УСТАНОВКА ПО ПЕРЕРАБОТКЕ ТВЕРДОБЫТОВЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ И ТЕПЛО

Полезная модель относится к области уничтожения и переработки твердых бытовых и промышленных отходов и предназначена для уничтожения твердых, жидких и пастообразных отходов с использованием аэробных процессов обработки минералосодержащего сырья и использования переработанного продукта в качестве топлива для выработки энергии, направляемой к потребителю.
Сегодня, используя сложившиеся технологии, человечество имеет разнообразнейшую структуру всевозможных отходов бытового и промышленного происхождения. Эти отходы, постепенно накапливаясь, превратились в настоящее бедствие. Развиваются системы очистки территорий от мусора и технологии его сжигания. Однако есть достаточно много причин считать, что технологии сжигания мусора являются тупиковыми. Уже в настоящее время затраты на сжигание 1 кг мусора составляют 65 центов. Если не перейти на другие технологии ликвидации отходов, то затраты будут расти. При этом следует иметь в виду, что необходимы такие новые технологии, которые со временем могли бы обеспечить, с одной стороны, потребительские запросы населения, а с другой стороны, сохранность окружающей среды.
Проблема полного уничтожения или частичной утилизации твердых бытовых отходов (ТБО) - бытового мусора - актуальна, прежде всего, с точки зрения отрицательного воздействия на окружающую среду. Твердые бытовые отходы - это богатый источник вторичных ресурсов (в том числе черных, цветных, редких и рассеянных металлов), а также "бесплатный" энергоноситель, так как бытовой мусор - возобновляемое углеродсодержащее энергетическое сырье для топливной энергетики.
3
-9
По данным специализированных фирм, осуществляющих в настоящее время даже малоперспективные технологии прямого сжигания твердых бытовых отходов, реализация термических методов при сжигании 1000 кг ТБО позволит получить тепловую энергию, эквивалентную сжиганию 250 кг мазута. Однако реальная экономия будет еще больше, поскольку не учитывают сам факт сохранения первичного сырья и затраты на добычу его, т.е. нефти и получения из нее мазута. Кроме того, в развитых странах существует законодательное ограничение на содержание в 1 м выбрасываемого в атмосферу дымового газа не более 0,1×10 г двуокиси азота и фуранов при сжигании отходов. Эти ограничения диктуют необходимость поисков технологических путей обеззараживания ТБО с наименьшим отрицательным влиянием на окружающую среду, особенно мусорных свалок.
Известна станция термического уничтожения отходов, состоящая из двух транспортабельных блок-боксов - основного и вспомогательного. В основном блок-боксе размещены инсинератор, система автоматической загрузки твердых отходов, щиты управления, помещение для газораспределительного оборудования, инсинератор представляет собой известную конструкцию - печь, состоящую из двух камер цилиндрической формы, расположенных одна над другой и разделенных перегородкой со сквозными отверстиями, нижняя камера - это первичная камера сжигания, верхняя - вторичная камера дожигания, в первичную и вторичную камеры встроены горелки (газовые или комбинированные). В первичную камеру также встроена форсунка (инжектор) для подачи жидких отходов, во вспомогательном блок-боксе находятся помещение для устройства измельчения (роторной дробилки) и упаковочный участок, на инсинераторе установлена дымовая труба, возможна установка дополнительно конвейерных лент на участках загрузки твердых отходов и устранения зольного остатка с целью уменьшения ручного труда обслуживающего персонала (RU 99855, F23G 5/00, опубл. 15.06.2010).
Извесрная станция основана на использовании широко распространенного способа уничтожения твердых бытовых отходов - сжигание. Сжигание бытового мусора, помимо снижения объема и массы, позволяет получать дополнительные энергетические ресурсы, которые могут быть использованы для централизованного отопления и производства электроэнергии. К числу недостатков этого способа относится выделение в атмосферу вредных веществ, а также уничтожение ценных органических и других компонентов, содержащихся в составе бытового мусора. Сжигание можно разделить на два вида: непосредственное сжигание, при котором получается только тепло и энергия, и пиролиз, при котором образуется жидкое и газообразное топливо. Мусоросжигание обеспечивает минимальное содержание в шлаке и золе разлагающихся веществ, однако оно является источником выбросов в атмосферу. Мусоросжигательными заводами (МС3) выбрасываются в газообразном виде хлористый и фтористый водород, сернистый газ, а также твердые частицы различных металлов: свинца, цинка, железа, марганца, сурьмы, кобальта, меди, никеля, серебра, кадмия, хрома, олова, ртути и др. Установлено, что содержание кадмия, свинца, цинка и олова в копоти и пыли, выделяющихся при сжигании твердых горючих отходов, изменяется пропорционально содержанию в мусоре пластмассовых отходов. Выбросы ртути обусловлены присутствием в отходах термометров, сухих гальванических элементов и люминесцентных ламп. Наибольшее количество кадмия содержится в синтетических материалах, а также в стекле, коже, резине. Исследованиями США выявлено, что при прямом сжигании твердых бытовых отходов большая часть сурьмы, кобальта, ртути, никеля и некоторых других металлов поступает в отходящие газы из негорючих компонентов, т.е. удаление негорючей фракции из бытовых отходов понижает концентрацию в атмосфере этих металлов. Источниками загрязнения атмосферы кадмием, хромом, свинцом, марганцем, оловом, цинком являются в равной степени как горючая, так и негорючая фракции твердых бытовых отходов. Существенное уменьшение загрязнения атмосферного воздуха кадмием и медью возможно за счет отделения из горючей фракции полимерных материалов.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении экологичности установки по переработке ТБО за счет применения технологии аэробных процессов переработки минерального сырья и использования выхода этого процесса в качестве топлива для получения полезной энергии.
Указанный технический результат достигается тем, что установка по переработке твердо-бытовых и промышленных отходов включает в себя приемный бункер для накопления твердо-бытовых и промышленных отходов, по крайней мере один транспортер для перемещения отходов из бункера в пост отделения от отходов металлосодержащих и полимерных включений и по крайней мере один транспортер для перемещения отделенного от включений продукта в устройство его дробления и усреднения по размеру, устройство подачи дробленного продукта в камеры, в которых сформирован аэробный процесс для деструкции продукта и разделения его на выходе на утилизируемый фильтрат и компостную массу с влажностью 15-25%, устройство подачи компостной массы в качестве топливного элемента в топливную установку, состоящую из котла для нагрева воды и получения пара для его подачи его в паровую турбину, связанной с генератором для выработки электроэнергии, и шлакоприемника.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг.1 представлена схема установки по переработке ТБО.
В рамках настоящей полезной модели рассматривается энергетический комплекс минерального типа по глубокой переработке твердо-бытовых и промышленных отходов с получением электроэнергии.
Полезная модель позволит решить проблему открытого захоронения отходов, уменьшить ежегодновыделяемые площади земельных участков под захоронение ТБО, сохранить возможность использования земельных угодий в сельском хозяйстве и производстве. Проект предусматривает производство от 5 до 35 МВт электроэнергии в час, что соответствует государственной программе Российской Федерации «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года».
Поступающие твердо бытовые отходы (ТБО) (фиг.1) складываются в бункер накопитель 1, затем их разгрузочной части бункера по наклонному транспортеру 2 подаются на транспортер 3, где происходит ворошение, разрыв упаковки и отделение металлических частей при помощи надленточного транспортера 4. Надленточный транспортер представляет собой устройство в виде перемещаемого ленточного магнитного сепаратора, предназначенный для извлечения, захвата и перемещения железосодержащего материала. Затем сырье подается на сортировочный транспортер 5 где происходит отбор вторичных материалов (пластик (ПЭТФ, ПЭТ, ПВД), картон, стекло, черный и цветной металл).
Оставшиеся после сортировки и отбора вторичных материалов ТБО направляется для измельчения и усреднения по размеру всех составляющих частиц в дробилки 6 (частицы не крупнее 250 мм). После усреднения по размерам материал направляется в систему туннелей 7. В туннелях 7 происходят анаэробные процессы.
В ходе аэробных процессов под воздействием микроорганизмов (грибов, бактерий, актиномицетов) и также беспозвоночночных (клещей, нематод и др.) окисляются наиболее деградируемые компоненты. Затем деструкции подвергаются трудно и медленно окисляемые субстраты - лигнин, лигноцеллюлозы, меланины, танины. Существуют различные методы оценки степени биодеградации твердых отходов. Наиболее информативным принято считать метод оценки, основанный на различиях в скоростях разложения целлюлозы и лигнина. В непереработанных отходах отношение содержания целлюлозы к лигнину составляет около 4,0; в активно перерабатываемых - 0,9-1,2 и в полностью стабилизированных отходах - 0,2. В течение аэробной стадии температура среды может повышаться до 80°С, что вызывает инактивацию и гибель патогенной микрофлоры, вирусов, личинок насекомых. Увеличение температуры повышает скорость протекание процессов деструкции органических веществ, но при этом снижается растворимость кислорода, что является лимитирующим фактором. Исчерпание молекулярного кислорода приводит к снижению тепловыделения и накоплению углекислоты. Это, в свою очередь, стимулирует развитие в микробной ассоциации сначала факультативных, а затем облигатных анаэробов. При анаэробной минерализации в отличие от аэробного процесса участвуют разнообразные, взаимодействующие между собой микроорганизмы. При этом виды, способные использовать более окисленные акцепторы электронов, получают термодинамические и кинетические преимущества. Происходит последовательно процесс гидролиза полимеров типа полисахаридов, липидов, белков; образованные при этом мономеры далее расщепляются с образованием водорода, диоксида углерода, а также спиртов и органических кислот.
Процесс полностью автоматизирован, постоянно контролируется воздушная среда при помощи систем вентиляции 8 (система подачи воздуха вентилятором), 9 (система вытяжки воздуха и очистки его), влажность, температура как внутри туннеля, так и внутри материала, автоматически вводятся раствор с бактериями.
Под воздействием бактерий происходят уменьшение влажности топливных материалов и изменения структуры органических отходов. В туннелях используется замкнутая система водоснабжения и система 10 утилизации образовывающегося фильтрата 10 не наносящая вреда окружающей среды. Средний срок нахождения топливных материалов в туннелях 8-16 дней (зависит от состава поступающего материала). В результате аэробных процессов из ТБО получается компостная масса с влажностью 15-25% (получается так называемое «RDF топливо»), которая направляется в установку получения электроэнергии.
Получаемое RDF топливо направляется в загрузочное устройство 11 энергетической топливной установки, состоящей из котла 12 для нагрева воды и получения пара и подачи его в паровую турбину 13, связанной с генератором 14 для выработки электроэнергии.
В котел 12 с кипящим слоем подается RDF топливо (через отверстие загрузочного оустройства 11), за счет чего нагревается пар. Необходимые параметры работы котла поддерживаются при помощи систем вентиляции 15, 16. Использование котлов с кипящим слоем обеспечивает достижение высокого КПД котла (до 92%). Использование котлов с кипящим слоем позволяет использовать различное по составу и калорийности RDF топливо. Частицы топлива в котле циркулируют и возвращаются в процесс снова и снова, что приводит к высокой выгораемости топлива, эффективному захвату вредных веществ и эффективной передаче тепла от сгорания топлива пару с высокими качественными характеристиками для дальнейшего производства электроэнергии. Образовавшийся пар направляется в паровую турбину 13 мощностью от 5 МВт до 35 МВт (в зависимости от мощности установки), образовавшаяся электроэнергия через генератор 14 направляется в сеть потребителю. Низкая температура в топке котла сводит к минимуму образование оксидов азота. Образовавшийся шлак направляется в шлакосборник 17, затем по транспортеру 18 в силос временного хранения 19. Выхлопные газы очищаются при помощи системы фильтрации 20 и выбрасываются через дымовую трубу 21.
Настоящая полезная модель промышленно применима, может быть реализована с использованием известных современных процессов изменения структуры и химических свойств исходных материалов, при помощи станции выроботки электроэнергии из твердых бытовых отходов.