Současný stav spalování tuhých odpadů

1. Současný stav spalování tuhých odpadů Seminář „Žáruvzdorné vyzdívky spaloven“ Doc. Ing. Zdeněk Skála, CSc. VUT v Brně, FSI – Energetický ústav tel: 541142588 e-mail: skala@fme.vutbr.cz

2. Nakládání s odpady • Hierarchie nakládání s odpady - waste managment • Minimalizace produkce odpadu (obaly, redukce materiálu, změna technologie ) • Opětné užití, recyklace materiálová, energetická • Skládkování • Postupy k naplnění: recyklace, materiálové třídění biologické způsoby rozkladu org. odpadu energetické využití odpadu - spalování - zplyňování skládkování tuhých zbytků nakládání s odpady

3. ISWA • ISWA - Mezinárodní organizace pro tuhé odpady • Podpora pro energetické využívání spalováním • Energetické využití a termické odstraňování odpadů je součástí plánů odpadového hospodářství • Užití spaloven v souladu s BREF (Best Available Techniques Reference Documents )

4. Princip postupu konverze biomasy a odpadů:

5. Termochemické přeměny • Pyrolýza - tepelný rozklad organického materiálu • Zplyňování - konverze tuhé (kapalné) látky na syntézní plyn zplyňovacími reakcemi • Spalování – exotermická oxidace zahrnující pyrolýzu, zplyňování, heterogenní a homogenní oxidační reakce

6. Spalování, energetické využití • US 30 mil t/r Evropa 55mil t/r Japonsko 40mil t/r Ostatní 25 mil t/r • Spalování – odhad 150 mil t/r, skládkování 1 bilion t/r • Počet WTE (spaloven s využitím energie) > 600 od roku 1995 postaveno 164 WTE , v USA 0 B.M.Jenkins,R.B. Williams, California Integrated Waste Man. Board, April 2006, Sacramento, USA

7. Technologie energetického využívání • Konsolidované procesy (komerční) - spalování • Pilotní procesy (vývoj) - pyrolýza - zplyňování - nízkoteplotní plazma (t… 2000 - 3000 ºC, zatím pouze nebezpečné odpady) • EU počet spaloven 229, roštové kotle 224, fluidní kotle 2 , zplyňování 3) Vaccani,Zweig&Associates, July 2005

8. Technologie spalování • Rošty - vysoká flexibilita typu odpadu,velikosti a sezónních změn • Fluidní lože - nízká emisní úroveň - vysoký stupeň homogenizace odpadu - vyžaduje úpravu odpadu (separace, drcení apod.) • Rotační pec - flexibilita odpadu (kapalný, pastózní, tuhý) - nízká účinnost energetického využití

9. Typy spalovacích pecí • Diskontinuální (vsázková) pec (jednoduchá – pevný rošt, mechanická vsázka,odpopelňování), • Kontinuální pece – ohniště (nepřetržitý provoz 24 h, výkon >100 t/d), rošty 300 – 500 t/d, dokonalé spalování (sušení, zapálení ,hoření, dohoření) • Rotační pece (průmyslový odpad,pevný kapalný, pastózní) utilizace tepla, chlazené stěny,parní kotel, • Fluidní reaktory (upravený odpad,pastózní odpad), • Pece na tavení popela - hořákové - obloukové elektrické

10. Nařízení vlády č.554 / 2002 Sb.§5 – provozní podmínky a) dokonalé vypálení, škvára a popel < 3% Corg (ztráta žíháním < 5% hmotnosti suchého materiálu) b) podtlak v zásobníku odpadu (zápach) c) spaliny 850ºC po dobu 2s za posledním přívodem vzduchu d) nebezpečný odpad 1100 ºC (halogeny Cl > 1%) po dobu 2s za posledním přívodem vzduchu e) pomocný hořák automaticky udržující teplotu 850ºC (1100ºC ) f) Spouštění a odstavování možné jen s povolenými palivy (plynový olej, ZP) • Spoluspalovací zařízení pro dodržení teplotních podmínek • Automatický systém dávkování odpadů zabraňující přívodu pokud: • je při spouštění t < 850ºC • je vždy při provozu t < 850ºC • vždy při překročení emisních limitů

11. Přibližné typické hodnoty výsledků fyzikálních rozborů a výhřevnosti domovního odpadu • Upraveno dle Tchobanoglous et al. 1993; Robinson, 1986; Mortensen 1993

12. Palovací pece,diskontinuální,rotační

13. Roštové kotle

14. Pec s fluidní vrstvou

16. Spalovací komora roštových kotlů

17. Spalovna tuhého komunálního odpadu

18. Příklad spalovny odpadů:

19. Vyzdívka • Ochrana ohniště, spalinovodů, násypky paliva před agresivními spalinami • Vytváření optimálních podmínek pro spalování odpadu (tepelná izolace) • Opotřebení vyzdívky – dle místa aplikace abraze – otěr koroze tepelné namáhání, tepelné šoky adheze tavenin,penetrace eutektik a solí do matrice vyzdívky chemické působení

20. Teploty tavení některých složek: • Shinagawa Technical Report vol.36-1993

21. Provozní opatření k omezení škvárování • Provoz - homogenizace odpadu v bunkru - zabránění profukování - řízení výstupní teploty - snížení výkonu linky • Projekt - návrh chlazení vyzdívky – parní ofukování – chlazení vzduchem – vodním sprejem – vzduchové chlazení vyzdívky - recirkulace spalin - výběr vyzdívky (šamot, SiC) • Při spoluspalování - odstranění složek způsobující škvárování - snížení výkonu linky

22. Provozní podmínky vyzdívek

23. Spalování SKO, akceptance, obavy • Soutěž mezi snižováním odpadů, recyklací, znovuužitím - zvyšování množství odpadů, Holandsko, Švédsko nárůst recyklace • Dioxin - MACT standard podstatně snížil emise dioxinu (99%) - výstupní koncentrace dioxinu nižší než vstupní koncentrace • Hg - 87% emisí Hg ze spalovacích procesů - WTE odhad 19%, spalovny medicínského odpadu 10%,spalování uhlí 33%, - emisní limity pro spalování odpadu snížily emise Hg z 29,6 t/r (1995) na 3t/r. EPA 1997,Williams 2006,Themelis 2005

24. Graf – dioxiny

25. Komplex látkového a energetického využití odpadu ve spalovně SAKO Brno Informativní tabulka energetického potenciálu SKO při výrobě elektrické energie • TECHNICKÉ PARAMETRY SOUČASNÉ SPALOVNY • 3 kotle à 15 t/h odpadu, • parní výkon kotle 40 t/h, • parametry páry p = 1,3 MPa, t = 230 °C, • roční kapacita plánovaná 240 000 t/r. Energetický potenciál 1 t odpadu o výhřevnosti 12 MJ/kg při současné technické úrovni technologie v Evropě činí 750 – 760 kWh/t. * vlastní spotřeba pro provoz 1 kotel + 1 linky čištění spalin,1,2 MWh

26. KAPACITA SPALOVNY – PROJEKT parametry páry: 4 MPa, 400 °C [ip = 3215 kJ/kg, ip (0,9 MPa) = 2850 kJ/kg, ip (0,01 MPa) = 2150 kJ/kg] výhřevnost odpadu: 11 – 12 MJ/kg; pro bilanční výpočet  11,5 MJ/kg množství odpadu za 1 rok (tok odpadu) 220 000 t vstupní energie do systému 2 530 000 GJ účinnost kotle k = 85% vstupní energie páry 2 150 500 GJ vlastní spotřeba 100 000 GJ energie vyrobené páry – netto 2 050 500 GJ dodávka tepla (bez změny) 690 000 GJ energie pro výrobu elektrické energie 1 360 500 GJ účinnost přeměny T = 25% vyrobená elektrická energie 340 125 GJ 94 500 MWh parní výkon kotlů 2 x 50 t/h 100 t/h VÝKON TURBÍNY Léto (max) PL = 27,7*0,85*(3214-2150)*0,8 = 20044,41 kW ~ 20 MW Zima (veškerá pára do odběru) PZ = 27,7*0,85*(3214-2850)*0,75 = 6427 kW ~ 6,5 MW Produkce elektrické energie (brutto) provozní hodiny 7 000 h PL = 20 * 3500 = 70 000 MWh PZ = 6,5 * 3500 = 22 750 MWh Σ 92 750 MWh; Komplex látkového a energetického využití odpadu ve spalovně SAKO Brno • SOUČASNÝ STAV SPALOVNY – BILANCE • hmotnost spalovaného SKO za rok 100 000 t • výroba tepla 690 000 GJ • průměrná výhřevnost odpadu 10 GJ/t • vstupní energie (potenciál) 1 000 000 GJ • účinnost kotlů k = 76% • energie vyrobené páry 760 000 GJ • vlastní spotřeba (4,2 t/h, 7 000 h, 29 160 t/r) 70 000 GJ • vyrobená pára – netto (dodávka) 690 000 G

27. Děkuji Vám za pozornost