2.3 Институт Электрофизики ран Санкт Петербург

Рассмотрим прямоточный газогенератор, разработанный Институтом электрофизики и электроэнергетики РАН [13]. Реакто - газификатор пред­ставляет собой вертикальную шахту, футерованную огнеупорным кирпичом

(рис. 3). Отход, загружаемый через верхнюю крышку, полностью заполняет внутренний объем реактора и лежит на колосниковой решетке, расположенной в нижней части шахты.

Плазмотрон установлен на одном из боковых фланцев, и поток горячей плазмы распределяется по окружности шахты через ряд боковых равномерно расположенных отверстий. Возможен вариант установки плазмотрона в крышке по оси реактора. Полученный в результате синтез-газ отбирается из нижней части реактора.

Проведение процесса газификации при температуре более 1 200°С позволяет избежать появления в синтез-газе жидких фракций (смол). Высокая температура процесса обеспечивает разрушение токсичных органических составляющих отходов и, при наличии в отходах хлорсодержащих примесей, исключает синтез вторичных супертоксикантов (диоксинов/фуранов) [14].

Рисунок 2.3.9 Реактор - газификатор

В целом следует заметить, что технология высокотемпературной пря­моточной газификации отходов имеет больший потенциал эффективной работы, чем процесс пиролиза, что обусловлено высокой температурой процесса, почти полной конверсией углеродосодержащих веществ в син­тетический горючий газ, а также получением безвредного неорганического шлака.

С повышением температуры в реакторе до величин порядка 1 100−1 200 °С за счет использования плазменно-дуговых источников энергии возникла возможность и целесообразность использования в качестве теплоносителя и реагента-окислителя водяного пара.

В настоящее время отсутствуют какие - либо технические средства, кроме плазмотронов, позволяющие разогреть большие количества Н₂О до плазменного состояния. Уровень развития плазмотронной техники позволяет утверждать, что мощные электродуговые генераторы водяной плазмы, устойчиво и надежно работающие в течение длительного времени, займут свое место в промышленности [15].

Помимо существенного повышения теплоты сгорания синтез-газа, а следовательно, общей энергетической эффективности процесса газификации использование Н₂О в качестве плазмообразующего газа исключает разбавление целевого продукта инертным (балластным) компонентом - азотом воздуха, не создает вредных примесей оксидов азота, упрощая систему газоочистки и сокращая объемы ее аппаратов.

Эти два фактора повышают энергетическую и экологическую привле­кательность высокотемпературной паровой газификации твердых бытовых, промышленных и медицинских отходов.

Выводы к главе 2

Глава 3 Экологические аспекты

1. Новые технологические схемы переработки отходов

Известны схемы плазменных мусороперерабатывающих установок и технологических комплексов, в которых горючий газ (так называемый сингаз или пирогаз), генерируемый в результате термической деструкции отходов (пиролиза и газификации органических компонентов перерабатываемой массы отходов), либо подвергается сжиганию с последующим использованием высокотемпературных продуктов сгорания для получения пара в котлах-утилизаторах (бойлерах) и привода паротурбинных энергогенерирующих агрегатов, либо пирогаз (после предварительной газоочистки) используется в качестве топлива для дизельных или газотурбинных электрогенераторов. Технико-экономическая оценка указанных схем показывает, что их окупаемость (с учетом потребных капитальных и эксплуатационных затрат) преимущественно зависит от действующих тарифов на переработку ТБО.

В сложившейся мировой практике уровень тарифов на переработку тонны бытовых (муниципальных) отходов составляет, в среднем, 135 евро для предприятий производительностью свыше 100 тыс. т/год, 180 евро – для предприятий производительностью от 50 до 75 тыс. т/год и 230 евро – для предприятий производительностью менее 50 тыс. т/год. Такие тарифы обеспечивают создание предприятий плазмотермической переработки ТЮО с периодом окупаемости 5–7 лет, что в большинстве случаев является приемлемым для потенциальных западных инвесторов.

В то же время в России создание мусороперерабатывающих предприятий пока не стало инвестиционно привлекательным, поскольку в силу ряда обстоятельств региональные и городские власти, несмотря на очевидную экологическую актуальность, не в состоянии обеспечить финансирование переработки отходов по тарифам, которые сделали бы функционирование этих предприятий рентабельным. Так, например, тариф за переработку тонны ТБО на московском мусороперерабатывающем заводе производительностью 250 тыс. т/год составляет 1 640 руб. (45 евро).

Решение задачи создания экономически рентабельных заводов плазмотермической переработки ТБО возможно при использовании новых технологических схем эффективной переработки отходов с одновременной выработкой электроэнергии и тепла на основе использования современных комбинированных энергоагрегатов и получением коммерчески ценных вторичных продуктов переработки.