Назад
'761
Увеличивается также сеть жилых, административных и других
комплексов с кондиционированием помещений в летний период, на
которых могла бы быть использована энергия, вырабатываемая на
МСЗ.
Часто бывает целесообразно подключить к МСЗ уже построен-
ные централизованные холодильные установки. Такое решение оп-
равдано при условии, что издержки производства энергии лежат в
пределах отпускной стоимости, существующей в данном регионе.
Оценка расходов, связанных с холодильными установками и конди-
ционерами, не укладывается в схему; приемлемую для тепловой или
электрической энергии, и требует для каждого конкретного случая
своего индивидуального подхода.
Использование тепла МСЗ для сушки осадков сточных вод.
Одним из путей повышения степени использования тепловой энер-
гии, получаемой при мусоросжигании, является сушка осадков сточ-
ных вод (ОСВ). Особенно рационален такой способ при размещении
МСЗ и городских канализационных очистных сооружений на одной
площадке.
Известно (см. раздел II), что использование осадков биологичес-
кой очистки сточных вод более эффективно, если их подвергают тер-
мической сушке. В табл.
IV. 11
приведены некоторые показатели, ха-
рактеризующие OCB и ТБО.
Вариант обезвреживания и переработки в одном и том же месте
ТБО и OCB с использованием тепла сжигания ТБО для сушки OCB
заслуживает самого серьезного внимания.
При сборе 0,7-1,5 кг ТБО с жителя в сутки и их теплотворности
6280-8400 кДж/кг (1500-2000 ккал/кг) от сжигания отходов можно
получить 4200-12600 кДж тепла или с учетом КПД установки 2900-
8800 кДж на жителя в сутки. Это удельноеа одного жителя) коли-
чество тепла в основном может покрыть тепловые потребности, не-
обходимые для сушки ОСВ.
При поступлении сброженного и уплотненного OCB в количе-
стве 1-2 л на жителя в сутки с влажностью 92% (что при современ-
ных уплотнителях вполне реально) для испарения влаги требуется
650-1300 ккал/сут в расчете на одного жителя. Если же учесть тепло
от сжигания высушенного осадка, то необходимые затраты тепла на
полную сушку OCB сокращаются до 2100-4800 кДж/сут. (500-1150
ккал/сут.).
Таким образом, испарение влаги OCB преимущественно за счет
использования тепла от сжигания ТБО вполне возможно. И только в
'762
Таблица
IV. Il
Сравнение OCB (после осаждения в отстойниках
и
уплотнения) и быто-
вых отходов
Показатели
Сырой осадок и
избыточный
активный ил,
2,5 л/(жигг. в сутки)
сырой сухой
Сброженный и
уплотненный ОСВ,
0,9 л/(жиг. в сутки)
сырой сухой
Бытовые
отходы,
0,7 кг/(жит.
в сутки)
сырой сухой
Влажность, %
96 92
-
35
-
Зольность, %
40
-
45
30 40
Горючие
составляющие, %
60
55
35
55
Теплотворность,
ккал/кг
3100 1В00 1500
2500
Углерод, %
1,5 33
1,8
22
18 28
Водород, % 5
»
3
2,3
3,5
Азот, %
0,3 3,5
0,25
2
0,4 0,6
Фосфор (P
2
0s),%
0,1 2 0,25 3
- -
Температура
плавления золы,
0
C
около 1100
около 1100 около 1200
очень неблагоприятных условиях, когда накопление отходов мало и
их теплотворность очень низка, для этой цели может потребоваться
дополнительное топливо.
Испарительная сушка OCB с использованием
в
качестве теп-
лоносителя дымовых газов МСЗ. Для сушки OCB могут быть ис-
пользованы схемы, в соответствии с которыми дымовые газы из МСЗ
направляют в испаритель, в котором их тепло передают через стенку
ОСВ, после чего отработанные дымовые газы выбрасывают
в
атмос-
феру через трубу. Парогазовые продукты сушки транспортируют по
газоводу в топку печи МСЗ для выжигания дурнопахнущих органи-
ческих соединений. Подобная сушка OCB может быть организована
в увеличивающем производительность установки двухступенчатом
варианте.
Испарительная установка сушки OCB с использованием в
качестве теплоносителя получаемого на МСЗ пара. Для целей
сушки OCB возможно привлечение технологических схем с исполь-
зованием в качестве теплоносителя пара, подаваемого от парогене-
ратора МСЗ в двухступенчатую испарительную установку. Дымовые
газы из печи направляют в парогенератор и затем через трубу выбра-
сывают в атмосферу. Насыщенный пар направляют в паровой отсек
испарителя. После того, как пар сконденсируется, конденсат по тру-
бе перекачивают в парогенератор.
'763
Вопросы для повторения
1. Какие факторы влияют
на
выбор схемы утилизации тепла при ра-
боте МСЗ?
2. Каков предел продолжительности работы агрегатов сжигания ТБО
в нормальных условиях эксплуатации?
3. От каких факторов зависят капзатраты на строительство МСЗ?
4. К чему сводятся условия круглогодичного потребления тепла, вы-
рабатываемого МСЗ?
5. Каковы возможные направления использования тепла, вырабаты-
ваемого МСЗ?
Глава
22.
Охрана окружающей среды при
эксплуатации МСЗ
Функционирование МСЗ, эксплуатирующих охарактеризованные
выше
технологии и
по
своему существу представляющих собой пред-
приятия природоохранного профиля, сопровождается различного
уровня негативным воздействием на биосферу. Это воздействие в
наибольшей степени связано с дымовыми газами и твердыми про-
дуктами термической переработки ТБО. Ниже освещен круг наибо-
лее важных сведений, касающихся такого воздействия, и мероприя-
тий, связанных с его минимизацией и упразднением.
22.1. Очистка дымовых газов МСЗ
В большинстве стран основными источниками загрязнения воз-
душного бассейна городов являются процессы сжигания различных
топлив в топках теплоэнергетических агрегатов и выхлопные газы
автотранспорта. В качестве основного показателя санитарного со-
стояния атмосферного воздуха принято содержание в нем поступаю-
щих с выбросами названных источников твердых частиц (сажы, ле-
тучей золы), сернистого SO
2
и серного SO
3
ангидридов, оксидов азо-
та NO
x
и оксида углерода СО.
Характеристика дымовых газов МСЗ. В составе дымовых га-
зов МСЗ, помимо названных выше взвешенных веществ и оксидов,
могут присутствовать при наличии в сжигаемых ТБО хлор- и фтор-
содержащих компонентов (в частности, в массе некоторых пластмас-
совых отходов) хлорид водорода HCI и фторид водорода HF. Наря-
ду с этим, отходящие газы МСЗ отличаются от дымовых газов энер-
гетических установок, работающих на природном топливе, высоким
'764
т 10 до 20 %) содержанием водяных паров, что обусловлено значи-
тельной влажностью ТБО. Среди загрязняющих дымовые газы МСЗ
веществ могут присутствовать также полихлордибензодиоксины
(ПХДД) и полихлордибензофураны (ПХДФ).
Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха на уровне
дыхания
человека выбросами вредных веществ промышленных пред-
приятий и котельных в нашей стране определяют по величине кон-
центрации вредности (загрязнения) при неблагоприятных метеоро-
логических условиях, значение которой не должно превышать мак-
симальной разовой предельно допустимой концентрации.
В ФРГ и странах ЕЭС в 1989 г. введены также (табл.
IV.
12) весь-
ма жесткие нормы содержания вредных веществ в дымовых газах
МСЗ (после газоочистных устройств).
Результаты прямых аналитических определений свидетельству-
ют, что содержание вредных веществ в выбросах из дымовых труб
МСЗ (при отсутствии газоочистного оборудования) превышает оха-
рактеризованные выше нормативы в 3-200 раз в зависимости от со-
Таблица1У.12
Регламентируемые содержания вредных примесей в выбрасываемых в
атмосферу дымовых газах инсинераторов стран ЕЭС
Компонент
Регламентируемое содержание, мг/нм
3
Пыль 30,0
Диоксид серы 100,0
Оксид углерода 50,0
Оксиды азота
300,0
Хлорид водорода
10,0
Фторид водорода
1.0
Тяжелые металлы:
Кадмий (Cd) и таллий (Tl)
0,1
Ртуть (Hg)
0,1
Сумма тяжелых металлов:
сурьма (Sb), мышьяк (As), свинец (Pb), хром
(Cr), кобальт (Со), медь (Cu), магний (Mg),
никель (Ni), ванадий (V), олово (Sn) и их
соединения
1,0
'765
става сжигаемых отходов, конструкции печи и режима ее работы.
Дымовые газы отечественных МСЗ содержат от 1500 до 5000 мг/м
3
взвешенных частиц. Примерно такова же концентрация взвешенных
в дымовых газах МСЗ и других стран. Например, в США она со-
ставляет 2000-5555, в Германии 1000-12000, в Японии 1600-
4500 мг/м
3
.
Имеющие место в практике газоочистки концентрации загрязня-
ющих компонентов в выбрасываемых в атмосферу отходящих газах
МСЗ характеризуются данными табл.
IV.
13.
Необходимо отметить, что МСЗ не являются крупными (по срав-
нению с предприятиями теплоэнергетики, функционирующими на
твердом и жидком топливе) источниками загрязнения атмосферного
воздуха оксидами серы из-за сравнительно малого ее содержания в
ТБО
0,05-0,3
% от
общей
массы
(содержание
серы в
мазутах, слан-
цах и подмосковных углях составляет соответственно 0,5-5, 3-4 и
2,5-4%). Кроме того, при сжигании ТБО часть ее переходит в суль-
фаты, остающиеся в шлаке.
Таблица IV. 13
Содержание мг/м
3
) токсичных примесей в очищенных в электрофильт-
рах дымовых газах МСЗ
Компонент
Содержание
Летучая зола (нетоксичная пыль)
120-220
SO
2
30-180
NQ
t
10 -160
СО
140-250
HCI
10-210
HF
0,07-3,0
Формальдегид
0,0007 - 0,001
Хлорорганика
100 -120
Сложные эфиры (бугилацетат)
1,9-6,4
Сумма карбоновых кислот
25-49
Спирты (бутиловый спирт)
11,3-24,8
Ацетон
0,87-1,85
Смолистые соединения
5-0
'766
Содержание оксидов азота в дымовых газах МСЗ определяется
температурой в топках соответствующих агрегатов, обычно находя-
щейся в интервале 850-IOOO
0
C, в то время как интенсивное образо-
вание оксидов азота имеет место при температурах выше 1100°С.
Среди других газообразных токсикантов дымовых газов МСЗ
следует отметить альдегиды и органические кислоты, образующиеся
при неполном окислении пищевых отходов, жиров, масел и некото-
рых других компонентов ТБО. Кроме того, следует иметь в виду воз-
можность поступления
в
окружающую среду при сжигании
ТБО
кан-
церогенных веществ. Наиболее известными в настоящее время блас-
томогенными углеводородами являются бенз(а)-пирен, бенз(е)-пирен,
бенз(а)-антрацен, керонен, фенантрен и пирен. Однако
с учетом
улав-
ливания современными пылеулавливающими устройствами до 99%
летучей золы, сорбирующей названные канцерогены, а также ее рас-
сеивания через дымовые трубы концентрация этих веществ в при-
земном слое воздуха оказывается существенно меньшей величин
действующих ПДК.
Кроме указанных загрязняющих веществ, в дымовых газах МСЗ
присутствуют аммиак, озон и некоторые другие вредные вещества,
но их количества крайне незначительны.
Сложной проблемой при сжигании ТБО является образование
диоксинов и фуранов.
Органическая химия насчитывает 75 соединений класса ПХДД
и 135 соединений класса ПХДФ. Эти соединения можно встретить
во многих искусственно полученных продуктах, таких как средства
защиты растений (пестициды, гербициды), а также в минимальных
количествах в изделиях, технология которых способствует образова-
нию ПХДД и ПХДФ.
2,3,7,7-ПХДД при нормальных условиях представляет собой
твердое вещество с молекулярной массой 321,8, имеющее темпера-
туру плавления 303-3 05
0
C и растворимость в воде 0,2 мкг-л
-1
. Оно
устойчиво в процессах оксидации и редукции, инертно к кислотам и
щелочам, является стабильным до определенного уровня темпера-
тур. При температуре 600°С начинает разлагаться, а при выдержке
более 3 с при температуре свыше IOOO
0
C полностью распадается.
Источником образования диоксинов являются химические про-
цессы сжигания и термообработки сырья, содержащего хлорирован-
ные углеводороды, реализуемые на электростанциях, сжигающих
бурый уголь, каменный уголь и мазут, мусоросжигательных заводах,
установках огневого обезвреживания ряда промышленных и специ-
'767
фичных отходов, а также работающие бензиновые и дизельные дви-
гатели, процессы жарения и копчения, сжигания древесины, топлив-
ных брикетов, кокса, масел, различные виды пожаров, включая воз-
горания электрических трансформаторов, заполненных маслами,
содержащими полихлорированные бифенилы. Кроме того, доказа-
но, что смет на улицах крупных городов содержит диоксины.
Необходимо отметить, что обнаружение диоксинов весьма зат-
руднено, так как обычно речь идет об их количествах, измеряемых
нано- и пикограммами на единицу массы или объема. Например,
содержание (в пг/г) 2,3,7,8-ПХДД составляет в саже выхлопных
газов бензиновых двигателей 3, в саже выхлопных газов дизель-
ных двигателей 1-4, в саже дымоходов отопительных печей 1-
100, в пепле сигарет 1, в смете городских улиц 6-50.
ТБО содержат как диоксины (например, в составе отработанных
масел и некоторых других веществ), так и вещества, из которых мо-
гут образовываться диоксины при охлаждении дымовых газов после
сжигания отходов. Такими веществами являются, в частности, ПХВ,
уголь, древесина,
NaCl,
HCl. Образующийся
при
сжигании
ТБО
шлак
вследствие избытка воздуха и быстрого охлаждения не содержит
диоксинов. Охлаждаемые же дымовые
газы
уже при 450°С содержат
диоксины, фиксируемые золой-уносом. Кроме того, зола-унос содер-
жит тяжелые металлы. В этой связи улавливаемую из отходящих га-
зов МСЗ золу необходимо складировать в отвалах, защищенных от
воздействия влаги и ветра, или подвергать специальной обработке
(переводя, в частности, в связанную и нерастворимую форму, на-
пример, путем остекловывания).
Проведенные в ФРГ и у нас в стране исследования показали, что
электрофильтры систем газоочистуки МСЗ могут в среднем уловить
90% ПХДД и ПХДФ, образовавшихся при охлаждении дымовых га-
зов и адсорбированных летучей золой. Согласно количественным
оценкам, выполненным на мусоросжигательном заводе г. Бимфельд
(ФРГ), можно ожидать образования 2,3,7,8-ПХДД в количестве 5 мкг
на 1 т отходов. Зная этот удельный показатель, можно прогнозиро-
вать количество диоксинов, а также возможное загрязнение окружа-
ющей среды. При сжигании 15 т/час отходов образуется 75 мкг ди-
оксинов. При сжигании
1
т ТБО образуется 300 кг шлака, 30 кг золы
и 6000 нм
3
дымовых газов. Следовательно, масса диоксинов в золе
составляет 61,5 мкг, а в дымовых газах 13,5 мкг, а их концентра-
ции соответственно 0,136 мкг/кг и 0,00015 мкг/нм
3
.
Для отечественных МСЗ, оснащенных котлами производитель-
'768
ностью 15 т/ч сжигаемых отходов, принята производительность 2x13,
3x15 и 4x15 т/ч
-1
. Предполагая, что годовое использование котлоаг-
регата осуществляют
в
течение 6500 часов, можно считать, что коли-
чество образующихся диоксинов на МСЗ указанной производитель-
ности составляет соответственно 975000, 1462500 и 1950000 мкг.
При этом зола фиксирует 82%, а с дымовыми газами эвакуируют в
атмосферу соответственно 175500, 263250 и 351000 мкг диоксинов в
год. Согласно таким оценкам, мусоросжигательный завод в г. Мур-
манске выбрасывает 0,175
г
диоксинов
в
год,
а
каждый из МСЗ Харь-
кова и Киева 0,263 и 0,351 г/год соответственно.
Исходя из тех же предпосылок, можно оценить выброс в атмос-
феру диоксинов, например, МСЗ ФРГ, где ежегодно сжигают 8 млн. т
ТБО. При образовании 40 г диоксинов в год и адсорбции 82% их
массы улавливаемой золой годовое поступление в атмосферу состав-
ляет 7,2 г.
Изложенное свидетельствует, что речь идет о весьма ничтожных
количествах диоксинов, содержащихся
в
тысячах тонн золы и рассе-
иваемых с миллионами м
3
дымовых газов, что, несомненно, практи-
чески не может представить сколь-либо существенной опасности для
населения.
Унос твердых частиц из топки возрастает при интенсификации
шуровочного процесса
и
замене естесственной тяги принудительной.
Перегрузки по сырью также могут приводить к значительному воз-
растанию уноса из топки, величина которого зависит от типа и конст-
Таблица1К14
Химический состав летучей золы отечественных
МСЗ
Компонент
Содержание, % масс.
Диоксид кремния, SiO
2
30-40
Оксид алюминия, AbO
3
15-20
Оксид железа, Fe
2
O
3
7-30
Оксид кальция, CaO 8- 18
Оксид магния, MgO
1-3
Серный ангидрид, SO
3
3-7
Оксид калия, K
2
O 2-4
Оксид натрия, Na
2
O
0,5-1,5
Диоксид титана, TiO
2
1-1,5
'769
рукции колосниковой решетки. Чем совершеннее организован про-
цесс сжигания в топке, тем меньше запыленность уходящих дымо-
вых газов и мельче взвешенные в них частицы.
Для выбора средств и систем золоулавливания большое значение
имеют
плотность подлежащих улавливанию частиц, их удельное элек-
трическое сопротивление, дисперсный и химический составы. Дан-
ные табл.
IV. 14
представляют информацию о последней из назван-
ных характеристик.
С сопоставительной целью представляет несомненный интерес
и приведенная в табл.
IV. 15
информация о составе золы инсинера-
ционных предприятий Германии.
Приемы очистки дымовых газов МСЗ. В практике очистки
дымовых газов МСЗ обычно реализуют совокупность приемов, оха-
рактеризованных в разделе I настоящего учебника. Конкретные тех-
нологии, реализуемые с этой целью, определяются используемыми
способами сжигания ТБО и в определенной степени характеризуют-
ся данными рис. IV-13, IV-19, IV-21- IV.23, IV-27 и IV-29. К общим
особенностям таких технологий следует отнести раздельное исполь-
зование физико-химических операций связывания или разрушения
парогазообразных токсикантов (собственно газоочистки) и физико-
механических
или
электрофизических операций извлечения взвешен-
ных (пылеулавливания), наличие стадии дожигания и стремление
избежать образования сточных вод путем ухода от "мокрых" и ис-
пользования лишь "сухих" и
"полусухих"
приемов. В некоторых тех-
нологиях используют закалку (быстрое охлаждение) дымовых газов
с целью минимизации и предотвращения образования вторичных
диоксинов.
В качестве иллюстративного примера ниже охарактеризована
технология обезвреживания дымовых газов, образующихся при
сжигании ТБО в соответствии с вариантом процесса "Пироксэл"
(рис. IV-30), несколько отличным от такового, представленного на
рис. FV-22.
По этой технологии обработку эвакуируемых из блока термичес-
кой переработки ТБО (поз. 2-4) дымовых газов реализуют с исполь-
зованием приемов термохимического обезвреживания по принципу
реагентной очистки в трехступенчатом реакторе (поз. 5-7).
В первой по направлению движения дымовых газов ступени
(поз. 5) этого реактора дожигают содержащиеся в них остаточный
углерод и оксид углерода. С этой целью здесь поддерживают темпе-
ратуру на уровне 1200°С, подавая в камеру дожигания воздушное
'770
Таблица
IV. 15
Данные спектрального анализа летучей золы мусоросжигающих заводов
Германии
Компонент
Общее содержание,
мг/кг
Содержание раствори-
мой части, мг/кг
Диоксид кремния, SiO
2
197700
400
Оксид алюминия, Ah
Оэ
120900
400
Оксид железа,
Fe
2
O
3
68000
400
Оксид кальция, CaO
110700
21100
Оксид магния, MgO
16700
2200
Триоксид серы, SO3 159200 101000
Оксид калия, K
2
O 71000
44100
Оксид натрия, Na
2
O
64900
27000
Диоксид THTaHa
j
TiO
2
7500
100
Оксид свинца, PbO
20100
37
Оксид цинка, ZnO
60200
37000
Пентооксид фосфора, P
2
Os
12500
Менее 50
Кадмий, Cd
505 346
Хром Cr
371
5
Медь Cu
1450 72
PTyrbHg
133
0,2
Стронций Sr
287 85
Прочие
108054
дутье и (в случае переработки низкокалорийных отходов) природ-
ный газ. Здесь же реализуют обезвреживаниео остаточной кон-
центрации 0,1 нг/нм
3
) как содержащихся в поступающих на перера-
ботку ТБО, так и синтезируемых в блоке головных технологических
агрегатов диоксинов за счет обеспечивающего возможность эффек-
тивного проведения обезвреживания сочетания температурного
(1200°С), окислительного (содержание кислорода более 3%) и вре-
менного (время пребывания дымовых газов в этих условиях не ме-
нее 2 с) факторов.
Содержащиеся в дымовых газах кислые компоненты в виде HCl
j