Абдуллаев Н.Н.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ИЗ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ *
Аннотация:
твердые бытовые отходы все больше распространяются по поверхности земли и сокращают полезные площади земель, создавая экологические проблемы, которые ждут своего решения. Цель работы – исследование способов получения электроэнергии из твердых отходов. Для этого в первую очередь внедряются технология общей переработки твердых отходов и способы переработки бытовых отходов методом сжигания. Далее рассматривается оборудование, необходимое для переработки твердых отходов. Их параметры рассчитываются и выбираются. Рассматривается схема получения электроэнергии из твёрдых отходов. Рассчитаны и выбраны основные и вспомогательные генераторы, вырабатывающие электроэнергию. После этого составляется схема электроснабжения, исследуется сделка купли-продажи энергии. Затем рассчитывается коэффициент мощности и определяются наиболее выгодные мероприятия по повышению коэффициента мощности. Рассчитываются и выбираются параметры устройств, реализующих эти меры.
Ключевые слова:
твердые отходы, электроэнергии, контейнеры, прессы
Твердые отходы территорий занимают особое место среди отходов, загрязняющих окружающую среду. Распространяясь по земле, они сокращают пригодные для использования земельные площади и создают определенные экологические проблемы. Эти постепенно накапливавшиеся отходы стали настоящей катастрофой. По этой причине развитые страны уже начали уделять больше внимания экологическим проблемам и предпринимаются успешные шаги по созданию соответствующих технологий. Разработаны системы очистки территорий от отходов и технологии сжигания этих материалов. Утилизация отходов влечет за собой дополнительные затраты и наносит вред окружающей среде. Поэтому технология переработки ТБО должна обеспечивать потребительский спрос населения с одной стороны, и защиту окружающей среды с другой. Поэтому большой интерес представляют технологии переработки отходов, дающие полезную продукцию и дающие положительный экономический эффект. По мнению экологических организаций, технологии сжигания вызывают серьезное загрязнение воздуха и «сжигают не только мусор, но и настоящие деньги». Альтернативное решение — перерабатывать отходы и затем разделять их на компоненты. В настоящее время существует ряд методов хранения и переработки ТБО: первичная сортировка, сжигание, биотермическое компостирование, низкотемпературный пиролиз, высокотемпературный пиролиз. Процесс первичной сортировки ТБО предполагает разделение бытовых отходов на фракции с помощью ручных или автоматизированных конвейеров на мусороперерабатывающих предприятиях (рис. 1.).Рис. 1. Первичная сортировка твердых отходов.Сюда входит процесс уменьшения размера компонентов отходов путем их дробления и фильтрации, а также удаления более крупных или меньшихметаллических предметов, таких как банки. Существуют специальные мощ-ности по выделению фракций веществ из отходов: отдельные цеха по переработке металлов, пластмасс, стекла, костей, бумаги и других материалов. Для производства биогаза и использования его в качестве топлива на свалке бытовые отходы засыпают слоем уплотненного грунта толщиной 0,5-0,8 м по специальной технологии. (рис. 2.). Биогазовые полигоны оборудованы вентиляционными трубами, газодувками и контейнерами для сбора биогаза. Толщину полигона условно можно разделить на несколько зон, различающихся по характеру микробиологических процессов. Рис. 2. Разделение фракций веществ.В самом верхнем слое (до 1-1,5 м) бытовые отходы за счет окисления постепенно минерализуются до углекислого газа, воды, нитратов, сульфатов и ряда других простых соединений. В переходной зоне происходит восстановление нитратов и нитритов до газообразного азота и его оксидов, то есть процесс денитрификации. В нижней зоне, имеющей наибольший объем, протекают интенсивные микробиологические процессы при низком содержании кислорода. В этих условиях образуются различные газы и летучие органические соединения. Но центральным процессом этой зоны является образование метана. Постоянная температура здесь (30-40°С) очень благоприятна для развития метанобразующих бактерий. Таким образом, свалки представляют собой крупнейшие современные системы производства биогаза. Предполагается, что роль свалок в будущем существенно не снизится, поэтому добыча биогаза для его полезного использования останется актуальной.Сжигание твердых отходов стало широко распространенным методом с конца 19 века. Сложность непосредственной утилизации ТБО, с одной стороны, обусловлена их исключительной многокомпонентною, а с другой – связана с повышением санитарных требований к их переработке. В связи с этим сжигание по-прежнему остается наиболее распространенным методом первичной переработки бытовых отходов. Сжигание бытовых отходов позволяет получить дополнительные энергетические ресурсы, которые можно использовать для централизованного теплоснабжения и производства электроэнергии, при этом уменьшая объем и массу. Для повышения экологической безопасности одним из необходимых условий сжигания отходов является применение температуры в зависимости от вида сжигаемого вещества. Для полного сгорания необходимо создать турбулентные потоки воздуха. Модернизированные методы сжигания мусора включают замену воздуха, подаваемого в зону сжигания мусора, кислородом для ускорения процесса. (рис. 3.) Рис. 3. Сжигание твердых отходов. 1-складская площадь. 2-бункерный 3-горелочный. 4-котельная. 5-станция золоулавливания. 6-реактор очистки. 7- вторая система очистки. 8-дымоход.Сначала отходы выбрасываются в зону хранения (1), а оттуда подхватываются ручками и собираются в бункере (2). Затем его выбрасывают из бункера в мусоросжигатель (3), работающий при температуре около 750° C. Тепло от сжигания отходов используется в котле (4) и передается на турбину. Зола от сжигаемых отходов попадает в пункт сбора золы (5) и подготавливается к удалению металлосодержащих веществ для переработки. Затем газы проходят через систему очистки мелких частиц (7) и выводятся через дымоход (8).Переработка твердых отходов включает в себя ряд методов обработки и требует различного оборудования. Оборудование для сбора мусора включает лопаты, вилы, копатели, метлы, щетки, мойки высокого давления и соответствующие ручные инструменты. Общие работы по сбору мусора включают на мытье, дезинфекцию и очистку углов, поверхностей под заборами, перегородками [1]. Оборудование для переработки отходов включает в себя измельчение/измельчение, смешивание, аэрацию, сепарацию, сушку, обезвоживание, сжигание и т.д. речь идет об оборудовании.В фрезах используются стационарные ножи ленточного типа. В ротационно-резательном станке применяются перекрывающиеся крючкообразные режущие диски с валами, вращающимися в двух противоположных направлениях. Смесители используются для смешивания материалов, разделенных в отходах. Миксер с насосом-измельчителем и открытой крыльчаткой используется для более быстрого и эффективного перемешивания на большей площади. (рис. 4.)Рис. 4. Миксеры.В аэраторах насосов с плавающей поверхностью жидкости используется рабочее колесо, соединенное непосредственно с электродвигателем.Оборудование для сжигания – это механическое устройство, предназначенное для уничтожения отходов. Это происходит путем сжигания отходов при чрезвычайно высоких температурах и превращения дна в пепел. Это оборудование состоит из первичной камеры, вторичной камеры, дымохода,панели управления, горелки и топливных баков. Компакторы используются для уплотнения отходов на мусороперерабатывающих заводах. Их стационарные прессы, мельницы, биокомпакторы и т. д. Есть такие типы, как Стационарные прессы состоят из двух частей: прессующей части и контейнера. Контейнер представляет собой переносной и съемный элемент, при наполнении его опорожняют и транспортируют на участок переработки отходов автотранспортом подъемного типа [2]. Пресс прочно крепится к плоской твердой поверхности и остается неподвижным (рис.5). Рис. 5. Стационарный пресс ВСП 45-L.В отличие от прессов для отходов, мельничные прессы имеют другую конструкцию, позволяющую уменьшить объем отходов. Пресс-измельчитель использует принцип мясорубки. Отходы в прессе измельчаются, прессуются в контейнер для хранения и повторного разложения. (рис. 6.)Рис. 6. Мельничный пресс.Биокомпакторы предназначены для переработки и прессования органических отходов. Состоит из двух частей: прессующего блока и контейнера для хранения. Специальное крепежное устройство позволяет провести процесс разборки за несколько минут. Пресс оснащен четырьмя колесами для удобства перемещения по площади. Задняя дверца полностью герметична и предотвращает вытекание жидкости из бачкаПрессы для переработки бывают горизонтальные и вертикальные. Применяется в торговых и бизнес-центрах, гипермаркетах, рынках, складских комплексах, типографиях, производственных объектах, мусоросортировочных заводах, перерабатывающих предприятиях, плодоовощных магазинах, гостиницах, на упаковке. Конвейеры используются для транспортировки отходов на мусоросортировочных заводах. Конвейеры бывают ленточные или цепные. Конвейер ленточный предназначен для работы сортировщика мусора. Твердые бытовые отходы располагаются на движущейся ленте, которую мастер вручную сортирует в зависимости от материала. Модульная конструкция такого конвейера такова, что его можно без особых трудностей разобрать и отправить в производство. Антикоррозийное покрытие конвейерной ленты позволяет обеспечить длительную эксплуатацию оборудования. Цепной конвейер используется для транспортировки отходов на разные уровни системы сортировки мусора. Отходы загружаются на специальные движущиеся рельсы и отправляются к месту назначения. Такие гусеницы выполнены съемными, чтобы облегчить как транспортировку самого конвейера, так и ремонт его узловКонтейнеры предназначены для сбора, хранения и транспортировки бытовых отходов. Они не подвержены коррозии, легко дезинфицируются и имеют большую вместительность. Контейнеры герметично закрываются крышками. Крупногабаритные контейнеры идеально подходят для сбора технических отходов не только на городских улицах, но и на предприятиях. Они могут быть оснащены качественными колесами, а также педалью для открытия крышки [3,4]. Сепараторы позволяют отделить отдельные виды отходов от общей массы. Задача сепараторов и барабанных сит – отделить полезную фракцию от общего потока отходов. Они устанавливаются на автоматической сортировочной линии – конвейерной ленте, по которой проходят смешанные отходы и постепенно разделяются на фракции по мере прохождения разных участков линии. Для наиболее эффективного удаления отходов из общей массы удобно использовать различные характеристики материала, составляющего определенный вид отходов [5-7]. Например, проще всего выбрать металл – использовать магниты, пленку и другие легкие материалы и т. д. Существуют также методы, которые можно использовать для получения тепла и электричества. Для этого сжигаются предварительно отсортированные бытовые отходы. Тепловая энергия получается без сжигания, а вода в котле под воздействием тепла превращается в пар. Пар высокого давления подается в турбину на том же валу, что и ротор генератора, для производства электроэнергии. Современные заводы по переработке отходов в энергию сильно отличаются от мусоросжигательных заводов, которые использовались еще несколько десятилетий назад. В отличие от современных заводов, более ранние заводы обычно не удаляли опасные или пригодные для вторичной переработки материалы перед сжиганием. Эти мусоросжигательные заводы поставили под угрозу здоровье работников завода и жителей окрестностей, и большинство из них не производили электроэнергию. Преобразование отходов в энергию все чаще рассматривается как потенциальная стратегия диверсификации энергетики, особенно в Швеции, которая является лидером в этой области на протяжении последних 20 лет. Типичный диапазон чистой электроэнергии, которую можно произвести, составляет около 500-600 кВт ч электроэнергии на тонну сожженных отходов. Таким образом, сжигание примерно 2200 тонн отходов в день приводит к выработке примерно 1200 МВт/ч электроэнергии [8-10].Ниже представлена система получения электроэнергии из твердых бытовых отходов. (рис. 7.). Рис. 7. Система получения электроэнергии из твердых бытовых отходов.Поступившие ТБО складируются на складе (1), затем перемещаются по наклонному конвейеру (2) на другой конвейер (3), где упаковка разрывается и металлические части отделяются с помощью ленточного конвейера (4). Далее сырье поступает на сортировочный конвейер (5), где происходит отбор вторичных материалов (пластика, картона, стекла, черного и цветного металла). После этого оставшиеся твердые отходы направляются в экстракторы (6) на измельчение. После усредненного расчета его размеров материал направляется в систему туннелей (7), где происходят анаэробные процессы. Под воздействием микроорганизмов в тоннелях окисляются наиболее разлагаемые компоненты. Процесс полностью автоматизирован и оснащен системами вентиляции (8) и системой вытяжки и очистки воздуха (9). Под воздействием бактерий снижается влажность топливных материалов и изменяется структура органических отходов. В тоннелях используется закрытая система водоснабжения и экологически чистая система переработки фильтрата (10). Образующиеся конечные отходы сжигаются благодаря открытию загрузочного устройства (11) топливного агрегата, в котле (12) нагревается вода, образуется пар, превращаясь в насыщенный пар, который приводит в движение турбину (13), которая вращает ротор генератора (14), находящегося с ним на одном валу, таким образом вырабатывается электричество. Необходимые параметры работы котла поддерживаются с помощью систем вентиляции (15,16). Образовавшаяся зола направляется в золоуловитель (17), а оттуда через конвейер (18) в силос временного хранения (19). Выхлопные газы очищаются с помощью системы фильтрации (20) и выводятся через дымоход (21) [11,12].
Номер журнала Вестник науки №4 (73) том 1
Ссылка для цитирования:
Абдуллаев Н.Н. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ИЗ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ // Вестник науки №4 (73) том 1. С. 676 - 688. 2024 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/13767 (дата обращения: 19.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2024. 16+