Как нам бороться с мусором?

Наряду с проблемой «бытовой воды», которая усилиями ГКП «Севгорводоканал» и городской госадминистрации практически в городе уже почти решена, в Севастополе всегда была актуальна проблема бытового мусора. Особенно это сказывается летом, когда город переполняется гостями. Вопрос «Что делать с мусором?» регулярно ставится на повестку дня, но кардинального оптимального решения пока нет. А как эти проблемы решают в других городах? Может быть, их опыт и нам мог бы пригодиться? Чем может помочь наука и практика отрасли? Какие основополагающие идеи закладываются в решение основных проблем отрасли и какие материальные ресурсы необходимо задействовать? Одним словом, как сделать так, чтобы эта проблема нас не беспокоила, а решалась реально, не создавая чрезвычайных ситуаций и районов бедствия в регионе. Очень хотелось бы найти ответы на эти вопросы и закрыть «мусорную проблему» всерьез и надолго.Современные наука и практика говорят о том, что наиболее реальным и эффективным для нашего времени способом обезвреживания и уничтожения бытовых отходов является термический метод, то есть сжигание в специальных мусоросжигательных печах или котлах для получения пара и электроэнергии. Преимущество данного метода признано всеми развитыми странами не только из-за необходимости снижения неблагоприятного влияния на окружающую среду, но и экономической целесообразностью. Исследования показали, что при одинаковой массе из бытовых отходов можно получать столько же тепловой энергии, сколько из бурого угля среднего качества.

Одновременное производство электрической и тепловой энергии при сжигании мусора является наиболее экономически выгодным и целесообразным. Только в этом случае наиболее эффективно используется первичная энергия топлива (в отличие от электростанций, вырабатывающих лишь электрическую энергию, КПД теплоэлектростанций вдвое выше и достигает 55-60%).

Мусоросжигательные заводы в Киеве, Харькове, Днепропетровске, Севастополе построены по системе «Дюссельдорф», получившей широкое распространение в Европе в 1955-1960-х годах. Технология заводов основывалась на производстве пара при сжигании твердых бытовых отходов. Все заводы оснащены котлами изготовления ЧКД «Дукла» (Чехословакия) с производительностью пара 45 т/час и объемом сжигания до 15 тонн мусора в час. Киевский завод оснащен четырьмя котлами, остальные — по три.

Очистка дымовых газов на всех заводах осуществляется только электрофильтрами, в результате чего частично улавливаются только твердые частицы, а все химически вредные ингредиенты сбрасываются в атмосферу. Эти фильтры сегодня требуют капитального ремонта и реконструкции, так как не обеспечивают нормативы ПДК по выбросам.

Анализ показателей отечественных мусоросжигательных заводов, построенных по системе «Дюссельдорф», показал очень низкую рентабельность этих предприятий. Киевский и Харьковский заводы работают только на четверть своей мощности, а на Днепропетровском заводе задействован для сжигания только один котел из трех, в Севастополе же завод вообще не работает.

Учитывая низкую рентабельность схемы производства пара и низкий КПД использования топлива, в последние десятилетия в мировой практике переходят к переоборудованию и строительству мусоросжигательных заводов по комбинированным схемам совместной выработки тепла и электрической энергии.

Так, Мангеймский энергетический завод из тонны отходов производит 1530 кВт тепловой энергии и 300 кВт. ч электрической. Большая часть заводов по сжиганию отходов в Германии вырабатывает пар при температуре 400 градусов Цельсия и давлении 40 бар. Мангеймское предприятие обладает параметрами пара 500 град. и 120 бар, что позволяет производить электроэнергию с более высоким КПД. Завод оборудован одной из наиболее прогрессивных в Европе системой очистки дымовых газов, которая предусматривает не только фильтрацию, но и оптимальную продолжительность тепловой обработки бытовых отходов в зонах высоких температур, что обеспечивает минимальное выгорание углерода и разрушение диоксина во время процесса горения.

Мусоросжигательный завод «Renova» (Гётеборг, Швеция) построен по когенепационной схеме. В целях совместного производства электрической и тепловой энергии применена паротурбинная технология. Ее особенностью является двухэтапная сортировка отходов перед сжиганием: на муниципальном уровне — жильцами жилых кварталов и окончательная досортировка на самом заводе. Из пищевых отходов готовят компост для использования в сельском хозяйстве, остальной же мусор, не поддающийся переработке, сжигают для производства пара и электроэнергии. Ее производство осуществляется паротурбинными установками общей мощностью 26 МВт, 6 МВт из которых отбирается на собственные нужды, а 20 — на внешних потребителей, что обеспечивает электроэнергией около 60 тыс. жилых квартир города. Производительность завода — 400 тыс. тонн сжигания отходов в год, производство электроэнергии — 150 тыс. МВт в год, тепловой — 1 млн МВт. Завод оснащен трехступенчатой системой очистки дымовых газов. Непосредственно за паровым котлом установлен электрофильтр, который обеспечивает улавливание твердых частиц. Второй ступенью является мокрая очистка в моечном и конденсационном реакторах с применением аммиачного раствора. Третьей ступенью является рукавный тканевый фильтр. Примером современного подхода к решению проблемы утилизации бытовых отходов является комбинат по сжиганию бытовых отходов в Сеуле (Южная Корея), производительность которого 1600 тонн сжигания отходов в сутки.

Примечательно, что все эти заводы находятся в пределах жилой застройки городов, что налагает определенные градостроительные требования на их обустройство. Все здания, технологическое оборудование и прилегающая территория составляют единую архитектурную композицию и прекрасно вписываются в ландшафт города.

Подобный завод переоборудуется в Николаеве. Он сможет перерабатывать около 240 тыс. тонн отходов в год, что даст годовую поставку городу около 140 тыс. МВт/ч. электроэнергии, а также обеспечит теплом один из микрорайонов.

Крымский термический завод в Севастополе давно требует реконструкции и переоснащения. За три десятка лет своего существования он в полной мере оправдал все затраты на свое оборудование, во многом поддержал экологию региона. Но времена меняются, оборудование морально устаревает, качественный состав мусора также изменяется, в нем резко возросло количество пластмасс и других искусственных компонентов. Тридцать лет назад слово «диоксины» знали разве что узкие специалисты, а сейчас их вредное воздействие известно всем. Решений и предложений по этому вопросу было много и на разных уровнях, но воз и ныне там. Нет кардинального оптимального решения, нет движения, нет и программы действия, все в «подвешенном» состоянии в надежде, что жизнь подскажет это решение. Безусловно, ошибка в решении такого вопроса дорогого стоит, но жизнь уже подсказывает решение — использовать передовой мировой опыт, а это всегда оптимальный и с точки зрения экологии, и с точки зрения энергосбережения вариант.

Институтом технической теплофизики АН Украины, ОАО «Рассвет», специализирующемся на таких предприятиях, предложена реконструкция КТЗ в г. Севастополе на базе последних достижений науки и практики в этой отрасли. Ранее ими разработаны принципиальная схема и технико-экономическое обоснование проекта оборудования мусоросжигательного завода в г.Запорожье производительностью 500 тонн/сутки, который предусматривает не только оптимальную систему очистки дымовых газов с дожиганием СО в котле, но и новый современный подход к проблеме энергосбережения. Этот проект и предлагается взять за основу для реконструкции КТЗ в г.Севастополе.

Технологическая схема основывается на принципе парогазовой установки, имеющей более высокий коэффициент полезного действия по сравнению с паротурбинной. Это позволит снизить стоимость 1 кВт условной мощности и снять полную зависимость эффективности и возможности осуществления когенерации от наличия потребителя теплоты в зоне расположения завода. Удаленность от потребителей тепла является одной из основных причин, по которым среди наших тепловых электростанций лишь чуть больше 5% выполнены по когенерационным схемам. Данный подход реализуется путем надстройки установки газовой турбиной, сбрасывающей отработанные газы в топку котла. Эффект экономии топлива достигается за счет замещения части топлива, сжигаемого в котле, теплотой отработанных газов. Полученный выигрыш в суммарном расходе топлива, отнесенный к производству электроэнергии, и определяет ее низкую себестоимость.

Производство электроэнергии осуществляется и в паротурбинном цикле установки паровой турбиной, расположенной за паровым котлом. Общая электрическая мощность турбин составляет 36 МВт.

С целью снижения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании бытовых отходов в котельной установке предусмотрены трехступенчатая оптимизированная система газоочистки и особый режим сжигания отходов, обеспечивающий нормы ПДК.

Тепло выхлопных газов газотурбинного генератора используется не только для подсушки сжигаемых отходов, но и одновременно является окислителем в топке котла (дожиг СО и углеводов при температуре 1100-1115 С). Второй ступенью газоочистки является полый скруббер полного испарения, в который вводится 2% известкового молока для нейтрализации и связывания кислых компонентов (SO, HCI и др.). Третьей ступенью является электрофильтр, улавливающий летучую золу и твердые продукты реакций кислых компонентов с известью после скруббера.

Важной особенностью этого проекта является то, что основное оборудование, задействованное в схеме, отечественного производства, что намного снижает стоимость завода. Такая схема мусоросжигательного завода практически обеспечивает отсутствие выбросов диоксинов и фуранов в окружающую среду, что подтверждается результатами измерений немецкого государственного контрольного органа на электростанции Фельклинген при использовании топлива из мусора. В такой схеме, благодаря низкому содержанию серы в отходах и использованию дожига за счет выхлопных газов ГТУ, в несколько раз уменьшается содержание вредных веществ (например SO) в дымовых газах. Фельклинген показал, что нет особой необходимости и в предварительной сортировке мусора перед сжиганием. Вторично используемый металл и инертные остатки сгорания могут извлекаться из золы от колосниковой топки для дальнейшего использования и утилизации.

Подводя итог вышеизложенному, можно отметить, что в связи с новыми задачами улучшения охраны окружающей среды и с задачами по повышению КПД мусоросжигательных заводов передовые страны идут по пути построения крупных мусоросжигательных комплексов по когенерационным схемам совместного производства электричества и тепла.

Главной особенностью современных мусоросжигательных заводов является то, что в их основе лежит выработка электрической энергии на базе паротурбинной и газотурбинной технологии, т.е. электроэнергия является базовым продуктом, а тепловая — вспомогательным, и ее производство обеспечивает высокие экономические показатели заводов. А также то, что располагаются они вблизи потребителей, т.е. в жилых районах, повышая тем самым свою эффективность. Требования газоочистки, естественно, при этом значительно повышаются, а это дополнительные капитальные вложения, но эксплуатационники идут на это, так как альтернативы нет, природа и здоровье граждан дороже. Все зарубежные мусоросжигательные заводы имеют разные схемы газоочистки, основу которых составляют электрофильтры, катализаторы окиси азота, установки по бескатализаторному восстановлению окиси азота и рукавные тканевые фильтры, которые в разных сочетаниях применяются в мировой практике.

У нас в городе есть немало специалистов, которые могли бы внести свой вклад в создание таких комплексов. Это профессора СевНТУ В.В. Севриков, В. Т. Матвиенко, работы которых в данном направлении широко известны в Украине, доцент В.Ф.Худяков, возглавляющий Крымский региональный центр энергосбережения и энергоменеджмента, профессора К.Ю.Федоровский, Н.Н.Салов и другие, не говоря уже о большой когорте высококвалифицированных энергетиков-практиков, большинство которых также выпускники СевНТУ.

Таким образом, стратегическим направлением при проектировании и реконструкции мусороперерабатывающих заводов в Украине является строительство мусоросжигательных комплексов на базе когенерационных технологий по парогазовому циклу. Видимо, в этом и нам нужно искать решение своих «мусорных» проблем, объединив усилия ученых, специалистов-производственников, материально-финансовых возможностей региона с привлечением внешних инвесторов, организационно-технических усилий местных властных структур и достижений мировой науки и практики в этой отрасли. Инициативную группу или Координационный совет по реализации этого проекта можно было бы создать на базе производственного коллектива КТЗ с привлечением заинтересованных и контролирующих органов города под общим патронатом ГГА и городского совета.

Другие статьи этого номера