Брикетирование ТБО для газификации

Твердые бытовые отходы (ТБО) образуются в результате бытовой деятельности населения. Состав и объем городских ТБО зависит от страны, местности, времени года и других факторов: бумага и картон до 40%, далее в городах – органические (включая пищевые) отходы до 20%; металл, стекло и пластик - по примерно 10%; дерево, текстиль, резина и кожа по 3-5% от общего количества.

По статистике каждый житель выбрасывает около 200-250 кг бытовых отходов в год, а город с населением 500 тыс. человек ежедневно производит примерно тысячу тонн ТБО. Объем ТБО в России увеличивается и уже представляет экологическую угрозу. Любая задержка с обезвреживанием и уничтожением мусора может привести к появлению серьёзных заболеваний и катастрофическому загрязнению. Ежегодно в России появляется более 40 млн. тонн отходов, которые вывозятся и подвергаются захоронению на необорудованных по меркам безопасности свалках. Площадь, отведённая под свалки, достигает 2,5 тысячи квадратных километров, на которых уже находятся около 90 млрд. тонн различных отходов.

Накопление и складирование таких отходов не только наносит существенный ущерб экологии и земельным ресурсам, но и крайне невыгодно с экономической точки зрения, так как на их основе могут быть получены высококачественные топливные брикеты с заданной крупностью и свойствами.

Наверное, одной из наиболее серьёзных проблем, затрудняющих утилизацию ТБО в России, является отсутствие отлаженной системы их сепарации. Во-первых, полностью отсутствует сепарация мусора в местах его сбора, т.е. распределение характерного мусора по различным бакам самими жителями, которая практически отлажена в развитых странах мира. Хотя, следует отметить, что в СССР принимались попытки внедрения этой схемы, но она всё-таки не прижилась. Вся обработка ТБО на полигонах сводится к неорганизованному сбору из наваленных куч мусора ряда его компонентов, представляющих ценность в качестве утильсырья, для возврата их в жизненный цикл, таких как цветной металл, пластиковые контейнеры и РЕТ-тара и пр. А вся остальная часть мусора прессуется бульдозерами, на которые наваливается следующий слой. Поэтому практика широкого внедрения получения из смешанного ТБО более ценного промежуточного продукта с более высоким энергетическим потенциалом и готового к утилизации является насущной необходимостью.

В настоящее время основным способом термической переработки ТБО является их прямое сжигание. По некоторым данным сегодня в мире эксплуатируется более 2 тыс. установок, сжигающих ТБО на механических колосниковых решетках, около 200 топок для термической переработки отходов в кипящем слое, примерно 20 барабанных печей, в основном цементных, где сжигают ТБО, а также единичные установки с использованием пиролиза и газификации. При этом практически все мировые энергоустановки используют обработанные ТБО, так называемый RDF (Refuse Derived Fuel). Топливо RDF используется в качестве частичного замещения основного вида топлива, например, для сжигания в цементных печах и энергетических установках в теплоэлектроцентралях, а также на заводах по изготовлению строительных материалов. Высокие температуры, используемые в этих производствах, дают возможность сжигать этот вид топлива, не причиняя серьезного ущерба окружающей среде.

Следует заметить, что в России производство RDF практически отсутствует и поэтому все действующие мусоросжигательные котлы, расположенные в незначительном количестве у полигонов мегаполисов, работают на смешанных несортированных бытовых отходах, при этом некоторые из них используют технологии, в которых практически решены экологические проблемы.

RDF – топливо, полученное путем измельчения, сепарации и обезвоживания твердых бытовых отходов, с применением технологий их преобразования. В процессе сепарации и преобразований из отходов отбирается горючая фракция с высокой теплотой сгорания. В зависимости от требований оборудования, для которого предназначается этот вид альтернативного топлива, RDF может быть приготовлен в измельченном состоянии, в виде пеллет или в виде спрессованных брикетов. Этот метод переработки ТБО появился в середине прошлого века и пользуется популярностью в технологически развитых странах.

Анализ литературы по топливу RDF показывает, что к этому классу топлива относятся практически все виды топлив, полученные из ТБО, без различия каким путём они получены. Причём предварительный этап приготовления RDF, так называемый «front-end» является общим для всех способов его производства. Состав оборудования системы «front-end» в развитых странах, то есть наличие сепарации прочных негорючих материалов, включая магнитных, измельчителей, грохотов, воздушных классификаторов, баллистического сепаратора, сепарации с использованием инфракрасных и рентгеновских лучей и пр. во многом зависит от композиционного состава ТБО, как сырья. По сути дела на этом начальном этапе происходит первичное облагораживание ТБО и его подготовка к следующему этапу. Существующая сложившаяся в мире практика производства RDF из муниципальных твердых отходов (MSW) показывает, что схема производства состоит из ряда различных процессов, в целом включающих:

- первичную сепарацию у источника ТБО (на месте сбора производится отбор части стекла, металла, бумажно-картонных изделий и пищевых отходов в отдельные контейнеры);

- транспортировку ТБО к месту переработки и хранения;

- сортировку (автоматическую, полуавтоматическую или ручную) или механическую сепарацию;

- уменьшение размера (дробление, измельчение и размол);

- сепарацию и грохочение (с возвратом крупных фракций свыше 50 мм на повторное измельчение);

- смешивание всей измельчённой массы;

- сушку и изготовление пеллетов или брикетов (этот процесс может включать в себя предварительную термическую обработку, а вид конечной продукции определяется техническими условиями потребителя);

- упаковку и складирование.

Обычно перед измельчением смешанный материал (ТБО) подвергается грохочению для извлечения части, возвращаемой на повторное использование (например, металлы), инертной части (такие, как стекло). Также отделяют влажную органическую биомассу, способную к гниению (например, пищевые и растительные отходы), имеющую высокие значения влажности и зольности. Последняя часть, то есть влажная органическая биомасса, может быть отправлена на дальнейшую обработку, например компостирование или анаэробную переработку и может быть использована для улучшения почвы или просто захоронена. В некоторых случаях органический материал может быть высушен в процессе биологической обработки (так называемый, процесс «сухой стабилизации»). Крупные фракции или отбрасываются или возвращаются на измельчение. Средние фракции, содержащие бумагу, картон, древесину, пластмассу и ткани, можно сжигать сразу как сырое необработанное топливо (c-RDF) или высушивать и пеллетизировать (или брикетировать) в плотный RDF (d-RDF). Решение по переработке в пеллеты обычно принимается из условий хранения и наличия и характеристики средств их сжигания.

Главным показателем качества топлива RDF для потребителя является его теплота сгорания и она в большей степени зависит от содержания в отходах горючих фракций. Средние значения теплоты сгорания топлива RDF лежат в пределах от 12 до 18 МДж/кг. Существуют методы увеличения теплоты сгорания топлива на конечной стадии процесса его производства. В него могут добавляться искусственные компоненты, обладающие более высокой теплотой сгорания. Это может увеличить область применения RDF, но при этом вырастает и стоимость конечного продукта.

Следующим немаловажным показателем качества топлива RDF при его производстве и применении являются экологические последствия при его использовании. Должен проводиться серьезный анализ компонентов, входящих в состав топлива и продуктов его утилизации (условий сжигания или газификации). В этом случае, при анализе морфологического и элементного состава исходного ТБО, следует прогнозировать и состав RDF и условий его утилизации для экономической оценки (что выгодней: исключение попадания вредных веществ в RDF или оборудование энергоустановки дополнительными средствами очистки).

Важным фактором является также и количественный показатель производства RDF, производимого из одной тонны ТБО (MSW), который меняется в зависимости от типа сбора (состава ТБО) и качественного требования к процессу обработки. Уровень производства RDF от ТБО варьируется между 23 и 50 % от веса отходов в зависимости от используемого в той или иной стране процесса обработки.

В зависимости от состава измельчённого и сепарированного ТБО следующим этапом приготовления RDF может быть выбран один из следующих методов:

- термическая переработка;

- биологическая переработка (аэробное или анаэробное сбраживание).

Биологическую переработку мы здесь не рассматриваем, так как целью данной статьи является рассмотрение предложений по производству брикетов из ТБО в установке, интегрированной в схему газификации. При этом в процессе изготовления брикетов из ТБО используется тепло, полученное при газификации этих же брикетов в газогенераторах плотного слоя.

По термической обработке можно рассматривать два подхода:

1). Торрефакция («обжарка» материала без доступа окислителя) измельчённого отсепарированного ТБО. В свою очередь, здесь могут существовать две схемы:

- «Обжарка» материала производится во вращающейся барабанной печи, оборудованной горелкой в форкамере, где сжигается часть генераторного газа. Режим поддерживается автоматически по температуре отработанных газов за печью. Газ выжигается в форкамере таким образом, что материал не соприкасается с открытым пламенем. Далее материал отправляется на брикетирование.

- Вторым источником тепловой энергии для торрефакции может служить часть отработанных дымовых газов за второй зоной трёхзонного газогенератора (выносной камеры сгорания).

При этом термическая обработка (торрефакция) сопровождается нагревом в инертной среде до 200-250 °С, при котором происходит определённое обезвоживание полуфабриката, начинают обугливаться древесина и плавиться полиэтилен, полипропилен и прочие пластики.

2). Брикетирование измельчённого сепарированного ТБО по традиционной схеме ООО «Брикетные Технологии» с максимальным прогревом брикетов и с использованием внутреннего тепла полученного при газификации. При прогреве брикетируемой массы до 200-250 °С процесс брикетирования происходит без добавления связующих – эту функцию выполняет размягчённый пластиковый материал.

В последние годы предприятием ООО «Брикетные Технологии» были проведены многочисленные исследования по получению брикетов, окускованного топлива из различных материалов. Целью всех этих исследований была разработка и оптимизация различных технологических операций по брикетированию на основе различных связующих материалов.

В последнее время нами проводились исследования и разработки технологий брикетирования с применением новых методов физико-химического воздействия:

- механоактивации;

- управляемых температурных воздействий;

- механической вибрации;

- ультразвуковой вибрации и других.

При этих воздействиях в отдельных случаях дополнительно применялись смазывающие материалы или материалы с малым сопротивлением трения.

Дополнительно по каждому типу получаемых брикетов исследовались их прочностные и теплотехнические характеристики и определялись области применения.

Результатом этих исследований являются разработанные технологические операции по недорогим и эффективным способам снижения влажности материалов, механического обезвоживания, комбинирования материалов различной исходной влажности и производства брикетов без добавления связующих.

Разрабатывались также технологии брикетирования, где в качестве связующих материалов использовались компоненты отходов производства. Такими материалами были полиэтилен, пластики в составе ТБО, лигнин и другие. Был проработан и процесс брикетирования измельчённого ТБО в шнековом прессе без добавления связующих, но с использованием содержащихся в брикетируемой массе пластиковых материалов (рис.1).

Брикетирование ТБО для газификации
Рис. 1. Неразрезанный брикет, получаемый из ТБО

Никишанин М.С., Загрутдинов Р.Ш., Сеначин П.К.
Дата публикации: 20-02-2016, 04:28 Раздел: Бытовые отходы Просмотров: 1477 Комментариев: 0
Распечатать

Пожалуйста, оставьте отзыв через ВКонтакте:

Или через сайт:

Вопрос: Как называются отходы из металла (метал***ом)?

Введите ответ на вопрос против спам-ботов и оставьте текст отзыва ниже
Полужирный Наклонный текст Подчеркнутый текст Зачеркнутый текст | Выравнивание по левому краю По центру Выравнивание по правому краю | Вставка смайликов Выбор цвета | Скрытый текст Вставка цитаты Преобразовать выбранный текст из транслитерации в кириллицу Вставка спойлера
Ваше мнение
Поддерживаете ли Вы раздельный сбор мусора
Что это такое?
Конечно!
Ни за что!

 
 
Новые материалы
События
    АГРО-2015 АГРО-ЛАБ-2015