Меню Рубрики

Установки по сжиганию бытового мусора

Термическая утилизация отходов: сжигание, инсинерация, пиролиз

Проблема утилизации отходов важна для планеты. Постоянно растущий объем мусора ведет к появлению новых полигонов и несанкционированных свалок, которые наносят непоправимый вред экосистеме. За последние десятилетия активно внедряются в практику разные способы переработки.

Наиболее простой и распространенный процесс термической утилизации отходов в нашей стране — сжигание мусора на заводах. Различные типы отходов обезвреживаются высокотемпературным методом, который называется инсинерация. Процесс происходит на мобильных или стационарных установках – инсинераторах.

Плюсы и минусы сжигания мусора для экологии

Применение сжигающих установок экологически обоснованно, особенно для обезвреживания опасных медицинских и других видов токсичных отходов.

Преимущества сжигания отходов:

Утилизация сжиганием значительно (до 95%) уменьшает объем отходов.

2. Минимизация загрязнения окружающей среды

Проведенные исследования доказали, что в результате работы мусоросжигательных установок со встроенными фильтрами не происходит выделение в атмосферу оксидов азота, углеводородов, органических соединений не метановой группы и других частиц опасных газов. Исключено попадание свалочного фильтрата в почву и подземные грунтовые воды.

Для производства электроэнергии используют энергию, образующуюся в результате работы устройств по сжиганию. Эта технология способна восполнять тепло- и энергосистему.

В отличие от полигонов, мусоросжигательные заводы разрешено строить вблизи городов. Эта мера снижает траты на дальнюю перевозку для захоронения.

5. Отсутствие запаха биоразложения

Для свалок характерен запах гнилостных, бродильных процессов и выделяющегося метана. На предприятиях по сжиганию мусора, этого не происходит.

1. Долгосрочная проблема — изменение климата

Наличие улавливающих установок не исключает выброс углекислоты, которая является одной и причин развития парникового эффекта.

Дымовые газы, состоящие из оксидов серы, азота, хлористого водорода и других токсичных элементов, загрязняют воздушное пространство. Самыми ядовитыми являются фураны и диоксины — составляющие полимеров.

3. Вопрос захоронения золы

Необходимо утилизировать образующийся пепел из-за запрета его захоронения на обычных свалках, так как в состав входят тяжелые металлы и ядовитые вещества.

Принцип сжигания отходов в инсинераторе

Решением утилизации мусора на предприятиях является инсинерация. Любые виды отходных материалов (ТКО, жидкие, нефтехимические, опасные биологические) возможно обезвредить с помощью инсинератора при температурах до 900°С.

Процесс переработки, до загрузки в печь, начинается с предварительного смешивания отходов с песком до необходимой консистенции.

Для достижения соответствующего уровня очистки температурный режим выбирается с учетом определения свойств материалов, которые подвергаются термической обработке.

В процессе работы, во вращающейся печи создается отрицательное давление, что предупреждает испарение продуктов сгорания наружу.

Благодаря вытяжному вентилятору, образующиеся углеводороды перемещаются в оксидайзер, где происходит окончательное сгорание.

Повышенные требования противопожарного режима предъявляют к основной составляющей — горелке. От ее рабочих параметров зависят технические характеристики сжигающей установки.

Термическая переработка печатных плат и другого электрооборудования из-за высокой токсичности затруднена. Для этого вида подходит переработка с выделением драгоценных металлов.

Наиболее распространен термический метод утилизации осадка сточных вод. Итоговым продуктом является обезвреженный сыпучий материал, который перевозят к месту захоронения.

Отличие пиролиза от сжигания

По сравнению с мусоросжигательной утилизацией, другой результативный способ — пиролиз отходов. Процесс заключается в расщеплении сложных органических веществ на простые в среде безвоздушного пространства при нагревании.

Сжигание лишено следующих достоинств пиролиза:

  • главное—отсутствует загрязнение окружающей среды;
  • объем пиролизных отходов меньше;
  • переработанные остатки разрешено захоранивать под землей;
  • перерабатываются сложные объекты для других видов утилизации (автопокрышки);
  • тяжелые металлы не восстанавливаясь уходят в золу;
  • удобство перевозки остаточных продуктов.

Пиролизные технологии позволяют получать необходимые компоненты (газ, зола, мазут), которые пригодны для повторного использования в качестве топлива. Происходящие температурные реакции полностью уничтожают опасность компонентов пластика.

Схема пиролиза

Химическая реакция термического разложения проходит в установках при разных температурных режимах.

В результате низкотемпературной реакции (до 900°С) образуется малое количество газов при образовании твердых остатков.

Продуктом переработки высокотемпературного режима (более 900°С) являются газы.

Главное в реакторе пиролизной установки—шахтная печь и швельшахта. Отходы загружаются в дозатор реактора, откуда попадают внутрь. После подсушки в верхнем секторе реактора, сырье поступает в среднюю часть для пиролиза.Образовавшиеся дымовые газы через распылительную сушилку переходят в абсорбер, где очищаются с помощью известковой суспензии. Далее взвесь попадает в распределительную сушилку, а чистые газы наружу. Безопасный полученный шлак в контейнерах складируется для хранения.

Продукты пиролиза

В зависимости от компонентов отходов и применяемого температурного режима образуются разные по количественному и химическому составу конечные продукты распада.

После процесса разложения получаются:

  • топливные продукты в жидком состоянии;
  • синтез-газ (сингаз);
  • электро-, теплоэнергия;
  • мазут.

Чтобы получить достаточный объем других горючих материалов требуется предварительная видовая сортировка отходов. Пиролитическая переработка нераспределенных твердых отходов снижает получение нужного сырья.

Закон о сжигании мусора на территории частного дома

Приказ МЧС от 26.01.2016 г., пункт 218 Правил Противопожарного режима устанавливает порядок сжигания мусора в частном секторе, на дачных участках.

Читайте также:  Установка газа на фучика

Закон о сжигании мусора допускает использование открытого пламени, выполняя требования.

Под полный запрет попадает разведение костра:

  • над залежами торфа;
  • вблизи хвойных деревьев;
  • при погодных условиях с сильными порывами ветра;
  • в емкостях со сквозным прогаром;
  • если в регионе введен определенный уровень пожарной опасности.

Как легально сжигать мусор на даче?

Грамотно подойти к проблеме уничтожения мусора на участках можно соблюдая правила противопожарной безопасности.

Собственники применяют различные несгораемые емкости для сжигания мусора:

Применяются из металла, с дном или без него. Ставят бочку на расстояние 25 м от построек и насаждений деревьев. При отсутствии дна установку производят в выкопанную земляную яму. Нахождение вблизи металлического листа или крышки для прекращения тяги обязательно.

Это более долговечный вариант. Особенно если она сделана из прочных несгораемых оснований. В конструкции предусматривается крышка, дымоход, поддувало. Устанавливается на подпорки.

3. Каменная или кирпичная печь

Из-за стационарности расположения, перед постройкой учитывают место на участке. Конструкция вместительна, многофункциональна, прослужит много лет.

Если нет возможности приобрести или изготовить металлическую емкость, готовится специальная яма, с условиями:

  • выбирается расстояние от построек и скопления насаждений не менее 50 м;
  • диаметр ямы—1 м, глубина—не менее 30 см;
  • в радиусе 10 м местность очищается от возгорающихся элементов;
  • по кругу очищенного участка снимается дерн на 40 см, который засыпается песком (противопожарная полоса);
  • требуется тара с водой для тушения.

Штраф за сжигание мусора

При нарушении правила сжигания мусора на территории дачного владения рассматривается административная ответственность. Сотрудники Госадмтехнадзора накладывает на собственников, должностных или юридических лиц штраф за сжигание мусора.

Собственника дачного хозяйства, при нарушении закона, штрафуют на сумму до 1500 рублей. Для должностных лиц—от 6000 до 15000 рублей. На юридическое лицо сумма составляет от 150000 до 200000 рублей.

При развитии ситуаций повлекших вред имуществу и экосистеме предъявляется уголовная ответственность.

Экологи предупреждают о природной катастрофе, связанной с повышенным уровнем загрязнения мусором окружающей среды. Правильная переработка и утилизация отходов предупреждает развитие в будущем экологической катастрофы.

источник

Плазменная переработка мусора

Утилизировать промышленные и бытовые отходы человечество начало 20 лет назад. До этого мусор выбрасывался на полигоны по всему миру, откуда вредные вещества распространялись в почву, грунтовые воды, открытый океан.

Опыт Европы и Америки по сжиганию промышленного мусора в печах оказался негативным. Построенные в конце двадцатого века мусоросжигательные заводы загрязняют воздух, воду и биосферу высокотоксичными соединениями. Фураны и диоксины выпадают с осадками, накапливаются в земле, попадают в пищевую цепочку человека.

Для обезвреживания опасных веществ и отходов производства был разработан метод плазмохимического разложения органики. Плазменная переработка мусора позволяет расщеплять сложные полимеры до газообразных углеводородов и оксида углерода. Выбросы токсинов сокращаются на 99%, а полученные вещества можно использовать как безопасное топливо и сырье для органического синтеза.

Актуальность проблемы утилизации отходов

Химическая промышленность, автомобилестроение и распространение пластмасс в быту уже нанесли непоправимый ущерб экологии планеты. Искусственные полимеры разлагаются столетиями, медленно отравляя биосферу.

В развивающихся странах производственный и бытовой мусор до сих пор выбрасывается сотнями тонн на землю или в океан. Загрязнения из стран Азии прибивает к европейским берегам в виде микропластика, который обнаруживается уже на вершине Альпийских гор.

В России и странах СНГ полигоны ТБО переполняются городскими отходами, что в ближайшие 10 лет приведет к необратимым последствиям. Захоронения мусора в землю или сжигание в котлах не решают проблему, напротив, ускоряет высвобождение ядов в окружающую среду.

Единственное правильное решение – не использовать пластик в качестве упаковок и емкостей для продуктов питания. Однако цивилизация, живущая одним днем, не откажется от удобства в угоду решению проблем экологии будущего поколения.

Биоразлагаемые материалы и выведение микроорганизмов, способных перерабатывать синтетические полимеры, – вопрос отдаленного будущего. А проблему утилизации откладывать уже нельзя.

Плазменная технология утилизации отходов

Ни один из методов прошлого не позволяет безопасно перерабатывать твердый бытовой мусор и токсичные промышленные отходы. Поэтому ученые нашли выход в термолизе, который ранее применялся для газификации твердого топлива – кокса, сланца, гудрона, дерева. Технология не нова, но в окончательном виде нашла применение в переработке опасных отходов.

Общий принцип плазменной обработки отходов заключается в термическом разложении с неполным окислением под воздействием водяного пара, кислорода воздуха и давления. Чтобы исходное сырье не сгорало, нужно контролировать поступление окислителя – воздуха. Пиролиз начинается при температурах более 1000°C. На выходе из установки образуется смесь водорода, монооксида углерода с примесями других горючих газов.

Получаемый сигаз служит топливом для электростанций, сырьем для получения метанола и высших спиртов, аммиака, азотных удобрений, синтетического моторного масла и горючего. Данный метод синтеза был придуман в Германии в двадцатых годах прошлого столетия, как альтернатива нефтяной промышленности.

Читайте также:  Установка карбюратора к 151 на змз 402

Разложение искусственной органики из ТБО требует более жестких условий внутри реактора и стабильную низкотемпературную плазму. Поэтому в девяностых годах прошлого века на базе института им. Курчатова ученые из России, Украины и Израиля разработали плазматроны, пригодные для газификации любых веществ, включая уничтожение химического оружия.

В Институте электрофизики и электроэнергетики РАН был построен первый в мире компактный и энергоэффективный плазматрон с температурой до 1000000°K. Из-за незначительного финансирования науки, установка не может выйти в серийное производство. На Западе корпорацией Westinghouse разрабатываются плазматроны, позволяющие уже сегодня перерабатывать отходы при температуре плазмы до 6273°K. Установки прошли тестирование в Канаде, Японии и Нидерландах.

Установки плазменной газификации отходов

Устройство можно разделить на четыре основных узла:

  1. Реактор-газификатор.
  2. Генератор плазмы.
  3. Дожигатель.
  4. Система очистки.

В плазменном генераторе используется воздушная среда и электрическая дуга переменного тока мощностью до 50000 Вт.

Реактор газификатора изготавливают из металла, внутреннюю поверхность облицовывают тугоплавкой керамикой. Плазменная переработка ТБО начинается с загрузки высушенного и измельченного мусора в шахту. Через ярусные дюзы подаются воздух и водяной пар, затем смесь обрабатывается потоком низкотемпературной плазмы.

Конструкция реактора может быть двух типов:

  • с кольцевым плазматроном – равномерно распределяет поток по периметру камеры;
  • с центральным генератором плазмы – выпускает горячий пучок в загрузочный центр.

Для изоляции камеры дно устройства погружено в резервуар с водой. Гидрозатвор исключает смешивание веществ из реактора с атмосферой. Снизу шлак и несгораемые элементы улавливаются чугунным колосником и при вращении решетки попадают на дно водного резервуара. Там зольный остаток остывает, затем нейтрализуется и удаляется. Шлак образуется в количествах, не превышающих 7% изначальной массы, он представлен оксидами и карбонатами металлов и кремния. Спекшийся шлак можно использовать как нетоксичный строительный материал.

Важно, чтобы плазменная газификация отходов проходила при температуре выше 1200°C, тогда в реакторе не будут образовываться смолы и диоксины, а исходное сырье полностью распадается на простые соединения.

Чтобы установка работала непрерывно, нужно поддерживать струю плазмы, периодически впрыскивать воздушно-паровую смесь и контролировать уровень ТБО в камере реактора по мере трансформации в сигаз. Синтез-газ откачивается непрерывно с нижней части реакционной камеры, проходит осушение и фильтрацию. В дальнейшем сигаз транспортируется в котельную для использования вместо природного газа. Чтобы получить топливо из мусора, затрачивается электроэнергия на поддержание плазменного заряда. Однако вырабатываемый газ компенсирует энергетические затраты (при идеальных условиях реакции) в 4 раза.

Плазменная технология утилизации отходов решает сразу две задачи: уничтожение мусора с минимальным вредом для планеты и получение электроэнергии из возобновляемого источника – отбросов.

Синтез-газ по энергетическим параметрам уступает метану или пропану, его использование в качестве топлива для электростанций возможно в паровых турбинах. Для стабилизации горения в сигаз добавляют малый процент природного газа.

Плазменная газификация ТБО электродуговой плазмой разрушает вещество на молекулярном уровне, позволяет проводить реакцию в замкнутой системе, не выбрасывать в атмосферу дым с вредными соединениями.

Плазменное решение для переработки мусора

Первый промышленный плазматрон для ТБО, разработанный в Российском Курчатовском институте, был изготовлен на Мариупольском машиностроительном заводе в Украине в 2010 году. Устройство было перевезено в Израиль для запуска предприятия по переработке мусора в окрестностях Кармиэля. Эффективность данной разработки до сих пор не удалось превзойти. Из-за снижения финансирования иностранными партнерами и геополитических проблем дальнейшие исследования по этому проекту были заморожены.

Попытки перенести разработку на попечение наукограда «Сколково» привели только к созданию прототипа нового плазменного мусоросжигателя Институтом электрофизики и электроэнергетики в 2012 году. Серийный промышленный образец устройства к 2019 году так и не появился.

К 2025 году в Москве и Татарстане планируют построить экспериментальные плазменные мусороперерабатывающие электростанции с привлечением партнеров из Европы и Америки. Если с финансированием проекта не возникнет сложностей, подобные установки появятся в масштабах страны.

Технология плазменной газификации Westinghouse Plasma Corporation

WPC занимается созданием лидирующей технологической базы для превращения отходов цивилизации в чистую энергию без вреда для Земли. В американской корпорации ученые из разных стран работают над платформой коммерческих промышленных заводов и небольших базовых версий газификаторов.

Пока технология плазменного пиролиза применяется в мире на трех промышленных объектах. Установки позволяют превращать в горючий газ бытовой мусор горожан, ядовитые отходы заводов, осадок водостоков.

Один из заводов Air Products, расположенный в Англии, ежемесячно избавляет планету от 30 килотонн мусора в виде:

  • ТБО;
  • промышленных отбросов;
  • отходов рознично-оптовой торговли;
  • медицинского биомусора;
  • отходов переработки нефти;
  • ядовитого шлака из мусора, сжигаемого на свалках.
Читайте также:  Установка ксв на рации

На выходе завод получает очищенный синтетический газ, который трансформируется в энергетические решения для электростанций, топливных элементов и химических продуктов:

  • этиловый спирт;
  • метанол;
  • пропанол;
  • дизельное топливо;
  • горючее для ракетных двигателей.

Суть технологического решения компании – реакторы, оснащенные плазменными горелками. Через электрический дуговой разряд высокого напряжения пропускают воздух под давлением. Газы ионизируются и нагреваются, как от удара молнии, и направляются в камеру при температуре 5000°C. Получаемый сигаз очищается от твердых частиц, тяжелых металлов и серы. Расплавленный шлак собирают для использования как композитный материал в строительстве.

Плазменная утилизация отходов на заводах корпорации Westinghouse позволяет полностью разлагать мусор на безопасные и ценные соединения.

Установка Плутон: плазменно-пиролитическая переработка твердых РАО

Радиоактивные отходы атомных электростанций нельзя сжечь или закопать в землю без вреда для экологии. Период полураспада отдельных отбросов АЭС может составлять сотни лет, на протяжении которых вещество будет загрязнять воду и почву.

Российская госкомпания Радон нашла способ сделать РАО компактнее, снизить риск утечки радиации из отбросов без повторных перезахоронений каждые полвека.

Твердые радиоактивные отходы проходят плазменный пиролиз на установках Плутон. К обработке допускаются вещества до среднего уровня активности. Технология позволяет перерабатывать разнородные материалы со сложным составом всего за одну стадию с получением концентрированного РАО в сокращенном до 95% объеме. Остекленевший радиоактивный шлак можно допускать к длительному захоронению без опасения утечки или растворения в грунтовых водах.

Плазменная печь для сжигания отходов АЭС работает при температуре 1800°C за счет дуговых плазмотронов гальванического тока собственной разработки. Органика уничтожается без остатка, а несгораемые элементы расплавляются, фиксируя в кристаллической решетке изотопы радиоактивных элементов и тяжелые металлы. Получаемый компактный твердый слиток, состоящий из оксидов натрия, алюминия и кремния, по составу практически идентичен стеклу.

Скорость разрушения слитка в природе ниже, чем у устойчивых боро-кремниевых стекол, поэтому установка Плутон – совершенное средство для полной консервации токсинов и радиоизотопов.

Технологические плазмотроны в составе плазменных систем

В промышленности плазма используется для пиролиза органики в химическом синтезе. Это может быть растительное сырье, каменный и бурый уголь, твердые фракции нефти.

В качестве образующей плазму среды выступают инертные газы, азот, аммиак, вода или воздух. Поток высокоионизированного газа позволяет расщеплять сырье и получать чистый водород с монооксидом углерода. Полученный продукт после фильтрации и очистки можно использовать в реакторе для синтеза сложных органических соединений, которые другим путем получить нельзя.

Технологические плазменные системы могут работать при мощности 3500 кВт. Для стабилизации плазменного пучка используются электромагниты.

Промышленные плазменные системы для синтеза производит Российская компания Плазмариум на базе плазматронов зарубежных коллег. Фирма выпускает передвижные плазменные установки для утилизации отходов «MGS».

Преимущество мобильных установок плазменного пиролиза – в модульной конструкции и быстром развертывании систем по утилизации мусора. Состав газовоздушной смеси регулируется электроникой для снижения концентрации оксида азота в сингазе. Устройство позволяет работать с эффективностью до 99% непосредственно на полигоне по сбору бытовых отходов. Для утилизации медицинских биоматериалов и останков скота используется герметичный загрузчик отходов.

Реактор плазменного сжигания мусора работает в автоматическом режиме под управлением ПО без участия персонала. Разложение происходит по методу паровой плазмохимической реакции и исключает выброс вредных веществ в окружающую среду.

По показателям энергетической эффективности такие установки уступают полноценным заводам по плазменному сжиганию отходов , зато справляются с уничтожением опасного мусора без вреда для экологии.

Экономические показатели плазменной газификации

При проектировании плазменных установок по сжиганию мусора учет финансовых выгод при получении сырья и энергии – не основная задача, а дополнительный бонус. Главное – не допустить превращение планеты в пластиковую помойку.

Рост цен на ископаемые источники энергии и скорое израсходование природных углеводородов делает плазменное сжигание отходов экономически выгодным и полезным.

Скопившихся отходов на полигонах и в окружающей среде хватит на несколько десятилетий, при этом будет поступать и новый мусор. ТБО станет до конца столетия выгодным возобновляемым источником энергии.

Для постройки одного завода потребуются инвестиции в 900.000.000 руб., а время для ожидаемой окупаемости затрат составит около 4 лет.

При годовой переработке мусора 60кТ завод будет зарабатывать на производимом газе, электричестве и вторсырье:

Источник дохода Доход, руб.
Переработка ТБО 30.000.000
Продажа электричества 132.500.000
Реализация тепла для отопления 146.500.000
Переплавка металла 21.400.000
Переработка стекла 20.200.000

Помимо приобретения оборудования, ежегодные затраты на обслуживание, логистику, закупку энергии и зарплаты персонала составят 53.000.000 рублей.

Положительный экономический опыт имеют страны с плазменной утилизацией мусора : Великобритания, Нидерланды, США и Канада. Россия имеет лучшие научные разработки в области плазменного пиролиза, поэтому есть все перспективы выйти в лидеры рынка по плазменной переработке .

источник