дожигателями для окислов азота, по-видимому это на настоящее время наилучший вариант очистки газов от диоксинов.

Основные устройства для очистки газов, принятые на современных МСЗ (МСЗ в городе Алкмаар, Нидерланды), показаны на Рис. 4.

Рис.4. Схема очистных сооружений на современном МСЗ в Алкмааре (Нидерланды).

AVA Abfallverwertung Augsburg GmbH - работает как тепловая электростанция с интегрированной системой сжигания отходов, переработки и компостирования. [8]

Также различные коммерческие компании предоставляют множество бытовых отходов для термической обработки

Схема работы:

Мусоровозы привозят отходы в разгрузочный зал и складывают их в один из двенадцати пунктов разгрузки("Бункер отходов"). Крупногабаритные отходы измельчают, прежде чем они попадут в пункт разгрузки.

Рис. 5. Доставка мусора в разгрузочный зал

После помещения пяти тонн мусора в пункт разгрузки, мусор тщательно перемешивают с помощью кранов.

Воздух и отходы, при разгрузке, непрерывно помещаются в печь так, чтобы запахи не попадали в окружающую среду.

Затем перемешанные отходы поступают в мусоропровод по трем линиям печи, где далее отходы направляются к топке. Хранение отходов в шахтах дет герметичность при поступлении отходов из бункера в котел.

Механизм мусоропровода толкает отходы на нижнем конце стенда в приемную часть колосниковой решетки, где отходы сгорают полностью. И, по мере перемещения колосников, опадают в "шлаковую ванну". Шлаковая ванна - место для охлаждения в воде сгоревших отходов (поставляется как дополнительная система фильтрации очистных сооружений).

Рис. 6. Шлаковые отходы.

Коэффициент использования производственных мощностей:

В 2011 году в общей сложности 229117 тонн бытовых и промышленных отходов было доставлено на станцию. "Теплотворная" способность отходов ~ 10000 кДж/кг.

Отходы были доставлены из города Аугсбурга и нескольких районов. Три линии мусоросжигательного завода работали на полную мощность в течение всего 2011 года.

С 2006 года на станции существует система ремонта и обслуживания, цель которой продолжать безопасную утилизацию даже в случае выхода из строя ТЭС.

Очистка продуктов горения.

Продукты горения, образующиеся при сжигании отходов, обогащаются различными вредными газообразными веществами. Каждый выброс вредных веществ означает загрязнение состава атмосферы. Чтобы предотвратить загрязнение окружающей среды, продукты горения проходят пять стадий очистки.

Первый уровень: электрофильтрация.

На этом этапе очистки частицы пыли удаляются с помощью электрического заряда.

Под действием электрического поля разделяются мелкие частицы, после чего осаждаются на электродах. Затем собираются механическим способом для изучения.

Второй и третий уровень: очистка продуктов горения.

Задача этих двух стадий очистки является сбор продуктов горения для удаления газообразных составляющих кислоты HCl, SO2 и твердых остатков.

На первом этапе газы охлаждаются и обрабатываются в противоположно направленных потоках воды, чтобы растворить хлористый водород.

На втором этапе диоксид серы смывается и образует серную кислоту, в результате реакции с промывочной водой. Серную кислоту нейтрализуют гидроксидом натрия.

Насыщенные водой продукты горения проходят через установленную в верхней части систему электрофильтров и распыляются с помощью сопла.

Четвертый уровень: денитрификация

На этом этапе используют аммиак для преобразования оксида азота в элементарный азот и воду. Реакция поддерживается при использовании катализаторов для достижения оптимального эффекта.

Пятый этап: фильтрация через активированный уголь.

На последнем этапе в продуктах горения все еще содержатся вредные вещества (галогенированные углеводороды, диоксины), которые абсорбируются при помощи активированного угля. Уголь смешивается с потоком продуктов горения и проходит по системе фильтрации, оседая на фильтре.

Переработка металлургических шлаков.

Шлак обрабатывается в несколько этапов и сортируется. Кроме того, шлак сортируют по размерам частиц. Затем, с помощью магнита, удаляются лома черных и цветных металлов, которые позже перерабатываются путем плавки.

Сжигание медицинских отходов.

В ТЭЦ интегрированы два специальных отсека, в которых сжигают отходы медицинских учреждений. Отходы поступают на станцию в плотно закрытых емкостях. Утилизация медицинских отходов на 100% автоматизирована. Сжигание происходит при температуре около 1000 градусов Цельсия и, также как и другие продукты горения, данные отходы проходят пять стадий очистки.

Центр переработки.

В центр переработки принимают отходы от частных лиц.

Такие как:

- Крупногабаритные отходы

- Бытовой мусор

- Щебень

- Отходы с частного участка (сад/огород)

- Древесина

- Стекло

- Черные и цветные металлы

- Макулатура

- Резина (шины и т.п.)

Электроэнергия из отходов.

При утилизации и переработке отходов выделяется много энергии. Одна тонна отходов эквивалентна 250л мазута.

Таблица 3. Сводные данные по заводу AVA Abfallverwertung Augsburg GmbH

Площадь	235000 м ²( примерно 33 футбольных поля)
Поставляемое количество отходов	291649 т / год
- ТЭС	229117 т / год
- Сжигание отходов от больницы	3142 т / год
- Компостирование	59390 т / год
производства компоста	19899 т / год
Печь	10 т / ч
Паропроизводительность	около 32 т / ч
Вместимость бункера	около 10000 кубических метров, или около 5000 тонн
Содержание энергии из 1 т отходов	~до 250 литров мазута
Производство электроэнергии	~112 млн. кВтч / год
Теплоэнергии	~80 млн. кВтч / год
Сгенерировано солнечной энергии	около 930000 кВтч / год
Шлак	приблизительно 45000 т / год
Металлолом	около 6000 т / год
Число сотрудников	167 в среднем

Во время процесса сжигания выделяется тепло, которое нагревает трубопровод и воду соответственно. Вода нагревается до температуры кипения, в результате чего - образуется пар. Пар подается под давлением в турбину, за счет которой вырабатывается электрическая энергия. Электроэнергия используется как самой станцией так и городом, то есть подается в общую сеть.

Также на крыше станции установлены солнечные батареи, которые производят электроэнергию примерно для 250 домохозяйств.

В год производится около 112 млн. кВт/ч электроэнергии.

Поставка централизованного теплоснабжения в коммунальную сферу.

Для производства электроэнергии используется энергия пара. Однако остается энергия, которая не может быть использована для производства электроэнергии. Часть такой энергии используется для производства тепла, подключив теплообменник к сети теплоснабжения. Таким довольно простым способом станция вносит важный вклад в региональное производство горячей воды и теплоснабжения. Каждый год производится около 80 млн. кВт/ч теплоэнергии.

Управление заводом осуществляется из общего диспетчерского пульта, также там осуществляется мониторинг очистки газов. [9]

Рис.7. Диспетчерская завода AVA Abfallverwertung Augsburg GmbH