UTILIZATION OF SOLID MUNICIPAL WASTE IN A MOBILE POWER PLANT
Abstract and keywords
Abstract (English):
This article presents the existing problem with the processing and disposal of municipal solid waste. A solution to the current problem is proposed through the use of a mobile power plant. A description of the installation is given andspecifications

Keywords:
waste disposal, solid municipal waste, waste landfills, mobile power plant, unauthorized landfills
Text
Publication text (PDF): Read Download

Главная экологическая проблема, с которыми сталкиваются быстроразвивающиеся страны это переработка и утилизация твердых коммунальных отходов. К сожалению, наша страна не исключение.

На сегодняшний день в нашей стране накоплено порядка 100 млрд. т. отходов производства и потребления, а ежегодное образование твердых коммунальных отходов колеблется  на отметке 70 млн. т. Большое количество накопленных отходов говорит о запущенности данной проблемы.

Переработка и утилизация отходов, в значительной степени, оказывает влияние на экологическую обстановку. Количество перерабатываемых и утилизируемых отходов в России составляет от 10 до 15% в год, что является весьма низким показателем. В Швеции перерабатывается до 99%  отходов, в Австрии до 63%. В Финляндии переработкдостигает 41% , а утилизация отходов достигает 48% и только 2% ТКО не поддается переработке и отправляется на полигон. На низкий показатель переработки и утилизации ТКО  влияет низкое количество специализированных мощностей. По состоянию на 2022 год  насчитывается около 310 комплексов по переработке и утилизации ТКО. Вследствие чего до 83% отходов отправляется на полигоны для хранения. Имея в наличии достаточно большое свободное территориальное пространство, решение об увеличении мощностей по переработке и утилизации отходов откладывалось на долгие годы, что способствовало созданию огромного количества полигонов, которые на сегодняшний день переполнены [1-8].

Представленные данные наглядно демонстрируют важность и актуальность проблемы отходов производства и потребления. В России разработан национальный проект “Экология”, в котором прописаны все действия по переработке и утилизации отходов, а также сконцентрировано внимание на проблеме несанкционированных свалок. По предварительным подсчетам, только учтенных, несанкционированных свалок в нашей стране на 2018 год составило более 55 тыс. Вдобавок в нашей стране с 1 января 2019 года действует мусорная реформа, которая должна взять под контроль все отходы производства и потребления, от места образования отходов до конечной переработки.[9-15]

В сложившейся ситуации предлагается использование мобильной энергетической установки для переработки и утилизации твердых коммунальных отходов. Основной вид мобильной энергетической установки представлен на рисунке 1.

12,   13

 

 

07

Рисунок 1. Общий вид мобильной установки. Обозначения: 1 - металлический контейнер, 2 - разрыватель пакетов, 3 - роторный валковый сепаратор, 4 - смежная шахта, 5 - оптикомеханическая сортировка, 6 - ленточный транспортер, 7 - металлоуловитель, 8 - стеклоуловитель, 9 - шредер, 10 - котельный агрегат, 11 - шнековый питатель, 12 - дизель генератор, 13 - щит управления

 

Мобильная энергетическая установка для переработки и утилизации твердых коммунальных отходов позволяет:

1) Ликвидировать свалки и иные места скопления отходов в полном объеме;

2) Извлекать полезные компоненты вторичных фракций, за счет сортировочного комплекса;

3) Осуществлять отбор органоминеральной части, включая опасные компоненты.

4) Производить тепловую энергию для потребителя;

5) Производить электрическую энергию в соответствующей модификации.

Мобильная энергетическая установка для переработки и утилизации твердых коммунальных отходов размещается на автопоезде. Наличие возможности передвижения, способствует не привязываться к отдельно взятому району и позволяет перемещать комплекс к месту ликвидации отходов. Важным критерием компоновки узлов установки является обязательный учет максимальных габаритов транспортного средства. Максимальные габариты установки совместно с транспортным средством не должны превышать: ширину 3м, высоту 4м, длину 20м. Обеспечению эффективной работы установки способствует наличие следующих узлов:

1. Узел сортировки и подготовки твердых коммунальных отходов.

2. Узел утилизации твердых коммунальных отходов.

3. Узел производства тепловой и электрической энергии.

4. Узел передачи тепловой и электрической энергии потребителю.

Технологическая схема работы мобильной установки ориентированной на производство тепловой энергии представлена на рисунке 2.

 

Рисунок 2. Технологическая схема работы мобильной энергетической установки. Обозначения:  1 - Металлический контейнер; 2 - Разрыватель пакетов; 3 - Роторный валковый сепаратор; 4 - смежная шахта 5- Оптико-механическая сортировка; 6 - Основной ленточный транспортер мобильной установки; 7 - Металлоуловитель; 8 - Стеклоуловитель; 9 - Узел дробления;  10 - Водогрейный котельный агрегат; 11 - Шнековый питатель; 12 - Соединительная муфта; 13 - Отверстие для удаления зольного остатка; 14 - Крышка; 15 - Крючок;  16 - Мешок сборник; 17 - Узел очистки дымовых газов;  18 - Дымовая труба;  19 - Дымоходная труба;  20 - Дизель-генератор; 21 - Щит управления.

 

Использование сортировочного комплекса в мобильной энергетической установке позволяет перерабатывать отходы без предварительной сортировки. Сортировка отходов - обязательный процесс, без которого не возможна работа главного узла мобильной установки – узла утилизации. Основная задача сортировочного узла заключается в извлечении полезных вторичных фракций из всего потока твердых коммунальных отходов. Не менее важной задачей сортировочного узла мобильной энергетической установки считается защита узла утилизации от попадания внутрь опасных фракций и негорючих материалов, таких как метал и стекло, путем удаления описанных фракций из общего потока твердых коммунальных отходов.

В качестве топлива используется бумага, картон, упаковки из картона, текстиль, кожа, древесина и древесные изделия (мебель). Утилизации ТКО осуществляется за счет котельного агрегата, слоевого типа, с колосниковой решеткой. Котельный агрегат мобильной установки является сердцем установки. Использование специального котельного агрегата, в котором организован процесс горения твердых бытовых отходов, позволяет полностью сжигать отходы неоднородного состава и отходы, утратившие свою жизнеспособность, обеспечивая выбросы в атмосферу с ПДК. Для очистки дымовых газов и поддержания вредных выбросов в допустимых значениях, предусмотрен циклон и скруббер. Необходимо отметить, что в установке данного типа сжигаются отходы 4- 5 класса опасности. В мобильной установке существует возможность перерабатывать и утилизировать некоторые виды отходов 3 класса опасности, в частности, строительный мусор. Основные технические характеристики представлены в таблице 1.

 

Таблица 1

Основные технические характеристики установки

п/п

Наименование

Значение

1

Производительность (Мощность) установки

3МВт

2

Расход топлива на котел

600кг/ч

3

Теплота сгорания топлива

17 МДж/кг

4

Мощность турбины

300кВт∙ч

5

Расход пара на турбину

3-5кг/с

6

Количество перерабатываемых отходов

10 т/ч

7

Температурный график

150/70

8

Расход воды через котел

10,6т/ч

9

Температура уходящих газов

200°C

10

Габариты установки

20-3-4м

11

Расход электроэнергии на собственные нужды

100кВт

12

КПД котла Брутто

88,47%

 

Подвод питательной воды в котельный агрегат и обратно в тепловую сеть осуществляется из тепловой муниципальной сети. Подключение к сети осуществляется через ИТП, ЦТП, котельные, при помощи системы гибкой связи. В качестве системы гибкой связи используется гофротруба, через которую осуществляется получение и передача теплоносителя в сеть. В этом случае присутствие длинных сетей получения и передачи воды не желательно, обуславливается это необходимостью установки дополнительного насосного оборудования. Оптимальная протяженность системы гибкой связи не должна превышать 100 м. Движение воды в котельном агрегате совершается по принципу противотока для достижения наивысшего потенциала на выходе из котельного агрегата. В начале сетевая вода подается в конвективный пучёк, где нагревается до 98°C и поступает в фестон. В фестоне вода нагревается до 102°C и поступает в топку котельного агрегата. В топке котельного агрегата сетевая вода нагревается до 150°C. Полученный теплоноситель заданных параметров направляется потребителю [16-25].

При реализации компоновки для производства электрической энергии, мобильная энергетическая установка попадает под «зелёный тариф». Зеленым тарифом называется система покупки государством  электроэнергии, полученной на основе возобновляемых источников энергии, а так же при сжигании отходов  на 40 % выше себестоимости произведенной энергии. Используя зеленый тариф, мобильная энергетическая установка будет экономически привлекательна в большей степени, ввиду большого спроса на переработку отходов.

Предлагаемая мобильная энергетическая  установка в качестве современного способа переработки и утилизации твердых коммунальных отходов, расположенных на несанкционированных свалках, полигонах и иных местах – является одной из наиболее правильных путей решения описываемой проблемы. В Российской Федерации катастрофически не хватает подобных технологических решений, охватывающих не только переработку и утилизацию отходов, но и затрагивающих ключевую проблему - борьбу с несанкционированными свалками [26-29]. Использование мобильной энергетической установки позволит незамедлительно приступить к работе.

References

1. Ivatanova N.P., Stoyanova I.A. K voprosu o stanovlenii v Rossii otrasli po pererabotke, utilizacii i obezvrezheniyu othodov. Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta // Nauki o Zemle. 2018. № 3. S. 292-302.

2. Shilkina S.V. Mirovye tendencii upravleniya othodami i analiz situacii v Rossii // Internet-zhurnal «Othody i resursy», 2020 №1[Elektronnyy resurs]. URL: https://resources.today/issue-1-2020.html (16.05.20).

3. Mochalova L.A., Grinenko D.A., Yurak V.V. Sistema obrascheniya s tverdymi kommunal'nymi othodami: zarubezhnyy i otechestvennyy opyt // Izvestiya UGGU. 2017. Vyp. 3(47). S. 97-101.

4. Lihacheva O.I. Metodologicheskie aspekty upravleniya sferoy obrascheniya s tverdymi bytovymi othodami / O.I. Lihacheva, P.M. Sovetov // Ekonomicheskie i social'nye peremeny: fakty, tendencii, prognoz. - 2017. - T.10. - №4. - S. 111-127.

5. Latypova M.V. Analiz razvitiya sistemy obrascheniya s tverdymi kommunal'nymi othodami v Rossii: problemy i perspektivy s uchetom evropeyskogo opyta // Nacional'nye interesy: prioritety i bezopasnost'. - 2018. - T. 14, № 4. - S. 741-758.

6. Holyavko T.I. Utilizaciya tverdyh bytovyh othodov v Sankt-Peterburge, Stokgol'me, Tokio i Hel'sinki// Strategiya ustoychivogo razvitiya regionov Rossii .2014.№.19.S.89-93

7. Sokolov L.I., Flamme Sabine, Kubardina S.M. Sbor i pererabotka tverdyh kommunal'nyh othodov // Monografiya, 2019

8. Plotnikova L.A. Pererabotki tverdyh bytovyh othodov s polucheniem vtorichnogo syr'ya i elektroenergii // Sinergiya Nauk. 2017. № 12. S. 845-851.

9. Jan Wajs, Roksana Bochniak, Aleksandra Golabek. Proposal of a Mobile Medical Waste Incinerator with Application of Automatic Waste Feeder and Heat Recovery System as a Novelty in Poland. Department of Energy and Industrial Apparatus, Gdansk University of Technology, Narutowicza 11/12, 80-233 Gdansk, Poland. Sustainability 2019, 11(18), 4980;[https://doi.org/10.3390/su11184980]Received: 7 August 2019 / Revised: 2 September 2019 / Accepted: 4 September 2019 / Published: 12 September 2019.

10. Yoon, Hag Sang. Mobile animal in-cinerator for burning contaminated animal without transfer to another place. Patent Republic of Korea, KR101156579*, 08.06.2012

11. Nakagawa, Kunio. The vehicle moving type general refuse incinerator. Japanese Patent JP2003222315, 13.04.2006

12. Kompleks mobil'nyh ustanovok po termicheskomu obezvrezhivaniyu shlamov neftehimicheskih proizvodstv [Elektronnyy resurs]URL: http://gosniiokht.ru/content/activity/8.3.html (17.11.20)

13. Mobil'nyy ceh pererabotki rtut'soderzhaschih othodov [Elektronnyy resurs]URL: https://fid-dubna.com/equipment/mobilniy-tzeh-pererabotki-othodov/ (17.11.20)

14. Pat. № 2020134563, Rossiyskaya Federaciya, F23G 5/00. Mobil'naya ustanovka dlya utilizacii tverdyh kommunal'nyh othodov / Zelenskiy Sergey Ivanovich, Skolyarov Yan Nikolaevich, Dudinskiy Aleksey Ivanovich. Zayavitel' i patentoobladatel' Zelenskiy Sergey Ivanovich, Skolyarov Yan Nikolaevich, Dudinskiy Aleksey Ivanovich. Zayavl. 01.12.20;

15. Shapovalov Yu.N., Salikov P.Yu., Ivakin O.N. Mobil'naya ustanovka dlya utilizacii othodov drevesiny // Tverdye bytovye othody. 2013. № 7 (85). S. 30-33.

16. Pat. № 2331020, Rossiyskaya Federaciya, F23G 5/00, B09B 3/00. Sposob termicheskogo obezvrezhivaniya i utilizacii organicheskih othodov i mobil'naya ustanovka dlya ego osuschestvleniya / Rivkin Aleksandr Grigor'evich, Alekseev Kir Borisovich, Sokolov Oleg Ivanovich, Bykov Aleksandr Nikolaevich, Gladyshev Pavel Vyacheslavovich. Zayavitel' i patentoobladatel' Rivkin Aleksandr Grigor'evich, Alekseev Kir Borisovich. Zayavl. 24.11.06; opubl. 10.08.08. Byul. № 22.

17. Pat. № 2633833, Rossiyskaya Federaciya, F23G 5/40, F23D 11/00, B05B 1/14. Mobil'naya ustanovka dlya szhiganiya organicheskih othodov na poligonah po priemu tverdyh bytovyh othodov / Kochetov Oleg Savel'evich. Zayavitel' i patentoobladatel' Kochetov Oleg Savel'evich. Zayavl. 17.10.16; opubl. 18.10.17. Byul. № 29.

18. Czop, Monika; Poranek, Nikolina; Czajkowski, Adrian; Wagstyl, Łukasz. 2019. "Fuels from Waste as Renewable Energy in Distributed Generation on the Example of the ORC System." Recycling 4, no. 3: 26.

19. Ordóñez, Isabel; Rexfelt, Oskar; Hagy, Shea; Unkrig, Luisa. 2019. "Designing Away Waste: A Comparative Analysis of Urban Reuse and Remanufacture Inititi-ves." Recycling 4, no. 2: 15.

20. Massimiliano Mazzanti, Roberto Zobolib Waste generation, waste disposal and policy effectiveness: Evidence on decoupling from the European Union.Resources, Conservation and RecyclingVolume 52, Issue 10, August 2008, Pages 1221-1234.

21. Olukanni, David O.; Pius-Imue, Fa-vour B.; Joseph, Sunday O. 2020. "Public Perception of Solid Waste Management Practices in Nigeria: Ogun State Experience." Recycling 5, no. 2: 8.

22. Abila, Beatrice; Kantola, Jussi. 2019. "The Perceived Role of Financial Incentives in Promoting Waste Recycling-Empirical Evidence from Finland." Recycling 4, no. 1: 4.

23. Zelenskiy S.I. Obosnovanie i razrabotka peredvizhnoy mobil'noy usta-novki dlya utilizacii tverdyh bytovyh othodov // Energetika i avtomatizaciya v sovremennom obschestve: materialy II Vserossiyskoy nauchno - prakticheskoy konferencii. (g. Sankt - Peterburg, 6 noyabrya 2018 g.). Sankt - Peterburg, 2018. Vyp.2. S. 318 - 321.

24. Arakelova G.A. Issledovanie problem, vliyayuschih na tempy realizacii «musornoy reformy» v Rossiyskoy Federacii // Internet-zhurnal «Othody i resursy», 2019 №1.

25. Mueller, W.The effectiveness of recycling policy options: Waste diversion or just diversions? Waste Manag. 2013, 33, 508-518.

26. Levin E.A. Kompleksnaya perera-botka tverdyh bytovyh othodov - M.: LAP Lambert Academic Publishing, 2019. - 512 c.

27. Troschinetz, A.M.; Mihelcic, J.R. Sustainable recycling of municipal solid waste in developing countries. WasteManag. 2009, 29, 915-923.

28. Tursungaliev I.K., Sadovaya A.K. Rossiyskiy i zarubezhnyy opyt po pererabotke tverdyh bytovyh othodov // Aktual'nye problemy aviacii i kosmonavtiki. 2016. T. 1. № 12. S. 944-945.

Login or Create
* Forgot password?