Пищевые отходы для получения энергии. Генерация энергии из отходов

В мусоре давно уже роются не только крысы с кошками, бомжи и неутомимые искатели разных ценностей. Этим все активнее занимаются ученые и инженеры. Но что они стремятся в нем найти? Конечно же энергию. Ведь мусор может быть и полезным.

Энергетический потенциал

Мусор как возобновляемый и практически неисчерпаемый источник энергии? Почему бы и нет. Помните старого доброго доктора Эмметта Брауна из кинотрилогии «Назад в будущее»? Оказавшись в этом самом будущем, ученый муж модифицировал свою машину времени, оснастив ее «домашним ядерным реактором», производящим электроэнергию из пищевых отходов. Между тем обозначенный в фильме 2015 год теперь уже не далекое фантастическое будущее, а реальное прошлое, пусть и недавнее. И если до применения ядерных реакторов в быту пока все-таки не дошло (хотя разработки неустанно ведутся), то производство энергии из мусора стало уже довольно привычным делом.

Природных ресурсов для получения энергии на Земле становится все меньше, а всяческого мусора - все больше, причем порой его уже просто некуда девать. Да, богатые развитые страны (особенно те, где законодательно запрещено захоронение отходов на полигонах) могут позволить себе за определенную плату сплавлять отходы на территории государств «третьего мира», однако это бомба замедленного действия, поскольку данные государства не имеют надлежащих мощностей и технологий переработки, да и особого желания заниматься этим тоже. А планета на всех - одна.

Дальнейшее вытекает из всем известного фундаментального закона природы: энергия никуда не исчезает, а сохраняется в той или иной форме - вопрос лишь в том, каким образом ее эффективно и безвредно извлечь и преобразовать. А раз так, то негоже разбазаривать или тупо уничтожать ценное сырье, коим в основной своей массе является мусор - лучше с выгодой использовать его достаточно высокий энергетический потенциал. Наглядный пример - утилизация изношенных автомобильных шин. Их очень много и они весьма громоздкие, но при этом представляют собой ценное вторсырье. Если просто сжечь тонну шин, в атмосферу попадет около 300 кг сажи и почти полтонны токсичных газов. Если же подвергнуть их переработке посредством низкотемпературного пиролиза (до 500 °С), то на выходе получим синтетическую нефть, технический углерод и горючий газ.

Решению задач по «энергетическому освоению» залежей мусора посвятили себя множество людей, организаций и предприятий во многих странах, и все это породило уже целый комплекс изысканий, технологий, систем, программ и мероприятий под общим названием Waste-to-Energy (WEA) или Energy-from-Waste - «Мусор в энергию», или «Энергия из мусора».

Килотонны в киловатты!

Уже почти полтора столетия существует и продолжает весьма широко развиваться такая альтернатива захоронению отходов на полигонах, как их сжигание: первый мусоросжигательный завод был построен в британском Ноттингеме еще в 1874 году. Но зачем просто сжигать (отравляя при этом опять же атмосферу), если можно использовать энергию генерируемого при этом тепла во благо? В качестве хрестоматийного примера подобной «мусорной» энергетики чаще всего приводят экологически образцово чистый мусоросжигательный завод «Шпиттелау» в 9-м районе Вены (одном из центральных, где в разное время жили Моцарт и Шуберт, Бетховен и Фрейд).

Будучи шедевром промышленного дизайна, этот завод является одной из достопримечательностей австрийской столицы наряду с ее оперой, кафедральным собором или императорскими дворцами и при этом, перерабатывая 250 тысяч тонн городского мусора ежегодно, производит тепловую энергию, уже добрую четверть века идущую на обогрев более 100 тысяч домов сразу в нескольких районах Вены. Сегодня австрийский опыт приобретает все более широкое распространение, и твердые бытовые отходы (ТБО) играют все большую роль в топливном и тепловом обеспечении развитых стран. Так, в Голландии, перерабатывающей 100% своих отходов, действуют 11 «мусорных» ТЭЦ.

Следующий логический шаг - преобразование при необходимости тепловой энергии в более «прикладную» и «всесезонную» электрическую. И вот уже 130 заводов во Франции, которая признана европейским лидером по производству энергии из городских отходов, ежегодно генерируют почти 10 млн Гкал тепловой энергии и более 3 млрд кВт-ч электроэнергии. Всего же в Европе насчитывается около 500 предприятий по производству энергии из отходов, и столько же - в одном лишь Китае, а в Японии, для которой и мусорная и топливная проблемы особенно актуальны в силу очевидных причин, их и вовсе почти 2 тысячи. При этом расчеты специалистов показывают, что технологии прямого сжигания позволяют из 1 тонны ТБО получить столько же тепловой энергии, сколько при сжигании 250 кг мазута или 200 литров дизельного топлива.

И в России перерабатываем

Еще не так давно правительство Москвы - С крупнейшего в России «поставщика» ТБО - отказалось (во многом под влиянием протестов местных жителей и экологов) от идеи строительства мусоросжигательных заводов, предпочтя им предприятия, работающие по технологии гидросепарации, в разы более дешевой и позволяющей разделить отходы на фракции (бумагу, металл, стекло, пластик и др.), после чего переработать их во вторсырье, удобрения и энергию. К слову, по своему составу ТБО в России представляют собой следующее: бумага и картон - 35%, пищевые отходы - 41%, пластмассы - 3%, стекло - 8%, металлы - 4%, текстиль и другое - 9%.

Теперь же, после жесткой президентской критики на давно надоевший местным жителям, а ныне обретший уже всероссийскую «славу» гигантский балашихинский полигон, тема возведения мусоросжигательных заводов вновь стала актуальна. В связи с ликвидацией этой и грядущим закрытием еще целого ряда подмосковных свалок принято решение о строительстве на территории области сети заводов принципиально нового поколения, использующих технологию плазменной газификации WPC - одну из самых передовых и экологически чистых на сегодня.

Каждый такой завод способен перерабатывать 1 500 тонн несортированных отходов в сутки (500 000 тонн в год). Установка плазменной газификации работает при температуре свыше 5 500 °С, обеспечивая практически полное преобразование исходного сырья в чистейший синтетический газ и 80%-ную энергетическую регенерацию.

Конечный продукт процесса может быть разным - та же электроэнергия (50 МВт-ч), пар или жидкое топливо. Неорганические вещества выводятся в виде инертного шлака, который охлаждается и превращается в неопасный невыщелачиваемый продукт, после чего его можно продавать как наполнитель для строительного материала.

Наконец, радикально, в разы сокращается выброс в атмосферу парниковых газов.

Пиролиз, гидропиролиз, «стокер», деполимеризация, прямая выплавка, газификация, этерификация, анаэробное сбраживание, использование кипящего слоя и процесс псевдоожижения - все это названия технологии и их разновидностей от самых старых до самых современных, отражающих многообразие подходов в рамках поиска наиболее быстрого, эффективного и безвредного способа рекуперации энергии за счет переработки мусора. Не вдаваясь в детали, отметим, что у каждой технологии есть свои плюсы и минусы, свои сторонники и противники. Но, так или иначе, тенденция уже налицо и прогресс, как говорится, не остановить. Когда-то ведь и атомная энергетика казалась чем-то нереальным, а чем «мусорная» хуже? Напротив, даже неизмеримо безопаснее!

Voted Thanks!

Возможно Вам будет интересно:

Каждый из нас ежедневно сталкивается с банальной ситуацией, — выносом (вывозом) мусора из квартиры или дома. Выбросив сверток в мусорный бак, мы не утруждаем себя более заботами о дальнейшем пути его следования, хотя видим, как специальная мусоросборочная машина забирает мусор из баков и вывозит его на свалку. Мы не задумываемся, что же происходит дальше, и уж тем более не ставим вопрос: «Можно ли мусор утилизировать, перерабатывать и при этом получать энергию?

Утилизация твердых бытовых отходов (ТБО) в нашей стране из острого вопроса превратилась в национальную проблему. Методы утилизации, которые используются в настоящее время, имеют существенные недостатки: перегрузка полигонов, которая не соответствуют требованиям зкологической безопасности; протесты населения на землеотвод под полигоны для захоронения мусора; появление вокруг мусоросжигающих заводов отравленных зон, размер которых постоянно увеличиваются.

Одна из действующих технологий по переработки ТБО, это мусоросжигающие заводы. По данным экологов, современный мусоросжигающий завод в Германии при стоимости 220 млн.€ из перерабатываемых 226 тысяч тонн мусора в год производит 20 тысяч тонн ядовитых продуктов сгорания и 60 тысяч тонн шлака, которые требуют захоронения или дополнительной переработки.

Отмечу важную деталь, — с 2020 года вступает в силу запрет захоронения мусора на полигонах Украины.

Просматривая базу данных украинских патентов на изобретения по переработке ТБО и консультируясь со специалистами данных технологий, узнаю, что существует множество технических решений по их утилизации, переработке и получению ценных отходов с попутным образованием энергии в виде синтез-газа или жидкого топлива.

Из обилия технических решений, я остановился на одном из них, как мне кажется, отвечающим современным требованиям по экологии и с достаточным количеством получения объема альтернативной энергии и хочу более подробно с ним ознакомить.

Специалисты из Швейцарии предлагают уникальную технологию переработки мусора, которая имеет преимущества по сравнению с другими известными технологиями.

— безотходное производство не требует полигонов для захоронения отходов;
— практическое отсутствие выбросов в окружающую среду вредных веществ;
— возможность одновременной переработки любых видов отходов (бытовых, промышленных, ядовитых) без предварительной обработки и сортировки;
— возможность переработки как твердых, так и жидких отходов;
— нет ограничений ни по форме, ни по материалам (фрагменты до 700мм);
— возможность вторичного использования продуктов переработки отходов (минеральный стеклогранулят, железо-медный сплав, сера, цинковый концентрат);
— получение в результате переработки отходов синтез-газа (1000м3 из одной тонны мусора), который может быть использован не только как энергоноситель, но и, при более глубокой переработке, как сырье для производства пропана, бутана, бензина (120 литров Евро-4/Евро-5 из одной тонны мусора), азотосодержащих удобрений, метанола.

Технология «Термоселект»

В основе технологии лежит пиролиз с последующей газификацией при высокой температуре, позволяющей без загрязнения окружающей среды превращать отходы в сырье, которой можно использовать в промышленности.

Мусор предварительно сжимается и уплотняется в прессе, затем подвергается сушке и стабилизации по форме, а затем превращается в синтез-газ.

Путем газификации органической составляющей мусора с использованием кислорода в высокотемпературном реакторе достигается температура до 2000 град.С, при котором все неорганические составляющие мусора (стекло, керамика, металл) расплавляются и термически обрабатываются в гомогенизаторе.

Результатом этого процесса является смешанный гранулянт, минеральная часть которого может быть использована как добавка к бетону в строительной индустрии в пескоструйной очистке или как сырье для производства цемента. Металлический гранулянт может найти применение в металлургии, поскольку состоит из чистого железа.

Путем дегазации с применением чистого кислорода и при достаточно длительном нахождении газа в высокотемпературном реакторе (свыше 1200 град.С) получается синтез-газ, который состоит примерно на треть из Н2, СО и СО2. Количество и точное соотношение компонентов синтез-газа зависят от калорийности и компонентов использования мусора.

В дальнейшем синтез-газ резкому (шоковому) охлаждению до температуры 70 град.С. и многоступенчатому процессу очистки. Полученный в результате очистки синте-газ можно использовать в качестве топлива для производства тепловой или электрической энергии, а так же в качестве промышленного сырья.

Данная технология впервые была использована в 1990 г в г. Чиба (Япония), причем, в начале, смонтированное оборудование работало на переработке бытового мусора, а начиная с 2000 г и на промышленных отходах.

Сравнение традиционного мусоросжигания с технологией Термоселект

Исходные данные

Вид отходов – бытовой мусор
Теплотворная способность – 10 МДж/кг
Производительность в час – 13,3 т
Время работы – 7500 ч в год (85%)
Общая производительность – 100 000 т
Термическая мощность – 37 МВт

При сжигании мусора (обжиговая печь и котел-утилизатор) производится 29,6 МВт пара, при этом вырабатывается электроэнергии – 7,7 МВт. КПД установки до 30%. Из всего объема полученной электроэнергии почти половину – 3,3 МВт идет на собственные нужды мусоросжигающей установки. В ходе сжигания мусора с указанной производительностью выбрасывается в атмосферу 1,9 т пыли в год.

При тех же равных условиях технология Термоселект предусматривает производство синтез-газа – 13300 нм.куб/ч
Теплотворная способность синтез-газа – 2,5 кВт. ч/нм. куб
Производство пара – 30,6 МВт
Выработка электроэнергии – 8 МВт
КПД установки до 50%
Концентрация пыли на выходе составляет – 203 кг в год.

Явным преимуществом последней технологии является чистота и однородность полученного синтез-газа с высокой калорийностью, который можно сжигать не только в котлах с производством пара и высоким кпд, но и сжигание его в газовых двигателях, при этом объем производства электрической энергии может составить до 12 МВт в час.

Действительно, переработка мусора в энергию при определенном вложении инвестиций можно организовать экологически чистый, прибыльный бизнес.

Какой будет наша страна, город, планета через несколько десятков лет. Станет ли это все облагороженным участком земли или постоянно увеличивающаяся свалка доберется до наших домов и подъездов? В развитых странах переработка бытового мусора используется уже более 40 лет, а для России это все еще новинка.

О самых современных технологиях переработки мусора нам практически ничего не известно. На вопросы отвечает Лопатухин Андрей, консультант компании ALECON, занимающейся внедрением систем гидросепарации Твердых Бытовых Отходов (ТБО) в СНГ.

Что представляет собой технология гидросепарации ТБО?

Процесс гидросепарации осуществляется следующим образом: несортированный мусор подается на движущуюся ленту транспортера. Лента движется под очень сильным магнитом, к которому прилипают металлические отходы, после этого мусор оказывается в барабане с отверстиями различного диаметра, и отходы сортируются по размерам. Мелкие и крупные фракции направляются по разным лентам, которые опускаются в резервуар, заполненный водой. Затем более легкий мусор поднимается на поверхность, и при помощи вентилятора пакеты сортируются в одну емкость, а бутылки в другую. Затем эта часть мусора подготавливается к вторичному этапу переработки, а из мусора, который опустился на дно – органических остатков – вырабатывают биогаз в биореакторе.

Полученная при помощи сжигания биогаза энергия, удовлетворяет нужды завода, 60-70% энергии идет на продажу. 80-85% от всего объема мусора перерабатывается. Завод имеет модулярную конструкцию от 300 т мусора в сутки, можно увеличивать производительность до 2000 т в сутки и выше. Из отходов – получаем доходы! Из органических отходов вырабатывается биогаз и зеленое электричество!

Каков энергетический ежегодный потенциал ТБО в России, где он сконцентрирован? Может ли переработка ТБО решить энергетические задачи?

Не учитывая множества стихийных свалок, лишь в ЦФО потенциал накопленных ТБО ежегодно приравнивается к 250000 т. Наиболее крупные полигоны для сегодняшних технологических проектов по извлечению метана являются первоочередными. Они сконцентрированы в Центральном Федеральном Округе – 4 свалки, в Туле – 1, в Московской области – 3, в Южном Федеральном Округе – 1, в Северо-Западном – 2, в Уральском Федеральном Округе – 2, в Приволжском – 6 свалок, в Дальневосточном – 1 и в Сибирском Федеральном Округе – 3 свалки.

Может ли переработка ТБО способствовать решению энергетических задач?

Безусловно! Как показали расчеты, на уличных свалках вырабатывается метан в объеме 858 млн. т в год, биогаз – 1715 млн. т.

Какова величина органической части в отходах? Что происходит с неорганической частью в предлагаемой гидросепаративной технологии?

В отходах есть как неорганические, так и органические вещества, которые обладают разной степенью разложения. Содержание органической массы в отходах равняется 35-60% по весу от всего количества мусора. В ходе переработки неорганические ресурсы получают вторую жизнь. Например, цветные и черные металлы переплавляются, стекло используется в строительстве, а из пластика производится много полезных предметов для использования в хозяйстве.

Каковы преимущества метода гидросепарации ТБО перед другими способами плазменного пиролиза и перекрытий полигонов ТБО с получением энергии на основе свалочного газа? Какова его рыночная ниша?

Главным преимуществом технологии гидросепарации ТБО в сравнении с иными методами плазменного пиролиза является большая экономичность и скорая окупаемость предприятия, замкнутый цикл технологии и экологичность. Для обустройства завода нужна площадь в 2 га и сравнительно небольшие инвестиционные вложения, которые окупятся за пять лет.

Из биогаза получают электрическую энергию , часть которой идет на собственные нужды, а часть – на продажу. Органическая масса, преобразуясь после переработки в биореакторе в компост, является отличным экологически чистым удобрением для выращивания в теплицах зелени, овощей.

Так как при использовании плазменного пиролиза нужно много электроэнергии, то по затратам она приравнивается к методу сжигания ТБО. Все заводы, функционирующие по пиролизной технологии, не обеспечивают необходимого решения проблем ТБО по следующим причинам:

Большой процент вторичных отходов, засоряющих окружающую среду;

Низкая производительность. Во всем мире очень мало заводов, мощность которых более 300 т в сутки;

Невысокая энергетическая отдача отходов;

Дороговизна строительства заводов и текущих расходов при переработке.

Для обеспечения экологической чистоты технологического цикла, нужна установка дорогих газовых фильтров и уловителей дыма.

Технология производства свалочного газа с перекрытием полигонов ТБО характеризуется множеством показателей по загрязнению окружающей среды. Токсичная жидкость «фильтрат», скапливаясь в недрах, оказывается в грунтовых водах и водоемах, отравляя их. Кроме того, на подобных полигонах замедляется процесс разложения отходов по причине отсутствия воздуха, и никто не знает, сколько еще десятков лет понадобится, чтобы это все полностью разложилось.

Кроме того, эта технология требует существенных земельных площадей и эксплуатационных затрат.

Технология гидросепарации ТБО на рынке предложений по утилизации мусора занимает достойную нишу в качестве наиболее обоснованной экономически и безопасной экологически технологии.

Какой продукт на рынок предлагают компании по переработке ТБО: тепло, электроэнергию, газ? Кто является покупателем данных ресурсов?

Наряду с теми продуктами, которые идут на вторичную переработку (стекло, металл, пластик, картон и бумага) предприятия, перерабатывающие ТБО, полностью удовлетворяют собственные потребности в электроэнергии и поставляют свою продукцию на рынки тепла, электроэнергии и газа. Из биоотходов выпускается качественный компост для сельскохозяйственных нужд.

Возможен вариант общего комплекса по переработке ТБО с выращиванием в теплицах зелени, овощей или цветов.

Есть ли в России опыт организации предприятий по переработке ТБО, предоставляющих ресурсы для получения энергии? С какими проблемами они столкнулись?

Потенциал ТБО в России – около 60 млн. т в го. В одном только Московском регионе захоранивается на полигонах ежегодно около 6 млн. т ТБО. После разложения органической части отходов на полигонах производится биогаз. Ключевыми составляющими биогаза являются парниковые газы: углекислый газ (30-45%) и метан (40-70%).

По подсчетам специалистов, на полигоне, площадь которого около 12 га, с объемом захоронения 2 млн. м 3 ТБО можно получить примерно 150-250 млн. м 3 биогаза в год и получить примерно 150-300 тыс. МВт электрической энергии. Этот полигон можно использовать в течение нескольких лет, не меняя оборудование и не вкладывая дополнительных финансовых средств. К сожалению, осуществленные проекты по данной технологии в РФ нам не известны.

Одной из причин, почему в России нет до сих пор инновационных технологий по переработке ТБО – это неиспользование Киотского протокола. В Израиле, например, за сбор парниковых газов на полигоне объемом 2 млн. м 3 можно привлечь по механизму Киото 5-10 млн. евро в год. Мы почти не используем имеющиеся свалки и полигоны, а отсортировываем мусор после его сбора. Перерабатываем органические отходы для получения боигаза и компоста сразу после мусорных баков. Так нам удается предотвратить ненужное захоронение.

М инистерство образования Республики Беларусь

УО «Белорусский национальный технический университет»

Контрольная работа по дисциплине

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

ТЕМА: « Способы получения энергии из отходов»

Выполнил

Алехно О.Н.

Проверил

Лащук Е.Г.

М инск 2008

Введение…………………………………………………………………………...3

1. Топливное использование твердых бытовых отходов (ТБО)………………4

2. Биогазовая технология переработки отходов животноводства……..……..9

3. Энергетическое использование отходов водоочистки в соединении с ископаемым топливом…………………………………………………………..16

Заключение………………………………………………………………….……19

Список литературы………………………………………………………….......20

ВВЕДЕНИЕ

В последнее время в разных странах активно ведется поиск источников энергии, альтернативных ископаемому топливу. Для Беларуси эта проблема не стоит остро, однако стоит заметить, что и в странах с высокоразвитой энергетикой, имеющих собственные ресурсы, специалисты проводят такие изыскания. Среди эффективных способов получения энергии может стать получение энергии из отходов.

В целом, надо отметить многоаспектность данной проблемы, ведь отходов насчитывается огромное множество и все они различны. Именно поэтому в одной работе нельзя охватить всё. С целью раскрытия темы способов получения энергии из отходов я попытаюсь охватить только некоторые из них:

Во-первых, возможности использования в качестве топлива твёрдых бытовых отходов;

Во-вторых, возможности биогазовой технологии переработки отходов животноводства;

В-третьих, энергетическое использование отходов водоочистки в соединении с ископаемым топливом.

1. Топливное использование твердых бытовых отходов (ТБО).

Одним из эффективных способов получения энергии в будущем может стать использование в качестве топлива твердых бытовых отходов (ТБО). Преимущество бытовых отходов заключается в том, что их не надо искать, не надо добывать, однако в любом случае они должны быть уничтожены – что требует больших денежных средств. Поэтому рациональный подход здесь позволяет не только получить дешевую энергию, но и избежать лишних затрат.

Целенаправленное промышленное использование твердых бытовых отходов как топлива началось со строительством первого «мусоросжигательного заведения» близ Лондона в 1870 году. Однако активное применение ТБО как энергетического сырья началось только в середине 1970‑х годов в связи с углублением энергетического кризиса. Было подсчитано, что при сжигании одной тонны отходов можно получить 1300‑1700 кВт/ч тепловой энергии или 300‑550 кВт/ч электроэнергии.

Именно в этот период началось строительство крупных мусоросжигательных заводов в Мадриде, Берлине, Лондоне, а также в странах с относительно малой площадью и высокой плотностью населения. К 1992 году в мире действовало около 400 заводов, на которых применялось сжигание ТБО с производством пара и выработкой электроэнергии. К 1996 году их количество достигло 2400.

В нашей стране термическая переработка ТБО началась с 1972 года, когда в восьми городах СССР было установлено 10 мусоросжигательных заводов первого поколения. Эти заводы были практически без газоочистки и почти не использовали вырабатываемое тепло. В настоящее время они морально устарели и не отвечают современным требованиям по экологическим показателям. В связи с этим большая часть этих заводов закрыта, а остальные подлежат реконструкции.

В Москве было построено три таких предприятия. Мусоросжигательный завод № 2 (МСЗ-2) был построен в 1974 году для сжигания несортированных твердых бытовых отходов в объеме 73 тыс. тонн в год. Он имел две технологические линии, включающие в себя котлы французской фирмы «КНИМ» и электрофильтры.

Решением правительства Москвы о реконструкции МСЗ-2 предписывалось увеличение мощности завода до 130 тыс. тонн отходов в год с одновременным уменьшением количества вредных выбросов в окружающую среду и, тем самым, улучшением экологической обстановки в районе предприятия. Для выполнения указанной задачи была опять привлечена французская фирма «КНИМ», которая должна была разработать и поставить три модернизированные технологические линии производительностью по сжигаемым ТБО в 8,33 т/ч каждая.

Кроме того, предусматривалось использование тепла, получаемого при сжигании твердых бытовых отходов, для выработки электроэнергии .

По результатам эксплуатации реконструированной первой очереди завода, состоящей из двух технологических линий, можно констатировать, что все указанные выше требования выполнены, а именно:

1. Производительность МСЗ увеличена до 80 тыс. тонн ТБО в год, а с пуском в эксплуатацию третьей технологической линии – до 130 тыс. тонн в год.

2. Снижены до европейских нормативов (0,1 нг/нм3) выбросы диоксинов и фуранов: во‑первых, за счет оптимизации горения отходов на колосниковой решетке «Мартин»; во‑вторых, за счет увеличения высоты топки котла, что обеспечивает необходимое двухсекундное пребывание дымовых газов при температуре выше 850°C для разложения диоксинов на фураны, образующиеся при горении; и в‑третьих, за счет ввода в дымовые газы активированного угля, абсорбирующего вторично образованные диоксины.

3. Обеспечены европейские нормативы по очистке дымовых газов от S02, НСl, НF благодаря установке в технологической схеме сжигания ТБО «полусухого» реактора и ввода в него через распылительную турбину известкового молока, приготовленного из пушонки высокого качества.

4. Достигнута за счет установки рукавного фильтра высокая степень очистки дымовых газов от летучей золы и продуктов газоочистки: концентрация пыли составляет менее 10 мг/нм3.

5. Благодаря применению технологии по подавлению оксидов азота (NOx), разработанной Государственной академией нефти и газа им. И. М. Губкина, полученные показатели по их выбросам находятся на уровне лучших зарубежных образцов (менее 80 мг/нм3).

6. При выполнении реконструкции завода произведена установка трех турбогенераторов мощностью по 1,2 МВт каждый, что обеспечило его функционирование без внешнего электроснабжения, с передачей излишков энергии в городскую сеть.

7. Управление технологическим процессом мусоросжигания осуществляется оператором с автоматизированного рабочего места. АСУ ТП представляет собой единую систему контроля и управления как основным, так и вспомогательным оборудованием завода.

Принципиально новый для России мусоросжигательный завод производительностью 300 тыс. тонн ТБО в год был построен в Москве в начале 2000‑х. Завод состоит из отделений подготовки и сортировки отходов, сжигания неутилизируемой части ТБО, очистки дымовых газов от вредных примесей, переработки золы и шлака, энергоблока и других вспомогательных отделений. Технологическая схема завода по переработке неутилизируемой части отходов включает в себя три технологические линии с печами кипящего слоя, котлами производительностью 22‑25 т/ч, газоочистным оборудованием и двумя турбинами по 6 МВт каждая.

На заводе внедрены ручная и механическая сортировка ТБО и их дробление. Технология позволяет, во‑первых, отобрать ценное сырье для его вторичной переработки, во‑вторых, отобрать пищевую фракцию отходов для последующего компостирования; в‑третьих, отобрать сырье, представляющее экологическую опасность при сжигании; и наконец, повысить теплотехнические и экологические показатели сырья, предназначенного для сжигания. Благодаря такой подготовке низшая теплота сгорания ТБО достигает 9 МДж/кг, а по содержанию золы, влаги, серы и азота характеристики практически соответствуют характеристикам подмосковных бурых углей.

Однако следует отметить, что низкие параметры пара, применяемые на отечественных мусоросжигательных заводах, существенно снижают удельные показатели по выработке электроэнергии по сравнению с паросиловыми электростанциями. Применение аналогичных мощностей и параметров пара на мусоросжигательных заводах ограничено свойствами сырья: кусковым топливом, низкой температурой плавления золы и коррозионными свойствами дымовых газов, получаемых при сжигании.

Существенного повышения эффективности применения ТБО как топлива для выработки электроэнергии и достижения удельных показателей, близких к серийно применяемым ТЭС, по всей видимости, можно достигнуть за счет частичного замещения энергетического топлива бытовыми отходами.

В этом случае при сжигании на ТЭС бурого угля целесообразно использование предтопок для сжигания твердых бытовых отходов с направлением дымовых газов, получаемых в предтопке, в топочное пространство существующего котельного агрегата. При сжигании на ТЭС природного газа целесообразно использовать установку для газификации ТБО с последующей очисткой полученного продукта – газа и сжиганием его в топках котлов, работающих на природном газе. Годами отработанная паросиловая установка, применяемая на ТЭС, сохраняется при этом в первозданном виде.

То есть предлагается разработка совмещенной (интегральной) компоновки ТЭС для сжигания природного топлива и твердых бытовых отходов. Доля ТБО по количеству тепла может составлять примерно 10% от тепловой мощности котла. В этом случае только за счет повышенных параметров пара и увеличенной мощности котлов и турбин эффективность использования бытовых отходов повысится в 2‑3 раза.

Существенный экономический эффект может быть получен за счет снижения капитальных вложений благодаря использованию существующей на ТЭС инфраструктуры и сокращению расходов на газоочистное оборудование .

Немаловажным экономическим фактором является и то, что энергетическое топливо, в том числе и бурый уголь, имеющий практически равноценные энергетические показатели с твердыми бытовыми отходами, надо покупать, а ТБО, напротив, принимается с денежной доплатой.

Большинство привычных источников энергии относятся к невосполняемым (нефть, газ). Получение энергии из отходов сельского хозяйства позволяет решить две проблемы сразу - избавиться от некоторой части мусора и разгрузить добывающую отрасль.

Отходы для выработки энергии можно разделить на несколько видов.

1. : навоз и навозные стоки на животноводческих фермах, куриный помет. Энергоемкость навоза находится на одном уровне с торфом (21,0 МДж/кг) и значительно выше, чем у бурого угля и древесины (14,7 и 18,7 МДж/кг соответственно).
2. Отходы культур:
   • полевые отходы: солома, злаки, стебли подсолнуха и кукурузы, ботва овощных культур и т.п.;
   • отходы обработки: шелуха, мякина и проч.
3. Побочные продукты промышленной обработки сельскохозяйственной продукции: багасса, получаемая в сахарной промышленности, жмых при производстве масла, отходы пищевой промышленности.

Существует возможность прямого сжигания подобных отходов и вторичного использования их в качестве удобрений или для побочных нужд на предприятиях (например, соломенные подстилки в животноводстве). Однако их применяют и как сырьё для создания биотоплива, которое обычно разделяют на три группы:

1. Жидкое – биодизель (в производстве используют жиросодержащие отходы) и биоэтанол (можно использовать пшеничную и рисовую солому, багассу сахарного тростника).
2. Твёрдое – биомасса, топливные пеллеты и брикеты из отходов разных типов (кукурузные стержни, солома, отруби, шелуха семян подсолнечника, лузга гречихи, куриный помёт, навоз).
3. Газообразное. Биогаз можно производить из навоза, птичьего помёта и других подобных отходов сельского хозяйства.

Получение энергии из отходов сводится по большому счёту к выработке тепловой энергии. Её, в свою очередь, преобразуют в другие виды энергии – механическую и электрическую.

Топливные брикеты и другую твёрдую биомассу сжигают, теплотворность брикетов колеблется от 19 до 20,5 МДж/кг. Биодизель служит топливом для двигателей внутреннего сгорания, биоэтанол – моторное топливо, а биогаз используется в самых разных целях: получение электричества, тепла, пара, а также в качестве автомобильного топлива.

В Дании в 1970-е гг. произошёл нефтяной кризис, после которого фермеры впервые стали использовать как топливо солому. С 1995 г. государство компенсирует 30% стоимости оборудования владельцам котлов на соломе мощностью до 200-400 КВт, если их КПД и уровень высвобождения вредных веществ отвечают требованиям. Сейчас в Дании на соломе работают более 55 котельных центрального теплоснабжения, более 10 000 тепловых котлов, а также несколько ТЭЦ и электростанций, на которых используются, кроме соломы, другие типы отходов.

Что для этого необходимо

Многие предприниматели, занятые в сфере переработки шин или пластика, интересуются, можно ли получить биогаз при сжигании отходов сельского хозяйства, но получение этого вида топлива происходит по другой технологии. Его вырабатывают путём водородного или метанового брожения. Сырьё закачивается или загружается в реактор, где перемешивается, а бактерии, находящиеся в аппарате, перерабатывают продукты и производят топливо. Готовый биогаз поднимается в газгольдер, затем очищается и доставляется к потребителю.

Биоэтанол из отходов получают путём брожения соломы или других отходов, содержащих целлюлозу. Эта технология не слишком популярна в мире, но в СССР она была достаточно развита, в России её также используют. Для начала сырьё гидролизуют, чтобы получить смесь пентоз и гексоз, а затем эту массу подвергают спиртовому брожению.

Для производства биодизеля из жиросодержащих отходов сельского хозяйства понадобится установка для переработки, насосы, соединительные линии (шланги, трубы) и контейнеры для выработанного топлива. Биодизель в установке переэтерифицируется из триглицеридов в реакции с одноатомными спиртами, а после подвергается разным типам очистки (от метанола и продуктов омыления) и дегидрируется (вода может привести к ржавчине).

Дополнительно можно приобрести фильтры для получения продукта более высокого качества или генератор, позволяющий системе работать на произведенном топливе. Чтобы обустроить небольшой перерабатывающий цех, нужно минимум 15 квадратных метров площади. Цены установок зависят от производительности и мощности - от нескольких десятков тысяч рублей до нескольких миллионов.

Твёрдое топливо в брикетах потребует другой аппаратуры. В первую очередь - пресс, который будет придавать форму мусорной массе. В зависимости от типа исходного сырья может понадобиться также сушилка, измельчитель и вещества, повышающие вязкость сырья, своего рода клей.

При больших объёмах производства имеет смысл установить ленточный транспортер (конвейер). Средняя цена оборудования для небольшого цеха - 1,5–2 миллиона рублей, плюс затраты на энергию, персонал и помещение. Если сырье достается производителю бесплатно, или за его вывоз доплачивают, производство окупится примерно через полгода.

Для производства пеллетов отходы сельского хозяйства измельчают и сжимают в прессе-грануляторе: лигнин, содержащийся в сырье, под воздействием высокой температуры склеивает их в мелкие гранулы.

Важно! Развитие сферы энергоёмкой утилизации в сельском хозяйстве требует достаточно больших государственных затрат и компенсаций, спонсирования научных проектов – словом, финансовой поддержки. Поэтому многие государства создают программы поддержки и развития этой области.

Программа «Горизонт 2020» стран ЕС, например, основана на ряде приоритетов, один из которых, «Социальные вызовы» (бюджет – 31,7 млрд. евро), включает поддержку проектов в сельскохозяйственной отрасли и биоэкономике, а значит и энергоёмкой утилизации.

Есть ли выгода, опыт России и других стран

Вопрос выгоды использования энергии из отходов не является однозначным. Многие виды аграрных отходов используются в качестве ресурсов для решения других задач внутри отрасли (удобрения, подстилки и проч.), другими словами, энергия при утилизации может не окупить, например, потерь в урожае, это требует грамотных расчётов. Кроме того, вопрос экологической целесообразности переработки до сих пор не закрыт.

Тем не менее, получение энергии из отходов сельского хозяйства может быть достаточно перспективным направлением.

Твёрдое биотопливо пользуется большим спросом: такие государства, как Нидерланды, Великобритания, Бельгия, Швеция, Дания постоянно включают программы финансовой поддержки потребителям пеллет. Вводятся новые стандарты качества для этого вида продукции из других стран, что говорит о планах увеличения импорта.

Поставщиком для этих стран, в числе прочих государств, может стать и Россия, наиболее удобным рынком сбыта являются скандинавские страны. Но для того, чтобы это стало возможным, должен измениться внутренний рынок страны. Ежегодно в России производят 440 млн. т отходов лигноцеллюлозной биомассы, немалую часть предприятий составляют сельскохозяйственные. Переработка этих отходов, как правило, не производится.

Производство биогаза - сравнительно дорогое предприятие, минимальная цена одной установки 800 тыс. евро, хотя в последнее время намечаются тенденции к удешевлению производства. В современной Европе государственные компенсации за использование подобных установок достигают 90%.

Однако такие затраты во многом оправдываются получаемой энергетической автономией предприятий. Кроме того, предприниматель, использующий биогаз для производства электроэнергии в Европе, продаёт её по повышенному тарифу, очень выгодному. Это способствует увеличению числа предприятий, использующих биогаз.

Во многих странах Европы популярны домашние установки по производству биогаза. Такое производство может быть выгодно для фермерских хозяйств, где сырьё для переработки находится под рукой и нет нужды где-то его закупать.

В нашей стране, достаточно поздно включившейся в освоение энергоёмкой утилизации, биогазовое топливо не слишком распространено, в том числе и по причине отсутствия федеральной государственной поддержки. Однако существуют региональные инициативы, например, проект в Белгородской области, и они приводят к неплохим результатам.

Энергоёмкая утилизация в сельском хозяйстве необходима, она может помочь решить мировые проблемы и экономического, и экологического характера. Однако для того, чтобы добиться положительных результатов в этой области, предпринимателям и государству следует грамотно рассчитывать риски.