Закон України "про альтернативні види рідкого та газового палива"

Відповідно з законом №1391‑ ХІ від 14.01.2000 р. до альтернативних видів рідкого та газового палива відносяться такі, що виробляються (видобуваються) з нетрадиційних джерел та видів енергетичної сировини.

Альтернативні види рідкого палива:

- горючі рідини, одержані під година перебоязкі твердих видів палива (вугілля, торфу, сланців);

- спирти та їх суміші, олії, інше рідке біологічне паливо, одержане з біологічної сировини (у тому числі з поновлюваних відходів сільського та лісового господарства);

‑ горючі рідини, одержані з промислових відходів, у тому числі газових викидів, стічних вод, виливів та інших відходів промислового виробництва;

‑ паливо, одержане з нафти і газового конденсату нафтових, газових та газоконденсатних родовищ, з важких сортів нафти та природних бітумів.

Альтернативні види газового палива:

- газ (метан) вугільних родовищ, а також газ, одержаний при підземній газифікації та підземного спалювання вугільних пластів;

- газ, одержаний при переробці твердого палива, природних бітумів, важкої нафти;

- газ водоносних пластів нафтогазових басейнів з аномально високим пластовим тиском, газонасичених водоймищ і боліт;

 ‑газ, одержаний з природних газових гідратів, та підгідратний газ;

- біогаз, генераторний газ з біологічної сировини та відходів;

- газ з промислових відходів (газових викидів, стічних вод промислової каналізації, вентиляційних викидів, відходів вугільних збагачувальних фабрик);

‑ стиснений та зріджений природний газ, зріджений нафтовий газ, супутний нафтовий газ, вільний газ метан з газових, газоконденсатних та нафтових родовищ непромислового значення та вичерпаних родовищ.

Показники споживчої якості альтернативного палива встановлюються у відповідних стандартах. Нормативи екологічної безпеки повинні перебувати в межах традиційних палив.

Паливо з відходів

Кількість відходів на одну людину в США: 2 кг у добу чи більш 700 кг на рік; Бельгія, Великобританія, Німеччина, Японія - 340‑440 кг; Австрія, Фінляндія - більш 600 кг. Маса світового потоку побутових відходів складає щорічно 400 млн. тонн, з яких 80 % знищується шляхом поховання під землею. У 50‑х роках видатний фізик-ядерник Нильс Бор сказав: "Людство не загине в атомному кошмарі - воно задихнеться у власних відходах".

Відходи, що досягають, наприклад, у США 2 кг у добу на одну людину (1980 г) зі зростанням на 2-3 % щорічно, поділяються на такі види:

	Кількість млн. т/рік
Міські	700
Переробної промисловості	180
Гірничодобувної промисловості	1800
Тваринництва	2300
Рослинництва	900

Розподіл відходів по категоріях у різних країнах

Категорія відходів	К-ть відходів, % від загальної маси, в залежності від типу країни
	Розвинуті	Перехідні	Слаборозвинуті
1. Папір	34	16	1,5
2. Органіка	26	45	64
3. Інше	12	9	22
4. Скло	11	1,5	4
5. Пластик	7	12	0,5
6. Метали	7	1,5	1
7. Текстиль, резина, шкіра	3	15	7

В Україні кількість побутових відходів ненабагато відстає від європейського і складає  10 млн. тонн щорічно. Загальна маса твердих відходів у країні досягає 1 млрд. тонн щорічно (тверді відходи = ТБО (10 %) + відходи виробництва ( 90 %). По своєму складу українські побутові відходи приблизно відповідають категорії перехідних країн (табл.)

Морфологічний склад^*) побутових відходів у містах України:

Тип відходів	%
Харчові	25
Папір	20
Деревина	3
Текстиль	4
Метал	10
Стекло	12
Шкіра, гума	3
Пластмаса	5
Відсів	12
Інше	6

*) у різних джерелах - різні дані.

Міські відходи складаються на 60 % з пальних речовин, що мають теплоту згоряння близько 4,17 (4,2‑ 12,6) МДж/кг і вологість близько 20 %. По теплоті згоряння відходи мало чим поступаються низькосортним лігнітам при їхній вологості 50 %. У порівнянні з вугіллям ці відходи малосірчані (0,12 % загальної маси). Такі характеристики міських відходів дозволяють розглядати їхнє пряме спалювання, як спосіб утилізації їхньої енергії.

Через те, що відходи складаються по більшій частині з папера, для виготовлення якої потрібно 11 МДж/кг, лише невелика її частина може бути компенсована спалюванням відходів навіть при високому ККД установки. З іншого боку, сортувальні установки, що забезпечують поділ міського сміття на вторинні папери, метали, стекло і т.д. коштують дорого. Тому немає ясності, у якому напрямку вирішувати проблему.

Перший сміттєспалювальний завод (ССЖ) був побудований у 1874 р. в Англії в Нотингемі. На початку 90‑х у Німеччині було 47 ССЖ, що спалюють 35 % сміття, Нідерландах - 12 ССЖ і 40 %, у США 168 (але малопотужних) і 16 %, у Японії - 1900 (!) і 75 %.

В Україні побудовані 4 ССЖ - у Києві, Севастополі, Харкові і Дніпропетровську. Сумарна проектна потужність 1,2 млн. тонн відходів у рік чи 12 % їхнього загального обсягу. Ще один завод був спроектований у 1991 р. в г. Донецьку, але не побудований.

Усі ці підприємства не працюють на повну потужність: київський 45 % від проектної потужності, Севастопольський практично стоїть, Харківський - 15 %, Дніпропетровський - 40 %.

За даними французьких енергетиків при нижчій теплоті згоряння ТПВ на робочу масу =9,2 МДж/кг і кількості відходів на один жителя 800 кг/рік за рахунок спалювання ТПВ, зібраних з десяти жителів забезпечується потреба в теплоті одного жителя країни (клімат Франції). Чи якщо використовувати цю теплоту для вироблення електроенергії, то можна покрити 8,2 % річної витрати.

При використанні ТПВ як палива необхідно оцінити вміст у них вологи, пальних речовин і золи.

Нижча теплота згоряння на робочу масу

, (*)

де W^р, A^р - масові кількості вологи і золи в робочому паливі, %; 2,3 МДж/кг - питома теплота паротворення води при атмосферному тиску.

З формули випливає, що чим більше вологи міститься в паливі при його заданій зольності, тим нижче .

Оскільки ТПВ - суміш різних компонентів, то їхня сумарна теплота згоряння визначається по формулі

= n₁+ n₂+...+ n_k,

- нижча теплота згоряння окремих компонентів суміші, що визначаються по формулі (*); n_i - частка відповідного компонента в загальній масі ТПВ.

Для розрахунку теплоти згоряння на робочу масу, необхідно знати теплоту згоряння компонентів ТБО на пальну масу.		Нижча теплота згоряння ТПВ на горючу масу
		Компонент ТБО	, МДж/кг
		Папір	19
		Деревина	20
		Текстиль	17,6
		Шкіра	21,4
		Резина	26,1
		Харчові відходи	209
		Відсів	21,5
		Інщі	20,5

Значення вологості і зольності ТПВ неоднакові в різних країнах, навіть у різних містах однієї країни вони різні. Так у ФРН вологість і зольність ТПВ коливається 25‑50 % їхньої маси. У США середня масова вологість ТПВ 20‑25 %. У Росії (Москва) вологість складає від 36 до 58 %. Масовий склад ТПВ залежить також від часу року.

Елементарний склад компонентів ТПВ

Компонент	Ср	Нр	Ор	Nр	Sp	Ap	Wp
Папір	27,7	3,7	28,3	0,16	0,14	15	25
Харчові відходи	12,6	1,8	8	0,95	0,15	4,5	72
Текстиль	39,4	4,9	23,2	3,4	1,1	8	20
Деревина	40,5	4,8	33,8	0,1	-	0,8	20
Шкіра, гума	65	5	12,6	0,2	0,6	11,6	5
Пластмаса	55,1	7,6	17,5	0,9	0,3	10,6	8
Відсів	13,9	1,9	14,1	-	0,1	50	20
Зола, шлак	25,2	0,45	0,7	-	0,45	63,2	10
Інші відходи	47	5,3	27,7	0,1	0,2	11,7	8
Стекло, камені, метал	-	-	-	-	-	100	-

Важливою характеристикою ТПВ є граничний вміст у них вологи, золи і пальних складових, при яких ці відходи можуть спалюватися без додавання викопного палива. Такі дані були отримані шведським ученим Таннером, що установив, що без додавання викопного палива незбагачені ТПВ можуть горіти при змісті вологи W не більш 50 %, золи А не більш 60 % і при вмісті пальних речовин не менш 25 %.

Трикутник Таннера

Шляхом часткового сортування теплота згоряння ТПВ може бути підвищена до 14‑15 МДж/кг.

Тому бажано перед спалюванням ТПВ їх сортувати: після вивантаження з сміттєвозів із загальної маси відбирається метал і скло. Потім відходи дробляться і пропускаються через повітряний сепаратор, у якому більш легкі фракції (85 % від загальної маси - папір, пластмаса, упакування й ін.) потоком повітря виносяться в спеціальний бункер і потім спалюється. Важкі компоненти (камені, гума, металеві включення) накопичуються в нижній частині сепаратора і віддаляються з нього. Після такого сортування на виході із сепаратора паливо має нижчу теплоту згоряння на суху масу 16,5 МДж/кг, при середній зольності 24,9 %.

Класифікація установок для спалювання ТПВ

Будемо розглядати тільки ті установки в який теплота згоряння ТПВ використовується.

Класифікують по способу підведення теплоти:

1) утилізаційні котельні (УК) - установки для спалювання ТПВ, у технологічному циклі яких виробляється теплота у виді пари чи гарячої води без наступного вироблення електроенергії;

2) утилізаційні електричні станції (УЕС) - установки для спалювання ТПВ в технологічному циклі яких за рахунок роботи одержуваної в котлах пари в теплових двигунах виробляється електроенергія;

3) утилізаційні теплоелектроцентралі (УТЕЦ) - установки в який здійснюється комбіноване вироблення теплоти й електроенергії.

УК по виду застосовуваного теплоносія підрозділяються на парові котельні (УПК), водогрійні (УВК) і оснащені як паровими так і водогрійними котлами (УПВК).

По споживачам, що обслуговуються: промислові, промислово-опалювальні й опалювальні. На промислових УК, що відпускають пар на технічні потреби, параметри пари:

тиск не менш 2,4 МПа;

температура перегрітої пари 250 С.

Оскільки теплота згоряння ТПВ може коливатися в значних межах (від 4,2 до 12,6 МДж/кг), то для підтримки гарантованих параметрів пари (витрата, тиск, температура) у котлах УПК передбачається можливість спалювання і викопного палива, або комплектація УК як котлами для спалювання ТПВ так і котлами для викопного палива. Такі котельні називаються утилізаційні парові комбіновані котельні (УПКК).

Також найчастіше комбінованими є й утилізаційні електростанції (УЭС і УТЭЦ).

Класифікують також по кількості ТПВ, що спалюються :

1) надмалі - розраховані на спалювання 5‑ 30 кг/год ТПВ (мають ручне обслуговування без використання теплоти ТПВ що спалюються й очищення газів, що ідуть, від золи і пилу);

2) малі - розраховані на спалювання від 30 до 500 кг/год ТПВ, найчастіше проектуються без використання теплоти чи з її частковим використанням лише на власні нестатки і без устаткування для очищення газів, що ідуть;

3) середні - від 0,8 до 3 т/год ТПВ будуються з котлами-утилізаторами;

4) великі - більш 3 т/год проектуються у виді УК чи УЭС (УТЭЦ).

Класифікують по типу топкового пристрою - можуть бути як для шарового так і для пилоподібного спалювання ТПВ.

Зараз найбільш поширені із шаровим спалюванням.

Оскільки досконалість горіння і, як наслідок, технологічний рівень установок багато в чому залежить від конструктивної схеми, то класифікують також по типу колосникових ґрат:

1) без самошурування шару палива (з нерухомими горизонтальними колосниками, перекидними колосниками, нерухомими східчастими рядами колосників і т.п.)

2) із глибоким самошуруванням шару палива (колосниками які перештовхують, безпровальними ланцюговими і валковими ґратами, циліндричним допалювальним барабаном).

Всі установки по спалюванню ТПВ є закритими спорудженнями. На відміну від енергетичних установок, що працюють на твердому паливі, установки спалювання ТПВ не мають відкритих складів, зрозуміло, по гігієнічних розуміннях. Є тільки мінімальний запас ТПВ в закритому бункері, що знаходиться під слабким розрідженням, необхідний для забезпечення безупинної роботи.