VI. Отходы и шлам
Помимо традиционных видов топлива важно учитывать тот факт, что существует возможность получать энергию от утилизации отходов от различной деятельности человека, которая одновременно приводит к решению проблем окружающей среды и повышения ценности энергии из основных материалов.
Ниже перечислены основные виды отходов, которые можно рассмотреть в данном аспекте:
Бытовые твердые отходы в том виде, в котором они собираются, или их более интересная с энергетической точки зрения часть, называемая вторичное топливо из отходов;
Отходы животноводства с высоким содержанием сухого вещества (например, куриные экскременты);
Лесоматериалы и целлюлозные материалы в лесоводчестве, лесной и целлюлозно-бумажной промышленностях;
Промышленные отходы в химической и нефтедобывающей промышленностях;
Буровые растворы на углеводородной основе или шлам в нефтехимической промышленности;
Обезвоженный шлам от водоочистных установок;
Использованные упаковки от товаров, в том числе упаковки для их транспортировки.
Если взять повышение ценности тепловой энергии от данных отходов, предварительно необходимо рассмотреть четкое описание характеристик материала: наряду с теплотехническими параметрами (содержание сухой массы, зола, теплотворная способность, летучесть) важно знать, можно ли в материале определить присутствие «предшественников» атмосферных примесей, которые могут образовываться в ходе термической обработки. Понимание данного факта позволит выработать правильную схему процесса обработки.
С технологической точки зрения можно придумать различные системы повышения ценности тепловой энергии: прямое сжигание, совместное сжигание на предприятиях (в основном в печах для обжига цемента и на теплоэлектростанциях) либо добиться трансформации твердых отходов в горючие жидкости (синтетический газ или жидкость) посредством использования пиролиза или газификации. Выбор в пользу прямого сжигания или трансформации во вторичную жидкость обусловливается энергетическим балансом, потенциальным формированием загрязняющих веществ, уровнем развития технологии, которую можно применить, а также затратами на процесс.
a)
b)
Рис. 7 – Пример прямого сжигания отходов (a) и трансформации в синтетический газ (b)
Также очень важен аспект энергетического баланса процесса: в некоторых случаях при использовании сухого материала с высокой теплотворной способностью (например, резины, пластиковых отходов, качественно отобранных частиц твердых бытовых отходов или древесины) возможно при повышении теплотворной ценности отходов добиться важного выхода энергии. И наоборот, в случае шлама в системах сточных вод, влажных сельскохозяйственных отходов, неотобранных бытовых отходов в слаборазвитых районах энергетический баланс более-менее нейтрален, что ведет к тому, что возможным представляется исключительно компенсировать посредством термического процесса энергию, затрачиваемую на ликвидацию отходов.
Принимая во внимание неоднородность отходов и потенциальное наличие токсических компонентов в разрешенном потоке отходов, выбросы в атмосферу от прямого сжигания или опосредованного процесса пиролиза/газификации и последующей термообработки жидкостей воздействуют на окружающую среду (наличие металлических компонентов, хлора, летучих токсичных органических соединений, галогенизированных загрязняющих микроорганизмов). Необходимость надлежащим образом контролировать данные выбросы в атмосферу ведет к значительному усложнению процесса установки по сравнению со стандартными способами использования топлива, а также к весомому увеличению стоимости процесса.
И наконец, важно учитывать правильное применение потока остаточной золы, полученной в процессе повышения ее термической ценности, а, главным образом, твердые вещества, получаемые в ходе обработки выбросов в атмосферу: в данных потоках имеет место сильная концентрация наиболее опасных компонентов, поэтому необходимо тщательно контролировать их применение.
Рис. 8 – Линия обработки после термообработки отходов