Efektywne spalanie odpadów

Transkrypt

1 Efektywne spalanie odpadów Autor: prof. zw. dr hab. inŝ. Włodzimierz Kotowski ( Energia Gigawat styczeń 2009) Dla poczuwających się do odpowiedzialności za poprawę gospodarki odpadami organicznymi stoją do dyspozycji róŝnorakie procesy ich termicznego przetwarzania i to w pełnej harmonii z otaczającym nas środowiskiem. Charakteryzuje je maksymalizacja wykorzystania tkwiącej w nich energii oraz jednoczesna redukcja szkodzących przyrodzie składników. Europejczycy mniemają o sobie, Ŝe myślą i postępują na podstawie naukowych rozeznań określonych problemów, wymagających przez nich rozwiązań. Gdyby jednak było tak faktycznie, to mielibyśmy w Europie jednolitą politykę gospodarki odpadami, gdyŝ bazując na naukowym rozeznaniu stojącego do rozwiązania zagadnienia, wybrano by najefektywniejszą z moŝliwych technologię. Niestety, w omawianej problematyce tak właśnie nie jest. W gospodarce odpadami wciąŝ jeszcze róŝnorakie decyzje podejmuje się często na podstawie poglądów społeczno-politycznych decydentów. Stąd konieczność wyspecyfikowania głównych elementów gospodarki odpadami: Jako odpad określa się materiały: których posiadacz zamierza się pozbyć, które nie dają się zastosować w określonym przedsiębiorstwie, które nadają się do transportu. Tym aspektom doskonale odpowiadają liście na drzewach w okresie jesieni. Jest to jednak przykład z przyrody, w której zapewniony bywa pełny recykling odpadów. Odpady są produktami z Ŝycia, niezaleŝnie od tego czy z cywilizacji, czy ze środowiska. Jako same w sobie nie są czymś negatywnym. Natomiast sposób obchodzenia się z nimi moŝe być racjonalny, lub szkodliwy dla środowiska. 1

2 W warunkach Europy róŝne kraje rozmaicie postępują z odpadami u siebie. Przykładowo w Szwajcarii obowiązują od 20. lat następujące zasady: Odpady naleŝy w moŝliwie maksymalnym stopniu przetwarzać zawsze wtedy, kiedy przez to działanie mniej obciąŝy się środowisko, niŝ przez ich deponowanie, względnie nową produkcję. Palne odpady których nie udaje się zuŝytkować naleŝy spalić. Ta zasada z oporami zaczyna obowiązywać w kolejnych krajach Europy. Sensowną jest zawsze taka obróbka odpadów, która w moŝliwie najmniejszym stopniu obciąŝa środowisko. W niniejszej publikacji wyraźnie odróŝnia się termiczne przetwarzanie odpadów od ich spalania (M.Brunner; Aufbereitungs Technik Mineral Processing, 24, 1-2, 49, 2008 r.). Celem termicznego przetwarzania odpadów jest nie tylko moŝliwie najwyŝsza redukcja substancji szkodliwych, ale jednoczesny uzysk energii uŝytkowej z równoczesną obniŝką objętości zneutralizowanej pozostałości, tj. popiołów. W tym miejscu naleŝy zaprezentować trendy w termicznej obróbce odpadów w Europie oraz USA. Jak juŝ wcześniej wspomniano, wymagania w obszarze termicznego przetwarzania odpadów w krajach europejskich są znacznie zróŝnicowane. Przykładowo we Francji juŝ przed wieloma laty wydano zakaz deponowania odpadów, które nie były poddane selekcji oraz określonej obróbce. W krajach skandynawskich natomiast największy nacisk stawia się na termiczne ich przetwarzanie z celem maksymalnego uzysku energii elektrycznej oraz ciepła uŝytkowego dla scentralizowanej sieci grzewczej danego osiedla, czy miasta. W Holandii na pierwszym planie jest selekcja odpadów w sprzęŝeniu z obróbką termiczną dla maksymalnej wytwórczości energii elektrycznej. W Niemczech od 1 czerwca 2005 roku obowiązuje termiczne przetwarzanie odpadów z maksymalizacją uzysku energii elektrycznej oraz ciepła uŝytkowego. W tym obszarze ogromny rozwój obserwuje się w przemyśle rolno-spoŝywczym w ramach nowo wznoszonych biogazowni. Sporo czyni się równieŝ w tym kraju w utylizacji biogazu z wysypisk odpadów komunalnych. 2

3 O wysokim poziomie wielokierunkowego przetwarzania odpadów w Szwajcarii była mowa wcześniej. Przeciwbiegunem tego kraju w zakresie przetwarzania odpadów jest USA. Dopiero od kilku lat są w tym obszarze realizowane ogromne działania inwestycyjne. Do 2012 roku ma się tu wybudować około 20 instalacji termicznego przetwarzania odpadów w ilości prawie 5 mln ton/rok. Opracowując koncepcję budowy instalacji termicznej obróbki określonych odpadów, trzeba koniecznie uwzględnić róŝnorakie aspekty, spełniające te uwarunkowania polityczne, gospodarcze, jak i związane z efektywnością eksploatacyjną planowanej do budowy elektrociepłowni. Do tych aspektów naleŝą: - moce instalacji tak w zakresie produkcji energii elektrycznej, jak i ciepła uŝytkowego, - wymagania w zakresie dopuszczalnych emisji uciąŝliwych dla środowiska składników spalin, - sposoby zagospodarowania popiołów, - oczekiwania w obszarze redundancji dla określonych elementów instalacji. Wszystkie te aspekty z wyjątkiem mocy podwyŝszają koszty eksploatacyjne planowanej do budowy instalacji. Wzrost kosztów inwestycyjnych (odniesionych do tony przetwarzanego paliwa) nie oznacza jednak równoczesnego pogorszenia sprawności (efektywności) instalacji w czasie jej eksploatacji, co dokumentują poniŝsze przykłady. Wymienione aspekty moŝna ująć w sposób podobny do obrazu radarowego (rys. 1). Im wyŝsza jest ranga danego aspektu, tym większe pole zostaje zakreślone na określonym diagramie sieciowym tu o skali 1 6. Im wyŝsza wartość danego aspektu w tej skali, tym większe koszty inwestycyjne danej instalacji termicznej obróbki odpadów. PoniŜsze trzy przykłady budowy instalacji uwzględniają róŝne stopnie znaczenia problemów: gospodarczych, społecznych, politycznych oraz ekologicznych. Wynikające stąd udziały róŝnorakich aspektów ujęto w siatce diagramów kaŝdego z rysunków

4 Rys. 1. Prezentacja aspektów koncepcji budowy instalacji termicznego przetwarzania odpadów w postaci diagramu sieciowego. Przykład: emisja zanieczyszczeń oraz właściwości popiołów Rys. 2 Schemat procesowy oraz diagram sieciowy instalacji termicznego przetwarzania odpadów w Trondheim w Holandii. Aspekty: energia i emisja zanieczyszczeń. Przerób odpadów 20 t/h W instalacji termicznego przetwarzania odpadów wg rys. 2 w miejscowości Trondheim w Holandii, skoncentrowano się na maksymalnej wytwórczości ciepła uŝytkowego oraz na minimalizacji emisji: NO x, SO 2, HF, HCl, metali cięŝkich oraz dioksyn. Omawiana elektrociepłownia przetwarza godzinowo 20 ton odpadów. Podłączono ją do miejskiej sieci grzewczej dla mieszkań. Bliskość tej elektrociepłowni do otaczających osiedli mieszkaniowych wymuszała minimalizację emisji zanieczyszczeń do atmosfery, co rozwiązano poprzez wielostopniowe oczyszczanie spalin. 4

5 Rys. 3 Schemat procesowy oraz diagram sieciowy instalacji termicznego przetwarzania odpadów w Erfurcie w Niemczech. Aspekty: sporządzanie mieszanek paliw zastępczych oraz redundancja. Przerób odpadów 9,75 t/h Rys. 4 Schemat procesowy oraz diagram sieciowy instalacji termicznego przetwarzania odpadów w Isséane koło ParyŜa we Francji. Aspekty: Architektura i emisja zanieczyszczeń. Przerób odpadów 2 x 30,5 t/h Natomiast w elektrociepłowni w Erfurcie w Niemczech za główny aspekt uznano komponowanie paliwa zastępczego poprzez mieszanie róŝnorakich odpadów, które poddaje się obróbce mechaniczno-biologicznej, co ilustruje rys. 3. W wyniku wymienionych procesów otrzymuje się wysoce zhomogenizowane paliwo, zapewniające stabilną w czasie wytwórczość energii elektrycznej oraz ciepła uŝytkowego. To wszystko składa się na wysoki stopień niezawodności ruchu elektrociepłowni wraz z bardzo niską emisją zanieczyszczeń do atmosfery. 5

6 Przed zupełnie innymi aspektami stanęła budowa francuskiej instalacji termicznej przeróbki odpadów w miejscowości Isséane w pobliŝu ParyŜa (rys. 4). Postawiono ją w obszarze widnokręgu wieŝy Eiffla, co automatycznie wyeksponowało aspekt architektury. Mimo, Ŝe jest to relatywnie wielka elektrociepłownia, przerabiająca t/r odpadów, trzeba było ją harmonijnie wkomponować w krajobraz co się doskonale udało. NajwyŜsze jej elementy konstrukcyjne nie przewyŝszają 21 metrów nad ziemią, ale za to sięgają na głębokość aŝ 30 metrów pod jej powierzchnię. Wielostopniowa oczyszczalnia spalin zapewnia, Ŝe z komina nie uchodzą Ŝadne widoczne obłoki. Szczelnie obudowane zostały nie tylko oczyszczalnia ścieków, ale głęboko pod ziemią zlokalizowano stację rozładunku środków transportu z odpadami jako paliwem, jak i załadunek oraz wywóz popiołów. Dzięki tego typu konstrukcjom omawiana elektrociepłownia nie emituje Ŝadnego hałasu, a w dodatku kosztami eksploatacyjnymi konkuruje z okolicznymi obiektami tego typu, ale zasilanymi standardowymi, nieodnawialnymi paliwami. ChociaŜ trzy powyŝej zaprezentowane instalacje termicznego przetwarzania odpadów uwzględniają róŝnorakie aspekty, to jednak kaŝda z nich charakteryzuje się wysoką gospodarnością. Elektrociepłownia w Trondheim osiąga wysoki wskaźnik wytwarzanej energii elektrycznej wraz z ciepłem uŝytkowym. Tę, zbudowaną w Erfurcie wyróŝnia wysoki stopień niezawodności ruchu urządzeń, zapewniający dotrzymanie wymogów norm ochrony środowiska. Doskonałe architektoniczne wkomponowanie instalacji termicznego przetwarzania odpadów w Isséane w krajobraz ParyŜa jest unikalnym osiągnięciem nie tylko w Europie. Analizując ogromne róŝnice w koncepcjach budowy zaprezentowanych elektrociepłowni na bazie odpadów nasuwa się pytanie, czy oraz w jakim stopniu zawaŝyły na nich względy: społeczne, polityczne, naukowe i technologiczne? Generalnie trzeba stwierdzić, Ŝe problem uzyskania jak najwyŝszej gospodarności poprzez osiąganie wysokiej sprawności instalacji w czasie eksploatacji jest decydujący w uwzględnianiu jakiegokolwiek aspektu, uzasadniającego budowę omawianego typu elektrociepłowni, zasilanej odpadami. Po prostu optymalna koncepcja jej budowy winna jednoznacznie zapewnić przestrzeganie zasady, Ŝe wyŝsze koszty inwestycyjne będą rekompensowane minimalizacją wydatków eksploatacyjnych omawianej instalacji. Na to składają się następujące czynniki: 6

7 - optymalne zuŝycie nośników energii, - podwyŝszona dyspozycyjność, - wysoka róŝnorodność przetwarzanych paliw. To są podstawowe czynniki decydujące o wyborze określonej technologii dla kaŝdej nowo wznoszonej instalacji termicznego przetwarzania odpadów i one są równieŝ obowiązujące dla naszego kraju. NaleŜy ubolewać nad tym, Ŝe wciąŝ jeszcze tego typu elektrociepłownie nie znajdują u nas szerszego zainteresowania i to przy szybko rosnących cenach nieodnawialnych nośników energii. 7