Альтернативное топливо из твердых бытовых отходов

Переработка ТБО в альтернативное топливо во всем мире считается необходимой и перспективной, поскольку сжигание подобного топлива меньше влияет на окружающую среду по сравнению со сжиганием традиционных видов топлива, снижается потребление природных ресурсов (традиционного топлива) и сокращается площадь полигонов, где пришлось бы хранить указанные отходы. Важно отметить, что цена на альтернативное топливо значительно ниже цены минерального топлива.

Известно, что наибольшее распространение получило использование альтернативного топлива различной природы при производстве цемента.

За последние годы в РФ реализованы несколько проектов по производству и использованию альтернативного топлива из отходов различной природы при производстве цемента. Автопокрышки и щепа подаются в топку на заводе ООО «Мордовцемент», входящем в «Евроцемент групп», скоро будет введено использование древесных отходов в качестве топлива на «Тулацемент». Но, что касается производства и альтернативного топлива из ТБО, то проект, реализованный на Сланцевском цементном заводе «Цесла», на настоящий момент является единственным в России.

Полученный опыт позволяет подвести некоторые итоги и рассказать о проблемах, возникших в процессе его реализации.

Рассмотрим нормативно-правовую базу, регулирующую производство и потребление альтернативного топлива из бытовых отходов в РФ. В 2010-2014 гг. вышли ГОСТы на альтернативное топливо из ТБО (синоним - альтернативное топливо RDF (Refuse-Derived Fuel) - общее определение для описания жидких, твердых или пастообразных видов топлива, выработанных из отходов без обязательного контроля качества).

ГОСТ Р 54235-2010 «Топливо твердое из бытовых отходов. Термины и определения» вводит определение твердого топлива из бытовых отходов как твердого топлива, изготовленного из неопасных отходов и предназначенного для использования в качестве замены традиционного топлива, такого как уголь, газ, торф, при производстве продукции, а также выработки тепло- и электроэнергии.

ГОСТ Р 54236 2010 «Топливо твердое из бытовых отходов. Технические характеристики и классы» устанавливает однозначную и четкую классификацию твердого топлива из бытовых отходов и его основные технические характеристики.

Рассматриваемый стандарт распространяется на все этапы в цепи потока топлива из ТБО, но классификация и спецификация твердого топлива из бытовых отходов происходят в момент доставки (см. рисунок).

Система классификации ГОСТа основана на трех важнейших качественных параметрах твердого топлива из бытовых отходов:

• экономический параметр (низшая теплота сгорания),
• технический параметр (содержание хлора),
• экологический параметр (содержание ртути).

Параметры выбраны так, чтобы дать заинтересованной стороне немедленную, пусть и упрощенную характеристику интересующего топлива.

Между тем одной только классификации для характеристики твердого топлива из ТБО недостаточно. Существенные свойства топлива должны быть описаны подробнее. Некоторые из них настолько важны, что являются обязательными, другие могут быть представлены для дополнительной характеристики топлива добровольно или по запросу потребителя.

Стандарт охватывает все типы твердого топлива из ТБО и, таким образом, имеет широкую область применения, также он описывает правила, по которым должно классифицироваться твердое топливо из ТБО в соответствии с системой классификации.

Остальные, принятые в 2010-х годах ГОСТы условно можно разделить на пять основных групп:

• описывающие методы отбора проб;
• определяющие насыпную плотность;
• определяющие влажность;
• определяющие гранулометрический состав;
• определяющие содержание различных веществ в составе комплексом методов.

ГОСТы пятой группы утверждались и в 2012 г.

Впервые появился новый стандарт ГОСТ Р 55133-2012 «Системы менеджмента качества. Частные требования для их применения при производстве топлива твердого топлива из бытовых отходов», позволяющий делать выводы о формировании взаимоотношений производителей и потребителей альтернативного топлива.

В этом же году были утверждены:

• ГОСТ 55097-2012 «Ресурсосбережение. Наилучшие доступные технологии. Обработка отходов в целях получения вторичных энергетических ресурсов», где устанавливается методология применения наилучших доступных технологий обработки отходов в целях получения вторичных энергетических ресурсов, которые могут использоваться в качестве топлива с обеспечением высоких эксплуатационных экологических характеристик (например, эффективная система энергообеспечения) и (или) повышения экологической эффективности (например, система экологического менеджмента). Стандарт распространяется на горючие отходы в твердом и жидком состояниях, предназначенные для сжигания на различных предприятиях, включая цементные или известковые заводы, мусоросжигательные установки или электростанции, работающие на каменном или буром углях. Стандарт не распространяется на отходы от химических, биологических, радиоактивных и военных объектов.
• ГОСТ Р 55099-2012 «Ресурсосбережение Наилучшие доступные технологии (НДТ) обращения с отходами в цементной промышленности. Аспекты эффективного применения», где реализованы нормы Справочника ЕС «Европейская комиссия. Комплексное предупреждение и контроль загрязнений. Справочное руководство по наилучшим доступным технологиям. Производство цемента, извести и оксида магния».

Разработанные и утвержденные ГОСТы позволили сформулировать методологию исследования состава альтернативного топлива и обосновали, что их пригодность в качестве топлива взаимосвязана с обеспечением качества подготовки отходов. При этом необходимо выполнять требования технических условий на продукт из отходов, разработанные производителями и согласованные принимающими предприятиями, также необходимо учитывать различные технические и технологические режимы производства, характерные для предприятий, на которых будут использоваться вторичные энергетические ресурсы (например, на цементном, известковом заводе, электростанции, работающей на каменном или буром угле).

Федеральным законом «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности, и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ, закреплено, что альтернативное топливо является вторичным энергетическим ресурсом.

Введение в действие с 2015 г. последней редакции ФЗ № 89 «Об отходах производства и потребления» с изменениями и дополнениями, определяющими правовые основы обращения с отходами производства и потребления, в том числе в целях вовлечения отходов в хозяйственный оборот в качестве дополнительных источников сырья, завершило создание основ указанной нормативно- правовой базы, хотя необходимо отметить, что до настоящего времени окончательно не утверждены даже термины и определения наилучших доступных технологий (НДТ).

Единственный уже упомянутый проект, реализующий в России производство альтернативного топлива из ТБО и использование его для замены части основного технологического топлива, осуществлялся в 2011-2012 гг. до вступления в силу вышеуказанных нормативных актов. Данный проект продолжает действовать и в настоящее время.

Изначально при выборе технологических решений по переработке ТБО были приняты три принципиальных критерия характеристик альтернативного топлива:

• стоимость альтернативного топлива с учетом доставки до потребителя (150 км) должна составлять 50 % стоимости традиционного топлива, используемого потребителем, при эквивалентном количестве получаемого тепла;
• теплотворная способность альтернативного топлива должна составлять не менее 4 000 ккал/кг;
• размер частиц альтернативного топлива не должен превышать 25 мм в двух измерениях (остаток на сите 25 мм менее 5 %).

В соответствии с данными критериями были приняты технологические решения организации производства по переработке ТБО.

Принцип действия технологической линии получения альтернативного топлива, созданной на ОАО «Автопарк № 1 «Спецтранс», следующий.

Хвосты сортировки (легкие фракции), подготовленные на Коммунально-производственном комплексе по переработке ТБО (КПК-1), в соответствии с ТУ 4853-008-03280833-10 подаются на баллистический сепаратор, где происходит разделение на плоскую фракцию и объемную, которая не применяется в дальнейшем процессе.

Выделенная на баллистическом сепараторе плоская фракция разгрузочным конвейером подается на оптоэлектронный сепаратор, отделяющий частицы, содержащие хлор, серу, фтор и другие элементы, присутствие которых в топливе нежелательно. Параметры настройки оптоэлектронного сепаратора можно менять в зависимости от химического состава сырья, применяемого для производства топлива. Фракция, прошедшая оптоэлектронную сепарацию, разгрузочным конвейером подается в шредер, работающий по принципу ножевого измельчителя, что придает частицам топлива резаные, ровные (не рваные) края. Частицы, имеющие такую форму, наиболее пригодны для подачи в горелку топочного устройства вместе с потоком воздуха. Измельченное топливо поступает на склад для упаковки и отгрузки.

Полученное альтернативное топливо исследовали в нескольких аккредитованных лабораториях, результаты исследований послужили основой для разработки и утверждения технических условий (ТУ 0320-001-03280833-2011 Альтернативное топливо «Топал-1», поставляемое и транспортируемое на ОАО «Сланцевский цементный завод «ЦЕСЛА»), которое утвердил Ростехнадзор. Также данное топливо было сертифицировано.

Таким образом, на цементный завод поступает товар-топливо, а не отходы, что освобождает завод от необходимости получения по лицензии на деятельность по обращению с отходами. Основные характеристика альтернативного топлива представлены в табл. 1.

Система приемки и подачи альтернативного топлива «Топал-1» на Сланцевском цементном заводе «Цесла» группы «ХайдельбергцементРус» работает следующим образом: подача и равномерное распределение по толщине слоя на решетке приемного бункера осуществляется вручную, далее оно поступает на питатель и по скребковому транспортеру попадает через ячейковый дозатор в систему пневмоподачи в центральное отверстие топливной форсунки. Тарировка подачи альтернативного топлива осуществляется периодически путем взвешивания материала с ячеек скребкового транспортера. Альтернативное топливо подается в количестве 1,2-1,5 т/час.

Поставщик поддерживает у потребителя неснижаемый трехсуточный запас альтернативного топлива в виде упакованных в полиэтиленовую пленку бухт плотностью 1 т/м3.

В случае запланированной модернизации печи с установкой многосопловой горелки «Унитерм» подача альтернативного топлива будет увеличена до 35 % от всего количества основного топлива (уголь + сланец).

Произведены измерения вредных выбросов в атмосферу при работе как без подачи альтернативного топлива, так и с подачей его. Измерялись концентрации ПХДД/ПХДФ (диоксины и фураны), тяжелых металлов, летучих органических соединений и ряда других веществ. Результаты показали, что концентрации не превысили нормативов выбросов в атмосферу (табл. 2) и уровни выбросов основных контролируемых загрязнителей, включая тяжелые металлы, наблюдаемые в выбросах при использовании альтернативного топлива, существенно не отличались от соответствующих характеристик без подачи альтернативного топлива.

Стоит также отметить, что качество клинкера при использовании альтернативного топлива не ухудшилось и соответствовало требованиям ГОСТа.

Решается проблема снижения уровня колебаний характеристик альтернативного топлива путем организации системы перемешивания у поставщика.

Таким образом, можно констатировать, что удалось создать научно обоснованную, легитимную, технически и экономически завершенную систему переработки ТБО, сократившую в два раза объем ТБО, подлежащих захоронению.

В. В. Бушихин, А. Ю. Ломтев, ООО «Институт прикладной экологии и гигиены»,
А. Г. Будко, ФГУП «ВНИИМ им. Менделеева»,
В. М. Пахтинов, ОАО «Сланцевский цементный завод «Цесла»
ТВЕРДЫЕ БЫТОВЫЕ ОТХОДЫ 2015 №4