Font Size

Cpanel

Альтернативные топлива из твердых отходов. Применение и легализация

В.В. Бушихин, О.Н. Кайгородов, Г.М. Полозов, О.Е. Федосеев 

Одним из  путей снижения потребления дорожающих минеральных энергоресурсов при промышленном производстве и в энергетике в настоящее время является использование альтернативных топлив (АТ), полученных из отходов различной природы. Известно, что в странах ЕС существует законодательно оформленное целое направление в утилизации отходов - производство АТ. На таких топливах, без ущерба для экологии, работают множество предприятий, производящих цемент, гипс и другие строительные материалы, вырабатывающих тепло и электроэнергию, предприятиях металлургии.

Следует отметить, что сегодня в ЕС существуют предприятия, использование альтернативных видов топлива различной природы  на которых, достигает 100% от общего потребления топлива. При этом, природный газ в промышленности ЕС используется только как резервное топливо, или как вспомогательное – для поддержки горения трудно сгораемого топлива, углеродсодержащих отходов и розжига. В статье авторы рассматривают основные проблемы вовлечения в хозяйственный оборот части образующихся отходов (на примере ТБО) в виде АТ и пути их решения.

Различные типы АТ, замещая ископаемые виды топлива, тем самым решают 2 важнейшие задачи: сохранность (экономия) природных ресурсов и утилизация части образующихся в процессе потребления и использования товаров и услуг отходов.

Почему перерабатываются не все фракции ТБО? Потому что, мы говорим о наиболее легко, с минимальными затратами, извлекаемых фракциях, таких как вторичное сырье (Al банки, полимеры, бумага, ПЭТ бутылки и т.п.), имеющее устойчивый рынок сбыта и АТ (калорийные фракции). Дальнейшее извлечение полезных ресурсов из ТБО сопряжено с резким ростом вложений и удорожанием самого процесса .

На настоящий момент в РФ, кроме проблем законодательства по обращению с отходами и экологического законодательства, недостатка экономических стимулов в обращении с отходами, отсутствует ясное представление о круге вопросов, которые необходимо решить для снижения объемов отходов подлежащих захоронению.

На наш  взгляд ключевым моментом наведения порядка в системе оборота отходов, кроме административных мер, является то, что продукты, получаемые из отходов должны являться товаром со всеми необходимыми атрибутами.

Так как отходы (в целом) и продукты, из них получаемые, не охарактеризованы с точки зрения их потребительских характеристик, то их дальнейшее использование как товара проблематично. Поэтому, схема перевода продукции, получаемой в процессе обращения с отходами, в товар должна включать стадии ее идентификации и паспортизации.

Получение необходимых для идентификации и паспортизации характеристик отходов (в целом), и продуктов, из них получаемых, по морфологическому и химическому составам, физико-химическим свойствам позволят разработать Технические Условия (ТУ) на способ переработки отходов (в целом), и продуктов, из них получаемых, произвести сертификацию продуктов, получаемых из отходов, и найти потребителя на эти продукты. Данные характеристики также служат основанием для оценки воздействия и разработку мер защиты окружающей среды при их производстве и дальнейшем использовании, а также для организации выходного и входного контроля продукции.

В частности АТ, произведенное из отходов должно иметь сертификат соответствия и ТУ, разработанные в соответствие с требованиями потребителя топлива.

Прежде чем рассматривать возможность производства и использования того или иного вида АТ, следует принять во внимание необходимость решения следующих задач:

● подбор отходов, подходящих по своим физико-химическим свойствам;

● проведение широкого морфологического и физико-химического анализа отходов;

● разработка технологии предварительной подготовки отходов; по сути, производства альтернативного топлива (выделение топливных фракций из массы отходов, сушка, газификация и т.п.) для подачи их на горелку.

При производстве стройматериалов, следует учитывать производственные условия, состав сырьевых материалов и основного топлива, точки питания, используемый способ очистки отходящих газов, а также проблемы работы с данным конкретным видом АТ и требования, предъявляемые существующими правилами. При выработке тепловой и электрической энергии следует учитывать производственные условия, вид основного топлива, горелку, используемый способ очистки отходящих газов, систему шлакоудаления, а также проблемы работы с данным конкретным видом АТ и требования, предъявляемые существующими правилами.

В качестве основы для получения АТ, используется широкий ряд отходов. Отходы могут быть твёрдыми, жидкими или пастообразными, что определяется их происхождением. Соответственно, для производства (извлечения) из них АТ требуется предварительная обработка, часто довольно серьезная: сепарация, измельчение, смешивание, сушка и т.п., дающая в итоге гарантии постоянства его состава и качества.

Наряду с влажностью и зольностью, важными характеристиками и параметрами топлива из отходов являются его теплотворная способность, содержание серы, хлора и тяжёлых металлов (особенно ртути, кадмия и таллия). Кроме того, необходимо, чтобы топливо обладало определенными геометрическими характеристиками, определяемыми транспортной системой подачи АТ на горелку и размером сопел самой горелки. 

Оценка пригодности топлив из отходов, как правило, базируется на максимально допустимых концентрациях вредных веществ в отходах.

Также, должны быть приняты во внимание специфические производственные условия конкретного предприятия, которые должны базироваться как на требованиях производственной практики, так и на установленных нормах и технологических регламентах.

В частности АТ, поставляемое потребителю как товар, со своими ТУ и сертификатом соответствия, позволит значительно уменьшить количество мероприятий, связанных с решением организации приемки, хранения и подачи на горелку, а также с получением разрешений на использование АТ в производственном цикле без лицензирования работы с отходами,  и соответственно удешевить и ускорить процесс внедрения.

Ниже, для сравнения, приведены характеристики теплотворной способности и зольности некоторых материалов, используемых в качестве альтернативного топлива.

Таблица 1. Характеристики теплотворной способности и зольности видов топлива из опасных и не опасных отходов

Видов топлива из отходов

(опасных и неопасных)

Значения теплотворной способности  (МДж/кг)

Зольность, %

Древесина (отходы пилорам, ДСП, ж/д шпалы) при влажности 25%

приблизительно 16

До 1,5

Бумага, картон

3 – 16

До 8

Текстиль

до 40

Не опред

Пластики (первичная переработка)

17 – 40

До 2

Топливо из ТБО (RDF)

18 – 20

10 – 22

Резина/шины

приблизительно 26

7

Промышленный шлам

8 – 14

До 30

Костная мука и жиры животных

14 – 18, 27 – 32

Не опред

Мука туши животного

14 – 21,5

Не опред

Сельскохозяйственные отходы

12 – 16

До 10

Растворители, масла, отходы ЛКМ и др

20 – 36

Не опред

Шлам сточных вод (влажность > 10%)

3 – 8

До 40

Шлам сточных вод (влажность < 10% до 0)

8 – 13

До 40

Из всего многообразия отходов, в современных условиях на наш взгляд наиболее целесообразно и экономически оправданно использование в качестве основы для производства АТ: ТБО, отработанных железнодорожных шпал и изношенных автопокрышек. Это также обусловлено их большими количествами и повсеместностью распространения. Такие АТ, без ущерба для экологии, найдут применение на предприятиях, производящих цемент, известь и другие строительные материалы, а также вырабатывающих тепло и электроэнергию.

Конкретные примеры получения и определения характеристик АТ по отработанным методикам подготовки и анализа различных видов АТ с  получением сертификатов  соответствия и разработанным Техническим условиям представлены ниже:

1. Альтернативное топливо, получаемое из отходов (хвостов) сортировки твердых бытовых отходов, т.н. RDF (Refuse Derived Fuel);

2. Альтернативное топливо, получаемое из железнодорожных шпал;

3. Альтернативное топливо, получаемое из отработанных автопокрышек;

4. Альтернативное топливо, получаемое из отходов переработки б/у автомобилей.

Возможно применение других видов альтернативного топлива имеющих жидкое и пастообразное состояние, получаемых из нефтешламов, использованных растворителей, остатков красок или отработанного масла, вплоть до обезвоженных илов очистных сооружений, с подходящими теплотворными характеристиками. Их исследование будет производиться в дальнейшем, по мере необходимости.

Очень важным моментом является то, что химия одних и тех же топлив может очень серьезно различаться в зависимости от региона их образования. Так исследования топлив, произведенных из хвостов сортировки ТБО в Санкт-Петербурге и в Подмосковье, показали существенную разницу в морфологическом, химическом составе и зольности, но в то же время равные данные по содержанию хлора – около 0,8%. Это же замечание касается таких, казалось бы, однородных отходов, как ж/д шпалы.

Надо отметить, что RDF является наиболее распространенным, точнее распропагандированным альтернативным топливом в РФ. Большинство организаций, занимающихся обращением с ТБО, рассматривает возможность модернизации своих мусоросортировочных комплексов под производство RDF. RDF – единственный вид АТ, для которого в РФ сложилась рыночная цена, составляющая 1000 – 1500руб за 1т RDF с доставкой потребителю.

Потребителю в такой поставке плюс в том, что ему не нужно заниматься вопросами производства топлива из ТБО, он получает готовый продукт. Потребителю достаточно вложиться только в систему подачи топлива на горелку и м.б. в саму горелку. При этом, RDF, в отличие от других видов альтернативного топлива является неиссякаемым источником. С поставщиком RDF можно заключать контракты на годы вперед.

 В то же время, нужно принять во внимание, что такой потребитель АТ, как цементный завод, имеет возможность работы и на низкокалорийных, высоковлажных топливах, таких, например, как нефтешламы или обезвоженные илы очистных сооружений, только в этом случае он скорее выполняет роль утилизатора, и должен получать плату за сжигание таких АТ.

В таблице 2. ниже приведены некоторые характеристики RDF, г. Санкт-Петербург 2011г.

Таблица 2. Отдельные характеристики RDF(Refuse Derived Fuel)

№ п/п

Показатель

Обозначение показателя

Ед. изм.

Рабочее состояние топлива

 

1

Общая влага

wt

%

7,0-25,5

2

Влага аналитической пробы

Wa

%

-

3

Зольность

A

%

14,0-17,3

4

Выход летучих веществ

V

%

64,2-78,0

5

Низшая теплота сгорания

Qрн

ккал/кг

МДж/кг

3800-4850

15,9-20,3

 

С участием авторов статьи были проведены натурные испытания по подаче RDF в печь на одном из цементных заводов Ленинградской Области. Опыт подачи RDF, разработанного и исследованного для условий сжигания на цементной печи, при подаче на печь в течение всего 2012 года показал следующие результаты:

Уровни концентраций канцерогенов (бенз(а)пирена) не превышают нормативы выбросов в атмосферу и также могут считаться безопасными.

Значение параметров вредных выбросов в атмосферу (диоксинов и фуранов) не превышают нормативы выбросов в атмосферу и также могут считаться безопасными.

 

Таблица 3. Суммарное содержание ПХДД/ПХДФ в выбросах с учетом токсических эквивалентов, в пересчете на 2,3,7,8-ТХДД

 

Точка выбросов

Концентрация нг ITEQ/м3

(стандартные условия)

Верхний предел выбросов* (кг/ч)

Верхний предел

Нижний предел

1

0,0140±0,0091

0.0133±0.0086

1,80x10-9

2

0,0402±0,0261

0.0382±0.0248

4,16x10-10

1

0,0007±0,0005

0.0007±0.0005

9,05x10-11

2

0,0386±0,0251

0.0364±0.0237

4,43x10-10

 

Примечание: * Замеры осуществлялись в двух точках выбросов в разное время в процессе 72 часовых испытание по подаче RDF в цементную печь.

 

Уровни концентраций основных контролируемых загрязнителей, включая тяжелые элементы, наблюдаемые в выбросах при использовании альтернативного топлива, существенно не отличаются от соответствующих характеристик, приведенных в существующем томе ПДВ без подачи RDF;

Граница санитарно-защитной зоны не изменилась;

Качество клинкера не ухудшилось и соответствует требованиям ГОСТа.

Процент замещения может составлять до 40% без изменения качественных показателей производства.

По расчетам авторов статьи, экономический эффект от внедрения АТ на цементных предприятиях позволяет окупить вложения в реконструкцию предприятия, необходимую для перехода на АТ, в срок не более 3-4 лет. Дальнейшая прибыль ложится на снижение себестоимости цемента, а значит повышение конкурентоспособности предприятия.

К сожалению, за редким исключением, в РФ необходимость внедрения АТ лучше всех понимают иностранные производители цемента, такие как Лафарж и Heidelbergcement. Среди отечественных производителей выделяется лишь ОАО «Мордовцемент». Поскольку использование АТ возможно не только на цементных предприятиях но и на других заводах строительной отрасли (известковые, гипсовые и т.п.), а также в металлургии и энергетике, авторы не оставляют надежды на повсеместное внедрение АТ, особенно в свете улучшения законодательства РФ в области энергосбережения и экологии. В частности в 2010г. вышли ГОСТы на АТ, что является большим шагом вперед.

Наш опыт показал, что уже сегодня, не дожидаясь каких либо специальных решений государственных органов или льгот, есть решения по экономии топливо-энергетических ресурсов, снижения экологической нагрузки и экономически целесообразного сотрудничества. Необходима только воля заинтересованных сторон, то есть нас с Вами и государства.

Литература

1. Б.Г.Санеев, А.В.Лагеров, В.Н.Ханаева и А.В.Чемезов. Перспективы развития электроэнергетики России в ХХI веке и выбросы парниковых газов – «Энергетическая политика», 2003, вып.1, с. 5-12

2. Губерт Байер, Состав и горючие свойства различных видов твердого альтернативного топлива, ж. «Цемент Известь Гипс», №3/2010

3. Бушихин В.В. «Мир без отходов», ж. «Бизнес сегодня» март 2008

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить


Anti-spam: complete the taskJoomla CAPTCHA
НОВЫЙ УРЕНГОЙ 2020 март
Землепользование при недропользовании 2020 февраль