pobierz

FUNDACJA EDUKACJI EKOLOGICZNEJ I ZRÓWNOWAŻONEGO
ROZWOJU ZIELONYCH RP
90-601 Łódź, ul. Zielona 15
tel./fax. (0-42) 632-31-39
e-mail: [email protected]
www.zielonirp.org.pl
Współpraca:
PARTIA ZIELONYCH RZECZYPOSPOLITEJ POLSKIEJ
STOWARZYSZENIE ZIELONI RZECZYPOSPOLITEJ POLSKIEJ
„RATUJMY ŚWIAT”
W numerze:
 Działalność organizacji Zielonych RP w zakresie ochrony
środowiska.
 Pirolityczno–fluidalna technologia utylizacji odpadów
typu „K”.
 Nowa generacja technologii odzyskiwania energii w ofercie
firmy NEW ENERGY CORPORATION.
KWARTALNIK
Biuletyn do użytku wewnętrznego – bezpłatny
nr 4-6/2015
kwiecień - czerwiec
 Partia Zielonych Rzeczypospolitej
Polskiej została zarejestrowana przez Sąd
Rejestrowy 7.02.2004 roku, a 1 Kongres
Partii odbył się w kwietniu 2004 roku w
Łodzi. Partia Zielonych RP jest
kontynuatorką działań Polskiej Partii
Zielonych.
Założenia programowe Partii zostały
uaktualnione
i
spełniają
wymogi
światowego ruchu ekologicznego państw
Zachodu i Wschodu. Jako partia
ekologiczna zalicza się do centrum sceny
politycznej. Łącznie z ruchem Młodych
Zielonych liczy około 4000 członków.
Poza
tym
posiada
liczne
grono
sympatyków w kraju i za granicą. Partia
skupia ludzi nauki, sektora obronnego,
biznesu, gospodarki i rolnictwa. Stąd
głównymi celami są:
 dobro Polski
 ochrona środowiska naturalnego
 rozwój
społeczno-gospodarczy
kraju i obrona zasad Polskiej Racji
Stanu.
 Fundacja Edukacji Ekologicznej i
Zrównoważonego Rozwoju Zielonych
Rzeczypospolitej Polskiej we współpracy
ze
Stowarzyszeniem
Zielonych
Rzeczypospolitej Polskiej
wspiera
działania na rzecz ochrony środowiska,
ochrony zdrowia obywateli, edukacji
ekologicznej i zrównoważonego rozwoju
kraju.
Fundacja oraz Stowarzyszenie swoje cele
realizują poprzez:
 prowadzenie
działalności
propagandowej
 organizowanie
spotkań
środowiskowych, seminariów i
konferencji naukowych
 udział w tworzeniu planów
zagospodarowania przestrzennego
 prowadzenie
analizy
wpływu
skażenia środowiska na stan
zdrowia obywateli
 współpracę
z
instytucjami
naukowymi
i
badawczymi
zajmującymi
się
ochroną
środowiska i ochroną zdrowia,
edukacją
i
planowaniem
inwestycyjnym oraz sektorem
obrony kraju
 wydawanie
nieodpłatnie
prospektów i tytułów prasowych
 gromadzenie środków finansowych
i zasobów materialnych na rzecz
Fundacji
 prowadzenie
współpracy
z
zakładami
służby
zdrowia,
organizacjami
społecznymi
i
biurami projektów
 wspomaganie inicjatyw zgodnych z
celami Fundacji poprzez pomoc
materialną,
oświatową
i
organizacyjną
 prowadzenie
społecznych
ekspertyz, opinii, raportów i analiz
 wspieranie wdrażania i stosowania
technologii
przyjaznych
środowisku,
 wspieranie
ochrony
zasobów
leśnych i wodnych
 wspieranie działań zmierzających
do
oszczędzania
energii
i
wykorzystywania
jej
źródeł
odnawialnych.
inż. Jerzy Arent – biegły ministra
środowiska nr. 0013
RATUJMY ŚWIAT

wyposażone w układy odzysku ciepła,
emitując gorące spaliny do atmosfery.
Późniejsze produkowały parę wodną
służącą do napędu maszyn parowych.
W 1892 roku po epidemii cholery władze
Hamburga
postanowiły
wybudować
spalarnię
do
termicznej
likwidacji
zakażonych przedmiotów. W kolejnych
latach na terenie Niemiec powstawały
spalarnie w Kolonii i w Frankfurcie. W
1903 powstała spalarnia w Danii, a w 1906
w Szwecji w Sztokholmie oraz w Belgii w
Brukseli. W 1929 powstała spalarnia w
Zürichu w Szwajcarii. Ogółem w roku
1908 w Europie pracowało około 210
spalarni do spalania odpadów.
W latach dwudziestych XX wieku Niemcy
po raz pierwszy w swoich spalarniach
zastosowali ruszt mechaniczny. Masowy
rozwój technologii termicznej utylizacji
odpadów przy wykorzystaniu różnego
rodzaju
rusztów
mechanicznych
obserwowany jest w Europie począwszy
od lat 60-tych XX wieku. W Polsce
pierwsza spalarnia odpadów komunalnych
powstała w Warszawie w 1912 r.,
zburzona w 1944 roku podczas Powstania
Warszawskiego. Druga spalarnia w Polsce
powstała w Poznaniu w 1929, pracując do
1954 roku. Bujny rozwój budowy spalarni
został nieco przyhamowany w latach 80
tych ubiegłego wieku z uwagi na różnego
rodzaju
wyimaginowane
przez
„Zielonych” problemy, m.in. problem
powstania dioksyn w procesach spalania
substancji organicznych zawierających
znaczące ilości chloru (>1%), który w
warunkach ubogich w tlen i w niskich
temperaturach występuje w roli prekursora
katalizującego
cząsteczki
dioksyn.
Poznanie syntezy powstania dioksyn
umożliwiło likwidację warunków do ich
powstawania i ograniczenie ich emisji do
atmosfery.
Obecnie w odniesieniu do termicznej
utylizacji odpadów na świecie dominują
technologie, w których wykorzystywane są
komory
spalania
wyposażone
we
wszelkiego rodzaju ruszty. Technologie te
bazują na instalacjach, które prawie
doskonale oczyszczają gazy spalinowe z
wszelkiego
rodzaju,
substancji
Pirolityczno – fluidalna technologia
utylizacji odpadów typu „K”.
Problem utylizacji odpadów komunalnych
jest bardzo żywotnym i jednym z
najważniejszych
problemów
ekologicznych w bliskiej przyszłości.
Czy
istnieją
jednak
rozwiązania
technologiczne,
które
spełniałoby
wszystkie wymagania bezpieczeństwa
ekologicznego,
energetycznego
i
ekonomicznego i będą akceptowane przez
mieszkańców ?
Termiczna
utylizacja
odpadów
komunalnych jest praktycznie jedyną
technologią
„zielonej”
utylizacji,
pozwalającą uzyskać minimalną emisję
substancji szkodliwych do otoczenia i
maksymalną sprawność termiczną.
Pośród dotychczas stosowanych w skali
światowej,
technologii
termicznego
recyklingu, tylko technologia pirolityczno
– fluidalna daje możliwości całkowitej i
zupełnej
utylizacji
odpadów
bez
wytwarzania substancji koniecznych do
składowania jako odpadów.
1. Wstęp.
Spalanie odpadów od najdawniejszych lat
budzi kontrowersje i protesty społeczne.
Większość oporów społecznych bierze się
z
dotychczasowych
katastrof
ekologicznych, nieznajomości przebiegu
procesów termicznej likwidacji odpadów
oraz nagłośnienia problemów emisji
substancji szkodliwych do atmosfery. W
tych ostatnich sprawach szczególnie
aktywne
były
różnego
rodzaju
wyspecjalizowane ruchy ekologiczne, nie
mające nic wspólnego z rzeczywistą
wiedzą na temat termicznej utylizacji
odpadów
komunalnych,
rolniczych,
leśnych i przemysłowych.
Pierwsza
na
świecie
spalarnia
wybudowana została w Anglii w
Nottingham w 1874 r. Następną spalarnię
wybudowano w 1875 w Manchesterze, a
kolejne powstały w Birmingham, Leeds
oraz w Londynie. W 1890 w Anglii w
sumie pracowało około 39 spalarni
odpadów. Pierwsze instalacje nie były
3
RATUJMY ŚWIAT
zanieczyszczających otoczenie. Problem
polega na odpadach stałych, tzw. żużlach i
popiołach. Z uwagi na zupełnie różny
skład fizykochemiczny substancji palnej i
mineralnej poszczególnych składników
alotropowych odpadów oraz ich różne
własności kinetyczne, w procesie utylizacji
zawsze powstaje odpad stały, zawierający
nawet 30-40% części palnych, lecz o
mniejszej masie i objętości w porównaniu
do odpadu pierwotnego. Instalacja
rusztowa zawsze produkuje odpad, który
należy składować lub poddać dalszej
utylizacji. Problem ten jest dotychczas
nierozwiązany i wymaga głębokiego
zastanowienia
się
nad
wyborem
technologii, która będzie realizować
program utylizacji odpadów bez produkcji
dalszych
odpadów
już
znacznie
trudniejszych do utylizacji.
W Polsce problem wyboru technologii
termicznej utylizacji odpadów odżył ze
wzmożoną siłą, szczególnie obecnie, kiedy
wiele decydenckich ośrodków musi podjąć
decyzje
wyboru
modeli
zakładu
neutralizującego odpady [1-2]. Na świecie
problem wyboru technologii nie został do
końca rozstrzygnięty, ponieważ każda z
funkcjonujących technologii jest ciągle
usprawniania. Należy przyznać, że obecnie
największym powodzeniem cieszy się
technologia wykorzystująca wszelkiego
rodzaju kotły rusztowe. Powodzenie tej
technologii bierze się głównie z najstarszej
tradycji użytkowania kotłów rusztowych
do spalania paliw węglowych w postaci
mułów,
miałów
węglowych
oraz
wszelkiego rodzaju odpadów, które były
współspalane z węglem. Jest to w dużym
stopniu tradycja, która z jednej strony
zmuszała do doskonalenia technik
rusztowych, a z drugiej strony domagała
się coraz bardziej jednorodnego pod
względem
granulometrycznym
i
fizykochemicznym paliwa. Wymóg ten
mógł zostać spełniony w stosunku do
paliwa węglowego. Ewolucja palenisk
kotłów rusztowych spalających węgiel
doprowadziła do sytuacji, gdzie strata
niecałkowitego spalania w żużlu i w
lotnym popiele jest bliska zeru.
Podobny efekt energetyczny można
uzyskać dla innych jednorodnych paliw
organicznych i nieorganicznych, które
stanowią tzw. odpady. Podobnego efektu
nie można natomiast uzyskać w
odniesieniu do odpadów komunalnych,
które stanowią mieszaninę różnorodnych
składników, zasadniczo różniących się
własnościami fizycznymi, chemicznymi i
kinetycznymi zarówno substancji palnej
(organicznej), jak i niepalnej (mineralnej).
Różnice tych własności powodują efekt
niecałkowitego spalania dochodzący nawet
do 30-40% zawartości karbonizatu w żużlu
i lotnym popiele. Efekt termicznej
utylizacji
powoduje
wówczas
nie
likwidacje fizyczną i chemiczną odpadów,
lecz wyłącznie jej zmniejszenie masowe i
objętościowe. Uzyskany stały produkt
termicznej utylizacji jest w dalszym ciągu
odpadem, lecz jedynie o mniejszej masie.
Produkt ten składa się z żużlu, popiołu i
niespalonego
koksiku
(karbonizatu),
którego zawartość przeciętnie wynosi
30-40%.
Skład chemiczny odpadu jest bardzo
trudny do dalszej utylizacji, może być
składowany jako odpad niebezpieczny lub
utylizowany
jedynie
w
piecach
cementowniczych, co po ostatnich
doświadczeniach cementowni stoi pod
znakiem zapytania. Wynika to ze składu
chemicznego żużla i popiołu, które
pogarszają własności budowlane cementu.
Instalacje termicznej utylizacji odpadów
wykorzystujące
jedynie
technologię
pirolizy lub zgazowania bez zapewniania
bezpośrednio następującego po nich
procesu spalania gazu pirolitycznego i
karbonizatu
są
technologiami
niekorzystnymi z punktu widzenia
sprawności termicznej, ekologicznej i
pewności eksploatacyjnej. Błędem w
dotychczas funkcjonujących instalacjach
pirolizy i zgazowania był często brak
odbioru metali, ceramiki, szkła i
materiałów
niepalnych
przed
wprowadzeniem odpadów do reaktorów
technologicznych instalacji. Materiały te
stanowiące balast termiczny są również
powodem częstych awarii różnych węzłów
instalacji. W dotychczas stosowanych
4
RATUJMY ŚWIAT
i w lotnym popiele stały się motorem
rozwoju technologii pirolizy, zgazowania i
plazmowego przekształcania odpadów.
Efektem tych prac jest powstanie na
świecie co najmniej kilkunastu technologii,
które wykorzystują zjawiska pirolizy i
zgazowania odpadów. Podobną sytuację
obserwuje się w dziedzinie technologii
plazmowych.
Powstałe
instalacje
wykorzystujące technologie zimnej plazmy
nie wyszły jednak poza skalę instalacji
pilotażowych, pracujących jako instalacje
doświadczalne. Są to jednak instalacje
bardzo drogie, przekraczające niekiedy
wielokrotnie cenowo inne typy instalacji o
podobnej mocy. Dają one jednak
możliwość
neutralizacji
szczególnie
niebezpiecznych odpadów medycznych i
chemicznych, ponieważ zachodzące w
bardzo wysokich temperaturach (>
3000oC) reakcje analizy powodują
termiczny rozpad wielocząsteczkowych
wiązań do prostych cząsteczek atomowych
lub ich krystalitów. W fazie gazowej
powstaje z reguły gaz o cechach gazu
syntezowego, a w fazie stałej następuje
witryfikacja (zeszklenie) żużla i popiołu.
W Europie zainstalowana jest tego typu
instalacja plazmowa w Szwecji i we
Francji, a pozostałe pięć instalacji pracuje
w Japonii. Pozostałe instalacje plazmowe
(około 20 sztuk) zainstalowane są głównie
w USA i Kanadzie, i przeznaczone są
przede
wszystkim
do
termicznej
neutralizacji
chemicznych
środków
bojowych USA oraz do likwidacji azbestu
i niektórych produktów pochodzących z
PCV. Najwyższa wydajność masowa
pracującej obecnie na świecie spalarni
plazmowej nie jest wyższa od 45000
Mg/rok i nie ma obecnie żadnych
przesłanek
ekonomiczno-technicznych,
aby mogła być wyższa. Na ten punkt
widzenia wpływa również 2-3-krotnie
większy koszt inwestycyjny i prawie 2krotnie większy koszt eksploatacyjny w
odniesieniu do 1 kg utylizowanych
odpadów.
Ponadto nie osiągnęły również pełnych
zdolności technologicznych instalacje
wykorzystujące w „czystej” formie
zjawiska pirolizy i zgazowania. Wynika to
technologiach pirolizy i zgazowania,
proces utylizacji kończy się z reguły na
uzyskaniu
gazu
pirolitycznego
i
mieszaniny koksiku (karbonizatu) z
żużlem i popiołem, które w dalszym ciągu
są odpadami – jedynie o mniejszej
objętości, przeznaczonymi do dalszego
przetwarzania lub składowania. W wyniku
przerwania
procesu
termicznego
przetwarzania na wyjściu z instalacji,
uzyskane produkty należy schłodzić, z
reguły przy niepełnym wykorzystaniu
odebranego ciepła. Powstające w ten
sposób straty energii powodują ogólnie
niską globalnie sprawność termicznego
przetwarzania. Sprawność ta przeciętnie
wynosić może – z powodów przerywania
ciągłości
procesu
termicznego
przekształcania odpadów – nawet 30-40%.
Realizowana w tym zakresie pirolityczna
technologia jest technologią połowiczną,
powodującą faktycznie jedynie straty
ekonomiczne, kłopoty eksploatacyjne i
formalno-prawne
w
zakresie
obowiązujących norm i przepisów ochrony
środowiska.
Podsumowując
dotychczasowe
rozważania, konstrukcje spalarni, a
szczególnie rusztów, w ostatnich latach
ulegały
licznym
modyfikacjom
i
udoskonaleniom. Praktycznie do perfekcji
opanowana
została
technologia
oczyszczania gazów spalinowych ze
szkodliwych substancji gazowych oraz z
wszelkiego rodzaju pyłów lotnych i par
metali ciężkich wydalanych z instalacji
kotłowych. Pomimo, że w Europie prym w
instalacjach termicznej utylizacji odpadów
posiadają technologie rusztowe, to
dotychczas nie został rozwiązany problem
zawartości części palnych w żużlu i lotnym
popiele. Problem ten jest przyczyną niskiej
sprawności termicznej instalacji oraz
wytwarzania odpadu niebezpiecznego w
postaci żużla i popiołu o zawartości części
palnych dochodzących w skrajnych
przypadkach
nawet
do
30-40%.
Produkowany jest zatem w dalszym ciągu
odpad, lecz o znacznie mniejszej masie i
objętości w stosunku do odpadu
„pierwotnego”. Problem dioksyn oraz
znaczna zawartość części palnych w żużlu
5
RATUJMY ŚWIAT
głównie
z
faktu,
że
instalacje
wykorzystujące zjawisko pirolizy i
zgazowania,
są
instalacjami
tzw.
„połowicznego” działania. Załatwiają one
problem termicznej utylizacji odpadów
tylko do początkowej fazy procesu,
wytwarzając produkty, które w dalszym
ciągu są odpadami. Faza gazowa gazów
poprocesowych oraz faza stała popiołu i
karbonizatu są bowiem w dalszym ciągu
odpadami, a proces ich wytworzenia
przebiega przy bardzo niskiej sprawności
termicznej. Końcowy etap utylizacji fazy
stałej - żużla, popiołu i karbonizatu - jest
możliwy
praktycznie
tylko
w
cementowniach, które według obecnych
informacji, zrezygnowały z tego typu
surowca z uwagi na znaczne pogorszenie
parametrów wiążących cementu [3-5].
Przewaga proponowanego rozwiązania nad
obecnie
stosowanymi
technologiami
polega na połączeniu komory obrotowej (w
której przebiega kontrolowany intensywny
proces suszenia, pirolizy i przygotowania
bardzo dokładnie zmiksowanego paliwa
gazowego
i
stałego
o
wysokiej
reakcyjności) z komorą kotła fluidalnego
(w której w górnej części spalają się gazy
pirolityczne, a w złożu fluidalnym spala się
karbonizat w kontrolowanej atmosferze
chemicznej i termicznej) schemat na rys. 4.
Dzięki temu zyskamy możliwość utylizacji
każdego
rodzaju
odpadów
przy
maksymalnym wykorzystaniu energii
chemicznej odpadów i minimalnym
zagrożeniu ekologicznym dla otoczenia .
Proponowana
technologia
zapewnia
maksymalną
ochronę
ekologiczną
atmosfery i gleby oraz optymalny efekt
ekonomiczny. Wytworzona w układzie
technologicznym typu „K” energia cieplna
i elektryczna, pochodząca z termicznej
przemiany odpadów jest w 42% energią
pochodząca z biomasy i jest traktowana
jako energia „zielona”. Popiół pochodzący
z pirolityczno – fluidalnej technologii typu
„K” jest cennym surowcem budowlanym.
W
porównaniu
do
dotychczas
uzyskiwanego popiołu w instalacjach z
kotłami rusztowymi, w których zawartość
części palnych jest przeważnie znacznie
wyższa od 10%, popiół otrzymywany w
instalacji pirolityczno – fluidalnej zawierać
będzie mniej niż 1% części palnych. Popiół
otrzymany w instalacji typu „K” nie będzie
więc
odpadem
niebezpiecznym,
balastowym, przeznaczonym do dalszego
składowania,
lecz
będzie
cennym
surowcem użytkowym w budownictwie i
drogownictwie [8-14].
Grupa docelowa odbiorców wyników
projektu obejmuje wszystkie gminy Polski,
na które nałożony został obowiązek
utylizacji
odpadów
komunalnych.
Potencjał aplikacji obejmuje również
wszelkiego rodzaju zakłady przetwórstwa
rolno – spożywczego, obejmującego
zakłady produkcji żywności, produkcji
wszelkiego rodzaju napojów owocowo –
warzywnych,
zakłady
przetwórstwa
mięsnego, drobiarskiego, karmy dla
zwierząt, zakłady przemysłu gumowego,
tekstylnego, produkcji PCV, produkcji
tworzyw sztucznych itd. Zapotrzebowanie
rynkowe tej grupy odbiorców na wyniki
niniejszego
projektu
wynika
z
odpowiednich przepisów prawa, które te
podmioty mają obowiązek stosować w
kontekście utylizacji wytwarzanych
odpadów.
Reasumując, bezwzględnie należy uznać,
że potencjał rynkowy wyników pracy w
kontekście aktualnego stanu techniki jest
ogromny. Zapewnienie, że proponowane
rozwiązanie wykorzysta przynajmniej 7
patentów w dziedzinie instalacji termicznej
utylizacji odpadów sprawia, że projekt
wykazuje nieprawdopodobny potencjał
organizacyjny. Ponadto warto zauważyć, iż
Polska jest zdecydowanie rynkiem, który
wykazuje ogromne zapotrzebowanie na
nowoczesne rozwiązania w dziedzinie
utylizacji odpadów komunalnych (obecnie
funkcjonuje jedna spalarnia w Polsce). Co
więcej, Polski rząd stoi przed wyzwaniem
sprostania środowiskowym wymogom
Unii Europejskiej poprzez wzrost udziału
energii odnawialnej. Mimo to, potencjał
rynku pozostaje nadal niewykorzystany.
Dodatkowo na szybszy rozwój mógłby
wpłynąć wzrost zainteresowania opinii
publicznej, jak i świadomości zalet
pirolityczno-fluidalnej
technologii
utylizacji
odpadów,
rozwiązania
6
RATUJMY ŚWIAT
przyjaznego
środowisku
i pozwalającego w znacznym stopniu
obniżyć koszty inwestycyjne.
fizykochemicznych
i
kinetycznych
zasadniczych
odmian
alotropowych
odpadów.
Kompleksowe
badania
własności
fizykochemicznych
i
kinetycznych obejmować będą główne
składniki
odpadów
komunalnych
pobranych z różnych rejonów aglomeracji
Łódzkiej.
Badania procesu suszenia i pirolizy
odpadów zostały przeprowadzone zgodnie
z polskimi normami PN-ISO 1215-2:1999,
PN-G-04502:1990,
PN-G-04506:1999,
PN-C-04333:2000
dla
substancji
rozdrobnionej poniżej 2 mm w warstwie
ułożonej na siatce w koszyczku
platynowym. Badania przeprowadzono w
atmosferze redukcyjnej w obecności azotu,
który przepływał przez warstwę badanej
substancji z prędkością około 2 cm/s.
Temperatura w strefie reakcyjnej zmieniała
się od 200oC do 1200oC co 100ᵒC. Masa
badanych próbek wyjściowych wynosiła
około 10 g. Proces suszenia i szybkiej
pirolizy przeprowadzony
został
w
izotermicznych warunkach w komorze z
laminarnym przepływem azotu przy
szybkości nagrzewu od 100 do 5000 deg/s
i czasie przebywania próbki w strefie
reakcji aż do momentu ustabilizowania się
masy próbki. Uzyskane podczas procesu
pirolizy, karbonizaty poddane zostały
procesowi spalania w komorze pionowej w
atmosferze powietrza przy liczby nadmiaru
n=1,25÷2,5 w temperaturach otoczenia
Tp=823÷1523 K co 100 deg. Procesowi
spalania poddane są próbki karbonizatu o
frakcjach d=100 μm, 200 μm,500 μm,
1000 μm, 1500 μm, 2000 μm, 3000 μm,
4000 μm, 5000 μm. Określone zostały
czasy zapłonu, czasy spalania części
lotnych, spalania karbonizatu i całkowity
czas spalania w funkcji wielkości ziarna
(do), temperatury otoczenia i liczby
nadmiaru powietrza. Oprócz czasów
trwania poszczególnych faz spalania,
określone zostały temperatury spalania
części lotnych (gazów pirolitycznych) i
temperatury spalania ziaren karbonizatu.
Ocena
energetyczna
poszczególnych
odmian
alotropowych
została
przeprowadzona według tych samych
reguł, według których ocenia się
2. Metodyka
badań
własności
fizykochemicznych
i
kinetycznych
podstawowych odmian alotropowych
odpadów komunalnych.
Problem badawczy stanowi wyznaczenie i
określenie
podstawowych
własności
fizykochemicznych
i
kinetycznych
substancji organicznej i mineralnej
podstawowych
składników
morfologicznych odpadów komunalnych z
różnych regionów Polski w celu
opracowania optymalnej pod względem
ekologicznym i energetycznym technologii
termicznej
utylizacji
odpadów
komunalnych. Przedstawiony poniżej
sposób rozwiązania postawionego w
niniejszym
projekcie
problemu
badawczego
uwzględnia
najnowsze
osiągnięcia w dziedzinie termicznego
recyklingu odpadów komunalnych.
W badaniach zwrócono szczególną uwagę
na początkowe fazy procesu termicznego
recyklingu
odpadów
komunalnych.
Początkowe fazy procesu, które wywierają
bezpośredni
wpływ
na
całkowite
wypalanie odpadów dotyczą procesu
suszenia i termicznego rozkładu substancji
organicznej i nieorganicznej odpadów.
Istotne znaczenie ma tu zjawisko
transformacji substancji mineralnej do fazy
gazowej w trakcie procesu szybkiej
pirolizy. Równie ważne są tu fizyczne
przemiany pierwiastków alkalicznych
tworzących związki zasadowe oraz chlor,
które mają bezpośredni wpływ na
tworzenie się popiołu oraz jego skłonności
do tworzenia aglomeratów żużlowych oraz
na
intensywności
korozji
wysokotemperaturowej.
Szybkość
nagrzewu substancji odpadów oraz
temperatury rozkładu w decydujący sposób
wpływają na ilość i skład chemiczny
wydzielonych gazów pirolitycznych oraz
na stopień reaktywności karbonizatu.
Projektowanie technologii instalacji dla
przebiegu procesu termicznej utylizacji
odpadów wymaga kompleksowych badań
7
RATUJMY ŚWIAT
przydatność energetyczną kopalnych paliw
stałych.
Z energetycznego punktu widzenia,
najważniejsze wskaźniki charakterystyczne
paliwa to:
 zawartość O wg: PN-G-04571:1998
Termiczny
rozkład
składników
morfologicznych odpadów dla warunków
powolnego nagrzewu przeprowadzono
zgodnie z PN-G-04512:1980/Az1:2002 w
temperaturze
815oC
w
warunkach
redukcyjnych z szybkością 4-5oC/min dla
próbek
w
stanie
analitycznym
(powietrzno–suchym). Związki chloru,
potasu i bromu powszechnie występują w
substancjach
organicznych
różnych
rodzajów odpadów. Pierwiastki te w czasie
spalania odpadów mogą być poważnym
problemem eksploatacyjnym w trakcie
termicznej utylizacji odpadów, tworzą
bowiem
związki
o
intensywnej
korozyjności wysokotemperaturowej oraz
intensyfikują
proces
żużlowania
i
aglomeracji popiołów. Dlatego w trakcie
spalania
odpadów,
własności
fizykochemiczne substancji mineralnej, z
której powstaje popiół posiadają bardzo
ważną
rolę
procesową.
Obecność
pierwiastków takich jak Na, K, P w
substancji mineralnej odpadów, a później
w popiele w postaci tlenków Na2O, K2O,
P2O5
stwarza
mnóstwo
kłopotów
eksploatacyjnych i jest niepożądanym
produktem spalania odpadów. Skład
substancji popiołów określony został
zgodnie z PN w trakcie której odważka
badanej substancji była przetrzymywana w
zamkniętym tyglu o temperaturze 815oC aż
próbka
nie
uzyska
stałej
masy.
Pozostałość, która stanowi popiół, poddana
została analizie chemicznej zgodnie z PN,
podczas której określono tlenki: krzemu,
wapnia, potasu, glinu, tytanu, żelaza,
magnezu oraz śladowe ilości innych
tlenków. Całą powyższą grupę tlenków
dzieli się na grupę kwaśną, która
podwyższa
temperaturę
przemian
fazowych substancji popiołu i na grupę
tlenków zasadowych, które obniżają
temperaturę przemian fazowych.
Powszechnie
dotychczas
stosowane
metody określania charakterystycznych
fizycznych temperatur przemian fazowych
popiołu sprowadzają się głównie do
metody Bante-Bauna i metody JAFT.
Metoda
polega
na
przygotowaniu
badanego popiołu i wykonania 6-ciu












zawartość wilgoci (W)
zawartość popiołu (A)
zawartość siarki(S)
zawartość azotu (N)
zawartość chloru (Cl)
zawartość węgla (C)
zawartość wodoru (H)
zawartość tlenu (O)
ciepło spalania (Qc)
wartość opałowa (Qi)
zawartość części lotnych (V)
charakterystyczne fizyczne
temperatury popiołu ( tm, ts, tt, tp)
 szybkość spalania ( Wsp)
 gęstość rzeczywista (da) i pozorna
(di)
Oznaczenia przeprowadzone zostały
zgodnie z PN węglową:
 ciepło spalania i wartość opałowa
wg: PN-G-04511:1981, PN-ISO1928:2002, PN-G-04510-1991
 zawartość wilgoci wg: PN-G04510-1991, PN-G-04511:1980
 zawartość popiołu wg: PN-G04510-1991 ,PN-G-04511:1980,
PN-ISO-1928:2002,
 zawartość części lotnych wg: PNG-04516:1998
 gęstość rzeczywista i pozorna wg:
PN-G–04537:1998, PN-G-043072008
 gęstość nasypowa wg: PN-G04531:1973
 zawartość siarki (S) wg: PN-G04511-08:1977, PN-ISO-334:1997
 zawartość chloru (CL) wg: PNISO-587:2000
 zawartość C wg: PN-G-04571:1998
 zawartość H wg: PN-G-04571:1998
 zawartość N wg: PN-G-04571:1998
8
RATUJMY ŚWIAT
walców o średnicy 2mm i wysokości 2
mm, które umieszcza się między
ceramicznymi płytkami o wymiarach
25x25x3 mm. Zestaw umieszcza się w
piecu laboratoryjnym o atmosferze
redukcyjnej i nagrzewa się z szybkością 5
deg/min do temperatury 1600oC. Zdjęcia
wykonuje się co 20oC.
pirolizą i po pirolizie pozwala określić
rozdział
na
substancję
gazów
pirolitycznych i karbonizatu z popiołem.
Wyznaczenie masy popiołu pozwala
wyznaczyć
procentowy
udział
poszczególnych produktów pirolizy w
zależności od parametrów procesu.
Wyznaczenie składu ziarnowego pozwala
określić
stopień
fragmentaryzacji
karbonizatu i przygotować dane do procesu
spalania fazy stałej.
Proces
spalania
poszczególnych
komponentów odpadów komunalnych
charakteryzuje się stosunkowo długim
okresem fazy zapłonu, w czasie którego
głównie odparowuje wilgoć. Faza ta może
wynosić od 10 do 50% całkowitego czasu
spalania. Po fazie odparowania w
temperaturach wyższych od 170oC
następuje usuwanie tzw. ”oxigazów”, a w
temperaturach wyższych od 200oC
następuje gwałtowny termiczny rozkład
substancji organicznej i częściowo
nieorganicznej.
W
zależności
od
warunków termicznych nagrzewu w fazę
gazową przechodzi od 50 do 93%
substancji organicznej i od 10 do 50%
substancji nieorganicznej. Wydzielane
gazy pirolityczne częściowo spalają się
bezpośrednio na wyjściu z substancji
organicznej
przy
pomocy
tlenu
organicznego, a pozostała część gazów
pirolitycznych przepływa w strefy bogate
w tlen, gdzie ulega całkowitemu spalaniu.
Pozostały karbonizat posiada znaczną
reakcyjność i może być spalony w postaci
pyłu lub w postaci nierozdrobnionej w
złożu fluidalnym. Z uwagi na fakt, że
występuje
łącznie
z
popiołem,
wygodniejszym
rozwiązaniem
technologicznym jest spalanie w złożu
fluidalnym o kontrolowanej atmosferze, w
temperaturach niższych od temperatury
mięknienia popiołu. Zaprojektowanie
technologii termicznej utylizacji odpadów
komunalnych
wymaga
znajomości
poszczególnych faz spalania w zależności
od struktury morfologicznej, wymiarów
geometrycznych, temperatury ośrodka i
liczby nadmiaru powietrza. Wymaga to
znajomości czasu zapłonu, czasu spalania
gazów pirolitycznych, czasu spalania
Analiza zdjęć umożliwia określenie
charakterystycznych temperatur popiołu:
ts – temperatura spiekania
tm – temperatura mięknienia
tt – temperatura topnienia
tp – temperatura płynięcia
W procesie termicznego recyklingu
odpadów w komorze kotła, bardzo istotna
sprawą z punktu widzenia organizacji
procesu spalania jest rozdział substancji
organicznej odpadów na lotną substancje
gazów pirolitycznych i stałą substancję
karbonizatu i popiołu. Wskaźnikiem
pomocnym
dla
właściwego
zaprojektowania komory spalania jest
rozdział substancji wejściowej odpadów na
części lotne, koksik i popiół określony wg
PN-G-04512:1990/Az1:2002 w warunkach
standardowych powolnego nagrzewu.
Metoda ta jest jednak nieadekwatna do
rzeczywistych warunków, jakim poddana
jest substancja odpadów w komorze
spalania kotła, gdzie występuje udar
cieplny, w czasie którego szybkość
nagrzewu
poszczególnych
cząstek
2
3
odpadów wynosi od 10 do 10 deg/s.
Warunki szybkiego nagrzewu całkowicie
zmieniają
mechanizm
termicznego
rozkładu zarówno substancji organicznej
jak
i
nieorganicznej.
Stwierdzenie
powyższe jest przyczyną przeprowadzenia
badań nad pirolizą składników odpadów w
warunkach szybkiego nagrzewu w
instalacji pieca rurowego w zakresie
temperatur od 500 do 1200oC w
atmosferze
redukcyjnej,
gdzie
rozdrobnione odpady o granulacji od 200
μm do 5000 μm w warunkach swobodnego
opadania poddane zostały szybkiemu
nagrzewowi. W zależności od granulacji,
szybkość nagrzewu ziaren odpadów
zawiera się w przedziale od 102 do
103deg/s. Wyznaczenie masy próbki przed
9
RATUJMY ŚWIAT
karbonizatu i całkowitego czasu spalania
ziarna odpadów oraz temperatury spalania
gazów pirolitycznych i spalania koksu w
zależności od granulacji i temperatury
otoczenia przy stałej koncentracji tlenu.
Badania przeprowadzono w komorze
spalania o regulowanej temperaturze
otoczenia i ustalonej koncentracji tlenu.
Frakcje odpadów o określonej granulacji
podawane są przez podajnik umieszczony
nad komorą spalania. Proces spalania
frakcji odpadów o określonej granulacji
odbywał się w trakcie opadania ziaren w
kontrolowanej
atmosferze
tlenowej.
Poszczególne
fazy
spalania
będą
rejestrowane
na
taśmie
filmowej,
przesuwającej się z określoną szybkością.
Znacznik czasowy pozwala rejestrować
proces od momentu wprowadzenia ziaren
do komory spalania. Pomiar temperatury
odbywa się przy pomocy metody
pirometrycznej wykorzystującej stopień
zaczernienia taśmy filmowej przez
promieniujące ciało. Wyniki zostały
uzależnione od granulacji odpadów
temperatury otoczenia i koncentracji tlenu.
Zaproponowana powyżej metodologia
badawcza
oraz
sposób
realizacji
całkowicie spełniają założenia celu pracy.
Przyczyniają się bowiem do opracowania
innowacyjnej technologii proekologicznej
mającej na celu potencjalne zastosowanie
w praktyce.
morfologicznych odpadów przedstawione
są w (tabeli nr 1).
W tabeli przedstawiono również udział
gazów pirolitycznych i karbonizatu
otrzymanych w trakcie termicznego
rozkładu
badanych
substancji
w
o
temperaturze 1000 C, w warunkach
szybkiego nagrzewu (102–103deg/s) jakie
panują w początkowej strefie paleniska
kotła rusztowego.
Przedstawione wyniki badań wykazały że
poszczególne składniki morfologiczne
znacznie różnią się miedzy sobą zarówno
zawartością wilgoci (Wr), która jest w
pewnym sensie cechą fizyczną danej
substancji, jak również zawartością
substancji
mineralnej,
chemicznie
związanej z substancją organiczną jak i
mineralną
wolną
–
przybyszową.
Najwyższa
zawartość
substancji
balastowych
w
postaci
wilgoci
charakterystyczna jest dla składników
morfologicznych pochodzenia roślinnego i
zwierzęcego. Substancje te charakteryzują
się natomiast bardzo małą ilością
substancji
mineralnych
chemicznie
związanych z substancją organiczną.
Wyjątek stanowią odpady kostne, które
posiadają prawie 40-to procentowy udział
substancji
mineralnej
chemicznie
związanej z substancją organiczna. Odpady
pochodzenia roślinnego i zwierzęcego
posiadają bardzo dużą zdolność do
wchłaniania wilgoci, co objawia się
zawartością wilgoci znacznie wyżej od
20%. Najwyższa zawartość wilgoci
występuje
w
osadach
ściekowych
r
W =78,12%. Odpady pochodzące z folii,
PCV i gumy charakteryzują się bardzo
niską zawartością wilgoci. Wilgoć w ich
przypadku jest wyłącznie wilgocią
powierzchniową, zewnętrzną, jej zawartość
nie przekracza z reguły 5%. Substancje te
charakteryzują się natomiast związaną
chemicznie substancją mineralną z
substancją palną. Substancję mineralną
stanowią różnego rodzaju wypełniacze,
utwardzacze itd., które trwale są związane
z
pierwiastkami
zaliczanymi
do
pierwiastków tworzących substancje palną.
Stwierdzenie to znajduje odzwierciedlenie
w skaldzie chemicznym karbonizatu
3. Wyniki badań fizykochemicznych i
kinetycznych
podstawowych
składników
morfologicznych
odpadów komunalnych.
3.1. Analizy techniczne i elementarne.
Analizy
techniczne
i
elementarne
składników morfologicznych odpadów
przeprowadzono w Zakładzie Kotłów
i Turbin ITC i MP Wydziału Mechaniczno
–
Energetycznego
Politechniki
Wrocławskiej we współpracy z Zakładem
Chemii i Technologii Węgli Kamiennych
i
Pirolitycznych
Instytutu
Chemii
i Technologii Nafty i Węgla Politechniki
Wrocławskiej. Wyniki analizy technicznej
i
elementarnej
badanych
prób
10
RATUJMY ŚWIAT
równowagowych
warunkach
termodynamicznych. W trakcie badań
określono czas odparowania wilgoci i czas
nagrzania próbki do momentu w którym
wydzielają się gazy pirolityczne w ilości
niezbędnej do utworzenia mieszanki palnej
zdolnej do zapłonu przedstawia (wykres na
rys.1). O czasie zapłonu (τz) decyduje
głównie zawartość wilgoci (Wr) i szybkość
termicznego
rozkładu
substancji
organicznej.
otrzymanego w trakcie procesu pirolizy.
W karbonizacie oprócz pierwiastka C
występują inne pierwiastki które wchodzą
w skład substancji mineralnej. Pierwiastki
te
impregnują
substancje
układów
krystalitów węglowych, z reguły znacznie
spowalniając proces wypalania ziaren
karbonizatów. Oprócz różnic w zawartości
składników
balastowych
(Ar,
Wr)
występują dość znaczne różnice w składzie
elementarnym substancji organicznej.
Zawartość pierwiastków C, H, O od
których głównie zależy wartość ciepła
spalania (Qc) zmieniają się w dość
szerokim zakresie, co powoduje znaczne
fluktuacje w intensywności wydzielania
ciepła w poszczególnych fazach procesu
spalania. Jest to przyczyną występowania
znacznych spiętrzeń temperaturowych
w fazie spalania gazów pirolitycznych
prowadzących
do
przekroczenia
dopuszczalnych temperatur mięknienia i
spiekania
popiołu
oraz
zatapiania
niespalonych
części
odpadów
w
aglomeratach substancji żużlowej.
Poszczególne składniki morfologiczne
odpadów komunalnych w bardzo istotny
sposób różnią się między sobą zarówno
składem chemicznym jak i fizyczną
budową strukturalną. Różnice te są tak
istotne z chemicznego i fizycznego punktu
widzenia że praktycznie nie można
dokonać
żadnych
merytorycznych
porównań i szukać wspólnej platformy
odniesienia. Budowa fizykochemiczna
poszczególnych
gatunków
morfologicznych
odpadów
nakazuje
traktować je jako odrębne strukturalnie
substancje, które mają podlegać procesowi
termicznego przekształcania.
Rys. 1. Czas zapłonu w zależności od masy
próbki.
Czas zapłonu (τz) ustalonej masy próbki,
rośnie proporcjonalnie ze wzrostem
zawartości wilgoci (Wr) w próbie
wejściowej. Czas wydzielania i spalania
gazów pirolitycznych (τv) przedstawiony
jest na wykresie (rys. nr 2). Najkrótszy
czas wydzielania i spalania gazów
pirolitycznych charakterystyczny jest dla
odpadów pochodzenia zwierzęcego. Gazy
pirolityczne wydzielają się w sposób
wybuchowy,
powodując
eksplozję
substancji mięsnej.
3.2.Kinetyka
spalania
odmian
alotropowych odpadów komunalnych.
Badania
procesu
spalania
prób
wyodrębnionych
gatunków
morfologicznych
odpadów
przeprowadzono w temperaturze 1000oC
przy przepływie powietrza przez warstwę
spalanej
substancji.
Badania
przeprowadzono dla prób o różnej masie w
11
RATUJMY ŚWIAT
Tabela nr 1. Wyniki analizy technicznej i elementarnej głównych składników odpadów komunalnych.
Lp.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Rodzaj substancji
Odpady z drewna
budowlanego
Odpady papierowe
(makulatura)
Odpady z kartonów
Odpady z tworzyw
sztucznych
Odpady z PCV
Odpady organiczne
pochodzenia roślinnego
Odpady organiczne
mięsne
Odpady organiczne
kostne
Odpady
tekstylne
Odpady
skórzane
Odpady
gumowe
Brykiety z drewna
Pelety z drewna
Osady ściekowe
A
[%]
Vr
[%]
Wr
[%]
Qi
[KJ/kg]
Ar
[%]
Cr
[%]
Hr
[%]
Or
[ %]
Nr
[%]
Sr
[%]
Clr
[%]
Kr
[%]
Mr
[%]
Vd
Kd
Cdk
0,54
65,60
20,00
14460
0,40
40,80
4,80
33,35
0,20
0,10
0,35
14,0
79,6
82,00
17,06
96,48
19,27
59,88
23,20
9430
14,0
28,80
4,1
29,1
0,3
0,2
0,10
9,12
62
77,97
2,76
100,00
5,42
65,51
20,12
11190
9,14
34,67
4,1
31,7
0,2
0,1
0,23
5,23
70,74
88,26
6,55
100,00
3,52
69,74
1,34
24960
3,48
60,88
8,74
21,03
1,01
1,28
2,26
25,44
95,18
70,69
25,79
94,68
7,51
64,25
0,68
25480
7,26
38,06
5,04
43,90
0,39
0,73
4,66
27,48
91,99
64,83
27,86
78,37
7,00
57,39
28,45
11305
5,01
40,60
4,42
21,00
0,30
0,01
0,01
9,15
66,54
80,27
12,79
100,00
7,50
55,61
35,72
18420
4,82
35,72
5,94
17,00
0,72
0,08
0,00
3,85
59,46
86,51
5,99
100,00
41,90
30,45
4,84
10760
40,16
31,15
4,35
18,35
0,37
0,28
0,50
24,55
55,00
32,00
26,10
56,42
3,80
69,05
16,28
20860
3,18
52,68
4,95
21,45
0,86
0,42
0,18
11,45
80,54
82,48
13,72
94,65
2,95
41,42
23,48
22460
2,26
31,87
4,82
35,92
0,96
0,68
0,01
32,84
74,26
54,15
42,90
86,02
13,64
35,07
5,94
24180
12,84
64,15
4,94
11,05
0,18
0,75
0,15
46,15
81,22
37,28
49,08
73,85
0,75
0,75
43,05
72,00
73,84
8,89
11,84
9,62
78,12
16570
16810
1724
0,66
0,68
9,42
42,64
43,95
6,14
5,16
5,89
1,87
38,49
38,59
3,59
0,27
0,29
0,55
0,16
0,17
0,16
0,78
0,81
0,15
15,30
15,86
3,57
87,50
89,70
12,46
81,90
81,70
40,63
17,35
17,55
16,31
100,00
100,00
94,25
W podobny sposób przebiega proces
współspalana
i
spalania
gazów
pirolitycznych z peletów i brykietów
pochodzących z tkanki roślinnej. Proces
wydzielania
i
spalania
gazów
pirolitycznych odpadów mięsnych-poza
kostnymi-peletów, brykietów pochodzenia
roślinnego oraz odpadów pochodzenia
roślinnego jest 3–4 krotnie krótszy od
czasu spalania gazów pirolitycznych
pochodzących z odpadów gumowych,
PCV i odpadów kostnych.
W zależności od zawartości wodoru w
substancji organicznej w wytworzonym
froncie spalania gazów pirolitycznych
temperatura osiąga poziom 1500 –1600oC.
W zależności od gatunku morfologicznego
odpadów, w fazę gazową przechodzi od 50
do
95%
substancji
organicznej.
Największy udział substancji gazowej
występuje w przypadku utylizacji odpadów
mięsnych.
Rys. 2. Czas wydzielania i spalania gazów
pirolitycznych w zależności od masy próbki.
12
RATUJMY ŚWIAT
Wykres na (rys. 3) przedstawia czas
wypalania pozostałości po odgazowaniu
spalanej
substancji
morfologicznej
odpadów. Najkrótszy czas spalania
pozostałości
po
odgazowaniu
charakterystyczny jest dla peletów,
brykietów
pochodzenia
roślinnego,
makulatury,
odpadów
pochodzenia
roślinnego i zwierzęcego, odpadów
tekstylnych i osadów ściekowych. 2-3
krotnie
dłuższy
czas
wypalania
karbonizatu, charakterystyczny jest dla
odpadów
pochodzących
z
drewna
budowlanego oraz z tworzyw sztucznych.
Najdłuższy
czas
wypalania
charakterystyczny jest dla karbonizatów
pochodzących z odpadów PCV, gumy,
kości i skóry. Czas ten jest przeciętnie 5-6
krotnie dłuższy od czasów wypalania
karbonizatów pochodzących z odpadów
tkanki zwierzęcej i odpadów roślinnych.
Całkowity czas spalania (τc) substancji
badanych odpadów w zależności od ich
masy przedstawia wykres na (rys. nr 4).
Rys. 3. Czas spalania pozostałości po odgazowanie
w zależności od masy próbki.
Najkrótszy całkowity czas wypalania
substancji odpadów charakterystyczny jest
dla peletów i brykietów pochodzących z
substancji roślinnych.
Całkowity czas wypalania Formowanych
Alternatywnych Paliw Energetycznych
(FAPE) pochodzących z organicznych
substancji roślinnych jest 4-5 krotnie
krótszy od czasu spalania odpadów
pochodzących ze skóry, PCV i gumy.
Odpady pochodzące z tworzyw sztucznych
i osady ściekowe spalają się około 1,5 raza
dłużej od peletów i brykietów pochodzenia
roślinnego.
W zakresie określonego rozdrobnienia,
całkowity lecz inny czas wypalania (τc)
identycznych masowo, lecz niekiedy
różniących się geometrycznie, różnych
struktur
morfologicznych
odpadów
powoduje dezorganizacje procesu spalania
warstwy wsadu na ruszcie- niezależnie od
jego typu. Jednorodna początkowa
warstwa paliwa na ruszcie posiadająca
jednakowy
opór
hydrauliczny
dla
przepływającego przez dane strefy
Rys. 4. Całkowity czas spalania w zależności od
masy próbki.
13
RATUJMY ŚWIAT
powietrza, staje się z powodu różnych
szybkości wypalania poszczególnych
gatunków
morfologicznych,
warstwą
„dziurawą”
o
strukturze
„sera
szwajcarskiego”.
wówczas, gdy w substancji mineralnej
występują duże ilości Na i K. Ponieważ
odpady
pochodzenia
roślinnego
i
zwierzęcego zawierają największą ilość Na
i K, dlatego charakterystyczne temperatury
ich popiołów są niskie. Temperatura
mięknienia
popiołów
pochodzenia
roślinnego wynosi około 710oC, odpadów
mięsnych – kostnych 890oC, a odpadów
kostnych 950oC. Najwyższe temperatury
mięknienia charakterystyczne są dla
odpadów pochodzących z tworzyw
sztucznych, PCV i gumy. Temperatura
mięknienia popiołu pochodzącego z
tworzyw sztucznych wynosi około 1300oC.
Popiół pochodzący z drewna, makulatury,
tekstyliów i skór posiada temperaturę
mięknienia w przedziale 1000 – 1200oC.
Istotne
znaczenie
mają
również
temperatury topnienia i płynięcia popiołu
odpadów roślinnych i zwierzęcych których
wartości zawierają się w przedziale 900 –
1150oC. Niskie wartości tych temperatur
szczególnie w przypadku odpadów
kostnych
powodują
istotną
dezorganizację procesu spalania odpadów
o niskiej reakcyjności. Powstaje bowiem
sytuacja gdy płynna substancja popiołu
pochodzącego ze spalania odpadów
kostnych zatapia niespalony karbonizat
pochodzący np. z odpadów gumowych czy
tekstylnych. Oblepione płynnym popiołem
ziarna
karbonizatów
są
zatopione
wewnątrz powłoki żużlowej. Proces
spalania zostaje przerwany, a wewnątrz
powstaje niedopał w postaci niespalonego
karbonizatu, co bardzo dokładnie obrazują
zdjęcia fragmentu żużla pobranego z pod
rusztu kotła rusztowego spalarni odpadów
w Warszawie, co przedstawia zdjęcie na
(rys.5).
4. Charakterystyki fizyczne popiołu
pochodzące
z
różnych
rodzajów
morfologicznych odpadów.
Zachowanie się substancji popiołu podczas
procesu
spalania
określają
charakterystyczne
temperatury
jakie
przechodzi popiół w trakcie nagrzewu.
Niezależnie od metody wyznaczania
charakterystyk temperatur, oznaczenie
sprowadza się do określenia:
 temperatury topnienia (tt),
 temperatury płynięcia (tp).
 temperatury spiekania (ts),
 temperatury mięknienia (tm),
 temperatury topnienia (tt),
Charakterystyczne temperatury popiołu
badanych
struktur
morfologicznych
odpadów przedstawione zostały w (tabeli
nr 2).
Tabela nr 2. Fizyczne temperatury popiołu.
Lp.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Rodzaj
substancji
Pelety,
brykiety, kęsy
z pospółki
drzew
liściastych i
iglastych
Drewno
odpadowe
poużytkowemeblowe,
stolarskie
Odpady z
drewna
budowlanego
Odpady
papierowe
Odpady
kartonowe
Odpady z
tworzyw
sztucznych
Odpady z PCV
Odpady
organiczne
pochodzenia
roślinnego
Odpady
organiczne
mięsne
Odpady
organiczne
kostne
Odpady
tekstylne
Odpady
skórzane
Odpady
gumowe
Osad ściekowy
Temperatura
spiekania
ts [oC]
Temperatura
mięknienia
tm [oC]
Temperatura
topliwości
tt [oC]
Temperatura
płynięcia
tp [oC]
1175
1970
1305
1348
1148
1169
1205
1264
1145
1188
1224
1296
994
1083
1207
1294
1016
1095
1232
1325
1285
1354
1468
1535
1296
1368
1474
1512
708
785
824
917
887
924
995
1064
942
985
1073
1168
1085
1169
1254
1315
1012
1094
1216
1384
1246
1318
1495
1524
1195
1268
1384
1492
Charakterystyczne temperatury popiołu są
ściśle uzależnione od składu chemicznego
substancji mineralnej spalanych struktur
morfologicznych odpadów. Temperatury
popiołu ulegają szczególnemu obniżeniu
Rys. 5. Niedopał powstały w żużlu.
14
RATUJMY ŚWIAT
Różnorodność przebiegających zjawisk
podczas spalania poszczególnych struktur
morfologicznych oraz ich przesunięcia
czasowe
powodują
nakładanie
się
niekorzystnych zjawisk, które prowadzą do
powstania straty niecałkowitego spalania
(Sn) w żużlu i w lotnym popiele oraz
wzrostu
straty
kominowej
(Sk)
spowodowanej
niekontrolowanym
przepływem „fałszywego” powietrza przez
te fragmenty rusztu w których nastąpiło
wcześniejsze
wypalenie
najbardziej
reakcyjnych odmian morfologicznych
odpadów.
5.
Temperatura
pirolitycznych.
spalania
gazów pirolitycznych pochodzących z
tworzyw sztucznych wynosi około 1600oC,
a pochodzących z odpadów kostnych
wynosi około 1400oC. Następna dalsza
prawie wyodrębniona przestrzeń na ruszcie
jest przyporządkowana strefie spalania
gazów pirolitycznych pochodzących z
odpadów gumowych, odpadów PCV,
peletów i drewna odpadowego. Najniższą
temperaturę spalania
rzędu 1410oC
osiągają gazy pochodzące z gumy.
Temperatura
spalania
gazów
pirolitycznych pochodzących z PCV
wynosi około 1480oC, a drewna około
1550oC.
gazów
Proces wydzielania i spalania gazów
pirolitycznych odpadów podawanych do
kotłów rusztowych odbywa się w przedniej
części kotła pod przednim sklepieniem ,
gdzie następuje proces suszenia i
odgazowania. Przestrzeń na ruszcie w
której odbywa się ten proces jest
uzależniona
od
rodzaju
odmiany
morfologicznej
odpadów,
które
charakteryzują się odmiennymi czasami
suszenia i spalania wydzielanych gazów
pirolitycznych. Różnice te dokładnie
charakteryzują zależności przedstawione
na wykresach (rys. 1 i 2).
Z przedstawionej na wykresie rys. 6
zależności
określającej
temperaturę
spalania
gazów pirolitycznych
w
zależności od czasu trwania procesu,
wynika że w tym samym czasie i w tym
samym miejscu na ruszcie będą się spalać
gazy pirolityczne pochodzące z różnych
odmian
morfologicznych
odpadów
posiadających różny skład chemiczny
substancji mineralnej.
W najkrótszym czasie w początkowej
strefie rusztu będą
spalać się gazy
pirolityczne pochodzące z tworzyw
sztucznych i odpadów kostnych. Należy tu
jednak zaznaczyć że temperatura spalania
gazów pirolitycznych pochodzących z
tworzyw sztucznych jest o około 200oC
wyższa od temperatury spalania gazów
pirolitycznych
pochodzących
z
odgazowania kości. Temperatura spalania
Rys. 6. Temperatury spalania gazów pirolitycznych
badanych prób.
Trzecia przestrzeń rusztu zajmuje strefa w
której spalają się gazy pirolityczne
pochodzące z odpadów tekstylnych,
makulatury, drewna budowlanego i
odpadów ściekowych.
Proces spalania gazów pirolitycznych
pochodzących
z
różnych
odmian
morfologicznych spalających się w danej
strefie rusztu jest jednorodnym procesem
przebiegającym w mieszaninie gazów
pirolitycznych pochodzących z całej grupy
15
RATUJMY ŚWIAT
odpadów znajdujących się w danej
przestrzeni rusztu.
Uzyskane wyniki badań pozwalają
stwierdzić że podczas procesu spalania
odpadów
komunalnych
w
kotłach
rusztowych, na ruszcie występują wyraźne
trzy strefy spalania gazów pirolitycznych
pochodzących z wyodrębnionych odmian
morfologicznych odpadów. Strefy te są
przesunięte w czasie i w przestrzeni. Nie
jest to jednak podział sztywny, gdyż jest
on ściśle uzależniony od zawartości
wilgoci (Wr) oraz stopnia rozdrobnienia
geometrycznego i masowego.
Przedstawione na wykresie rys. 6
zależności pokazują jakie mogą wystąpić
temperatury w danej strefie rusztu i jakie
konsekwencje mogą powodować w
pozostałej części substancji organicznej i
nieorganicznej odpadów. Z przedstawionej
na rys. 6zależności wyraźnie widać że
równoczesne
przemiany
termiczne
substancji dwóch, lub większej ilości
odmian morfologicznych odpadów o
odmiennych
charakterystykach
fizykochemicznych i kinetycznych mogą
powodować trudne do przewidzenia skutki,
przeważnie o charakterze negatywnym.
Negatywnym skutkiem takiego procesu
spalania odpadów komunalnych na ruszcie
jest zatapianie substancji palnej odpadów
przez stopiona substancję mineralną
popiołu. Wynika to z faktu że przemianę
termiczną
na
ruszcie
przechodzi
jednocześnie odpad gumowy i odpad
kostny. Temperatura spalania gazów
pirolitycznych w tej strefie rusztu wynosi
odpowiednio około 1430oC i 1590oC i jest
znacznie
większa
od
temperatury
mięknienia (tm) i temperatury płynięcia
(tp=900oC) popiołu pochodzącego z
odpadów kostnych, co przedstawia tabela
nr 2. W tym samym czasie powstaje
karbonizat po odgazowaniu odpadów
gumowych, którego czas wypalania (τk)
jest znacznie dłuższy od czasu spalania
gazów pirolitycznych , co przedstawia
wykres na rys. 3. Jeżeli ziarno karbonizatu
pochodzące z gumy znajdzie się w pobliżu
płynnej fazy popiołu pochodzącego z
kości, wówczas zostanie zatopione
wewnątrz powłoki żużla. Proces spalania
zostaje przerwany i powstaje niedopał w
postaci karbonizatu składającego się w
znacznej mierze z pierwiastka C. Zjawisko
to obrazują zdjęcia przedstawione na rys.
5. Powyższe zdjęcia przedstawiają
fragment żużla otrzymanego ze spalania
mieszaniny odpadów komunalnych w kotle
rusztowym spalarni na „Targówku” w
Warszawie. Przedstawiony obraz pokazuje
typowy
przykład
historii
spalania
mieszaniny odpadów komunalnych na
ruszcie.
6. W jaki sposób można uzyskać
całkowite, zupełne oraz ekologiczne
spalania odpadów komunalnych.
Przedstawione
wyniki
badań
fizykochemicznych
i
kinetycznych
wybranych- (podstawowych) odmian
morfologicznych odpadów w sposób
jednoznaczny wykazały że nie można
skutecznie prowadzić procesu termicznej
utylizacji
odpadów
komunalnych
stanowiących
(dowolną)
mieszankę
różnych
struktur
morfologicznych
jednocześnie w czasie ciągłego procesu
przebiegającego w jednej przestrzeni
reakcyjnej. Nakładanie się procesów
termicznych przebiegających w fazie
gazowej i w fazie stałej, powoduje
powstanie
niekorzystnych
zjawisk,
prowadzących do powstania z jednej
strony strat w postaci niecałkowitego
spalania fazy stałej –karbonizatu-, a z
drugiej strony powstania niekorzystnych z
ekologicznego punktu widzenia, związków
gazowych w postaci tlenków azotu (NOx),
tlenków siarki (SOx) oraz chlorowodoru
(HCl). Zjawisk tych, spalając odpady w
kotłach rusztowych nie da się uniknąć
ponieważ
są
to
charakterystyczne
własności technologiczne dla tego typu
układów technologicznych. Rozwiązaniem
problemu jest układ ciągłego procesu
termicznego, rozdzielonego jednocześnie
w czasie i w przestrzeni. Układ taki
powstaje wówczas, gdy proces suszenia i
odgazowania powstaje w przestrzeni o
atmosferze
redukcyjnej
w
której
temperatura jest niższa od temperatury
spiekania popiołu (ts). Powstałe w tej
16
RATUJMY ŚWIAT
części
procesu
gazy
pirolityczne
odprowadzone są do przestrzeni komory
spalania przy kontrolowanej atmosferze
reakcyjnej
w
określonym
reżimie
temperaturowym, tak aby ilość powstałych
NOx termicznych była minimalna. W
strefie suszenia i pirolizy powinna być
również dokonana redukcja siarki i chloru
zawartych w odpadach przy pomocy
dodatkowo wprowadzonych związków
wapnia (CaCO3). Powstały w trakcie
odgazowania popiół i karbonizat powinien
bezpośrednio być podany do tej części
komory spalania w której oddzielnie od
gazów pirolitycznych, w ściśle określonej
temperaturze przestrzeni reakcyjnej –
poniżej temperatury spiekania (ts) popiołuzostanie całkowicie spalany. Układ
technologiczny gdzie proces termicznej
utylizacji jest ciągły i przebiega przy ściśle
określonych
parametrach
termodynamicznych i w określonej
atmosferze gazowej w poszczególnych
fazach procesu termicznej przemiany daje
możliwość całkowitego, zupełnego i w
pełni ekologicznego procesu spalania.
Układ
taki
zapewnia
osiągnięcie
maksymalnej sprawności termicznej oraz
optymalnego
bezpieczeństwa
ekologicznego. Tak zaprojektowany układ
termicznej
utylizacji
odpadów
komunalnych zrealizowany jest w układzie
pirolityczno – fluidalnym typu „K”
chronionym patentami i zgłoszeniami
patentowymi
[8-14].
Schemat
technologiczny instalacji typu „K”
przedstawiono na (rys. nr 7).
Instalacja
składa
się
z
układu
przygotowania i podawania odpadów wraz
z
układem
podawania
katalizatora
wapniowego.
Proces
suszenia
i
odgazowania inicjowany i podtrzymywany
jest
przez
płomień
paliwa
wspomagającego, którego ilość jest ściśle
uzależniona od zawartości wilgoci w
podawanych odpadach, oraz zależy od
ciepła rozkładu utylizowanej substancji.
Wydzielany w trakcie odgazowania chlor i
tlenki siarki neutralizowane są w tej fazie
procesu przez gazowe tlenki wapnia
powstałe w wyniku termicznego rozkładu
CaCO3. Temperatura w obrotowej
komorze suszenia i pirolizy jest ściśle
kontrolowana i jest zawsze mniejsza od
temperatury spiekania. W komorze
obrotowej następuje rozkład substancji
odpadów na fazę gazów pirolitycznych i
stałą fazę karbonizatu. Gazy pirolityczne
odprowadzane są do komory fluidalnej z
którą bezpośrednio łączy się komora
fluidalna. Gazy pirolityczne spalają się w
górnej części komory fluidalnej w
obecności powietrza doprowadzonego w
kilku strefach tak aby temperatura
płomienia
nie
była
wyższa
od
o
1250÷1300 C. Karbonizat i popiół
odprowadzane są do złoża fluidalnego,
które zamyka komorę fluidalną od spodu.
Karbonizat, popiół i materiał inertny
stanowi substancję złoża fluidalnego.
Karbonizat w złożu spala się w określonej
atmosferze tlenowej przy określonej
temperaturze kontrolowanej przez skład
gazu fluidyzacyjnego i koncentrację
karbonizatu w złożu. Warunki termiczne są
zawsze takie, aby temperatura złoża nie
przekroczyła temperatury mięknienia
popiołu (tm). Gazy spalinowe na wylocie z
komory fluidalnej i komory separacji są
częściowo oczyszczone z lotnego popiołu,
a całkowity proces dopalania ewentualnie
niespalonych gazów palnych i lotnego
koksiku realizowany jest w strefie
popłomiennej, płomienia olejowego lub
gazowego palnika umieszczonego w
komorze dopalania. W górnej części
komory dopalania w strefie temperatur
950-1000oC wdmuchiwany jest w postaci
fazy stałej mocznik, który daje możliwość
zmniejszenia zawartości NOx w spalinach
na wyjściu z instalacji kotłowej poniżej
100mg/um3. Osiągnięte efekty termicznej
utylizacji
odpadów
metodami
„pierwotnymi” podczas procesu spalania w
instalacji kotłowej praktycznie w całym
zakresie spełniają normy emisji w fazie
gazowej i stałej określone przez
odpowiednie
dyrektywy
unijne
i
rozporządzenia
krajowe.
Instalacja
termicznego recyklingu typu „K” spełnia
wysokie
standardy
w
zakresie
dyspozycyjności i niezawodności. W razie
braku odpadów instalacja ma możliwość
płynnego przejścia na zasilanie paliwem
17
RATUJMY ŚWIAT
alternatywnym i na odwrót. Powyższe
wymogi spełnia pirolityczno – fluidalna
instalacja przedstawiona na
(rys. 7).
W zależności od rodzaju zastosowanego
paliwa instalacja może zostać rozszerzona
o:
 układ sortowania odpadów
(istotny
w
przypadku
energetycznego recyklingu
odpadów komunalnych,
 układ rozdrobnienia kości i
elementów
ponadwymiarowych.
7. Wnioski.
Technologia termicznej utylizacji odpadów
metoda typu „K” jest technologia, która
realizuje proces utylizacji odpadów z
optymalną
sprawnością
termicznej
przemiany. Wykorzystanie wytworzonej
energii cieplnej w układzie kogeneracji na
energie elektryczną ewentualnie na chłód
pozwala uzyskać optymalne efekty
ekonomiczne w zakresie gospodarki
energią. Utylizacja odpadów pozwala
uzyskać dodatkowe efekty ekonomiczne z
tytułu likwidacji odpadów, a sprzedaż
stałych produktów utylizacji w postaci
popiołów jako surowca do produkcji
materiałów budowlanych zwiększa efekty
ekonomiczne w wyniku zastosowania
technologii „K”. Dodatkowe efekty
ekonomiczne mogą wynikać z tytułu
sprzedaży limitów CO2, pochodzącego ze
spalania biomasy pochodzącej z OZE.
Energetyka i Recykling Odpadów (ERO)
realizujący
technologię
termicznej
utylizacji odpadów jest technologią
dynamiczną,
ulegająca
w
czasie
modernizacjom i ulepszeniom. Proces
utylizacji dostosowujący się do wymogów
BAT ma trwały i ciągły charakter. Istnieje
bowiem możliwość znalezienia jeszcze
lepszych i efektywniejszych metod
ochrony środowiska poprzez zastosowanie
jeszcze w większym stopniu zasady
zapobiegania powstawania zanieczyszczeń
u źródła zamiast inwestowanie w bardzo
kosztowne
urządzenia
ograniczające
emisję na wyjściu z instalacji.
Wobec
powyższych
stwierdzeń
zaproponowano aby uznać parametry
emisyjne
przedstawione
w
opisie
technologicznym technologii typu „K”
jako parametry charakteryzujące najlepsza
dostępną technikę dla tej konkretnej
technologii termicznej utylizacji odpadów.
Rys. 7. Schemat pirolityczno – fluidalnej instalacji
typu „K” do energetycznego recyklingu odpadów
komunalnych, odpadów zwierzęcych, „agro”, paliw
alternatywnych oraz biomasy.
18
RATUJMY ŚWIAT
utylizacji
odpadów
organicznych
lub
nieorganicznych.
Patent nr P213825 z dnia 2010.01.28.
[13] Karcz H., Butmankiewicz T.: Sposób spalania
i urządzenie do spalania wsadu z odpadów
organicznych
i
nieorganicznych.
Patent nr P215174 z dnia 2009.06.10.
[14] Karcz H., Janowski M., Butmankiewicz T.:
Sposób i instalacja termicznego spalania odpadów
organicznych
i
nieorganicznych.
Patent nr P210283 z dnia 2007.11.26.
Literatura
[1] Rozporządzenie ministra Gospodarki z dn. 21
marca 2002 r. W sprawie wymagań dotyczących
prowadzenia procesu termicznego przekształcania
odpadów (Dz.U. nr 37 z 2002 r. poz. 339+ zmiana
Dz.U.
Nr
1
z
2004
r.
poz.
2).
[2] Rozporządzenie ministra Środowiska z dn. 20
grudnia 2005 r. W sprawie standardów emisyjnych
instalacji (Dz.U. nr 260 z 2005 r., poz. 2181).
[3] Karcz H., Głąbik R., Komorowski W.,
Kozakiewicz A., Kurzalewski
J.: Możliwości
uzyskania „zielonej energii ze źródeł odnawialnych
w
kotłach
energetycznych.
Jan
Teler
„Współspalane
Technologie
i
urządzenia
energetyczne” Politechnika Krakowska. Kraków
2007.
[4] Karcz H., Wierzbicki K., Szczepaniak St.:
Elektrociepłownia opalana biomasą pochodzącą z
odpadów
biodegradowalnych.
Wyg.
VII
Konferencja „Dla Miasta i Środowiska. Problemy
Unieszkodliwiania Odpadów” Warszawa 30
listopad 2009. Pol. Warszawska wydz. Inżynierii
Chemicznej i Procesowej. Materiały konferencyjne
s.
65-72.
[5] Karcz H., Kantorek M., Kozakiewicz A.,
Grabowicz M., Komorowski W., Szczepaniak St.:
Elektrociepłownia opalana biomasą pochodzącą z
odpadów. Archiwum spalania Vol. 9 (2009) Nr 1-2
s.
39-73.
[6] Karcz H., Kantorek M., Folga K., Szczepaniak
St.: Możliwości opalania kotłów energetycznych
biomasą pochodzącą z odpadów. Nowa Energia
2009, Nr 6,
s. 60-70.
[7] Karcz H., Kantorek M., Modliński Zb., Folga
K., Szczepaniak St., Grabowicz M., Butmankiewicz
T.:
Energetyczna
instalacja
kotłowa
do
ekologicznego recyklingu odpadów. Nowa Energia
2010
nr
1
(13)
s.
125-136.
[8] Karcz H., Butmankiewicz T.: Sposób i
urządzenie do termicznej utylizacji
odpadów
organicznych.
Patent do Zgłoszenia Patentowego P362586 z dnia
2003.10.02.
[9] Karcz H., Jodkowski W., Butmankiewicz T.:
Urządzenie do spalania odpadów organicznych.
Patent nr P202445 z dnia 2003.12.05.
[10] Karcz H., Butmankiewicz T., Duda J.: Sposób
energetyczno – technologicznej utylizacji odpadów
organicznych i nieorganicznych oraz urządzenie do
realizacji
tego
sposobu
.
Patent do Zgłoszenia Patentowego nr P391870 z
dnia
2010.07.19.
[11] Karcz H., Butmankiewicz T.: Urządzenie od
wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej opalane
odnawialnymi źródłami energii lub formowanymi
alternatywnymi
paliwami
energetycznymi.
Zgłoszenie Patentowe nr P389604 z dnia
2009.11.17.|
[12] Karcz H., Butmankiewicz T.: Sposób
termicznej utylizacji odpadów organicznych lub
nieorganicznych oraz urządzeń do termicznej
Dr inż. Henryk Karcz

Nowa
generacja
technologii
odzyskiwania energii w ofercie firmy
NEW ENERGY CORPORATION
Zakład: zakłady przetwórcze ‘New
Energy’ są zaprojektowane do przyjęcia
odpadów, sprawdzenia ich, usunięcia
surowców wtórnych i odzyskiwania
energii z pozostałości.
Akceptujemy: Ciężarówki przewożące
odpady wjeżdżają na wagę pomostową,
gdzie są zarejestrowane, sprawdzone i
zważone. Są ważone ponownie na
wyjeździe. Operator wagi pomostowej
kieruje kierowców, gdzie mają złożyć
odpady w zależności ich rodzaju.
Sprawdzenie: Jeśli sortowanie nie jest
wymagana, odpady składa się w budynku
systemu odzyskiwania energii. Są one
sprawdzane przed wprowadzeniem do linii
odzyskiwania energii.
Surowce wtórne: Odpady, które mają być
sortowane składa się w budynku do
odzyskiwania
surowców,
gdzie
są
sprawdzone a surowce wtórne i
niekompatybilne odpady są usunięte.
Pozostała część jest transportowana do
budynku/linii odzyskiwania energii.
Budynki: Wszystkie czynności, w tym
dostawy
odpadów,
sprawdzanie,
przetwarzanie,
przechowywanie
i
odzyskiwanie energii prowadzone są
wewnątrz hal. Nie ma żadnych operacji na
zewnątrz
budynków,
minimalizując
potencjalny hałasu, kurz i zapach.
Zgazowanie: Odpady są ogrzewane
powoli przez 16 do 24 godzin, osiągając
temperaturę pomiędzy 600°C a 875°C.
19
RATUJMY ŚWIAT
W tym czasie wprowadzone są niewielkie
ilości powietrza i pary. Powoduje to to
rozbicie cząsteczek w odpadach, które
zamieniane są na gaz. Ten syntezowy gaz
zwany "syngaz", zawiera małe cząsteczki,
takie jak metan, i jest podobny do gazu
ziemnego o wysokiej zawartości energii.
Energia:
Zawartość
energetyczna
odpadów jest ekstrahowana do gazu
syntezowego, który jest przeniesiony do
palnika by nagrzewać wodę i wytworzyć
parę. Para może być stosowana
bezpośrednio do ogrzewania, procesów
przemysłowych lub do wytwarzania
energii
elektrycznej,
która
jest
wprowadzana do sieci dystrybucji energii
dla domów, biznesu i przemysłu.
Gaz syntezowy: Gaz syntezowy jest
spalany w celu wytworzenia ciepła,
dwutlenku węgla i pary wodnej. Ten gaz
wylotowy jest oczyszczany i filtrowany w
celu usunięcia śladów metali, takich jak
kadm z baterii, siarki z gumy i chloru,
które są wchłaniane do stabilnego stałego
wapna lub adsorbowane na węglu
aktywnym w celu ich usunięcia.
Dwutlenek węgla i para wodna są wtedy
bezpiecznie uwalniane do atmosfery.
Odpady: System zgazowania jest bardzo
elastyczny i był sprawdzony na trudnych
strumieniach
odpadów,
w
tym
biomedycznych,
niebezpiecznych,
kwarantannowych,
farmaceutycznych,
petrochemicznych,
stałych
odpadach
miejskich, odpadach pochodzących z
paliwa i cieczy. Po przeprowadzeniu
badania odpadu, może on być podawany
bezpośrednio do generatora gazowego w
kawałkach do jednego metra średnicy.
Zapach:
Wszystkie
odpady
będą
obsługiwane wewnątrz w zamkniętych
wentylowanych budynkach, co zapobiega
wydostawaniu
się
nieprzyjemnych
zapachów. Powietrze wentylacyjne będzie
zużywane w procesie odzyskiwania
energii, aby zniszczyć zapach.
Hałas: Wszystkie operacje występują
wewnątrz. Procesy odzysku materiałów i
odzysku energii są stosunkowo ciche.
Urządzenia energetyczne są umieszczane
w specjalnych obudowach akustycznych w
celu zmniejszenia hałasu.
Pył: Proces ogranicza emisję pyłu do
minimum. Główne działania zakłada
odbywają się w pomieszczeniu i pył jest
pył
jest
powstrzymywany
od
rozprzestrzeniania. Odpady są obsługiwane
w masie do inspekcji i usuwania surowców
wtórnych.
Powietrze: Jedyny strumień emitowany do
powietrza wydostaje się z komina. Ten
strumień zawiera dwutlenek węgla i parę
wodną ze śladowymi ilościami innych
związków, które spełniają najbardziej
rygorystyczne normy ochrony środowiska.
Emisje z komina są testowane w sposób
ciągły
i
wyświetlane
w
czasie
rzeczywistym w sterowni zakładu jako
dodatkowe zabezpieczenie.
Stała pozostałość: Małe ilości popiołu,
wapna i węgla aktywnego są generowane
w procesie odzyskiwania energii. Są one
inercyjne, stabilne i nadające się do
składowania w składowisku. Są podobne
do popiół z pieca powolnego spalania i nie
mają
zawartości
energii.
Palnik Gazu Syntezowego
Wymiennik Ciepła do Wykorzystania
Energii
System Kontroli Jakości Powietrza
ENTECH Komora Zgazowania w niskiej
temperaturze
Turbina / Generator prądu elektrycznego
Zgazowanie
Źródłem energii w odpadach są cząsteczki
oparte na węglu.
Ekstrakcja energii to utlenianie cząsteczek
węglowych. W celu ekstrahowania
maksymalnej energii, wszystkie cząsteczki
węglowe muszą być utlenione.
Najbezpieczniejszy sposób ekstrahowania
maksimum energii z odpadów jest przez
proces dwustopniowy:
• usunięcie węgla z odpadów
• spalanie węgla
1. Usunięcie Węgla z Odpadów.
Węglowe cząsteczki zawarte w odpadach
są przekształcane z ciała stałego do
swobodnie przepływającego gazu. Jest to
powolny proces, który może trwać do 24
godzin. Gaz spokojnie unosi się,
pozostawiając stabilny i inercyjny popiół.
2. Spalanie Węgla.
Gaz zawierający węgiel jest zebrany
20
RATUJMY ŚWIAT
i zapalony w oddzielnym palniku
gazowym. Proces ten może osiągnąć
bardzo wysokie temperatury, utleniając
wszystkie cząsteczki całkowicie bez
blokady przepływu powietrza popiołem
lub ekranowania cząsteczek co zapobiega
ograniczeniu utleniania.
Proces podzielony na dwa etapy powoduje,
że węgiel jest dokładnie usunięty i spalony,
uwalniając maksimum energii z odpadów. .
Związki węgla są rozłożone, co
minimalizuje uwalnianie zanieczyszczeń
organicznych, takich jak dioksyny, furany i
lotne związki organiczne.
Standardy: Placówka ‘New Energy’
będzie przestrzegać rygorystycznych norm
międzynarodowych
dotyczących
oddziaływania na środowisko, w tym z
dyrektywą Unii Europejskiej 2000/76/EC
włącznie. Jest to uważane za najlepsze
rozwiązanie
na
świecie
dotyczące
wielkości emisji z niskimi dopuszczalnymi
limitami wszystkich zanieczyszczeń.
Tabela obok przedstawia standardy emisji
2000/76/EC w kolorze szarym, a
wydajność technologii ENTECH
na
zielono. Emisje z niskotemperaturowego
zgazowania
niższe
niż
połowa
dopuszczalnej
wartości
standardu.
Zgazowanie - Dwustopniowy Proces
Utleniania
Odpady
Powietrze i para
Powietrze
Gaz syntezowy CH4CO
Produkty Spalania CO2 H2O
Atmosfera
Entech Reaktor Niskotemperaturowego
Zgazowania
Palnik Gazu Syntezowego
System Kontroli Jakości Powietrza
(Zanieczyszczenia
Usuwane)
System zgazowania wytwarza gaz
syntezowy,
który
może
zapewnić
elastyczność w produkcji szerokiej gamy
produktów i produktów ubocznych ze
strumienia odpadów miejskich stałych.16
Porównanie
"Typowej
Wydajności
Zakładu" z "Najlepszym rozwiązaniem dla
emisji na świecie".
PCDD/F
0.02
0.1ng/Nm3
TI
0.00021
0.05mg/Nm3
Hg
0.00058
0.05mg/Nm3
0.008
0.5/mg/Nm3
Ciężkie Metale
HF
0.17
1mg/Nm3
Kurz
0.7
10mg/Nm3
HCI
5.6
10mg/Nm3
Corg
0.45
10mg/Nm3
SOx
37
50mg/Nm3
CO
23
50mg/Nm3
NOx
90
200mg/Nm3
0%
10%
20%
30%
40%
50%
Wydajność Zakładu Entech
60%
70%
80%
90%
100%
Limity Najlepszego rozwiązania dla emisji
•
zmniejszenie
emisji
gazów
cieplarnianych
• wytwarzanie energii i zmniejszenie
zużycia paliw kopalnych
Zalety zgazowania odpadów:
•
niski
poziom
emisji
• wysokie zawracanie strumienia odpadów
od
wysypisk
(do
95
procent)
• technologia sprawdzona w handlu
21
RATUJMY ŚWIAT
Rozmiar: Modułowa budowa obiektów
‘New Energy’ oznacza, że mogą być
dopasowane do realnych potrzeb aby
spełnić wymagania dostępności zasobów i
lokalnego zapotrzebowania na energię.
Zakłady mogą różnić się wielkością od 1.5
MW wydajności cieplnej do 72 MW
wydajności cieplnej. Działają one w trybie
ciągłym (24 godziny na dobę, siedem dni
w tygodniu), a przy wytwarzaniu energii
elektrycznej mogą produkować do 132,000
MW godzin rocznie, wystarczająco, aby
zasilić 21.000 domów.
Energia elektryczna ‘New Energy’
będzie dostępna nieprzerwanie dla
domów, biznesu i przemysłu. Nasze
obiekty oferują możliwości zmniejszenia
wpływu gazów cieplarnianych poprzez
generowanie
energii
odnawialnej,
zastąpienie paliw kopalnych oraz
zmniejszenie emisji metanu.
Jako niezawodna część zrównoważonej
kombinacji źródeł energii, zakłady
produkcji energii z odpadów firmy ‘New
Energy’ dostarczą energii obciążenia
podstawowego w celu wsparcia innych
sporadycznych źródeł energii, takich jak
energia słoneczna i wiatr, zapewniając
elastyczność w korzystaniu ze wszystkich
źródeł odnawialnych.
Wspieranie
Inicjatyw
Rządowych:
Rządy na całym świecie szukają sposobów
na poprawę trwałości i ochronę
środowiska. Zakłady produkcji energii z
odpadów firmy ‘New Energy’ popierają te
inicjatywy.
• Dyrektywa Unii Europejskiej na Rzecz
Energii
Odnawialnej
(2009)
• Dyrektywa Unii Europejskiej w Sprawie
Składowania
Odpadów
(1999)
• Australijski Cel Energii Odnawialnej
(RET)
• Western Australian Waste Avoidance and
Resource Recovery Act 2007
17.http://www.environment.gov.au/settlem
ents/waste/plastic-bags/
16.http://www.socalconversion.org/pdfs/C
ounty_of_Los_Angeles_CT_Fact_Sheets__06_12.pdf
11 Metrów
Plastikowe torby są wytwarzane z
polimerów pochodzących z ropy naftowej.
Ilość ropy naftowej używanej do
wyprodukowania plastikowej torby może
napędzać samochód przez 11 metrów.17
Wytwarzania energii i emisja związków
węgla.
Energia ze Źródeł Odnawialnych: ‘New
Energy’ będzie produkowało energię ze
źródeł
odnawialnych
poprzez
przetwarzanie biomasy odpadowej, która
obejmuje odpady żywnościowe, materiał
pochodzący z roślin lub zwierząt, drewno,
włókna naturalne oraz włókno celulozowe
z papieru i tektury. Szacuje się, że 80
procent odpadów przetwarzanych w
projektach australijskich to będzie biomasa
klasyfikowana jako energia odnawialna.
Plastiki i guma lub materiał pochodzący z
paliw kopalnych nie są uznawane za
biomasę i nie są źródłem energii
odnawialnej.
Unikanie Emisji Metanu: Odpady
ulegające biodegradacji wysyłane na
składowiska będą się rozkładały i będą
tworzyły metan, który jest uważany za 25
razy bardziej szkodliwy jako gaz
cieplarniany niż dwutlenek węgla.
Wprowadzanie tych odpadów do instalacji
odzysku energii zamieni je na dwutlenek
węgla, który ma znacznie mniejszy wpływ
na emisję gazów cieplarnianych.
Wyparcie Paliw Kopalnych: Każda tona
odpadów przetworzonych w zakładzie
‘New Energy’ zastępuje równowartość
około pół tony węgla (w zależności od
rodzaju odpadów). Uwzględnia to emisje
wynikające z procesów górniczych,
wydobycia, transportu, przetwarzania i
spalania węgla. Tak więc, każda tona
odpadów przetwarzanych przez ‘New
Energy’ przedstawia tonę odpadów nie
dostarczonych na składowiska, eliminując
znaczne wpływy ekologiczne na atmosferę,
glebę i wodę spowodowane przez
likwidację
dostaw
odpadów
na
składowiska.
Hierarchia odpadów
Co to jest Hierarchia Odpadów?
Hierarchia postępowania z odpadami
określa strategie zarządzania odpadami
22
RATUJMY ŚWIAT
pod względem ich celowości i wpływu na
środowisko.
Zmniejsz:
najbardziej
pożądanym
rezultatem dla gospodarki odpadami jest
wyeliminowanie odpadów w źródle.
Zmniejszenie
ilości
odpadów
wytworzonych
zmniejszy
potrzebę
dyspozycji. W 2009 roku w skali globalnej
wytworzonych zostało 1,3 miliarda ton
odpadów – czyli nieco ponad kilogram na
osobę dziennie.
Ponowne wykorzystaj: jeżeli odpady
mogą być ponownie użyte, nie muszą być
usuwane.
Możliwości
ponownego
wykorzystania odpadów stałych są
ograniczone w dużej mierze ze względu na
ochronę środowiska i zdrowia.
Przetwarzaj: przetwarzanie materiałów
odpadowych do wytwarzania nowych
produktów. Chociaż skala recyklingu różni
się znacznie na całym świecie, recykling
jest sposobem życia w wielu krajach,
zwłaszcza w recyklingu metali, papieru,
szkła i niektórych plastików.
Odzyskuj energię: wszystkie odpady
(stałe, ciekłe lub gazowe) są nośnikiem
energii, która może być odzyskana i
wykorzystana. Energia jest stracona, jeśli
odpady są wysyłane na składowiska.
Odzysk energii powinien być prowadzony
wyłącznie wtedy gdy recykling lub
ponowne użycie odpadów nie jest
możliwe. W Europie produkcja energii z
odpadów stanowi 23 procent gospodarki
odpadami, podczas gdy w Chinach stanowi
16 procent z planami
znacznego
zwiększenia w ciągu następnej dekady.
Składowisko: jest najmniej pożądaną
opcją gospodarki odpadami ponieważ
stanowi to utratę możliwości recyklingu,
ograniczenia lub odzyskania energii. Wiele
krajów wciąż w dużym stopniu polega na
składowiskach. Mimo rosnącej liczby
inicjatyw w gospodarce odpadami, do 85
procent odpadów na świecie wciąż jest
deponowane na składowiskach.
Dlaczego
wytwarzanie
energii
z
odpadów
jest
niezbędne
dla
zrównoważonej gospodarki odpadami.
Energia z odpadów jest jednym spośród
wielu
rozwiązaniem
skutecznego
zarządzania odpadami. Jednak istnieją trzy
niewygodne
prawdy
o
ludzkim
zachowaniu i gospodarce odpadami:
1. Jesteśmy społeczeństwem coraz bardziej
rozrzutnym. Zmniejszenie ilości odpadów
jest najbardziej skutecznym i trwałym
działaniem, ale niestety tego nie robimy.
2. Recykling jest niezbędny, ale nie
wszystko można poddać recyklingowi.
Zawsze będą odpady resztkowe, nawet
kiedy
recykling
został
optymalnie
wykonany.
3. Składowanie odpadów nadal rośnie,
pomimo najlepszych wysiłków rządów na
całym
świecie.
Procesy czystego odzysku energii – takie
jak zgazowanie – stają się niezbędne dla
przyspieszenia
naszych
działań
zmierzających do zawrócenia strumienia
odpadów kierowanych na wysypiska i
naszego postępu w kierunku społeczeństwa
bez wysypisk - tzw. Zero LandfilTM .
Z odpowiednimi protokołami badań
wykonanych przez instytucje ochrony
środowiska, instalacje do odzysku energii
mogą bezpiecznie generować energie ze
źródeł odnawialnych. Badania wykazały,
że kraje, które wprowadzają odzysk energii
mają także wyższe wskaźniki recyklingu.
Czyste systemy odzyskania energii są
potrzebne i pomagają one w osiągnięciu
zrównoważonego zarządzania odpadami,
w postępie w kierunku społeczeństwa bez
składowisk - Zero LandfilTM i pomagają w
zmniejszeniu naszej zależności od energii
pochodzącej z paliw kopalnych.
Zmniejsz 1 Zmiana naszego zachowania
Ponownie wykorzystaj 2 Ponowne użycie
Przetwarzaj 3 Recykling i ponowne
przetwarzanie materiałów
Odzyskuj
4 Odzyskiwania energii
Składowiska
5 Cel: likwidacja
składowisk - Zero LandfilTM
Hierarchia odpadów
Zrównoważenie
Zrównoważenie jest o czymś więcej niż
środowisko.
Chodzi
również
o
zapewnienie długoterminowej przyszłości
gospodarczej
i
socjalnej
danej
społeczności.
23
RATUJMY ŚWIAT
oraz globalne podejście partnerskie
pomoże rządom, społecznościom i
przedsiębiorstwom we wprowadzaniu
zmian koniecznych do zapewnienia
czystszego środowiska .
Jednolity cel
‘New Energy’ chce pracować ze
społecznościami całego świata by przejść
do gospodarki odpadami bez składowisk Zero LandfilTM , biorąc pod uwagę lokalne
warunki i wprowadzając zrównoważone
rozwiązania.
Innowacyjne rozwiązanie produkcji energii
z
odpadów,
międzynarodowe
doświadczenie i globalne podejście
partnerskie.
Środowisko
Energia z odpadów wypełnia lukę
pomiędzy
ponownym
użyciem,
recyklingiem i wywożeniem odpadów na
składowiska. Niektóre odpady po prostu
nie mogą być ponownie wykorzystane lub
poddane recyklingowi. Są to strumienie
odpadów, na których ‘New Energy’ się
skupi.
Wspólnota i Pracownicy
‘New Energy’ będzie współpracowało ze
społecznościami by zapewnić wszystkim
zaznajomienie się z tą technologią oraz
długoterminowymi korzyściami z jej
stosowania.
Gospodarka
‘New Energy’ jest wspierana przez
doświadczony zespół, który dostarczy
komercyjnie
zrównoważone
rozwiązania dla gospodarki odpadami i
produkcji
energii
ze
źródeł
odnawialnych.
Odpady Społeczeństwa
Zbiórka Odpadów
Energia z Odpadów
Energia Odnawialna
Domy i Przemysł
Odpady, które nie są segregowane w
miejscu powstawania są często uważane za
zanieczyszczone i nienadające się do
recyklingu. Są jednak idealne do odzysku
energii.
Globalna strategia odpadów
Od
minimalizacji
składowisk
,
zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych
i produkcji energii odnawialnej, czysta
technologia ‘New Energy’ jest istotnym
elementem globalnej strategii odpadów.
Globalne
praktyki
zarządzania
odpadami
‘New Energy’ jest firmą z silnym ładem
korporacyjnym,
profesjonalizmem
i
przezroczystością. Nieustająca edukacja o
hierarchii postępowania z odpadami oraz
roli odzysku energii zamiast składowisk
stanowi
kluczową
część
naszych
projektów.
Globalna kooperacja
Przykład instalacji do produkcji energii z odpadów
ENTECH pracującej od 2003 roku w Kuźnicy
Białostockiej
New Energy Corporation Pty Ltd
ABN: 16 139 310 053
Siedziba zarządu
Suite 1, 12 Parliament Place, West Perth,
WA 6005
PO Box 1036, West Perth, WA 6872
T: +61 8 9226 0722 F: +61 8 9481 8023
E: [email protected]
www.newenergycorp.com.au
Innowacyjne rozwiązania technologii
produkcji energii z odpadów firmy ‘New
Energy’, międzynarodowe doświadczenia
24