Termiczne przekształcanie odpadów płyt drewnopochodnych, wymogi i technologie

Transkrypt

1 Archives of Waste Management and Environmental Protection Archiwum Gospodarki Odpadami ISSN , Vol. 11 (2009), Issue 1, p Termiczne przekształcanie odpadów płyt drewnopochodnych, wymogi i technologie Juszczak M. Politechnika Poznańska Instytut Inżynierii Środowiska marekjuszczak8@wp.pl Streszczenie W Polsce, odpady płyt drewnopochodnych nie mogą być spalane w kotłach grzewczych i przemysłowych, lecz muszą w specjalnych komorach spalania. Fabryki przemysłu drzewnego nie stosują takich komór, ponieważ są drogie. Termiczne przekształcanie odpadów płyt drewnopochodnych w Niemczech jest możliwe w kotłach o wydajności cieplnej większej od 15 kw, jeśli odpady nie zawierają: PCB (polichlorowane bifenyle), substancje cloroorganiczne i środki ochrony drewna. Przedstawiono rozważania, jak rozwiązać ten problem w Polsce. Abstract Wooden board waste thermal conversion. regulations and technology In Poland, wooden board waste cannot be combusted in the heating and industrial boilers, but in special combustion chambers. Wooden industry factories don t use these chambers, because they are expensive. Thermal conversion of wooden board waste in Germany is possible in the boilers of thermal output above 15 kw, if the waste doesn t contain: PCB, chloroorganic substances and wood protection substances. Considerations, how resolve this problem in Poland, was presented. Wstęp Termiczne przekształcanie odpadów płyt drewnopochodnych stanowi w Polsce nie rozwiązany problem, bowiem nie można tych odpadów zaliczyć do biomasy (ze względu na zawartość klejów, lakierów, itp.) Biomasa zgodnie z [1] jest traktowana jako paliwo (podobnie jak węgiel, olej czy gaz) i może być w Polsce spalana w kotłach z uwzględnieniem przepisów [1, 2, 3,4]. Niestety nie obowiązuje już w Polsce od stycznia 2006 przepis [5] umożliwiający spalanie odpadów płyty wiórowej w kotłach rusztowych, jeśli oczywiście występowały w kotłach warunki, takie jakie stawiane są spalarniom odpadów [6]. W Niemczech (17.BImschV.) w kotłach grzewczych i przemysłowych o mocy powyżej 15 kw można spalać odpady płyt drewnopochodnych ( płyta wiórowa, sklejka, płyta pilśniowa OSB, itp.), takie jak : kawałki, wióry, ścinki, pył, itd., jeżeli płyty

2 32 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 11 nr 1 (2009) te nie zawierają substancji chloroorganicznych, środków ochrony drewna, oraz PCB (polichlorowane bifenyle). Jeżeli zawierają te związki, to muszą być termicznie przekształcane w specjalnych komorach spalania, spalarniach o wymogach i przepisach w zakresie ochrony powietrza, podobnych do takich regulacji w Polsce. W świetle prawa w Polsce praktyczne nie ma możliwości termicznego przekształcania odpadów płyt drewnopochodnych w kotłach zlokalizowanych na terenie zakładów przemysłu drzewnego. Niektóre zakłady przemysłu drzewnego uzyskały w latach wcześniejszych czasową zgodę od stosownych Wydziałów Ochrony Środowiska na spalanie niektórych odpadów płyt drewnopochodnych ( po wykonaniu stosownych badań spalin) i być może mogą one jeszcze obecnie spalać niektóre odpady. Obecnie w Polsce odpady płyt drewnopochodnych można termicznie przekształcać w specjalnych komorach spalania- spalarniach w których muszą występować warunki określone w [6]. 2. Przepisy prawne dotyczące termicznego przekształcania odpadów w porównaniu z przepisami dotyczącymi spalania drewna Odpady płyt drewnopochodnych zaliczane są do odpadów nie niebezpiecznych. Zgodnie z [6], w spalarniach, w komorach spalania wymaga się spełnienia następujących warunków: temperatura 1100 C, przy zawartości > 1% związków chlorowcoorganicznych (w przeliczeniu na chlor), temperatura > 850 C, przy zawartości < 1% związków chlorowcoorganicznych (w przeliczeniu na chlor), czas przepływu spalin przez komorę spalania > 2 s, stężenie tlenu > 6%, zawartość węgla organicznego w żużlach i popiołach paleniskowych < 3%, udział części palnych w żużlach i popiołach paleniskowych < 5%. Instalacje lub urządzenia do termicznego przekształcania odpadów należy wyposażyć w: co najmniej jeden włączający się automatycznie palnik do stałego utrzymywania wymaganej temperatury procesu, automatyczny system podawania odpadów, unieruchamiany, gdy temperatura w komorze spalania jest zbyt niska, urządzenie do odzysku energii, urządzenie do odprowadzania i oczyszczania spalin. Prowadzone być muszą ciągłe pomiary: temperatury i ciśnienia w komorze spalania, zawartości tlenu w gazach spalinowych,

3 Archives of Waste Management and Environmental Protection, vol. 11 issue 1 (2009) 33 czasu przebywania spalin w komorze spalania. Pozostałości po termicznym przekształcaniu należy poddać odzyskowi. Tabela 1. Załącznik 5. Standardy emisji instalacji spalania odpadów [1] Muszą być dotrzymane standardy emisyjne ( stężenia zanieczyszczeń w emitorze)[1] dla spalarni odpadów, dla substancji : pył ogółem, substancje organiczne wyrażone jako całkowity węgiel organiczny, chlorowodór, fluorowodór, dwutlenek siarki, tlenek węgla, tlenki azotu, metale ciężkie i ich związki, kadm+ tal, rtęć, antymon + arsen + ołów + chrom + kobalt +miedź +mangan +nikiel+ wanad + cyna, dioksyny i furany. Częstotliwość pomiarów kontrolnych tych substancji ustala właściwy organ administracji państwowej, dopuszczający spalarnię do ruchu. Jest to najczęściej Urząd Wojewódzki. Pomiary są

4 34 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 11 nr 1 (2009) bardzo drogie i koszty pokrywa właściciel spalarni. Pomiary odbywają się przeważnie dwa razy do roku. Od emisji gazów odlotowych ze spalarni nie mogą wystąpić również przekroczenia (wraz z istniejącymi już stężeniami w powietrzu, tzw. tłem) stężeń dopuszczalnych zanieczyszczeń (tzw. wartości odniesienia [2]) w atmosferze poza granicami działki (na której zlokalizowana jest spalarnia) na poziomie terenu oraz na zabudowie mieszkalnej, (jeżeli ta znajduje się od emitora w odległości 10 wysokości emitora). Wymogi dotyczące stężeń zanieczyszczeń w emitorze w przypadku spalania biomasy są znacznie mniej rygorystyczne. W kotłach o mocy powyżej 1 MW [1] (a takie najczęściej występują w zakładach przemysłu drzewnego) kontroluje się tylko w emitorze stężenie tlenków azotu (w przeliczeniu na dwutlenek azotu), pył oraz dwutlenek siarki. Wartości dopuszczalne są tu znacznie wyższe niż w przypadku spalarni odpadów. Dla mocy powyżej 1 MW nie normuje się stężenia dopuszczalnego tlenku węgla. Prawdopodobnie ustawodawca przyjął, że spalanie w nowoczesnych kotłach tej wielkości jest zupełne i stężenie tlenku węgla pomijalnie małe. W mniejszych kotłach grzewczych o mocy do 300 kw (a takie zdarzają się czasem, szczególnie w małych zakładach przemysłu drzewnego), w gazach spalinowych ograniczane musza być stężenia następujących zanieczyszczeń: całkowity węgiel organiczny, tlenek węgla, pył. W kotłach małych trudno uzyskać spalanie zupełne, więc z tego powodu normowane zanieczyszczenia są dobrze dobrane. Nie uwzględnia się tutaj dwutlenku siarki, bowiem w biomasie nie ma zbyt dużo związków siarki. Wielkość tych stężeń zależy od tego czy zasilanie w biomasę jest ręczne, czy automatyczne [4, 7]. Wyższe wartości występują przy narzucie ręcznym, bowiem przy otwieraniu komory spalania następuje jej wychładzanie i tworzą się wtedy większe ilości produktów niezupełnego spalania, tzn., tlenku węgla, węglowodorów i sadzy. Wymogi ochrony atmosfery dla spalania drewna ( biomasy) oraz dla termicznego przekształcania odpadów drzewnych Drewno (biomasa) Odpady drzewne zawierające zw.chem. ( impregnaty, żywice itd.) -kotły o mocy > 1MW, Stężenie w emitorze [1]: CO - nie jest normowany, NOx- 400 mg/m3, SO2-800 mg/m3 Pył- 100 mg/m3, stężenia odniesione do 6% O2 w spalinach Kotły o mocy < 300kw (normy zal. Od mocy i dekl. Spraw.) Mszą być dotrzymane b. niskie wartości stężeń zanieczyszczeń w emitorze dla wielu substanicji [1]: pył, całk węg.o. HCL. Hf, SO2, CO, NOx, met ciężkie i ich zw. Kadm+ tal, Hg, antymon, arsen+ ołów,cr+ Co+Cu, Mn+ Ni+ Wn+Cn, dioksyny, furany Rys. 1. Porównanie wymogów dla termicznego przekształcania odpadów oraz spalania biomasy w zakresie ochrony powietrza atmosferycznego

5 Archives of Waste Management and Environmental Protection, vol. 11 issue 1 (2009) 35 Tabela 3. Graniczne wartości emisji dla kotłów grzewczych o mocy 300 kw [4, 7] Klasy dotyczą wymagań związanych ze sprawnością kotła: klasa 1 η k = 47+6 log Q N, klasa 2 η k = 57+6 log Q N, klasa 3 η k = 67+6 log Q N, gdzie: η k sprawność kotła, [%], Q N nominalna moc cieplna, [kw]. 3. Współspalanie odpadów płyt drewnopochodnych W wielu zakładach przemysłu drzewnego mieszano na ruszcie kotła odpady płyt drewnopochodnych z węglem kamiennym. Jeżeli były te odpady dobrze rozdrobnione i wymieszane z węglem kamiennym a udział ich w stosunku do węgla nie był wysoki, poniżej %, wtedy wzrost emisji tlenku węgla albo nie występował, albo nie był znaczący. Z punktu widzenia technicznego była taka możliwość spalania, a nawet niektóre zakłady po badaniach spalin uzyskiwały zgodę od organów administracji państwowej na spalanie określonych odpadów, najczęściej płyty wiórowej. Było to częściowo zgodne z przepisem[5 ]. Obecnie w świetle przepisów od stycznia 2006, także współspalanie odpadów płyt drewnopochodnych w kotłach rusztowych nie jest możliwe. 4.Możliwości termicznego przekształcania odpadów płyt drewnopochodnych 4.1. Zakup kotła do spalania drewna odpadowego, który po modyfikacji spełniałby wymogi stawiane spalarniom odpadów, 4.2. Dostosowanie kotła węglowego do spełniania wymogów spalarni (montaż palnika utrzymującego odpowiednio wysoką temperaturę w komorze spalania, układy kontroli i pomiaru stężenia tlenu i czasu przepływu spalin w komorze spalania), 4.3. lokowanie odpadów w instalacjach przemysłowych, np. piecach cementowych, gdzie dokonuje się termicznego przekształcania innych odpadów, 4.4. sprzedaż odpadów płyt drewnopochodnych za granice, np. do Niemiec, gdzie w kotłach rusztowych można spalać odpady płyt drewnopochodnych, np. płyty wiórowej,

6 36 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 11 nr 1 (2009) 4.5. Ponowienie próby zmian polskich przepisów w zakresie termicznego przekształcania odpadów płyt drewnopochodnych, w oparciu o przepisy niemieckie, w celu umożliwienia termicznego przekształcania odpadów płyt drewnopochodnych w kotłach o odpowiednich parametrach. 5. Przegląd urządzeń w których można by było termicznie przekształcać odpady płyt drewnopochodnych Przekazywanie odpadów płyt drewnopochodnych to ewidentna strata energii dla zakładu przemysłu drzewnego, co w efekcie powoduje wzrost kosztów zakupu paliwa. Jako spalarnie odpadów płyt drewnopochodnych nadawałyby się chyba najbardziej kotły rusztowe do spalania drewna poprodukcyjnego (zrębki, kawałki, kora, itp.) np. firmy Weiss czy Politechnik, rys. 2 i 3, gdyż temperatura w komorze spalania przy obciążeniu cieplnym powyżej 70%, przekracza 1100 C. Należałoby określić czas kontaktu i jeżeli byłby mniejszy od 2 s, to należałoby w palenisku wydłużyć drogę spalin, dobudowując jeszcze jeden ciąg. Oczywiście należałby zapewnić ciągły pomiar parametrów i automatyzację procesu, zgodnie z [6]. paleniska z rusztem schodkowym palenisko wirowe poziome paleniska z rusztem poziomym paleniska cyklonowe Rys. 2. Kotły na odpady drzewne (biomasa) o mocy> 1 MW firmy Weiss stosowane głównie w przemyśle drzewnym

7 Archives of Waste Management and Environmental Protection, vol. 11 issue 1 (2009) 37 Kotły fluidalne ze względu na niższą temperaturę w komorze spalania, często ok. 900 C i mniej, wydaja się mniej przydatne w omawianym celu. Kotły węglowe np. OR 16 lub OR 32 charakteryzują się wysoką temperaturą w strefie rusztu, przy obciążeniu powyżej 70% temperatura często przekracza 1200 C, ale czas przepływu spalin wydaje się być krótszy niż 2s. W przypadku współspalania na ruszcie odpadów płyt drewnopochodnych, zamontowanie palnika gazowego zabezpieczającego temperaturę odpowiednią w komorze spalania, zarówno w przypadku kotłów rusztowych na drewno, jak i kotłów węglowych i automatyzacja procesu są tu konieczne. Jeśli czas przepływu spalin okaże się za krótki, należałoby zbudować za kotłem węglowym OR 16 lub OR 32 lub innym komorę dopalającą z palnikiem gazowym, tak aby uzyskać stosowny czas przepływu spalin. Można też termicznie przekształcać odpady w odpowiednim przedpalenisku, a dla uzyskania odpowiedniego czas przebywania spalin (większe od 2 s), wprowadzić dodatkowo te spaliny do kotła pyłowego węglowego (rys.4.) zlokalizowanego w elektrociepłowni. W Poznaniu np. w elektrociepłowni Karolin ma być budowana spalarnia odpadów komunalnych. Rys. 3. Kocioł na odpady drzewne (biomasa) o mocy> 1 MW firmy Polytechnik

8 38 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 11 nr 1 (2009) Rys. 4. Przedpalenisko, które może służyć do termicznego przekształcania odpadów drzewnych połączone z kotłem węglowym pyłowym Problemy techniczne z zapewnieniem odpowiednich warunków termicznego przekształcania nie są łatwe do rozwiązania w przypadku kotłów, ale jeszcze trudniej będzie spełnić wymogi dotyczące ochrony atmosfery. Spełnienie wymagań w zakresie uzyskiwania znacznie niższych stężeń zanieczyszczeń w przypadku termicznego przekształcania odpadów, niż w przypadku spalania biomasy (drewna bez zanieczyszczeń chemicznych), także w zakresie bardzo wielu zanieczyszczeń- będzie bardzo trudne. Prowadzone są badania emisji zanieczyszczeń i ograniczania tej emisji zanieczyszczeń w wielu ośrodkach, między innymi w Instytucie Technologii drewna oraz w Politechnice Poznańskiej (rys.5),ale prowadzone są one na małych kotłach grzewczych o mocy ok. 20kW, a w Politechnice Poznańskiej dotyczą one jedynie odpadów drzewnych bez zanieczyszczeń chemicznych. Brak jest w Polsce kompleksowych badań emisji zanieczyszczeń z termicznego przekształcania odpadów, które prowadziły by do wytypowania i przystosowania kotła rusztowego do spalania drewna w kierunku wykorzystania go jako spalarni odpadów płyt drewnopochodnych.

9 Archives of Waste Management and Environmental Protection, vol. 11 issue 1 (2009) 39 Rys. 5. Kotłownia z kotłami na polana drzewne oraz na pelety (Politechnika Poznańska, Instytut Inżynierii Środowiska) 6. Wnioski W związku z przedstawionymi trudnościami z termicznym przekształcaniem odpadów płyt drewnopochodnych, wydaje się konieczne podjąć działania w kierunku zmiany przepisów. Powinny one umożliwić termiczne przekształcanie odpadów płyt drewnopochodnych w wytypowanych i dostosowanych kotłach rusztowych na drewno oraz współspalanie tych odpadów w niektórych kotłach węglowych odpowiednio dostosowanych. Należy też zmniejszyć ilość kontrolowanych zanieczyszczeń w spalinach, szczególnie tam, gdzie wiadomo, że ze względu na skład chemiczny odpadu nie będzie w nim więcej np., metali ciężkich niż np. w drewnie. Literatura [1] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 4 sierpnia 2003 w sprawie standardów emisyjnych z instalacji, Dz. U. z dnia 18 września 2003, [2] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 5 grudnia 2002 w sprawie wartości odniesienia dla niektórych substancji w powietrzu, Dz. U. nr 1, poz.12, 2003, [3] Prawo Ochrony Środowiska- Ustawa z 27 kwietnia 2001, Dz. U. nr 62,

10 40 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 11 nr 1 (2009) [4] PN-EN Kotły grzewcze. Kotły grzewcze na paliwa stałe z ręcznym i automatycznym zasypem paliwa o mocy nominalnej do 300 kw- terminologia, wymagania, badania i oznakowanie, PKN, 2002, [5] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 29 stycznia 2002 w sprawie rodzajów odpadów innych niż niebezpieczne oraz rodzajów instalacji i urządzeń w których dopuszcza się ich termiczne przekształcanie, Dz. U. nr18, poz.176, [6] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 21 marca 2002 w sprawie wymagań dotyczących prowadzenia procesu termicznego przekształcania odpadów, Dz. U. nr 37, poz [7] Rybak W.: Spalanie i współspalanie biopaliw stałych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej. Wrocław 2006r.