Bogna Burzała ENERGOPOMIAR Sp. z o.o., Centralne Laboratorium Paliwa z odpadów - właściwości 1. Wprowadzenie Prognozowana ilość wytwarzanych odpadów komunalnych, zgodnie z Krajowym Planem Gospodarki Odpadami 2014 (KPGO 2014) [1], ma wzrastać w tempie od 1.2 do 1.6% rocznie. Z tego względu jednym z celów zawartym w dokumencie Polityka ekologiczna państwa na lata 2009 2012 z perspektywą do roku 2016 jest zwiększenie odzysku energii z odpadów komunalnych w sposób bezpieczny dla środowiska. Odpady komunalne mogą różnić się w znaczący sposób pod względem składu oraz posiadać niestabilne właściwości fizykochemiczne, co może utrudniać ich wykorzystanie w instalacjach spalania, dlatego poddaje się je procesowi mechanicznej obróbki w celu otrzymania paliwa z odpadów. Proces ten pozwala na stabilizację parametrów oraz umożliwia otrzymanie produktu o określonych właściwościach, który będzie można wykorzystać na rynku nośników energii. Wprowadzenie jednolitych zasad klasyfikacji oraz metodyki badań jakości tych paliw powinno to ułatwić. [2] Z tego względu w ostatnich latach Komitet Techniczny CEN/TC 343 opracował specyfikacje i raporty techniczne, które zostały opublikowane w postaci norm. Zgodnie z tymi opracowaniami paliwo z odpadów (solid recovered fuels SRF) jest to stałe paliwo wyprodukowane z odpadów innych niż niebezpieczne, przetwarzane poprzez odzysk energii w odpowiedniej instalacji. Wyznaczono również system pięciu klas paliw z odpadów [3]. Oparty on jest na trzech kluczowych parametrach: wartości opałowej, zawartości chloru i zawartości rtęci, które oceniają wartość użytkową paliwa pod kątem ekonomicznym, technologicznym oraz środowiskowym. Inną klasyfikacją uwzględniającą parametry jakościowe jest klasyfikacja według standardów włoskich i fińskich (tabela 1) [5]. Tabela 1. Klasyfikacja paliw z odpadów a) System klasyfikacji dla paliw z odpadów według CEN Parametr klasyfikacyjny Wartość Chlor (Cl) Rtęć (Hg) Pomiar statystyczny średnia średnia mediana 80-ty percentyl Jednostka [MJ/kg] stan roboczy [%] stan suchy [mg/mj] stan roboczy Klasa 1 2 3 4 5 25 20 25 10 3 0.2 0.6 1.0 1.5 3 0.02 0.04 0.03 0.06 0.08 0.16 0.15 0.30 b) System klasyfikacji dla paliw według norm włoskich i fińskich oraz wymagania jakościowe cementowni 0.50 1.00 Parametr Jednostka Cementow nie [6] standardo wa jakość Włochy wysoka jakość Finlandia klasa I klasa II klasa III
Wartość wilgoci popiołu Cl S Hg Cd+Tl Suma metali ciężkich MJ/kg >20 > 15 > 19 % < 20 < 25 < 15 % < 20 < 13 % <0.7 0.9 < 0.7 < 0.15 < 0.5 < 1.5 % < 1.0 mg/kg s.m. < 7 < 1 < 0.1 < 0.2 < 0.5 mg/kg s.m. - < 4 < 1.0 < 4.0 < 5.0 mg/kg s.m. <2000 < 1040 < 350 Oprócz tych klasyfikacji wartości tych parametrów są uzależnione od rodzaju instalacji, w jakich mają być wykorzystane. Najczęściej muszą one spełnić wymagania, które są indywidualnie ustalane pomiędzy producentem a odbiorcą paliwa. W Polsce głównym odbiorcą paliw z odpadów jest przemysł cementowy. 2. Parametry paliwowe Paliwa z odpadów, aby mogły być w pełni wykorzystane jako nośnik energii, należy poddać analizie technicznej w celu poznania ich składu fizykochemicznego. Podstawowym parametrem określającym właściwości kaloryczne paliwa jest wartość, która w pierwszej kolejności decyduje, do jakiej klasy należy dane paliwo zakwalifikować. Skład surowych odpadów można określić na podstawie składników morfologicznych, do których zaliczamy substancje o zerowej wartości opałowej, takie jak: szkło, metale, ceramika (balast); substancje palne: drewno, tworzywa sztuczne, substancje organiczne, papier, tektura tekstylia oraz substancje o ujemnej wartości opałowej wilgoć [7]. W trakcie wytwarzania paliw z odpadów producenci starają się otrzymać produkt o jak najwyższej wartości kalorycznej, wydzielając z odpadów palne składniki. Składniki te oprócz kalorii mogą zawierać wodę lub też ze względu na swoje właściwości higroskopijne (np. papier) pochłaniać ją podczas nieodpowiedniego przechowywania. Szkło, metale czy ceramika mogą zostać usunięte w większości w pierwszym etapie segregacji odpadów, ale frakcję mineralną zawierają również substancje organiczne. Wyznacza się ją w trakcie oznaczania popiołu. W celu poznania pełnej analizy technicznej należy wyznaczyć takie parametry jak: węgiel, wodór, siarkę czy części lotne. Tabela 2. Parametry paliwowe (wartości średnie) wybranych paliw z odpadów Parametr jednostka stan Parametry paliwowe (wartości średnie) Wilgoć całkowita Popiół 550 C % r 29.46 22.67 15.88 19.15 12.62 6.35 2.80 1.70 % d 17.94 19.47 18.62 15.09 22.29 18.40 7.94 3.98 Ciepło kj/kg r 17686 17990 19130 21972 21962 23336 25640 36669
spalania Ciepło spalania Wartość kj/kg d 24823 23332 22611 27162 25127 24904 26380 37303 kj/kg r 15943 16336 17628 20232 20888 21808 24190 35159 Węgiel % d 50.72 52.82 47.52 61.49 54.14 60.01 Wodór % d 7.27 7.10 6.88 4.38 7.15 7.15 7.26 Azot % d 1.15 1.15 0.60 0.75 0.88 1.01 0.31 Siarka % d 0.21 0.35 0.35 0.20 0.95 0.30 0.10 1.36 Chlor % d 0.32 1.04 0.59 1.06 1.43 Rtęć mg/kg 0.25 0.12 0.45 0.03 3. Właściwości związane z aspektem technologiczny Drugim parametrem decydującym o klasie paliw jest chlor. Wpływa on na aspekt technologiczny procesu. Parametr ten wyznacza również temperaturę, w jakiej należy prowadzić proces termiczny. (Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 21 marca 2002 r. [8]). chloru może powodować korozję instalacji poprzez tworzenie kwaśnych związków. Podobne niekorzystne właściwości wykazują również takie pierwiastki jak siarka czy fluor. Innym ważnym parametrem związanym z zagadnieniami technologicznymi jest skład popiołu. Związki alkaliczne (sodu, potasu, wapnia i magnezu) zawarte w popiele mogą powodować przyrastanie osadów oraz sklejanie się stopionego żużla z metalowymi elementami instalacji grzewczych kotła. Niektóre z tych związków mogą powodować obniżenie temperatury topnienia popiołu i jego lepkości, co jest niekorzystnym zjawiskiem występującym w procesach spalania. Przykładowe charakterystyczne temperatury topliwości popiołu zostały przedstawione w tabeli 3. Tabela 3. Charakterystyczne temperatury topliwości według normy CEN/TS 15404:2006 Charakterystyczna temperatura Temperatura skurczu, SST o C Temperatura deformacji, DT o C Temperatura półkuli, HT o C Temperatura płynięcia, FT o C atmosfera 1 2 3 4 5 6 redukująca utleniająca redukująca utleniająca redukująca redukująca redukująca redukująca 970 1090 980 1060 910 1040 1120 1210 1030 1120 1150 1210 960 1090 1150 1240 1050 1130 1200 1250 1020 1110 1160 1250 1060 1140 1260 1270 1060 1120 1170 1260 4. Metale ciężkie Kolejnym aspektem pojawiającym się w systemach klasyfikacji paliw z odpadów jest zawartość metali ciężkich, ze względu na ich emisję do środowiska. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 22 kwietnia 2011 r. [9] opisuje wymagania standardów emisyjnych w zakresie wprowadzania gazów
lub pyłów do powietrza. Reglamentuje ono metale ciężkie, których zawartość w wybranych paliwach z odpadów przedstawia tabela 4. Tabela 4. metali ciężkich metali ciężkich [mg/kg]* Antymon Sb <0,1 <0,1 85.7 33.3 5.2 10.7 10.2 281.6 Arsen As 0.9 1.2 <0,1 <0,1 2.3 2.5 0.7 25.4 Chrom Cr 118 233.0 96.2 94.8 198.0 270.0 306.0 161.0 Kadm Cd 6.2 1.8 1.8 1.4 3.2 2.6 9.0 55.5 Kobalt Co 7.2 5.1 4.1 16.2 11.9 6.3 9.6 20.6 Mangan Mn 7.1 14.0 105.0 117.0 158.0 168.0 183.0 434.0 Miedź Cu 37.9 71.6 5089 77.3 139.0 63.6 199.0 35500 Nikiel Ni 4.7 10.2 7.4 26.7 78.3 43.3 42.0 54.3 Ołów Pb 51.1 92.4 94.0 84.7 173.0 71.8 264.0 1014.0 Tal Tl 0.3 0.8 <0,6 <0,1 <0,1 < 0,5 <0,1 <0,1 Wanad V 0.2 0.2 5.7 4.2 7.4 10.3 4.6 36.1 *wyniki podane w stanie suchy, 5. Podsumowanie Produkcja paliw z odpadów ma na celu stworzenie produktu o ustabilizowanych właściwościach paliwowych. W ostatnich latach podjęto próby ujednolicenia systemu oceny jakości tych paliw. Metody badań zostały zawarte w normach dotyczących stałych paliw wtórnych SRF. Paliwo to jednak nadal jest odpadem, któremu został przypisany kod 19 12 10 odpad palny (paliwo alternatywne) zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 27 września 2001 r. [10]. Z tego względu wymogi dotyczące standardów emisyjnych z instalacji spalania są wyższe niż przy spalaniu paliw konwencjonalnych, dlatego jedynymi odbiorcami takiego paliwa w Polsce są cementownie. Bibliografia: [1] Uchwała Nr 217 Rady Ministrów z dnia 24 grudnia 2010 r. w sprawie Krajowego planu gospodarki odpadami 2014, Monitor Polski Nr 101, poz. 1183. [2] Wasielewski R., Tora B.: Zastosowanie paliw wtórnych w energetyce, Zeszyt Specjalny w: Przegląd Komunalny 2013, nr 10. [3] Burzała B., Zdziebło B.: Zarządzanie jakością SRF, Zeszyt Specjalny w: Przegląd Komunalny 2013, nr 10. [4] PN-EN 15359:2012: Stałe paliwa wtórne Wymagania techniczne i klasy. [5] Wzorek M., Król A.: Ocena jakości paliw z odpadów stosowanych w procesach współspalania z węglem, Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych 2012, nr 10, s. 445-453.
[6] Bąbelewski P.: Wymagania jakościowe dla paliw wykorzystywanych w cementowni, II Ogólnopolska Konferencja Szkoleniowa Paliwa z odpadów rynek odpadów jako rynek energii, Chorzów 30.05 1.062012. [7] Wandrasz J. W., Wandrasz A. J.: Paliwa formowane: biopaliwa i paliwa z odpadów w procesach termicznych, Wydawnictwo Seidel-Przywecki, Warszawa 2006. [8] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 21 marca 2002 r. w sprawie wymagań dotyczących prowadzenia procesu termicznego przekształcania odpadów, Dz.U. Nr 37, poz. 339. [9] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 22 kwietnia 2011 r. w sprawie standardów emisyjnych z instalacji, Dz.U. Nr 95, poz. 558. [10] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 27 września 2001 r. w sprawie katalogu odpadów, Dz.U. Nr 112, poz. 1206.