WIELGOSINSKI - Spalarnia czy elektrocieplownia

dr hab. inż. Grzegorz WIELGOSIŃSKI, prof. PŁ
Politechnika Łódzka,
Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska
ul. Wólczańska 213, 90-924 Łódź
tel. 42 631 37 95, fax.: 42 636 81 33
e-mail: [email protected]
ZTPOK jako regionalne instalacje
- modernizacja elektrociepłowni czy budowa nowego zakładu?
Program budowy spalarni odpadów komunalnych stworzony w 2007 roku i objęty tzw.
listą indykatywną Ministerstwa Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego
„Infrastruktura i Środowisko” miał początkowo liczyć 11 pozycji. Zakładano wybudowanie w
jego ramach 12 spalarni odpadów komunalnych: w Szczecinie, Koszalinie, Poznaniu,
Gdańsku, Olsztynie, Białymstoku, Bydgoszczy, Łodzi, Warszawie, Krakowie oraz 2 instalacji
na Śląsku. Sumaryczna wydajność instalacji miała sięgać ok. 2,4 mln Mg rocznie. Nie
planowano budowy instalacji w województwach: dolnośląskim, opolskim i lubuskim oraz
lubelskim, podkarpackim i świętokrzyskim. Od momentu utworzenia listy zniknęły z niej
niektóre pozycje. Pierwszy wycofał się Olsztyn, a następnie Gdańsk. W województwie
śląskim zdecydowano się wybudować zamiast dwóch instalacji po 250 000 Mg/rok jedną o
łącznej wydajności ok. 500 000 Mg/rok. Kluczowym terminem wyznaczonym przez
Ministerstwo Rozwoju Regionalnego był 1 czerwca 2010 roku, kiedy to wszyscy potencjalni
beneficjenci powinni uzyskać dla planowanych inwestycji decyzje środowiskowe oraz
1 marca 2011 roku, kiedy wszystkie wnioski o dofinansowanie powinny trafić do komisji
Europejskiej w Brukseli. Z różnych przyczyn z listy indykatywnej zniknęły kolejne instalacje:
w Koszalinie, w Łodzi oraz instalacja śląska (Ruda Śląska). Władze Warszawy zdecydowały
się na budowę instalacji bez wsparcia z funduszy europejskich. Tak więc w chwili obecnej, z
pierwotnej listy instalacji, w dalszym ciągu „w grze” są jedynie: Szczecin, Poznań,
Bydgoszcz, Białystok oraz Kraków. W międzyczasie udało się skompletować stosowną
dokumentacje oraz uzyskać decyzję środowiskową dla dotychczas nie występującej na liście
lokalizacji - dla Konina. Sumaryczna wydajność tych 6 instalacji wynosi maksymalnie ok.
1,1 mln Mg na rok, a planowany termin oddania ich do eksploatacji to koniec 2015 roku. Jest
to stanowczo za mało by sprostać wymogom dyrektywy składowiskowej (1999/31/WE), w
myśl której, wstępując do Unii Europejskiej zobowiązaliśmy się do 50 % redukcji
składowanych na składowiskach odpadów biodegradowalnych w roku 2013.
Przyjęcie w ubiegłym roku nowelizacji ustawy o otrzymaniu porządku w gminach i
przekazanie od 1 stycznia 2012 roku władztwa nad odpadami gminom spowodowało
gwałtowne zainteresowanie metodami termicznego przekształcania odpadów wśród bardzo
wielu samorządów. Pojawiły się liczne inicjatywy budowy regionalnych spalarni odpadów
komunalnych np. w Tarnowie, Chrzanowie, Jastrzębiu Zdroju, Rzeszowie, Gorlicach,
Włocławku, Gdyni a także w Hrubieszowie czy Chodzieży. Pojawił się więc sprzyjający
klimat do rozwoju i budowy kolejnych instalacji w kraju z planowanym przekazaniem do
eksploatacji w latach 2015-2020. Jest to bardzo istotne, gdyż rok 2020 jest rokiem, w którym
powinniśmy osiągnąć kolejny szczebel redukcji ilości odpadów biodegradowalnych
trafiających na składowiska - 65 %. Jeżeli dodamy do tego informację, że Komisja
Europejska planuje na 2025 rok wprowadzenie całkowitego zakazu składowania odpadów
komunalnych ulegających biodegradacji sprawa budowy instalacji termicznego
przekształcania odpadów staje się bardzo istotna.
Dokonana w 2012 nowelizacja wojewódzkich planów gospodarki odpadami
wprowadziła we wszystkich województwach podział na rejony gospodarki odpadami.
Zgodnie z art. 14 pkt 8 ustawy o odpadach wojewódzkie plany gospodarki odpadami muszą
zawierać:
1) określenie regionów gospodarki odpadami komunalnymi, wraz ze
wskazaniem gmin wchodzących w skład regionu;
2) wykaz regionalnych instalacji do przetwarzania odpadów komunalnych w
poszczególnych regionach gospodarki odpadami komunalnymi oraz
instalacji przewidzianych do zastępczej obsługi tych regionów, do czasu
uruchomienia regionalnych instalacji do przetwarzania odpadów
komunalnych, w przypadku gdy znajdująca się w nich instalacja uległa
awarii lub nie może przyjmować odpadów z innych przyczyn.
Zgodne z art. 3 ust 3, pkt 15b ustawy o odpadach pod pojęciem region gospodarki
odpadami komunalnymi rozumie się określony w wojewódzkim planie gospodarki odpadami
obszar liczący co najmniej 150 000 mieszkańców lub gminę liczącą powyżej 500 000
mieszkańców. Dla ustalonego regionu gospodarki odpadami plan określa listę oraz lokalizacje
instalacji regionalnych, do których trafiać będą odpady komunalne wytworzone i zebrane w
regionie gospodarki odpadami komunalnymi.
Według ustawy o odpadach (art. 3 ust 3, pkt 15c) pod pojęciem regionalnej instalacji do
przetwarzania odpadów komunalnych rozumie się zakład zagospodarowania odpadów o mocy
przerobowej wystarczającej do przyjmowania i przetwarzania odpadów z obszaru
zamieszkałego przez co najmniej 120 000 mieszkańców, spełniający wymagania najlepszej
dostępnej techniki lub technologii, oraz zapewniający termiczne przekształcanie odpadów
lub:
a) mechaniczno-biologiczne
przetwarzanie
zmieszanych
odpadów
komunalnych i wydzielanie ze zmieszanych odpadów komunalnych frakcji
nadających się w całości lub w części do odzysku,
b) przetwarzanie selektywnie zebranych odpadów zielonych i innych
bioodpadów oraz wytwarzanie z nich produktu o właściwościach
nawozowych lub środków wspomagających uprawę roślin, spełniającego
określone wymagania,
c) składowanie odpadów powstających w procesie mechaniczno-biologicznego
przetwarzania zmieszanych odpadów komunalnych oraz pozostałości z
sortowania odpadów komunalnych o pojemności pozwalającej na
przyjmowanie przez okres nie krótszy niż 15 lat odpadów, w ilości nie
mniejszej niż powstająca w instalacji do mechaniczno-biologicznego
przetwarzania zmieszanych odpadów komunalnych.
W ślad za tymi regulacjami jednostki samorządu terytorialnego (gminy) zostały
zobowiązane do zapewnienia budowy, utrzymania i eksploatacji własnych lub wspólnych z
innymi gminami regionalnych instalacji do przetwarzania odpadów komunalnych (Art. 3 ust.
2 ustawy o utrzymaniu czystości i porządku w gminach). Muszą więc one zgodnie z art. 3a
ust. 1 dokonać wyboru (w drodze przetargu) podmiotu, który zbuduje i będzie utrzymywał
oraz eksploatował regionalną instalację do przetwarzania odpadów komunalnych lub dokonać
wyboru partnera (w trybie partnerstwa publiczno-prywatnego albo koncesji na roboty
budowlane lub usługi).
Jeżeli literalnie odczytać zapisy ustawy o odpadach, to należy przyjąć, że instalacją
regionalną powinna być przede wszystkim instalacja termicznego przekształcania (spalania)
odpadów (ZTPOK). Dla 16 województw i ok. 4-5 rejonów gospodarki odpadami w każdym
województwie oznacza to konieczność wybudowania ok. 60-80 instalacji o różnej
wydajności, w skali całego kraju. Oczywiście byłaby to gruba przesada, ale dla kraju
wielkości Polski należy liczyć się z potrzebami na poziomie ok. 20-35 instalacji. W tej
sytuacji gminy (miasta), jako zobowiązane z mocy ustawy do zorganizowania systemu
gospodarki odpadami komunalnymi zaczynają analizować problem lokalizacji i sposobu
wykorzystania ZTPOK. Oczywistą sprawą jest konieczność wykorzystania ciepła
wytworzonego w instalacji, stąd naturalnym partnerem stają się przedsiębiorstwa energetyki
cieplnej prowadzące liczne ciepłownie i elektrociepłownie (niestety często już znacznie
wyeksploatowane), a nade wszystko dysponujące siecią cieplną mogącą doprowadzić ciepło
systemowe do odbiorców komunalnych i przemysłowych. Według danych statystycznych
aktualnie w Polsce pracuje ok. 476 ciepłowni i elektrociepłowni o łącznej mocy
zainstalowanej ok. 58 300 MW, przy czym w Izbie Gospodarczej Ciepłownictwo Polskie
zrzeszonych jest ok. 250 przedsiębiorstw ciepłowniczych. Ponad połowa z funkcjonujących
ciepłowni ma moc poniżej 50 MW (dane wg URE za rok 2011).
Naturalnym więc staje się pytanie o warunki realizacji inwestycji ZTPOK, o wybór
metody i technologii, uwarunkowania formalno-prawne, a nade wszystko kluczowa staje się
odpowiedź na postawione na wstępie pytanie: modernizacja istniejącej elektrociepłowni
(ciepłowni) czy też budowa nowego zakładu?
Aby poprawnie odpowiedzieć na to pytanie należy najpierw dokładnie przeanalizować
uwarunkowania prawne, jakim podlegają procesy termicznego przekształcania odpadów
rozumiane zarówno jako spalane jak i współspalania odpadów w obiektach energetycznych.
Zgodnie z ustawą o odpadach termiczne przekształcanie odpadów może być
realizowane zarówno w spalarniach jak i współspalarniach odpadów. Pod pojęciem termiczne
przekształcanie rozumie się procesy prowadzone zarówno z odzyskiem jak i bez odzysku
energii, wykorzystujące zarówno procesy spalania jak i pirolizy, zgazowania, a także procesy
plazmowe i inne, w których produkty powstające w ich trakcie poddawane są spaleniu.
Szczegółowe warunki prowadzenia procesu spalania odpadów oraz wyposażenia instalacji
spalania odpadów podaje rozporządzenie Ministra Gospodarki w sprawie wymagań
dotyczących prowadzenia procesu termicznego przekształcania odpadów, Rozporządzenie
Ministra Środowiska w sprawie standardów emisyjnych z instalacji oraz Rozporządzenie
Ministra Środowiska w sprawie wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości emisji
oraz pomiarów ilości pobieranej wody.
Zgodnie w wymienionymi powyżej aktami prawnymi termiczny proces przekształcania
(np. spalania) odpadów prowadzi się w taki sposób, aby temperatura gazów powstających w
wyniku spalania, zmierzona w pobliżu wewnętrznej ściany lub innym reprezentatywnym
punkcie komory spalania lub dopalania, wynikającym ze specyfikacji technicznej instalacji,
po ostatnim doprowadzeniu powietrza, nawet w najbardziej niekorzystnych warunkach,
utrzymywana była przez co najmniej 2 sekundy na poziomie nie niższym niż: 1 100 °C - dla
odpadów zawierających powyżej 1 % związków chlorowcoorganicznych przeliczonych na
chlor, oraz 850 °C - dla odpadów zawierających do 1 % związków chlorowcoorganicznych
przeliczonych na chlor. Ponadto proces powinien zapewniać odpowiedni poziom
przekształcenia odpadów, wyrażony jako maksymalna zawartość nieutlenionych związków
organicznych, której miernikiem mogą być oznaczane zgodnie z Polskimi Normami:
całkowita zawartość węgla organicznego (OWO, TOC) w żużlach i popiołach paleniskowych
nieprzekraczająca 3 % (wg PN-EN-13137), lub udział części palnych w żużlach i popiołach
paleniskowych nieprzekraczający 5 %. Dodatkowo instalację do termicznego przekształcania
odpadów wyposaża się w:
1) co najmniej jeden włączający się automatycznie palnik pomocniczy do stałego
utrzymywania wymaganej temperatury procesu oraz wspomagania jego
rozruchu i zatrzymania (palnik wspomaga proces tak długo, dopóki w komorze
spalania będą pozostawały nieprzekształcone odpady),
2) automatyczny system podawania odpadów, pozwalający na zatrzymanie ich
podawania podczas rozruchu do czasu osiągnięcia wymaganej temperatury,
oraz zatrzymanie procesu, w razie nieosiagnięcia wymaganej temperatury lub
przekroczenia dopuszczalnych wartości emisji,
3) urządzenia techniczne do odprowadzania gazów spalinowych, gwarantujące
dotrzymanie norm emisyjnych,
4) urządzenia techniczne do odzysku energii,
5) urządzenia techniczne do ochrony gleby i ziemi oraz wód powierzchniowych
i podziemnych,
6) urządzenia techniczne do gromadzenia suchych pozostałości poprocesowych.
W instalacjach termicznego przekształcania odpadów podczas prowadzenia procesu w
komorze spalania lub komorze dopalania przeprowadza się ciągły pomiar temperatury gazów
spalinowych, mierzonej w pobliżu jej ściany wewnętrznej w sposób eliminujący wpływ
promieniowania cieplnego płomienia, zawartości tlenu w gazach spalinowych oraz ciśnienia
gazów spalinowych. W przypadku, gdy techniki pomiarowe zastosowane do poboru i analizy
składu gazów spalinowych nie obejmują osuszania gazów przed ich analizą, proces
monitoruje się także w zakresie zawartości pary wodnej w gazach spalinowych. Czas
przebywania gazów spalinowych w wymaganej temperaturze podlega weryfikacji podczas
rozruchu i po każdej modernizacji instalacji.
Każdy podmiot prowadzący spalarnię musi eksploatować ją w sposób zapewniający taki
poziom spalenia odpadów, by zawartość węgla organicznego ogółem (OWO, TOC) w żużlu i
popiołach dennych była niższa od 3 % lub ich strata w czasie zapłonu były niższa od 5 %
suchej masy materiału. Z procesowego punktu widzenia jest to bardzo ważne, ale wcale nie
łatwe do spełnienia.
W sytuacji wystąpienia zakłóceń w instalacjach termicznego przekształcania odpadów,
polegających na niedotrzymaniu warunków prowadzenia procesu, albo zakłóceń w pracy
urządzeń ochronnych ograniczających wprowadzanie substancji do powietrza wstrzymuje się
podawanie odpadów do instalacji, nie później niż w czwartej godzinie występowania
zakłóceń rozpoczyna się procedurę zatrzymania instalacji, w trybie przewidzianym w
instrukcji obsługi instalacji oraz wstrzymuje się pracę instalacji, jeżeli łączny czas
występowania zakłóceń w roku kalendarzowym przekroczył 60 godzin.
Wielkość emisji zanieczyszczeń z instalacji regulowana jest przez Rozporządzenie
Ministra Środowiska w sprawie standardów emisyjnych z instalacji, zgodnie z którym
dopuszczalne stężenia zanieczyszczeń w gazach odlotowych z instalacji termicznego
przekształcania odpadów nie mogą przekroczyć wartości podanych w tabeli nr 1, określonych
dla następujących warunków umownych: temperatura - 273 K, ciśnienie - 1013 hPa, spaliny
suche, 11 % tlenu.
Tabela nr 1. Standardy emisyjne (dopuszczalne wartości stężeń w emitorze) w warunkach
umownych - 11 % tlenu wg Rozporządzenia Ministra Środowiska w
sprawie standardów emisyjnych z instalacji.
Lp.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
Zanieczyszczenie
Dopuszczalne stężenie
30-minutowe
Średniodobowe
A (100 %) B (97 %)
mg/m3
mg/m3
mg/m3
Całkowity pył
10
Gazowe i parowe substancje organiczne wyrażane
10
jako całkowity węgiel organiczny (TOC)
Chlorowodór (HCl)
10
Fluorowodór (HF)
1
Dwutlenek siarki (SO2)
50
Tlenek azotu (NO) i dwutlenek azotu (NO2) w przeliczeniu
200/400 1)
jako NO2
Tlenek węgla 2)
50
Kadm i jego komponenty, wyrażone jako kadm (Cd)
Tal i jego związki wyrażone jako tal (Tl)
Rtęć i jej związki wyrażane jako rtęć (Hg)
Antymon i jego związki wyrażone jako antymon (Sb)
Arsen i jego związki wyrażane jako arsen (As)
Ołów i jego związki wyrażane jako ołów (Pb)
Chrom i jego związki wyrażane jako chrom (Cr)
Kobalt i jego związki wyrażane jako kobalt (Co)
Miedź i jej związki wyrażane jako miedź (Cu)
Mangan i jego związki wyrażane jako mangan (Mn)
Nikiel i jego związki wyrażane jako nikiel (Ni)
Wanad i jego związki wyrażane jako wanad (V)
Cyna i jej związki wyrażane jako cyna (Sn)
Polichlorowane dibenzo-p-dioksyny i polichlorowane
dibenzofurany (17 kongenerów) jako suma TEQ [ng TEQ/m3]
30
10
20
10
60
4
200
10
2
50
400
200
100
150 3)
0,05 4)
0,05 4)
0,5 4)
0,1 5)
A - 100 % wyników pomiarów średniodobowych w ciągu roku nie może być wyższe
niż wartości dopuszczalne podane w rubryce A,
B - 97 % wyników pomiarów średniodobowych w ciągu roku nie może być wyższe
niż wartości dopuszczalne podane w rubryce B,
1)
w zależności od wielkości instalacji - dla instalacji nowych i starych powyżej 6 Mg/h 200 mg/m3,
2)
dla instalacji ze złożem fluidalnym standard wynosi 100 mg/m3 jako średnia godzinowa,
3)
wartość średnia 10-minutowa,
4)
wartość średnia dla próby trwającej od 30 minut do 8 godzin,
5)
wartość średnia dla próby trwającej 6 do 8 godzin.
W przypadku współspalania odpadów (paliwa wytworzonego z odpadów - RDF o
kodzie 19 12 10) z paliwami np. biomasą czy węglem wszystkie regulacje dotyczące
wyposażenia technicznego
instalacji współspalającej (palniki pomocnicze, systemy
oczyszczania spalin, odzysk ciepła itp.) pozostają bez zmian. Wymagane jest również
dotrzymanie temperatur oraz czasu przebywania gazów w określonej temperaturze,
zawartości substancji organicznych w żużlach i popiołach, wyposażenia instalacji w blokadę
podawania odpadów (RDF) w przypadku spadku temperatury, nadmiernego stężenia
zanieczyszczeń w spalinach - ponad wartości dopuszczalne.
Dopuszczalne stężenia zanieczyszczeń w spalinach w przypadku współspalania
odpadów liczone są wg tzw. reguły mieszania. Reguła ta ma następującą postać:
c=
vodp ⋅ codp + v proc ⋅ c proc
vodp + v proc
gdzie:
Vodp
- objętość gazów odlotowych powstających ze spalania odpadów (RDF),
określona dla umownych warunków gazów odlotowych przy zawartości
11 % tlenu.
Codp - standardy emisyjne z instalacji spalania odpadów, określone w tabeli nr 1
jako wartości średniodobowe.
Vproc - objętość gazów odlotowych powstających w czasie prowadzenia procesu,
paliw (bez spalania odpadów), wyznaczoną dla zawartości tlenu równej,
6 % dla paliw stałych.
Cproc - standardy emisyjne określone w tabelach nr 2 i 3.
Powyższy wzór jest stosowany także do obliczeń standardowej zawartości tlenu w
gazach odlotowych powstających w procesie współspalania odpadów.
Tabela nr 2. Standardy emisyjne przyjmowane jako Cproc przy 6 % tlenu podczas
współspalania odpadów z paliwami stałymi wg Rozporządzenia Ministra
Środowiska w sprawie standardów emisyjnych z instalacji.
Lp. Nazwa substancji
1
2
3
Dwutlenek siarki
Tlenek i dwutlenek
azotu w przeliczeniu
na dwutlenek azotu
Pył
< 50
Standardy
emisyjne
dwutlenku
siarki
Standardy
emisyjne
tlenków azotu
w przeliczeniu
na dwutlenek
azotu
50
Nominalna moc cieplna źródła w MW
> 100 i ≤ 300
Źródła
Źródła
≥ 50 i ≤ 100
istniejące przed nowe oddane
2003 rokiem
po 2002 roku
> 300
850
liniowy spadek
od 850 do 200
200
200
400
300
200
200
50
30
30
30
Dla współspalania odpadów (w tym RDF) razem z paliwami kopalnymi (np. węgiel
kamienny, brunatny) lub biomasą dla emisji metali ciężkich oraz polichlorowanych dibenzodioksyn i polichlorowanych dibenzofuranów obowiązują dla wszystkich przypadków,
niezależnie od mocy kotła identyczne standardy emisyjne jak dla spalania odpadów - podane
w tabeli nr 4.
Tabela nr 3. Standardy emisyjne przyjmowane jako Cproc przy 6 % tlenu podczas
współspalania odpadów z biomasą wg Rozporządzenia Ministra
Środowiska w sprawie standardów emisyjnych z instalacji.
Lp. Nazwa substancji
1
2
3
Dwutlenek siarki
Tlenek
i dwutlenek azotu
w przeliczeniu na
dwutlenek azotu
pył
< 50
Standardy
emisyjne
dwutlenku
siarki
Standardy
emisyjne
tlenków azotu
w
przeliczeniu
na dwutlenek
azotu
50
Nominalna moc cieplna źródła w MW
> 300 i ≤ 500
Źródła
Źródła
istniejące
nowe
≥ 50 i ≤ 100 > 100 i ≤ 300
przed
oddane
2003
po 2002
roku
rokiem
200
200
200
> 500
Źródła
Źródła
istniejące
nowe
przed
oddane
2003
po 2002
rokiem
roku
200
200
200
200
30
350
300
300
200
300 - do
31.12.2015
200 - od
1.01.2016
50
30
30
30
30
Tabela nr 4. Standardy emisyjne metali ciężkich oraz dioksyn i furanów podczas
współspalania odpadów z paliwami lub biomasą przy zawartości 6 % tlenu
wg Rozporządzenia Ministra Środowiska w sprawie standardów
emisyjnych z instalacji.
Lp. Nazwa substancji
1
2
3
4
Kadm i Tal (Cd + Tl)
Rtęć (Hg)
Antymon, Arsen, Ołów, Chrom, Kobalt, Miedź, Mangan, Nikiel
i Wanad (Sb + As + Pb + Cr + Co + Cu + Mn + Ni + V)
Polichlorowane dibenzo-p-dioksyny i polichlorowane
dibenzofurany (17 kongenerów) jako suma TEQ
Jednostka
Standard emisyjny
mg/m3u
mg/m3u
mg/m3u
0,05
0,05
0,5
ng TEQ/m3u
0,1
Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska w sprawie wymagań w zakresie
prowadzenia pomiarów wielkości emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody ciągłe i
okresowe pomiary emisji do powietrza prowadzi się dla wszystkich instalacji albo urządzeń
spalania lub współspalania odpadów, przy czym okresowe pomiary emisji do powietrza
prowadzi się co najmniej raz na sześć miesięcy, a przez pierwszy rok eksploatacji instalacji
lub urządzenia - co najmniej raz na trzy miesiące. Ciągły monitoring emisji powinien być
realizowany metodami podanymi w tabeli nr 5, natomiast okresowy (manualny) monitoring
emisji powinien być realizowany metodami podanymi w tabeli nr 6.
Tabela nr 5. Referencyjne metodyki pomiarowe dla ciągłych pomiarów emisji.
Lp. Nazwa parametru
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Pył ogółem
NOx
HCl
CO
Substancje organiczne (TOC)
HF
SO2
O2
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
CO2
Prędkość spalin
Temperatura spalin
Wilgotność spalin
Ciśnienie dynamiczne
Ciśnienie statyczne
Temperatura otoczenia
Ciśnienie atmosferyczne
Jednostka
3
mg/m
mg/m3
mg/m3
mg/m3
mg/m3
mg/m3
mg/m3
%
%
m/s
K
%
Pa
Pa
K
Pa
Metodyka referencyjna
Technika grawimetryczna (PN-EN-13 284)
Absorpcja promieniowania IR (PN-ISO-10 849)
Absorpcja promieniowania IR (PN-EN-1 911-1, -2, -3)
Absorpcja promieniowania IR (PN-EN-15 058)
Detekcja FID (PN-EN-12 619)
Absorpcja promieniowania IR
Absorpcja promieniowania IR (PN-ISO-7 935)
Metoda paramagnetyczna, celi cyrkonowej lub
elektrochemiczna (PN-EN-14 789)
Absorpcja promieniowania IR
PN-ISO-14 164
PN-ISO-8 756
PN-ISO-8 756
PN-ISO-8 756
PN-ISO-8 756
PN-ISO-8 756
PN-ISO-8 756
Tabela nr 6. Referencyjne metodyki pomiarowe dla okresowych pomiarów emisji.
Lp. Nazwa parametru
1.
2.
3.
Metale: Kadm (Cd), Tal (Tl),
Antymon (Sb), Arsen (As),
Ołów (Pb), Chrom (Cr),
Kobalt (Co) Miedź (Cu),
Mangan (Mn), Nikiel (Ni),
Wanad (V), i ich sole
Rtęć (Hg) i jej sole
Polichlorowane dibenzo-pdioksyny i polichlorowane
dibenzofurany PCDD/F
(suma 17 związków)
Jednostka
3
mg/m
Metodyka referencyjna
Spektroskopia absorpcji atomowej (PN-EN-14 385)
mg/m3
PN-EN-13 211
ng TEQ/m3 PN-EN-1 948-1, -2, -3
W przypadku zastosowania w instalacji termicznego przekształcania odpadów mokrych
systemów oczyszczania spalin ścieki z oczyszczania gazów odlotowych wprowadzane do
wód nie powinny zawierać substancji zanieczyszczających w ilościach przekraczających
najwyższe dopuszczalne wartości wskaźników zanieczyszczeń, które są określone w
załączniku do Rozporządzenia Ministra Środowiska w sprawie warunków, jakie należy
spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi oraz w sprawie substancji
szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego. Wielkości tych dopuszczalnych stężeń
podano w tabeli nr 10.
Tabela nr 10. Najwyższe dopuszczalne wartości zanieczyszczeń w ściekach z oczyszczania
gazów odlotowych z procesu termicznego przekształcania odpadów.
Lp. Nazwa wskaźnika lub rodzaj substancji
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Temperatura
Odczyn
Zawiesiny ogólne
Rtęć i jej związki przeliczone na rtęć (Hg)
Kadm i jego związki przeliczone na kadm (Cd)
Tal i jego związki przeliczone na tal (Tl)
Arsen i jego związki przeliczone na arsen (As)
Ołow i jego związki przeliczone na ołów (Pb)
Chrom i jego związki przeliczone na chrom (Cr)
Miedź i jej związki przeliczone na miedź (Cu)
Nikiel i jego związki przeliczone na nikiel (Ni)
Cynk i jego związki przeliczone na cynk (Zn)
Polichlorowane dibenzo-p-dioksyny i polichlorowane
dibenzofurany PCDD/F (suma 17 związków)
Jednostka
o
C
pH
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
ng/l
Wartość
35
6,5-8,5
30/45
0,03
0,05
0,05
0,15
0,2
0,5
0,5
0,5
1,5
0,3
Omówione powyżej przepisy wynikają bezpośrednio z dyrektywy 2000/76/UE w
sprawie spalania odpadów. Przyjęta w 2010 roku nowa dyrektywa 2010/75/WE w sprawie
emisji przemysłowych, która dopiero będzie implementowana do prawa polskiego, nie
wprowadza w tym zakresie żadnych istotnych zmian.
Reasumując dla instalacji termicznego przekształcania odpadów w przypadku spalania
odpadów konieczne jest dotrzymanie parametrów procesowych procesu spalania, dotrzymanie
standardów emisyjnych dla spalania odpadów oraz funkcjonowanie systemu ciągłego
monitoringu w każdej instalacji, niezależnie od wielkości i wydajności. W przypadku spalania
odpadów biomasy (zgodnie z definicją podaną w rozporządzeniu w sprawie standardów
emisyjnych) nie ma żadnych wymogów procesowych w zakresie prowadzenie procesu
spalania, konieczne jest dotrzymanie standardów emisyjnych jak dla instalacji energetycznego
spalania paliw (zależnych od terminu budowy instalacji i jej mocy cieplnej) tj. w zakresie
jedynie emisji pyłu, dwutlenku siarki oraz tlenków azotu, zaś ciągły monitoring emisji
wymagany jest dla instalacji o mocy termicznej ponad 100 MWt. Dla współspalania odpadów
lub paliwa alternatywnego (RDF) wraz z paliwem kopalnym (np. węgiel kamienny lub
brunatny) albo biomasą obowiązują identyczne wymagania procesowe jak dla spalana
odpadów, wymagany jest ciągły monitoring emisji a standardy emisyjne ustalane są w
zależności od udziału strumienia spalin pochodzących ze spalania odpadów w całkowitym
strumieniu spalin. Natomiast w przypadku spalania produktów ubocznych pochodzenia
zwierzęcego, nieprzeznaczonych do spożycia przez ludzi konieczne jest dotrzymanie
podanych w Rozporządzeniu Nr 142/2011/UE parametrów procesowych w zakresie przede
wszystkim temperatury i czasu przebywania spalin, natomiast nie ma żadnych ograniczeń w
zakresie emisji zanieczyszczeń i nie jest też wymagany system ciągłego monitoringu emisji.
Nowa dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/75/UE w sprawie emisji
przemysłowych, która dopiero będzie implementowana do prawa polskiego, nie wprowadza
w tym zakresie żadnych zmian.
Aby udzielić prawidłowej odpowiedzi na postawione w tytule pytanie: modernizacja
elektrociepłowni czy budowa nowego zakładu konieczna jest teraz analiza potencjału, jakim
dysponują przedsiębiorstwa energetyki cieplnej oraz ewentualnych możliwości
modernizacyjnych. Z oczywistych względów z analizy możliwości wykorzystania dla potrzeb
termicznego przekształcania odpadów wyłączone są kotły opalane paliwem gazowym lub
ciekłym. W przypadku kotłów na paliwo stałe większość przedsiębiorstw energetyki cieplnej
prowadzących ciepłownie (bez produkcji energii elektrycznej) dysponuje kotłami
rusztowymi, wodnymi typu WR-25 oraz WR-10, sporadycznie WR-5. Jedynie w dużych
miastach pracują wodne kotły pyłowe np. typu WP-120 dla zdalaczynnej produkcji ciepła
systemowego, zaś tylko niektóre elektrociepłownie wyposażone są w bloki ciepłownicze
pracujące w skojarzeniu (dające jednocześnie ciepło do sieci i prąd) oparte o kotły pyłowe,
parowe typu OP-230 lub OP-430.
Czy kotły te nadają się do współspalania lub spalania odpadów? O ile wyposażenie
kotła w elementy techniczne określone w Rozporządzeniu Ministra Gospodarki w sprawie
wymagań dotyczących prowadzenia procesu termicznego przekształcania odpadów (palniki
pomocnicze, blokady itp.) nie przedstawia większych problemów, to problemem może być
dotrzymanie parametrów procesowych - temperatury procesu spalania (850 °C), czasu
przebywania spalin w tej temperaturze (ponad 2 sekundy) i zawartości substancji
organicznych w żużlach i popiołach (TOC poniżej 3 %). Dotyczy to w szczególności kotłów
rusztowych serii WR. Kolejnym problemem będzie z całą pewnością dotrzymanie standardów
emisyjnych. Powszechnie wiadomo, że w kotłach typu WR średnie stężenie CO w spalinach
może osiągać poziom powyżej 100 mg/m3u, co jest dopuszczalne jedynie przez ok. 3 % czasu
pracy w ciągu roku. Idąc dalej cyklony, w które jest wyposażony kocioł typu WR pozwalają
na osiągniecie stężenia pyłu w spalinach na poziomie ok. 200-400 mg/m3u (w zależności od
charakterystyki spalanego węgla), a standard emisyjny w przypadku spalania lub
współspalania odpadów wynosi odpowiednio 10 mg/m3u lub poniżej 50 mg/m3u (w zależności
od udziału spalanych odpadów). Uzyskanie takiego poziomu stężeń pyłu wymaga
przebudowy systemu odpylania i zastosowania np. filtra tkaninowego. Kotły typu WR nie są
wyposażone w system odsiarczania spalin. Obowiązujący dla starych (zbudowanych przed
1990 rokiem) kotłów standard emisyjny 1 500 mg/m3u jest do osiągnięcia przy wykorzystaniu
lepszych (wyższa wartość opałowa, niższa zawartość siarki) gatunków węgla. W przypadku
spalania lub współspalania odpadów standard ten będzie znaczne niższy i tym samym
konieczne będzie wyposażenie kotła w system odsiarczania spalin. Jest to realne - można tu
zastosować metodę suchą w połączeniu z filtrem tkaninowym, co powinno pozwolić na
odpowiednie odsiarczenie spalin i jednoczesne usuniecie chlorowodoru (pamiętajmy, że
węgiel zawiera ok. 0,2 % chloru) do poziomu poniżej 10 mg/m3u (standard emisyjny
obowiązujący w przypadku spalania i współspalania odpadów, nieobowiązujący w przypadku
spalania węgla). Kolejnym problemem mogą być tlenki azotu. Dla spalania węgla w małych
kotłach obowiązuje standard emisyjny 400 mg/m3u natomiast w przypadku spalania odpadów
wynosi on 200 mg/m3u co jest nieosiągalne bez zastosowania systemu odazotowanie spalin.
Kolejny problem to emisja metali ciężkich (nienormowana dla energetycznego spalania
paliw), w szczególności rtęci. Liczne doniesienia literaturowe mówią o sporej zawartości rtęci
w polskich węglach (szczególnie w brunatnym) i stąd dotrzymanie standardu emisyjnego rtęci
na poziomie 0,05 mg/m3u może być niemożliwe bez dodatkowych elementów systemu
oczyszczania spalin (np. adsorpcji na węglu aktywnym). Uwagi powyższe sformułowane
przede wszystkim w odniesieniu do możliwości spalana lub współspalania odpadów w
kotłach rusztowych typu WR w znacznej części odnoszą się również do większych kotłów
pyłowych stosowanych w energetyce cieplnej - wodnych typu WP-120 i parowych OP-230 i
OP-430. Modernizacja i rozbudowa systemu oczyszczania spalin, konieczna z punktu
wymagań dotyczących dotrzymania standardów emisyjnych będzie z pewnością kosztowna,
co może zaważyć na opłacalności modernizacji. Kolejny obszar wymaganych zmian to
monitoring. Zgodnie z obowiązującymi przepisami instalacje energetycznego spalania paliw
wymagają ciągłego monitoringu w zakresie podstawowym (pył, SO2, NOx, CO, O2,
wilgotność, temperatura, ciśnienie, przepływ), jeżeli moc cieplna przekracza 100 MWt. W
przypadku spalania, bądź współspalania odpadów posiadanie ciągłego monitoringu jest
obowiązkowe dla każdej instalacji nie zależnie od mocy cieplnej i ilości spalanych odpadów,
przy czym podany powyżej zakres pomiarów jest rozszerzony w stosunku do instalacji
energetycznego spalania paliw (o HCl, HF, substancje organiczne wyrażane jako całkowity
węgiel organiczny - TOC) co również zwiększa koszty modernizacji. Dodatkowo wszystkie
instalacje termicznego przekształcania odpadów – zarówno spalania jak i współspalania
wymagają prowadzenie dwukrotne w ciągu roku pomiarów emisji metali ciężkich i ich soli
(11 pierwiastków) oraz polichlorowanych dibenzo-p-dioksyn
dibenzofuranów, co jest również poważnym wydatkiem.
i
polichlorowanych
Jak więc widać modernizacja istniejących instalacji ciepłowniczych wcale nie musi być
łatwa ani tania. W wielu przypadkach, biorąc pod uwagę zaawansowany wiek instalacji
(wiele kotłów na za sobą ponad 30-letnie użytkowanie) taka modernizacja może okazać się
nieopłacalna ekonomicznie. I najważniejsze - modernizacja kotłów wodnych nie pozwala na
kogenerację, a tym samym nie będą to instalacje odzysku, a jedynie unieszkodliwiania
odpadów, nie mogą więc liczyć ani na zielone (OZE - „zeroemisyjne” CO2) ani na czerwone
(wysokosprawna kogeneracja) certyfikaty i wydaje się, że to właśnie może przesądzić o
kierunku wyboru.
Jakie więc korzyści daje budowa nowej instalacji? Po pierwsze należy oczekiwać, że
będzie to instalacja „skrojona” na miarę rzeczywistych potrzeb regionu. Jej wydajność
powinna zostać określona w studium wykonalności, zaś w zakresie technologii wybór jest
praktycznie pomiędzy spalarnią rusztową lub fluidalną dla zmieszanych odpadów
komunalnych albo układem złożonym składającym się z instalacji mechanicznobiologicznego przetwarzania odpadów (MBP, MBT, MBS) i spalarnia wytworzonego paliwa
alternatywnego (RDF, SRF) funkcjonującej na zasadach spalarni odpadów. Nowa instalacja
powinna zostać zaprojektowana tak, by spełniać wymagania formalne dla spalarni odpadów
określone w Rozporządzeniu Ministra Gospodarki w sprawie wymagań dotyczących
prowadzenia procesu termicznego przekształcania odpadów, system oczyszczania spalin
będzie zaprojektowany tak by emisja zanieczyszczeń była niższa niż określona w
Rozporządzeniu Ministra Środowiska w sprawie standardów emisyjnych z instalacji, a przede
wszystkim będzie ona zaprojektowana do pracy w kojarzeniu – wytwarzając jednocześnie
energie cieplną i elektryczną. W przypadku nowoczesnej konstrukcji instalacja spełniać
będzie również wymóg efektywności energetycznej określony w Dyrektywie 2008/98/UE w
sprawie odpadów, co pozwoli traktować ją jako instalację odzysku energii z odpadów i
uzyskiwać zarówno zielone jaki czerwone certyfikaty. Można by rzec same zalety - a gdzie
wady? Podstawową wadą niestety jest dosyć znaczny koszt inwestycyjny. Oczywiście
termiczne przekształcanie odpadów nie jest działalnością charytatywną i gminy po to
przejmują gospodarkę odpadami wraz z opłatami od mieszkańców by w ten sposób stworzyć
źródło finansowania systemu. Przy uwzględnieniu po stronie przychodu wpływów z tytułu
sprzedaży ciepła, energii elektrycznej oraz certyfikatów da się sfinansować przy wsparciu
funduszy ochrony środowiska budowę instalacji z kredytu bankowego.
Reasumując, wydaje się, że wymogi formalne, techniczne i emisyjne, a także stopień
wyeksploatowania instalacji energetyki cieplnej mogą być poważną przeszkodą na drodze
modernizacji instalacji i dostosowania ich do spalania bądź współspalania odpadów. Kolejna
przeszkodą może być brak kogeneracji w istniejących obiektach energetyki cieplnej. W tej
sytuacji budowa nowej, zaprojektowanej dla konkretnych potrzeb instalacji wydaje się
rozwiązaniem lepszym, bardziej opłacalnym ekonomicznie i przyszłościowym, choć
oczywiście, w sporadycznych, konkretnych przypadkach po przeprowadzeniu analizy
ekonomicznej może okazać się, że modernizacja istniejącej instalacji będzie w danym
przypadku korzystniejsza.
Odpowiadając więc na postawione w tytule pytanie: modernizacja elektrociepłowni czy
budowa nowego zakładu wydaje się, że budowa nowego zakładu jest rozwiązaniem
zdecydowanie lepszym - przyszłościowym.
Literatura
Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2000/76/UE z dnia 4 grudnia 2000 roku w
sprawie spalania odpadów. - O.J. L 332/91, 28.12.2000, 353-374;
Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2008/98/UE dnia 19 listopada 2008 roku w
sprawie odpadów oraz uchylająca niektóre dyrektywy. – O.J. L 312, 22.11.2008, 3-30;
Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/75/UE z dnia 24 listopada 2010 roku w
sprawie emisji przemysłowych. - O.J. L 334, 17.12.2010, 17-119;
Rozporządzenie Komisji (UE) Nr 142/2011/UE z dnia 25 lutego 2011 roku w sprawie
wykonania rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 1069/2009
określającego przepisy sanitarne dotyczące produktów ubocznych pochodzenia
zwierzęcego, nieprzeznaczonych do spożycia przez ludzi, oraz w sprawie wykonania
dyrektywy Rady 97/78/WE w odniesieniu do niektórych próbek i przedmiotów
zwolnionych z kontroli weterynaryjnych na granicach w myśl tej dyrektywy. O.J. L
54, 26.02.2011, 1-254;
Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001 roku o odpadach (Dz. Ust. 2010, Nr 185, poz. 1243, Dz. Ust.
2010, Nr 203, poz. 1351, Dz. Ust. 2011, Nr 106, poz. 622, Dz. Ust. 2011, Nr 117, poz.
678, Dz. Ust. 2011, Nr 138, poz. 809, Dz. Ust. 2011, Nr 152, poz. 897, Dz. Ust. 2011,
Nr 171, poz. 1016, Dz. Ust. 2012, poz. 951);
Ustawa z dnia 13 września 1996 roku o utrzymaniu czystości i porządku w gminach (Dz. Ust.
2012, poz. 391);
Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 21 marca 2002 roku w sprawie wymagań
dotyczących prowadzenia procesu termicznego przekształcania odpadów (Dz. Ust.
2002, Nr 37, poz. 339, Dz. Ust. 2004, Nr 1, poz. 2);
Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 22 kwietnia 2011 roku w sprawie standardów
emisyjnych z instalacji (Dz. Ust. 2011, Nr 95, poz. 558);
Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2008 roku w sprawie wymagań w
zakresie prowadzenia pomiarów wielkości emisji oraz pomiarów ilości pobieranej
wody (Dz. Ust. 2008, Nr 206, poz. 1291);
Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 roku w sprawie warunków, jakie
należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi oraz w sprawie
substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (Dz. Ust. 2006, Nr 137,
poz. 984, Dz. Ust. 2008, Nr 229, poz. 1538, Dz. Ust. 2009, Nr 27, poz. 169);
PN-EN 13 137 : 2004 - Charakteryzowanie odpadów. Oznaczanie
organicznego (OWO) w odpadach, szlamach i osadach.
ogólnego
węgla