МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ИИСТ

отчет

по практической работе

по дисциплине «Введение в специальность»

Тема: Инсинерация (Мусоросжигание)

Студент гр. 9587		Медведев Г.Н.
Преподаватель		Сулоева Е.С.

Санкт-Петербург

2020

Проблема утилизации мусора остро стоит во всем мире. В России каждый год возникает около 70 млн тонн только твердых бытовых отходов, для захоронения которых на полигонах требуются все большие площади, а негативное влияние полигонов на окружающую среду усугубляет проблему. В связи с этим, используются более практичные методы утилизации отходов, одним из которых является инсинерация или мусоросжигание.

Мусоросжигание – это технология утилизации отходов, при которой их разные виды подвергаются высокотемпературному воздействию. Производится как индивидуально, так и в промышленных масштабах — на мусоросжигательных заводах, которые могут быть скомбинированы с тепловыми электростанциями.

Мусоросжигание наиболее распространено в развитых странах с высокой плотностью населения, где земля является ценным ресурсом и мест для мусорных полигонов недостаточно, в развитых странах с низкой плотностью населения оно чуть менее распространено.

История и современность

Сжигание промышленных отходов начало впервые использоваться на предприятиях Великобритании в XIX в., где для этого устанавливались специальные печи. А в 1874 г. в Ноттингеме создали паровую машину, работающую на тепловой энергии, полученной от сжигания отходов.

Однако в то время широкого развития мусоросжигание не получило, ограничившись в большинстве автономными установками. И только во второй половине XX в. началось масштабное строительство мусоросжигательных предприятий в основном в Японии и Западной Европе. В 1972 г. и в Советском Союзе был впервые построен мусоросжигательный завод.

Россия в отрасли мусоросжигания, как и в целом утилизации мусора, отстаёт от развитых стран. На данный момент на территории России насчитывается всего 10 мусоросжигательных завода (3 находятся в Москве). Существующие мусоросжигательные предприятия в большинстве не отвечают в полной мере современным требованиям безопасности и нуждаются в модернизации. Во второй половине 2010-х годов в России стартовал проект «Энергия из отходов», который предполагает существенное увеличение количества мусоросжигательных заводов в стране и использование их в энергетике. В рамках пилотного проекта компанией «РТ-Инвест» в сотрудничестве с японско-швейцарской компанией «Hitachi Zosen INOVA» планируется строительство к 2022 году четырёх мусоросжигательных заводов в Московской области и одного в Татарстане. Предполагаемая мощность каждого из заводов — порядка 700 тысяч тонн мусора в год, численность сотрудников — около 120 человек на одном заводе. Подмосковные заводы должны будут обеспечивать электроэнергией суммарно 1,5 миллиона человек. После этого планируется строительство таких же заводов и в других регионах России. Однако многие специалисты считают, что и они являются устаревшими и не обеспечат достойный уровень защиты населения и окружающей среды.

Крупнейшие предприятия отрасли:

• ГУП Спецзавод №2 «Экотехпром»;

• ООО «ЕФН-Экотехпром МСЗ 3»;

• ГУП Спецзавод №4 «Экотехпром».

Технологии мусоросжигания

Мусоросжигание существует как на бытовом уровне, когда люди самостоятельно сжигают накопившийся у них мусор (в печах или кострах), так и в промышленных масштабах. Существует несколько технологий промышленного мусоросжигания, которые различаются по типу печей, температуре горения, а также химическому составу среды, в которой горение отходов происходит. Два основных вида мусоросжигания — собственно сжигание (применяется в большинстве случаев) и пиролиз (высоко- и низкотемпературный), при котором вырабатывается топливо. Как правило, сжиганию подвергается мусор, отсортированный на гомогенные фракции (что важно, так как состав мусора определяет оптимальную технологию). Сортировка может осуществляться как в момент сбора мусора (раздельный сбор), так и после его поставки на мусоросжигательный завод.

Слоевое сжигание

Главная особенность слоевого сжигания — распределение отходов в топке печи равномерным слоем, на который подаются горячие воздушные потоки, что обеспечивает равномерного прогорания. Слой мусора загружается в камеру сгорания и располагается на колосниковой или воздухораспределительной решётке. Как правило, камера сгорания имеет форму параллелепипеда. При использовании колосниковой решётки она устанавливается под наклоном, при котором колосники располагаются каскадом наподобие черепичной крыши. В вертикальной плоскости между колосниками имеются щели или сопла, через которые подаётся воздух. В зависимости от химического состава мусора, сжигание может осуществляться при температурах от 800 до 1500⁰С.

Чаще всего применяется слоевое сжигание на подвижной наклонной колосниковой решётке. Эта технология позволяет сжигать любые виды отходов, кроме пылевидных. Мусор загружается на самый верхний колосник, затем при помощи подвижных колосников он перемещается вниз. Воздух в камеру сгорания подаётся в одном направлении с движением мусора, также способствуя его перемещению. На самом нижнем колоснике процесс сжигания завершается, а зола и шлак через пазы просыпаются в специальный резервуар, охлаждаемый водой, после чего утилизируются. Одна камера с подвижной колосниковой решёткой способна перерабатывать около 35 тонн отходов в час.

При использовании неподвижной колосниковой решётки её установка, подача в камеру сгорания мусора и воздуха почти аналогичны камерам с подвижной решёткой. Однако мусор перемещается сверху решётки вниз за счёт подачи потоков воздуха, что замедляет процесс и повышает энергоёмкость технологии. В ряде случаев это частично компенсируется установкой прижимного экрана из огнеупорного материала, который направляет пламя в противоток движению мусора и обеспечивает более полное сгорание.

Также при мусоросжигании применяется технология кипящего слоя. Вместо колосников в камере сгорания устанавливается воздухораспределительная решётка с форсунками, через которые под давлением подаётся воздух. Над ними ещё до подачи мусора в камеру загружается слой сыпучего абсорбента, обладающего высокой теплопроводностью (обычно используются песок или доломитовая крошка). Абсорбент при подаче воздуха создаёт инертный псевдоожиженный слой, с которым перемешивается мусор, в результате чего повышается интенсивность теплообмена, а также поглощение абсорбентом ряда токсичных продуктов горения отходов, что позволяет значительно сократить количество выбросов. Недостатком технологии кипящего слоя является её непригодность для сжигания смешанной массы отходов.

Пиролиз

При сжигании токсичного мусора, выделяющего большое количество токсичных выбросов, часто применяется пиролиз, то есть термическое разложение отходов во вращающейся барабанной печи в бескислородной среде или при низком содержании кислорода. Пиролиз применяют для утилизации токсичных отходов: некоторых видов пластмасс, резины, ряда промышленных отходов.

Более распространена технология низкотемпературного пиролиза, при котором разложение отходов происходит при температурах ниже 900⁰C (как правило, 400—600⁰C). Пиролизная печь, в которой перерабатываются отходы, состоит из двух камер сгорания: нижняя камера сжигания отходов, и верхняя камера дожигания генераторных газов. Перед загрузкой в печь масса отходов подвергается измельчению и затем помещается в нижнюю камеру, где сгорает в бескислородной среде. Газы, образующиеся при разложении, через инжекторное устройство направляются в камеру дожигания, куда в ограниченных количествах подаётся кислород, а также катализирующие газы. Там происходит дальнейшее разложение газов, в результате чего содержание токсичных веществ в выбросах при пиролизе примерно в 7 раз ниже предельно допустимых концентраций. Печь вращается со скоростью от 0,05 до 2 оборотов в минуту, способствуя равномерному прогоранию отходов. Таким образом, эффективность технологии пиролиза заключается в сокращении количества вредных выбросов и уничтожении биологически активных веществ, что позволяет в дальнейшем складировать пиролизные отходы без большого вреда для окружающей среды. Помимо этого, твёрдый осадок, а также жидкости и газы, образующиеся в результате пиролиза отходов, могут использоваться в качестве сырья в химической промышленности или топлива.

Технология газификации отходов предполагает высокотемпературный пиролиз, проводимый при температурах 1000—1200⁰C. Основная особенность газификации отходов заключается в получении в результате процесса синтез-газа (смеси водорода с монооксидом углерода), используемого в энергетике, а также побочных химических соединений, содержащих фтор, хлор, азот, и используемых в химической промышленности.

Плазменная технология

Для утилизации высокотоксичных отходов, к которым относятся преимущественно медицинские отходы (в особенности, использованные инструменты из инфекционных отделений больниц) и боеприпасы, также применяется плазменная технология, при которой отходы сжигаются в электродуговых печах при температуре от 1300⁰C до 4000⁰C, получаемой за счёт энергии электрической дуги в присутствии водяного пара. Степень разложения отходов при плазменной технологии близка к полной, что делает её наиболее эффективной и экологически безопасной. Однако из-за высокой энергоёмкости и значительных эксплуатационных расходов на использование электродуговых печей эта технология используется для обработки специального мусора.

Преимущества:

1. Значительное уменьшение количества количество отходов

Мусоросжигательные заводы способны уменьшить количество отходов на 95% и уменьшить количество твердых отходов на 80-85% в зависимости от компонентов, которые были в твердых отходах. Следовательно, несмотря на то что МСЗ не позволяют полностью избавиться от свалок, они бесспорно уменьшают количество необходимой для этого земли. Для стран с нехваткой земли, таких как Япония и Дания, это значимо, поскольку свалки занимают большие площади земли.

2. Большой энергетический потенциал

Теплота сгорания при мусоросжигании иногда используется для выработки тепловой и электроэнергии. Теплотворная способность твёрдых бытовых отходов может достигать 8400 кДж/кг, что ставит мусор в один ряд с некоторыми низкосортными видами топлива (торф, бурый уголь). Усреднённая энергетическая ценность — до 600—700 кВт электроэнергии или 2—3 Гкал тепловой энергии на 1 тонну мусора. КПД мусоросжигания с энергетической точки зрения оказывается, таким образом, невысоким, однако эта функция мусоросжигания является вторичной. В ряде случаев использование мусоросжигательных заводов в качестве тепловых и электростанций способно покрывать довольно значительную часть энергетических потребностей населения. Лидером в энергетическом использовании мусоросжигания является Швеция, где мусоросжигательные заводы вырабатывают примерно 16% тепловой и 1,4% электроэнергии страны.

3. Сокращение загрязнения

Исследования показали, что установки для сжигания твердых отходов в меньшей степени загрязняют окружающую среду, чем свалки. Исследование, проведенное во время судебного разбирательства 1994 года в США, показало, что строительство мусоросжигательного завода было более благоприятным для окружающей среды по сравнению с полигоном.

Это исследование показало, что на свалке выделяется большее количество парниковых газов, оксидов азота, диоксинов, углеводородов и неметановых органических соединений. На свалках также атмосферными осадками выщелачиваются ядовитые химикаты, поступающие в грунтовые воды, загрязняя системы подземных вод.

4. Экономия при транспортировке отходов

Заводы по сжиганию могут находиться вблизи городов или даже в городах. Это выгодно, поскольку отходы не должны перевозиться на большие расстояния для захоронения. Это значительно снижает стоимость транспортировки.

5. Обеспечение контроля над запахом и шумом

Заводы по сжиганию мусора практически не пахнут, поскольку для сжигания отходов используется воздух накопителей отходов. На свалках отходы могут гнить, испуская неприятные запахи. Образование метана на полигонах может привести к возгораниям, а дым от пожаров на салках очень опасен.

На свалках постоянно работает техника: уплотнители и бульдозеры. Техника создает шум, распространяющийся на километры. Мусоросжигательный завод работает практически бесшумно.

6. Предотвращение образования свалочного газа

На свалках образуется метан, который, если его не собирать, попадает в атмосферу, вызывая дальнейшее глобальное потепление. В отличие от свалок, мусоросжигательные заводы не производят метана, что делает их более безопасными.