Termiczna utylizacja odpadów komunalnych - spalanie odpadów
Plan prezentacji
Odpady komunalne (definicja i rodzaje)
Spalanie odpadów (definicja)
Metody termicznego przetwarzania odpadów
Urządzenia do Spalania Odpadów
Zadania technologii spalania odpadów
Schemat procesu spalania
Funkcjonowanie spalarni odpadów
Pozostałości po spalaniu i wpływ spalania na środowisko
Oczyszczanie spalin
Bilans procesu
Wymagania Unii Europejskiej
Podsumowanie (wady i zalety spalarni odpadów)
Odpady komunalne - to odpady powstające w gospodarstwach domowych w wyniku działalności bytowo-gospodarczej a także odpady nie zawierające odpadów niebezpiecznych; pochodzące od innych wytwórców odpadów, które ze względu na swój charakter lub skład są podobne do odpadów powstających w gospodarstwach domowych.
W związku z różnorodnym pochodzeniem odpadów komunalnych wyróżniamy ich cztery rodzaje:
odpady z obiektów użyteczności publicznej (administracji, oświaty, kultury, służby zdrowia, handlu i usług),
odpady domowe związane z bytowaniem ludzi,
W sumie te dwie grupy stanowią 80-90% wszystkich odpadów.
odpady z terenów otwartych (z ulicznych koszy, z placów targowych, cmentarzy, zieleni miejskiej, zmiotki), których ilość szacuje się na 5-7% .
odpady wielkogabarytowe (meble, urządzenia kuchenne, telewizory itp.) 5-10%.
Spalanie - to przekształcanie termiczne odpadów. Jest to najskuteczniejsza metoda zmniejszania objętości śmieci poprzez spalanie w odpowiednim piecu w temperaturze 750 - 1000ႰC. W efekcie zastosowania przekształcania termicznego uzyskuję się istotną redukcję masy i objętości odpadów np. w wyniku spalania objętość odpadów redukuje się o ok. 10% a ich masę do ok. 35% wartości początkowej.
Przez spalanie osiąga się:
Bezpieczne składowanie unieszkodliwionych stałych produktów spalania;
Termiczną destrukcję i redukcję substancji szkodliwych zawartych w odpadach;
Neutralizację stałych i gazowych produktów spalania;
Pozyskanie energii zawartej w odpadach.
Spalanie odpadów stanowi stosunkowo nowa metodę ich utylizacji.
Rodzaje odpadów przeznaczonych do spalania:
Odpady komunalne;
Odpady przemysłowe;
Odpady niebezpieczne.
Funkcje urządzeń do spalania odpadów:
Redukcja ilości odpadów trafiających na wysypisko;
Źródło energii elektrycznej i cieplnej.
Metody termicznego przetwarzania odpadów
Piroliza i dopalenie gazów pirolitycznych. Wymaga bardzo dokładnego oczyszczenia spalin od zanieczyszczeń.
Spalenie w piecu obrotowym z dopaleniem spalin w termoreaktorze. Wymaga sprawnych systemów odpylających i sprawnego oczyszczenia spalin i ścieków.
Spalanie odpadów w piecu z paleniskiem rusztowym stałym lub ruchomym. Bardzo uciążliwe w eksploatacji. Technika stosowana jedynie w dużej skali. Wymaga wielostopniowego systemu oczyszczania spalin.
Współspalanie w piecach cementowych. Problematyczne oczyszczenie spalin oraz zanieczyszczenie produktu końcowego.
Współspalanie w urządzeniach energetycznych. Problem z oczyszczeniem spalin oraz zwiększaniem się toksyczności popiołów.
Spalanie w piecach fluidalnych. Wymaga przygotowania ujednorodnionego materiału do spalania o stabilnej wartości opałowej, sprawnego odpylenia i oczyszczania spalin.
Termiczne niszczenie w urządzeniach mikrofalowych. Technologia opracowana głównie dla odpadów szpitalnych i stabilnych termicznie odpadów organicznych - w tym PCBs.
Termiczne niszczenie w plazmie. Metoda najwłaściwsza dla wysokotoksycznych odpadów, takich jak np. gazy bojowe, czy bardzo stabilne termicznie trujące związki chemiczne
Urządzenia do Spalania Odpadów
Przekształcanie termiczne odpadów można przeprowadzać w:
Piecach obrotowych;
Instalacjach z rusztowymi paleniskami;
Układach wykorzystujących proces quasi - pirolizy;
Instalacjach spalających w różnych rodzajach warstwy fluidalnej.
Zadania technologii spalania odpadów:
uczynić obojętnymi, przy minimalnej emisji,
zniszczyć szkodliwe zanieczyszczenia organiczne lub doprowadzić do zatężenia szkodliwych zanieczyszczeni nieorganicznych,
zmniejszyć ilość /objętość odpadów składowanych,
wykorzystać wartość opałową odpadów,
przetworzyć na surowce wtórne.
Schemat ogólny procesu
Na klasyczną spalarnię odpadów składają się następujące zespoły funkcyjne:
stacja przyjmowania odpadów,
gromadzenie i wstępne przygotowanie,
węzeł zasilania i spalania,
odbiór, unieszkodliwianie i składowanie żużla,
kocioł,
oczyszczanie spalin i komin.
Spalarnia to jednocześnie urządzenie zmieniające stosunkowo mało agresywne odpady w prawie taką samą ilość znacznie groźniejszych popiołów, pyłów, ścieków i pozostałości z oczyszczania spalin.
Funkcjonowanie Spalarni Odpadów
1. Odpady przywożone do spalarni opróżnia się w specjalnym bunkrze zasypowym. Aby zapobiec rozprzestrzenianiu się nieprzyjemnego zapachu emitowanego przez odpady w bunkrze panuje zawsze podciśnienie. Powietrze, będące czynnikiem niezbędnym do procesu spalania jest wtłaczane właśnie z bunkra zasypowego.
2. Następnym etapem jest poddanie odpadów pod działanie elektromagnesów. Maja one na celu wyodrębnić z odpadów ewentualnie wmieszane w nie odpady metalowe. Odpady są rozdrabniane, a następnie trafiają do kotła, który wyposażony jest w specjalny ruszt odzysku energii, na którym ulęgają one spaleniu.
3. By spalanie przebiegało samowystarczalnie pod względem energetycznym, wartość opalowa spalanych odpadów musi wynosić od 8000 do 10000 kJ/kg. W aspekcie ekonomicznym powinna wynosić, co najmniej 5000 kJ/kg.
4.Pozyskaną w procesie spalania energie można przetworzyć na prąd elektryczny, wykorzystywany na potrzeby samej spalarni. Innym sposobem jej wykorzystania jest ogrzewanie wody mieszkań lub walka z gołoledzią.
5. Podczas oczyszczania ścieków w oczyszczalniach powstaje szlam, który dostarczany jest do spalarni odpadów, a następnie spalany.
6. W procesie spalania odpadów powstają żużel oraz pyły. Do wychwytywania pyłów służą specjalne elektrofiltry. Razem z żużlem pyły znalazły zastosowanie w przemyśle budowlanym, a ściślej w produkcji klocków betonowych. Służą one do wypełniania wyrobisk pokopalnianych; znajdują także zastosowanie w budowie nowych dróg.
7. Problemem spalarni odpadów są dioksyny i inne mniej szkodliwe zanieczyszczenia zawarte w gazach spalinowych. Oczyszcza się je na drodze dwóch etapów. Pierwszy polega na mokrym oczyszczaniu gazów spalinowych, a drugi to układ SCR, czyli selektywna katalityczna redukcja. W drugim etapie zastosowanie znalazły filtry tkaninowe oraz węgiel aktywny oczyszczające dioksyny i tlenki azotu. W trakcie pierwszego etapu pozostaje zanieczyszczona woda, którą kieruje się do oczyszczalni ścieków.
8. Ostatnim etapem spalania odpadów komunalnych jest wysoki komin. W Unii Europejskiej dopuszczalne normy ilości dioksyny w emitowanych spalinach są równe 0,1 ng/m3.
Pozostałości po spalaniu Popiół i Pyły
W procesie spalania powstaje żużel paleniskowy - materiał niepalny opadający przez ruszt. Stanowi on ok. 25% pierwotnej masy odpadów, a ilość ta zależy głównie od składu dostarczanych do spalarni odpadów. Im więcej w nich szkła, puszek, gruzu i popiołu z palenisk domowych, tym redukcja masy w efekcie spalenia będzie mniejsza. Po spaleniu żużel jest zbierany i wywożony na wysypisko. Pyły zbierane na filtrach są niejednokrotnie mieszane z żużlem i także wywożone na wysypisko. Zarówno w żużlu, jak i pyłach znajdują się substancje niebezpieczne w wysokich stężeniach. Pyły zatrzymywane przez filtry stanowią ok. 3% pierwotnej masy spalonych śmieci.
Żużel…zawiera głównie krzemiany, tlenki glinu i żelaza.
Może on być stosowany jako:
materiał do konstrukcji tam i wałów,
warstwa nośna pod drogi lokalne,
w gospodarce leśnej
warstwy nośne i wierzchnie parkingów, placów budowy,
warstwy ochrony przed mrozem w budownictwie drogowym.
Pozostałości po spalaniu c. d. Ścieki i osady Ściekowe
Powstają podczas chłodzenia żużlu z paleniska. Szacuje się, że spalarnia o wielkości 500 t/dzien zużywa rocznie do tego celu około 500 tysięcy m3 wody. Często oczyszczanie spalin odbywa się metodą mokrą, a wtedy dochodzą jeszcze do tego kolejne odpady płynne. Otrzymane w efekcie ścieki zawierają szereg zanieczyszczeń takich jak fenole, cyjanki, fluorki, arsen i metale ciężkie. Może się okazać, że ich stężenia przekraczają dopuszczalne wartości dla ścieków wprowadzanych do urządzeń kanalizacyjnych, co oznacza, że spalarnia powinna zostać wyposażona we własną oczyszczalnię ścieków. Konieczność budowy oczyszczalni w celu usunięcia toksycznych substancji ze ścieków, to kolejny kłopot dla właścicieli spalarni. Tym bardziej, że po procesie oczyszczania pozostają toksyczne szlamy, których utylizacja nie jest praktycznie możliwa. Oznacza to konieczność gromadzenia szlamów i przechowywania ich przez czas bliżej nieokreślony.
Oddziaływanie Spalarni Odpadów na Środowisko Naturalne
powstają dioksyny i furany;
tlenki metali ciężkich;
emisja zanieczyszczeń gazowych i pyłowych;
powstawanie ścieków;
odpady stałe;
zmiana krajobrazu;
zajęta powierzchnia terenu;
hałas;
Oczyszczanie spalin
W wyniku spalenia 1 tony odpadów powstaje ok. 4000 do 6000 m3 spalin zawierających oprócz CO, CO2, H2O, SO2, NOX, części niespalonych również wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, dioksyny i furany, HCl, HF czy metale ciężkie.
W pierwszej kolejności usuwane są zanieczyszczenia stałe. Najczęściej stosuje się cyklony, filtry tkaninowe lub elektrofiltry. Jednak te ostatnie podejrzewane są o katalityczne wspomaganie odtwarzania się dioksyn przy temperaturach od 200 do 400ႰC.
Zanieczyszczenia gazowe eliminowane są absorpcyjnie lub adsorpcyjnie, metodami mokrymi, półsuchymi (rozpyłowymi) i suchymi. Kolejno usuwane są zanieczyszczenia kwaśne (HCl, HF, lotne metale ciężkie, SO2), tlenki azotu (SCR, separacja na węglu aktywnym lub koksie), dioksyny i furany. Zawartość tlenków azotu można pierwotnie ograniczać poprzez stopniowe dozowanie powietrza do spalania czy też recyrkulację odpylonych i schłodzonych spalin.
Bilans procesu
W wyniku spalenia tony odpadów powstaje ok. 4000 do 6000 m3 spalin o temperaturze 1000ႰC, które przed odpylaczem powinny mieć ok. 350ႰC. Spalin o średnim cieple właściwym 1,34 kJ/m3ဪK uzyskane z tony odpadów schłodzone od 1000 do 350ႰC tracą od 3,5 do 5,0 GJ ciepła. Sprawność wytwarzania energii elektrycznej przez instalację spalającą nie segregowane odpady komunalne wynosi od 23 do 25%, uwzględniając potrzeby własne - ok. 15%.
Średnie wskaźniki odzysku energii w instalacji spalających odpady:
- min. wartość opałowa: 9,5-10 MJ/kg
- sprawność wytwarzania pary: 65-76%
- ilość pary na tonę odpadów: 1,9-2,4 Mg
Parametry wytwarzanej pary są niskie (15-20 barów, 200-250ႰC) lub wysokie (40barów, 400ႰC) w zależności od wielkości instalacji
- ilość energii elektrycznej na tonę odpadów:
350-400kWh
Wymagania Unii Europejskiej w zakresie emisji ze spalarni odpadów
Zalety i Wady Spalarni Odpadów Komunalnych
Zalety:
mniejsza ilość składowisk śmieci zarówno tych legalnych, jak i tych dzikich;
W czasie spalania odpadów powstaje energia, która można wykorzystać na wiele sposobów;
powstający żużel i popioły znajdują zastosowanie w branży budowlanej, dzięki czemu oszczędzane są naturalne surowce;
zmniejszają zapotrzebowanie na wywóz śmieci średnio o 10%, co wpływa korzystnie na ruch uliczny (mniejsze korki), spaliny (mniejsza emisja). Ponadto zmniejsza objętość śmieci, ponieważ spalane są odpady grube (np. dywany).
Wady:
znaczne koszty inwestycyjne;
znaczne koszty eksploatacyjne;
negatywny wpływ na środowisko zwłaszcza na atmosferę.