en
Эл. почта: mail@1-engineer.ru
Центральный офис: Московская область, г. Химки ул. Ленинградская, стр. 25
Главная Статьи Энергия из отходов. Получение энергии из отходов с компанией «Первый инженер»

Энергия из отходов. Получение энергии из отходов с компанией «Первый инженер»

Зачем нужно перерабатывать отходы в энергию

Ежегодно в России:

  • Образуется 55-60 млн тонн твердых коммунальных отходов (ТКО)
  • Более 300 млн м3 отходов образуется на предприятиях деревообрабатывающей промышленности
  • Более 700 млн тонн органических отходов образуется ежегодно на предприятиях агропромышленного комплекса.

Энергия из отходов – это электричество, пар и горячая вода для обеспечения нужд промышленных предприятий или городского хозяйства, а также решение сразу нескольких экологических задач:

  • Утилизация отходов, не подлежащих переработке
  • Сокращение площади территорий, отчуждаемых под захоронение ТКО или складирование отходов предприятий
  • Экономия ограниченных ресурсов ископаемого топлива, используемого на традиционных электростанциях, и снижение затрат на него.

Какие отходы можно перерабатывать в энергию

Самые распространенные виды топлив из отходов:

  • Древесные отходы: природная древесина, кора, щепа, промышленная древесина, древесные опилки, фанера
  • Сельскохозяйственные отходы: лузга подсолнечника, рисовая шелуха, кукурузные початки, солома
  • Отходы животноводства: куриная подстилка
  • Отходы городского хозяйства: иловые осадки, RDF-топливо.

RDF (refuse derived fuel или твердое восстановленное топливо) — это вторичное сырье, получаемое из сортированных коммунальных отходов. В его состав могут входить: органические отходы (бытового происхождения), резина, пластик, картон, бумага, дерево, кожа, синтетические ткани, текстиль, полимерные материалы. Технология производства RDF предполагает предварительную сортировку и утилизацию опасного мусора, и в составе данного топлива никогда не будет стекла, металлов, веществ, содержащих хлор.

Энергия из отходов: зарубежный опыт и ситуация в России

Во многих странах переработка отходов в энергию – важный элемент системы управления отходами. Так, по данным «Конфедерации европейских заводов по производству энергии из отходов» (CEWEP) в 2018 году доля отходов, сжигаемых с целью получения энергии, составила в странах ЕС в среднем 28%. Среди лидеров в области выработки энергии из отходов страны, известные своей высокой экологической ответственностью: Финляндия (57%), Швеция (53%), Дания (51%)

Утилизация отходов коммунального хозяйства в странах Европы

Получение энергии из отходов Переработка отходов Захоронение отходов Данные отсутствуют
Финляндия 57% 42% 1%
Швеция 53% 46% 1%
Дания 51% 48% 1%
Эстония 44% 28% 21% 7%
Люксембург 44% 50% 6%
Нидерланды 56% 43% 1%
Бельгия 43% 55% 1% 1%
Австрия 39% 58% 2% 1%
Великобритания 37% 44% 17% 2%
Франция 35% 44% 21%

В России до сих пор основным способом обращения с отходами остается их захоронение: 94% твердых коммунальных отходов сегодня вывозятся на мусорные полигоны. Однако в ближайшие годы систему управления обращения с отходами ожидает серьезное реформирование. В рамках Национального проекта «Экология», утвержденного в 2018 году, стартовали:

  • Федеральный проект «Чистая страна», направленный на ликвидацию несанкционированных свалок, восстановление территорий и ликвидацию накопленного экологического вреда.
  • Федеральный проект «Комплексная система обращения с твердыми коммунальными отходами», направленный на создание инфраструктуры, позволяющей утилизировать и перерабатывать отходы коммунального хозяйства.

Мировая практика позволяет прогнозировать активное развитие технологий энергетической утилизации в связи с развитием системы обращения с коммунальными отходами.

Сейчас же собственные энергоисточники на отходах строят и эксплуатируют промышленные предприятия лесоперерабатывающей и целлюлозно-бумажной агропромышленной отраслей, вырабатывающие электричество, пар и горячую воду из древесных отходов: фанеры, щепы, коры, опилок и т.п. Еще один сектор, имеющий значительные перспективы в области энергетической утилизации отходов производства — агропромышленное производство. Лузга подсолнечника, рисовая шелуха, кукурузные початки, солома – все эти отходы, образующиеся при сборе урожая и переработки сельскохозяйственной продукции, могут стать отличным топливом для собственной ТЭЦ или котельной на отходах, обеспечивающей до 100% потребностей в энергии.

Энергия из отходов: польза или экологическая угроза?

Несмотря на то, что в общественном сознании сжигание мусора прочно ассоциируется с выбросом токсичных веществ в атмосферу, накоплением их и угрозой для здоровья людей, опасность ТЭЦ на отходах сильно преувеличена.

ТЭЦ на RDF-топливе не сжигают мусор с ближайшего полигона, а являются частью целой системы обращения с отходами, в которой первое и ключевое звено – сортировка отходов. На этом этапе все отходы, способные выделять при сгорании токсичные вещества, удаляются. Поэтому в составе RDF-топлива нет металлов, стекла или веществ, содержащих хлор.

Что же касается других отходов в составе RDF-топлива, современные системы автоматики и контроля обеспечивают постоянный мониторинг параметров работы оборудования и состава продуктов сгорания.

По данным CEWEP в период с 1990 по 2000 год выбросы диоксинов на заводах по переработке отходов в Германии сократились с 400 г до менее 0,5 г в год, в то время как количество термически обработанных отходов более чем удвоилось за тот же период.

Так, на одном из объектов, построенных компанией Kablitz в Германии концентрация ССО составляет 7,2 мг/м3 (допустимое значение до 50 мг/нм3), концентрация СNОх — 90,5 мг/м3 (допустимое значение до 200 мг/нм3), концентрация СSО2 — 6,9 мг/м3 (допустимое значение до 50 мг/нм3 при концентрации кислорода 11%). Как видим, содержание вредных веществ намного ниже допустимых значений в продуктах сгорания.

Перечисляя угрозы экологической утилизации отходов, о ее положительном влиянии обычно забывают. Обозначим самые значительные, на наш взгляд:

  • ТЭЦ на ТКО или отходах производства перерабатывают отходы, которые не подлежат переработке, и были бы направлены на свалку. Использование этих отходов для выработки энергии сокращают выбросы метана (воздействие которого на климат в 25 раз сильнее, чем от углекислого газа CO2).
  • ТЭЦ на отходах сельского хозяйства и агропромышленного комплекса могут способствовать сохранению и восстановлению почвенных ресурсов. Сегодня российское сельское хозяйство теряет около 3,9 млн т сельхозпродукции, которая могла бы вырасти на деградировавших почвах — около 1,5 млн га.

Технология сжигания для получения энергии из отходов

Тем, кто всерьез рассматривает перспективу строительства собственной котельной или ТЭЦ на отходах производства, мы предлагаем ближе познакомиться с темой на примере технологий и действующих установок, построенных нашим партнером Richard Kablitz Gmbh в Германии. Сегодня мы расскажем о том, как выбрать технологию сжигания, которая будет эффективно работать.

Первый вопрос, который задаст любой производитель клиенту, планирующему строительство ТЭЦ или котельной на биомассе: какие именно отходы и в каком количестве планируется сжигать.

Самое распространенное сегодня топливо при строительстве ТЭЦ на отходах – отходы древесного производства. Вопрос выбора установок для их сжигания мы и рассмотрим подробнее.

Отходы деревообрабатывающего производства, используемые в качестве топлива, могут иметь совершенно различные технические характеристики, и они должны быть приняты во внимание при выборе технологии сжигания. На сегодняшний день используется три основных способа сжигания твердого топлива: вихревой, факельный и слоевой. Лучше всего потребностям предприятий, планирующих утилизировать необработанные отходы, отвечает слоевое сжигание.

Среди технологий слоевого сжигания в свою очередь можно выделить сжигание на колосниковой решетке и сжигание в кипящем слое. Последняя позволяет работать с любыми видами топлива, кроме пылевидного, хорошо работает с низкокалорийными топливами и имеет отличные экологические показатели процесса горения. Однако ввиду сложной и дорогой в строительстве и эксплуатации конструкции, с экономической точки зрения применение топок на кипящем слоя целесообразно только на мощных энергетических котлах с давлением 100 бар и выше, т.е. преимущественно на крупных ТЭЦ ЦБК.

Выработка тепла и получение энергии из отходов: в диапазоне единичной мощности от 500 кВт до 50 МВт для обеспечения собственных нужд предприятия наиболее подходящим является использование топок, оборудованных колосниковыми решетками.

В целом такие топки подходят для сжигания топлива разного состава, высокой влажности и высокой зольности, позволяют использовать смеси нескольких видов топлива, а потому достаточно универсальны и отлично работают с отходами деревообработки и сельского хозяйства. Но, разумеется, если тип колосниковой решетки подбирается грамотно с учетом всех особенностей используемого топлива.

Так, в референц-листе компании Kablitz есть установки, работающие на совершенно различных видах топлива от древесных гранул, щепы, опилок, коры, лесосечных отходов до переработанных отходов ДВС, ОСП, фанеры, содержащих лакокрасочные покрытия, древесные отходы (АI-AIV), железнодорожных шпал, сортированного мусора. В сельском хозяйстве таким топливом для установок Kablitz служит солома, семена подсолнечника, оливковые косточки, рисовая шелуха, травяная биомасса. Для работы с таким широким спектром топлив в арсенале производителя есть несколько типов колосниковых решеток, что выгодно отличает Kablitz от многих известных в России европейских и тем более местных производителей.

Получение энергии из отходов на ТЭЦ

Получение энергии из отходов на ТЭЦ

Рассмотрим их подробнее.

Переталкивающие колосниковые решетки

Переталкивающие решетки делятся на наклонные и горизонтальные. Наиболее распространенные, наклонно-переталкивающие, состоят из последовательных рядов неподвижных и движущихся колосников и могут применяться в диапазоне топлив с теплотой сгорания 5000–21 000 кДж/кг, обеспечивая требуемое тепловыделение от 4,5 МВт при расходе топлива до 40 т/ч.

Движущиеся колосники обеспечивают перемещение топлива вдоль решетки, за счет этого движения топливо проходит все необходимые стадии подготовки к сжиганию и начинается процесс сжигания.

За счет перемешивания горящего топлива со свежими частицами достигается равномерное распределение слоя топлива по длине решетки. Конструкция решетки Kablitz позволяет перемещать топливо с разной скоростью соответственно стадии горения. В результате выгорание топлива на таких решетках достигает 97%.

Наклонно-переталкивающие решетки идеально подходят для «многосоставного топлива», такого как щепа, древесная кора, отходы древесины (МДФ, OSB, ДСП), использованная древесина (A I-A IV), рисовая шелуха, оливковые косточки, лигнин, торф, мелкие фракции производных отходов, топливо из ТБО, сортированные отходы, RDF, бурый уголь, пеллеты.

Конструкция колосников и система их охлаждения адаптируется к типу топлива. При сжигании влажного топлива (коры, опилок, щепы) применяются колосники, охлаждаемые воздухом (наиболее экономичный вариант). Для сухого биотоплива или для топлива с пониженной температурой плавления золы оправданно применение водоохлаждаемых колосников.

Колосниковые решетки с верхней подачей топлива

Данный тип решеток идеально подходит для особенно влажного топлива.

Первая колосниковая решетка с верхней подачей топлива была разработана Рихардом Каблицем еще в 1921 году. Этот продукт, заменивший тогда обычную подвижную колосниковую решетку, был спроектирован специально для топлива с особенно низкой теплотой сгорания, такого, как бурый уголь, торф или древесные отходы.

Энергия из отходов. Использование древесного мусора в качестве топлива

Ключевое преимущество этой системы — эффект механической загрузки топлива колосниковой решеткой. Такое движение с верхней подачей отдельных колосников решетки позволяет большему объему воздуха достигать топливного слоя, что значительно улучшает сушку, дегазацию и выгорание (87% и выше). Это обеспечивает оптимальное сжигание даже грубого и сильно увлажненного топлива (до 65%), что в конечном итоге позволяет сократить в долгосрочной перспективе расходы на него.

Данный принцип загрузки топлива отличается от того, который используется в наклонно-переталкивающих колосниковых решетках. Колосники решеток в параллельной позиции формируют секции решетки, каждая из которых 1 м длиной. В каждом ряде секций располагаются рядом друг с другом попарно по одному неподвижному и одному подвижному в горизонтальной плоскости колоснику. Движением решетки можно управлять, изменяя длину хода, скорость движения и количество двигающихся колосников.

Горизонтальные колосниковые решетки дожига

Используются в качестве колосниковой решетки дожига летучей золы или как шлаковая решетка в сочетании с наклонно-переталкивающими колосниковыми решетками.

Решетка дожига — это секция решетки, последовательно подсоединенная к основной решетке, повышающая ее эффективность, обеспечивая полное сгорание топлива (TOC < 3%) и энергетический КПД, особенно в случаях использования топлива с включениями элементами различных размеров.

Плоские колосники, установленные на роликах на чугунной раме, раздвигаются гидравлическим приводом с необходимыми интервалами для разгрузки золы. Временные интервалы могут регулироваться вручную после проверки результата выгорания или устанавливаются автоматически в случае однородного топлива.

В сегменте котлов малой и средней мощности технология сжигания на колосниковых решетках всесторонне отработана с точки зрения применяемых конструкторских решений и материалов. Это позволяет тем, кто планирует строить ТЭЦ на битопливе сегодня, достаточно просто, обратившись к специалистам, выбрать гарантированно работоспособное и эффективное решение для своего предприятия на основании анализа характеристик топлива и условий эксплуатации установки.

Продолжение статьи читайте по ссылке или в Клуб ПИ № 3-2018 — Энергия из отходов. Энергоисточник на биомассе. Выбираем оптимальный вариант.

Наталья Баклыгина
Директор по маркетингу компании «Первый инженер»
Андрей Шурыгин
Директор по работе с заказчиками Блока биоэнергетики компании «Первый инженер»