Размещено на http://www.allbest.ru/

Применение парогазовой технологии на МСЗ Японии и Европы

Штык О.А.

Количество твердых бытовых отходов (ТБО) с каждым годом возрастает, ликвидация и их обезвреживание в настоящее время становится одной из сложных экологических проблем городского коммунального хозяйства. Современный подход к данной проблеме заключается в том, что бытовые отходы необходимо рассматривать как ежегодно восполняемое энергетическое топливо. Разработаны и освоены в мировой практике многочисленные методы промышленной переработки ТБО, такие как компостирование, биотермика, сепарация и разделение на компоненты вторсырья, низко- и среднетемпературный пиролиз, однако наиболее распространенным и апробированным является традиционное сжигание ТБО на колосниковых решетках, занимающее во многих странах существенное место в общем балансе обезвреживания ТБО.

МСЗ (мусоросжигающие заводы), использующую схему сжигания ТБО на колосниковой решетке, проделали огромный путь с целью улучшения своих экономических, термодинамических и экологических показателей, однако многие проблемы и до сих пор остались не до конца решенными. Анализ эксплуатационных данных показывает, что тепловая экономичность МСЗ по ряду причин находится на невысоком уровне. Средний электрический КПД мусоросжигательных заводов такой высокоразвитой страны, как Япония составляет около 10%. А при реконструкции этот КПД возможно поднять до 35-40%. Эффективным и актуальным способом повышения экономичности действующих МСЗ, является их реконструкция с использованием парогазовых технологий. Суть такого переоборудования заключается в сооружении на действующем МСЗ модуля «газотурбинная установка - котел-утилизатор». Выработка пара в данных технологических схемах осуществляется в двух ее элементах: в энергетическом котле МСЗ и в котле-утилизаторе (КУ), использующем отработанные газы газовой турбины. Эффективность подобной реконструкции объясняется следующими обстоятельствами:

-начальная температура газов современных газотурбинных установок достигла такого уровня, что объединение их в составе ПГУ с ПТУ даже средних параметров обеспечивает таким ПГУ тепловую экономичность выше современных блочных паротурбинных установок.;

-повышение надежности работы МСЗ, ПГУ гарантирует беспрерывную подачи тепла и электроэнергии в случае выхода из строя МСЗ;

-улучшение относительных экологических характеристик действующего МСЗ.

Перечисленные обстоятельства способствуют достаточно широкому распространению за рубежом реконструкции МСЗ с помощью парогазового цикла. Европейский рынок установок для сжигания отходов постоянно развивается. Общий оборот в 2006 г. возрастет до 105,8 млн. долл. по сравнению с 40,8 млн. долл. в 1999 г. Ежегодно сжигается около 4,6 млн. тонн промышленных и специальных отходов в 90 установках. Например, на 60 МСЗ Германии в 2000 г. было сожжено 13 млн. т. отходов и получено 2,99 млн. МВт*ч. электроэнергии и 11,65 млн. МВт*ч. теплоты.

Самый богатый опыт по использованию ПГУ, комбинированных с МСЗ накоплен в Европе. Там по данной схеме работают 10 МСЗ.

Условно комбинированные установки МСЗ-ПГУ можно квалифицировать по способу утилизации тепла пара с МСЗ на схемы, где насыщенный пар после котла МСЗ перегревается в пароперегревателе КУ за ГТУ, и затем срабатывается в паровой, либо газовой турбине и на параллельные схемы, где пар после МСЗ не перегревается, а не зависимо подается на ПТУ. бытовой мусоросжигающий утилизатор

В Линкопинге на заводе Элгард в 1995 году был осуществлен запуск первого в Европе МСЗ, где задействована ПГУ. Здесь мы видим схему, где весь пар с МСЗ перегревается в КУ и подается на ПТУ. Еще в 1980 году горячее водоснабжение здесь покрывалось на 100% за счет энергии ископаемого топлива, а с 1995 года ѕ тепла горожане получают за счет сжигания мусора, древесных отходов и отходов канализации.

МСЗ в Вероне, где проживает 400 тыс. жителей, был введен в эксплуатацию еще в 1995 году, но учитывая многочисленные протесты горожан в связи с диоксиновой проблемой, его пуск был приостановлен. Новый пуск завода был намечен на конец 1997 года. Сейчас там используется схема ПГУ теплофикационного типа с двухконтурным КУ и пароперегревом, как в печи МСЗ, так и в КУ за ГТУ. ГТУ фирмы GE типа LM-1600 рассчитана на номинальную мощность 12,9 МВт, но в пиковом режиме предусмотрен впрыск пара и соответственное увеличение мощности до 16,1 МВт.

МСЗ в городе Зондерборг был построен в 1996 году. Завод сжигает 55 тыс. тонн мусора в год, вырабатывая при этом 183 тыс. мВт электроэнергии и 221 тыс. мВт теплоэнергии. На заводе осуществляется работа парогазового блока с параллельной МСЗ схемой. Подача пара от пароперегревателя КУ за ГТУ осуществляется в ЧВД ПТУ. Подача пара от котла МСЗ происходит в ЧНД ПТУ.

Здесь я бегло рассказала о типах схем комбинированных установок МСЗ-ПГУ, применяемых в Европе. Теперь позвольте более подробно перейти к комбинированным установкам МСЗ-ПГУ Японии.

Все ТЭС данного типа были построены недавно. ТЭС Такахама в префектуре Гумма была первой установкой такого рода, она была сдана в эксплуатацию в ноябре 1996 года. Следующей за ней Центр по очистке Сакай в г. Осака был запущен в апреле 1998 года, а в июле 1998 года начал свою работу МСЗ на Северном Кюсю. Последняя ТЭС такого типа была воздвигнута в г. Чиба в 2002 году.

Группа Энергонадзора России, посетившая Японию с целью проведения научно-технического семинара, побывала на самом современном из этих заводов в городе Чиба. Об этом самом современном МСЗ Японии, на котором удалось мне побывать, я бы и хотела рассказать подробнее. ТЭС на ТБО «Shinminato Clean Center» г.Чиба была реконструирована на базе устаревшего МСЗ. Старый МСЗ, построенный в 1972 году, уже не отвечал современным высоким требованиям по выбросам диоксинов и был демонтирован. Реконструкция нового завода заняла 3,5 года, продолжалась с июня 1999 года по декабрь 2002 года. Здание состоит из одного подземного и 5ти надземных этажей. Капвложения в строительство составили 250 млн.долларов. 1/3 данной суммы выделило правительство Японии, 2/3 - мэрия г.Чиба. Площадь застройки- 32,8 км2, из которых 10,1 км2 занимает сам завод. Строительство и поставку основного оборудования (кроме ГТУ) осуществляла одна из крупнейших энергокомпаний Японии Kawasaki Heavy Industries. Монтаж и эксплуатацию ГТУ осуществляет IHI Heavy Industries. Завод перерабатывает 405 т. мусора/ день (3 печи по 1 35 т/д). Суммарная электрическая мощность - 21,1 5 мВт.

ТЭС «Shinminato Clean Center», как законченная система общей технологической линии термического обезвреживания ТБО, состоит из: системы подачи ТБО, топки с обслуживающими механизмами, блока ПГУ, системы подготовки воды и воздуха, системы удаления и переработки золы и шлака, системы очистки уходящих газов, системы очистки сточных вод.

Система подачи топлива

Машины с мусором, перед въездом на завод взвешиваются. Данные передаются на компьютер. Также ведется учет веса золы мусора на выходе из топки и слюды на выходе из отделения плазменной переработки золы. Согласно этим данным масса золы составляет 1/10 от массы первоначального мусора, а вес слюды - Ѕ от массы золы.

3 площадки для взвешивания по 30 тонн максимальной вместимости каждая.

Отходы выгружаются через приемную воронку в бункер-накопитель. Бункер имеет для предохранения от неприятных запахов и образования взрывчатых смесей с выделяющимися газами, мощную систему отсоса воздуха. Помещение бункера с отходами полностью изолировано от других, система защиты не позволит рабочим или машине упасть внутрь бункера.

Мебель, матрасы и другой большой сжигаемый большой мусор перед загрузкой в печь измельчают в специальной дробилке.

Бункер имеет глубину 40 м. и при работе заполняется примерно на половину. Вместимость бункера - 8700м3. Грейферный кран постоянно ворошит мусор, разрывая тем самым мусорные пакеты, чтобы кусковый мусор не попадал на полотно колосниковой решетки печи. Грейферный кран так же предназначен для подачи мусора в приемную воронку топочного устройства.

Топочное устройство

Топочное устройство включает загрузочное устройство, колосниковую решетку, систему шлакоудаления и другие вспомогательные узлы. Колосниковая решетка должна способствовать эффективному сжиганию отходов с гетерогенным составом и изменяющейся теплотой сгорания. Процесс внутри топочной камеры контролируется с помощью смотровых люков и видеокамер. Процесс сжигания мусора осуществляется автоматически с помощью АСУ ТП.

3 топки работают на 3 энергетические котла, которые вырабатывают пар давлением объемом 24.9 т/ч, давлением 3 МПа и температурой 300С.

Блок ПГУ

Основными составляющими элементами комбинированной парогазовой установки (ПГУ) являются: газотурбинная установка (ГТУ), теплообменный аппарат, где утилизируется часть теплоты уходящих газов (КУ) и паротурбинная установка (ПТУ).

За счет установки ПГУ электрический КПД станции увеличивается с 10% до 26.5%.

2 блока ГТУ 1М400КВ7 фирмы IHI простого открытого типа на природном газе вырабатывают 4500 кВт электроэнергии каждая. Интересно отметить, что это первый МСЗ Японии, где установлено параллельно 2 блока ГТУ.

2 котла-утилизатора (КУ) утилизируют тепло уходящих газов ГТУ. Уходящие газы по ходу движения проходят секцию пароперегревателя, испарительную секцию, секцию подавления оксидов азота, экономайзер и ГПК низкого давления.

Пар от котла топки МСЗ и пар от КУ ГТУ перед пароперегревателем смешиваются. Перегретый пар из двух секций пароперегревателя с параметрами 458 ^ыС, 2.6 мПа поступает на одну паротурбинную установку (ПТУ). Конденсационная ПТУ с промышленным отбором пара вырабатывает 1 2 МВт электроэнергии. Пар из отбора используется как на внутренние нужды станции, так и продается потребителю вовне. Как и на большинстве МСЗ Японии здесь установлен конденсатор с воздушным охлаждением.

Удаление и переработка золы и шлака

Шлак и зола из провалов колосниковой решетки, а так же из нижней ее части, объединенная с золой и пылью, осаженной в системе очистки уходящих газов

( вместе 36 т/д) собирается и перерабатывается в отделении высокоплазменной переработки золы. Под действием высоких температур (20000^ыС-30000^ыС в центре плазменного луча) зола расплавляется и превращается в слюду (93%), металл (5%) и не разлагаемый остаток. Используя технологию резкого охлаждения жидкая слюда охлаждается и превращается в гранулы, при этом ее объем сокращается на половину. Переработанная слюда и металл экологически совершенно безопасны и затем используются в строительстве. В золу, не подлежащую разложению добавляется цемент-стабилизатор тяжелых металлов и агент-стабилизатор уровня РН. Зола затвердевает и затем используется для строительства насыпей. Таким образом на выходе из плазменного цеха переработки золы мы имеем 3 вида экологически безопасной и рентабельной продукции.

Очистка уходящих газов

Система очистки уходящих газов состоит из рукавных фильтров, скруббера и каталитический реактор подавления окислов азота.

Первыми по ходу движения уходящих газов установлены рукавные фильтры, в которых осаживается токсичная пыль и зола.

Следующим за фильтром идет скруббер, в котором газы подвергаются сначала охлаждающему душу, а затем душу из кальцинированной соды, в результате чего выделяются вредные вещества - оксид серы и хлороводород, которые затем удаляются. С помощью специальной активной присадки - жидкого хелата из потока газов также удаляется ртуть. Последней ступенью очистки уходящих газов служит каталитический реактор, в котором с помощью специального катализатора и впрыска аммония NH3 оксиды азота NOx разлагаются на безопасные N2 и H2O.

После прохождения 3ех ступеней очистки уходящие газы с температурой 155 °С выбрасываются через 4 дымовые трубы, высотой по100м.

Согласно нормативам геометрия горячей зоны топки должна обеспечивать пребывание газов в зоне с температурой не ниже 850 °С в течение не менее 2 секунд (правило 2 сек) при концентрации кислорода не менее 6%. Следующей ступенью очистки газов от диоксинов служат рукавные фильтры, в которых осаживается диоксиносодержащая зола. Последней ступенью очистки служит плазменное отделение переработки золы, на выходе из которого мы имеем чистый материал. В этих условиях концентрация диоксинов в отходящих газах будет приемлемой до требуемых 0,1 нг/м3 (при 11 % кислорода в газах).

Интересно, что при въезде на завод на огромном мониторе вы можете увидеть информацию о разовых выбросах вредных веществ из домовой трубы на текущий момент. Так, не только рабочие завода, но и местные жители могут получать информацию и быть спокойны за экологическую ситуацию в ближайшем районе.

Очистка сточных вод

Вся вода, загрязненная в процессе производства, очищается непосредственно на станции и затем повторно используется в процессе.

Система управления

Управление завода полностью автоматизировано. Все основные параметры, подлежащие контролю, выведены на панели управления. Число персонала станции сведено к минимуму. На станции задействовано 60 человек.

В Японии различают 2 вида пуска и останова энергоагрегата: DSS (Daily Start and Stop)и WSS ( Weekly Start and Stop). Данная система работает по схеме DSS. С 8.00 по 22.00, когда электричество дорого, работает весь блок ПГУ (2 ГТУ+ПТУ). В ночное время, когда электричество дешево, ГТУ останавливаются и работает только одна ПТУ.

В связи с этим в дневное время ПГУ работает на высокие параметры пара: температура перегретого пара составляет 480°С, тогда как в ночное температура пара опускается до 300^ыС (так как нет перегрева к КУ). Таким образом в течении одних суток температура пара на входе в ПТУ меняется почти в 2 раза, что увеличивает тепловой износ турбины и уменьшает срок ее службы.

Чтобы минимизировать вредное воздействие резкого изменения температур пуск и останов ГТУ производят медленно, в течение часа, так чтобы скорость изменения температур была не более 130 °С/ч.

Порядок запуска ТЭС в работу следующий. Сначала запускается ГТУ за счет электроэнергии, запасенной для продажи. Затем, когда ГТУ пущена за счет ее энергии запускаются 1ый и 2ой энергетические котлы-топки. Когда 2 котла налаживают производство пара, пар подается на ПТУ. Последними запускается 3тья топка и система плазменной переработки золы. Благодаря такой рациональной системе запуска количества электроэнергии, необходимой для пуска системы сократилось до количества электроэнергии, необходимой только для пуска ГТУ, т.е.от 4500 кВт до 1600кВт.

ТЭС, работающая на отходах, не только улучшает ситуацию в районе с захоронением мусора, но и производит электроэнергию на « дармовом» топливе, косвенно снижая долю органического топлива, которое необходимо было бы сжечь для производства такого же объема электроэнергии. Соответственно снижаются и выбросы SОx от не сожженного топлива, что увеличивает квоту.

Японии по данному виду выбросов, установленную на Киотовской конвенции. К тому же такого вида ТЭС является удобной локальной ТЭС, где нет необходимости зависеть от дорогого заграничного топлива и избежать потерь энергии при ее трансформации на дальние расстояния. К тому же данная ТЭС служит образовательным целям, пропаганде раздельного сбора мусора и гармоничного сотрудничества природы и человека. ТЭС часто посещают школьники и студенты локальных учебных заведений. Поэтому экскурсия на ТЭС начинается с показа мультика, где в доступной даже для ребенка форме, объясняется необходимость утилизации мусора, как составной части бережного отношения к природе. Девочка и мальчик- герои мультфильма, будут вашим гидом даже при продолжении экскурсии по цехам. Они расскажут вам например о том, как устроена топка и что из слюды, получаемой на ТЭС, затем выходит великолепный строительный материал для пешеходных дорожек. Строительство предлагаемых мусоросжигательных станций, широко распространенных во многих странах мира, может решить довольно трудную проблему обезвреживания бытового мусора, одновременно удовлетворяя энергетические нужды какого-либо района города. Вместе с тем безотходность технологических процессов позволит ликвидировать весьма опасные источники загрязнения окружающей среды, какими являются многочисленные свалки бытовых и промышленных отходов. Внедрение парогазовых установок в российскую мусороперерабатывающую отрасль явилось бы одним из способов осуществить качественные изменения в отрасли производства электроэнергии, обеспечить повышение эффективности МСЗ и снизить их негативное воздействие на окружающую среду. Было бы полезно использовать при этом опыт, накопленный в других странах.

Размещено на Allbest.ru