Производство на гориво от отпадъци (RDF)

Обикновено производството на горима фракция (гориво) от смесено събрани твърди битови отпадъци (ТБО) и термичното й оползотворяване включва две подсистеми – за предварителна преработка и за крайно обезвреждане. Тази възстановена от смесения поток ТБО фракция е известна като гориво от отпадъци (refuse-derived fuel, RDF). По състав RDF е смес от материали, отличаващи се с по-висока горимост (например хартия, пластмаса) в сравнение с компонентите в общия поток отпадъци.

Основната функция на подсистемата за предварително третиране е приемането на твърдите отпадъци директно от сметосъбиращото средство и сепарирането им в две фракции – горима и негорима. По този начин се осигурява суровината за подсистемата за оползотворяване на RDF. За възстановяването на горимата фракция от смесени ТБО се прилагат дейности по намаляване размера на частиците на отпадъците, пресяване и магнитна сепарация. В някои инсталации пресяването предшества шредирането, а в други – обратното. При определянето на оптималната последователност на тези два процеса следва да се вземат предвид редица фактори – един от тях е например съставът на отпадъците. В етапа на предварително третиране могат да бъдат включени и ръчно сортиране, въздушна класификация и пелетизиране (уплътняване), когато има изискване за възстановяване и на други материали (например алуминий) и за постигане на желаните характеристики на твърдото гориво.

RDF успешно се използва като горивна добавка в работещи на въглища котли в топлоелектроцентрали или като самостоятелно гориво за специално проектирани за целта съоръжения. Установено е, че при съвместно изгаряне с въглища RDF с калорична стойност между 12 000 и 16 000 J/g може да осигури до около 30% от необходимата входна енергия.

Технологии
Методите за получаване на висококачествена горима фракция от ТБО са два – механо-биологично третиране и процес на суха стабилизация. При първата технология металите и инертните материали се отделят, а органичните фракции се пресяват за последваща стабилизация чрез компостиране със или без фаза на разграждане. Остатъчната фракция, състояща се предимно от сухи хартиени, пластмасови и текстилни материали, е с висока калоричност.

RDF може да се получи и посредством процес на суха стабилизация, при който остатъчните отпадъци (без инертните и металните компоненти) се изсушават и стабилизират чрез компостиране. Получената маса се отличава с висока калорична стойност, което я прави подходяща за приложение като гориво.

Свойства
Предварителната преработка осигурява възможността за възстановяване на висококачествената горима фракция от твърдите отпадъци. Допълнителна и също толкова важна полза от предварителното третиране е, че позволява контролирането на флуктуациите в характеристиките на RDF. По този начин се получава горима фракция, чиито параметри остават сравнително постоянни с времето в сравнение с измененията в качествата на първичния поток ТБО.

В зависимост от изискванията на потребителя или нуждите на пазара, може да бъде произведено RDF с различни свойства. Някои от най-важните характеристики на твърдото гориво от отпадъци са калоричната стойност, влаго- и пепелното съдържание. Висококачественото RDF се отличава с по-висока калоричност и по-ниски стойности за съдържанието на вода и пепел. В развиващите се страни, където отпадъчните материали са с високо влагосъдържание, може да се очаква, че полученото RDF ще е с по-лошо качество, освен ако не се прилагат допълнителни сложни методи за преработка. В такива случаи калоричната стойност на горивото може да е в диапазона 11 000-12 000 J/g, тъй като по-голямата част от влагата се абсорбира именно от горимите материали в отпадъчния поток.

Приложения
Когато се използва като самостоятелно или допълнително гориво, RDF се изгаря в пещи с подвижна решетка или котли с решетка. Опитът показва, че при използване в котли без решетка ефективността е много по-ниска поради трудности в подаването на RDF, високия процент излишък от въздух и недостатъчното време на задържане за пълното изгаряне на горивото. Непълното изгаряне на горивото от отпадъци, съчетано с големите количества пепел, които се отделят на единица отделена енергия, може да доведе до претоварване на системите за отстраняване на пепелта в котлите без решетка. В допълнение, непълното изгаряне може да окаже влияние и върху цялостната топлинна ефективност на системата за възстановяване на енергия.

RDF може да се използва като суровина и за други видове инсталации за термично оползотворяване, например пиролизни реактори или съоръжения с флуидизиран слой. Относителното постоянство на свойствата и по-високото качество на RDF в сравнение със смесените ТБО го правят предпочитаната алтернатива за някои конкретни приложения.

Особености в състава
Въпреки че RDF е с относително високи концентрации на хартия и пластмаси, които се характеризират с калорични стойности съответно около 17 500 и 37 250 J/g, горивото от отпадъци може да съдържа и материали с високо пепелно съдържание, такива, които могат да увредят горелките и котлите или да влошат характеристиките на отпадъчните горивни газове. Например при изгаряне на RDF с високо съдържание на хлориди част или цялото количество хлор може да послужи за формирането на хлороводород с водорода, отделящ се от водата в отпадъците. Както е известно, при определени условия хлороводородът може да има корозивен ефект върху вътрешните повърхности на горелката и тръбните участъци на котела.

Наличието на фини частици метал и стъкло (с диаметър под 0,125 cm) в RDF може да доведе до проблеми с горивната система. Отстраняването на тези частици е трудна задача, поради техните специфични физични и аеродинамични свойства. Дори при съдържание под 1%, върху топлопреносните повърхности на котела се образуват отлагания от силициев диоксид и метални оксиди. В резултат на това замърсяване се стига до загуба на топлопроводимост на повърхностите. В извънредни случаи това може да доведе до непланирано спиране на котела и необходимост от извършване на ремонтни дейности. През последните няколко години обаче напредъкът в разработката на конструкционни материали и покрития за тръбните участъци на котлите, работещи на гориво от отпадъци, позволява значително редуциране на корозията.

По отношение на отделящата се пепел за получаването на определено количество енергия – изгарянето на RDF може да доведе до образуването на 4 до 6 пъти повече пепел в сравнение с изгарянето на въглища. Вследствие на това, дори и за системи със съвместно изгаряне на RDF и въглища трябва да се предвиди начин за справянето с допълнителните количества пепел.

Калоричност
От ключово значение за получаването на RDF с много високо качество е прилагането на пресяване. Ефективността на процеса преди или след шредиране е доказана. При употребата на сито с подходящ размер на отворите могат да бъдат отстранени повечето фини частици. Горимата фракция, която в повечето случаи е в порядъка на 40-60%, се задържа в ситото. Тъй като фините частици са инертни материали с ниска или нулева калорична стойност, тяхното отстраняване има двоен ефект. Първо, това повишава общата калоричност на RDF в резултат на концентрирането на горими хартиени и пластмасови материали, и второ, пепелното съдържание се редуцира значително. Редица проучвания показват, че с барабанно сито могат да бъдат отстранени около 90% от материалите с ниска калорична стойност.

Влагосъдържание
Друга основна полза, свързана с предварителната преработка на отпадъците за получаването на качествено гориво, е понижаването на влагосъдържанието на RDF фракцията. Това е от особено значение в развиващите се страни, където потокът отпадъци се отличава с голяма концентрация на биоразградими материали с високо влагосъдържание. Понижаването на влагосъдържанието е резултат от отстраняването на фините частици хранителни или градински отпадъци. Това се осъществява най-лесно чрез пресяване на отпадъците, най-често в барабанни сита, които позволяват на по-фините частици да преминат през отворите им.

В зависимост от местните условия и дизайна на системата за предварително третиране, полученото RDF може да има влагосъдържание с 25 до 50% по-ниско, отколкото това на първоначалния поток смесени ТБО. Едновременно с това, пропорционално на намаляването на влагосъдържанието на горивото се увеличава калоричната му стойност.