Energetické využití komunálního odpadu

Energetické využití komunálního odpadu

ELEN 2012, České vysoké učení technické v Praze, Fakulta elektrotechnická, Praha, 11.09.2012 Alpiq Generation (CZ) s.r.o.

Hlavní témata prezentace

1. Energetické využití nerecyklovatelných složek odpadů 2. Komunální odpad – místo na skládky do kotlů, místo uhlí TAP či SAF (RDF, Ersatzstoff atd.) 3. Zařízení v italské Corteoloně – příklad uzavřeného cyklu zpracování odpadu a jeho energetického využití 4. Lomellina I a II – jiný příklad uzavřeného cyklu zpracování odpadu a jeho energetického využití s použitím fluidní spalovací technologie 5. Přínos společnosti Alpiq Generation (CZ) s.r.o. k řešení daného úkolu 6. Závěr - shrnutí

Energetické využití nerecyklovatelných složek odpadů

Energetické využití odpadů je velice efektivní neboť dochází k využití energetického obsahu materiálu, tj. latentního, chemicky vázaného tepla, které by jinak zůstalo nevyužito či naopak působilo negativně (samovolný rozklad) Podstatně se omezují nároky na (popelovin) oproti původnímu stavu

uskladnění

finálních

„zbytků“

Vhodnou předúpravou (separace nebezpečných složek ze směsných odpadů atd.) lze podstatně omezit rizika případných úniků do životního prostředí Přepracované a předupravené odpady, resp. z nich vzniklá alternativní paliva lze spalovat za určitých podmínek ve standardních energetických zařízeních Alpiq Generation (CZ) s.r.o.

EGÚ Běchovice, Praha, 11. 9. 201226. 5. 2010

3

Komunální odpad – jeden z potenciálních zdrojů energie

V současné době nabývá na významu potřeba likvidace tzv. „směsného“ komunálního odpadu v současnosti vyváženého na skládky, dle nového zákona o odpadech dojde k jejich redukci Jedná se o velká množství (dle odhadů prováděných v rámci studií z MŽP se jedná až o 6 miliónů tun v rámci ČR po roce 2020), tj. při odhadované výhřevnosti kolem 6 až 10 GJ/t cca 36 až 60 PJ tepla v palivu

Existují v zásadě dvě cesty jak s nerecyklovatelným odpadem naložit (mimo skládky) – spalovat přímo ve spalovnách nebo odpad upravit a spalovat v běžných energetických zařízeních jako dodatkové palivo (např. náhrada biomasy při spoluspalování atd.) Spalování ve spalovnách je investičně i provozně nákladné (odhadované nutné náklady v ČR na spalovny cca 20 až 50 mld. Kč, nutnost přitápět ZP při spalování atd.) Alpiq Generation (CZ) s.r.o.


4

Komunální odpad – jeden z potenciálních zdrojů energie

Na komunální odpad je proto třeba pohlížet jako na druhotnou surovinu, která může skutečně v energetických zařízeních nahradit část fosilního paliva a navíc při spoluspalování s uhlím vést ke snížení celkových nákladů na likvidaci Vhodnou úpravou – drcení, vysušení – biologická stabilizace, separace nebezpečných složek, zbytkových kovů, inertních materiálů (sklo, kamenina atd.) atd. ze směsných odpadů lze získat materiály – alternativní palivo – s vlastnostmi blízkými uhlí Přepracováním dochází k podstatné redukci původní hmoty, po spálení v energetickém zařízení zbývá cca 5 až 8 % popelovin, zbytek je buďto dále recyklován a nebo se jedná o vodu která je po vyčištění vypuštěna do vodoteče Alpiq Generation (CZ) s.r.o.


5

Příklad parametrů vstupního odpadu a TAP něj vzniklého (SRN – Osnabrűck, 2005) – vstupy: Vstupní složení směsného komunálního odpadu Složka Obsah %

Bioodpad (slupky, natě atd.), odpad ze zeleně Papír Inertní frakce (kamenina, porcelán atd.) Sklo Kompozitní materiály Plasty Sanitární odpad (vata, použité vložky, pleny atd.) Kovy Pryž Dřevo Ostatní (blíže nedefinované) Alpiq Generation (CZ) s.r.o.

29 14 8 7 7 6 6 4 3 2 9


6

Příklad parametrů vstupního odpadu a TAP něj vzniklého (SRN – Osnabrűck, 2005) – výstup (základní parametry):

Výstupní složení tuhého alternativního paliva po úpravě MBU Parametr Jednotka

Výhřevnost Obsah popela Obsah vody Max. velikost zrna Obsah síry Obsah chlóru Obsah sodíku Obsah draslíku

Alpiq Generation (CZ) s.r.o.

17 100 17,2 10,3 50 0,131 0,538 3 500 2 800


kJ/kg % % mm % % mg/kg mg/kg

7

Příklad parametrů vstupního odpadu a TAP něj vzniklého (SRN – Osnabrűck, 2005) – výstup (obsah těžkých kovů): Výstupní složení tuhého alternativního paliva po úpravě MBU Kov Jednotka

Arsen (As) Olovo (Pb) Kadmium (Cd) Chróm (Cr) Kobalt (Co) Měď (Cu) Nikl (Ni) Rtuť (Hg) Berylium (Be) Thalium (Th) Selén (Se) Zinek (Zi) Antimon (St) Vanad (V) Mangan (Mn) Cín (Sn) Alpiq Generation (CZ) s.r.o.

2,0 85 22 44 3,7 95 25 0,420 <1 < 0,5 <1 710,000 5,800 3,100 200 16

mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg


8

Zařízení v italské Corteoloně – příklad uzavřeného cyklu zpracování odpadu a jeho energetického využití

V jedné lokalitě se nalézá zařízení na přepracování směsného komunálního odpadu o výkonu cca 100 kt/rok (MBU) a energoblok pro spalování RDF Pro spalování je využita standardní fluidní technologie Kondenzační blok má elektrický výkon 8,7 MWe (kotel o parním výkonu cca 50 t/h) Spotřeba paliva cca 7,5 t/h, ročně 60 000 t. Tato jednotka tedy ušetří asi 60 000 tun uhlí ročně. Z hlediska emisí do ovzduší a ukládky popelovin není horší než uhelné.



9

Závod na přepracování odpadu v Corteoloně (MBU) o kapacitě cca 100 kt směsného komunálního odpadu



10

Energoblok je v Corteoloně situován vedle provozu MBU



11

Lomellina I a II – jiný příklad uzavřeného cyklu zpracování odpadu a jeho energetického využití s použitím fluidní spalovací technologie

Jedná se o zařízení na zpracování komunálních odpadů o kapacitě 200 000 tun/rok, s možností rozšíření na 225 000 tun/rok Dovezený směsný odpad je přetříděn a předupraven, separovány dále využitelné složky a zbytek je použit jako palivo pro připojený energoblok Vlastní spalování RDF probíhá v podstatě v konvenčním fluidním kotli, přehřátá pára je zavedena do odběrově-kondenzačního turbosoustrojí Fluidní kotel je doplněn dodatečným odsířením (suchá metoda) a injektáží aktivního uhlí pro redukci emisí organických polutantů Mimo najetí kotel nevyžaduje žádné pomocné palivo, fluidní vrstva je stabilizována pomocí písku či ložového popele z normálního energetického kotle Alpiq Generation (CZ) s.r.o.


12

Lomellina – parametry zpracovávaného odpadu

Vstupní složení směsného komunálního odpadu - L Složka Obsah %

Papír a kartony Plasty Textil Dřevo Odpad z potravin Odpad ze zahrad Sklo Kovy Sanitární odpad (pleny, vložky atd.) Podsítná směs (méně než 20 mm) Ostatní (blíže nedefinované) Výhřevnost (GJ/t) Alpiq Generation (CZ) s.r.o.

27,5 13,5 3,5 3,5 20,0 7,5 8,0 3,5 2,0 5,0 9,2 9,2 EGÚ Běchovice, Praha, 11. 9. 201226. 5. 2010

13

Lomellina – parametry vyrobeného paliva pro fluidní kotel Výstupní složení tuhého alternativního paliva po úpravě MBU - L Parametr Jednotka

Výhřevnost Obsah popela Obsah vody Max. velikost zrna Obsah síry Obsah chlóru Obsah síry Inertní části Kovy (žádné dráty) Sklo Kovový hliník, tj. fólie Velikost částic Alpiq Generation (CZ) s.r.o.

10,5 - 16,7 3,7 - 17,3 3,7 - 17,3 20 - 30 0,131 0,7 max 1 0,1 max 0,25 max 5 méně než 1 méně než 1 méně než 0,5 méně než 90 EGÚ Běchovice, Praha, 11. 9. 201226. 5. 2010

GJ/t % % % % % % % % % % mm 14

Lomellina – principiální schema úpravy odpadu a energobloku


EGÚ Běchovice, Praha, 11. 9 201226. 5. 2010

15

Lomellina – generel úpravny a energobloku



16

Lomellina – principielní schéma třídící linky TKO, příprava RDF



17

Lomellina – princip CFB kotle pro energoblok



18

Lomellina II – Detailní návrh CFB kotle – dodavatel Foster Wheeler

Parní výkon 75,9 MWt, p = 6,3 MPa, t = 443 deg. C, příkon 80,6 MWt Alpiq Generation (CZ) s.r.o.


19

Lomellina - emise



20

Lomellina – pohled na bloky I a II



21

Přínos společnosti Alpiq Generation (CZ) s.r.o. k řešení daného úkolu

Alpiq Generation (CZ) se již několik let zabývá možnostmi nahradit část spalovaného hnědého uhlí jinými palivy a to převážně biomasou a tzv. TAPy s cílem šetřit primární zdroje surovin Již byly zahájeny prvotní studijní a projekční práce včetně laboratorních zkoušek. Nově stavěný blok č. 7 by měl mít možnost spalovat směsi uhlí + biomasa či uhlí + TAP bez jakýchkoliv dalších úprav Provedené laboratorní spalovací zkoušky se směsí HU + do 10 % TAP neprokázaly potenciální problémy s emisemi do ovzduší a parametry popelovin, víceméně potvrzují předpoklady týkající se očekávaných reakcí v kotli Alpiq Generation (CZ) s.r.o.


22

Přínos společnosti Alpiq Generation (CZ) s.r.o. k řešení daného úkolu Koncentrace tuhých a plynných znečišťujících látek v suchém plynu za n.p. přepočtené na referenční obsah O2 6% 5000

4500

4000

crSN [mg.m-3]

3500

3000 vzorek 1 vzorek 2

2500

2000

1500

1000

500

0 SO2

NOx

CO

TOC

TZL

Několik výsledků ze spalovacích zkoušek vzorek 1-TAP, vzorek 2 – HU + TAP Alpiq Generation (CZ) s.r.o.

EGÚ Běchovice, 26. 5. 2010 Praha, 11. 9.. 2012

23

Přínos společnosti Alpiq Generation (CZ) s.r.o. k řešení daného úkolu Koncentrace HCl a HF v suchém plynu za n.p. přepočtené na referenční obsah O2 6% 200

180

160

crSN [mg.m-3]

140

120 vzorek 1 vzorek 2

100

80

60

40

20

0 HCl

HF



24

Přínos společnosti Alpiq Generation (CZ) s.r.o. k řešení daného úkolu Koncentrace PCDD/F v suchém plynu za n.p. přepočtené na referenční obsah O2 6% 0,005

0,004

crSN [ng.m-3]

0,003 vzorek 1 vzorek 2 0,002

0,001

0 PCDD/F



25

Přínos společnosti Alpiq Generation (CZ) s.r.o. k řešení daného úkolu Koncentrace vybraných těžkých kovů v suchém plynu za n.p. přepočtené na referenční obsah O2 6 % 3,000

2,700

2,400

crSN [mg.m-3]

2,100

1,800 vzorek 1 vzorek 2

1,500

1,200

0,900

0,600

0,300

0,000 Arsen

Kadmium

Kobalt

Chrom

Měď

Mangan

Nikl

Olovo

Antimon

Thalium

Vanad

Rtuť



26


Spalovací zkoušky byly provedeny na laboratorním kotli bez jakéhokoliv zařízení k omezování emisí – v reálné situaci energetického CFB kotle jsou samozřejmě emise SO2, halogenů, TZL atd. omezovány odsířením, tkaninovým filtrem atd. Z výsledků nevyplývá zvýšení emisí organických látek (dioxinů) oproti spalování čistého HU Emise kovů jsou srovnatelné s uhlím s vyjímkou Pb (otázkou je zda se jedná všeobecný jev či zda byl pouze dotyčný vzorek kontaminován) Zvýšená koncentrace Cl je zřejmě způsobena přítomností PVC ve vzorku, v reálném procesu jsou však koncentrace Cl snižovány použitím CaO pro odsiřování Je zřejmé, že v principu se TAP chová podobně jako uhlí a nedochází zejména k nadměrné tvorbě organických sloučenin typu dioxinů Alpiq Generation (CZ) s.r.o.


27


Nový blok č. 7, CFB kotel Foster Wheeler s trasou na alternativní paliva (biomasa, TAP) Alpiq Generation (CZ) s.r.o.

EGÚ Běchovice, Praha, 11.9. 201226. 5. 2010

28

Přínos společnosti Alpiq Generation (CZ) s.r.o. k řešení daného úkolu Parametry doplňkového paliva z přepracovaného komunálního odpadu

Prametr

Jednotka

Průměr

MJ/kg

18

Maximum

Základní parametry Výhřevnost Celkový obsah vody

%

Obsah popelovin

%

Teplota měknutí popela Velikost pelet

16 až 22 do 12

5

do 15

deg. C

více než 1200

mm

6 až 12

Analytické složení vysušeného paliva (váhová %) Uhlík, C

% v suš.

56

Vodík, H

% v suš.

7,4

Kyslík, O

% v suš.

rovn. stav.

Dusík, N

% v suš.

0,8

Síra, S

% v suš.

0,3

Popeloviny

% v suš.

5,5

Celkový obsah nefludizovatelných částic jako je keramika, porcelán, sklo atd.

% v suš.

0

0

Železné kovy

% v suš.

-

do 0,5

Sklo

% v suš.

-

do 1,0

Kovový hliník, hlimíkové fólie

% v suš.

-

do 0,5

do 0,6

Znečištění v suchém palivu (váhová %)

Základní parametry paliva vyrobeného z kom odpadů pro kotel bloku č. 7 Alpiq Generation (CZ) s.r.o.


29

Přínos společnosti Alpiq Generation (CZ) s.r.o. k řešení daného úkolu Parametry doplňkového paliva z přepracovaného komunálního odpadu Prametr

Jednotka

Průměr

Maximum

Obsahy znečišťujících prvků - Halogeny a alkálie Chlór, Cl

% v suš

0,4

do 0,8

Síra, S

% v suš

0,3

do 0,6

Fluór, F

% v suš

0,007

do 0,015

Celkem alkalické kovy (Na + K)

% v suš

do 1,0

Obsahy znečišťujících prvků - Těžké kovy a organické sloučeniny Arsén, As

mg/kg vs.

do 4

do 5

Kadmium, Cd

mg/kg vs.

do 1

do 4

Kobalt, Co

mg/kg vs.

do 6

do 12

Chróm, Cr

mg/kg vs.

do 50

do 120

Měď, Cu

mg/kg vs.

do 100

do 350

Rtuť, Hg

mg/kg vs.

do 0,2

do 0,4

Mangan, Mn

mg/kg vs.

do 250

do 400

Nikl, Ni

mg/kg vs.

do 30

do 50

Olovo, Pb

mg/kg vs.

do 90

do 200

Antimon, Sb

mg/kg vs.

do 30

do 50

Cín, Sn

mg/kg vs.

do 30

do 70

Thalium

mg/kg vs.

do 1,0

do 1,1

Vanad, V

mg/kg vs.

do 10

do 25

Zinek, Zn

mg/kg vs.

do 150

do 500

PCP

mg/kg vs.

do 1,5

do 4

PCB

mg/kg vs.

do 2

do 10

Základní parametry paliva vyrobeného z kom odpadů pro kotel bloku č. 7 Alpiq Generation (CZ) s.r.o.


30

Závěr - shrnutí Nerecyklovatelné odpady jsou potenciálním zdrojem „druhotné“ energie, jejich spalování současně řeší problémy s jejich likvidací zmenšováním jejich objemu Směsný komunální odpad lze po úpravách spočívajících v doseparaci recyklovatelných složek, biologické stabilizaci, vysušení a nadrcení použít jako částečnou náhradu konvenčních tuhých paliv (uhlí) v energetických kotlích Vlastní proces spalování směsí uhlí s TAPy pravděpodobně neznečišťuje ovzduší více než spalování samotného uhlí na rozdíl od doposud šířeného dogmatu Pro úspěšnou realizaci tohoto typu projektů je třeba úzká spolupráce veřejného a soukromého sektoru, jedná se o celý řetězec od sběru odpadů přes jejich třídění, úpravy až po finální využití v energetickém zařízení Toto řešení může podstatně snížit společenské náklady na likvidaci odpadů Bude třeba věnovat zvýšenou pozornost vlastnostem popelovin. Alpiq Generation (CZ) s.r.o.


31

Děkuji vám za pozornost

Ing. Petr karafiát, tel. 312 644852, 602 611 831 [email protected]

Energetické využití komunálního odpadu

Recommend Documents