Отримання відновлюваних видів енергії з харчових відходів і ТПО

МІНІСТЕРСТВО  ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

 

 

 

 

 

                                                    Домашня робота

                            з дисципліни “Технічна біоенергетика”

Тема: «Отримання відновлюваних видів енергії з харчових відходів і ТПО»

 

 

                                                                                                                         Виконала:

                                                                                                        студентка

                                                                                                                        Перевірив:

                                                                                                                 

 

 

Київ 2013

 

 

 

План

    Вступ……………………………………………………………………………….3

   1.Склад,властивості й обсяг твердих побутових відході……………..………5

      1.1.Хімічний склад……………………………………………………..……...5

      1.2.Фізичні властивості ТПВ :щільність,зв’язаність  і зчеплення………….6

      1.3.Абразивні корозійні властивості………………………………………....6

      1.4.Теплотехнічні властивості ТПВ………………………………………….6

      1.5.Санітарно-бактеріологічні властивості………………………………….7

      1.6.Паливне використання ТПВ……………………………………………...7

2.Сучасні рішення  по переробці харчових відходів і ТПВ…………………...10

      2.1.Попереднє сортування…………………………………………………..13

      2.2.Санітарна земельна засипка…………………………………………….13

     2.3.Спалювання……………………………………………………………….14

     2.4.Високотемпературний піроліз…………………………………………...17

Висновок………………………………………………………………………....20

Список  використаної літератури…………………………………………….22

 

 

 

 

 

 

Вступ

Природні ресурси , які споживає людство , можна умовно розділити на дві частини: поновлювані  і непоновлювані . До поновлюваних ресурсів відносяться всі ті ресурси , які можна відновити за допомогою фотосинтезу в осяжний відрізок часу. Мова йде в першу чергу про всіх видах рослинності і тих ресурсах , які можна з неї отримати . До не поновлюваних відносяться корисні копалини , які в доступний для огляду геологічний час вже не відновляться . [1]

 

Використовувані людством технології орієнтовані в  першу чергу на використання невідновлюваних  природних ресурсів . Це нафта , вугілля , руди тощо При цьому їх використання технологічно тягне за собою порушення  в навколишньому світі : зменшується родючість грунтів і кількість прісної води , забруднюється атмосфера і т.п. [2]

Сьогодні , використовуючи сформовані технології , людство має структуру всіляких відходів побутового і промислового походження . Ці відходи , поступово накопичуючись , перетворилися на справжнє лихо . Уряди розвинених країн починають все більшу увагу приділяти питанням охорони навколишнього середовища та заохочують створення відповідних технологій. Розвиваються системи очищення територій від сміття і технології його спалювання. Однак є досить багато причин вважати , що технології спалювання сміття є тупиковими . Вже в даний час витрати на спалювання 1 кг сміття становлять 65 центів. Якщо не перейти на інші технології ліквідації відходів , то витрати будуть зростати. При цьому слід мати на увазі , що необхідні такі нові технології , які з часом могли б забезпечити , з одного боку , споживчі запити населення , а з іншого боку , збереження навколишнього середовища .

В даний час  такі технології вже з'явилися. З'явилася принципова можливість не тільки істотно знизити витрати на ліквідацію відходів , а й отримати при цьому економічний ефект.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Склад,властивості  й обсяг твердих побутових  відходів

На сьогоднішній день ТПВ представляють собою  суміш, яка складається з різноманітного непотребу. Але більш прискіпливий аналіз показує, що вона складається з:харчових відходів, паперу, картону, деревини, металобрухту чорних і кольорових металів, кісток, шкіри, гуми, текстилю, скла, полімерних матеріалів. Але разом з тим, в цій суміші можна знайти солі ртуті з батарей, фосфоро-карбонати з флуоресцентних ламп, токсичні хімікати, які містяться в залишках фарб та розчинників, лаків та аерозолів, акумуляторах і т. п.

   Його кількість залежить від: пори року, побутових та харчових потреб людини, розвитку економіки товарів народного вжитку, тари та інших чинників.

   Так, осінню кількість твердих побутових відходів зростає за рахунок опавшого листя з дерев та відходів фруктів та овочів.

    Зростанню кількості ТПВ сприяють товари одноразового використання; товари народного споживання з короткочасним терміном служби людині, які ми купуємо, споживаємо та викидаємо не дивлячись на їх залишкову вартість.

   Сприяє росту потоку сміття і тара, яка до того ж видозмінює його. Так за останні п'ятдесят років в твердих побутових відходах зменшилась кількість скла та жерстяних банок, в той же час значно зросла кількість пластику та інших полімерних матеріалів. На сучасному етапі розвитку суспільства кожна людина за даними статистики в середньому за одну добу створює від 2 до 3 кг твердих побутових відходів. І мають тенденцію до постійного зростання, що заставляє муніципальну владу всіх міст постійно шукати оптимальні шляхи утилізації відходів своїх громадян. [3 ]

   Найкращим із них являється шлях по елементного збирання відходів, який дає змогу оптимально вирішувати проблему їх утилізації та всебічного використання вторинних ресурсів сировини та матеріалів.

    Другим шляхом утилізації ТПВ, являється їх вивіз до санітарних зон, де вони сортуються для одержання вторинної сировини і спалюють в спеціальних печах для отримання енергії.

   Третім шляхом утилізації твердих побутових відходів являється їх захоронення на спеціальних сміттєзвалищах або полігонах.

Четвертим шляхом утилізації ТПВ являється його зберігання на відкритих площадках, яке приводить до розмноження гризунів та забруднення атмосфери, підземних і поверхневих вод.

До складу харчових відходів входять картопляні очистки, відходи овочів, фруктів, хліба і  хлібопродуктів, м’ясні і рибні відходи, яєчна шкарлупа й ін. Вони містять крохмаль, жири, білки, вуглеводи, клітковину, вітаміни. Вологість харчових відходів коливається від 60—70% навесні до 80—85% влітку і восени. Вологість харчових відходів ресторанів, столових і інших підприємств харчування досягає 95%. Баластові домішки харчових відходів представлені кістка, боєм скла і фаянсу, металевими кришками і банками. [8]

З метою схоронності  і можливості використання харчових відходів їх варто зберігати влітку при t > 6—7° С не більш 10 годин, узимку при тій же температурі до 30 годин.

Ємності для  збереження харчових відходів необхідно  мити 2% розчином кальцинованої соди або розчином хлорного вапна, що містить 2% активного хлору, і потім полоскати  чистою водою.

Фракційна сполука. Основна маса ТПВ представлена фракціями до 150 мм (80—90%) і тільки менш 2% (баластові домішки) представлені фракціями більш 350 мм.

1.1.Хімічний склад

Усереднені  дані хімічного складу ТПВ по кліматичних  зонах наведені в таблиці. Україна  відноситься до середньої кліматичної зони, за винятком Південного берега Криму, що відноситься до південної. Як видно з результатів, наведених у цій таблиці, по змісту таких елементів, як азот, фосфор, калій і кальцій, ТПВ можуть бути віднесені до речовин, з яких можна одержувати цінні добрива.

 

Таблиця Хімічний склад ТПВ в різних кліматичних зонах, % від сухої маси

Показники	Кліматичні  зони
	середня	південна
Органічна речовина	56 – 72	56 – 80
Зольність	28 – 44	20 – 44
Загальний азот	0,9 – 1,9	1,2 – 2,7
Кальцій	2 – 3	4 – 5,7
Вуглець	30 – 35	28 - 39
Фосфор	0,5 – 0,8	0,5м0,8
Загальний калій	0,5 – 1	0,5 – 1,1
Вологість (% від  загальної маси)	40 – 50	35 – 70

1.2.Фізичні властивості ТПВ: щільність, зв’язаність і зчеплення

Щільність ТПВ  міст України складає в середньому 0,19—0,23 т/м3.

Зв’язаність і зчеплення. Папір і картон, текстиль і пластмасові  плівки формують структуру ТПВ і  додають їм механічну зв’язаність. Липкі і вологі компоненти забезпечують зчеплення. [4]

1.3.Абразивні і корозійні властивості 

(від лат. abrasio — скобління і corrosio — роз’їдання). Скобління тертьових поверхонь відбувається за рахунок баластових фракцій (метал, бій скла, фаянсу, кістки й ін.). У зв’язку з цим ТПВ можуть стирати дотичні з ними поверхні. При контакті з металами ТПВ роблять кородуючий вплив, що пов’язано з їх високою вологістю, наявністю у фільтраті розчинів різних солей і кислим середовищем (рН=5—6,5). [4]

1.4.Теплотехнічні властивості

Наявність у  ТПВ великої кількості органічних речовин обумовлює їхню теплотворну  здатність. Питома теплоємність ТПВ визначається за формулою: 

, Дж/кг * град., де W- вологість  ТПВ, %.

Питома теплоємність основних компонентів ТПВ (у Дж/кг * град.) наступна: вода — 4190; дерево, картон, папір — 2000—2500; стекло, камені — 800—1000; залізо — 400; алюміній — 860.

Теплотворна здатність ТПВ  також залежить від їхньої щільності. Так, при зміні щільності від 0,2 т/м³ до 0,5 т/м³ теплотворна здатність ТПВ знижується з 2000 до 940 ккал/кг. [5 ]

1.5.Санітарно-бактеріологічні властивості 

ТПВ містять велику кількість  вологих органічних речовин, що, розкладаючись, виділяють гнильні запахи і фільтрат. При висиханні продукти неповного розкладання утворять насичену забруднювачами і мікроорганізмами (від 300 до 15 млрд. на 1 м сухої речовини) пил. У результаті відбувається інтенсивне забруднення повітря, ґрунтів, поверхневих і ґрунтових вод. Рознощиками патогенних мікроорганізмів є мухи, пацюки, птахи, бездомні собаки і кішки. [6 ]

 

1.6.Паливне використання твердих побутових відходів (ТПВ)

 
Одним з ефективних способів отримання енергії в майбутньому може стати використання в якості палива твердих побутових відходів (ТПВ). Перевага побутових відходів полягає в тому, що їх не треба шукати, не треба добувати, проте в будь-якому випадку вони повинні бути знищені - що вимагає великих грошових коштів. Тому раціональний підхід тут дозволяє не тільки отримати дешеву енергію, але й уникнути зайвих витрат.  
Цілеспрямоване промислове використання твердих побутових відходів як палива почалося з будівництвом першого «сміттєспалювального закладу» поблизу Лондона в 1870 році. Однак активне застосування ТПВ як енергетичної сировини почалося тільки в середині 1970-х років у зв'язку з поглибленням енергетичної кризи. Було підраховано, що при спалюванні однієї тонни відходів можна одержати 1300-1700 кВт / год теплової енергії або 300-550 кВт / год електроенергії.  
Саме в цей період почалося будівництво великих сміттєспалювальних заводів у Мадриді, Берліні, Лондоні, а також у країнах з відносно малою площею та високою щільністю населення. До 1992 року у світі діяло близько 400 заводів, на яких застосовувалося спалювання ТПВ з виробництвом пари і виробленням електроенергії. До 1996 року їх кількість досягла 2400.  
У нашій країні термічна переробка ТПВ почалася з 1972 року, коли у восьми містах СРСР було встановлено 10 сміттєспалювальних заводів першого покоління. Ці заводи були практично без газоочистки і майже не використовували вироблене тепло. В даний час вониморально застаріли і не відповідають сучасним вимогам по екологічним показникам. У зв'язку з цим велика частина цих заводів закрита, а решта підлягають реконструкції.  
У Москві було побудовано три таких підприємства. Сміттєспалювальний завод № 2 (ССЗ-2) був побудований в 1974 році для спалювання несортованих твердих побутових відходів в обсязі 73 тис. тонн на рік. Він мав дві технологічні лінії, що включають в себе котли французької фірми «кнім» і електрофільтри.  
Рішенням уряду Москви про реконструкцію ССЗ-2 пропонувалося збільшення потужності заводу до 130 тис. тонн відходів на рік з одночасним зменшенням кількості шкідливих викидів у навколишнє середовище і, тим самим, поліпшенням екологічної обстановки в районі підприємства. Для виконання зазначеного завдання була знову залучена французька фірма «кнім», яка повинна була розробити і поставити три модернізовані технологічні лінії продуктивністю по спалюваних ТПВ в 8,33 т / год кожна.  
Крім того, передбачалося використання тепла, одержуваного при спалюванні твердих побутових відходів, для вироблення електроенергії [4].  
За результатами експлуатації реконструйованої першої черги заводу, що складається з двох технологічних ліній, можна констатувати, що всі зазначені вище вимоги виконаніПринципово новий для Росії сміттєспалювальний завод продуктивністю 300 тис. тонн ТПВ в рік був побудований в Москві на початку 2000-х. Завод складається з відділень підготовки та сортування відходів, спалювання неутилізованих частини ТПВ, очищення димових газів від шкідливих домішок, переробки золи та шлаку, енергоблоку та інших допоміжних відділень. Технологічна схема заводу з переробки неутилізованих частини відходів включає в себе три технологічні лінії з печами киплячого шару, котлами продуктивністю 22-25 т / год, газоочисним обладнанням і двома турбінами по 6 МВт кожна.  
На заводі впроваджено ручна і механічна сортування ТПВ та їх дроблення. Технологія дозволяє, по-перше, відібрати цінна сировина для його вторинної переробки, по-друге, відібрати харчову фракцію відходів для подальшого компостування, по-третє, відібрати сировину, що представляє екологічну небезпеку при спалюванні, і нарешті, підвищити теплотехнічні та екологічні показники сировини, призначеного для спалювання. Завдяки такій підготовці нижча теплота згоряння ТПВ досягає 9 МДж / кг, а за змістом золи, вологи, сірки та азоту характеристики практично відповідають характеристикам підмосковних бурого вугілля.  
Однак слід відзначити, що низькі параметри пари, які застосовуються на вітчизняних сміттєспалювальних заводах, істотно знижують питомі показники по виробленню електроенергії в порівнянні з паросиловими електростанціями. Застосування аналогічних потужностей і параметрів пари на сміттєспалювальних заводах обмежено властивостями сировини: кусковим паливом, низькою температурою плавлення золи і корозійними властивостями димових газів, одержуваних при спалюванні.  
Суттєвого підвищення ефективності застосування ТПВ як палива для вироблення електроенергії та досягнення питомих показників, близьких до серійно застосовуваним ТЕС, по всій видимості, можна досягти за рахунок часткового заміщення енергетичного палива побутовими відходами.  
У цьому випадку при спалюванні на ТЕС бурого вугілля доцільно використання предтопок для спалювання твердих побутових відходів з напрямком димових газів, одержуваних у предтопке, в топковий простір існуючого котельного агрегату. При спалюванні на ТЕС природного газу доцільно використовувати установку для газифікації ТПВ з подальшим очищенням отриманого продукту - газу і спалюванням його в топках котлів, що працюють на природному газі. Роками відпрацьована паросилових установок, застосовувана на ТЕС, зберігається при цьому в первозданному вигляді.  
Тобто пропонується розробка суміщеної (інтегральної) компонування ТЕС для спалювання природного палива і твердих побутових відходів. Частка ТПВ за кількістю тепла може становити приблизно 10% від теплової потужності котла. У цьому випадку тільки за рахунок підвищених параметрів пари і збільшеної потужності котлів і турбін ефективність використання побутових відходів підвищиться в 2-3 рази.  
Істотний економічний ефект може бути отриманий за рахунок зниження капітальних вкладень завдяки використанню існуючої на ТЕС інфраструктури та скорочення витрат на газоочисне обладнання.  
Важливим економічним фактором є і те, що енергетичне паливо, в тому числі і буре вугілля, що має практично рівноцінні енергетичніпоказники з твердими побутовими відходами, треба купувати, а ТПВ, навпаки, приймається з грошовою доплатою.  
І головне - аналіз техніко-економічних показників, отриманих при частковому, десятипроцентному, заміщенні енергетичного палива на одному із стандартних блоків, що працюють на природному газі або бурому вугіллі, показує, що в цьому випадку вартість природного газу, використовуваного на ТЕС, може бути повністю покрита «доходами» від прийому ТПВ. [6,7]