4.Termiczna utylizacja odpadów – bezpieczne dla środowiska i ludzi

„Termiczna utylizacja odpadów
- bezpieczne dla środowiska i ludzi
źródło energii”
Tarnów 12.12.2014
Dr inż. Sławomir Gibała
Podstawowe definicje
• Spalanie odpadów – to przekształcanie termiczne odpadów. Jest to najskuteczniejsza metoda
zmniejszania objętości śmieci poprzez spalanie w odpowiednim piecu w temperaturze 750 –
1000stC. W efekcie zastosowania przekształcania termicznego uzyskuję się istotną redukcję masy i
objętości odpadów np. w wyniku spalania objętość odpadów redukuje się do ok. 10% a ich masę
do ok. 35% wartości początkowej. Ilość zdeponowanych odpadów na składowiskach w 2008r. to
8,7 mln ton (86,7%) zabranych odpadów komunalnych (10mln ton).
• Spalarnia odpadów – to zakład lub jego część przeznaczona do termicznego przekształcania
odpadów z odzyskiem lub bez odzysku wytwarzanej energii cieplnej, obejmujące instalacje i
urządzenia służące do prowadzenia procesu termicznego przekształcania odpadów wraz z
oczyszczaniem gazów odlotowych i wprowadzaniem ich do atmosfery, kontrolą, sterowaniem i
monitorowaniem procesów oraz instalacjami związanymi z przyjmowaniem, wstępnym
przetwarzaniem i magazynowaniem odpadów dostarczonych do termicznego przekształcania oraz
instalacjami związanymi z magazynowaniem i przetwarzaniem substancji otrzymanych w wyniku
spalania i oczyszczania gazów odlotowych.
Podstawowe zadania spalarni odpadów
to:
• uczynić odpady resztkowe obojętnymi, przy minimalizacji emisji
gazów odlotowych i odcieków,
• zniszczyć szkodliwe zanieczyszczenia organiczne lub doprowadzić do
zatężenia szkodliwych zanieczyszczeń organicznych,
• zmniejszyć ilość odpadów pierwotnych przeznaczonych do
składowania, szczególnie ich objętość,
• wykorzystać wartości opałowe odpadów resztkowych jako wyraz
poszanowania pierwotnych źródeł energii,
• przetworzyć pozostałości w użyteczne surowce wtórne dla
oszczędności pozostałych surowców materii (obieg materii).
Najpopularniejsze metody utylizacji
termicznej:
•
•
•
•
•
spalanie w kotłach rusztowych (90% z około 500 spalarni w Europie)
spalanie w piecach obrotowych z dopalaniem spalin w termoreaktorze,
współspalanie w cementowniach
spalanie w piecach fluidalnych
piroliza i dopalanie gazów pierolitycznych (odgazowanie w temperaturze
150-900stC bez dostępu tlenu, powietrza, CO2, pary wodnej)
• zgazowanie (proces zachodzący powyżej 800stC przy udziale czynnika
zgazowującego – tlen, powietrze, para wodne, dwutlenek węgla) i spalanie
powstającego gazu niskokalorycznego,
• termiczne niszczenie w plaźmie – właściwa dla odpadów toksycznych i
niebezpiecznych
Planowane spalarnie
Lokalizacja
Ilość przetwarzanych
odpadów
Nakład inwestycyjny
2x250 tyś ton/rok
1081 mln zł
Kraków
250 tyś ton/rok
703 mln zł
Łódź
250 tyś ton/rok
660 mln zł
Poznań
200 tyś ton/rok
640 mln zł
Gdańsk
250 tyś ton/rok
539 mln zł
Warszawa
265 tyś ton/rok
533 mln zł
Olsztyn
120 tyś ton/rok,
517 mln zł
Białystok
100 tyś ton/rok
413 mln zł
Bydgoszcz-Toruń
180 tyś ton/rok
400 mln zł
Szczecin
180 tyś ton/rok
300 mln zł
Koszalin
120 tyś ton/rok,
280 mln zł
Górnośląski Związek Komunalny
Lista indykatywna do Programu Operacyjnego Infrastruktura i Środowisko 2007-2013 z 30 lipca 2009r
Projekty spalarni w trakcie realizacji
Lokalizacja
Ilość przetwarzanych
Nakład
odpadów
inwestycyjny
(brutto)
Wykonawca
Kraków
220 tyś ton/rok
797 mln zł
Posco Engineering & Construction
Poznań
210 tyś ton/rok
725 mln zł
Sita Zielona Energia
Białystok
120 tyś ton/rok
409 mln zł
Konsorcjum Budimeksu, CESPA oraz
Keppel Seghers
Bydgoszcz
180 tyś ton/rok
491 mln zł
Konsorcjum Astaldi oraz
Termomeccanica Ecologia
Szczecin
150 tyś ton/rok
666 mln zł
Mostostal Warszawa
Konin
94 tyś ton/rok,
364 mln zł
Konsorcjum Integral Engineering und
Umwelttechnik, Erbudu oraz Introlu
Autotermiczne spalanie - Trójkąt Tannera
Dyrektywa 1999/31/EC – przyjęto granicę energetycznej użyteczności odpadów od wartości 6,0GJ/Mg
Ciepło spalania odpadów
Rodzaj odpadu
Tworzywa sztuczne
Guma/skóra
Drewno
Tekstylia
Papier/karton
Odpady kuchenne
Odpady ogrodowe
Odpady organiczne
Frakcja drobna (poniżej 10mm)
Metale
Odpady inertne
Odpady pozostałe
Ciepło spalania
[GJ/Mg]
31,5
23,3
16,3
15,9
12,3
10,7
9,5
4,3
5,0
0,0
0,0
7,6
Zawartość
wilgoci
[%]
9
9
19
22
19
40
50
65
20
5
2
30
Zawartość
popiołu
[%]
8
20
5
7
12
9
5
11
50
93
98
30
Średni skład odpadów w % udziału
masowego, w zależności od stopnia rozwoju
gospodarczego
Składnik odpadów
Kraje
uprzemysłowione
Kraje o średnim
stopniu rozwoju
Kraje rozwijające
się
Papier
38%
22%
2%
Szkło, ceramika
7%
6%
3%
Metale
8%
3%
3%
Tworzywa sztuczne
6%
5%
2%
Tekstylia
3%
7%
3%
Odpady organiczne
25%
42%
65%
Inne
13%
15%
22%
Schemat spalarni konwencjonalnej
Główne miejsca powstawania odpadów w
spalarni:
• ruszt – żużel jako niepalne części zawarte w paliwie około 25% masy
odpadów (materiał wykorzystywany w budownictwie dróg i
składowisk odpadów),
• popioły – produkt oczyszczania spalin – 3% masy odpadów
(najczęściej składowanie na składowiskach odpadów niebezpiecznych)
• spaliny – produkt utleniania części palnych w odpadach – emisja do
atmosfery,
Związki szkodliwe w spalinach
W wyniku spalenia 1 tony odpadów powstaje ok. 4000 do 6000 m3 spalin
Związki neutralne CO2, H2O,
Związki szkodliwe:
• CO, SO2, NOX,
• Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, HCl, HF,
• Metale ciężkie takie jak rtęć, arsen, selen i częściowo kadm (inne takie jak chrom,
kobalt, nikiel, mangan, miedź, tal czy wanad wiązane są głównie w żużlu oraz w
pyle)
• Dioksyny i furany (PCDD/PCDF)
PCDD/PCDF nazwy te określają całą grupę związków obejmujących 75
polichlorowanych dibenzo-p-dioksyn i 135 polichlorowanych dibenzofuranów.
Dopuszczalna ilość 17 najbardziej szkodliwych kongenerów w spalinach zostało
ustalone we wszystkich krajach UE na poziomie 0,1 ng TEQ/m3 spalin suchych w
warunkach odniesienia (temperatura 273K, ciśnienie 1013hPa, stężenie tlenu 11%)
Wartości emisji
Rozporządzenie Ministra Środowiska
z dnia 22 kwietnia 2011 r. w sprawie
standardów emisyjnych z instalacji
(Dz. U. 2011, Nr 95, poz. 558),
Metody pierwotne – odpowiedni przebieg
procesu technologicznego
• podawanie powietrza pierwotnego - odpowiedni strumień, właściwa temperatura oraz
aktywny, strefowy sposób rozdziału, stężenie tlenu w spalinach opuszczających strefę
spalania i dopalania na poziomie 10-13% (dla węgla 6-8%).
• konstrukcja rusztu – zapewnianiająca optymalne przemieszczanie i wymieszanie spalanej
nadawy odpadów, co gwarantuje udział niespalonych części w żużlu poniżej 1% masy
żużla.
• przestrzeń komory paleniskowej – ukształtowanie zapewniające właściwe wymieszanie
niedopalonych spalin i powietrza wtórnego z jednoczesnym spełnieniem wymagań
określających aby w najniegodniejszych warunkach pracy temperatura spalin wynosiła co
najmniej 850stC, a czas przebywania spalin w tej temperaturze powyżej 2s.
• automatyczna kontrola i sterowanie procesu spalania – m.in. za pomocą kamery
termowizyjnej lub przy wykorzystaniu akustycznych pomiarów pola temperatur w
obrębie komory spalania.
• ukształtowanie i utrzymanie wymaganego stanu powierzchni wymiany ciepła w kotle,
co optymalizuje proces wymiany ciepła i prowadzi do minimalizacji efektu rekombinacji
dioksyn.
Efekt zastosowania metod pierwotnych w
redukcji emisji zanieczyszczeń w spalarni
odpadów
Jednostka
Instalacja bez
zastosowania
metod
pierwotnych
Instalacja z
zastosowaniem
metod
pierwotnych
Dopuszczalne
stężenie wg
dyrektywy
2000/76/EC
Pył
mg/m3
2000-10000
1000-1500
10
Tlenek węgla
mg/m3
50-80
10-15
50
Suma związków organicznych
mg/m3
10-100
0,5-1,0
10
ng TEQ/m3
5-120
0,6-1,2
0,1
Zanieczyszczenie
PCDD/PCDF
*Źródło: Buttenberger, Johnke, Pająk.
Metody wtórne – wychwycenie związków
szkodliwych ze spalin
1. Odpylanie:
• elektrofiltry, multicyklony, filtry tkaninowe.
2. Usuwanie gazów kwaśnych:
• Metoda mokra – często wielostopniowa, prowadzona w kolejnych płuczkach, oddzielna
absorpcja chlorowodoru i fluorowodoru, a następnie pozostałych gazów kwaśnych (przede
wszystkim SO2), prowadzone w zawiesinie wodorotlenku lub węglanu wapniowego,
• Metoda sucha – wprowadzenie wapna lub węglanu sodu w postaci proszku,
• Metoda półsucha – wprowadzenie reagentów w formie roztworu wodnego.
3. Usuwanie dioksyn i furanów:
• Adsorbcja na węglu lub koksie aktywnym prowadzona przez dozowanie adsorbera w proszku
lub na złożu stałym.
4. Odazotowanie:
• SNCR – selektywna redukcja niekatalityczna - wprowadzenie do komory spalania gazowego
amoniaku, wody amoniakalnej bądź mocznika,
• SCR – selektywna redukcja katalityczna – oczyszczone spaliny są mieszane z roztworem
amoniaku kierowane są na monolityczne złoże katalityczne (katalizator platynowy lub
wanadowo-tytanowy).
Bilans dioksyn dla spalarni odpadów
komunalnych o wydajności 200 000
Mg/rok:
Nazwa
Ilość przetwarzanych odpadów
Zawartość dioksyn (TEQ) w niespalonych odpadach
Wartość
200 000 Mg/rok
10 g/rok
Zawartość dioksyn w gazach odlotowych
poniżej 0,1 g/rok
Zawartość dioksyn w pyle z elektrofiltrów
0,078 g/rok
Zawartość dioksyn w żużlu:
- emisja dioksyn z zeszklonym żużlem i popiołami
- emisja dioksyn bez zeszkliwiania żużla i popiołów
*Podręcznik gospodarki odpadami, teoria i praktyka. B.Bilitewski, G.Hardtle, K.Marek
4,8 g/rok
poniżej 0,1 g/rok
4,8 g/rok
Spalarnia to bezpieczne źródło ciepła i
energii elektrycznej oraz
najskuteczniejszy sposób utylizacji
odpadów.