Масштабы загрязнённости окружающей среды отходами производства не оставляют сомнений в острой необходимости решения проблемы переработки производственных отходов. Эту проблему необходимо рассматривать как со стороны экологической безопасности, так и со стороны экономической целесообразности. Очищая окружающую природную среду от производственных отходов, негативно воздействующих на неё, можно получить в результате переработки отходов значительную экономию первичных ресурсов.
В связи с истощением природных запасов нефти во всем мире ведутся интенсивные поиски новых топливно-энергетических ресурсов. Такими ресурсами являются растительная биомасса (древесина, отходы производства и переработки сельскохозяйственной продукции, быстрорастущие лесные культуры и т. п.) и другие горючие органические отходы (бумага, полимеры и др.).
Теплота сгорания природного газа 33–36 МДж/м³, а газа, получаемого путем газификации отходов, 4–20 МДж/м³. Последний может заменить природный газ и жидкое топливо как в крупных котельных, так и в мелких индивидуальных отопительных системах. Он также может быть использован для производства электроэнергии малыми автономными электростанциями, роль которых в развитии энергообеспечения сельских районов и индивидуальных потребителей в ближайшие годы возрастет [1].
Органические производственные отходы при влажности не более 8% обладают высокоэнергетическими характеристиками и подвергая их высокотемпературной глубокой деструкции без доступа кислорода (не более 0,5 %) (пиролизу) при 600-800°С из них можно получить нетрадиционные энергоносители в виде жидких, твердых и газообразных топлив. Жидкое топливо является одним из основных и наиболее ценных продуктов, (выход его составляет 45-80 %), поэтому целесообразно, чтобы технология обеспечивала получение его с характеристиками близкими к характеристикам легких бензиновых фракций.
Процесс пиролиза общеизвестен в химической промышленности для переработки углеводородного сырья [2]. В мировой практике также имеются примеры применения традиционной технологии нефтепереработки для утилизации органических отходов [3]. Основным методом использования древесины в качестве топлива является её прямое сжигание в топках котлов. Возможность прямого сжигания используется также для утилизации сельскохозяйственных отходов в виде шелухи подсолнечника, риса, гречневой лузги, скорлупы орехов, лигнин, соломы и листьев. Из вышеперечисленных отходов изготовляют топливные брикеты. Древесные брикеты имеют широкое применение и могут использоваться для всех видов топок, котлов центрального отопления, котлов на дерево и пр., они отлично горят в каминах и печках, грилях и пр.
Однако, сжигание таких отходов происходит с низким коэффициентом полезного действия от 20 до 60%; имеются значительные выбросы золы и углей, конвекционные и радиационные поверхности нагрева покрываются слоем твёрдых отложений, что требует частой остановки котлов для чистки; в атмосферу выбрасываются сложные углеводороды, вредящие здоровью людей. Системы сжигания твёрдого древесного топлива трудно автоматизировать.
Этих недостатков лишена система сжигания газообразного топлива. Достаточно эффективное решение дает предварительная газификация и использование древесины в тепло- и паропроизводящих установках генераторного газа. Широкое внедрение газогенераторных технологий позволит решить вместе с энергетической проблемой также проблему очистки значительных территорий от лесосечных отходов и отходов деревообработки, что будет способствовать решению не менее важной задачи экологической и пожарной безопасности. Газообразное топливо из древесины может быть использовано там, где твёрдое древесное топливо использовано быть не может: для сушки древесины, привода транспортных и стационарных силовых установок, получения электроэнергии в дизель-генераторах. [4] Газообразное топливо может быть передано на большие расстояния по трубопроводам и в баллонах, его удобно для отопления и нагревания воды, а также в технологических и силовых установках. Сжигание газа легче автоматизировать; продукты сгорания его менее токсичны.
В газогенераторах используются разнообразные виды топлива: отходы древесины разных пород в виде кусков размером от 1 см до 200 см, щепы, опилок, брикеты из опилок и лигнина (отход гидролизного производства), а также отходы сельского хозяйства.
В результате производственной деятельности углеобогатительных предприятий образовалось огромное количество отходов углеобогащения. Одним из главных направлений использования таких отходов является создание на их основе композиционного водоугольного топлива. Реакционная способность композиционного водоугольного топлива выше, а температура воспламенения ниже, чем исходного угля. Композиционному водоугольному топливу присуща высокая степень выгорания горючей массы. При его сжигании происходит восстановление окислов азота и серы, в результате чего объемы выбросов сокращаются в 1,5–2 раза по сравнению со сжиганием угля в пылевидном состоянии.
Не меньший потенциал представляют также нефтесодержащие отходы, образовавшиеся в процессе деятельности промышленных предприятий, в ходе эксплуатации судовых двигателей, танкеров и железнодорожных составов. Любые нефтесодержащие отходы и замазученные воды могут служить сырьём для приготовления топлива в виде водомазутной эмульсии. Присутствие в жидких углеводородных топливах диспергированной воды существенным образом изменяет картину нагрева и воспламенения распыленного в камере сгорания капель топлива, содержащих в своём объёме сферические включения воды. [5] Использование гомогенизированной водно-мазутной смеси позволяет повысить коэффициент сжигания топлива, сэкономить мазут и уменьшить вредные выбросы оксида азота и угарного газа в атмосферу при их сжигании. Сжигание водомазутной эмульсии приводит к снижению уровня температур в зоне максимальной генерации оксидов азота, и, следовательно, к значительному (на 30-50%) снижению их концентрации в дымовых газах. Для снижения концентрации оксидов серы при сжигании сернистых мазутов в составе добавочных вод можно также использовать раствор или слабую взвесь гашёной извести.
Эколого-экономический эффект от использования производственных отходов в качестве топлива целесообразно рассматривать как сумму предотвращённого экономического ущерба от загрязнения окружающей природной среды и экономии средств, полученной вследствие внедрения технологии сжигания топлива, приготовленного из отходов. Предотвращённый экономический ущерб рассчитывается как изменение суммы сбора за размещение отходов в окружающей среде до и после проведения природоохранного мероприятия, а также за загрязнение атмосферы выбросами и водных ресурсов сбросами от сжигания отходов[6]. Экономия средств вследствие внедрения технологии сжигания топлива из отходов определяется путём сопоставления затрат на производство одинакового количества тепла (год/ГДж) до и после внедрения технологии.
Определение такого эффекта в каждом конкретном случае делает возможным принятие наиболее рационального решения в части эколого-экономической эффективности и ресурсосбережения при использовании отходов производства в качестве топлива.
Список літератури