СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНОГО ТОПЛИВА ИЗ ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХ ОТХОДОВ
METHOD OF OBTAINING ALTERNATIVE FUEL FROM MUNICIPAL SOLID WASTE

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к области обращения с отходами, а более конкретно к производству твердого топлива, изготовленного из твердых коммунальных отходов (ТКО) и которое может применяться как самостоятельно, так и в качестве добавки к основному топливу в различных энергоемких технологических процессах на тепловых электростанциях, в цементном производстве, металлургии, а также в специализированных установках по сжиганию отходов с целью получения электрической и тепловой энергии.
Твердые коммунальные отходы представляет собой гетерогенную смесь различных по физическому состоянию, крупности и свойствам органических и неорганических элементов сложного компонентного и химического состава. В состав ТКО входят такие компоненты, как макулатура, черные и цветные металлы, стекло, пластмасса, текстиль, пищевые и растительные отходы, инертные материалы, электронные отходы, кожа, дерево, резиновые изделия, опасные материалы и т.п.). Состав ТКО меняется во времени (в том числе по сезонам года) и зависит от места расположения населенного пункта, его величины, состояния благоустройства, уровня развития промышленности и ряда других показателей.
Важным элементом в современной системе обращения с отходами является обработка отходов. При обработке ТКО выделяют первичную и вторичную их сортировку. В процессе первичной сортировки образуются:
1) вторичное сырье, которое используется повторно в производственном цикле;
2) отсев;
3) «хвосты» (остатки сортировки).
Они являются неутилизируемыми отходами и направляются на объекты захоронения отходов. Процент извлечения вторичного сырья на станциях ручной сортировки составляет 7-15%, на автоматизированных станциях сортировки - до 35%.
Исследования, проведенные авторами, показали, что в зависимости от вида технологической линии сортировки ТКО в составе «хвостов» первичной сортировки содержатся следующие горючие компоненты: макулатура - 8-20%, полимеры - 13-22%, дерево - до 3,5%, текстиль - до 5%, что позволяет рассматривать «хвосты» как ресурс для производства твердого топлива. Также в составе «хвостов» сортировки встречаются инертные материалы, органические отходы, опасные материалы, отсев и прочее, которые понижают качество топлива: уменьшают его теплоту сгорания, увеличивают зольность, влажность топлива и выход токсичных веществ в атмосферу.
Известен способ производства твердого топлива, изготовленного из промышленных и бытовых отходов, который осуществляется в 4 этапа технологического процесса. На первом этапе осуществляют сортировку промышленных и бытовых отходов на три группы: первая группа содержит крупногабаритные металлические объекты, шнуры и опасные вещества, которые удаляются из общей массы исходных объектов для изготовления твердого топлива и впоследствии утилизируются. Вторая группа состоит из оставшихся крупногабаритных промышленных и бытовых отходов, которые попадают в шнековую дробилку для уменьшения их размеров менее 150 мм (второй этап технологической линии). Третья группа содержит отходы, которые по размерам меньше 150 мм. На втором этапе осуществляют первый этап обработки промышленных и бытовых отходов для уменьшения их габаритных размеров менее 150 мм, при этом отходы второй группы помещают в шнековую дробилку. На третьем этапе осуществляют второй этап обработки промышленных и бытовых отходов, в процессе которого отходы второй и третьей групп подают в горизонтальную установку разбивания для уменьшения их объема. На четвертом этапе в полученные в горизонтальной установке разбивания отходы добавляют известь, затем осуществляют формовку круглых брикетов при высоких давлении и температуре, сушку полученных круглых брикетов с образованием конечного продукта диаметром 15-30 мм, длиной 30-150 мм, калорийностью свыше 6000 ккал/кг и температурой горения свыше 1100°С (патент RU 2405027, МПК C10L 5/48, 5/46 (2006.01)).
Недостатком способа является использование отходов только размером менее 150 мм (третья группа), в состав которых входят стекло, инертные материалы, имеющие высокое содержание золы, что снижает теплоту сгорания топлива, а также значительно затрудняет процесс горения и эксплуатацию печей.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ изготовления топливных брикетов из твердых бытовых отходов (ТБО) и других органических отходов, включающий гидромеханическую сортировку ТБО с выделением горючей массы, измельчение выделенной горючей массы с влажностью 40-55%, сушку измельченного материала, подогрев измельченного материала в интервале температур 550-1000°С, формирование из измельченного материала гранул. Энергообеспечение производства топливных брикетов производится полностью за счет скрытой внутренней энергии горючей массы ТКО, в качестве связующего при формировании брикетов используется смолистый конденсат, выделенный из газообразных продуктов термического распада горючей массы, нагретой до температуры 550-1000°С (патент RU 2567861, МПК C10L 5/46, 5/00, 5/40 (2006.01)).
Недостатками данного способа являются следующие:
- вымывание из отходов при гидравлической сепарации солей тяжелых металлов и других токсичных веществ, и, как следствие, загрязнение чистых компонентов отходов - макулатуры, полимеров, дерева и т.п.;
- пониженная теплота сгорания топлива ввиду наличия избыточной влаги в компонентах (т.к. используется гидравлическая сепарация);
- так как гидравлическая сепарация проводится в помещении, воздух в помещении насыщается влагой и вредными испарениями, что является опасным для обслуживающего персонала;
- недостаточно полное использование твердых коммунальных отходов, т.к. для изготовления топлива используют только горючую массу твердых коммунальных отходов (ТКО), остальная же часть отходов подлежит захоронению.
Общими признаками заявляемого способа и способа по прототипу является получение топлива из твердых коммунальных отходов с выделением с последующей ее измельчением, сушка.
Задачей настоящего изобретения является создание способа получения топлива из твердых коммунальных отходов с максимальным их использованием, с высокой теплотой сгорания, безопасного и экологически чистого.
При решении поставленной задачи достигаются следующие технические результаты:
- снижение объема подлежащих захоронению отходов (остаток после выделения альтернативного топлива составляет 5-8%), и, как следствие, снижение нагрузки на окружающую среду и здоровье человека;
- практическое отсутствие в топливе опасных компонентов, что позволяет соблюдать нормативные требования к топливу;
- снижение потребления первичных энергетических ресурсов (древесины, торфа, угля на промышленных предприятиях), что позволяет значительно снизить прямые затраты на его использование;
- отсутствие влаги и вредных испарений в помещении (за счет исключения гидравлической сепарации;
- увеличение теплоты сгорания за счет выделения высококалорийных компонентов с исходной влажностью.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе получения топлива, включающем сортировку отходов с выделением горючих фракций с последующим их измельчением и сушку, предварительно проводят подготовку ТКО путем деления основного потока ТКО на две фракции, мелкую и крупную, и сортировку крупной фракции с выделением вторичного сырья, в процессе которой образуются "хвосты" сортировки, из которых при последующей сортировке отделяют горючую фракцию, после измельчения горючей фракции к ней добавляют подсушенный отсев - мелкую фракцию, выделенную на стадии подготовки ТКО, и смешивают их.
Признаки, являющиеся отличительными от прототипа, предварительно проводят подготовку ТКО путем деления основного потока ТКО на две фракции, мелкую и крупную, и сортировку крупной фракции с выделением вторичного сырья, в процессе которой образуются "хвосты" сортировки, из которых при последующей сортировке отделяют горючую фракцию, после измельчения горючей фракции к ней добавляют подсушенный отсев - мелкую фракцию, выделенную на стадии подготовки ТКО, и смешивают их.
На чертеже представлена технологическая схема получения топлива. На схеме обозначены:
1 - Грохот;
2 - Участок ручной/автоматизированной сортировки;
3 - Участок механизированной/ автоматизированной сортировки;
4 - Термическая печь;
5 - Дробилка/измельчитель;
6 - Смеситель.
Процесс производства топлива протекает в следующей последовательности.
В грохоте 1, куда поступают твердые коммунальные отходы (ТКО), производится разделение основного потока ТКО на две фракции: мелкую (отсев размером до 35 мм) и крупную (ТКО без отсева). ТКО без отсева поступают на участок 2 ручной или автоматизированной сортировки, где выделяют вторичное сырье и "хвосты" сортировки. В качестве вторичного сырья выделяют ценные компоненты (например, картон, бумагу, полиэтиленовые бутылки и т.д.), которые отправляют на повторное использование. Перечень выделяемых компонентов вторичного сырья может меняться в зависимости от условий заказчика. "Хвосты" сортировки поступают на участок 3 механизированной или автоматизированной сортировки, где происходит выделение горючей фракции (бумага, картон, полиэтиленовые пленки, дерево, текстиль и т.д.). Далее горючая фракция поступает в дробилку 5 для последующего дробления до получения фракций размером до 30 мм. Мелкая фракция из грохота 1 (подгрохотная фракция) поступает в термическую печь 4, где происходит усушка влаги отсева до 20-25%. Далее подсушенная мелкая фракция из термической печи 4 и измельченная в дробилке 5 горючая фракция поступают в смеситель 6, где происходит их перемешивание. На выходе из смесителя 6 получается топливо, которое представляет собой измельченный гомогенизированный продукт с измененными физическими и химическими свойствами совокупного материала. Полученный продукт по теплотехническим свойствам сравним с природными видами топлива (таблица).
*
Основные теплотехнические свойства различных видов топлива
* Теплотехнические свойства различных топлив изменяются в зависимости от способа его производства, транспортировки, хранения и способа подготовки.
Предлагаемый способ позволяет получить экологически чистое, безопасное, высококалорийное топливо из неутилизируемых отходов, снизить объем подлежащих захоронению твердых коммунальных отходов и, таким образом, минимизировать негативное воздействие на окружающую среду и здоровье человека, а также снизить потребление первичных энергетических ресурсов.
Альтернативное топливо из неутилизируемых отходов (АТНО), приготовленное предлагаемым способом, является энергетическим ресурсом для энергоемких технологических процессов с нулевой стоимостью (т.е. часто производители аналогичного топлива готовы поставлять его промышленным предприятиям бесплатно или за минимальную стоимость) и не уступает по теплотехническим свойствам некоторым видам традиционного топлива.
АТНО может применяться как самостоятельное топливо, так и в качестве добавки к основному топливу в различных энергоемких технологических процессах, использующих в качестве энергоресурса твердое природное топливо (каменный и бурый уголь, торф, антрацит, древесину и т.п.).
При возможности проведения лабораторных исследований по определению опасных химических веществ в компонентах, можно управлять качественными и количественными характеристиками АТНО (например, исключить пластмассы, содержащих соединения хлора, кадмия), что позволит не превышать допустимых норм выброса вредных веществ в атмосферу при этом обеспечить снижение затрат на систему газоочистки.