Współspalanie odpadów komunalnych i osadów ściekowych w elektrociepłowniach - czy jest taka możliwość? Dr inż. Ryszard WASIELEWSKI

Transkrypt

1 Współspalanie odpadów komunalnych i osadów ściekowych w elektrociepłowniach - czy jest taka możliwość? Dr inż. Ryszard WASIELEWSKI V KONFERENCJA Termiczne Przekształcanie Odpadów Komunalnych - technologie, realizacja inwestycji, finansowanie Poznań, lutego 2013

2 Współspalanie osadów ściekowych z węglem w energetyce aktualna sytuacja Wiele europejskich krajów ma pozytywne doświadczenia w zakresie bezpiecznego ekologicznie i technologicznie współspalania komunalnych osadów ściekowych w energetyce zawodowej (Niemcy ok. 30 instalacji, Belgia, Holandia, Finlandia, Włochy, Wielka Brytania, Austria) W Polsce nie ma wystarczającej ilości dedykowanych spalarni osadów ściekowych, natomiast funkcjonuje wiele przemysłowych instalacji energetycznych opalanych węglem kamiennym i brunatnym Przeprowadzono kilka dużych testów współspalania osadów ściekowych w krajowych elektrowniach: EC Wybrzeże Gdańsk, EC Rzeszów, EC Boruta Zgierz, Elektrownia Bełchatów.

3 Ilość, tys. Mg s.m./rok Wytwarzanie i termiczne przekształcanie komunalnych osadów ściekowych w Polsce ,1 526,7 519, , ,1 37,4 66,4 85, wytworzone przekształcone termicznie (Rocznik statystyczny GUS 2012)

4 Współspalanie odpadów komunalnych z węglem w energetyce aktualna sytuacja Brak jest pozytywnych doświadczeń w zakresie współspalania odpadów komunalnych energetyce. Zmieszane odpady komunalne spala się wyłącznie w instalacjach dedykowanych. Istnieją przykłady współspalania paliw wytworzonych z odpadów (w tym komunalnych) z węglem w energetyce zawodowej (Niemcy, Holandia, Finlandia, Włochy, Austria) W Polsce w najbliższym czasie nie będzie wystarczającej ilości dedykowanych spalarni odpadów komunalnych. Wzrasta ilość instalacji zajmujących się sortowaniem odpadów komunalnych oraz instalacji wytwarzających paliwa z odpadów (stałe paliwa wtórne).

5 Uwarunkowania prawne dla współspalania odpadów Współspalanie odpadów jest procesem odzysku R1 - wykorzystanie głównie jako paliwa lub innego środka wytwarzania energii (wymóg uzyskania odpowiednich zezwoleń). Współspalanie odpadów w elektrociepłowni jest procesem termicznego przekształcania odpadów (TPO) i wymaga spełnienia odpowiednich wymagań formalno-prawnych oraz technicznych. Najważniejsze wymagania procesowe dla TPO: odpowiednio długi czas przebywania spalin w wysokiej temperaturze (co najmniej 2 sek., powyżej 850 o C/ 1100 o C), odpowiedni poziom dopalenia paliwa (całkowita zawartość węgla organicznego w żużlach i popiołach paleniskowych nie powinna przekraczać 3% lub udział części palnych w żużlach i popiołach paleniskowych nie powinien przekraczać 5%), Wymagania definiujące zakres pomiarów i monitoringu parametrów procesowych i emisji zanieczyszczeń (szersze w stosunku do spalania paliw). Obowiązek dotrzymywania podwyższonych standardów emisyjnych (wynikających z tzw. reguły mieszania ).

6 Inne cele w elektrociepłowni niż w spalarni odpadów Spalarnia odpadów rozumie się przez to zakład lub jego część przeznaczone do termicznego przekształcania odpadów z odzyskiem lub bez odzysku wytwarzanej energii cieplnej,.. Współspalarnia odpadów rozumie się przez to zakład lub jego część, których głównym przedmiotem działalności jest wytwarzanie energii lub produktów, w których wraz z paliwami są przekształcane termicznie odpady w celu odzyskania zawartej w nich energii lub w celu ich unieszkodliwiania

7 Podstawowe uwarunkowania dla procesu współspalania Węglowe elektrownie lub elektrociepłownie funkcjonują jako instalacje o bardzo wysokiej dyspozycyjności. Każde zakłócenie pracy tych instalacji lub zmiany jakościowe produktów spalania wywołują bardzo wysokie i uciążliwe skutki finansowe. Należy pamiętać, że każdy kocioł jest projektowany dla odpowiedniego paliwa. Energetyka zainteresowana jest wyłącznie pozyskaniem paliwa o stabilnych o ściśle zdefiniowanych cechach użytkowych i charakterystyce fizykochemicznej. Duże gospodarcze znaczenie ma wpływ współspalanych odpadów na jakość produktów spalania węgla (spełniających wymagania odbiorców). Uwaga: Stałe produkty współspalania odpadów z węglem kopalnym zmieniają swój kod odpadowy z grupy na kod z grupy 19 01, co znacznie utrudnia możliwości ich gospodarczego wykorzystania.

8 Charakterystyka odpadów komunalnych Właściwości paliwowe: Ciężar nasypowy kg/m 3 (węgiel kamienny ok. 800 kg/m 3 ), Wartość opałowa 6-10 MJ/kg w st. roboczym (węgiel kamienny ok MJ/kg) Wilgotność 37-52% (węgiel kamienny ok %) Popiół 25-38% (węgiel kamienny ok %). Niekorzystne cechy: Znaczna zmienność parametrów jakościowych w poszczególnych porach roku. Duża niejednorodność składu morfologicznego i chemicznego. Potencjalne zagrożenie higieniczno-sanitarne związane z obecnością drobnoustrojów chorobotwórczych, Niestabilność, podatność na procesy gnilne i wydzielanie odorów, obecność odpadów niebezpiecznych.

9 Odpady komunalne zmienność składu przykład (Wrocław)

10 Charakterystyka komunalnych osadów ściekowych Cechą charakterystyczną większości komunalnych osadów jest ich wysokie uwodnienie, które zmienia się od ponad 99% w przypadku osadów surowych do 80-55% dla osadów odwodnionych, a w przypadku osadów wysuszonych termicznie nawet poniżej 10%. Charakterystyka parametrów energetycznych ustabilizowanych komunalnych osadów ściekowych (przykład Gdańsk) Parametr Symbol Osad odwodniony mechanicznie Osad wysuszony Zawartość wilgoci,% W t r 73,20 7,40 Zawartość popiołu, % A d 37,90 36,80 Zawartość części. lotnych, % V d 51,43 52,03 Wartość opałowa, kj/kg Q i r Zaw. części palnych, % P 65,50 65,90 Występuje pewien stopień zagrożenia sanitarnego, który jest zróżnicowany (największy dla osadów surowych wstępnych, najmniejszy dla osadów ustabilizowanych i higienizowanych).

11 Wpływ udziału części palnych w suchej masie osadów na ich wartość opałową wg Lurgi

12 Możliwości współspalania osadów ściekowych i odpadów komunalnych w elektrociepłowni USTABILIZOWANE KOMUNALNE OSADY ŚCIEKOWE WĘGIEL KOPALNY ELEKTROCIEPŁOWNIA Proces odzysku R1 POPIÓŁ I ŻUŻEL ZMIESZANE STAŁE ODPADY KOMUNALNE Wytwarzanie SRF Proces odzysku R12 Proces odzysku R12 Wymiana odpadów w celu poddania ich któremukolwiek z procesów wymienionych w pozycji R1 R11. (Może to obejmować procesy wstępne poprzedzające przetwarzanie wstępne odpadów, jak np. demontaż, sortowanie, kruszenie, zagęszczanie, granulację, suszenie, rozdrabnianie, kondycjonowanie, przepakowywanie, separację, tworzenie mieszanek lub mieszanie przed poddaniem któremukolwiek z procesów wymienionych w poz. R1 R11).

13 Możliwości technologiczne dla spalania/współspalania odpadów w kotłach energetycznych Paliwa alternatywne Spalanie bezpośrednie (spalarnie odpadów) bezpośrednie Współspalanie pośrednie Kotły z rusztem mechanicznym Inne kotły (np piecem obrot., zł. fluidalnym) Kotły rusztowe Kotły fluidalne Kotły z reaktorem zgazowania Kotły z przedpaleniskiem Kotły pyłowe

14 Możliwości technologiczne dla współspalania osadów ściekowych w kotłach energetycznych Odwodnione mechaniczne osady, o znacznym uwodnieniu, mogą być współspalanie z węglem brunatnym, który również często charakteryzuje się wysoką wilgotnością. W przypadku współspalania osadów z węglem kamiennym - osady powinny zostać wstępnie wysuszone do co najmniej 85% s.m. Z doświadczeń eksploatacyjnych wynika, że ilość osadów ściekowych w mieszance paliwowej nie powinna przekraczać 10% masowo. Współspalanie w kotłach rusztowych jest bardzo rzadko stosowane, ze względu na problemy z dotrzymaniem warunków TPO Warianty podawania osadów ściekowych do kotła pyłowego: na warstwę węgla transportowanego zespołami taśmociągów do młynów węglowych, bezpośrednio do młyna węglowego, do dysz zamontowanych bezpośrednio w komorze paleniskowej kotła. W przypadku kotłów fluidalnych odwodnione mechanicznie osady ściekowe mogą być dostarczane bez uprzedniego przygotowania bezpośrednio do komory paleniskowej.

15 Współspalanie osadów ściekowych z węglem zalety i wady Zalety: Wymagane stosunkowo niewielkie nakłady inwestycyjne dla szybkiego uruchomienia procesu. Doświadczenia niemieckie wskazują, że możliwe jest współspalanie osadów ściekowych z węglem, nawet bez konieczności stosowania dodatkowych układów oczyszczania spalin, przy założeniu ścisłej kontroli jakości osadów kierowanych do współspalania (np. elektrownia Heilbronn Hg < 2 mg/kg s.m.). Z reguły udział osadów ściekowych w mieszance paliwowej nie przekracza 10%. Przy współspalaniu możliwe jest uzyskanie redukcji emisji NO x (mechanizm niejasny, prawdopodobnie lokalne wydzielanie się amoniaku). Możliwe jest ponadto zmniejszenie zużycia kamienia wapiennego wykorzystywanego do kontroli emisji SO 2 (o ile jest używany), ponieważ z osadami wprowadzany jest do kotła dodatkowy Ca. Osady ściekowe = biomasa (zgodnie z obecnie obowiązującymi przepisami prawa osady ściekowe mogą być uznane za biomasę dla celów związanych z rozliczaniem energii z odnawialnych źródeł energii i uwzględniane w systemie handlu uprawnieniami do emisji). Wady: Konieczność zagospodarowania znacznie większej ilości ubocznych produktów współspółspalania o innych oznaczeniach kodowych i charakterystyce. Mogą to być odpady niebezpieczne. Zagrożenia higieniczno-sanitarne.

16 Wzrost ilości popiołu przy współspalaniu osadów ściekowych

17 Przykłady elektrowni niemieckich współspalających komunalne osady ściekowe

18 Przykłady elektrowni niemieckich współspalających komunalne osady ściekowe zakładana wydajność: < Mg/rok (ok. 30%s.m.) cztery punkty wyładunku, dwa bunkry 80m 3 dwa pośrednie silosy 24h (300m 3 każdy) wydajność pomp transportujących 10 40Mg/h Elektrownia Boxberg, Niemcy, 1907 MW (węgiel brunatny) sześciopunktowe dozowanie osadów do obydwu kotłów podajnikami poprzez zawory specjalnej konstrukcji

19 Przykłady elektrowni niemieckich współspalających komunalne osady ściekowe zakładana wydajność: < Mg/rok (ok. 30%s.m.) sześć punktów wyładunku, trzy bunkry 100m 3 dwa pośrednie silosy 24h (850m 3 każdy) wydajność pomp transportujących 10 44Mg/h Elektrownia Lippendorf, Niemcy, 1866 MW (węgiel brunatny) ośmiopunktowe dozowanie osadów do obydwu kotłów podajnikami poprzez zawory specjalnej konstrukcji

20 Przykład elektrowni niemieckiej współspalającej SRF SRF Elektrownia Weisweiler, 2528 MW (węgiel brunatny)

21 Przykład elektrowni niemieckiej współspalającej osady ściekowe i SRF Elektrownia Barrenrath, 550 MW (węgiel brunatny)

22 Testy współspalania osadów ściekowych w Polsce - Wyniki pomiarów emisyjnych oraz dopuszczalne emisje dla kotła OP-230 Parametr Jedn. Wartość Udział osadów w paliwie % wag 0% 1% Obciążenie kotła Mg pary/h 202,0 201,4 Dopuszczalna emisja Sprawność energet. kotła (brutto) % 92,48 92,0 Charakterystyka emisyjna spalin O 2 % obj NO x mg/m 3 n 476,7 471,8 500 SO 2 mg/m 3 n 1305,5 1144, CO mg/m 3 n 14,9 13,6 225 Pył mg/m 3 n 32,0 36,4 350 HCl mg/m 3 n <0,21 0,57 - HF mg/m 3 n <0,35 <0,35 - TOC mg/m 3 n 7,6 27,6 - Hg mg/m 3 n 0,0062 0,0064 -

23 Charakterystyka osadów i odpadów komunalnych jako nośników energii kwalifikowanej jako pochodzącej z OZE Osady ściekowe są odpadem biodegradowalnym Zmieszane odpady komunalne są odpadem w części biodegradowalnym Fakt ten może dostarczyć podmiotom podejmującym ich współspalanie dodatkowych korzyści związanych z zaliczeniem części wytworzonej energii do tzw. energii zielonej, jak również rozliczaniem emisji ditlenku węgla

24 Kwalifikacja współspalania odpadów dla celów OZE (nowa ustawa o odpadach) Art Część energii odzyskanej z termicznego przekształcania odpadów zawierających frakcje biodegradowalne może stanowić energię z odnawialnego źródła energii, jeżeli są spełnione warunki techniczne zakwalifikowania części energii odzyskanej z termicznego przekształcenia odpadów jako energii z odnawialnego źródła energii, o których mowa w przepisach wydanych na podstawie ust Minister właściwy do spraw środowiska w porozumieniu z ministrem właściwym do spraw gospodarki określi, w drodze rozporządzenia, warunki techniczne kwalifikowania części energii odzyskanej z termicznego przekształcania odpadów jako energii z odnawialnego źródła energii, kierując się możliwościami technicznymi, frakcjami biodegradowalnymi zawartymi w określonych rodzajach odpadów oraz ochroną środowiska.

25 Kwalifikacja współspalania odpadów dla celów OZE (rozporządzenia wykonawcze) ROZPORZĄDZENIE MINISTRA GOSPODARKI z dnia 18 października 2012 r. w sprawie szczegółowego zakresu obowiązków uzyskania i przedstawienia do umorzenia świadectw pochodzenia, uiszczenia opłaty zastępczej, zakupu energii elektrycznej i ciepła wytworzonych w odnawialnych źródłach energii oraz obowiązku potwierdzania danych dotyczących ilości energii elektrycznej wytworzonej w odnawialnym źródle energii (Dz. U. z 2012 r. poz. 1229) ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA z dnia 2 czerwca 2010 r. w sprawie szczegółowych warunków technicznych kwalifikowania części energii odzyskanej z termicznego przekształcania odpadów komunalnych (Dz. U. Nr 117, poz. 788)

26 PODSUMOWANIE W warunkach polskich, proces współspalania osadów ściekowych z węglem w istniejących kotłach energetycznych wydaje się bardzo obiecującym sposobem zagospodarowania komunalnych osadów ściekowych. Trzeba jednak pamiętać, iż proces ten powinien być realizowany tylko w instalacjach kotłowych umożliwiających dotrzymanie formalnych wymagań dla TPO. Szczególnie trudny do dotrzymania jest warunek zapewnienia minimalnego czasu 2s przebywania spalin w obszarze temperatury powyżej 850 o C w konstrukcjach kotłowych do tego celu specjalnie nie przygotowanych. Współspalanie osadów ściekowych w mieszance paliwowej, przy aktualnej konfiguracji układów oczyszczania spalin w większości instalacji krajowej energetyki, może powodować problemy z dotrzymaniem legislacyjnych wymagań w zakresie standardów emisyjnych dla współspalania odpadów. Współspalanie zmieszanych odpadów komunalnych z węglem w istniejących kotłach energetycznych nie jest możliwe ze względu na niestabilność parametrów fizykochemicznych tych odpadów. Odpady komunalne powinny być spalane wyłącznie w instalacjach dedykowanych. Odpady komunalne mogą jednak stanowić surowiec do produkcji stałych paliw wtórnych (ang. SRF), spełniających wymagania dla konkretnej instalacji kotłowej. Trzeba jednak pamiętać, że proces współspalania stałych paliw wtórnych z węglem powinien być realizowany tylko w instalacjach kotłowych umożliwiających dotrzymanie formalnych wymagań dla TPO.

27 Dziękuję

28 INSTYTUT CHEMICZNEJ PRZERÓBKI WĘGLA ul. Zamkowa 1; Zabrze Telefon: Fax: Internet: NIP: Regon: