CC BY
224
УДК 658.567.1
Багданас В.В., Тихонова И.О.
РАЗРАБОТКА ТРЕБОВАНИЙ К ПРОИЗВОДСТВУ АЛЬТЕРНАТИВНОГО ТОПЛИВА НА ПОЛИГОНАХ ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХ ОТХОДОВ
Багданас Владислав Валерьевич, магистрант 1 курса факультета биотехнологии и промышленной экологии, email: [email protected];
Тихонова Ирина Олеговна, к.т.н., доцент кафедры промышленной экологии, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва, 125480, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Проблема обращения с твердыми коммунальными отходами в настоящее время является одной из важнейших. Одним из решений этой проблемы является производство альтернативного топлива из высококалорийных компонентов твердых коммунальных отходов. В статье представлены основные характеристики альтернативного топлива, а также этапы его производства на полигоне твердых коммунальных отходов.
Ключевые слова: альтернативное топливо, полигоны твердых коммунальных отходов, утилизация отходов.
DEVELOP REQUIREMENTS FOR ALTERNATIVE FUEL PRODUCTION IN LANDFILLS OF SOLID MUNICIPAL WASTE
Bagdanas W, Tikhonova I.O.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The problem of municipal solid waste management is currently one of the most important. One solution to this problem is the production of alternative fuels from high-calorific components of municipal solid waste. The article presents the main characteristics of alternative fuels, and the stages of its production at the landfill of municipal solid waste.
Keywords: alternative fuel, landfills of solid municipal waste, recycling.
В настоящее время остро стоит проблема обращения с отходами производства и потребления, в частности, с твердыми коммунальными отходами (ТКО), которые преимущественно размещают на полигонах. Согласно Государственному докладу «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2015 году», представленном на официальном сайте Минприроды России, в 2000 г. в окружающую среду - т.е. на свалки, полигоны и в другие места - было направлено около 144 млн м3 отходов (рассчитано как разница между вывозом и переработкой/сжиганием ТБО), а в 2015 г. эта величина составляла почти 255 млн м3. Следовательно, за пятнадцать лет возрастало не только негативное воздействие природную среду, но и также потери вторичных материальных ресурсов. Согласно тому же документу, в 2015 году только 7 % от общего объема вывоза было направлено на мусороперерабатывающие объекты и 2,4 % - на мусоросжигательные заводы. При этом захоронение ТКО на полигонах, даже если это современные экологически безопасные объекты, имеет ряд недостатков: изъятие больших площадей земли под захоронение отходов, потеря ценных компонентов ТКО, существенные затраты на транспортировку отходов, экологическая опасность. Тем не менее, полигоны будут оставаться основным решением проблемы обращения с ТКО еще долгое время.
Однако в Российской Федерации постепенно меняется взгляд на проблему обращения с отходами в пользу их переработки. Разработан проект
постановления Правительства РФ «Об утверждении Перечня видов отходов, в состав которых входят полезные компоненты, захоронение которых запрещается» - перечисленные виды отходов могут рассматриваться в качестве вторичных материальных ресурсов, пригодных в соответствующих условиях и наличия мощностей к утилизации в целях получения продуктов и имеют спрос на рынке. В качестве полезных компонентов рассматриваются: металлы черные; металлы цветные, в том числе ртуть; полимерные материалы; резина; стекло; бумага и картон.
В связи с этим существует необходимость внедрения на полигонах (особенно действующих) современных технологий переработки отходов, подразумевающих получение продукта. Одной из таких технологий является извлечение высококалорийных фракций из ТКО и получение на их основе альтернативного топлива (АТ или RDF -refuse derived fuel). Так в США, Канаде и странах ЕС степень замещения минерального топлива в строительной промышленности и теплоэнергетике достигает 40% и имеет тенденцию к возрастанию [1]. ТКО обладают высоким потенциалом для производства из них RDF топлива, что объясняется высоким содержанием в них высококалорийных компонентов, таких как пластик, картон, бумага, кожа, резина, текстиль, дерево и др. В таблице 1 представлен усредненный морфологический состав ТКО, образующихся на территории г. Москвы в 2015 году [2].
Таблица 1. Усредненный морфологический состав ТКО, образующихся на территории города Москвы в 2015 году
Компоненты ТКО Содержание (% по массе) Компоненты ТКО Содержание (% по массе)
Пищевые отходы 24,7 Камни 0,4
Бумага, картон 24,3 Пластмассы (в том числе ПЭТФ) 16,2 (3,3)
Дерево 1,7
Металл черный 1,2 Композитная упаковка 2,5
Металл цветной 0,8 Гигиенические средства 2,6
Текстиль 3,6 Прочие (неклассифиц.) 5,2
Стекло 11,4 Отсев 4,7
Кожа, резина 0,7 Итого 100
Сжигание RDF топлива, как и сжигание несортированных ТКО, сопряжено с опасностью образования высокотоксичных соединений диоксинов и фуранов. Поэтому данное топливо целесообразно применять в цементных печах, где будут достигаться высокие экологические эффекты. Это обусловлено [1]:
- высокой температуры горения материала (до 1450 °C) и газовой среды (до 2000 °C);
- щелочной средой материала в печи при наличии кислых газов;
- значительного времени пребывания газов в горячей зоне - более 7 секунд при температуре выше 1200 C, что обеспечивает распад диоксинов и фуранов;
- движения материала и газов в противотоке;
- интенсивного контакта между твердыми и газообразными фазами;
- связывания даже тяжелых и токсичных материалов при наличии жидкой фазы клинкера;
- наличия в печных установках эффективных пылеуловителей.
С точки зрения экономики и ресурсосбережения 1,7 кг RDF замещает 1 м3 природного газа, себестоимость производства 1 тонны RDF около 500 рублей, а средняя рыночная цена составляет 900 - 1100 рублей за тонну (расчет из стоимости 1 ГДж) [3].
Требования к производству альтернативного топлива
Для эффективного и безопасного использования топливо RDF должно обладать определенными характеристиками и свойствами. Во-первых, это высокая теплотворная способность, которая является определяющим показателем при внедрении любого вида топлива. Калорийность RDF должна быть не менее 16,8 Мдж/кг [4]. В противном случае его внедрение в качестве заменителя традиционных видов топлива нецелесообразно. Решением проблемы низкой калорийности альтернативного топлива является добавление при его производстве искусственных компонентов, обладающих высокой калорийностью, а также совершенствование сепарации (сортировки) ТКО, исключающей балластные негорючие фракции
(камни, стекло и др.). Одной из характеристик АТ, влияющих на его теплотворность, является влажность отходов. Поэтому одним из основных этапов подготовки RDF является сушка.
Во-вторых, это экономическая целесообразность внедрения RDF на цементных заводах. Необходимо, чтобы стоимость производимого АТ с учетом его доставки до потребителя (200 км) должна составлять не более 70% стоимости традиционного топлива, используемого потребителем, при эквивалентном количестве получаемого тепла [4].
В-третьих, химический состав и зольность топлива. Эти показатели будут влиять на экологическую составляющую использования RDF. Особое внимание следует уделить содержанию хлора, серы, тяжелых металлов (особенно Hg, Cd, Tl). Основные характеристики топлива RDF «Топал 1» представлены в таблице 2 [5].
В-четвертых, размер и форма частиц, определяемые транспортной системой подачи топлива на горелку и размером сопел самой горелки. Так, размер частиц в разных литературных источниках варьирует от 20 до 60 мм. Наиболее пригодными для подачи в горелку являются частицы с ровными, резаными краями, формируемыми путем измельчения в шредерах.
Важно отметить, что RDF топливо должно поставляться потребителю в качестве готового продукта, что серьезно упрощает и ускоряет процесс его внедрения, так как исключается необходимость получения потребителем лицензии по обращению с отходами. Для этого необходима разработка ТУ и получение сертификата соответствия.
Производство RDF на полигонах ТКО
Для достижения перечисленных выше характеристик RDF необходима соответствующая обработка отходов, представленная на Схеме 1 -указанные операции являются обязательными при производстве RDF. Также может применяться брикетирование отходов при производстве топлива в виде брикетов.
Таблица 2. Характеристики альтернативного топлива
№ Показатель Обозначение показателя Единицы измерения Значение показателя
1 Общая влажность Wt % 7,0-25,5
2 Зольность A % 14,0-17,3
3 Выход летучих веществ V % 64,2-78,0
4 Содержание хлора Cl % 0,80±0,04
5 Содержание фтора F Ppm 47,0±4,5
р ц измельчение в
X извлечение XX XX XX X
> „ > > шредере > > смешивание > > сушка >
У высококалорииных /дробилке УХ X
X компонентов XX XX XX X
Схема 1. Этапы обработки ТКО для получения RDF
Существует два подхода к производству RDF: целевой, когда реализуется технология, целью которой является получение топлива, и остаточный, т.е. извлечение калорийных компонентов из «хвостов», образующихся после выделения из отходов вторичного сырья. Первый подход не подразумевает извлечение вторичного сырья, которое обладает большей стоимостью и меньше требует затрат на обработку чем RDF топливо. Второй подход обладает большим числом операций, включающих несколько этапов сепарации, и следовательно требует больших площадей и затрат, что затруднительно для действующих полигонов [6]. Поэтому в данной статье предлагается подход одновременного извлечения как вторичного сырья, так и калорийных компонентов.
Пожалуй, самым главным этапом при производстве RDF является сортировка отходов. Сортировка бывает двух видов: ручная и автоматизированная с оптическим распознаванием материала. Большинство действующих в России полигонов применяют ручную сортировку. При одновременном извлечении на одной линии сортировки вторичного сырья и калорийных компонентов необходимо выделить критерии сортировки, согласно которым операторы будут отбирать те или иные фракции. Сортировочная линия делится на две зоны. Вначале отбирается вторичное сырье: бумага и картон, пластик, стекло, черные и цветные металлы. Бумажные и картонные фракции отбираются крупных размеров - более 100 мм в двух измерениях. При извлечении пластика отбираются пластиковые бутылки и канистры. Вторая зона предназначена для отбора компонентов, идущих на производство RDF. Здесь отбираются компоненты, не извлеченные в первой зоне: бумага и картон преимущественно размером меньше 100 мм, пластик и пленка, резина, кожа, текстиль, а также деревянные фракции. Фракции, процентное содержание которых в отходах незначительное могут отбираться одним человеком. Например, один
и тот же оператор извлекает одновременно кожаные и текстильные фракции. Перед линией сортировки целесообразно устанавливать механические разрыватели пакетов в целях экономии времени и более эффективного извлечения полезных фракций. После сортировки следуют описанные выше стадии: измельчение, смешивание, сушка и при необходимости брикетирование.
Данный метод извлечения компонентов RDF более экономичен, чем описанные в литературе, и теоретически может быть внедрен на действующих полигонах, но при этом обладает рядом недостатков. Во-первых, при ручной сортировке не могут достаточно эффективно быть извлечены фракции размером менее 60 мм. Во-вторых, ручная сортировка не позволяет предотвратить попадание в RDF хлорсодержащих компонентов, таких как ПВХ.
Список литературы
1. Ломтев, А.Ю. Топливо из ТКО в современной России // ТБО. - 2015. - № 10. - С. 20-23.
2. Определение усредненного морфологического и фракционного состава твердых коммунальных отходов, образующихся в жилом секторе г. Москвы: научно-технический отчет / АКХ им. К.Д. Памфилова. 2016. 29 с.
3. Кайгородов, О. Переработка ТБО - сочетание многих технологий // Химический журнал. - 2015. -№ 1-2. - С. 66-72.
4. Бушихин, В.В. RDF из ТКО / В.В. Бушихин, Г.П. Колтон, А.Ю. Ломтев // ТБО. - 2016. - №5. - С. 1417.
5. Бушихин, В.В. Альтернативное топливо из твердых бытовых отходов // ТБО. - 2015. - № 4. - С. 38-41.
6. Вайсман, Я.И. Перспективы использования комплекса оптико-механической сортировки с целью извлечения энергетического потенциала ТБО // Вестник ПНИПУ. Урбанистика. - 2013. - № 3. - С. 138-146.
