Instalație de incinerare a deșeurilor - o întreprindere care utilizează tehnologia de eliminare a deșeurilor industriale și solide menajere / municipale prin descompunere termică ( incinerare ) în cazane sau cuptoare. O funcție secundară a instalațiilor de incinerare a deșeurilor este generarea de căldură și electricitate prin utilizarea căldurii de ardere [1] [2] .
Instalaţiile de incinerare a deşeurilor sunt răspândite în Europa de Vest şi de Nord , SUA şi Japonia . Există 10 astfel de întreprinderi în Rusia, dar este planificată o creștere semnificativă a numărului lor [ 1] [3] [4] .
Problema eliminării deșeurilor a început să crească în timpul industrializării , deoarece materialele care nu sunt supuse descompunerii naturale se răspândesc în viața de zi cu zi - de exemplu, materialele polimerice și cauciucul . Incinerarea deșeurilor la scară industrială a apărut în a doua jumătate a secolului al XIX-lea în Marea Britanie , unde au fost construite incineratoare de deșeuri la fabrici. Prima instalație de incinerare a deșeurilor din lume a apărut în 1874 la Nottingham . În același loc, puțin mai târziu, s-a făcut și prima încercare de utilizare a energiei a incinerării deșeurilor, când s-a construit o centrală cu abur , pentru care s-a folosit gunoiul drept combustibil. Totuși, la acea vreme, gunoiul era ars în vrac, fără nicio sortare în fracții omogene. Alături de coloniștii englezi a apărut și o nouă industrie în Statele Unite: prima fabrică americană de incinerare a deșeurilor a fost construită la New York în 1880. În aceiași ani, într-o serie de orașe americane, în blocurile de apartamente au fost construite incineratoare de deșeuri, care au fost folosite și pentru încălzire. Cu toate acestea, gazele de ardere de la conductele cu scurgeri au ajuns în spațiile de locuit, astfel încât utilizarea unor astfel de instalații a fost rapid abandonată. În plus, în Statele Unite până în anii 1960, incineratoarele nu erau obișnuite și au fost înlocuite cu instalații în mare parte autonome [1] [5] .
În paralel, în Franța au fost construite instalații de incinerare a deșeurilor . Prima a fost construită în 1893 lângă Paris . Și în 1896, la Saint-Ouen s- a deschis primul incinerator din lume cu o mașină de tocat . În următorii zece ani, încă trei din aceeași fabrică au fost construite în suburbiile Parisului [5] .
În 1930, inginerii companiei elvețiene Von Roll au dezvoltat un cuptor de tip grătar pentru incinerarea deșeurilor stratificată, care a redus semnificativ costul procesului, deoarece nu era nevoie să se folosească păcură sau cărbune ca combustibil pentru a distribui uniform. temperatura. Aceeași companie a construit în 1933 prima centrală termică din lume în Dordrecht , Țările de Jos , alimentată cu energia gunoiului incinerat.
În anii 1950, metoda pirolizei deșeurilor a început să se răspândească la incineratoarele de deșeuri [5] .
În 1972, primele instalații de incinerare a deșeurilor au fost construite în URSS , cu toate acestea, acestea nu foloseau sistemul de curățare a gazelor adoptat până atunci în Europa și America de Nord, ceea ce le făcea mai puțin ecologice [5] .
Există mai multe tehnologii de incinerare utilizate în incineratoarele de deșeuri, care diferă în principal prin tipul de cuptoare. Cea mai comună tehnologie este arderea stratificată. Se folosesc și tehnologiile de piroliză și gazeificare a deșeurilor solide municipale [2] [6] .
În arderea stratificată se folosesc camere de ardere cu grătare (grătarul poate fi fie mobil, fie fix - mai des se folosește unul mobil). Pe grătar se află un strat de resturi, care este alimentat cu curenți de aer cald. Arderea se realizează la temperaturi de 850-1500⁰C (pot varia în funcție de compoziția chimică a deșeurilor). De asemenea, în funcție de tipul grătarului și de compoziția deșeurilor, alimentarea cu aer din interiorul camerei poate merge în diferite direcții: paralel cu fluxul de deșeuri, împotriva acestuia, sau în anumite puncte ale camerei (de obicei în centrul acesteia). Cenușa și zgura sunt eliminate din camera de ardere printr-un rezervor răcit cu apă. O cameră cu grătar mobil poate procesa aproximativ 35 de tone de deșeuri pe oră și poate funcționa aproximativ 8 mii de ore pe an [6] [7] [8] [9] .
De asemenea, incineratoarele folosesc tehnologia cu pat fluidizat . Când se utilizează, deșeurile sunt pre-separate în fracții omogene și apoi arse în camere prin furnizarea de aer cald printr-un strat de nisip , așchii de dolomit sau alt absorbant liber care are o conductivitate termică ridicată preîncărcată acolo . Tehnologia cu pat fluidizat poate reduce semnificativ emisiile de substanțe toxice în timpul arderii. Cu toate acestea, această tehnologie are un dezavantaj din cauza nepotrivirii sale pentru incinerarea unei mase mixte de deșeuri. Tehnologia cu pat fluidizat pentru incinerarea deșeurilor este răspândită în Japonia [2] [6] [7] .
Tehnologia de piroliză a deșeurilor este utilizată în prelucrarea deșeurilor periculoase. Acest grup include unele tipuri de materiale plastice , cauciuc (adesea această tehnologie este folosită pentru reciclarea anvelopelor auto ) și o serie de deșeuri industriale. Piroliza deșeurilor solide municipale presupune descompunerea lor sub presiune într-un mediu fără oxigen într-un cuptor rotativ, în care deșeurile sunt alimentate în contracurent gazelor de încălzire. Piroliza are loc la o temperatură de 400–600⁰C, iar gazele eliberate în timpul arderii sunt trimise la postcombustie, unde se ard deja atunci când este furnizat oxigen. În urma acestui proces, se formează lichide și gaze cu o căldură specifică ridicată de ardere, care pot fi folosite ca combustibil, precum și un reziduu solid adecvat pentru utilizare ca materii prime într-o serie de industrii chimice . Piroliza a fost folosită pentru reciclarea deșeurilor încă din anii 1950 [2] [6] [7] [10] [11] [12] .
Pe lângă piroliza în sine, procesarea deșeurilor folosește și tehnologia de gazeificare , adică piroliza la temperatură înaltă (aproximativ 1000⁰C), în urma căreia se obține gaz de sinteză (un amestec de hidrogen și monoxid de carbon ) din deșeurile descompuse, care apoi sunt utilizat în industria energetică și chimică [2] [6 ] [7] [10] .
Tehnologia cu plasmă pentru reciclarea RSU este descompunerea acestora în cuptoare cu arc electric la temperaturi de până la 4000⁰C, obținută datorită energiei unui arc electric în prezența vaporilor de apă sub formă de gaz de plasmă. La utilizarea acestei tehnologii, gradul de descompunere a deșeurilor este peste 99%, ceea ce o face una dintre cele mai eficiente. Cu toate acestea, nu este utilizat pe scară largă datorită costului său ridicat și este folosit în principal pentru eliminarea deșeurilor foarte toxice (de exemplu, medicale) [7] .
Gradul de impact al instalațiilor de incinerare a deșeurilor asupra mediului depinde în mare măsură de respectarea regulilor de ardere a RSE, care includ: sortarea deșeurilor înainte de ardere, îndepărtarea componentelor incombustibile și predispuse la descompunere din acestea; menținerea temperaturii necesare în cuptoare în timpul procesului de ardere; verificarea obligatorie a cenușii pentru leșiere înainte de eliminarea acesteia; la utilizarea tehnologiei pirolizei - postcombustie secundară obligatorie a gazelor. În același timp, prezența unui anumit procent de emisii atmosferice de la instalațiile de incinerare a deșeurilor rămâne inevitabilă [7] [1] [2] .
Gazele de ardere conțin , într-o măsură mai mică, dioxid de carbon - oxizi de azot și sulf (în principal (IV) și (VI) ), acid clorhidric și fluorură de hidrogen , compuși ai metalelor grele ( cadmiu , plumb , mercur ). Se acordă o atenție deosebită emisiilor de furani toxici , precum și de dioxine , formate în timpul arderii materialelor polimerice care conțin clor (de exemplu, clorură de polivinil ). Cu toate acestea, din punct de vedere cantitativ, incineratoarele produc mult mai puține dioxine decât incendiile necontrolate la gropi de gunoi și incendiile private. Pe lângă respectarea regulilor de sortare și incinerare a deșeurilor, există o serie de alte măsuri pentru reducerea concentrației emisiilor de la incineratoarele de deșeuri. Principala este adsorbția dioxinelor (folosind, de exemplu, cărbune activ ) cu captarea particulelor solide [7] [1] [2] .
Sortarea prealabilă de calitate insuficientă a RSU poate duce la formarea unei cantități mari de cenușă și zgură (într-o cantitate de ordinul a ~ 20-25% din masa uscată a deșeurilor). Un alt dezavantaj al metodei de incinerare pentru eliminarea RSU este distrugerea unui număr de componente valoroase de deșeuri care ar putea fi utilizate în industrie ca materii prime secundare [7] [1] [2] [13] .
Cu toate acestea, incinerarea gunoiului, ca metodă de eliminare a acestuia, are o serie de avantaje serioase. Incinerarea deșeurilor neutralizează mai fiabil deșeurile, reducând riscul de contaminare a solului și a apelor subterane , spre deosebire de eliminarea deșeurilor în gropile de gunoi. În plus, cantitatea de deșeuri este redusă semnificativ: în volum - de aproximativ 10 ori, în masă - de 3 ori. Un alt avantaj important este posibilitatea utilizării la scară industrială a energiei termice generate în procesul de incinerare a deșeurilor [7] [1] [2] [13] .
O funcție secundară a instalațiilor de incinerare a deșeurilor este utilizarea energiei termice a procesului de producție, inclusiv pentru generarea de energie electrică. Puterea calorică a deșeurilor solide municipale poate ajunge la 8400 kJ / kg, ceea ce corespunde performanței unui număr de combustibili de calitate scăzută (de exemplu, cărbune brun și turbă ). Valoarea energetică a deșeurilor solide municipale poate ajunge la 600-700 kW de energie electrică sau 2-3 Gcal de energie termică la 1 tonă de gunoi. Drept urmare, RSM este adesea considerat un combustibil neconvențional. Eficiența scăzută este compensată de faptul că RSU mai trebuie eliminate. Utilizarea RSU ca sursă suplimentară de energie a început să fie serios luată în considerare în țările dezvoltate în anii 1970, în timpul crizei energetice globale , care a dus la dezvoltarea intensivă a tehnologiilor de incinerare a deșeurilor și la creșterea numărului de instalații. Conform estimărilor făcute în SUA și Germania , implicarea tuturor RSM în incinerarea deșeurilor poate acoperi până la 2-3% din nevoile energetice ale acestor țări. În Suedia , incineratoarele de deșeuri generează în prezent aproximativ 16% din căldura țării și 1,4% din energia electrică a țării. De asemenea, instalațiile de incinerare a deșeurilor ocupă o pondere semnificativă în producția de energie termică în Germania, Franța și Elveția [7] [1] [14] [15] .
Datorită costurilor relativ mari ale construcției de instalații de incinerare a deșeurilor, utilizarea acestora pentru producerea de căldură și energie electrică are sens doar dacă centrala este situată în apropierea unui oraș mare cu o populație de cel puțin 350 de mii de oameni [7] .
Numărul de instalații de incinerare a deșeurilor din lume se apropie în prezent de 2.000. Liderii mondiali în industrie sunt Danemarca și Elveția, unde nivelul de incinerare a deșeurilor solide municipale este de aproximativ 80%. În Japonia, este de aproximativ 70%. Media pentru Uniunea Europeană este de 25%: în timp ce cifrele pentru diferite țări variază de la 1% ( Bulgaria , România ) la 80% (Danemarca). În Suedia, Finlanda și Belgia - aproximativ 50-60%; în Germania, Austria , Franța și Italia - aproximativ 20-40%; în Marea Britanie și SUA - 10%, în Rusia - 2,3% [1] [16] .
În Europa există peste 400 de stații de tratare termică a RSU . Majoritatea incineratoarelor europene de deșeuri sunt situate în Franța (aproximativ 300). Totodată, 80 dintre ele sunt folosite și în scopuri energetice, inclusiv 12 instalații de incinerare implicate în aprovizionarea cu energie a Parisului. În Elveția, la începutul anilor 2010, funcționau 37 de incineratoare, în timp ce o parte din gunoiul din Elveția este importat din străinătate (în principal din Germania). Aproximativ două treimi din fabricile elvețiene sunt implicate în furnizarea de energie a clădirilor rezidențiale. În Germania, există 68 de instalații de incinerare a deșeurilor și aproximativ 30 de centrale electrice care ard RSU, cu o capacitate totală de aproximativ 5 milioane de tone. În Suedia există 34 de incineratoare de deșeuri, care procesează anual aproximativ 2,5 milioane de tone de gunoi. Cenușa rămasă după ardere este utilizată în industria chimică (în principal pentru extracția metalelor), precum și în construcția de drumuri . În plus, instalațiile de incinerare a deșeurilor din Suedia generează aproximativ 16% din căldură și 1,4% din electricitate din țară. Există 9 instalații de incinerare a deșeurilor în Finlanda, cu o capacitate totală de producție de aproximativ 1,5 milioane de tone de deșeuri pe an. Cel mai mare dintre ele se află în Vantaa , care are o capacitate de 320 de mii de tone pe an, și acoperă jumătate din necesarul de căldură al orașului și aproximativ o treime de energie electrică [16] [14] [17] .
În unele orașe europene, la construcția instalațiilor de incinerare a deșeurilor se folosesc soluții arhitecturale nestandardizate. Un prim exemplu este incineratorul Spittelau din Viena , construit la sfârșitul anilor 1980 și proiectat de arhitectul vienez Friedensreich Hundertwasser . Această fabrică a devenit una dintre atracțiile capitalei austriece. În 2017, la Copenhaga s- a deschis uzina de incinerare a deșeurilor Amager Bakke , proiectată de BIG ; o pârtie de schi deschisă pe acoperișul ei în 2019 [18] [19] .
În Statele Unite există 89 de incineratoare, care ard peste 30 de milioane de tone de deșeuri anual și generează mai mult de 17 TWh de energie electrică [1] .
Nu au existat incineratoare în China până în anii 2000. Cu toate acestea, deja la începutul anilor 2010, aproximativ 25 de milioane de tone de gunoi au fost incinerate pe an. Japonia, la rândul ei, este unul dintre liderii mondiali în incinerarea deșeurilor, unde a început să se dezvolte la mijlocul secolului al XX-lea. În prezent, aproximativ 70% din RSU sunt incinerate în Japonia. În plus, Japonia este cea mai utilizată tehnologie cu pat fluidizat în această industrie în comparație cu alte țări [1] [6] [7] .
Rusia în industria de incinerare a deșeurilor, precum și eliminarea deșeurilor în general, rămâne în urma țărilor dezvoltate . Pentru 2019, există 10 instalații de incinerare a deșeurilor, dintre care 3 companii EVN AG sunt situate la Moscova . Totodată, în a doua jumătate a anilor 2010, în Rusia a fost lansat proiectul Energie din Deșeuri, care presupune o creștere semnificativă a numărului de instalații de incinerare a deșeurilor din țară și utilizarea acestora în sectorul energetic. Ca parte a unui proiect-pilot, RT-Invest, în cooperare cu compania japoneza-elvețiană Hitachi Zosen INOVA, intenționează să construiască până în 2022 patru instalații de incinerare a deșeurilor în regiunea Moscova și una în Tatarstan . Capacitatea estimată a fiecărei fabrici din regiunea Moscovei este de aproximativ 700 de mii de tone de gunoi pe an, numărul de angajați este de aproximativ 120 de persoane la o fabrică; capacitatea estimată a fabricii din Tatarstan este de aproximativ 550 de mii de tone. Uzinele de lângă Moscova vor trebui să furnizeze energie electrică unui număr total de 1,5 milioane de oameni. După aceea, este planificată construirea de uzine similare în alte regiuni ale Rusiei [1] [3] [4] [20] [21] [22] [23] [24] .