Термические методы переработки ТБО

Казанский национальный исследовательский технический университет 
им. А.Н.Туполева

Кафедра общей химии и экологии

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Промышленная экология»

на тему:

Термические методы переработки ТБО

 

 

 

Исполнитель:

студент гр. 3412 Стецик И.И.

Научный руководитель:

Доцент Найман С.М.

 

 

 

 

 

 

 

Казань 2012

 

Содержание

Оглавление

 

Введение

Проблема утилизации твердых бытовых отходов (ТБО) остро стоит во всем мире. В Российской Федерации особая актуальность проблемы утилизации ТБО возникает в крупных городах и населенных пунктах, её решение тесно связано с охраной окружающей среды и ресурсосбережением. В городах и поселках РФ объем образования ТБО составляет 150 млн. м³ (30 млн. т) в год. В России подлежат захоронению – 96,5% от общего числа отходов. Площадь, занятая полигонами на территории РФ, в настоящее время превышает 40 тыс. га и ежегодно увеличивается на 2,5-4%.

В мировой практике применяются следующие способы переработки ТБПО [1-3]: складирование на свалках и полигонах; сортировка (извлечение ценных компонентов и фракций отходов для вторичного использования); термическая переработка; биотермическая аэробная ферментация (с получением удобрений, биотоплива, топлива и др.); анаэробная ферментация (с получением биогаза); комплексная переработка.

Задачей любой технологии является: уменьшение объема и массы отходов, подлежащих захоронению, с перспективой перехода на безотходное производство; обезвреживание отходов; рациональная утилизация отходов (материальная и энергетическая, с выделением ценных компонентов, производством новых видов товарной продукции).

Все эти задачи выполняются при термической переработке отходов. К ним относятся: сжигание; газификация; пиролиз; гидрогенизация; плазменная обработка.

Важными преимуществами современных способов термической переработки являются снижение объемов отходов в 10 раз, эффективное обезвреживание отходов, попутное использование энергетического потенциала органических отходов. При энергетическом использовании отходы можно рассматривать как альтернативное топливо.

Цель курсовой работы – анализ термических методов переработки ТБО.

Задачи курсовой работы следующие:

1. Анализ морфологического и химического состава ТБО.

2. Анализ технологий утилизации ТБО.

3. Выбор оптимального метода утилизации ТБО.

 

1. Анализ проблемы твердых бытовых отходов

В настоящее время существуют несколько основных методов утилизации ТБО, образующихся в городах России: складирование на полигонах, сжигание в специальных установках и сортировка ТБО.

В работе рассматриваются термические методы утилизации ТБО с извлечением энергетической фракции и дальнейшим выбором наиболее эффективного метода утилизации. Актуальность выделения энергетической фракции из твердых бытовых отходов заключается в том, что использование ее в качестве топлива позволяет сократить объемы использования ископаемого топлива, значительно сократить объем отходов, направленных на полигон и сократить площади занимаемые полигоном. По стратегии европейских стран к 2010-му г. возобновляемые энергоносители, к числу которых отнесены твердые бытовые отходы, должны составлять 10-15% энергобаланса. Во многих странах Европы разрабатываются стратегии дальнейшего развития индустрии переработки отходов, примером могут послужить следующие принципы:

1. Сокращение массы упаковочных материалов;

2. Утилизация отходов с получением полезной продукции с нулевым выходом отходов;

3. Создание технологии утилизации отходов с минимальным воздействием на окружающую среду;

4. Повышение КПД мусоросжигающих установок с 15-20% в настоящее время до 30-40%;

5. Стабилизация выработки энергии, получение расплавов и золы, пригодных для использования их в дорожном строительстве.

В данной работе проанализирован морфологический состав твердых бытовых отходов на содержание энергетических фракций, а так же рассмотрены основные энергетические характеристики компонентов ТБО.

Для начала необходимо подробно рассмотреть исходный морфологический состав твердых бытовых отходов на содержание энергетических фракций, проанализировать калорийность энергетических фракций.

Используя предварительную сортировку твердых бытовых отходов перед процессом термической утилизации, позволяет выделить наиболее энергоемкие фракции отходов, при сжигании которых можно получать тепловую энергию с меньшими выбросами в окружающую среду.

1.1. Морфологический состав ТБПО

Рассмотрим исходный морфологический состав ТБПО на наличие фракций при утилизации, которых возможно получение энергии, а так же с наиболее полной переработкой. Ниже приведена диаграмма усредненного морфологического состава ТБО.

 

 

Рис. 1. Усредненный морфологический состав ТБО

 

Из диаграммы (рис. 1) видно, что основную массу ТБПО составляют пищевые отходы и бумага, а так же прочие компоненты. Для разных городов и регионов России морфологический состав ТБО изменяется в широких пределах, а так же зависит от дней недели и сезонов года. В последние годы наметилась тенденция к увеличению содержания упаковочных материалов: картона, бумаги, полимерных материалов, основных составляющих энергетической фракции отходов.

Содержание энергетических фракций (картон, бумага, дерево, текстиль, полимерные отходы) составляют 81,9% от общего объема ТБПО.

Для дальнейшего анализа в моей работе были рассмотрены основные физико-химические характеристики фракции ТБПО: влажность, зольность и теплотворная способность, приведенные в табл. №1.

 

 

Таблица 1

Физико-химические характеристики энергетической фракции ТБПО

Компоненты	Влажность, %	Зональность, %	Теплотворная способность, кДж/кг
Картон	5,83	1,01	16877
Бумага и газеты	4,56	13,09	14161
Дерево, листья	69,00	0,81	6299
Текстиль	10,00	21,16	16847
Отходы растительной пищи	78,29	1,06	4175
Бумага, покрытая пластиком	4,71	2,64	17075
Полимерные материалы	2,00	2,64	44568

 

Табл. 1 показывает, что при сжигании фракции отходов можно получать тепловую энергию, которую можно использовать для отопления котельных, сушки ТБПО или подогрева воды, заменяя при этом ископаемое топливо.

Необходимо так же отметить, что на процесс сжигания отходов влияет влажность исходных компонентов отходов, на измерение влажности отходов влияет соотношение пищевых отходов и отходов упаковки. Далее в табл. 2 приведена зависимость теплотворной способности отходов от влажности.

 

Таблица 2

Зависимость теплотворной способности отходов от влажности

Отходы	Влажность, %	Теплотворная способность, кДж/кг
Бумага, картон	3	17820
Деревянная мебель, ящики, лом	7	18200
Ветки, кустарник	17	16610
Листья	30	11400
Трава	50	8885
Пищевые отходы	75	4230
Огородная зелень	50	8070
Овощи	50	9470
Тряпье, вата, белье	10	14980

 

 

 

 

Для дальнейшего обоснования использования ТБПО, в качестве альтернативного топлива необходимо сравнить ее энергетические характеристики с характеристиками традиционного вида топлива, например угля, а также с энергетическими характеристиками ТБПО (несортированных). Данные приведены в табл. 3.

 

Таблица 3

Сравнение свойств энергетической фракции ТБПО

Тип топлива	Теплота сгорания, кДж/кг	Влажность, %	Зольность, %
Энергетическая фракция ТБО	12-16	15-25	10-22
Уголь	21-32	3-10	5-10
ТБО	11-12	30-40	25-35

 

Из табл. 3 следует, что энергетическая фракция ТБПО обладает меньшим энергетическим потенциалом по сравнению с углем. Но при сравнении с ТБО обладает большим энергетическим потенциалам и лучшими экологическими свойствами при сжигании, за счет меньшей зольности.

В последние годы в зарубежной практике внедряются новые методы термического обезвреживания ТБО с использованием их в качестве топлива и одновременным получением побочных полезных продуктов, например тепловой энергии для отопления жилых помещений или нагрева воды.

Как известно, топливом называется любое вещество, способное вступать с окислителем в быстропротекающий окислительный процесс. Такой процесс сопровождается выделением продуктов сгорания с высокой температурой и, один раз начавшись, в состоянии поддерживаться самопроизвольно, вплоть до полного исчерпания запаса горючего вещества (топлива) в очаге горения, при этом практическое значение могут иметь только такие виды топлива, которые удовлетворяют трем обязательным условиям. Прежде всего, это топливо должно быть достаточно распространенным и доступным для массового применения.

В приведенных выше данных о теплотворной способности компонентов ТБО, можно сделать вывод, что ТБО можно использовать в качестве альтернативного топлива.

Необходимо также отметить, что ресурсы ТБПО практически неисчерпаемы, так как они все время воспроизводятся населением, проживающим на данной селитебной территории, вблизи которой можно разместить установки для их использования.

1.2. Химический состав ТБПО

Усредненные данные химического состава ТБПО по климатическим зонам приведены в табл. №4. Как видно из результатов, приведенных в этой таблице, по содержанию таких элементов, как азот, фосфор, калий и кальций, ТБО могут быть отнесены к веществам, из которых можно получать ценные удобрения.

Таблица 4

Химический состав ТБПО в различных климатических зонах

Показатели	Климатические зоны
	средняя	южная
Органическое вещество	56-72	56-80
Зольность	28-44	20-44
Общий азот	0,9-1,9	1,2-2,7
Кальций	2-3	4-5,7
Углерод	30-35	28-39
Фосфор	0,5-0,8	0,5-0,8
Общий калий	0,5-1	0,5-1,1
Влажность (% от общей массы)	40-50	35-70

1.3. Физические свойства ТБО

Плотность. Плотность ТБО колеблется в зависимости от благоустройства жилого фонда и сезонов года. Для благоустроенного жилого фонда плотность ТБО в весенне-летний сезон составляет 0,18-0,22 т/м³, в осенне-зимний сезон 0,2-0,25 т/м³, для неблагоустроенного жилого фонда с печным отоплением 0,3-0,6 т/м³. Чем больше бумаги и различных пластмассовых упаковок, тем меньше плотность ТБО. С увеличением влажности плотность ТБО повышается. В будущем плотность ТБО больших городов за счет увеличения количества различных упаковок снизится до величины, близкой 0,1 т/м³. В крупных городах Европы и Америки плотность ТБО близка к этому показателю.