🔥 Мусоросжигательные заводы (Waste-to-Energy)

Модуль #246. Мусоросжигательные заводы Waste-to-Energy РК: Шымкентский проект Veolia 500 т/сут (планируется 2026-2028), Алматинский проект Hitachi Zosen Inova 600 т/сут (стадия ТЭО). Технологии: решёточные колосниковые печи Martin GmbH / Hitachi (стандарт EU), кипящий слой Sumitomo SHI FW, паровой котёл-утилизатор 25-40 бар × 400°C + турбина 10-15 МВт. Газоочистка: ESP (электрофильтр) + DeNOx SCR + сухой сорбент Ca(OH)₂ + активир. уголь (для диоксинов/фуранов/ртути). EU IED 2010/75/EU Annex VI, СН РК 2.04-29, NFPA 850.

1. Технологическая цепочка WTE

EU IED 2010/75/EU Annex VI + WTERT Best Practices:

Приёмное отделение (Bunker) — глубина 8-12 м, ёмкость на 4-7 дней работы (для 500 т/сут — 3000 м³).
Краны грейферные 2-3 шт. — 8 т подачи на колосниковую решётку.
Колосниковая печь (Reverse-acting grate Martin или Volund) — площадь решётки 30-50 м² для 500 т/сут, T_горения = +850-1100°C, время удержания газов ≥2 сек при T >850°C (требование EU для разрушения диоксинов).
Котёл-утилизатор (Boiler) — паропроиз. 70-80 т/час при 40 бар × 400°C, КПД котла 80%.
Турбина паровая Siemens SST-400 / 12 МВт + конденсатор + градирня (для электр.).
Газоочистка многоступенчатая: 1) ESP электрофильтр (пыль до 30 мг/м³); 2) SCR DeNOx с впрыском NH₃/мочевины (NOx ≤200 мг/м³); 3) Сухой сорбент Ca(OH)₂ (нейтрализация HCl, SO₂); 4) Активир. уголь (диоксины 0.1 нг/м³, ртуть ≤0.05 мг/м³); 5) Рукавный фильтр (Bag House) — финальная пыль ≤10 мг/м³.
Дымовая труба H=60-80 м из жаропрочной стали с термостойкой футеровкой.
Бункер шлака (Bottom Ash) — выход 20-25% от веса исходн. мусора, утилизация в стройматериалы или захоронение.
Бункер летучей золы (Fly Ash) — выход 3-5%, обязательная стабилизация (цементирование) перед захоронением как опасные.
Centre Control Room + Lab + Office Block + системы безопасности.

Упражнение 1 — Тип печи для ТБО

Завод 500 т/сут ТБО влажность 35%, теплотворная способность 9-11 МДж/кг, высокая доля пластика и органики. Какая печь оптимальна по EU BREF WI?

Барабанная вращающаяся печь (rotary kiln) — для опасных отходовПиролизная установка — для пластика и резиныReverse-acting grate (обратная решёточная колосниковая) Martin GmbH или Volund: 1) Площадь решётки 36 м² для 500 т/сут (производительность 14 т/(м²·сутки)); 2) 4 секции решётки с обратным движением (сушка → пиролиз → сжигание → дожигание шлака), скорость 1-2 м/час каждая независимо; 3) Подача первичного воздуха через решётку снизу (60% от общего) + вторичного воздуха в свод печи (40%) для дожигания пиролизных газов; 4) Температура +850-1100°C, время удержания газов ≥2 сек при >850°C (требование EU IED для разрушения диоксинов/фуранов до концентрации <0.1 нг/м³); 5) Подача СНГ или природного газа на стартап и поддержание T при низкокалорийном мусоре; 6) Боковые стены футерованы шамотным кирпичом + охлаждаемые трубные панели (тепло уходит в котёл); 7) Шлак сваливается через шлакоотвод в водяной затвор → ленточный конвейер → бункер шлака; 8) Контроль слойности: горящий слой 0.5-1.0 м толщиной (визуальный + температурные термисторы); 9) AСУ ТП Honeywell Experion с регулированием подачи воздуха и скорости решётки по O₂ в дымовых газах (target 6-9% O₂); 10) Капремонт каждые 1.5-2 года (замена изношенных колосниковых элементов); EU BREF WI 2019 + EU IED 2010/75/EU + WTERTКипящий слой с песком (Fluidized Bed) — лучше для ТКО

Упражнение 2 — Электрическая выработка

500 т/сут ТБО × 10 МДж/кг теплотворная способность = 5×10⁹ Дж/сут = 58 МВт_тепло. КПД котла 80%, КПД турбины (т/эл) 25% (для пара 40 бар × 400°C), собств. нужды 20%. Какая нетто электрическая мощность (кВт)?

P_тепло_input = 500_000 × 10 / 86400 = ~58 000 кВт
P_тепло_котёл = P_input × 0.8
P_эл_брутто = P_тепло × 0.25
P_нетто = P_брутто × 0.8 (собств. нужды)

Подсказка: 58 000 × 0.8 × 0.25 × 0.8 = 9 280 кВт. Для увеличения КПД до 30% (выше параметры пара 50 бар × 450°C) и снижения соб. нужд до 15% → ~12 500 кВт. Это соответствует турбине Siemens SST-400 12 МВт.

Упражнение 3 — Бюджет 500 т/сут

ССЦ + импорт Veolia/Hitachi-Zosen: приёмное отделение (бункер 3000 м³ + 3 крана) — 8 млрд тг, колосниковая печь Martin/Volund 36 м² + футеровка + системы воздуха — 18 млрд тг, котёл-утилизатор 75 т/час 40 бар × 400°C — 16 млрд тг, турбина Siemens SST-400 12 МВт + конденсатор + градирня — 14 млрд тг, газоочистка многоступенчатая ESP + SCR + dry sorbent + AC + Bag House — 24 млрд тг, дымовая труба H=80 м с термостойкой футеровкой — 2.4 млрд тг, обработка шлака (бункер + цех стабилизации цементом) — 1.8 млрд тг, обработка летучей золы (цех цементирования в Big Bag для безопасн. захоронения) — 1.4 млрд тг, здание главного корпуса 12 000 м² 4 этажа (печь+котёл+газоочистка) — 8 млрд тг, АСУ ТП Honeywell Experion + лаборатория CEM Continuous Emission Monitoring — 1.6 млрд тг, трансформаторная подстанция + ЛЭП в KEGOC + резерв ДГУ + UPS — 1.4 млрд тг, подъездная дорога Кат. III + ж/д ветка + автомусоровозы — 0.8 млрд тг, благоустройство + санзона 300 м + офисы 2000 м² + проектирование — 1.2 млрд тг, FIDIC EPC контракт + ОВОС + лицензии EU BAT — 2.4 млрд тг, НР+СП и резерв — 1.4 млрд тг. Стоимость?

Цель: ~95 млрд тг (допуск ±10%). 8+18+16+14+24+2.4+1.8+1.4+8+1.6+1.4+0.8+1.2+2.4+1.4 = 95 млрд тг. Удельная стоимость WTE-завода — $400-600/т·год мощности (для 180 000 т/год = $90 млн ≈ 40 млрд тг + газоочистка + турбина = ~95 млрд тг). Veolia Шымкент — оценочно €280 млн ≈ 140 млрд тг (полная инфраструктура).

Упражнение 4 — Газоочистка диоксинов

Диоксины и фураны (PCDD/F) — самые токсичные соединения, образуются при горении хлорсодерж. отходов (PVC). EU IED 2010/75/EU требует ≤0.1 нг TEQ/м³. Что обязательно по WTERT Best Practices?

Только высокая температура +850°C в течение 2 сек — этого достаточноТолько активир. уголь на финальной ступениESP электрофильтр + Bag House — только для пылиКомплексная многоступенчатая очистка (Multi-stage APC Air Pollution Control) по EU BREF WI: 1) Primary destruction в печи — T ≥850°C × ≥2 сек удержания (разрушение исходных диоксинов на 99%, образованных в зоне горения); 2) Quench rapid cooling в котле — быстрое охлаждение дымовых газов от 850°C до <200°C за <1 сек (предотвращает повторный синтез de novo в диапазоне 250-450°C); 3) Сухой сорбент Ca(OH)₂ инжекция в дымовой канал (нейтрализация HCl, SO₂) + Активированный уголь Powdered Activated Carbon (PAC) инжекция 100-300 мг/Нм³ (адсорбция диоксинов, фуранов, ртути); 4) Bag House рукавный фильтр (PTFE Teflon мембрана с 99.99% эффект.) — улавливает пыль с адсорбированными загрязнениями; 5) Полный мониторинг CEMS Continuous Emission Monitoring System: 24/7 NOx, SO₂, CO, HCl, HF, общая пыль, O₂, температура, расход; диоксины — периодич. отбор проб long-term sampling 30 дней с лаборант. анализом GC-HRMS Thermo Q-Exactive; 6) Резервная вторая ступень активир. угля Catalytic V₂O₅/TiO₂ (катализатор разложения диоксинов на CO₂+H₂O+HCl) при недостатке адсорб. ёмкости PAC; 7) Утилизация отработанного PAC и пыли Bag House как опасные отходы с цементированием; 8) Регулярный аудит экологической инспекцией каждые 12 мес; 9) Опубликованные показатели выбросов на сайте предприятия (Right to Know); 10) EU IED 2010/75/EU Annex VI + EU BREF WI 2019 + WTERT BAT + EPA MACT Standards

Нормативы: EU IED 2010/75/EU Annex VI, EU BREF WI 2019, EPA MACT Standards 40 CFR Part 60, СН РК 2.04-29, NFPA 850, ISO 14001, WTERT Best Practices.

Реальные объекты РК и СНГ: Шымкент WTE-проект Veolia 500 т/сут (2026-2028), Алматинский проект Hitachi Zosen Inova 600 т/сут (ТЭО), Москва-Восток-Запад заводы (Hitachi/Volund), Sumitomo MES Spittelau Вена.