Termiczna utylizacja odpadów w spalarni "Lobbe" w Dąbrowie Górniczej problemy emisji zanieczyszczeń

Transkrypt

1 From the SelectedWorks of Robert Oleniacz May 8, 1996 Termiczna utylizacja odpadów w spalarni "Lobbe" w Dąbrowie Górniczej problemy emisji zanieczyszczeń Marian Mazur Ryszard Januszek Robert Oleniacz Available at:

2 Termiczna utylizacja odpadów w spalarni Lobbe w Dąbrowie Górniczej - problemy emisji zanieczyszczeń Marian Mazur, Ryszard Januszek, Robert Oleniacz 1. Wstęp Jedną z metod utylizacji odpadów jest ich termiczna destrukcja, polegająca najczęściej na spalaniu bezpośrednim lub innych procesach temperaturowych (odgazowanie, zgazowanie itp.). Przy rosnących ilościach wytwarzanych odpadów komunalnych i przemysłowych, termiczna utylizacja tych odpadów staje się coraz bardziej atrakcyjną alternatywą dla innych metod ich utylizacji, zwłaszcza w perspektywie braku możliwości zwiększenia powierzchni składowisk. W przypadku np. niektórych rodzajów odpadów niebezpiecznych termiczna utylizacja jest jedyną racjonalną metodą rozwiązania problemu, prowadzącą do ich usunięcia i likwidacji potencjalnego zagrożenia dla środowiska, jakie niesie za sobą ich gromadzenie i długoletnie składowanie. Ważne jest oczywiście, aby termiczna utylizacja prowadzona była w sposób właściwy, tzn. w specjalnie do tego celu przystosowanych instalacjach, gwarantujących ograniczenie do minimum ilości emitowanych zanieczyszczeń z właściwie rozwiązaną gospodarką stałymi produktami spalania. Jedną z nielicznie działających obecnie na Górnym Śląsku spalarni jest spalarnia odpadów LOBBE w Dąbrowie Górniczej. Rejon Górnośląskiego Okręgu Przemysłowego cechuje się największym w kraju nagromadzeniem różnego rodzaju odpadów, głównie na terenie licznych tutaj zakładów przemysłowych. Utylizacja niektórych z nich może odbyć się na drodze spalania. Ze względu na dużą gęstość zaludnienia oraz rozwiniętą strukturę szpitali, klinik i ośrodków zdrowia w rejonie tym powstaje też sporo innych odpadów szczególnie niebezpiecznych (specjalnych), jak np. odpady poszpitalne i farmaceutyczne. 2. Ogólna charakterystyka spalarni LOBBE Spalarnia odpadów LOBBE w Dąbrowie Górniczej zlokalizowana jest na połu-dniowy wschód od centrum miasta, w rejonie silnie uprzemysłowionym. Od strony północ- nej i zachodniej ze spalarnią graniczy Koksownia Przyjaźń, zaś od południa i wschodu rozciągają się obszary niezagospodarowane bądź użytkowane przemysłowo. W kierunku zachodnim, w odległości ok. 1,5 km od spalarni, rozpoczyna się zabudowa Huty Katowice. Spalarnia służy do termicznej destrukcji osadów pochodzących z oczyszczalni ścieków z Koksowni Przyjaźń oraz wybranych odpadów przemysłowych i niebezpiecznych, takich jak: odpady lakiernicze, smarowe, olejowe, smołowe, gumowo-tekstylne, zaolejone czyściwo, trociny, żywice, rozpuszczalniki, tworzywa sztuczne, odpady poszpitalne, farmaceutyczne itp. 167

3 Na terenie Spalarni LOBBE występuje szereg węzłów technologicznych pozwalających na odbiór, przygotowanie i składowanie odpadów, spalanie odpadów, oczyszczanie gazów spalinowych, a także odbiór i oczyszczanie ścieków technologicznych. Należy tu wymienić: magazyny i składowiska odpadów stałych i ciekłych przyjmowanych do utylizacji, zespół odwadniania osadów ściekowych, zespoły pieców: półkowego i obrotowego, kotłownia odzysknicowa, instalacja oczyszczania i odprowadzania spalin: zespół oczyszczania ścieków technologicznych i składowisko przejściowe. Odpady o konsystencji stałej oraz osady z oczyszczalni ścieków są przyjmowane i składowane w magazynie odpadów stałych. Odpady ciekłe przed spaleniem przechowywane są w specjalnie do tego celu przystosowanych zbiornikach. Osady ściekowe zanim powędrują na składowisko odpadów stałych i do pieca półkowego są częściowo odwadniane w zagęszczaczach osadów oraz na stacji wirówek, aż do uzyskania uwodnienia %. Odpady są spalane w dwóch piecach: wilgotne osady z oczyszczalni ścieków - w piecu półkowym o wydajności ok. 1,9 t/h, pozostałe odpady - w piecu obrotowym o wydajności ok. 0,4 t/h, wyposażonym dodatkowo w komorę dopalania spalin. Paliwem inicjującym i wspomagającym proces spalania jest gaz koksowniczy o wartości opałowej wynoszącej kj/m 3. Piec półkowy ma kształt pionowego walca o średnicy ok. 4,5 m i wysokości ok. 15 m. Jest on podzielony na dziesięć oddzielnych sekcji umieszczonych jedna nad drugą. Zasyp pieca odbywa się od góry przy pomocy transportera zgrzebłowego. Spalany materiał jest przesuwany zgrzebłami przymocowanymi do wału z górnej na coraz to niższe półki. Na pierwszych dwóch półkach odpady są osuszane (panuje tu temperatura ponad 373 K), dalej trafiają one do komory spalania z ośmioma półkami. Maksymalna temperatura spalania utrzymywana jest na poziomie ok K. Dolne półki służą do zgromadzenia i usunięcia popiołu z pieca. Piec wyposażony jest w palnik gazowy (2,5 MW) w komorze gorącego dmuchu, palnik gazowy w strefie dopalania pieca (0,7 MW) oraz wentylatory powietrza technologicznego i cyrkulacji wewnętrznej gazów procesowych. Spaliny z pieca półkowego wędrują bezpośrednio do płuczki pianowo-absorpcyjnej nr 1. Piec obrotowy o średnicy wewnętrznej 2 m i długości 8 m wyposażony jest w palniki gazowe na płycie czołowej o mocy cieplnej 0,7 MW oraz w zespoły dysz do wtryskiwania odpadów ciekłych. Załadunek odpadów o konsystencji stałej odbywa się przy pomocy zhermetyzowanego zasypu z hydraulicznym podajnikiem tłokowym o regulowanej częstości dozowania. Komora dopalania spalin z pieca obrotowego (o wymiarach 3 3,3 6 m) wyposażona jest w dwa palniki gazowe (2 0,7 MW). Instalacja pieca obrotowego składa się 168

4 ponadto z odżużlacza mokrego, przenośnika zgrzebłowego żużla i wentylatorów powietrza technologicznego. Temperatura we wnętrzu pieca obrotowego utrzymywana jest na poziomie ok K w zależności od rodzaju i ilości spalanych odpadów. W komorze dopalania panują temperatury rzędu K. Spaliny z pieca obrotowego przed oczyszczeniem kierowane są do kotłowni odzysknicowej, wyposażonej w kocioł parowy, wytwarzający 0,8-1,4 Mg/h pary technologicznej o temperaturze 338 K i ciśnieniu 0,6 MPa. Następnie spaliny wędrują do płuczki pianowo-absorpcyjnej nr 2. Spaliny z obydwu pieców są oczyszczane w płuczkach pianowo-absorpcyjnych o podobnych wymiarach i zbliżonej budowie. Proces oczyszczania jest dwustopniowy. Dolna, wlotowa część płuczki przeznaczona jest głównie do usuwania zanieczyszczeń mechanicznych (część pianowa). Ponad nią znajduje się część absorpcyjna, wypełniona pierścieniami Białeckiego o średnicy 35 mm, służąca przede wszystkim do pochłaniania zanieczyszczeń o charakterze kwasowym. Do absorpcji zanieczyszczeń stosuje się 10 % roztwór NaOH, pozostający w obiegu wodnym i stale uzupełniany w zależności od poziomu ph. Gazy odlotowe odprowadzane są do powietrza za pomocą wentylatorów kominem o wysokości 45 m. Ścieki technologiczne z procesu mokrego oczyszczania spalin oraz odżużlania pieca obrotowego są oczyszczane mechanicznie w przemiennie pracujących dwóch osadnikach poziomych przepływowych o pojemności 65 m 3 każdy. Obok nich zlokalizowane jest przejściowe składowisko żużla i szlamów z osadników. 3. Emisja zanieczyszczeń W roku 1995 zostały przeprowadzono na terenie spalarni LOBBE kompleksowe badania uciążliwości zakładu dla środowiska. W badaniach szczególną uwagę zwrócono na zanieczyszczenie powietrza. Wykonano pomiary unosu i emisji wybranych zanieczyszczeń z procesu termicznej utylizacji różnych rodzajów odpadów. Badaniami objęte zostały osady i szlamy spalane w piecu półkowym oraz 4 wybrane grupy odpadów spalane w piecu obrotowym: 1. smoły pochodzenia koksowniczego, 2. zaolejone czyściwo, trociny, zużyte rękawice, przeterminowane środki farmaceutyczne i leki oraz odpady poszpitalne, 3. odpady lakiernicze i smarowe, 4. odpady gumowe i odpadowe żywice. Przeprowadzone badania pozwoliły na określenie wielkości emisji w zależności od rodzaju spalanych odpadów i obciążenia pieców dla takich zanieczyszczeń, jak: SO 2, NO x, CO, HCl, HCN, związki fluoru, H 2 S, fenol, pył wraz z zawartymi w nim metalami ciężkimi (Cu, Pb, Ni, Cr, Cd), a także B(a)P, Hg oraz dioksyny i furany. Uzyskano również dane dotyczące skuteczności redukcji zanieczyszczeń w płuczkach pianowo-absorpcyjnych. 169

5 Otrzymane w wyniku pomiarów średnie wartości stężeń rozważanych zanieczyszczeń w gazach oczyszczonych oraz odpowiadające im poziomy emisji przedstawiono w tablicy 1. Przedstawiona emisja średnia odpowiada typowej pracy obydwu instalacji przy średnim obciążeniu pieców (50-75 % obciążenia nominalnego). Wartości maksymalne emisji zaobserwowano na poziomie wyższym od wartości średnich o ok %. W spalinach z pieca obrotowego przeprowadzono również pomiary zawartości polichlorowanych dibenzodioksyn i dibenzofuranów (PCDDs i PCDFs), podczas spalania reprezentatywnej dla tego pieca mieszanki odpadów (zawierającej m.in. odpady poszpitalne, farmaceutyczne i tworzywa sztuczne). Uzyskane w wyniku pomiarów i analiz średnie stężenie PCDDs/PCDFs w spalinach oczyszczonych wynosi 2,1 ngteq/m 3. W prawodawstwie polskim nie istnieją przepisy normujące wielkość emisji ze spalania odpadów. W sposób pośredni można jedynie oceniać tę emisję na podstawie skutków wywoływanych w powietrzu, ale tylko w przypadku tych zanieczyszczeń, dla których istnieją odpowiednie wartości dopuszczalne imisji (nie dotyczy to np. dioksyn i furanów). Oceniając wielkość emisji zanieczyszczeń ze spalarni LOBBE na podstawie wyników obliczeń ich rozprzestrzeniania się, można jedynie stwierdzić, że emisja ta powoduje powstawanie w powietrzu stężeń 30-minutowych i średniorocznych na poziomie od kilkadziesiąt do kilkaset razy niższym od wartości dopuszczalnych, pomijając oczywiście wysokie tło zanieczyszczeń występujące w tym rejonie. W pobliżu znajdują się wielkie obiekty przemysłowe (Huta Katowice i Koksownia Przyjaźń ), cechujące się bardzo wysokim poziomem emisji zanieczyszczeń pyłowogazowych. W przypadku zanieczyszczeń typowych dla procesów spalania paliw lub procesów hutniczych (SO 2, NO x, CO, pył) emisja tych zanieczyszczeń ze spalarni odpadów jest marginalna w porównaniu z emisją z licznych źródeł położonych w obrębie w/w obiektów przemysłowych. Bardziej istotne znaczenie może mieć w tym rejonie emisja ze spalarni zanieczyszczeń charakterystycznych dla spalania odpadów niebezpiecznych (np. HCl i PCDDs/ PCDFs), zwłaszcza że spaliny odprowadzane są przez stosunko niewysoki komin (45 m). Ale i w tym przypadku największym źródłem emisji HCl nie jest tutaj jednak spalarnia, ale spiekalnia Huty Katowice, emitująca w tym samym czasie kilkaset razy więcej HCl. Gdyby natomiast próbować porównać otrzymane dla spalin z obydwu instalacji średnie lub maksymalne wartości stężeń z odpowiednimi normami obowiązującymi w krajach Europy Zachodniej, spalarnia LOBBE w Dąbrowie Górniczej w przypadku większości zanieczyszczeń gazowych spełnia wymogi tych norm lub utrzymuje się na ich granicy. Wyjątek stanowi tutaj CO, którego kocentracja w spalinach z pieca półkowego jest za wysoka. Nieco gorzej wygląda sytuacja z pyłem i zawartymi w nim niektórymi metalami ciężkimi (głównie Cu i Pb), których stężenia w przypadku spalania niektórych rodzajów odpadów mogą przewyższać wartości normatywne. 170

6 Wartość normatywna w prawodawstwie europejskim dla stężeń PCDDs/PCDFs wynosi najczęściej 0,1 ngteq/m 3. Wielkość ta jest dotrzymywana jedynie przez najnowocześniejsze instalacje do termicznej utylizacji odpadów, wyposażone niejednokrotnie w specjalne wysokosprawne urządzenia do redukcji tych zanieczyszczeń. W przypadku instalacji pieca obrotowego spalarni LOBBE wartość ta jest przekraczana ok. 21 razy. W tablicy 2 i na rys. 1 porównano średnie skuteczności redukcji zanieczyszczeń uzyskane przez płuczkę nr 1 (piec półkowy) i płuczkę nr 2 (piec obrotowy). Zastosowane płuczki pianowo-absorpcyjne stosunkowo dobrze radzą sobie z usuwaniem zanieczyszczeń (zwłaszcza HCl, HCN, fluor i fenol), przy czym z reguły wyższą sprawnością cechuje się płuczka nr 1 współpracująca z piecem półkowym. Płuczki te pełnią też rolę mokrego urządzenia odpylającego, ale zadowalającą skuteczność uzyskano jedynie dla płuczki nr Podsumowanie Spalarnia odpadów LOBBE w Dąbrowie Górniczej jest obiektem stosunkowo dobrze zlokalizowanym, z dala od zabudowy mieszkalnej, w rejonie użytkowanym przemysłowo. W pobliżu znajduje się wiele innych obiektów przemysłowych, cechujących się dużo wyższą emisją zanieczyszczeń, w zestawieniu z którymi spalarnia może być zaliczona do źródeł mało uciążliwych dla powietrza atmosferycznego. Gdyby nawet pominąć fakt istnienia w sąsiedztwie takich kolosów jak Huta Katowice i Koksownia Przyjaźń, spalarnia LOBBE nie wpływa w poważnym stopniu na pogorszenie jakości powietrza. Emisja większości zanieczyszczeń ze spalarni utrzymuje się na poziomie zbliżonym lub niższym od rygorystycznych wymagań europejskich. W zależności od rodzaju spalanych odpadów przekraczane mogą być jedynie wartości normatywne stężeń w przypadku PCDDs/ PCDFs, a także w dużo mniejszym już stopniu w przypadku zanieczyszczeń pyłowych i niektórych metali ciężkich oraz sporadycznie w przypadku CO (piec półkowy). Spalarnia LOBBE Dąbrowa Górnicza zgodnie z zatwierdzonym przez Radę Nadzorczą planem działań modernizacyjno-inwestycyjnych realizuje konsekwentnie prace, których nadrządnym celem jest minimalizacja uciążliwości procesów termicznej utylizacji odpadów dla środowiska. Podjęte zostały m.in. prace nad przebudową systemu ewakuacji i oczyszczania spalin. Planuje się również modernizację instalacji pieca obrotowego w celu zwiększenia jej wydajności i niezawodności oraz dostosowania do aktualnych wymogów w zakresie ochrony środowiska, obowiązujących w krajach Europy Zachodniej. 171

7 Tablica 1. Średnia emisja zanieczyszczeń ze spalania poszczególnych rodzajów odpadów * Rodzaj Średnie stężenie w spalinach oczyszczonych ** Średnia emisja do powietrza zanieczyszczenia Jednostka Osady Grupa 1 Grupa 2 Grupa 3 Grupa 4 Jednostka Osady Grupa 1 Grupa 2 Grupa 3 Grupa 4 Pył mg/m g/s SO 2 mg/m <3,0 <3,0 <3,0 <3,0 g/s < < < < NO 2 mg/m g/s CO mg/m g/s HCl mg/m g/s Fenol mg/m g/s HCN g/m mg/s Związki fluoru g/m mg/s B(a)P g/m mg/s Cu g/m mg/s Pb g/m mg/s Ni g/m mg/s Cr g/m mg/s Cd g/m mg/s Hg g/m mg/s * - osady z oczyszczalni ścieków spalane były w piecu półkowym, pozostałe 4 grupy odpadów spalane były w piecu obrotowym, ** - w warunkach termicznych: T = 273 K, p = 101,3 kpa, przy rzeczywistej zawartości tlenu (spaliny z pieca półkowego - ok. 18 %, z pieca obrotowego - ok. 14 %) Tablica 2. Skuteczność oczyszczania spalin z pieca półkowego i obrotowego z zanieczyszczeń Rodzaj Średnia skuteczność oczyszczania spalin [%] zanieczyszczenia Płuczka nr 1 - PP * Płuczka nr 2 - PO ** Średnia Pył SO NO CO HCl Fenol HCN Związki fluoru B(a)P Cu Pb Ni Cr Cd Hg PCDDs/PCDFs * PP - piec półkowy, ** PO - piec obrotowy, 172

8 Rys. 1. Porównanie średniej skuteczności redukcji zanieczysczeń uzyskanych przez płuczkę numer 1 i 2 Pył SO2 NO2 CO HCl Fenol HCN Zw. fluoru B(a)P Cu Płuczka nr 1 Płuczka nr 2 Pb Ni Cr Cd Hg Skuteczność oczyszczania [%] 173