Termiczne przekształcanie odpadów
Do grup termicznych metod unieszkodliwiania odpadów zalicza się:
Bezpośrednie spalanie w różnego rodzaju paleniskach (piecach)
Pirolizę (rozpad związków chemicznych pod wpływem wysokiej temperatury) - spalanie pizolityczne
Produkcję tzw. Paliwa z odpadów, które może być spalane w różnych paleniskach.
Przy czym bezpośrednie spalanie i pirolizę możemy uznać, jako unieszkodliwianie odpadów a produkcję paliwa z odpadów, jako rodzaj segregacji odpadów.
Z wymienionych trzech systemów najbardziej rozpowszechnione jest pełne spalanie. W wielu nowoczesnych technologiach termicznego przekształcania odpadów piroliza i spalanie występują w następujących po sobie etapach- też nazywane pirolitycznymi.
Zalety i wady termicznego przekształcania odpadów
Zalety:
Pełne unieszkodliwienie odpadów (np. tylko ta metoda jest skuteczna przy odpadach medycznych zakaźnych)
Znaczna redukcja ilości odpadów ( objętości i masy) – powoduje to wydłużenie eksploatacji składowiska- ułatwienie postępowania z pozostałościami
Produkcja energii
Wady:
Wysokie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne (droga technologia)
Konieczność budowy specjalnych składowisk- składowisko odpadów niebezpiecznych- na odpady technologiczne (popiół, żużel z oczyszczania gazów odlotowych, które często należy zaliczyć do odpadów niebezpiecznych)
Kosztowne i skomplikowane technicznie oczyszczanie spalin
Przy spalaniu odpadów obowiązują rozporządzenia do spraw standardów emisyjnych z instalacji
Instalacja spalania odpadów- instalacje wykorzystywane do termicznego przekształcania odpadów lub produktów ich wstępnego przetworzenia z odzyskiem lub bez odzysku wytwarzanej energii cieplnej. Obejmuje spalanie przez utlenianie odpadów jak również inne procesy przekształcania termicznego- piroliza, zgazowanie i proces plazmowy.
Instalacje do współspalania odpadów- instalacje, których głównym celem jest wytworzenie energii lub produktów materialnych, w których z paliwem spalane są odpady w celu odzyskania zawartej w nich energii lub w celu ich unieszkodliwienia.
Ilość wytwarzanej energii:
Szacunkowo z 1 t odpadów dostarczonych do spalania o wartości opałowej 7000 kJ możne uzyskać:
przy skojarzonej produkcji ciepła i energii elektrycznej ok. 370 kWh energii elektrycznej/ t odpadów oraz 4200 MJ energii cieplnej / t odpadów
przy produkcji energii elektrycznej ok. 590 kWh energii elektrycznej/t odpadów
Odpady mogą być przetwarzane termicznie w:
instalacjach spalania odpadów
instalacjach współspalania odpadów ( wspólnie z paliwem)
Jeżeli w instalacji jednocześnie z paliwem spalane są odpady inne niż niebezpieczne w ilości nie większej niż 1 % masy tych paliw, to do instalacji tej nie stosuje się przepisów dotyczących spalania i współspalania odpadów.
Spalanie bezpośrednie- spalanie poprzez utlenianie jest najbardziej rozpowszechnioną metodą termicznego przekształcania odpadów. Może odbywać się w:
piecach komorowych bezresztowych
piecach rusztowych
z rusztem ruchomym
z rusztem nieruchomym (rzadko już dziś stosowany)
piece obrotowe tzw. bębnowe ( do unieszkodliwiania osadów ściekowych oraz mas płynnych i półpłynnych)
fluidalne
piece półkowe
Interesującym elementem techniki spalania odpadów przemysłowych a zwłaszcza niektórych odpadów niebezpiecznych jest jej unieszkodliwianie w piecach cementowych stosowanych w procesach wypały klinkieru cementowego. Są to specyficzne piece, które można zaliczyć do pieców bębnowych, ale traktuje się je odrębnie. Zachodzi tu współspalanie odpadów.
Właściwości paliwowe odpadów są warunkiem zastosowania metody (zawartość części palnych, wilgotność, ciepło spalania, wartość opałowa) przede wszystkim odpowiednio wysoka wartość opałowa odpadów.
Warunki autotermicznego spalania odpadów gdzie odpady nie będą wymagały paliwa dodatkowego
- części palne > 25 %
-wilgotność < 50%
-części mineralne (popiół) < 60%
Najlepszym rozwiązaniem jest przeprowadzenie bilansu cieplnego.
Współczynnik nadmiaru powietrza λ
W procesie spalania bezpośredniego potrzebna jest dostateczna ilość tlenu, aby spalanie było zupełne.
Zupełne spalanie następuje wówczas, gdy do paleniska doprowadza się więcej niż teoretycznie wymaganą (minimalną) ilość tlenu lub powietrza.
Utlenianie zupełne prowadzi do uzyskania produktów końcowych w postaci wody, CO2, lub obu tych związków równocześnie.
Jeśli w produkcie wyjściowym znajdował się azot, chlory lub siarka mogą wytworzyć się tlenki azotu i siarki oraz chlorowodór. Tego rodzaju reakcja zachodzi przy spalaniu związków organicznych.
Stosunek rzeczywistej doprowadzanej ilości powietrza V do ilości teoretycznej (minimalnej) V0 określa współczynnik nadmiaru powietrza λ.
Wartość λ zależy od rodzaju paliwa (lub odpadów, które spalamy), co w przypadku odpadów jest szczególnie ważne, ale również od rodzaju paleniska
Wartość λ=1 odpowiada teoretycznej (minimalnej) ilości powietrza.
W procesach spalania bezpośredniego λ>1 przy czym za przeciętne przyjmuje się następujące wartości
dla paliw gazowych 1,05<λ <1,3
dla paliw ciekłych 1,2< λ <1,4
dla paliw stałych 1,5(1,8)<λ <2,0(2,5)
W przypadku
- spalania odpadów w paleniskach rusztowych 1,8< λ<2,5
-spalania odpadów w paleniskach fluidalnych 1,25<λ <1,5
technologia spalania (dobre mieszanie i kontakt z duża powierzchnią materiału złoża zapewniają pełne wymieszanie
- spiekalnia żużla 2,<λ< 5 ( unieszkodliwienie pozostałości po spaleniu- nadmiar powietrza jest bardzo duży)
Schemat instalacji termicznego przekształcania odpadów
Piece rusztowe mogą być z rusztem ruchomym lub nieruchomym
- najczęściej do spalania odpadów komunalnych
- wyłącznie do odpadów stałych
Ruszt ruchomy spełnia funkcje:
-ma zapewniać przesuw odpadów na długości komory spalania
-wzruszanie odpadów, mieszanie dla lepszego kontaktu z powietrzem
-zapewnienie właściwego doprowadzenia powietrza do komory spalania
Piece rusztowe z rusztem
- schodkowym
-walcowym
-posuwisto- zwrotnym
Kanały powietrza pierwotnego – pod rusztem napowietrzają paliwo
Współczynnik nadmiaru powietrza 1,8-2,5 w piecach rusztowych
Powietrze doprowadzane do pieca musi być podzielone, na co najmniej 2 strumienie:
- do paleniska powietrze wtórne 70%
- pod palenisko powietrze pierwotne 30%
- ewentualnie też do komory dopalania spalin
Ze względu na wysoką zawartość składników lotnych w odpadach komunalnych 70% składniki lotne przejdą do komory spalania bez spalenia i spalanie nie będzie zupełne (w spalinach części palne)
W piecach rusztowych często potrzebne jest powietrze chłodzące (poza bilansem), aby temperatura nie przekroczyła temperatury mięknięcia popiołów i żużla. Nie powinna przekroczyć 1200°C.
Przekroczenie temperatury spowoduje zalanie rusztu pieca.
Za komorą spalania jest komora dopalania (też doprowadzamy powietrze w nadmiarze)
Gazy z komory dopalania muszą być oczyszczone- filtrowanie, płuczki, redukcja tlenków azotu.
Wady i zalety pieców rusztowych
Zalety:
- możliwość spalanie odpadów w różnych rozmiarach i różnej fazie (nie wymagają specjalnej obróbki wstępnej)
- nie wymagają znacznego rozdrobnienia odpadów
- szeroki zakres zmian obciążenia cieplnego ( odpady o różnych właściwościach paliwowych)
Wady:
-koszty (chłodzenia rusztu ciągnie za sobą dodatkowe koszty)
- konieczność starannej konserwacji
Piec rusztowy ZUSOK
-piec rusztowy o ruszcie 10 m
-czas spalania 30-120 min i zależy od właściwości paliwowych – od wartości opałowej
-temperatura w komorze spalania 950°C- i wynika to z charakterystyki ( wymogi minimalnej temperatury do spalania odpadów w Rozporządzeniu Ministra Gospodarki- wymagania do spraw termicznego przekształcania odpadów to 850°C chyba, że są pewne ilości chloru w związkach organicznych wtedy temperatura to 950-1150°C.
Jest to piec przeznaczony do spalania odpadów stałych o wartości opałowej 8,4MJ/kg. Aktualna średnia wartość opałowa spalanych odpadów to 10,5-12MJ/kg (wzrost temperatury w piecu – konieczność chłodzenia pieca)
-ruszt trójsekcyjny- każda sekcja ma oddzielne doprowadzenie powietrza
I podgrzanie, suszenie i odgazowanie odpadów, podgrzewanie ich do temperatury zapłonu
II spalanie
III wypalanie żużla
Do pieca rusztowego w ZUSOK doprowadzane jest powietrze
-pierwotne- doprowadzane niezależnie pod każdy stopień rusztu
-wtórne- doprowadzane częściowo do komory spalania a częściowo do komory dopalania
-chłodzące- dostarcza się do komory spalania, obmurza ruszt i palnik
Piec ma dwa palniki olejowe służące do jego rozpalania, wygaszania oraz utrzymywania minimalnych wymaganych temperatur w komorze