التكنولوجيا
هناك ثلاثة أنواع رئيسية من تقنيات التحويل الحراري لتحويل النفايات إلى طاقة؛ التحويل إلى غاز (بما في ذلك تغويز قوس البلازما) ، والاحتراق (الترميد) ، والانحلال الحراري (بما في ذلك الانحلال الحراري بدرجة حرارة عالية).
الاحتراق
يتم حرق النفايات عن طريق تسخين النفايات التي تحتوي على كمية زائدة من الأكسجين. يشير “الحرق الجماعي” إلى عملية تقبل النفايات الصلبة البلدية الخام أو بعد إعادة التدوير (MSW) دون أي معالجة مسبقة إضافية (على سبيل المثال ، عدم التمزيق أو إنتاج الوقود المشتق من النفايات (RDF)). يمكن شرح العملية على أفضل وجه من خلال فحص احتراق النفايات في الأفران الشبكية ، حيث يشكل الوقود طبقة فوق الشبكة ويتم حقن هواء الاحتراق من خلال الشبكة. تتسبب درجات الحرارة المحلية المختلفة وتركيزات الأكسجين في تعاقب التفاعلات من التجفيف من خلال الانحلال الحراري والتغويز إلى الاحتراق النهائي.
الاحتراق هو سلسلة من التفاعلات الفيزيائية والكيميائية المتقاربة ؛ تجف النفايات في البداية ، ثم تحدث التفاعلات عندما يتم تسخين المركبات المتطايرة وإزالة التطاير من المرحلة الصلبة إلى المرحلة الغازية ثم يتم حرقها. أثناء حدوث هذه العملية ، يتم ترك رماد يتكون أساسًا من مكونات غير عضوية. يحدث الاحتراق عادة مع وجود فائض من الهواء (الذي يتم توفيره من أسفل الشبكة في الهواء تحت النار وعبر الحقن الثانوي والثالث مثل هواء النار) ، من أجل ضمان زيادة نسبة الوقود المتفاعل مع الأكسجين.
احتراق النفايات الصلبة البلدية هو تقنية راسخة للغاية مع العديد من المئات من المحطات العاملة في جميع أنحاء العالم. يتم استعادة الطاقة دائمًا في شكل غلاية بخارية تستعيد الحرارة من غازات المداخن الساخنة لتوليد بخار شديد السخونة. تُستخدم التوربينات البخارية لتوليد الكهرباء ، باستثناء الحالات التي يمكن فيها استخدام البخار مباشرة في عملية صناعية مشتركة لتدفئة المنطقة أو تحلية المياه. تتراوح الكفاءة الكهربائية الصافية لمحطة الأحتراق عمومًا من 15 إلى 25٪ اعتمادًا على حجم المحطة وظروف البخار. الكفاءة منخفضة نسبيًا مقارنة بمحطة الوقود الحفري بسبب القيمة الحرارية المنخفضة للوقود والقيود المفروضة على درجات حرارة البخار لتجنب التآكل المفرط الناتج عن الغازات الحمضية والمركبات الأخرى الناتجة عن احتراق النفايات الصلبة المحلية. ومع ذلك ، يمكن تحقيق كفاءات تصل إلى 30٪ (الكهرباء فقط) باستخدام تقنيات أكثر تقدمًا لاستعادة الطاقة ، وهناك أيضًا مثالان لمحطات احتراق التي تم دمج 26 مع محطات التوربينات الغازية ذات الدورة المركبة لتعزيز الكفاءة الكهربائية إلى حد كبير. ومع ذلك ، غالبًا ما تقلل التحديات التقنية والاقتصاد من الكفاءة في الممارسة العملية ، وعادة ما تكون هذه التقنيات المتقدمة ممكنة فقط في حالة توفر الدعم المالي (مثل علاوة على سعر الكهرباء من تحويل النفايات إلى طاقة أو الإعانات الحكومية الأخرى). من أجل تجاوز كفاءة إجمالية تبلغ 30٪ بدون إدخال مصدر حرارة خارجي ، تحتاج المحطات عمومًا إلى تصدير الحرارة بالإضافة إلى الكهرباء أو بدلاً منها.
الكفاءات الحرارية التي تزيد عن 30٪ ممكنة في تكوينات الحرارة والطاقة المشتركة ، حيث يتم استعادة نسبة من الحرارة التي يتم رفضها في الغلاف الجوي في المحطات التي تنتج الكهرباء فقط لاستخدامها في العملية . يتم تحقيق أعلى مستويات استعادة الطاقة في التكوينات الحرارية فقط حيث يمكن أن تتجاوز الكفاءة الحرارية 80٪. يحول الاحتراق الجماعي فقط المحتوى العضوي للنفايات الصلبة المحلية إلى طاقة ويترك وراءه المحتوى الخامل الذي يسمى الرماد المكون من مادة غير عضوية ممزوجة بمخلفات ما بعد الاحتراق من المعادن الحديدية / غير الحديدية. تختلف كمية الرماد باختلاف التركيبة السكانية للمجتمعات التي تخدمها المنشأة ومدى إعادة التدوير التي يتم إجراؤها . ومع ذلك ، فإن منشآت المعالجة الحرارية النموذجية تنتج رمادًا في حدود 20٪ إلى 30٪ بالوزن من إجمالي نفايات التغذية. ومع ذلك ، نظرًا لأن الرماد كثيف نسبيًا ، على أساس الحجم ، يتم تقليل حجم النفايات بحوالي 90٪. اعتمادًا على الإطار التنظيمي وعملية المعالجة ، يمكن معالجة الرماد من شبكة الاحتراق (رماد القاع) وإعادة استخدامه كمواد بناء بعد مزيد من المعالجة ، مثل التجوية (الكربنة) أو الذوبان عن طريق البلازما أو عمليات الخبث. يحتوي الرماد المتجمع من غازات المداخن (بما في ذلك جسيمات الرماد الناتجة عن الغلاية وبقايا التحكم في تلوث الهواء من المرشحات الكيسية) على مركبات خطيرة ويتطلب عمومًا معالجة مسبقة وتثبيتًا وتخلصًا دقيقًا في مدافن النفايات المصممة بالكامل.
تنتقل غازات المداخن الساخنة المنتجة في فرن الاحتراق إلى غلاية أنبوب الماء حيث يتم استرداد الطاقة عن طريق نقل الحرارة لتكوين بخار شديد السخونة داخل الأنابيب. تمر الغازات بعد ذلك عبر نظام التحكم في تلوث الهواء (APC) لتنظيفها حيث تتم إزالة الملوثات مثل الغازات الحمضية وأكاسيد النيتروجين (Nox) والمعادن الثقيلة والديوكسينات / الفيورانات قبل انبعاث غاز المداخن المبرد إلى الغلاف الجوي عبر مدخنة . يستخدم البخار المحمص داخل التوربينات البخارية لتوليد الطاقة الكهربائية. يتم إنشاء نوعين من المخلفات الصلبة عن طريق عملية الاحتراق ؛ رماد قاع المحرقة (IBA) ومخلفات التحكم في تلوث الهواء (APC) تتضمن الرماد المتطاير من معدات التخفيف.