wykład 6 - SGGW

GOSPODARKA
ODPADAMI
Wykład VI
Wykładowcy:
1. dr hab. inż. Kazimierz
GARBULEWSKI
profesor nadzw. SGGW
kazimierz_garbulewski@sggw.pl
2. dr inż. Joanna FRONCZYK
adiunkt
joanna_fronczyk@sggw.pl
Proces spalania odpadów
Podstawowe znaczenie dla procesu
spalania mają tzw. 3 T:
czas (time) przebywania odpadów
w komorze spalania,
temperatura spalania oraz
turbulencja powietrza i gazów w
komorze spalania.
Wym Wymagania agania odnośnie
spalania odpadów
odpady powinny być wstępnie
przygotowywane i posegregowane
przy spalaniu odpad odpadów w należy zwracać
uwagę na utrzymanie temperatury
powyżej minimalnej temperatury
procesu
odpady powinny pozostać w strefie
spalania co najmniej 2 sekundy w
temperaturze powyżej 850 850oC i przy
zawartości tlenu powyżej 6%
2012-04-24
1

Spalarnia
odpadów
komunalnych
i sterownia
Proces spalania
odpadów
100 - 250 °C C - suszenie, fizyczne
oddzielenie wody i dwutlenku węgla,
początek oddzielania związków siarki
340 - 380 °C C - rozpad związków
alifatycznych, początek oddzielania się
metanu i innych lotnych węglowodorów,
wzbogacanie gazu wytlewnego w
związki węgla
400 °C C - rozkład kwasów organicznych
oraz organicznych związków azotu
Proces spalania
odpadów
500 - 600 °C C - zmiana
substancji bitumicznej w olej lub
smołę wytlewną
~700 °C C - przejście paliwa
stałego w gazowe; równolegle z
procesem zgazowania odbywa się
proces spalania
700 - 980 °C C - dopalanie palnej
stałej pozostałości
< 980 (1100) °C C - dopalanie
gazowych produktów
niecałkowitego spalania
2012-04-24
2

Komora spalania pieca
Wnętrze komory paleniskowej
Ruszt schodkowy
Ruszt walcowy
Posuwowy
Posuwowo
Posuwowo-zwrotny zwrotny
Spalanie odpadów w komorze
spalania:
współprądowo
przeciwprądowo
system mieszany
Na ruszcie odbywa się suszenie,
transport, równomierne
spalanie przy regulowanym
dopływie powietrza.
RUSZTY
2012-04-24
3

Fazy spalania na ruszcie
Zakłady Utylizacji Stałych Odpadów Komunalnych
w Warszawie
Zakład Utylizacji Stałych Stałych Odpadów Komunalnych w Warszawie
2012-04-24
4

Zakład Unieszkodliwiania Stałych Odpadów Komunalnych
Budowę ZUSOK rozpoczęto w 1997 r., oficjalne otwarcie 29.03.2000 r.,
uruchomienie Zakładu 2.07.2001 r.
ZUSOK jest zakładem wielofunkcyjnym, w którym:
- segreguje się odpady komunalne z odzyskiem surowców wtórnych,
- spala się odpady nie nadające się do wtórnego wykorzystania,
- kompostuje się frakcję organiczną,
- produkuje się energię elektryczną,
- przerabia się żużle i popioły ze spalania na nieszkodliwy granulat
2002 2003
Ilość przetworzonych odpadów [tys. ton] 54,89 77,59
Ilość spalonych odpadów [tys. ton] 35,87 41,55
Ilość wyprodukowanego kompostu [tys. ton] 15,35 15,54
Ilość odzyskanego złomu [tys. ton] 0,87 1,46
Ilość odzyskanego szkła [tys. ton] 0,20 0,425
Ilość wydzielonego balastu [tys. ton] 7,13
Ilość wysegregowanych odpadów niebezpiecznych [tony] 0,9 1,9
Ilość wyprodukowanej energii elektrycznej [MWh] 11 064
Uwarunkowania dotyczące budowy instalacji termicznego
przekształcania odpadów komunalnych
Rodzaj uwarunkowania Uwagi
Rola i miejsce w systemie gospodarki
odpadami
Aktualny model opłat za wywóz i
unieszkodliwianie odpadów
zgodnie z hierarchią – unikanie –
wykorzystanie – unieszkodliwianie
konieczność radykalnych zmian,
zapisanych ustawowo
Min. Min. liczba mieszkańców miasta/regionu 400 000 mieszkańców
Ekonomicznie uzasadniona wydajność 100 000 ton/rok
Min. wartość opałowa odpadów 6 000 kJ/kg (7 500 kJ/kg dla temp. 850 oC) C)
Optymalny rodzaj technologii spalanie na ruchomym ruszcie
Optymalny rodzaj pracy spalarni jednoczesne wytwarzanie energii
elektrycznej i cieplnej
Orientacyjne nakłady inwestycyjne 400-500 400 500 Euro/tona/rok
Źródła finansowania fundusze UE + fundusze własne
Akceptacja społeczna pozyskanie już na etapie projektu
Cztery generacje
spalarni
I /Do / Do pierwszej generacji zalicza się
urządzenia przeznaczone głównie do
wykorzystania energii cieplnej, oparte
na ruszcie. Instalacje te nie mają
specjalnych urządzeń do neutralizacji
gazów toksycznych i nie są
zautomatyzowane. Były one budowane
w latach 50 50-tych. tych.
2012-04-24
5

II /Instalacje / Instalacje zaliczane do drugiej
generacji mają zastosowane nowe
konstrukcje rusztów - walcowy system
Martina lub kaskadowo
kaskadowo-posuwisto
posuwisto-
zwrotny. Wyposażane były w proste
urządzenia filtrujące, z reguły w filtr
elektrostatyczny, służący do
wychwytywania cząstek stałych.
III / /Instalacje Instalacje trzeciej generacji,
powstałe po 1972 roku charakteryzują
się przede wszystkim lepszym
wyposażaniem w urządzenia do redukcji
emisji substancji toksycznych,
zwłaszcza HCl i HF - układy płuczek
wieżowych, filtrów tkaninowych itp.
IV / /Czwarta Czwarta generacja powstała po
1980 roku. Spalarnie są wyposażane w
systemy oczyszczające gazy oraz
urządzenia do automatycznego pomiaru
i zapisu koncentracji HCl, HF, SO i NO NOx .
Wyposaża się je także w urządzenia do
dodatkowej obróbki odpadów: separacji
złomu metalowego, mielenia i mieszania
różnorodnych typów odpadów.
PIROLIZA - Termiczny rozkład
Proces rozkładu węglowodorów bez udziału tlenu
w podwyższonej temperaturze (> 600 600oC) C)
Proces zachodzący bez udziału tlenu to
odgazowanie lub rozkład pirogeniczny;
Dwa zakresy odgazowania:
• Niskotemperaturowe (wytlewanie)
• Wysokotemperaturowe
Zakres wydzielania składników lotnych przy
odgazowaniu odpadów komunalnych jest w
zakresie 250 250-900 900oC 2012-04-24
6

ZGAZOWANIE
Niezupełne utlenianie substancji palnej i
wytworzenie paliwa gazowego
Utleniacze – powietrze, tlen techniczny, para wodna,
dwutlenek węgla;
Gaz zawiera składniki palne: CO, H H2, , CH 4 składniki
niepalne: CO CO2, , N N2, , H 2O
Rozkład termiczny odbywa się w IV etapach:
• Etap I suszenie
• Etap II odgazowanie
• Etap III zgazowanie
• Etap IV spalenie
• W procesach termicznej obróbki odpadów metodą
pirolizy następuje rozkład substancji organicznej
w temperaturze > 250 250o C.
Model odgazowania (pirolizy)
25 – 150 150oC suszenie odpadów
150 – 250 250o
C wydzielanie wody związanej
chemicznie oraz podział luźno związanych łańcuchów
chemicznych, np. HCOOH → H2 + CO 2
>250 >250o
C rozpad molekuł i wydzielanie produktów
oleistych i smołowych, tworzenie m.in. gazów
palnych (CO, CO CO2, , H H2, , CH 4, , C C2H4) ) np. celuloza
(C 5H10 10O2)n 2)n→ 5n C + 5n H2O
> 500 500oc koniec tworzenia smoły, rozpoczęcie reakcji
tworzenia wtórnych produktów końcowych, np..
• C + 2H 2H2O O →CO →CO2 + 2 H H2 • C + H H2O O →CO + H
• Reakcje tworzenia gazu wodnego
• > 1200 1200oC początek topnienia substancji
nieorganicznych nieorganicznych i tworzenia ciekłego żużla, rozpad
pirolityczny CH CH4 na C oraz 2H 2H2 Typy spalarni
Piece z ruchomym rusztem -
najczęściej stosowany typ
technologii, szczególnie przy spalaniu
odpadów komunalnych
Piece obrotowe - stosowane przede
wszystkim do niszczenia odpadów
przemysłowych i niebezpiecznych
2012-04-24
7

Schemat spalarni z piecem
rusztowym
Odpady
Dmuchawy
rusztowe
System
podajników
Komora
spalania
Dmuchawa
Pył - wylot
Ruszt
Wylot pyłu po
przejściu
przez filtr
pyłowy
PIEC
RUSZTOWY
2012-04-24
8

Komora
spalania
PIEC
OBROTOWY
Filtr pyłowy i pojemnik na pył
z systemem wentylacyjnym
Przejście gazów z komory
spalania do pionowej komory
dopalania i wylot gazów
2012-04-24
9

Piece półkowe - do
spalania odpadów
zawierających dużo
wilgoci.
Piece fluidyzacyjne
- do niszczenia
odpadów stałych,
osadów i odpadów
płynnych o jednolitym
lub zbliżonym
składzie, wielkości i
wartości kalorycznej
Thermoselect - kilka
faz obróbki odpadów
Oddziaływanie spalarni
na środowisko
na 3 tony spalonych odpadów
przypada 1 tona pozostałości
w postaci pyłów i żużli
(znajdują znajdują się w nich
substancje niebezpieczne w
wysokich stężeniach - SO SO2, ,
NOx ,HCl HCl, , metale ciężkie,
dioksyny)
Poza żużlem i pyłami,
"produktem" spalania
odpadów są ścieki, powstające
podczas chłodzenia żużlu z
paleniska (zawierają zawierają one
fenole, cyjanki, fluorki, arsen i
metale ciężkie ciężkie)
SPALARNIA ODPADÓW LOBBE
w Dąbrowie Górniczej
Spalanie odpadów dowolnej konsystencji
(płynnej, patowej, i stałej) w piecu obrotowym;
Miejsca gromadzenia, stacja rozładunku i układy
zasilania pieca mają instalacje odciągowe oparów
i odorów wprowadzanych do strefy wysokich
temperatur pieca lub komory dopalania;
Komora dopalania - pojemność wystarczająca do
zatrzymania spalin w temp. 1000 – 1250 1250o C przez
2,5 sekundy;
Kocioł do schładzania spalin (< 300 300o C) produkuje
ok.. 12 Mg pary wodnej – do celów ogrzewczych,
produkcji energii elektrycznej (ok.. 0,8 MW).
2012-04-24
10

SPALARNIA ODPADÓW LOBBE
w Dąbrowie Górniczej
Oczyszczanie spalin – odpylanie w elektrofiltrze
(98%), suszenie rozpyłowe do odparowywania
ścieków z płuczki HCl, filtr workowy – ostateczne
odpylanie.
Końcowe doczyszczanie spalin drogą absorpcji w
filtrze ze złożem węgla aktywnego
INSTALACJA DOŚWIADCZALNA PKA, Niemcy
Etap 1 Materiały wartościowe (do odzysku) są
oddzielane od masy odpadów komunalnych i
poddawane recyklingowi. Pozostałość jest
suszona i granulowana. Granulat (85% s.m.
może być bezpiecznie składowany.
Etap 2 Piroliza zgranulowanej masy odpadów,
która prowadzi do odzysku energii w postaci gazu
oraz uwęglonej pozostalości (karbonizatu) –
wartościowego materiału sorbcyjnego (305 węgla
aktywnego);
INSTALACJA DOŚWIADCZALNA PKA, Niemcy
Etap 3 Utylizacja gazu pirolitycznego w
silnikach gazowych lub kotlach oraz uwęglonej
pozostalości jako materiału aktywnego np.. Do
oczyszczania ścieków;
Etap 4 Mineralizacja uwęglonej pozostalości –
karbonizatu zmieszanego z wapnem oraz
dodatkami zawierającymi krzemionke, po czym
masę formuje się w brykiety. Brykiety wypala się
w piecu w temperaturze 1000 1000-1200 1200o C, co
prowadzi do związania m.in.. Metali ciężkich w
trwałe niewymywalne połączenia (spiek
ceramiczny).
2012-04-24
11

Schemat procesu wg technologii PKA
Wnioski
1. Spalanie (termiczne przekształcanie) powinno być stosowane tylko
jako jedno z ogniw systemu kompleksowego zagospodarowania
odpadów (obok segregacji, kompostowania, składowania)
składowania).
2. Krajowy Plan Gospodarki Odpadami wskazuje termiczne
przekształcanie
zastosowania
zastosowania.
odpadów jako jedną z metod możliwych do
3. W planach gospodarki odpadami w przypadku stosowania metod
termicznych należy uwzględnić następujące bariery: bariery
- bariera ilościowa (optymalny przerób spalarni to 100 tys tys. ton
odpadów na rok z obszaru zamieszkałego przez 400 tys tys.
mieszkańców, dolna granica to 60 tys. tys ton/rok i co najmniej 250
tys. tys mieszkańców)
mieszkańców);
- bariera wartości opałowej (minimum 6000 kJ/kg co zapewnia
spalanie bez użycia wspomagającego paliwa) paliwa);
- bariera finansowa (gotowość poniesienia nakładów inwestycyjnych
i kosztów eksploatacyjnych związanych z funkcjonowaniem spalarni) spalarni);
- bariera akceptacji społecznej (negatywny stosunek do spalania
odpadów wynika z braku pełnej informacji, konieczne jest
wszechstronne informowanie opinii społecznej)
4.Termiczne Termiczne przekształcanie jest metodą
pozwalającą uzyskać energię, unieszkodliwić
substancje w innym przypadku niebezpieczne,
zmniejszyć objętość (i masę) materiałów
przeznaczonych do składowania
składowania.
5. Termiczne przekształcanie odpadów to nie
tylko spalanie odpadów komunalnych,
także przemysłowych, niebezpiecznych,
medycznych, ale również współspalanie np np.
w cementowniach, czy metody pirolityczne,
plazmowe, a nawet przetwarzanie odpadów
w paliwa zastępcze zastępcze.
2012-04-24
12