SPALANIE I WSPÓŁSPALANIE

ODPADÓW W ENERGETYCE

Andrzej Wawszczak

Instytut

Elektroenerget

yki

Politechnik

a

Łódzka

PLAN GOSPODARKI ODPADAMI

W 2010 roku w Polsce zostanie wytworzonych:
• ok. 12,2 mln. ton odpadów komunalnych, w tym ok.

9,9 mln. ton odpadów nie segregowanych;

• ok. 613 tys. ton komunalnych osadów ściekowych w

przeliczeniu na suchą masę (s.m.), co przy średniej
wilgotności 80% daje ok. 3 mln. ton odwodnionych
komunalnych osadów ściekowych.

GOSPODARKA ODPADAMI

ZAPOBIEGANIE

POWSTAWANIU

ODPADÓW

PONOWNE

WYKORZYSTANIE

PREWENCJ A

– unikanie technologii powodujących nadmierne odpady

MINIMALIZACJ A – prowadzenie procesu technologicznego

w sposób dający jak najmniejszą ilość odpadów

PONOWNE UŻYCIE

– w postaci nieprzetworzonej

ODZYSK MATERIAŁÓW I SUROWCÓW

– do ponownego przetworzenia

ODZYSK ENERGII – chemicznej (paliwa), ciepła,

elektrycznej – metodami biologicznymi lub termicznymi

SKŁADOWANIE

ODPADY KOŃCOWE

Do odpadów podlegających temu kryterium należą między innymi:
• „Ustabilizowane komunalne osady ściekowe” (19 08 05),
• „Odpady komunalne łącznie z frakcjami gromadzonymi

selektywnie” (grupa 20):

- papier i tektura (20 01 01),

- odpady kuchenne ulegające biodegradacji (20 01 08),

- odzież (20 01 10),

- tekstylia (20 01 11),

- oleje i tłuszcze jadalne (20 01 25),

- tworzywa sztuczne (20 01 39),

- odpady z ogrodów i parków (w tym z cmentarzy) (20 02 00),

- nie segregowane (zmieszane) odpady komunalne (20 03 01).

KRYTERIUM TO BĘDZIE OBOWIĄZYWAŁO OD 1 STYCZNIA 2013 ROKU

Rozporządzenie Ministra Gospodarki i

Pracy

z 7 września 2005 r. w sprawie kryteriów

oraz procedur dopuszczania odpadów do

składowania na składowisku odpadów

danego typu

W Polsce można energetycznie wykorzystać,

metodami biologicznymi lub termicznymi,

część odpadów ulegających biodegradacji

w ilości

ok. 5,8 mln. ton

z całej ilości odpadów komunalnych

oraz

całą ilość komunalnych osadów ściekowych

.

W dużych aglomeracjach miejskich, istnieje potrzeba budowy

nowoczesnych spalarni odpadów komunalnych, w których mogą

być również współspalane komunalne osady ściekowe.

Uzyskana energia może być wykorzystywana w układach

kogeneracyjnych

w postaci ciepła zasilającego systemy ciepłownicze oraz energii

elektrycznej.

Z uwagi na duże ilości odpadów komunalnych przeznaczonych do

energetycznego wykorzystania oraz stosunkowo krótkie terminy

realizacji

(rok 2013), należy równiwż rozważyć możliwość wykorzystania

energetyki cieplnej: elektrownie, elektrociepłownie i ciepłownie

do spalania lub współspalania odpadów, tym bardziej, że

powstające spalarnie odpadów (duże aglomeracje miejskie) stają

się konkurencyjnym źródłem ciepła

i energii elektrycznej.

termiczne przekształcenie

– zmniejsza objętość odpadów i jest

źródłem dodatkowego ciepła oraz energii elektrycznej,

odpady biodegradowalne posiadają cechę

odnawialnych źródeł energii (OZE).

UWARUNKOWANIA REALIZACJI PROCESU

TERMICZNEGO PRZEKSZTAŁCENIA

ODPADÓW

INSTALACJA SPALANIA:

• spalanie,

• odzysk ciepła,

• oczyszczanie spalin.

ODPADY KOMUNALNE

niejednorodność fizyko-chemiczna,

tworzą się różnego rodzaju substancje

toksyczne,

niebezpieczne dla ludzi i środowiska.

EMISJA ZANIECZYSZCZEŃ: DO POWIETRZA, POPIÓŁ i ŻUŻEL

tlenki siarki i azotu

tlenek węgla

chlor, fluor

metale ciężkie

dioksyny i furany

związki organiczne

WYMAGANIA DLA INSTALACJI

SPALAJĄCYCH I WSPÓŁSPALAJĄCYCH

ODPADY

WYMAGANIA DOTYCZĄCE PROWADZENIA

PROCESU TERMICZNEGO PRZEKSZTAŁCENIA ODPADÓW

parametry procesu

wyposażenie instalacji

ciągłe pomiary

temp. spalin po ostatnim dopro-

wadzeniu powietrza utrzymywana

przez min 2 s na poziomie:

>1100ºC – dla odpadów zawiera-

jących chlor powyżej 1%,

>850ºC – dla odpadów zawiera-

jących chlor do 1%.

całkowita

zawartość

węgla

organicznego (TOC) w żużlach

i popiołach paleniskowych <3%

lub

udział części palnych w żużlach

i popiołach paleniskowych <5%.

automatyczne palniki wspoma-

gające utrzymanie wymaganej

temperatury

automatyczny system wstrzymu-

jący

podawanie

odpadów

w stanach awaryjnych

urządzenia do oczyszczania spalin

gwarantujące dotrzymanie norm

emisyjnych

urządzenia do odzysku energii

ze spalania odpadów

urządzenia do ochrony gleby i

ziemi oraz wód powierzchniowych

i podziemnych

urządzenia do gromadzenia su-

chych pozostałości poproceso-

wych

temperatury w komorze spalania

w pobliżu jej ściany wewnętrznej

zawartości tlenu w spalinach

ciśnienia spalin

Współspalanie w kotle energetycznym odpadów musi

uwzględniać:

• wpływ współspalania innego paliwa na proces spalania w

istniejącym kotle;

• warunki eksploatacyjne i pomiary w instalacji (szczególnie dla

odpadów niekwalifikowanych jako biomasa);

• ochronę środowiska – rozszerzenie ilości i rodzaju substancji

emitowanych z instalacji oraz zmiany standardów emisyjnych
(na ogół zaostrzenie).

Instalacje spalania lub współspalania odpadów powinny zapewnić:

• całkowite i zupełne spalenie, bez pozostawienia substancji

palnych (głównie węgla i jego związków) w żużlu i popiele oraz
bez emisji tlenku węgla do atmosfery;

• uzyskanie żużla bez składników toksycznych rozpuszczalnych w

wodzie;

• odpylenie i neutralizację spalin do stężeń zgodnych z aktualnymi

normami, a szczególnie zatrzymanie tlenków metali ciężkich w
systemie odpylania i neutralizacji spalin;

• wykorzystanie ciepła (entalpii) spalin i optymalne korzystanie z

paliwa dodatkowego;

• bezpieczną pracę oraz bezpieczne składowanie i przerób: żużli,

pyłów, itp.

Do BAT należy wiodąca, wszechstronnie sprawdzona,
posiadająca setki aplikacji technologia spalania na ruchomym
ruszcie, płaskim lub pochyłym, chłodzonym wodą lub
powietrzem.
Paleniska rusztowe współczesnych spalarni odpadów
umożliwiają taką regulację procesu spalania, również przy
częściowych obciążeniach, aby zminimalizować powstawanie
zanieczyszczeń (metody pierwotne).
Spełnione są warunki odpowiednio wysokiej temperatury
spalania
i dostatecznie długiego czasu przebywania spalin w tych
warunkach: spalanie wielostrefowe, wielociągowe kanały
spalinowe i recyrkulacja spalin.
W ostatnich aplikacjach dostarczając do wybranych stref
spalania powietrze wzbogacone tlenem, uzyskuje się wyższe
temperatury spalin, a zatem i żużel o zeszklonej postaci,
odporny na wypłukiwanie szkodliwych związków.

Instalacje termicznego przekształcania odpadów powinny

spełniać standardy najlepszej dostępnej techniki (BAT – Best
Available Technique):

• ograniczać powstawanie zanieczyszczeń u źródła;
• być efektywne energetycznie;
• wyróżniać się możliwie jak najmniejszą awaryjnością;
• mieć akceptowalne nakłady inwestycyjne i koszty eksploatacji.

SPALARNIA ODPADÓW:

32 t/h (200 tys. t/rok),

spaliny:

180 tys. m

3

/h

żużel i popiół: 8 t/h

1 – dowóz odpadów, 2 – zasobnik odpadów, 3 – załadunek
odpadów,
4 – lej zasypowy, 5 – podajnik tłokowy, 6 – pochyły ruszt
posuwisto-zwrotny, 7 – komora paleniskowa, 8 – pomocnicze
palniki rozruchowe,
9 – komora dopalająca, 10 – walczak, 11 – wytwornica pary, 12 –
wentylator powietrza pierwotnego, 13 – podgrzewacz powietrza
pierwotnego,
14 – wentylator powietrza wtórnego, 15 – absorber, 16 – filtr
workowy,
17 – SNCR, 18 – wentylator spalin, 19 – tłumik hałasu,
20 – wymiennik ciepła (skraplacz), 21 – komin, 22 – stacja
pomiarowa emisji.

21

odpady

żużel

popiół

woda

2

4

3

1

5

6

8

9

11

10

węgiel

aktywny

+ wapno

gaszone

woda zasilająca

para przegrzana

popiół

12

13

14

15

16

18

19

20

17

22

woda amoniakalna

7

KOCIOŁ DO SPALANIA ODPADÓW KOMUNALNYCH

OS-100

100 t/h, 12 MPa, 500ºC

KOTŁY

FLUIDALNE

ELEKTROWNIA

BERRENRATH

Schemat instalacji współspalania osadów ściekowych w kotle

fluidalnym

• łatwo wprowadzić odpowiednio rozdrobnione

odpady,

• przy obciążeniu znamionowym temperatura >

850ºC,

• czas przebywania spalin > 2 s,

?

• emisja NO

x

> 200 mg/m

3

.

węgiel

osady

ściekowe

powietrze

popiół

elektrofiltr

koks z węgla

brunatnego

280 t/h pary/ 9 MPa/ 510ºC
65000 ton suchej masy osadów ściekowych
rocznie

KOTŁY

PYŁOWE

• trudności w rozdrobnieniu odpadów, z wyjątkiem osadów

ściekowych,

• przy obciążeniu znamionowym temperatura ok. 1100ºC,

• czas przebywania  2 s,

?

• emisja NO

x

<>200 mg/m

3

w zależności od rodzaju węgla.

ELEKTROWNIA

HEILBRONN

ELEKTROWNIA

GELDERLAND

Schemat instalacji przygotowania

drzewnego pyłu

600 MWe

18 MPa/

540ºC

/ 4 kPa

10 t/h pyłu, o gęstości
(200÷240) kg/m

3

60 000 t/a drewna odpadowego

SCR, mokre odsiarczanie.

separator

magnetyczny

M

M

wióry

drzewne

filtr

para

cyklon

młyn

M

młyn

separator

zbiornik

pośredni

przykotłowy

zbiornik

pyłu

węgiel

powietrze

transport pneumatyczny pyłu (600 m)

zasobnik

pyłu

<4mm

<800μm

<30mm

ELEKTROWNIA

BOXBERG III

węgiel

węgiel

węgiel

komora

paleniskowa

kotła

osady ściekowe

separator

ciał

stałych

pompa do

gęstych

cieczy

młyn

młyn

młyn

zbiornik środka

poślizgowego

1

1

zbiornik

osadów

ściekowych

2

3

1 – lanca wtryskowa z rozpylaniem

parowym,

2 – instalacja dozowania środka

poślizgowego,

3 – układ rozdzielania osadów ściekowych.

2x500 MWe;

17,3MPa/

535

ºC/4MPa/540ºC

(10÷16) t/h odw. os.

pionowy,

sekcyjny

podgrzewacz

wody

gorące

cyklony

wiszące

przegrzewacze

pary

chłodzony

wodą

separator

trwały,

cienkościenny

chłodzony

materiał

ogniotrwały

drugi ciąg

z rurami

ekranowymi

na ścianach

KOCIOŁ DO SPALANIA TRUDNYCH

PALIW

STANDARDY EMISYJNE

a) standardy emisji oznaczone jako (o) wymagane dla:

b)standardy emisji z instalacji oznaczonej jako (wo) wymagane

są dla współspalania odpadów nie wymienionych w grupie a)
i nie zaliczonych do biomasy.

• spalania odpadów (z wyjątkiem wybranych odpadów

biomasowych),

• współspalania odpadów niebezpiecznych, gdy moc cieplna z

tych odpadów przekracza 40% nominalnej mocy instalacji
termicznej,

• wspólspalania nie segregowanych odpadów komunalnych;

Zależnie od charakteru odpadów i przeznaczenia instalacji
termicznej wymagane standardy emisji z instalacji można
podzielić na dwie grupy:

0

500

1000

1500

0

100

200

300

400

500

wb2

wb2

wb1

wk1

wb1

wk1

wk2

wk2

b1

SO

2

[mg/m

3

]

b2

b2

>500

50

5

b1

(850)

(400)
(200)

(75)

a)

wo

wo

wo

o

Q



[MW

t

]

wb2

wk2

b2

0

200

400

600

0

100

200

300

400

500

wk1,2

wb2

wk2

NO

2

[mg/m

3

]

b2

wb1,2

50

wb1

wk1

b1

b1,2

wb2

wk2

b2

wb1,2

b1,2

wk1,2

20

o

o

o

b)

wo

wo

wo

wo

>500

Q



[MW

t

]

(300)

(200)

0

50

100

150

200

0

100

200

300

400

500

pył

[mg/m

3

]

50

5

wb1

wk1

wk1

wb1

b1

b1

(50)

(30)

wb2

wk2

b2

(15)

o

c)

wo

>500

Q



[MW

t

]

wo

wk– węgiel kamienny,
wb

– węgiel brunatny,

b – biomasa,
o – odpady,
wo– współspalanie odpadów;
1 – ze źródeł istniejących

oddanych do użytkowania po
28.03.1990,

2 – ze źródeł nowych, dla

których wniosek o wydanie
pozwolenia na budowę
złożono po dniu 26.11.2002,
lub które po 27.11.2003
zostały oddane do
użytkowania, bądź istotnie
zmienione.

Standardy emisyjne SO

2

, NO

2

oraz pyłu przy zawartości 6% O

2

w gazach odlotowych, dla
wybranych źródeł
o nominalnej mocy cieplnej Q
uzyskanej ze spalania:

Wymagane standardy emisyjne instalacji oznaczone jako (wo)
zbliżone są do standardów nowych kotłów energetycznych (wk2,
wb2 i b2), czyli odpady o zawartości chloru <1% mogłyby być
bezpośrednio współspalane z paliwem podstawowym w tych
kotłach.
Pozostaje jednak problem zanieczyszczenia popiołów z paliw
podstawowych metalami z odpadów oraz:
Czy w tych kosztownych dużych kotłach warto narażać
powierzchnie ogrzewalne na dodatkową korozję spowodowaną
obecnością chloru oraz pogorszenie ich sprawności ?
Ponadto kocioł taki musiałby być wyposażony w dodatkowe
systemy pomiarowe.

POMIARY EMISJI

Instalacja spalania paliw

POMIAR

<100 MW

>100 MW

Instalacja

spalania

i współspalania

odpadów

Pył ogółem
SO

2

NO

x

CO
O

2

Prędkość przepływu spalin

lub ciśnienie dynamiczne
Temperatura spalin
Ciśnienie statyczne spalin
Współczynnik wilgotności

pomiary

okresowe,

2 razy do roku

pomiary ciągłe

HCl
HF
TOC

pomiary ciągłe

Metale ciężkie
Dioksyny i furany

pomiary

okresowe

Zacieniowano te parametry, dla których są ustalone normy emisyjne w rozporządzeniu o standardach emisji.

Wymagane pomiary emisji do powietrza z instalacji spalania

GAZO-

GENERATOR

odpady

OCZYSZCZANIE

GAZÓW

gaz syntezowy (900÷1000)°C

gaz pirolityczny (450÷700)°C

żużel, popiół

+ metale

popiół

+ metale

palne pozostałości stałe

(karbonizat)

a)

KOCIOŁ

KOCIOŁ

RUSZTOWY

1200°C

odpady

OCZYSZCZANIE

SPALIN

spaliny (150÷200)°C

czynnik roboczy – woda, para

żużel, popiół

+ metale

popiół

+ metale

soda

oczyszczona

(NaHCO

3

)

węgiel

aktywny

ZESTALANIE

ODPADÓW

spoiwo

b)

SKŁADOWANIE

KOCIOŁ

Współspalanie pośrednie odpadów w kotle energetycznym w

układzie:

a) z gazogeneratorem, b) kotłem wstępnym.

PODSUMOWANIE

W Polsce zdecydowana większość odpadów komunalnych to odpady
zmieszane.
Odpady takie powinny być segregowane.
Z odpadów komunalnych można wytwarzać tzw. paliwa formowane
(alternatywne),
które mogą być współspalane nie tylko w cementowniach, ale również w
elektrowniach.
Budowa oraz eksploatacja instalacji termicznego przekształcania odpadów
jest inwestycją wymagającą wysokich nakładów finansowych oraz
akceptacji społecznej.
Współspalanie odpadów w wybranych elektrowniach lub
elektrociepłowniach mogłoby pomóc rozwiązać problem komunalnych
odpadów i osadów ściekowych.
Spełnienie standardów emisji zanieczyszczeń może być trudne dla
istniejących instalacji oczyszczania spalin. Tylko nowo budowane
elektrownie mogą spełnić te wymagania.
W starszych elektrowniach należałoby dobudować instalacje termiczne z
wydzieleniem strumienia popiołu.

W dużych aglomeracjach miejskich budowane są spalarnie osadów
bezpośrednio w oczyszczalniach ścieków.

W wybranych elektrowniach, elektrociepłowniach lub ciepłowniach
mogłyby powstać instalacje współspalające z węglem odwodnione osady
ściekowe z mniejszych (regionalnych - rozproszonych) oczyszczalni
ścieków.

Elektrownie i elektrociepłownie mogłyby podjąć się jako usługi
gospodarczej współspalania wybranych odpadów komunalnych i
odwodnionych osadów ściekowych.

W każdym przypadku współspalania odpadów niezbędna jest
odpowiednia aparatura do pomiaru emisji.