Systemy Gospodarki Odpadami Szwedzkie sposoby utylizacji odpadów komunalnych przez ich spalanie. Skojarzona produkcja energii i jej dodatkowy odzysk przez skraplanie spalin i nawilżanie powietrza warunkiem niskiej opłaty na bramie Konferencja EKO VIS Kraków 25-26 czerwca 2009 roku
Kilka stwierdzeń dotycząca odpadów komunalnych - Surowe, niesortowane odpady tak, jak surowa biomasa nie palą się - Można wyprodukować więcej energii niż moc znamionowa kotła - Odpady to najtańsze paliwo za które dostawca płaci temu który je utylizuje - Kominy spalarni odpadów komunalnych to najczystrze emitory spalin - 2 tony odpadów komunalnych energetycznie odpowiadają conajmniej 1 tonie węgla - Odpady komunalne warte są conajmniej tyle ile warta jest energia z nich wyprodukowana - Nie ważne co jest paliwem, ważne jest to co opuszcza komin ze spalinami - Im bardziej wilgotne odpady tym bardziej jest to opłacalne dla ciepłowni
Gospodarka odpadami komunalnymi w Szwecji po 2005 roku.
Efekty wydajnej gospodarki odpadami w Szwecji rok 2007 Kg na osobę Udział % Suma produkowanych odpadów rocznie 515 100 Niebezpieczne, oddzielnie odbierane i przerabiane odpady Odzysk materiałów (segregacja u źródła, kaucje) jako surowiec i produkty Obróbka frakcji biologicznej w celu produkcji bigazu 5 1 190 37 60 12 Spalanie z produkcją i odzyskiem energii 240 46 Kierowane na składowisko odpadów 20 4
Czyli tylko tyle zostaje oddane rocznie na składowisko przez przeciętnego Szweda rocznie z 515 kg odpadów komunalnych. 20 kg
Roczne udziały różnych paliw w szwedzkim ciepłownictwie oraz emisja CO2/1 MWh przy produkcji ciepła (w Polsce ok. 420 kg CO2/MW h)
Co to są wilgotne paliwa? Paliwa w których zawartość wody stanowi więcej niż 20%. Zaliczamy do nich m.in. biomasę, odpady komunalne, gaz ziemny i węgiel brunatny
Powody dla których zaczęto palić w Szwecji mokrymi paliwami stałymi. Wysokie koszty przygotowania suchego biopaliwa powodujące wysoką jego cenę w porównaniu z mokrymi. Wynalezienie technologii skraplania spalin. Istniejący stały odbiorca odzyskanej energii ze spalin: sieć cieplna Względy praktyczne: - zbiórka - przechowywanie - łatwy transport
Skład biomasy drewnianej Niższa wartość kaloryczna w suchym paliwie wynosi 18 MJ/kg (węgla ok. 24 MJ/kg) Woda, 50% Węgiel, 24,5% Wodór, 3,1% Tlen, 21,8% Popiół, 0,55% Chlorki, 0,03% Siarka, 0,02% -------Palne---------
Skład odpadów komunalnych Niższa wartość kaloryczna w suchym paliwie wynosi 16 MJ/kg ( węgiel ok. 24 MJ/kg) Woda, 45% Węgiel, 22% Wodór, 3,3% Tlen, 20,3% Popiół, 8,6% Chlorki, 0,4% Siarka, 0,1% ------Palne--------
Spalanie mokrego paliwa Sposób tradycyjny Odparowanie wilgoci Spalanie Odzysk energii Oczyszczanie i emisja spalin
Mokry ekonomizer Wymiennik ciepła rurowy
Spalanie paliwa mokrego Metoda nr 1 Odparowywanie wilgoci Spalanie Tradycyjny odzysk energii poprzez chłodzenie spalin (ekonomizer) Dodatkowy odzysk energii przez skraplanie pary wodnej w spalinach Oczyszczanie i emisja spalin
pierwotnego Wentylatory powietrza p wtórnego Schemat P&I skraplanie spalin w skraplaczu RECO-FLUE (metoda 1) a Paliwo Kocioł Cyklon Wentylator spalin Elektrofiltr Palenisko Komin Skraplacz aspalin RECO- FLUE Odmgławiacz
Skraplacz spalin wymiennik płaszczowo-rurowy Skraplacz spalin dla eon Mälarvärme AB, Örebro Szwecja
Skraplacz spalin - skruber
Skruber Bezpośrednie chłodzenie spalin Skraplająca Chłodnica Spalin Wysoko temperaturowy Ekonomizer
Zalety skraplania spalin. Odzyskuje energię cieplną ze spalin do temperatury punktu rosy oraz energię zmiany stanu skupienia pary wodnej znajdującej się w nich. Zwiększa sprawność układu o ok. 25% zależnie od zawilgocenia paliwa i temperatury wody powrotnej w sieci cieplnej. Sprawia ze sprawność systemów kotłowych opalanych mokrym paliwem zbliża się do węglowych (80%). Ułatwia oczyszczanie spalin szczególnie trudnych paliw.
Spalanie paliwa mokrego Metoda nr 2 Odparowywaanie wilgoci Spalanie Tradycyjny odzysk energii (ekonomizer) Dodatkowy 1stopień odzysku energi poprzez skraplanie pary wodnej w spalinach Dodatkowy 2 Oczyszczanie i stopień odzysku emisja spalin energii poprzez dalsze osuszanie spalin i przekazanie wilgoci do kotła przez powietrze spalania
Wentylator powietrza pierwotnego Schemat P&I skraplanie spalin w skraplaczu RECO-FLUE (metoda 2) Went.pow pierwotn. Wentylator powietrza wtórnego Elektrofiltr Paliwo Kocioł Cyklon K K Palenisko Wentyla -tor spalin Komin Skraplacz Kspalin RECO- FLUE Ciepła woda wylot Ciepła woda wlot Dogrzewacz powietrza Odmgławiacz P Nawilżacz powietrza spalania ROTO-FLUE
RECO ROTO FLUE Visby Skraplacz spalin i nawilżacz powietrza spalania w Visby Energi AB Gotlandia
Zalety nawilżania powietrza spalania. Odzyskuje energię cieplną z ochłodzonych czystych spalin do temperatury ok. 40 C, przekazuje wilgoć powietrzu spalania. Podwyższa temperaturę punktu rosy, przez to odbiornik ciepła (sieć cieplna ) może mieć temperaturę nawet pow. 65 C. Zwiększa dodatkowo sprawność o ok.10% zależnie od zawilgocenia paliwa i temperatury wody powrotnej w sieci. Sprawia ze sprawność systemów kotłowych opalanych mokrym paliwem osiągają ponad 95% czyli o wiele więcej niż kotły opalane węglem!!!
W którym miejscu odzyskuje się energię ze skraplania spalin w tradycyjnym ZTO? To tutaj odzyskuje się energię ze skraplania spalin.
Dodatkowy odzysk energii w kotle oplanym biomasą dzięki skraplaniu spalin (+25%) i nawilżaniu powietrza spalania (+10%) Odzysk energii (MW) 35% -----------------------!!! Kocioł 12 MW Tempertura spalin 150 oc Paliwo zrębki o wilgotności wg.tabelki poniżej Przykład dla paliwa o 50% wilgotności Temperatura powrotu wody w sieci cieplnej (oc)
10500 10000 9500 9000 8500 8000 7500 7000 6500 Energy output from 1 kg/s wood 50% moisture Skąd bierze się ta dodatkowa energia? Odzysk energii z 1 kg/s drewna o wilgotności 50% 105 100 95 90 85 80 75 70 65 6000 5500 5000 4500 60 55 50 45 Efficiency (%) Energy output (kw) 4000 3500 3000 2500 2000 1500 Drewno o 50% wilgotnoci Niższa lub Efektywna wartość cieplna: 8123 kj/kg mokrego paliwa Wyższa lub Kaloryczna wartość cieplna10691 kj/kg mokrego paliwa Energy output wet Energy output dry Effective efficiency Calorific efficiency 40 35 30 25 20 15 1000 10 500 5 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 0 Flue gas temperature ( C) Punkt rosy Temperatura spalin ( o C)
Efekty energetyczne i ekonomiczne skraplania spalin Porównanie między różnymi wariantami produkcyjnymi. Skraplanie spalin z 25% odzyskiem energii Względna wartość produkcji przy *Kocioł 100 MW Biomasa cenie en.el./en.cieplnej=3 Produk owana energia Ciepło En.elektr. Skraplanie Suma ciepło Suma energia Wyłącznie ciepło 100,00 100,00 100 100 Ciepło +skraplanie spalin 100,00 25,00 125,00 125,00 125 En.elektr.+ciepło(tradycyjne skojarzenie) 67,00 33,00 67,00 100,00 166 En.elektr+ciepło+skraplanie spalin 75,25 24,75 25,00 100,25 125,00 175 En.elektr+ciepło+skraplanie spalin+nawilż 80,80 19,39 41,25 122,05 141,44 180 Względna wartość produkcji przy **100 MW ciepła sieciowego z biomasy cenie en.el./en.cieplnej=3 Produk owana energia Ciepło En.elektr. Skraplanie Suma ciepło Wielkość kotła Wyłącznie ciepło 100,00 100,00 100 100 Ciepło +skraplanie spalin 80,00 20,00 100,00 80 100 En.elektr.+ciepło(tradycyjne skojarzenie) 100,00 50,00 100,00 150 250 En.elektr+ciepło+skraplanie spalin 75,05 24,70 24,95 100,00 100 174,1 En.elektr+ciepło+skraplanie spalin+nawilż 66,25 15,70 33,75 100,00 82 147
Układ technologiczny nowoczesnej spalarni odpadów komunalnych 0 emisyjnej do wody według najnowszej technologii. Uzdatniona woda kotłowa Woda,węgiel aktywny Ca(OH)2 Sieć cieplna (powrót) PALENISKO KOCIOŁ FW W Q SS Komin DODATKOWY ODZYSK ENERGII ZE SKROPLNYCH SPALIN ścieki MF UF CO 2 RO EDI woda, kondensat para wodna TRADYCYJNA CZĘŚĆ ENERGETYCZNA (TURBINA UPUSTOWA CHŁODZONA SIECIĄ CIEPLNĄ + GENERATOR FW filtr workowy W wentylator spalin Q Quench SS skraplacz MF mikrofiltr UF ultrafiltr CO2 membrana usuwająca CO2 RO odwrotna osmoza EDI - elektrodejonizator ścieki Dodatki Przed filtrem workowym -woda do obniżenia temperatury spalin i podwyższenia wilgotniści -wegiel aktywny do usunięcia dioksyn -Ca(OH)2 do neutralizacji SO2, HCL, HF Membrany - energia elektryczna - NaOH do neutralizacji wody - sprężone powietrze do redukcji CO2 - chemikalia do czyszczenia membran ścieki
Poziomy dopuszczalnych emisji do atmosfery w (mg/nm3)- stan obecny Odpady+ bio przemysł Opady +bio < 50MW Odpady + bio 50-100MW Odpady + bio >100MW Węgiel < 50 MW Węgiel > 500 MW Odpady + bio cement Odpady < 6 ton/h Odpady 6-25 ton/h Rzeczywiści e zmierzone ze spalarni odpadów Pyły lotne 50 50 30 400 50 30 10 10 0,5 HCl 10 10 10 0,1 HF 1 2 2 NOx jako NO2 400 200 400 500 500 400 200 51,7 SO2 850 200 1300 400 50 50 50 1,2 TOC 10 10 10 0 Cd+Tl 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 Hg 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni+ 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Dioksyny i Furany 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 CO 50 50 32,8 Dioksyny i furany w ng/nm3
Cena paliwa konieczna do wyprodukowania 1 MWh el. w Szwecji w przeliczeniu na PLN bez dotacji, podatków i opłat.
Koszty produkcji w (groszach/ kwh el.) z różnych paliw w Szwecji bez podatków, VAT i subwencji państwowych.
Kondensacja marnowanie 72 % energii
Skojarzenie i połączenie szeregowe skraplania spalin
Optymalny odzysk energii : skojarzenie i równoległe połączenie skraplania spalin
Główna siedziba w Polsce Dziękuję za uwagę! Telefon: 0602 787 787 e-mail: jozef.neterowicz@radscan.se, jn@zpp.pl