Politechnika Świętokrzyska

Wydział Budownictwa Lądowego

Katedra Technologii Wody i Ścieków

PROJEKT PRYZMY ENERGETYCZNEJ

SYLWIA KOWALSKA

GRAŻYNA NAJGEBURSKA

GRUPA 51 IŚ

ROK AKADEMICKI 2001/2002

OPIS TECHNICZNY

1. Temat i zakres opracowania

Tematem opracowania jest projekt technologiczny zakładu unieszkodliwiania odpadów komunalnych o przepustowości 23 000 m³/a (21 160 Mg/a) w stanie aktualnym oraz 47150 m³/a

(43 378 Mg/a) docelowo w stanie perspektywicznym, oparty na metodzie pryzm energetycznych.

Zakres opracowania obejmuje:

• charakterystykę danych wyjściowych i uwarunkowań budowy zakładu

• dobór schematu technologicznego

• obliczenie i dobór obiektów technologicznych oraz wyposażenia technicznego

• wymiarowanie pryzm energetycznych

• dobór obiektów towarzyszących

• określenie sposobów zagospodarowania produktów poprocesowych

2. Opis proponowanej technologii

W przyjętej technologii zakładu unieszkodliwiania odpadów komunalnych zmieszane odpady poddawane są biodegradacji w specjalnie do tego celu przygotowanych pryzmach energetycznych, których działanie oparte jest na fermentacji metanowej.

Pryzmy wyposażone są w instalacje do odprowadzania odcieków, biogazu, recyrkulatu, podgrzewania recyrkulatu, co pozwala na utrzymanie optymalnych parametrów fermentacji. Założenie sterowania parametrami procesu pozwala na skrócenie procesu unieszkodliwiania odpadów do kilku lat oraz zintensyfikowanie ujęcia biogazu, umożliwiające jego gospodarcze wykorzystanie poprzez zamianę energii chemicznej biogazu na energię elektryczną i cieplną. Pozostałe produkty wykorzystywane są jako kompost do rekultywacji gruntów zdegradowanych (ziemia poprocesowa), a pozostałości nieszkodliwe dla otoczenia - deponowane na składowisku odpadów.

Zaproponowana technologia jest zbieżna z założeniami strategii państwa w zakresie energetyki odnawialnej z 15 września 2000 r. oraz głównymi kierunkami Unii Europejskiej w sprawie składowania odpadów, szczególnie w zakresie obowiązku ujęcia i unieszkodliwiania biogazu ze składowanych odpadów dla zmniejszenia efektu cieplarnianego, ograniczenie deponowania na składowiskach odpadów biologicznie rozkładalnych, zakazu wspólnego składowania z odpadami komunalnymi odpadów niebezpiecznych.

3. Uwarunkowania stosowania technologii pryzm energetycznych

• w strumieniu odpadów kierowanych do pryzm powinny zostać w maksymalnym stopniu wysegregowane odpady niebezpieczne

• w strefie 500 m od części zakładu, na terenie której usytuowane są pryzmy, nie mogą być zlokalizowane budynki mieszkalne

• w pobliżu lokalizacji zakładu unieszkodliwiania odpadów komunalnych powinna przebiegać linia średniego napięcia

• pożądana obecność odbiorników ciepła

• pożądana obecność gruntów gliniastych o współczynniku filtracji k < 10^-9 m/s do uszczelnienia pryzmy

4. Założenia projektowe

W pryzmach prowadzona będzie fermentacja:

• metanowa

• sucha - o wilgotności max. 80%

• mezofilna - temperatura 30 ÷ 35 °C

• jednostopniowa

• okresowa, o założonym czasie fermentacji odpadów 5 lat; przewiduje się formowanie dwóch pryzm rocznie

• endotermiczna

5. Parametry procesu:

• wilgotność - 60 ÷ 70 %

• pH - 6,8 ÷ 7,4

• temperatura - 30 ÷ 35 °C

• C : N - 20 : 30

• odpady kierowane do pryzmy muszą być pozbawione odpadów niebezpiecznych, rozdrobnione do max. 100 mm, zagęszczone do 0,8 t/m³

• zakładamy okres produkcji 5 lat

• dla potrzeb projektu przyjęto moc generowaną przez 1 m³ biogazu 4 kWh

6. Dane wyjściowe

• ilość odpadów komunalnych: 21160 Mg/a w stanie aktualnym oraz 43378 Mg/a w stanie perspektywicznym

• jakość odpadów komunalnych: ze strumienia odpadów kierowanych na pryzmy energetyczne wysegregowane są odpady wielkogabarytowe, niebezpieczne i części metaliczne

• gęstość nasypowa odpadów: ρ_n = 0,92 Mg/m³

• ilość odpadów balastowych po procesie fermentacji: 11003,2 Mg/a w stanie aktualnym oraz 22556,6 Mg/a w stanie perspektywicznym

• potrzeby własne energetyczne zakładu: energia elektryczna - 130 kW, energia cieplna - 65 kW

7. Wydajność zakładu:

• stan aktualny - 21 160 Mg/a

• stan perspektywiczny - 43 378 Mg/a

8. Schemat funkcjonalny zakładu unieszkodliwiania odpadów metodą pryzm energetycznych dodać rysunek

9. Opis schematu funkcjonalnego zakładu unieszkodliwiania odpadów komunalnych

Schemat obejmuje:

• przyjmowanie, ważenie i rejestrację odpadów (waga o nośności 40 ton ???????????????)

• składowanie odpadów - plac przyjęcia, mechaniczne usuwanie odpadów wielkogabarytowych i ewentualnie niebezpiecznych

• transport za pomocą ładowarki (o pojemności łyżki 3m³) do rozdrabniarki ( rozdrabnianie do max. 100 mm) o wydajności Q = 12,64 m³/h

• formowanie odpadów zmieszanych w pryzmach energetycznych o łącznej pojemności 423 530,7 m³

• rozbiórka pryzm - koparka oraz przesiewarka (odsianie balastu > 60 mm)

• deponowanie balastu w ilości 22556,6 Mg/a na składowisku

• zagospodarowanie biogazu w ilości 952 m³/h w ciągu technologicznym obejmującym stację ujmowania biogazu, pochodnię biogazu o wydajności 952 m³/h, biofiltr o powierzchni 12,56 m² i bioelektrownię o mocy 5 x 300 kW

10. Projektowany bilans strumieni odpadów

• strumień odpadów przywożonych do ZUOK

	2001	2006	2011	2016	2021
ODPADY KOMUNALNE [Mg/a]	21160,0	26714,5	32269,0	37823,5	43378,0

• strumień odpadów poprocesowych

	2001	2006	2011	2016	2021
BIOGAZ[m^3] (20%)	136	572	699	825	952
ZIEMIA POPROCESOWA [Mg/a] (28%)	5924,8	7480,1	9035,3	10590,6	12145,8
BALAST [Mg/a] (52%)	11003,2	13891,5	16779,9	19668,2	22556,6

11. Dobór podstawowych obiektów technologicznych

• pryzmy energetyczne......??????????????

• plac przyjmowania odpadów

V = = = 23000 m³/a

przy założeniu wysokości składowania odpadów h = 1,2 m i liczby dni pracy zakładu w ciągu roku 260, powierzchnia placu składowania wynosić będzie:

F = = = 110,6 ha

• składowisko odpadów balastowych

V = : 0,8

a - ilość balastu z roku 2011; a = 16779,9 Mg/a

0,8 - zagęszczenie odpadów na pryźmie

V = : 0,8 = 0,0015?????

• plac przesiewania o powierzchni 2 ha

• stacja ujmowania biogazu - zaprojektowano stację o wydajności max.952 m³/h

• pochodnia - przyjęto pochodnię o max. wydajności 952 m³/h

• biofiltr - ilość gazu oczyszczanego 30 ÷ 90 m³/m · h; niezbędna powierzchnia biofiltru:

F = = 10,58 m²

Przyjęto 4 biofiltry o średnicy 2m → F_rz = 4 · (3,14 · 1²) = 12,56 m²

• bioelektrownia ??????? tab

Ilość biogazu generowanego przez pryzmy energetyczne??????? wykres

12. Dobór wyposażenia technologicznego

• ładowarka

• kompaktor - nacisk 40 ton

• rozdrabniarka - Q = 12,64 m³/h; dobrano rozdrabniarkę typu HL II 1417 - HUSMANN

• przesiewarka

13. Schemat technologiczny ????????????????????

opis przyjętej technologii, parametry pracy, średnice, ......

14. Sterowanie procesem technologicznym??????????????????????????

15. Sterowanie przepływem biogazu

PRZEPŁYW [m^3/h] ILOŚĆ CH4 W BIOGAZIE [%]	0 ÷ 30	30 ÷ 60	> 60
0 ÷ 25	BIOFILTR	BIOFILTR	BIOFILTR
25 ÷ 45	BIOFILTR	POCHODNIA	POCHODNIA
> 45	BIOFILTR	POCHODNIA	GENERATOR

Przyjęto generatory o mocy elektrycznej 300 kW i mocy cieplnej 465 kW produkcji Zakładów Mechanicznych „PZL - Wola”

16. Charakterystyka elementów wyposażenia zakładu

1. Obiekty towarzyszące:

• budynek administracyjno - socjalny - znajdują się w nim: dyżurka z wagowskazem, pokój kierownika, zaplecze kuchenne z jadalnią, węzeł sanitarny, szatnie (brudna i czysta), warsztat, laboratorium i podręczne magazyny.

• waga samochodowa - waga powinna znajdować się przy bramie na teren ZUOK. Zalecana jest jako niezbędne wyposażenie do kontroli masy przyjmowanych odpadów. Odczyty wagi dokonywane są na wagowskazie zainstalowanym w dyżurce

• brodzik dezynfekcyjny - brodzik przewidziany jest do dezynfekcji kół pojazdów wyjeżdżających z ZUOK. Zlokalizowany jest na paśmie drogi wyjazdowej z zakładu. Brodzik jest to koryto wypełnione roztworem dezynfekcyjnym - roztworem lizolu. Na terenie ZUOK powinien znajdować się miesięczny zapas środka dezynfekcyjnego.

• myjnia sprzętu ciężkiego - znajdować się w niej będą urządzenia do wysokociśnieniowego oczyszczania samochodów i sprzętu pracującego w ZUOK

• budynek techniczny - w budynku znajdować się będą garaże dla sprzętu i pojazdów pracujących na terenie zakładu, a także magazyn paliw, smarów i olejów

• wiata na deponatory -

• agregatornia, stacja trafo

• ogrodzenie - teren ZUOK otoczony będzie ogrodzeniem z prefabrykatów betonowych o wysokości 2 m. Ogrodzenie ma na celu ograniczenie dostępu na teren zakładu osobom nieupoważnionym

• zieleń - w terenie bezpośrednio przyległym do terenu ZUOK zaprojektowano pas zieleni izolacyjnej o szerokości 15 m.

1. Infrastruktura techniczna:

• woda na cele socjalne, technologiczne i gospodarskie będzie doprowadzona z sieci wodociągowej

• ścieki z budynku socjalnego odprowadzone będą do kanalizacji sanitarnej

• kanalizacja technologiczna,

• wody deszczowe będą odprowadzane z terenu zakładu do sieci kanalizacyjnej deszczowej

• energię cieplną będzie się wykorzystywać do ogrzewania obiektów kubaturowych w sezonie grzewczym zgodnie z obowiązującymi przepisami oraz do ogrzewania wody na cele higieniczno- sanitarne.

17. Wpływ zakładu unieszkodliwiania odpadów komunalnych na środowisko

Potencjalne źródła uciążliwości:

• plac przyjęć

• pryzmy energetyczne

• niekontrolowane emisje biogazu

• emisje z urządzeń spalających biogaz

• hałas od urządzeń wyposażenia technicznego

Zastosowane rozwiązania techniczne minimalizujące negatywny wpływ zakładu unieszkodliwiania odpadów na środowisko:

• kontrola dowożonych odpadów i ewidencja odpadów innych niż komunalne

• prawidłowa eksploatacja pryzm

• zastosowanie suchych warstw inertnych

• zastosowanie zieleni izolacyjnej

• ujęcie odcieków

• geomembrana na placu przyjęć

• izolacja akustyczna

18. Zagospodarowanie produktów poprocesowych

• biogaz?????????

• balast - ???

• ziemia poprocesowa - przefermentowana masa wykorzystywana będzie jako nawóz organiczny do wzbogacania gleb w rolnictwie, leśnictwie i na terenach zieleni miejskiej, a także do rekultywacji zdegradowanych terenów poprzemysłowych, składowisk odpadów i dzikich wysypisk

OBLICZENIE ILOŚCI ODPADÓW

STAN AKTUALNY:

• liczba mieszkańców - LM = 20 000

• jednostkowy wskaźnik nagromadzenia odpadów - v_j = 1,15 m³/M · a

• gęstość nasypowa - ρ_n = 0,92 Mg/m³

Q_v = LM · v_j = 20000 · 1,15 = 23000 m³/a

Q_m = Q_v · ρ_n = 23000 · 0,92 = 21160 Mg/a

STAN PERSPEKTYWICZNY:

• liczba mieszkańców - LM = 23 000

• jednostkowy wskaźnik nagromadzenia odpadów - v_j = 2,05 m³/M · a

• gęstość nasypowa - ρ_n = 0,92 Mg/m³

Q_v = LM · v_j = 23000 · 2,05 = 47150 m³/a

Q_m = Q_v · ρ_n = 47150 · 0,92 = 43378 Mg/a

TABELA 1. OBLICZENIE POJEMNOŚCI PRYZM

LATA	STRUMIEŃ ODPADÓW	ILOŚĆ ODPADÓW KIEROWANYCH DO JEDNEJ PRYZMY	OBJĘTOŚĆ ODPADÓW KIEROWANYCH DO JEDNEJ PRYZMY	OBJĘTOŚĆ WARSTW PRZESYPKOWYCH	POJEMNOŚĆ JEDNEJ PRYZMY
	[Mg/a]	[Mg/a]	[m^3/a]	m^3	m^3
2001	21160,0	10580,00	11500,00	1725,00	13225,00
2002	22270,9	11135,45	12103,75	1815,56	13919,31
2003	23381,8	11690,90	12707,50	1906,13	14613,63
2004	24492,7	12246,35	13311,25	1996,69	15307,94
2005	25603,6	12801,80	13915,00	2087,25	16002,25
2006	26714,5	13357,25	14518,75	2177,81	16696,56
2007	27825,4	13912,70	15122,50	2268,38	17390,88
2008	28936,3	14468,15	15726,25	2358,94	18085,19
2009	30047,2	15023,60	16330,00	2449,50	18779,50
2010	31158,1	15579,05	16933,75	2540,06	19473,81
2011	32269,0	16134,50	17537,50	2630,63	20168,13
2012	33379,9	16689,95	18141,25	2721,19	20862,44
2013	34490,8	17245,40	18745,00	2811,75	21556,75
2014	35601,7	17800,85	19348,75	2902,31	22251,06
2015	36712,6	18356,30	19952,50	2992,88	22945,38
2016	37823,5	18911,75	20556,25	3083,44	23639,69
2017	38934,4	19467,20	21160,00	3174,00	24334,00
2018	40045,3	20022,65	21763,75	3264,56	25028,31
2019	41156,2	20578,10	22367,50	3355,13	25722,63
2020	42267,1	21133,55	22971,25	3445,69	26416,94
2021	43378,0	21689,0	23575,00	3536,25	27111,25

TABELA 2. OBLICZENIE ILOŚCI BIOGAZU PRODUKOWANEGO PRZEZ PRYZMY ENERGETYCZNE

LATA	ODPADY KIER. DO 1 PRYZMY [Mg/a]	ENERGIA STRUMIENIA GAZU GENEROWANEGO PRZEZ PRYZMY ENERGETYCZNE [MWh]										PRODUKCJA ENERGII [MWh]		ILOŚĆ BIOGAZU [m^3/h]
				1	2	3	4	5	6	7	8	9	10		PÓŁROCZNA	ROCZNA
	2001	10580,00	1587	-	-	-	-	-	-	-	-	-	1587		4761	136
		10580,00	1587	1587	-	-	-	-	-	-	-	-	3174
	2002	11135,45	1058	1587	1670	-	-	-	-	-	-	-	4315			9771	279
		11135,45	1058	1058	1670	1670	-	-	-	-	-	-	5456
	2003	11690,90	794	1058	1114	1670	1754	-	-	-	-	-	6390			13714	391
		11690,90	794	794	1114	1114	1754	1754	-	-	-	-	7324
	2004	12246,35	529	794	835	1114	1169	1754	1837	-	-	-	8032			16772	479
		12246,35	529	529	835	835	1169	1169	1837	1837	-	-	8740
	2005	12801,80	265	529	557	835	877	1169	1225	1837	1920	-	9214			18902	539
		12801,80	265	265	557	557	877	877	1225	1225	1920	1920	9688
	2006	13357,25	2004	265	278	557	585	877	918	1225	1280	1920	9909			20039	572
		13357,25	2004	2004	278	278	585	585	918	918	1280	1280	10130
	2007	13912,70	1336	2004	2087	278	292	585	612	918	960	1280	10352			20926	597
		13912,70	1336	1336	2087	2087	292	292	612	612	960	960	10574
	2008	14468,15	1002	1336	1391	2087	2170	292	306	612	640	960	10796			21814	623
		14468,15	1002	1002	1391	1391	2170	2170	306	306	640	640	11018
	2009	15023,60	668	1002	1043	1391	1447	2170	2254	306	320	640	11241			22705	648
		15023,60	668	668	1043	1043	1447	1447	2254	2254	320	320	11464
	2010	15579,05	334	668	696	1043	1085	1447	1502	2254	2337	320	11686			23594	673
		15579,05	334	334	696	696	1085	1085	1502	1502	2337	2337	11908
	2011	16134,50	2420	334	348	696	723	1085	1127	1502	1558	2337	12130			24482	699
		16134,50	2420	2420	348	348	723	723	1127	1127	1558	1558	12352
	2012	16689,95	1613	2420	2503	348	362	723	751	1127	1168	1558	12573			25367	724
		16689,95	1613	1613	2503	2503	362	362	751	751	1168	1168	12794
	2013	17245,40	1210	1613	1669	2503	2587	362	376	751	779	1168	13018			26260	749
		17245,40	1210	1210	1669	1669	2587	2587	376	376	779	779	13242
	2014	17800,85	807	1210	1252	1669	1725	2587	2670	376	389	779	13464			27150	775
		17800,85	807	807	1252	1252	1725	1725	2670	2670	389	389	13686
	2015	18356,30	403	807	834	1252	1293	1725	1780	2670	2753	389	13906			28032	800
		18356,30	403	403	834	834	1293	1293	1780	1780	2753	2753	14126
	2016	18911,75	2837	403	417	834	862	1293	1335	1780	1836	2753	14350			28924	825
		18911,75	2837	2837	417	417	862	862	1335	1335	1836	1836	14574
	2017	19467,20	1891	2837	2920	417	431	862	890	1335	1377	1836	14796			29814	851
		19467,20	1891	1891	2920	2920	431	431	890	890	1377	1377	15018
	2018	20022,65	1418	1891	1947	2920	3003	431	445	890	918	1377	15240			30702	876
		20022,65	1418	1418	1947	1947	3003	3003	445	445	918	918	15462
	2019	20578,10	946	1418	1460	1947	2002	3003	3087	445	459	918	15685			31593	902
		20578,10	946	946	1460	1460	2002	2002	3087	3087	459	459	15908
	2020	21133,55	473	946	973	1460	1502	2002	2058	3087	3170	459	16130			32482	927
		21133,55	473	473	973	973	1502	1502	2058	2058	3170	3170	16352
	2021	21689,00	3253	473	487	973	1001	1502	1543	2058	2113	3170	16573			33367	952
		21689,00	3253	3253	487	487	1001	1001	1543	1543	2113	2113	16794

TABELA 3. OBLICZENIE WIELKOŚCI NADWYŻKI ENERGII I PRZYCHODÓW ZE SPRZEDAŻY ENERGII

LATA	PRODUKCJA BIOGAZU [m^3/h]	PROGNOZOWANA PRODUKCJA ENERGII [kWh]		MOC PROPONOWANYCH ZESPOŁÓW PRĄDOTWÓRCZYCH [kW]		ZAPOTRZEBOWANIE ZAKŁADU NA ENERGIĘ [kW]		NADWYŻKA ENERGII [kW]		ROCZNA NADWYŻKA ENERGII ELEKTRYCZNEJ [MWh]	PRZYCHODY 0,25PLN/kWh) [tys.PLN]
				ELEKTRYCZNEJ	CIEPLNEJ	ELEKTRYCZNA	CIEPLNA	ELEKTRYCZNĄ	CIEPLNĄ			ELEKTRYCZNEJ	CIEPLNEJ
2001	136	207	321	1 x 300	1 x 465	100	50	107	271	937	234
2002	279	426	660	2 x 300	2 x 465	100	50	326	610	2856	714
2003	391	594	921	2 x 300	2 x 465	100	50	494	871	4327	1082
2004	479	729	1130	3 x 300	3 x 465	100	50	629	1080	5510	1378
2005	539	819	1269	3 x 300	3 x 465	100	50	719	1219	6298	1575
2006	572	873	1353	3 x 300	3 x 465	100	50	773	1303	6771	1693
2007	597	912	1414	4 x 300	4 x 465	100	50	812	1364	7113	1778
2008	623	948	1469	4 x 300	4 x 465	100	50	848	1419	7428	1857
2009	648	984	1525	4 x 300	4 x 465	100	50	884	1475	7744	1936
2010	673	1020	1581	4 x 300	4 x 465	100	50	920	1531	8059	2015
2011	699	1068	1655	4 x 300	4 x 465	100	50	968	1605	8480	2120
2012	724	1104	1711	4 x 300	4 x 465	100	50	1004	1661	8795	2199
2013	749	1140	1767	4 x 300	4 x 465	100	50	1040	1717	9110	2278
2014	775	1176	1823	4 x 300	4 x 465	100	50	1076	1773	9426	2357
2015	800	1215	1883	5 x 300	5 x 465	100	50	1115	1833	9767	2442
2016	825	1260	1953	5 x 300	5 x 465	100	50	1160	1903	10162	2541
2017	851	1290	2000	5 x 300	5 x 465	100	50	1190	1950	10424	2606
2018	876	1335	2069	5 x 300	5 x 465	100	50	1235	2019	10819	2705
2019	902	1380	2139	5 x 300	5 x 465	100	50	1280	2089	11213	2803
2020	927	1410	2186	5 x 300	5 x 465	100	50	1310	2136	11476	2869
2021	952	1455	2255	5 x 300	5 x 465	100	50	1355	2205	11870	2968

= 69% = 71% = 99% = 81% = 91% = 97% = 76% = 79% = 82% = 85% = 89% = 92%

= 95% = 98% = 81% = 84% = 86% = 89% = 92% = 94% = 97%

OKREŚLENIE WYMIARÓW PRYZMY

V = 19 970 m³

I przybliżenie:

V₁ = 40 · 5 · 60 = 12 000 m³

V₂ = · 5 · 10 · 60 · 2 = 3000 m³

V₃ = · 8 · 10 · 40 · 2 = 2000 m³

V₄ = · 40 · 2,8 · 60 = 3360 m³

V₅ = · 10 · 10 · 5 · 5 = 833,3 m³ (nie uwzględniamy)

V_I = 20 360 m³ V_I < V, ale V₁/V = 1,019

II przybliżenie:

V₁ = 40 · 4,5 · 60 = 10 800 m³

V₂ = · 4,5 · 9 · 60 · 2 = 2430 m³

V₃ = · 4,5 · 9 · 40 · 2 = 1620 m³

V₄ = · 40 · 2,8 · 60 = 3360 m³

V_II = 18 210 m³ V_II < V

III przybliżenie:

V₁ = 40 · 4,5 · 60 = 10 800 m³

V₂ = · 10 · 4,5 · 60 · 2 = 2700 m³

V₃ = · 10 · 4,5 · 40 · 2 = 1800 m³

V₄ = · 40 · 2,8 · 60 = 3360 m³

V_III = 18 660 m³ V_III > V

IV przybliżenie:

V₁ = 40 · 5 · 60 = 12 000 m³

V₂ = · 5 · 9 · 60 · 2 = 2700 m³

V₃ = · 5 · 9 · 40 · 2 = 1800 m³

V₄ = · 40 · 2,8 · 60 = 3360 m³

V_IV = 19 860 m³ V_IV > V

Przyjęto wymiary pryzmy z I przybliżenia

---