|
Для выбора оптимального метода
термической обработки ТБО необходимо сравнение имеющихся технологий по
следующим критериям:
• экономическим (уровень капитальных и
эксплуатационных затрат);
• технологическим (уровень развития и апробации
технологии, надежность оборудования, степень автоматизации процесса,
эксплуатационные характеристики, требования безопасности, необходимость
подготовки обходов и использования дополнительного сырья — топлива, других компонентов,
производство товарной продукции);
• экологическим (количество и токсичность отходов
и газовых выбросов, возможность их обезвреживания и утилизации).
Кроме этого, следует учесть возможность изготовления
оборудования в России, а также квалификационные требования к обслуживающему
персоналу, обусловленные особенностями той или иной технологии.
Сущность методики заключается в том, что для сравнительной
оценки технологий приняты критерии, каждому из которых присвоен фактор
приоритета (величина от 10 до 50). Оценка в баллах определяется как
произведение фактора приоритета и коэффициента (его величина меняется от -1
до +1), характеризующего достоинства или недостатки той или иной технологии с
точки зрения отдельных критериев. Например, для критерия «уровень развития
технологии» фактор приоритета принят равным 50; коэффициент для технологии
слоевого сжигания составляет +1 (технология хорошо отработана, оборудование
производится серийно). Оценка в баллах по этому критерию для технологии
слоевого сжигания составляет 50 баллов.
Из приведенной в 5.38 оценки термических методов
переработки отходов следует, что наиболее предпочтительными из них являются
слоевое сжигание на колосниковых решетках, сжигание в кипящем слое и
отечественная технология газификации. Методы слоевого сжигания на
колосниковых решетках и сжигания в кипящем слое имеют преимущество перед
другими методами обработки ТБО по группе общих критериев: высокий уровень
апробированности технологий, серийно выпускаемое оборудование, высокий
гарантийный срок эксплуатации (не менее 15 лет), относительно низкие затраты
и др.
Вместе с тем эти технологии несколько уступают
высокотемпературным технологиям обработки ТБО и отечественной технологии
газификации по материальным и экологическим критериям. Отечественная
технология газификации выглядит предпочтительнее других методов термической обработки
отходов по стоимости оборудования, экологическим критериям, но уступает по
одному из самых важных критериев - уровню промышленного развития технологии.
Вместе с тем эта технология уже отработана в промышленном масштабе и является
весьма перспективной (не требует подвода кислорода, не требовательна к режиму
пуск-остановка, имеет более высокий энергетический КПД, экологические
преимущества).
Сопоставление трех методов термической переработки отходов
— сжигания на колосниковой решетке, процесса «Siemens» и процесса
«Thermoselect» - сделала фирма «Berlin-Consult», используя отчеты ряда
немецких фирм, сопровождавших проекты новых технологий.
Из сопоставления данных, характеризующих эффективность
утилизации энергии при реализации различных методов, следует, что метод
«Thermoselect», в котором производится плавление всех инертных материалов,
равно как и метод «Siemens», в котором расплавляется часть отходов, несколько
проигрывают в части отдачи энергии внешним потребителям по сравнению с
традиционным колосниковым сжиганием с отводом тепла для тепловых
электростанций. Оба высокотемпературных метода имеют высокий специфический
расход энергии.
С точки зрения экологического влияния, все методы примерно
равны и при наличии эффективной газоочистки характеризуются низкими выбросами
вредных веществ (имеющиеся различия можно считать второстепенными).
Можно сделать вывод, что современные системы сжигания
отходов на колосниковых решетках по своим технико-экономическим
характеристикам несколько выше новых высокотемпературных термических методов.
При этом надежность традиционных систем подтверждена многолетней практикой
эксплуатации многочисленных заводов, в том числе весьма крупных. Иными
словами, новые высокотемпературные термические методы переработки отходов не
имеют очевидных преимуществ по сравнению с традиционным сжиганием на
колосниковых решетках при температуре ниже температуры плавления шлака.
Из новых процессов слоевого сжигания (при температуре ниже
температуры плавления шлака) наиболее перспективен процесс газификации,
разработанный в ИПХФ РАН в Черноголовке.
В России термическое оборудование для сжигания отходов
на подвижных решетках не производится, поэтому представляет интерес
технологическая оценка различных методов слоевого сжигания ТБО в топках с
переталкивающими решетками, тенденций практического применения этих методов,
а также оценка возможностей ведущих западных фирм как партнеров для
реализации оптимальных технологий в российских условиях.
Как показано выше, принципиально для российских ТБО
подходят топочные устройства систем «Martin», «Steinmuller» и «Noell»
(топочные устройства системы «Deutsche Babcock», предназначенные
исключительно для сжигания отходов с высокой теплотворной способностью, не
подходят в принципе, хотя именно топками с валковыми решетками этой фирмы
оснащено большинство заводов в СНГ — ошибочность такого выбора доказана
практикой работы этих заводов).
Сравнение методов термической переработки отходов по
некоторым показателям
Отечественные ТБО характеризуются повышенной влажностью,
и, с точки зрения термической обработки влажных отходов, наиболее подходят
топочные устройства системы «Martin». Вместе с тем выбор системы «Martin» для
сжигания ТБО в российских условиях не однозначен по следующим причинам:
• российские отходы характеризуются переменной
влажностью, переменным составом и переменной теплотворной способностью;
• относительно большой угол наклона решетки (для
предотвращения образования завалов при переталкивании отходов назад и для
более быстрого прохождения материала) обусловливает опасность повышенного
недожога из-за проскока части материала;
• систему распределения воздуха через узкие щели
в головной части колосников нельзя считать оптимальной (например, фирма
«Noell» от этого отказалась); площадь живого сечения решетки, определяющая
аэрацию, составляет 1,2-1,7%, при этом скорость воздуха на входе в топку
составляет 20-50 м/сек, а гидравлическое сопротивление прохождению воздуха -
200-300 мм водяного столба;
• относительная сложность устройства
обратно-переталкиваю- щей решетки и необходимость механической обработки
колосников, делающая их более дорогими.
Характерно, что с 1990 по 2000 г., после ужесточения в Германии требований к выходу недожога при сжигании отходов, фирма
«Martin» не получила в Германии ни одного заказа на строительство своих
установок. Кроме того, необходимо учитывать, что фирма изготавливает в
комплекте лишь топку с решеткой; котельное оборудование и оборудование для
газоочистки фирма не выпускает, т.е. ее нецелесообразно рассматривать как
партнера в комплектной поставке технологического оборудования для термической
переработки отходов и газоочистки.
Технология и оборудование фирмы «Steinmuller» (см. 5.40)
представляются более перспективными для термической переработки российских
ТБО. С 1990 по 1997 г. фирма построила в Германии 36% всех термических установок
(44% приходятся на другие фирмы-производители колосникового оборудования,
вместе взятые), а в Европе — 14% (из рассматриваемых производителей на долю
фирмы «Martin» приходится в Европе 10% установок, на долю фирмы «Deutsche
Babcock» - 15%).
Технология сжигания фирмы «Steinmuller» является
компромиссной среди других технологий и рассчитана на переработку ТБО
переменного состава и переменной влажности. Поступательно-переталкивающая
решетка системы «Steinmuller», в отличие от других, обеспечивает стабильную
подачу воздуха в топку и постоянную воздушную «сетку» при сжигании отходов
(при ширине колосника 120-125 мм площадь живого сечения решетки, определяющая
эффективность аэрации, составляет 1,5-2,5%, при этом скорость воздуха на
входе в топку составляет 15-30 м/сек, а гидравлическое сопротивление
прохождению воздуха - 50-80 мм водяного столба); для ТБО переменного состава
очень важно также, что распределение воздуха по отдельным зонам решетки
автоматически регулируется. Решетки системы «Steinmuller» весьма просты в
обслуживании (замена отдельных колосников производится одним человеком и не
требует применения специального инструмента). Провал материала между
колосниками минимален (зазор 1,5 мм).
Учитывая, что фирма «Steinmuller» поставляет в комплекте топочное,
котельное оборудование и оборудование для газоочистки и является при этом
одной из трех (наряду с «Lurgi» и «АВВ») ведущих фирм Европы в области
газоочистки, взаимодействие с ней представляется обоснованным и
целесообразным.
Колосниковая решетка фирмы «Noell» (с 1990 по 1998 г. фирма построила в Германии три завода) также обеспечивает хорошее сгорание отходов по всей
площади пода (принципиальная геометрия топочного пространства в печах фирм
«Noell» и «Steinmuller» идентична), и печи достаточно хорошо приспособлены
для сжигания отходов как с низкой, так и с высокой теплотворной способностью:
по данным фирмы «Noell», от 2000 до 3500 ккал/кг. Реализованное в топках
последнего поколения расположение отверстий для подачи дутьевого воздуха в
торце колосников обеспечивает минимально необходимый расход и равномерную
подачу воздуха в слой отходов, а оригинальная система распределения
вторичного воздуха и частичная рециркуляция дымовых газов способствуют
максимальному выгоранию летучих органических веществ.
В то же время состоящее из стянутых болтами колосников
монолитное полотно решетки представляется менее удачным с точки зрения
реализации термического процесса и проведения ремонтных работ. Несмотря на
то, что в конструкции предусмотрены специальные компенсаторы расширений,
возникающих в результате воздействия высоких температур (при нагревании
подвижные уравнительные элементы решетки, соединенные с неподвижными
колосниками, выдавливаются во внешнюю сторону), это удорожает и усложняет
эксплуатацию решетки. Более дорогими являются также колосники, требующие
механической обработки при изготовлении, а болтовое соединение колосников в
решетке усложняет ремонтные работы.
Для российских условий (высокая влажность ТБО, высокое
содержание инертных и экологически опасных компонентов в ТБО) предпочтительно
применение методов термической переработки ТБО (слоевого сжигания,
перспективного отечественного процесса газификации) в схемах комплексной
переработки ТБО, когда термической обработке подвергается обогащенная горючими
компонентами фракция отходов.
|