Affaldsforbrændingsanlæg - en virksomhed, der bruger teknologien til bortskaffelse af industriel og fast husholdnings-/kommunalt affald gennem termisk nedbrydning ( forbrænding ) i kedler eller ovne. En sidefunktion ved affaldsforbrændingsanlæg er produktion af varme og elektricitet ved at bruge forbrændingsvarmen [1] [2] .
Affaldsforbrændingsanlæg er udbredt i Vest- og Nordeuropa , USA og Japan . Der er 10 sådanne virksomheder i Rusland, men der er planlagt en betydelig stigning i deres antal [ 1] [3] [4] .
Problemet med bortskaffelse af affald begyndte at vokse under industrialiseringen , da materialer, der ikke er genstand for naturlig nedbrydning, spredte sig i hverdagen - for eksempel polymere materialer og gummi . Affaldsforbrænding i industriel skala opstod i anden halvdel af det 19. århundrede i Storbritannien , hvor affaldsforbrændingsanlæg blev bygget på fabrikker. Verdens første affaldsforbrændingsanlæg dukkede op i 1874 i Nottingham . Samme sted blev der lidt senere gjort det første forsøg med energianvendelse af affaldsforbrænding, da der blev bygget et dampanlæg , hvortil affald blev brugt som brændsel. Men på det tidspunkt blev affaldet brændt i løs vægt uden nogen sortering i homogene fraktioner. Sammen med de engelske bosættere dukkede også en ny industri op i USA: Det første amerikanske affaldsforbrændingsanlæg blev bygget i New York i 1880. I samme år blev der i en række amerikanske byer bygget affaldsforbrændingsanlæg i etageejendomme, som også blev brugt til opvarmning. Der kom dog røggasser fra utætte rør ind i boligerne, så brugen af sådanne installationer blev hurtigt opgivet. Derudover var forbrændingsovne ikke almindelige i USA indtil 1960'erne, og de blev erstattet af for det meste autonome installationer [1] [5] .
Sideløbende blev der bygget affaldsforbrændingsanlæg i Frankrig . Den første blev bygget i 1893 nær Paris . Og i 1896 åbnede verdens første forbrændingsanlæg med makuleringsmaskine i Saint-Ouen . I løbet af de næste ti år blev yderligere tre af det samme anlæg bygget i forstæderne til Paris [5] .
I 1930 udviklede ingeniører fra det schweiziske firma Von Roll en rist -type ovn til lagdelt affaldsforbrænding, hvilket reducerede omkostningerne ved processen betydeligt, da der ikke var behov for at bruge brændselsolie eller kul som brændsel for at fordele jævnt. temperaturen. Det samme firma byggede i 1933 verdens første termiske kraftværk i Dordrecht , Holland , drevet af energien fra forbrændt affald.
I 1950'erne begyndte metoden med affaldspyrolyse at sprede sig ved affaldsforbrændingsanlæg [5] .
I 1972 blev de første affaldsforbrændingsanlæg bygget i USSR , men de brugte ikke det gasrensningssystem, som på det tidspunkt blev vedtaget i Europa og Nordamerika, hvilket gjorde dem mindre miljøvenlige [5] .
Der anvendes flere forbrændingsteknologier i affaldsforbrændingsanlæg, som hovedsageligt adskiller sig i typen af ovne. Den mest almindelige teknologi er lagdelt forbrænding. Teknologierne til pyrolyse og forgasning af kommunalt fast affald anvendes også [2] [6] .
Ved stratificeret forbrænding anvendes forbrændingskamre med riste (risten kan enten være bevægelig eller fast - oftere anvendes en bevægelig). Et lag af affald er placeret på risten, som forsynes med varme luftstrømme. Afbrændingen udføres ved temperaturer på 850-1500⁰C (de kan variere afhængigt af affaldets kemiske sammensætning). Også afhængigt af typen af rist og sammensætningen af affaldet kan lufttilførslen inde i kammeret gå i forskellige retninger: parallelt med affaldsstrømmen, mod den eller på bestemte punkter i kammeret (normalt i dets centrum). Aske og slagger bortskaffes fra forbrændingskammeret gennem et vandkølet reservoir. Et kammer med en bevægelig rist kan behandle omkring 35 tons affald i timen og arbejde omkring 8 tusinde timer om året [6] [7] [8] [9] .
Også forbrændingsanlæg anvender fluid bed- teknologi . Når det bruges, bliver affaldet forsepareret i homogene fraktioner og derefter brændt i kamrene ved at tilføre varm luft gennem et lag sand , dolomitspåner eller andet løst absorbent, der har en høj varmeledningsevne forudindlæst der . Fluid bed-teknologi kan reducere emissioner af giftige stoffer betydeligt under forbrænding. Denne teknologi har dog en ulempe på grund af dens uegnethed til forbrænding af en blandet masse af affald. Fluid bed-teknologi til affaldsforbrænding er udbredt i Japan [2] [6] [7] .
Affaldspyrolyseteknologi bruges til behandling af farligt affald. Denne gruppe omfatter nogle typer plastik , gummi (ofte bruges denne teknologi til genbrug af bildæk ) og en række industriaffald. Pyrolyse af kommunalt fast affald involverer deres nedbrydning under tryk i et iltfrit miljø i en roterovn, hvori affaldet tilføres i modstrøm til opvarmningsgasserne. Pyrolyse sker ved en temperatur på 400–600⁰C, og de gasser, der frigives ved forbrændingen, sendes til efterbrænderen, hvor de brænder ud allerede ved tilførsel af ilt. Som et resultat af denne proces dannes der væsker og gasser med en høj specifik forbrændingsvarme, som kan bruges som brændsel, samt en fast rest, der er egnet til anvendelse som råmateriale i en række kemiske industrier . Pyrolyse har været brugt til genanvendelse af affald siden 1950'erne [2] [6] [7] [10] [11] [12] .
Ud over selve pyrolysen bruger affaldsbehandlingen også forgasningsteknologi , det vil sige højtemperaturpyrolyse (ca. 1000⁰C), som et resultat af hvilken syntesegas (en blanding af brint og kulilte ) opnås fra nedbrudt affald, som derefter anvendes i energi- og kemisk industri [2] [6 ] [7] [10] .
Plasmateknologi til genanvendelse af MSW er deres nedbrydning i lysbueovne ved temperaturer op til 4000⁰C, opnået på grund af energien fra en elektrisk lysbue i nærværelse af vanddamp som plasmagas. Ved brug af denne teknologi er graden af affaldsnedbrydning over 99%, hvilket gør den til en af de mest effektive. Det er dog ikke meget brugt på grund af dets høje omkostninger og bruges hovedsageligt til bortskaffelse af meget giftigt affald (f.eks. medicinsk) [7] .
Graden af affaldsforbrændingsanlægs indvirkning på miljøet afhænger i høj grad af overholdelse af reglerne for afbrænding af MSW, som omfatter: sortering af affald før afbrænding, fjernelse af ikke-brændbare og henfaldsudsatte komponenter fra dem; opretholdelse af den nødvendige temperatur i ovnene under forbrændingsprocessen; obligatorisk kontrol af aske for udvaskning før bortskaffelse; ved brug af pyrolyseteknologi - obligatorisk sekundær efterbrænding af gasser. Samtidig er tilstedeværelsen af en vis procentdel af atmosfæriske emissioner fra affaldsforbrændingsanlæg fortsat uundgåelig [7] [1] [2] .
Røggasser indeholder kuldioxid , i mindre grad - oxider af nitrogen og svovl (hovedsageligt (IV) og (VI) ), hydrogenchlorid og hydrogenfluorid , tungmetalforbindelser ( cadmium , bly , kviksølv ). Særlig opmærksomhed henledes på emissioner af giftige furaner såvel som dioxiner , der dannes under forbrænding af klorholdige polymere materialer (for eksempel polyvinylchlorid ). Men kvantitativt producerer forbrændingsanlæg betydeligt færre dioxiner end ukontrollerede lossepladsbrande og private brande. Ud over at overholde reglerne for sortering og forbrænding af affald, er der en række andre tiltag, der skal reducere koncentrationen af emissioner fra affaldsforbrændingsanlæg. Den vigtigste er adsorptionen af dioxiner (ved hjælp af f.eks. aktivt kul ) med indfangning af faste partikler [7] [1] [2] .
Utilstrækkelig kvalitetsforsortering af MSW kan føre til dannelsen af en stor mængde aske og slagger (i en mængde i størrelsesordenen ~ 20-25% af den tørre masse af affald). En anden ulempe ved forbrændingsmetoden til bortskaffelse af fast affald er destruktion af en række værdifulde affaldskomponenter, der kunne bruges i industrien som sekundære råvarer [7] [1] [2] [13] .
Forbrænding af affald har dog en række alvorlige fordele som en metode til bortskaffelse. Affaldsforbrænding neutraliserer affald mere pålideligt, hvilket reducerer risikoen for jord- og grundvandsforurening , i modsætning til affaldsbortskaffelse på lossepladser. Derudover reduceres mængden af affald betydeligt: i volumen - med omkring 10 gange, i masse - med 3 gange. En anden vigtig fordel er muligheden for i industriel skala at anvende den termiske energi, der genereres ved affaldsforbrændingsprocessen [7] [1] [2] [13] .
En sekundær funktion af affaldsforbrændingsanlæg er at bruge den termiske energi fra produktionsprocessen, herunder til produktion af elektricitet. Brændværdien af kommunalt fast affald kan nå op på 8400 kJ / kg, hvilket svarer til ydeevnen af en række lavkvalitetsbrændstoffer (for eksempel brunkul og tørv ). Energiværdien af kommunalt fast affald kan nå op på 600-700 kW elektricitet eller 2-3 Gcal termisk energi pr. 1 ton affald. Som følge heraf betragtes MSW ofte som et ukonventionelt brændstof. Den lave virkningsgrad kompenseres af, at MSW stadig mangler at blive bortskaffet. Brugen af MSW som en ekstra energikilde begyndte at blive alvorligt overvejet i udviklede lande i 1970'erne, under den globale energikrise , som førte til den intensive udvikling af affaldsforbrændingsteknologier og en stigning i antallet af anlæg. Ifølge skøn foretaget i USA og Tyskland kan inddragelsen af alt MSW i affaldsforbrænding dække op til 2-3 % af disse landes energibehov. I Sverige producerer affaldsforbrændingsanlæg i øjeblikket cirka 16 % af landets varme og 1,4 % af landets elektricitet. Desuden udgør affaldsforbrændingsanlæg en betydelig andel i produktionen af termisk energi i Tyskland, Frankrig og Schweiz [7] [1] [14] [15] .
På grund af de relativt høje omkostninger ved at bygge affaldsforbrændingsanlæg giver deres anvendelse til produktion af varme og elektricitet kun mening, hvis anlægget er placeret i nærheden af en stor by med en befolkning på mindst 350 tusinde mennesker [7] .
Antallet af affaldsforbrændingsanlæg i verden nærmer sig i øjeblikket 2.000. Verdens førende inden for branchen er Danmark og Schweiz, hvor niveauet for forbrænding af kommunalt fast affald er omkring 80 %. I Japan er det omkring 70%. Gennemsnittet for EU er 25 %: mens tallene for forskellige lande varierer fra 1 % ( Bulgarien , Rumænien ) til 80 % (Danmark). I Sverige, Finland og Belgien - omkring 50-60%; i Tyskland, Østrig , Frankrig og Italien - omkring 20-40%; i Storbritannien og USA - 10%, i Rusland - 2,3% [1] [16] .
Der er mere end 400 MSW varmebehandlingsanlæg i Europa . Størstedelen af europæiske affaldsforbrændingsanlæg er placeret i Frankrig (ca. 300). Samtidig bruges 80 af dem også til energiformål, herunder 12 forbrændingsanlæg, der er involveret i energiforsyningen til Paris. I Schweiz var der i begyndelsen af 2010'erne 37 forbrændingsanlæg i drift, mens en del af affaldet i Schweiz importeres fra udlandet (hovedsageligt fra Tyskland). Omtrent to tredjedele af de schweiziske fabrikker er involveret i energiforsyningen til boligbyggerier. I Tyskland er der 68 affaldsforbrændingsanlæg og omkring 30 MSW-brændende kraftværker med en samlet kapacitet på omkring 5 millioner tons. Der er 34 affaldsforbrændingsanlæg i Sverige, som årligt behandler omkring 2,5 millioner tons affald. Den aske, der er tilbage efter afbrænding, bruges i den kemiske industri (hovedsageligt til udvinding af metaller) samt til konstruktion af veje . Derudover genererer Sveriges affaldsforbrændingsanlæg omkring 16 % af varmen og 1,4 % af elektriciteten i landet. Der er 9 affaldsforbrændingsanlæg i Finland med en samlet gennemstrømningskapacitet på omkring 1,5 millioner tons affald om året. Den største af dem er i Vantaa , som har en kapacitet på 320 tusinde tons om året og dækker halvdelen af byens behov for varme og omkring en tredjedel til elektricitet [16] [14] [17] .
I nogle europæiske byer anvendes ikke-standardiserede arkitektoniske løsninger til opførelse af affaldsforbrændingsanlæg. Et godt eksempel er Spittelau-forbrændingsanlægget i Wien , bygget i slutningen af 1980'erne og designet af den wienske arkitekt Friedensreich Hundertwasser . Denne plante er blevet en af seværdighederne i den østrigske hovedstad. I 2017 åbnede Amager Bakke affaldsforbrændingsanlæg i København , tegnet af BIG ; en skiløjpe åbnede på sit tag i 2019 [18] [19] .
Der er 89 forbrændingsanlæg i USA, som brænder mere end 30 millioner tons affald årligt og genererer mere end 17 TWh elektricitet [1] .
Der var ingen forbrændingsanlæg i Kina før 2000'erne. Allerede i begyndelsen af 2010'erne blev der dog forbrændt omkring 25 millioner tons affald om året. Japan er til gengæld en af verdens førende inden for affaldsforbrænding, hvor det begyndte at udvikle sig i midten af det 20. århundrede. I øjeblikket forbrændes ca. 70 % af MSW i Japan. Derudover er Japan den mest udbredte teknologi med fluidiseret leje i denne industri sammenlignet med andre lande [1] [6] [7] .
Rusland i affaldsforbrændingsindustrien, såvel som bortskaffelse af affald generelt, halter bagefter udviklede lande . For 2019 er der 10 affaldsforbrændingsanlæg, hvoraf 3 EVN AG- virksomheder er beliggende i Moskva . Samtidig blev projektet Energy from Waste i anden halvdel af 2010'erne lanceret i Rusland, som involverer en markant stigning i antallet af affaldsforbrændingsanlæg i landet og deres anvendelse i energisektoren. Som en del af et pilotprojekt planlægger RT-Invest i samarbejde med den japansk-schweiziske virksomhed Hitachi Zosen INOVA at bygge fire affaldsforbrændingsanlæg i Moskva-regionen og et i Tatarstan inden 2022 . Den anslåede kapacitet for hver af fabrikkerne i Moskva-regionen er omkring 700 tusinde tons affald om året, antallet af ansatte er omkring 120 personer på et anlæg; den anslåede kapacitet af anlægget i Tatarstan er omkring 550 tusinde tons. Anlæg nær Moskva bliver nødt til at levere elektricitet til i alt 1,5 millioner mennesker. Derefter er det planlagt at bygge lignende anlæg i andre regioner i Rusland [1] [3] [4] [20] [21] [22] [23] [24] .