Автономные мини-ТЭЦ по переработке твердых коммунальных отходов

В. И. Паршуков, директор,

А. В. Рыжков, канд. техн. наук, старший научный сотрудник,

Н. Н. Ефимов, доктор техн. наук, профессор, главный научный сотрудник ООО НПП «Донские технологии»

В. К. Иконников, доктор техн. наук, профессор, главный научный сотрудник,

А. А. Белов, доктор техн. наук, профессор, главный научный сотрудник ООО ИТЦ «ДонЭнергоМаш»

На территории Москвы 1 января 2020 года стартовал первый этап перехода к РСО¹. В жилых районах города на контейнерных площадках уже установили емкости разного цвета: синие контейнеры для вторичного сырья (пластика, стекла, бумаги, картона, металла), серые – для отходов, не поддающихся сортировке (смешанные отходы, органика, гигиенические средства).

Последующая переработка разделенных отходов будет проходить на территории специализированных комплексов (КПО), строительство которых активно ведет компания «РТ-Инвест». На КПО отходы разными линиями, не смешиваясь, проходят различные стадии досортировки в соот-ветствии с тремя основными составляющими процесса переработки: получением сырья для повторного использования, компостированием органики и утилизацией несортируемых хвостов путем сжигания на крупных МСЗ. Общепринятое в рамках национальной программы соотношение «вторсырье/компостирование/сжигание», к которому будет стремиться мусороперерабатывающая отрасль, соответственно 20/30/50.

На сегодняшний день в рамках программы запущен лишь один из перерабатывающих комплексов – КПО «Юг» в Коломенском городском округе. Начато строительство мусоросжигательных заводов – в Подмосковье их будет 4. Все отходы, прошедшие цикл КПО, будут оставаться там же – компост будет «дозревать», вторсырье формироваться в кубы, а хвосты для сжигания будут ждать своей очереди, чтобы послужить топливом для получения тепловой и электрической энергии [1].

Рисунок 1. Предлагаемый подход в переработке ТКО с использованием мини-ТЭЦ

Препятствия развитию системы рециклинга отходов в России

На первый взгляд, система не имеет ощутимых изъянов – цифры говорят о том, что на полигоны в том виде, в котором они разбросаны по стране (одни только московские полигоны-свалки занимают 608 га [2]), в перспективе ближайших 5–10 лет мусор перестанет поступать вовсе. Но фактически на систему влияют внешние факторы: интенсивность образования отходов, неподготовленность перерабатывающей отрасли, разнородность смешанных отходов, которая сказывается на чистоте сортировки и значительно увеличивает долю сжигаемых отходов (с 50 до 70 %), транспортная удаленность КПО, нелогичная система формирования тарифа – то ли от 1 м² жилой площади, то ли от числа прописанных жителей. Отсутствие пропаганды РСО, штрафных санкций и мотивации людей сортировать на месте вкупе с нежеланием граждан менять традиционный уклад – всё это серьезно тормозит развитие системы рециклинга отходов в России.

Несовершенство вводимой системы обращения ТКО отражается в ответах жителей Подмосковья на наш вопрос о переменах в данной области. В результате опроса можно утверждать, что часть населения уже давно озадачена проблемой собственного экологического следа и готова разделять отходы, другая часть это делает в меру предоставленных системой возможностей, третьей нужна мотивация для первого шага, к примеру очевидная экономия за счет снижения тарифа. Система несовершенна, и требуются иные принципы организации.

Рисунок 2. Соотношение составляющих процесса переработки

Решение проблемы переработки ТКО в других странах

Многие развитые страны, такие как Швейцария, Австрия, Швеция, Германия, Япония и другие, решали проблему переработки ТКО, пройдя сложный путь, на который вступает сегодня Россия. Они затратили на создание высокоорганизованной системы переработки мусора не одно десятилетие.

Например, для жителей Швеции сдать мусор на переработку означает не просто проявить бережное отношение к природе, а исполнить закон и даже получить скидки на тарифы. В стране принято разделение отходов по нескольким контейнерам (до 8) различных цветов: для пищевых отходов, для газет и бумаги, бумажной упаковки, которую утилизируют отдельно от обычной бумаги, пластиковой упаковки, металлической тары и оставшихся отходов, которые можно сжечь и получить энергию. Кроме того, шведы отдельно собирают прозрачное и цветное стекло, электронику и опасные отходы. Разные виды отходов забирают в определенные дни недели. Вывоз мусора платный – от 9 до 14 тыс. руб. в год для одного домохозяйства. В большинстве супермаркетов стоят фандоматы по приему стеклотары, ПЭТ, алюминия. За городом имеется сеть «депо отходов», где жители за плату могут оставить мебель, строительный мусор, крупную электронику и т. д. В Швеции на полигоны отправляется менее 1 % всего мусора, 33 % подвергается переработке, 16 % идет на компост, 50 % отходов сжигается на МСЗ для производства энергии. Мусор играет важнейшую роль в обеспечении электроэнергией и теплом жителей по всей стране – для обеспечения постоянной загруженности своих МСЗ Швеция импортирует мусор соседних стран [3].

Рисунок 3. Структурная схема автономной мини-ТЭЦ

В Швейцарии первыми в мире смогли добиться так называемого нулевого захоронения. По количеству мусорных контейнеров на одного жителя швейцарцы на первом месте. Главный принцип швейцарской системы: «загрязнитель платит» – действует на всех уровнях населения. Для тех, кто вообще не хочет разделять отходы, продаются пакеты со специальной маркировкой на 11, 35 и 60 л. Для тех, кто экономит, есть еще полсотни бесплатных видов контейнеров. Специальные мусоровозы в городах и поселениях собирают разные виды ТКО по графику. За соблюдением правил РСО следит «мусорная полиция». Штрафы за нарушение закона составляют до 200 тыс. руб. На 8,6 млн жителей в Швейцарии действует 30 комплексов по переработке ТКО. 53 % отходов превращаются в сырье для новых товаров, а неперерабатываемый остаток отправляется на МСЗ, которые расположены в городской черте [4].

Усовершенствование российской системы обращения ТБО

Ряд вполне логичных решений мы можем уже сейчас перенять у этих стран:

• обязательная углубленная сортировка отходов силами граждан;

• введение системы крупных штрафов за нарушение правил и поощрений в виде минимизации платы при грамотно организованном РСО;

• агитационная деятельность на всех уровнях и показательные проекты локальных систем полной утилизации отходов;

• информирование населения о результатах совместной работы на каждой стадии.

На основе этих принципов и опыта по созданию энерготехнологических комплексов (ЭТК) по переработке отходов нашим коллективом предлагается иной подход в организации обращения ТКО в России (рис. 1), который требует пересмотра системы контейнерных площадок, высокой ответственности и консолидации общества, введения штрафных мер, более грамотной и гибкой системы тарификации платежей за вывоз отходов. Но также этот подход позволит отказаться от повсеместного строительства мощных мусоросортировочных комплексов, снизит транспортную нагрузку, уменьшит площадь отчуждаемых под полигоны территорий, увеличит глубину сортировки, чистоту будущего вторсырья и самое главное – изменит соотношение между выходными составляющими процесса в сторону вторичного использования – 40 %, а на компостирование и утилизацию по 30 % (рис. 2). Он позволит получать и реализовывать тепловую и электрическую энергию по месту. К тому же мини-ТЭЦ составят резерв для перерабатывающих мощностей на случай аварийных ситуаций и плановых ремонтов оборудования на крупных МСЗ.

Рисунок 4. ЭТК в Новочеркасске: бункер загрузки топлива и предтопок парогенератора

В связи с этим строительство автономных мини-ТЭЦ по переработке ТКО (до 2 т/ч) непосредственно в черте жилых кварталов будет грамотным решением. В качестве пилотных территорий как нельзя лучше подходят Троицкий и Новомосковский автономные округа (ТиНАО) Москвы, получившие в последние 7 лет бурный прирост инфраструктуры, жилых площадей и населения. При этом часть территории Новой Москвы планируется оставить с преобладанием малоэтажной застройки и сохранением крупных рекреационных лесопарковых зон, что в свою очередь сочетается с экологическими принципами в разработке ЭТК.

Базовый процесс утилизации несортируемых хвостов, реализуемый в автономной мини-ТЭЦ, – оксипиролиз – получение горючей газовой смеси с минимальным содержанием вредных веществ. Дожигание смеси в котле-утилизаторе позволяет генерировать до 3 МВт тепловой энергии на отопление и ГВС жилых близлежащих кварталов и 200–250 кВт электрической энергии для покрытия собственных нужд мини-ТЭЦ. Структурная схема мини-ТЭЦ представлена на рис. 2. Уходящие дымовые газы и сточные воды предприятия проходят многоступенчатую очистку, что позволит располагать комплексы в городской черте.

Проект по созданию мини-ТЭЦ

Реализация проекта по созданию мини-ТЭЦ, функционирующей на основе технологий переработки отходов в пределах Москвы, требует координации работ с органами исполнительной власти, региональными операторами, проектировщиками, строительными компаниями.

Имиджевая составляющая потребует от здания ТЭЦ современного архитектурного проекта. Оно должно быть привлекательным и подчеркивать особенности городской застройки данного района. Здание должно отвечать мировым тенденциям в архитектуре промышленных объектов. Для его проектирования предлагается объявить архитектурный конкурс, а для проектных и строительных работ желательно привлечь специалистов Комплекса градостроительной политики и строительства города Москвы. Это позволит выполнить значительный объем работ с привлечением местных организаций. Постоянный мониторинг состояния выбросов от мини-ТЭЦ должна осуществлять независимая специализированная лаборатория. Основные данные технологического процесса должны быть прозрачны и доступны любому жителю города.

Рисунок 5. ЭТК в Новочеркасске: микроэнергетический модуль в составе паровой турбины, электрогенератора и конденсатора

Участниками консорциума предприятий [6] будет создано и установлено необходимое технологическое и вспомогательное оборудование мини-ТЭЦ и исполнены функции шефмонтажа пусконаладочных работ. Совместное использование ресурсов будет способствовать более качественному исполнению проекта. Все применяемое технологическое оборудование будет отечественным. В этом заключается представительская функция проекта – показать возможности технических решений российских разработчиков и производителей.

В 2019 году консорциумом был разработан ЭТК по переработке основных видов сельскохозяйственных отходов: лузги подсолнечника, риса, гречихи, отходов деревообработки и т. д. Основу комплекса составило серийно изготавливаемое оборудование по сжиганию (рис. 3), которое прошло модернизацию под задачи комплекса. Было разработано устройство генерации пара и совершенно новый микроэнергетический модуль электрической мощностью 50 кВт (рис. 5).

Установка является энергетической платформой для создания мини- и микро-ТЭЦ в системах распределенной генерации. Она отлично подходит предприятиям сельскохозяйственного сектора для переработки отходов без увеличения электрической нагрузки. Комплекс работает в полностью автономном режиме. Таким образом, сельхозпредприятия будут экономить дважды: не оплачивать утилизацию отходов производства и получать энергию, как электрическую, так и тепловую.

Экспериментальный образец такого ЭТК собран для проведения испытаний на территории индустриального парка Новочеркасска. Общий уровень ЭТК соответствует задачам национального проекта «Экология» и обладает экспортным потенциалом.

Литература

1. Энергия из отходов. Крупнейший в России КПО: принципы работы. https://www.w2e.ru/blog/krupneyshiy-v-rossii-kpo-printsipy-raboty/?sphrase_id=1079
2. Масштаб загрязнений: как росли подмосковные свалки. Спецпроект РБК. https://www.rbc.ru/society/13/05/2019/5ca1d0229a7947593d373650
3. Энергия из отходов. Везите еще: как Швеция зарабатывает на мусоре. https://www.w2e.ru/blog/vezite-eshche-kak-shvetsiya-zarabatyvaet-na-musore/?sphrase_id=1080
4. Энергия из отходов. Швейцария: страна, победившая свалки. https://www.w2e.ru/blog/shveytsariya-strana-pobedivshaya-svalki/?sphrase_id=1081
5. Комплекс градостроительной политики и строительства города Москвы. Семь лет Новой Москве: метро, дороги, реновация. https://stroi.mos.ru/articles/7-liet-novoi-moskvie-mietro-doroghi-rienovatsiia
6. Энергосбережение и автоматизация. Энерготехнологические комплексы для автономного энергоснабжения на основе технологий переработки отходов. http://office.abok.ru/work/energo_5_2019/energo_05/52/

¹Согласно Постановлению Правительство Москвы от 18 июня 2019 года № 734-ПП «О реализации мероприятий по раздельному сбору (накоплению) твердых коммунальных отходов в городе Москве».