Использование энергоблоков электростанций для переработки ТБО

Предпосылки технологии

Из года в год население большинства стран непрерывно увеличивается, с этим связан непрекращающийся рост производства различных товаров и услуг, что в свою очередь сопряжено с появлением огромного количества различных видов отходов, некоторая часть отходов может быть переработана и использована при производстве новой продукции, другая значительно большая часть подлежит уничтожению, либо хранению, что не только требует больших финансовых вложений, но, и что важнее, оказывает значительное вредное воздействие на экологию.

Для того, чтобы уменьшить вредное воздействие отходов на окружающую среду и улучшить экологическую обстановку необходима разработка и внедрение современных и эффективных методов утилизации отходов.

В качестве примера ниже приведены данные по переработке шлама и отходов фармацевтических производства в Китае.

• В 2020 году объем производства шлама в Китае превысил 60 млн тонн (влажностью 80%). Кроме того, вместе с непрерывным увеличением количества сточных вод в городах Китая, происходит постоянное ускорение темпов модернизации предприятий по очистке сточных вод, что влечет за собой непрерывное увеличение количества шлама. Методы переработки шлама в основном включают захоронение, компостирование, естественное высушивание и сжигание, что составляет 65%, 15%, 6% и 3% соответственно.
• На данный момент ежегодный сброс фармацевтических отходов в Китае составляет около 30 млн тонн, увеличиваясь с каждым годом. Циклическое использование фармацевтических отходов в Китае в основном сосредоточено на выращивании съедобных грибов, производстве органических удобрений, кормов и добавок для домашнего скота и птицы, а также в использовании в качестве источника энергии.

Два вышеуказанных вида отходов, как и многие другие, могут быть переработаны другим способом, исключающим строительство новых перерабатывающих предприятий.

Этот способ – использование существующих угольных электростанций для энергетической утилизации отходов. Он позволяет раскрыть все преимущества угольной генерации, а также эффективно перерабатывать ТБО, это значительно повышает эффективность использования ТБО и сокращает выбросы загрязняющих веществ.

Кроме того, применение данной технологии снижает топливные издержки электростанции, сокращает выбросы углекислого газа, снижает нагрузку электростанций на экологию.

Рис.1. Преимущества использования энергоблоков электростанций для переработки ТБО

Таким образом внедрение технологии утилизации ТБО на угольных электростанциях является выгодным с любой точки зрения, так как позволяет не только уменьшить негативное влияние угольных электростанций и отходов на окружающую среду, но и использовать отходы как энергетический ресурс, что приводит к оздоровлению всей цепочки производства и потребления.

Описание технологии

Ниже на схемах представлены технологические схемы переработки различных видов отходов на базе угольных электростанций

1. Бытовые отходы

Рис.2 Схема утилизации бытовых отходов с использованием энергоблоков электростанций

2.  Сельскохозяйственные отходы

Рис.3 Схема утилизации сельскохозяйственных отходов с использованием энергоблоков электростанций

3. Шлам, образующийся при очистке сточных вод

Рис.4 Схема утилизации шлама с использованием энергоблоков электростанций

4. Фармацевтические отходы

Рис.5 Схема утилизации фармацевтических отходов с использованием энергоблоков электростанций

Использование угольных электростанций в качестве централизованных предприятий по уничтожению ТБО в городах и районах, с опорой на высокоэффективные системы сжигания, для реализации централизованной утилизации отходов имеет преимущества, описанные ниже.

1. Полноценное использование энергоблоков угольных электростанции

Так как современные энергоблоки имеют высокую эффективность, использование их для переработки мусора позволяет наиболее полно использовать энергию от его сжигания без дополнительного строительства сложной инфраструктуры по переработки мусора в виде мусороперерабатывающих заводов.

2. Значительное повышение эффективности использования энергии

Рис.6 Повышение эффективности использования энергии

Тепло, выделяемое при сжигании ТБО, непосредственно поглощается котлом электростанции. При высоких параметрах пара, КПД цикла намного выше, чем при обычных методах переработки.

3. Значительное снижение концентрации выбросов загрязняющих веществ

Рис.7 Снижение выбросов вредных веществ

• Сверхнизкие выбросы обычных загрязняющих веществ.
• Выбросы особых загрязняющих веществ ниже, чем при обычных методах утилизации

4.Уменьшение затрат на системы утилизации ТБО

Рис.8 Уменьшение затрат на строительство систем утилизации

При утилизации ТБО используется оборудование для выработки электроэнергии и очистки дымовых газов электростанции, нет необходимости в новом строительстве, высокая эффективность переработки, низкая стоимость эксплуатации, удобное обслуживание системы.

5. Уменьшение эксплуатационных затрат на утилизацию ТБО

• Малое количество дополнительного оборудования, простота системы;
• Полное использование преимуществ угольных ЭС, использование мощного и высокоэффективного оборудования;
• Оптимизация количества персонала для обслуживания систем переработки мусора.

6. Гибкая эксплуатация системы

• Система утилизации ТБО и угольная электростанция являются самостоятельными и могут в любое время быть изолированы друг от друга;
• Угольная электростанция работает главным образом на угле, ТБО являются только вспомогательным источником энергии.

7.  Увеличение прибыли и социальной значимости угольной ЭС

• Использование ТБО позволяет уменьшить расход угля;
• Утилизация отходов дает возможность получить гос. субсидии;
• Получение субсидий на электроэнергию.

8. Ускорение преобразования и модернизации угольных ЭС

• Превращение угольной ЭС в городской центр утилизации ТБО.

Пример реализации технологии №1

Наименование проекта: проект комплексной выработки электроэнергии на тепловой электростанции с использованием горючих сухих отходов.

Дата начала и окончания проекта: январь 2020 г – декабрь 2021 г

Схема утилизации отходов и параметры электростанции

Рис.9 Схема утилизации отходов

Параметры электростанции

• Энергоблок: сверхкритический энергоблок 350 МВт
• Объем перерабатываемых ТБО: 30 т/сут.
• Тип отходов: ТБО
• Проектная калорийность отходов: 2500 кКал
• Калорийность ТБО: 1000-4000 кКал

Устанавливаемые системы

Рис. 10 Устанавливаемые на электростанции системы

Техническое решение

В данном проекте для утилизации отходов применяется вращающаяся печь. Вращающаяся печь удобна для сжигания сортированных бытовых отходов, при этом время нахождения отходов в печи длительное, температура внутри печи распределяется равномерно, температуру можно эффективно регулировать.

• Размеры вращающейся печи: Ф2,8 м Х 12,5 м
• Температура горения во вращающейся печи: 500-850 °С;
• Температура горения во вторичной камере сгорания: 850-1100 °С;
• Время задержки дымовых газов во вторичной камере сгорания: ≥2 с;
• Эффективность сгорания: ≥99.9 %；
• Эффективность уничтожения и удаления: ≥99.9 %；
• Убыль массы шлака вращающейся печи при прокаливании: ≤3%
• Содержание кислорода в дымовых газах на выходе из вторичной камеры сгорания: 6-10%
• Годовое время работы: ≥7200 ч

1. Связь по горячему воздуху

Рис.11 Связь по горячему воздуху

• Компенсация потерь первичного воздуха, отсутствует влияние на работу первичного вентилятора котла;
• Повышение температуры воздуха на входе подогревателя воздуха для котла, выполняется роль калорифера, снижается коррозия и засорение подогревателя воздуха.

2. Связь по дымовым газам

Рис.12 Связь по дымовым газам

• Отдельная обработка опасных отходов летучей золы;
• Общая обработка обычных загрязняющих веществ, реализация сверхнизких (близких к нулю) выбросов;
• Диоксин полностью разрушается в условиях высокой температуры котла электростанции (1500 °С);
• Снижение количества кислорода, требующегося для работы котла, циклическое использование дымовых газов, уменьшение количества выбросов NOx

Рис. 13 Рукавный фильтр и подогреватель воздуха

3. Связь по пару

Рис. 14 Связь по пару

Для повышения эффективности использования энергии применяется подогреватель питательной воды

Рис.15 Теплообменники

Площадка проекта

Рис.16 Компьютерная модель и фотография проекта

Пример реализации проекта №2

Описание и технические характеристики проекта. 

В данном проекте реализуется сжигание топлива, полученного из биомассы. Ниже представлены характеристики энергоблока.

• Энергоблок ССКПП угольной ЭС 1000 МВт
• Высокоэффективный прямоточный котел на ССКПП со скользящим давлением;
• Однократный промежуточный перегрев, однокамерная топка, уравновешенная тяга, твердое шлакоудаление, наружная компоновка, полностью стальной каркас;
• П-образная компоновка котла;
• Встречная компоновка горелок на передней и задней стенах топки котла, в качестве горелок используются вихревые пылеугольные горелки с низкой эмиссией NОx

Рис.17  Горелки и поперечный разрез котла

Топливо из биомассы

На заводах по производству топлива из биомассы исходное сырье проходит ряд технологических операций, таких как дробление, сушка, измельчение и т.д. В результате получается порошок из биомассы с размером частиц около 50 меш.

Рис. 18 Внешний вид топлива из биомассы

Общая технологическая схема

Рис. 19 Общий технологический маршрут сжигания топлива из биомассы

Биомасса в виде порошка напрямую подается в трубопровод первичного воздуха, вместе с которым поступает в топку.

Компоновка системы

Рис. 20 Компоновка системы для сжигания топлива из биомассы

Для хранения топлива из биомассы используются специальные бункеры, ниже приведены особенности данных бункеров

• Каждый бункер снабжен несколькими впускными отверстиями для удовлетворения требований потребления биомассы
• В верхней части бункеры оснащены рукавными фильтрами, препятствующими утечке пыли в процессе разгрузки материала
• Внутри бункеры оснащены несколькими группами уровнемеров
• В нижней части бункеры оснащены устройствами для разгрузки и аэрации
• В нижней части бункеров располагается дозирующий шнековый транспортер
• Бункеры дополнительно оснащены системой мониторинга безопасности

Рис.21 Бункер для хранения топлива из биомассы и вспомогательное оборудование