Bogna Burzała Paliwa z odpadów

Bogna Burzała
„ENERGOPOMIAR” Sp. z o.o., Centralne Laboratorium
Paliwa z odpadów - właściwości
1. Wprowadzenie
Prognozowana ilość wytwarzanych odpadów komunalnych, zgodnie z Krajowym Planem Gospodarki
Odpadami 2014 (KPGO 2014) [1], ma wzrastać w tempie od 1.2 do 1.6% rocznie. Z tego względu
jednym z celów zawartym w dokumencie Polityka ekologiczna państwa na lata 2009–2012 z
perspektywą do roku 2016 jest zwiększenie odzysku energii z odpadów komunalnych w sposób
bezpieczny dla środowiska. Odpady komunalne mogą różnić się w znaczący sposób pod względem
składu oraz posiadać niestabilne właściwości fizykochemiczne, co może utrudniać ich wykorzystanie
w instalacjach spalania, dlatego poddaje się je procesowi mechanicznej obróbki w celu otrzymania
paliwa z odpadów. Proces ten pozwala na stabilizację parametrów oraz umożliwia otrzymanie
produktu o określonych właściwościach, który będzie można wykorzystać na rynku nośników energii.
Wprowadzenie jednolitych zasad klasyfikacji oraz metodyki badań jakości tych paliw powinno to
ułatwić. [2] Z tego względu w ostatnich latach Komitet Techniczny CEN/TC 343 opracował
specyfikacje i raporty techniczne, które zostały opublikowane w postaci norm. Zgodnie z tymi
opracowaniami paliwo z odpadów (solid recovered fuels – SRF) jest to „stałe paliwo wyprodukowane
z odpadów innych niż niebezpieczne, przetwarzane poprzez odzysk energii w odpowiedniej
instalacji”. Wyznaczono również system pięciu klas paliw z odpadów [3]. Oparty on jest na trzech
kluczowych parametrach: wartości opałowej, zawartości chloru i zawartości rtęci, które oceniają
wartość użytkową paliwa pod kątem ekonomicznym, technologicznym oraz środowiskowym. Inną
klasyfikacją uwzględniającą parametry jakościowe jest klasyfikacja według standardów włoskich i
fińskich (tabela 1) [5].
Tabela 1. Klasyfikacja paliw z odpadów
a)
System klasyfikacji dla paliw z odpadów według CEN
Parametr
Pomiar
klasyfikacyjny statystyczny
Wartość
średnia
opałowa
Chlor (Cl)
średnia
Rtęć (Hg)
mediana
80-ty
percentyl
b)
1
2
Klasa
3
4
5
≥ 25
≥20
≥ 25
≥ 10
≥3
≤ 0.2
≤ 0.6
≤ 1.0
≤ 1.5
≤3
≤ 0.02
≤ 0.04
≤ 0.03
≤ 0.06
≤ 0.08
≤ 0.16
≤ 0.15
≤ 0.30
≤ 0.50
≤ 1.00
Jednostka
[MJ/kg]
stan roboczy
[%]
stan suchy
[mg/MJ]
stan roboczy
System klasyfikacji dla paliw według norm włoskich i fińskich oraz wymagania jakościowe cementowni
Cementow
nie [6]
Parametr
Włochy
Finlandia
Jednostka
standardo
wa jakość
wysoka
jakość
klasa I
klasa II
klasa III
Wartość
opałowa
Zawartość
wilgoci
Zawartość
popiołu
Zawartość
Cl
Zawartość
S
Zawartość
Hg
Zawartość
Cd+Tl
Suma
metali
ciężkich
MJ/kg
>20
> 15
> 19
%
< 20
< 25
< 15
< 20
< 13
0.9
< 0.7
< 0.15
< 0.5
< 1.5
mg/kg s.m.
<7
<1
< 0.1
< 0.2
< 0.5
mg/kg s.m.
-
<4
< 1.0
< 4.0
< 5.0
< 1040
< 350
%
%
<0.7
%
< 1.0
mg/kg s.m.
<2000
Oprócz tych klasyfikacji wartości tych parametrów są uzależnione od rodzaju instalacji, w jakich mają
być wykorzystane. Najczęściej muszą one spełnić wymagania, które są indywidualnie ustalane
pomiędzy producentem a odbiorcą paliwa. W Polsce głównym odbiorcą paliw z odpadów jest
przemysł cementowy.
2. Parametry paliwowe
Paliwa z odpadów, aby mogły być w pełni wykorzystane jako nośnik energii, należy poddać analizie
technicznej w celu poznania ich składu fizykochemicznego. Podstawowym parametrem określającym
właściwości kaloryczne paliwa jest wartość opałowa, która w pierwszej kolejności decyduje, do jakiej
klasy należy dane paliwo zakwalifikować.
Skład surowych odpadów można określić na podstawie składników morfologicznych, do których
zaliczamy substancje o zerowej wartości opałowej, takie jak: szkło, metale, ceramika (balast);
substancje palne: drewno, tworzywa sztuczne, substancje organiczne, papier, tektura tekstylia oraz
substancje o ujemnej wartości opałowej – wilgoć [7]. W trakcie wytwarzania paliw z odpadów
producenci starają się otrzymać produkt o jak najwyższej wartości kalorycznej, wydzielając z
odpadów palne składniki. Składniki te oprócz kalorii mogą zawierać wodę lub też ze względu na
swoje właściwości higroskopijne (np. papier) pochłaniać ją podczas nieodpowiedniego
przechowywania. Szkło, metale czy ceramika mogą zostać usunięte w większości w pierwszym etapie
segregacji odpadów, ale frakcję mineralną zawierają również substancje organiczne. Wyznacza się ją
w trakcie oznaczania popiołu. W celu poznania pełnej analizy technicznej należy wyznaczyć takie
parametry jak: węgiel, wodór, siarkę czy części lotne.
Tabela 2. Parametry paliwowe (wartości średnie) wybranych paliw z odpadów
Parametr
Parametry paliwowe (wartości średnie)
jednostka
stan
Wilgoć
całkowita
%
r
29.46
22.67
15.88
19.15
12.62
6.35
2.80
1.70
Popiół
550°C
%
d
17.94
19.47
18.62
15.09
22.29
18.40
7.94
3.98
Ciepło
kJ/kg
r
17686 17990 19130 21972 21962 23336 25640 36669
spalania
Ciepło
spalania
kJ/kg
d
24823 23332 22611 27162 25127 24904 26380 37303
Wartość
opałowa
kJ/kg
r
15943 16336 17628 20232 20888 21808 24190 35159
Węgiel
%
d
50.72
52.82
47.52
61.49
54.14
60.01
Wodór
%
d
7.27
7.10
6.88
4.38
7.15
7.15
7.26
Azot
%
d
1.15
1.15
0.60
0.75
0.88
1.01
0.31
Siarka
%
d
0.21
0.35
0.35
0.20
0.95
0.30
0.10
1.36
Chlor
%
d
0.32
1.04
0.59
1.06
1.43
Rtęć
mg/kg
0.25
0.12
0.45
0.03
3. Właściwości związane z aspektem technologiczny
Drugim parametrem decydującym o klasie paliw jest chlor. Wpływa on na aspekt technologiczny
procesu. Parametr ten wyznacza również temperaturę, w jakiej należy prowadzić proces termiczny.
(Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 21 marca 2002 r. [8]). Zawartość chloru może
powodować korozję instalacji poprzez tworzenie kwaśnych związków. Podobne niekorzystne
właściwości wykazują również takie pierwiastki jak siarka czy fluor.
Innym ważnym parametrem związanym z zagadnieniami technologicznymi jest skład popiołu.
Związki alkaliczne (sodu, potasu, wapnia i magnezu) zawarte w popiele mogą powodować
przyrastanie osadów oraz sklejanie się stopionego żużla z metalowymi elementami instalacji
grzewczych kotła. Niektóre z tych związków mogą powodować obniżenie temperatury topnienia
popiołu i jego lepkości, co jest niekorzystnym zjawiskiem występującym w procesach spalania.
Przykładowe charakterystyczne temperatury topliwości popiołu zostały przedstawione w tabeli 3.
Tabela 3. Charakterystyczne temperatury topliwości według normy CEN/TS 15404:2006
Charakterystyczna
temperatura
Temperatura skurczu,
SST oC
Temperatura deformacji,
DT oC
Temperatura półkuli,
HT oC
Temperatura płynięcia,
FT oC
atmosfera
1
2
3
4
5
6
redukująca
utleniająca
redukująca
utleniająca
redukująca
redukująca
redukująca
redukująca
970
1090
980
1060
910
1040
1120
1210
1030
1120
1150
1210
960
1090
1150
1240
1050
1130
1200
1250
1020
1110
1160
1250
1060
1140
1260
1270
1060
1120
1170
1260
4. Metale ciężkie
Kolejnym aspektem pojawiającym się w systemach klasyfikacji paliw z odpadów jest zawartość
metali ciężkich, ze względu na ich emisję do środowiska. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia
22 kwietnia 2011 r. [9] opisuje wymagania standardów emisyjnych w zakresie wprowadzania gazów
lub pyłów do powietrza. Reglamentuje ono metale ciężkie, których zawartość w wybranych paliwach
z odpadów przedstawia tabela 4.
Tabela 4. Zawartość metali ciężkich
Zawartość metali ciężkich [mg/kg]*
Antymon
Sb
<0,1
<0,1
85.7
33.3
5.2
10.7
10.2
281.6
Arsen
As
0.9
1.2
<0,1
<0,1
2.3
2.5
0.7
25.4
Chrom
Cr
118
233.0
96.2
94.8
198.0
270.0
306.0
161.0
Kadm
Cd
6.2
1.8
1.8
1.4
3.2
2.6
9.0
55.5
Kobalt
Co
7.2
5.1
4.1
16.2
11.9
6.3
9.6
20.6
Mangan
Mn
7.1
14.0
105.0
117.0
158.0
168.0
183.0
434.0
Miedź
Cu
37.9
71.6
5089
77.3
139.0
63.6
199.0
35500
Nikiel
Ni
4.7
10.2
7.4
26.7
78.3
43.3
42.0
54.3
Ołów
Pb
51.1
92.4
94.0
84.7
173.0
71.8
264.0
1014.0
Tal
Tl
0.3
0.8
<0,6
<0,1
<0,1
< 0,5
<0,1
<0,1
Wanad
V
0.2
0.2
5.7
4.2
7.4
10.3
4.6
36.1
*wyniki podane w stanie suchy,
5. Podsumowanie
Produkcja paliw z odpadów ma na celu stworzenie produktu o ustabilizowanych właściwościach
paliwowych. W ostatnich latach podjęto próby ujednolicenia systemu oceny jakości tych paliw.
Metody badań zostały zawarte w normach dotyczących stałych paliw wtórnych SRF. Paliwo to jednak
nadal jest odpadem, któremu został przypisany kod 19 12 10 odpad palny (paliwo alternatywne)
zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 27 września 2001 r. [10]. Z tego względu
wymogi dotyczące standardów emisyjnych z instalacji spalania są wyższe niż przy spalaniu paliw
konwencjonalnych, dlatego jedynymi odbiorcami takiego paliwa w Polsce są cementownie.
Bibliografia:
[1] Uchwała Nr 217 Rady Ministrów z dnia 24 grudnia 2010 r. w sprawie „Krajowego planu
gospodarki odpadami 2014”, Monitor Polski Nr 101, poz. 1183.
[2] Wasielewski R., Tora B.: Zastosowanie paliw wtórnych w energetyce, Zeszyt Specjalny
w: „Przegląd Komunalny” 2013, nr 10.
[3] Burzała B., Zdziebło B.: Zarządzanie jakością SRF, Zeszyt Specjalny w: „Przegląd
Komunalny” 2013, nr 10.
[4] PN-EN 15359:2012: Stałe paliwa wtórne – Wymagania techniczne i klasy.
[5] Wzorek M., Król A.: Ocena jakości paliw z odpadów stosowanych w procesach
współspalania z węglem, Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych 2012, nr
10, s. 445-453.
[6] Bąbelewski P.: Wymagania jakościowe dla paliw wykorzystywanych w cementowni, II
Ogólnopolska Konferencja Szkoleniowa „Paliwa z odpadów – rynek odpadów jako
rynek energii”, Chorzów 30.05–1.062012.
[7] Wandrasz J. W., Wandrasz A. J.: Paliwa formowane: biopaliwa i paliwa z odpadów w
procesach termicznych, Wydawnictwo Seidel-Przywecki, Warszawa 2006.
[8] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 21 marca 2002 r. w sprawie wymagań
dotyczących prowadzenia procesu termicznego przekształcania odpadów, Dz.U. Nr 37,
poz. 339.
[9] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 22 kwietnia 2011 r. w sprawie standardów
emisyjnych z instalacji, Dz.U. Nr 95, poz. 558.
[10] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 27 września 2001 r. w sprawie katalogu
odpadów, Dz.U. Nr 112, poz. 1206.