2003 Sb. VŠCHT Praha, Ústav energetiky

VŠCHT Praha, Ústav energetiky

10/1/2012

Ústav energetiky, VŠCHT Praha E-mail: [email protected]

5AZE_I Druhotné zdroje energie Odpadové hospodářství Využití odpadů Spalovny POP Čištění spalin Skládkování

Odpady Definice (zák. č. 185/2001 Sb.): Odpad je každá movitá věc, které se osoba zbavuje nebo má úmysl nebo povinnost se jí zbavit a přísluší do některé ze skupin odpadů uvedených v příloze 1 k tomuto zákonu. Osoba má povinnost zbavit se movité věci, (příslušející do některé ze skupin odpadů v příl. 1), jestliže ji nepoužívá k původnímu účelu a věc ohrožuje životní prostředí, nebo byla vyřazena na základě zvláštního právního předpisu. Komunální odpad je veškerý odpad vznikající činností fyzických osob nebo činností obce. VŠCHT Praha, Ústav energetiky

Komunální odpad Produkce KO: ≈300 kg/rok na osobu vlastnosti se mění s ročním obdobím Místa vzniku Provoz domácností Bydlení Technická a občanská vybavenost Úřady Rekreace, sport Údržba ulic, zeleně, hřbitovů atd.

Složení KO Papír, lepenka Sklo Směsné plasty PET lahve Nebezpečný podíl Minerální odpad Kovy Textil Biologický odpad Spalitelný odpad

Skladba odpadu v různých zástavbách v hm. %

sídlištní

smíšenáVŠCHT Praha,vesnická Ústav energetiky

Papír, lepenka Plasty Sklo Kovy Bioodpad Zbytek

Biologicky rozložitelný komunální odpad Směrnice EU 99/31/ES-Povinná redukce maximálního množství biologicky rozložitelných KO (dále jen „BRKO") ukládaných na skládky tak, aby podíl této složky činil v roce •2010 nejvíce 75 % •2013 nejvíce 50 % •2020 nejvíce 35 % z celkového množství BRKO vzniklého v roce 1995 Jak snižovat množství BRO ukládané na skládky? a) vytvářet podmínky k oddělenému shromažďování jednotlivých druhů biologicky rozložitelných odpadů vznikajících v domácnostech, živnostech, průmyslu a úřadech, mimo směsný odpad; b) omezovat znečišťování biologicky rozložitelných odpadů jinými odpady zejména mající nebezpečné vlastnosti; c) zvyšovat materiálové využití druhů odpadů tvořících BRKO vytříděných z KO, zejména papíru a lepenky; NAŘÍZENÍ VLÁDY o Plánu odpadového hospodářství České republiky, 197/2003 Sb. VŠCHT Praha, Ústav energetiky

Odpadové hospodářství Klasifikace podle toku odpadu procesem: Přípravný Předcházení vzniku odpadu Omezování vzniku odpadu Nakládání s odpadem 1.Sběr 2.Přeprava 3.Skladování 4.Úprava a třídění Hlavní Materiálové využití (recyklace a kompostování) Energetické využití (spalování a výroba bioplynu) Konečná úprava Skládkování

Zpracování odpadu

Oddělené shromažďování Sklo a Papír kovy

odpad

Bioplyn

Recyklace

třídění Kompostování

PKO

Teplo Elektřina popel

Skládka

třídění Nespalitelný odpad

Kompost VŠCHT Praha, Ústav energetiky

Spalovna s kogenerací

Nebezpečný Spalitelný

Bio odpad

Kovy k recyklaci


1


10/1/2012

Nebezpečné vlastnosti odpadu Zák. 185 Sb., 2001

• • • • •

Výbušnost, Oxidační schopnost, Vysoká hořlavost Toxicita Schopnost uvolňovat nebezpečné látky do životního prostředí

Využití odpadů 1. materiálové využití (vysoký stupeň recyklace prováděné občany) recyklace přinášecí a odnášecí systémy (papír, sklo, plasty) kompostování a jiné formy (např. anaerobní digesce) 2. energetické využití odpadu EVO 1. výroba paliva z komunálního odpadů PKO 2. přímé spalování nadsítné frakce 3. zplyňování, pyrolýza, výroba bioplynu nebo jiné technologie

% spalitelných odpadů energeticky využívaných: EU ČR

25 % 6 % (Spalovna Praha, Liberec, Brno)



Palivo z komunálního odpadu (PKO) je palivo vyrobené z jiného než nebezpečného odpadu, určené k energetickému využití Výroba: Třídění sítováním, sušení a lisování nadsítné frakce Výhody oproti spalování nadsítné frakce komunálního odpadu: •možnost dlouhodobého skladování ( nižší vlhkost M<15 %) •snadnější manipulace a doprava lisovaného PKO •vyšší měrná hmotnost a výhřevnost (>15 MJ/kg) Jeho spalování je možné pouze ve spalovnách odpadů středních a vyšších výkonů (200 kW a výše).

Přímé spalování nadsítné frakce Výhody •Snížení objemu (až na 10 % Vo) a váhy (o 50 %) odpadu, redukce množství ukládaných zbytků •Sterilnost a imobilizace škodlivin v tuhých zbytcích díky vysoké spalovací teplotě 850-1100 °C. Využití škváry a upraveného popílku ke stavebním účelům •Recyklace surovin ze škváry (Fe a neželezné kovy) a z filtračního koláče (Zn) z mokrého čištění spalin •Redukce skleníkových plynů předcházením vzniku skládkového plynu

http://www.odpadjeenergie.cz/ , CEN/TS 15359 , 357/2002 Sb .

Redukce skleníkových plynů na tunu odpadu při energetickém využití

výroba energie spalovna

vytěsněný metan

vytěsněné emise (uhlí)

celkové emise skleníkových plynů

Celková bilance je pozitivní. Spalovny předcházejí vzniku skládkového plynu (metanu), který má 21x vyšší potenciál VŠCHT Praha,globálního Ústav energetiky oteplování než je CO 2.


Spalovny odpadů •Spalovny (s kogenerací) je vhodné budovat v centru produkce KO, protože přeprava navyšuje náklady •Přes kolísavé složení odpadu je výhřevnost KO je na úrovni hnědého uhlí (9-15 MJ·kg-1), pouze při najíždění spalovny fungují na omezenou dobu podpůrné hořáky •Nutno volit nejlepší dostupné technologie spaloven (Best Available Technologies BAT) pro splnění limit emisí znečišťujících látek (TZL, SOx, NOx, Diox) ČR spalovny produkce Nyní 2010 3 linky Potenciál 20 linek

Tok odpadu tun KO/rok 300 2000

Elektřina GWh/rok 60 400

Teplo TJ/rok 1900 12600


2


10/1/2012

Spalovací technologie Typy spalovacích pecí: •rotační pece -pomalu otáčené válce s mírným sklonem •muflové pece –zdravotnické odpady, periodický provoz •etážové pece -na kaly, pec tvaru stojatého válce •fluidní pece –spalování ve vznosu, odpad se drtí na stejnou zrnitost Nové spalovací procesy: •vysokoteplotní fluidní reaktor (teplota až 2500°C) •plasmové hořáky (použití vysoké teploty ionizujících plynů, destrukce zbytků látek přerušením jejich chemických vazeb •spalování v plasmovém oblouku •nízkoteplotní pyrolýza -v rotační peci zevně otápěné spalinami se odpad pyrolyzuje bez přístupu vzduchu při teplotě 500-550 °C. Vzniklé plyny se spalují v druhém stupni v tzv. termoreaktoru při teplotě 900-1300°C.

Principy spalování Základní podmínky: • Přítomnost spalovacího vzduchu v dostatečném množství (λ>0) • Překročení zápalné teploty – Tuhá paliva 220-600 °C – Kapalná paliva 210-600 °C – Plynná paliva 450-700 °C

• Dostatečný vývin tepla nezbytný ke krytí ztrát tepla do okolí



Vlastnosti spalovaných odpadů Pod hranicí U ≥ 25 %, A ≤ 60 % a M ≤ 50 % (odpovídající minimální výhřevnosti qp,net,ar =5 MJ/kg) není odpad schopen samostatného hoření, protože teplo uvolněné hořlavinou je nedostatečné k odpaření vlhkosti a ohřátí popelovin na spalovací teplotu. Provedení analýz: Vlhkost M: stanoví se ze ztráty hmotnosti sušením při 105 °C Spalitelné látky U (ztráta žíháním): stanoví se (po předběžném vysušení vzorku při 105 °C) ze ztráty hmotnosti vyžíháním při 550 °C do konstantní hmotnosti. Popel A je nespalitelná tuhá složka vzorku ze stanovení spalitelných látek U ( chemicky jde o SiO2, Al2O3, CaO a oxidy železa, atd.). VŠCHT Praha, Ústav energetiky

Trojný diagram odpadu Podmínka minimální výhřevnosti 5 MJ/kg: A ≤ 60 % M ≤ 50 % U ≥ 25 %

A

W M

Typické palivo z komunálního odpadu PKO : U = V+FC = 35 % M = 35 % A = 30 %

fyzikální

Typické vlastnosti odpadů Organické látky

Papír

Plasty

Vlhkost M

70

30

20

Spalitelné látky U

20

60

75

Popel A

5

10

4

qp,net,ar MJ/kg

1,5

10

29

qp,gr,ar MJ/kg

5

12

33

qp,gr,d MJ/kg

17,9

16,5

41,4

chemické

C

H

N

organické látky

49

7

2

papír

39

5,5

0,2

plasty

82

14

1

kůže, dřevo, textil, guma

47

6

5


Spalovny odpadů SO-přísné emisní limity EL –NV 354/2002 Sb. –průměrné denní hodnoty

U+M+A=100 [%]

Spalitelné látky U

U

Odpad hoří bez přídavného (stabilizačního) paliva Odpad vhodný pro kompostování VŠCHT Praha, Ústav energetiky


3


Čištění spalin u spaloven odpadů DeTZL -odstranění tuhých znečišťujících látek (popílku) • elektrostatický odlučovák EO – nízký odpor, provoz až do 350 °C, em. limit 10 mg/m3 splnitelný až při následném odstranění kyselých plynů • tkaninový odlučovák TO - vyšší tlaková ztráta, do ~230 °C (e-PTFE), EL 10 mg/m3 splnitelný, reálně až 2-5 mg/m3 Kyselé plyny -HCL, HF a SO3 a SO2 • Suché a polosuché metody (aktivní koks, NaHCO3, Ca(OH)2) injektáž před TO (nemocnice) • Mokré metody-vypírka alkáliemi NaOH, Ca(OH)2

10/1/2012

Persistentní organické polutanty POP Organohalogeny

Tetrachlor metan

Trichlorfuor metan

PCDF Polychlorované dibenzofurany 135 látek

75 látek

zdravotní účinky: 2,3,7,8 tetrachlor-p-dibenzodioxin

 karcinogeny  teratogeny 2,3,7,8, tetrachlordibenzofuran

VŠCHT Praha, Ústav– energetiky PBDD, PBDF s bromem


Toxicita PCDD a PCDF

Benzenhexachlorid (lindan)

PCDD Polychlorované dibenzodioxíny

DeNOx -SKR katalyzátory V2O5+WO3/TiO2 na: • filtrační tkanině (Liberec), • keramice (Zevo, Praha), pracovní teplota katalyzátorů je 180-350 °C, životnost ~5 let, účinnost redukce NOx až 90 % DeDiox odstranění persistentních organických polutantů POP

PCB-polychlorované bifenyly

Způsob dosažení emisních limitů u SO 1. Povinná dospalovací komora (vytápěná hořákem na ZP).

Spaliny jsou vystaveny teplotě 850 °C po dobu min 2 s. Pokud obsah chloru v palivu >1 % pak teplotě 1100°C/2 s. Popeloviny: obsah C v TZL < 3 % nebo spalitelné látky < 5 %

2. Čištěním spalin (deTZL, DeSOx, DeNOx, mokrá vypírka SO Kaučuk Kralupy

Investice do čištění spalin až 50% celkových nákladů na spalovnu!

Je odvozena od nejtoxičtější sloučeniny 2,3,7,8-TCDD s mezinárodním faktorem ekvivalentní toxicity I-TEF rovnoVŠCHT 1. Praha, Ústav energetiky

Tvorba DE NOVO dioxínů Dospalovací komora je nedostatečná jako DeDiox opatření z důvodu nové syntézy dioxínu ve spalinách při nízkých teplotách


deDiox

Odstranění dioxínů –dvě technologie 1. katalyzovaná oxidace pomocí Pt, Pd, Rh Surové spaliny

2. suvné lóže s koksem

Čisté spaliny vyčištěné spaliny

čerstvý koks

surové spaliny

kontaminovaný

HCl + ½ O2 → Cl2 + H2O při T<500 °C Cl2 + O2 + CxHy + čas@250-350 °C → PCDD/F Proto nutný deDiox filtr spalin za tímto teplotním pásmem VŠCHT Praha, Ústav energetiky

koks KATALYZOVANÉ: Katalyzátor na vnitřním povrchu tkaniny z expandovaného PTFE (Liberec), < 230 °C Katalyzátor na keramice (Zevo, Praha). Provoz při teplotách ~300 °C VŠCHT Praha, Ústav energetiky

4


10/1/2012

Zařízení na energetické využití odpadu, Praha Malešice

Konečná úprava: Skládkování -analýzy tuhých odpadů (Vyhláška MŽP 338/1997 o podrobnostech nakládání s odpady)

Povinné je stanovit obsah vody, stlačitelnost, pH, pachovou zkoušku a provést chemický rozbor. Ve vodném výluhu se zjišťuje: obsah síranů, obsah chloridy, obsah těžkých a toxických kovů a obsah škodlivých organických látek

Neutralizace kyselých plynu

deTZL

deDiox

deNOx

Podle výsledku se provádí buď detailní analýza nebo se odpady zařadí do třid vyluhovatelnosti I ,II a III a ukládají na skládku inertního odpadu.



Výpočty z průměrného sumárního vzorce:

Energetické využití odpadu a produkce plynů při kompostování

Spalování odpadů kyslíkem:

Příklad: Výsledky analýzy 1 kg promáčeného sběrného papíru jsou tyto: vlhkost M=50 %, popel A=10 % a hořlavina U=40 % (chemicky jako celulóza-(C6H10O5)n-

Produkce skleníkových plynů při kompostování (anaerobní digesci):


Určete: 1. Je papír schopen samostatného hoření ve spalovně? 2. Jak dlouho je možno svítit žárovkou 60W při jeho energetickém využití? Uvažujte: •účinnost předsušení (převod mokré na předsušené palivo)=85 % •účinnost spalování (převod chemické na tepelnou energii)=90 % •účinnost cyklu (převod tepelné na elektrickou energii)=30 % 3. Hmotnost skleníkových plynů při spalování mCO2min a při kompostování na skládkách mCO2min+mCH4min a srovnejte.


5

2003 Sb. VŠCHT Praha, Ústav energetiky

Recommend Documents