Северянин В.С., Горбачева М.Г., Черноголов В.П.

Основные идеи

Общепринятая схема утилизации мусора: предварительный сбор у мест появления (мусорные баки, мусорные отсеки и т.п.) с желательной классификацией и далее два варианта – вывоз специализированным автотранспортом на свалки или к мусороперерабатывающему заводу. Очевидны экономические и экологические проблемы: потребность в большом количестве топлива на транспортировку и эмиссия вредных веществ из большого количества сконцентрированных в одном месте отходов – то ли это сжигание, то ли захоронение различными методами. Известные другие концепции (пневмотранспорт, химическая обработка, компостирование, плазменное воздействие, размещение в недрах земли или наоборот – выброс в космическое пространство, возведение островов в акваториях и т.д.) очень затратно по конструкции и эксплуатации и пока не применимо в приемлемых масштабах.

Вместе с тем следует указать, что любое энергетическое, материальное действие не может быть произведено без отходов, это – действие второго закона термодинамики, безотходных технологий не бывает (частные переделы могут дать стопроцентный переход, но вся цепочка превращений выделяет отходы). В данном случае рассматриваем городской мусор как антропогенный фактор.

Главная идея нового предложения заключается в обработке незначительных количеств отходов по пути движения на складирование безвредных выбросов, т.е. не накапливать большие количества вредностей, а выводя их из мест появления за это время перерабатывать их. Топливо расходуется одновременно на транспорт и сжигание.

Для работы такой схемы, естественно, необходима сепарация мусора на горючие и негорючие компоненты. Первичная сепарация – непосредственно населением или соответствующей службой предприятий (в основном расклад компонентов на необходимые емкости). Целесообразна так же сепарация самих горючих на сырьевые (пластмасса) и сбросные части (пищевые отходы, загрязненная бумага и ткани и т.п.). Подлежащие огневому уничтожению массы собираются отдельно. Вторичная (более детальная) сепарация может вестись перед движением работниками новой концепции. Работа с вторсырьем (результат сепарации) не входит в обязанности этих работников, для этого – другие службы (например, существующих перерабатывающих предприятий).

Следующая проблема – утилизация теплоты от сжигания отходов (и топлива для поддержания топочного процесса). Мало затратный, но научно-технически, экологически, экономически примитивный ход- выброс в атмосферу. Здесь рождается совершенно новая идея, пока трудно воспринимаемая специалистами: передавать полученную теплоту не трубчатыми теплопроводами (тепловые сети и магистрали от источника теплоты, котла на мусороперерабатывающем заводе до потребителя), а мобильными емкостями (цистернами, баками на колесах), в которых теплоноситель (вода, рассолы, расплавы) нагревается во время транспортировки греющего горящего объекта. При подъезде к потребителю (теплосеть, тепломагистраль, тепловой пункт, котельная, отдельные здания или сооружения и т.п.) емкость подключается непосредственно или через теплообменный аппарат к системе теплоснабжения потребителя. Происходит обмен теплоносителями или теплотой без материального массообмена. Техническая эффективность этого процесса (конструкционные и энергетические затраты) будут зависеть в основном от разности температур привезенного воспринимающего теплоносителя и эксплуатационных условий. Это решается теплоизолирующими мероприятиями и механикой. Периодичность действия (так как подвод теплоты кратен объему емкости, за период включения температура может изменяться) смягчается теплоаккумулирующими свойствами элементов систем теплоснабжения и потребителя (нагреваемая/охлаждающаяся масса), т.е. цикличность работы сглаживается. Тепловая инерция при хорошей теплоизоляции, т.е. уменьшении непродуктивных теплопотерь в окружающую среду, позволит иметь большое (до суток и более) время транспортировки или ожидания теплосъема.

При большом скоплении мусора, отходов на свалках, полигонах необходимы очень затратные мероприятия по предотвращению загрязнения, отравления окружающей среды (уплотнение, переслойка, покрытие грунтом, герметизация дна и стенок и т.д.) и последующей регенерации пространства. Техническая переработка (компостирование, получение биогаза) требует соответствующих промышленных производств. Уничтожение мусора партиями, по мере их возникновения, снимает эти проблемы. Таким образом, удельные (на единицу массы отходов) расходы в этом случае должны уменьшаться. Кроме того, рассредоточенное и кратковременное выделение вредностей облегчает удовлетворение ПДК в обширном пространстве.

Возможные технические решения

Смысл предложения – создание своеобразного передвижного мусоросжигательного завода. Он должен состоять из систем анализа, сбора, классификации мусора, 1 (рис. 1), сжигающих установок 2 с устройствами подачи мусора и рабочего топлива, агрегатов удаления продуктов сгорания с минимальными вредными выбросами и утилизацией полученной теплоты 3, а так же транспортирующих механизмов и машин. Кроме этого, потребуется усиление дорог 4, организация сбора 5 твердых продуктов сгорания (которых будет не много, они безвредны), а так же площадка 6 техобслуживания, «стоянка дожигания», «ожидания слива теплоты», административный узел. К тепловому потребителю 7 подвижной теплоутилизатор 3 подается своим ходом от площадки 6 или по ходу движения 4.

Естественно, основной элемент системы – сжигающая установка, главный элемент передвижного мусоросжигательного комплекса (рис. 2,А). Это топка особой конструкции, установленная на автомобиле соответствующей грузоподъемности. Аналог – машина – бетоновоз с вращающимся полым барабаном. Здесь топка оборудована загрузочным бункером, теплообменником, механизмом загрузки мусора в топку (аналог – автомобильные мусоровозы).

Секция В комплекса содержит топливную систему, насосы циркуляции воды, вентиляторы и другие обслуживающие устройства.

Секция С – теплообменник – аккумулятор теплоты, полученной при сгорании мусора и вспомогательного топлива. Представляет собой теплоизолированную автоцистерну емкостью 30 … 60 м3. Она связана с топочным теплообменником циркуляционными трубопроводами с циркнасосом. Секции А, В, С разъемные, могут заменяться другими по мере необходимости (технологические перестроения, ремонты и т. п.). Конкретная конструкция, изготовление, обслуживание разрабатываются по согласованию с заказчиком.

Работает комплекс следующим образом. Секции В и С ставятся в режим ожидания на окраинной стороне города, на автомагистрали или специальной площадке. Секция А объезжает пункты сбора мусора по дворам и кварталам. Затем она подъезжает к ожидающей ее секции В вне города, происходит поджигание огневых устройств в секции А, выход на рабочий режим. Секция С может находиться с секцией В в комплекте или на других участках общей системы. После подсоединения секции С к теплообменнику в секции А происходит нагрев теплоносителя во время следования комплекса. Секция С по пути в качестве подвижного теплоутилизатора подсоединяется к определенному тепловому потребителю. Секции С могут компоноваться с другими, заменяться аналогичными у секции А. Отходы процесса горения сбрасываются как безвредные в специальных отведенных местах. При этом отрабатывается особый перемежающийся режим передвижения секции С, учитывающий транспортировку холодного теплоносителя.

Некоторые энергетические соотношения

Теплосодержание емкости секции С может достигать , где 60т — емкость по воде цистерны, 80°C — нагрев воды за счет выделившейся в секции А теплоты и переданной теплообменником воде, — удельная теплоемкость. Если эту теплоту израсходовать у теплового потребителя за 2 часа (зависит от гидравлических и теплотехнических условий), то можем получить тепловую мощность . Таким образом, одна цистерна примерно эквивалентна водогрейному котлу средней мощности (при вышеприведенных условиях). При этом за счет сочетания транспортировки и сжигания будет сэкономлено по сравнению с раздельной транспортировкой мусора: моторного топлива за одну поездку. ( — теплота сгорания соляра).

Заключение

В статье представлены общие соображения по совершенствованию утилизации материальных и энергетических отбросов антропогенной деятельности. Естественно, необходимы уточнения, детальные конструкторские проработки при условии заинтересованности соответствующих сфер.

Рис.1 Общая схема концепции

Рис.2 Передвижной мусоросжигательный комплекс