Energetyczne zagospodarowanie osadów ściekowych w powiązaniu z produkcją energii elektrycznej. Maria Bałazińska, Sławomir Stelmach



Podobne dokumenty
Rtęć w przemyśle. Technologia usuwania rtęci z węgla przed procesem zgazowania/spalania jako efektywny sposób obniżenia emisji rtęci do atmosfery

SEMINARIUM. Produkcja energii z odpadów w technologii zgazowania Uwarunkowania prawne i technologiczne

Wybrane aspekty odzysku energii z odpadów. Dr inż. Ryszard Wasielewski Centrum Badań Technologicznych IChPW

Energetyczne wykorzystanie odpadów z biogazowni

IV. PREFEROWANE TECHNOLOGIE GENERACJI ROZPROSZONEJ

Dr Sebastian Werle, Prof. Ryszard K. Wilk Politechnika Śląska w Gliwicach Instytut Techniki Cieplnej

PIROLIZA BEZEMISYJNA UTYLIZACJA ODPADÓW

Doświadczenia ENEGRA Elektrownie Ostrołęka SA w produkcji energii ze źródeł odnawialnych

Ismo Niittymäki Head of Global Sales Metso Power business line. Zgazowanie biomasy i odpadów Projekty: Lahti, Vaskiluoto

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

CIEPŁO (Q) jedna z form przekazu energii między układami termodynamicznymi. Proces przekazu energii za pośrednictwem oddziaływania termicznego

Układ zgazowania RDF

G 10.3 Sprawozdanie o mocy i produkcji energii elektrycznej i ciepła elektrowni (elektrociepłowni) przemysłowej

CIEPŁO (Q) jedna z form przekazu energii między układami termodynamicznymi. Proces przekazu energii za pośrednictwem oddziaływania termicznego

Biogaz i biomasa -energetyczna przyszłość Mazowsza

Uwarunkowania dla wykorzystania paliw z odpadów w energetyce i ciepłownictwie

Odnawialne źródła energii. Piotr Biczel

LABORATORIUM SPALANIA I PALIW

G Sprawozdanie o mocy i produkcji energii elektrycznej i ciepła elektrowni (elektrociepłowni) przemysłowej za rok 2008

G Sprawozdanie o mocy i produkcji energii elektrycznej i ciepła elektrowni (elektrociepłowni) przemysłowej. Nr turbozespołu zainstalowana

Biomasa i wykorzystanie odpadów do celów energetycznych - klimatycznie neutralne źródła

OSADÓW ŚCIEKOWYCH. Zbigniew Grabowski. Warszawa r. IV Forum Gospodarka osadami ściekowymi

Nazwisko...Imię...Nr albumu... ZGAZOWANIE PALIW V ME/E, Test 11 (dn )

Badania pirolizy odpadów prowadzone w IChPW

Od uwęglania wysegregowanych odpadów komunalnych w wytwórniach BIOwęgla do wytwarzania zielonej energii elektrycznej

Uwarunkowania, zasoby i kierunki badań nad wykorzystaniem paliw stałych w IMP PAN

NISKA EMISJA. -uwarunkowania techniczne, technologiczne i społeczne- rozwiązania problemu w realiach Polski

SYNERGIA DZIAŁANIA BRANŻY WODNO-KANALIZACYJNEJ, ODPADOWEJ I ENERGETYCZNEJ MOTOREM ZRÓWNOWAŻONEGO ROZWOJU MIASTA TYCHY

Ekonomiczno-techniczne aspekty wykorzystania gazu w energetyce

Ekonomiczno-techniczne aspekty wykorzystania gazu w energetyce

TERMOCHEMIA SPALANIA

Termiczne sposoby zagospodarowania osadów ściekowych. Energia ze ścieków

WSPÓŁSPALANIE ODPADÓW

PROJEKT: Innowacyjna usługa zagospodarowania popiołu powstającego w procesie spalenia odpadów komunalnych w celu wdrożenia produkcji wypełniacza

Nie taki węgiel straszny jak go malują Omówienie właściwości ogrzewania paliwami stałymi (nie tylko węglem). Wady i zalety każdego z paliw

Modernizacja kotłów rusztowych spalających paliwa stałe

TWEE, sem. 2. Wykład 6

Niskoemisyjne kierunki zagospodarowania osadów ściekowych. Marcin Chełkowski,

TECHNOLOGIA PLAZMOWA W ENERGETYCZNYM ZAGOSPODAROWANIU ODPADÓW

Gorzowski Klaster Energii

POTENCJAŁ WYKORZYSTANIA ODPADÓW BIODEGRADOWALNYCH NA CELE ENERGETYCZNE W WOJEWÓDZTWIE POMORSKIM

WYSOKOTEMPERATUROWE ZGAZOWANIE BIOMASY. INSTYTUT BADAWCZO-WDROŻENIOWY MASZYN Sp. z o.o.

Wpływ współspalania biomasy na stan techniczny powierzchni ogrzewalnych kotłów - doświadczenia Jednostki Inspekcyjnej UDT

Elektrociepłownia na paliwo z odpadów

Konsultacja zmian dla Programu Priorytetowego NFOŚiGW Czysty Przemysł

Niezależność energetyczna JSW KOKS S.A. w oparciu o posiadany gaz koksowniczy

Pilotowa instalacja zgazowania węgla w reaktorze CFB z wykorzystaniem CO 2 jako czynnika zgazowującego

Biomasa alternatywą dla węgla kamiennego

PEC S.A. w Wałbrzychu

Wykorzystanie energii z odnawialnych źródeł na Dolnym Śląsku, odzysk energii z odpadów w projekcie ustawy o odnawialnych źródłach energii

Szanse i metody zagospodarowania osadów ściekowych zgodnie z wymogami środowiskowymi

STRATEGICZNY PROGRAM BADAŃ NAUKOWYCH I PRAC ROZWOJOWYCH. Zaawansowane technologie pozyskiwania energii. Warszawa, 1 grudnia 2011 r.

Rada Unii Europejskiej Bruksela, 14 października 2015 r. (OR. en)

Kongres Innowacji Polskich KRAKÓW

PODSTAWOWE INFORMACJE DOTYCZĄCE WDRAŻANIA INSTALACJI BIOGAZOWYCH W POLSCE

Strategia rozwoju systemów wytwórczych PKE S.A. w ramach Grupy TAURON w perspektywie roku 2020

Prowadzący: dr hab. inż. Agnieszka Gubernat (tel. (0 12) ;

Aktualne regulacje prawne wspierające wytwarzanie energii i ciepła z biomasy i innych paliw alternatywnych

LIDER WYKONAWCY. PGE Górnictwo i Energetyka Konwencjonalna S.A. Oddział Elektrownia Turów

Materiały pomocnicze do laboratorium z przedmiotu Metody i Narzędzia Symulacji Komputerowej

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski dr inż. Dariusz Wiśniewski

PGE Zespół Elektrowni Dolna Odra Spółka Akcyjna

Odnawialne Źródła Energii w systemach grzewczych. Edmund Wach Bałtycka Agencja Poszanowania Energii S.A.

Co można nazwać paliwem alternatywnym?

I Forum Dialogu Nauka - Przemysł Warszawa, 9-10 października 2017 r.

TERMOCHEMIA SPALANIA

DYLEMATY POLSKIEJ ENERGETYKI W XXI WIEKU. Prof. dr hab. Maciej Nowicki

Ekonomiczno-techniczne aspekty wykorzystania gazu w energetyce

G Warszawa 1, skr. poczt. 143 Sprawozdanie o działalności podstawowej elektrowni cieplnej zawodowej

Odnawialne Źródła Energii w systemach grzewczych. Edmund Wach Bałtycka Agencja Poszanowania Energii S.A.

ENERGETYCZNE WYKORZYSTANIE BIOGAZU

Część I. Obliczenie emisji sezonowego ogrzewania pomieszczeń (E S ) :

Dwie podstawowe konstrukcje kotłów z cyrkulującym złożem. Cyklony zewnętrzne Konstrukcja COMPACT

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA 1) z dnia 25 lipca 2011 r.

Specjalista w chłodnictwie, wentylacji i trójgeneracji Na rynku od 1989 roku.

Warszawa, dnia 14 czerwca 2016 r. Poz. 847 ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA 1) z dnia 8 czerwca 2016 r.

Metan z procesów Power to Gas - ekologiczne paliwo do zasilania silników spalinowych.

Paliwa alternatywne w polskiej energetyce doświadczenia technologiczne i szanse rozwojowe Projekt budowy bloku na paliwo alternatywne RDF

BEZTLENOWE OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW Z ZAKŁADU PRZETWÓRSTWA ZIEMNIAKÓW Z WYKORZYSTANIEM POWSTAJĄCEGO BIOGAZU DO PRODUKCJI PRĄDU, CIEPŁA I PARY

Polskie technologie stosowane w instalacjach 1-50 MW

Jak poprawić jakość powietrza w województwie śląskim?

energy do produkcji energii cieplnej i elektrycznej

PROJEKT INDYWIDUALNY MAGISTERSKI rok akad. 2018/2019. kierunek studiów energetyka

4. ODAZOTOWANIE SPALIN

Urządzenie do rozkładu termicznego odpadów organicznych WGW-8 EU

osadów ściekowych w Polsce Marek Jerzy Gromiec Wyższa Szkoła Ekologii i Zarządzania

Kocioł na biomasę z turbiną ORC

Opracował: mgr inż. Maciej Majak. czerwiec 2010 r. ETAP I - BUDOWA KOMPLEKSOWEJ KOTŁOWNI NA BIOMASĘ

NOWOCZESNE KOMORY SPALANIA BIOMASY - DREWNA DREWNO POLSKIE OZE 2016

Forum czystej energii Targi POLEKO Poznań listopada 2009r.

Dr inż. Andrzej Tatarek. Siłownie cieplne

Zużycie Biomasy w Energetyce. Stan obecny i perspektywy

PODSTAWOWE INFORMACJE DOTYCZĄCE WDRAŻANIA INSTALACJI BIOGAZOWYCH W POLSCE

klasyfikacja kotłów wg kryterium technologia spalania: - rusztowe, - pyłowe, - fluidalne, - paleniska specjalne cyklonowe

Biogazownie w energetyce

Osady ściekowe jako substraty dla nowych produktów. Prof. dr hab. inż. Małgorzata Kacprzak

Spalarnia. odpadów? jak to działa? Jak działa a spalarnia

TECHNIKI ORAZ TECHNOLOGIE SPALANIA I WSPÓŁSPALANIA SŁOMY

Co możemy zmienić: rola biorafinerii w rozwoju gospodarki cyrkulacyjnej

Instytut Maszyn Przepływowych im. R. Szewalskiego Polskiej Akademii Nauk Wysokotemperaturowe zgazowanie biomasy odpadowej

Transkrypt:

Energetyczne zagospodarowanie osadów ściekowych w powiązaniu z produkcją energii elektrycznej Maria Bałazińska, Sławomir Stelmach

Problem zagospodarowania osadów ściekowych * wg GUS 2/24

Ogólna charakterystyka osadów ściekowych Najważniejsze cechy charakteryzujące osady ściekowe to: uwodnienie, zmieniające się od ponad 99% dla osadów surowych, poprzez ~55 80% w przypadku osadów odwodnionych, do mniejszego niż 10% dla osadów wysuszonych termicznie, wysoka zawartość związków organicznych podatnych na biodegradację (od ~75% s.m. dla osadów surowych do ~45 55% s.m. dla osadów ustabilizowanych), wysoka zawartość związków azotu (~2 7% s.m.) i fosforu (~1 5% s.m.) przy niższej zawartości potasu (~0,1 0,5% s.m.), zróżnicowana zawartość metali ciężkich (zależna od rodzaju oczyszczanych ścieków), zróżnicowany stopień zagrożenia sanitarnego (największy dla osadów surowych wstępnych, najmniejszy dla osadów ustabilizowanych i higienizowanych). 3/24

wartość opałowa [kj/kg s.m.] Wartość opałowa komunalnych osadów ściekowych* 35000 30000 25000 Osady surowe 20000 15000 Osady przefermentowane 10000 5000 4/24 0 * wg Lurgi 0 20 40 60 80 100 udział części palnych w suchej masie [%]

Porównanie podstawowego składu frakcji organicznej i zawartości popiołu w osadach ściekowych ze składem naturalnych paliw stałych podstawowy skład frakcji organicznej zawartość popiołu C H O 0 50 100% 0 5 10% 0 50 100% 0 50 100% osady ściekowe drewno torf węgiel brunatny węgiel kamienny antracyty 5/24

Charakterystyka procesów termicznych SPALANIE Ogrzewanie bezpośrednie poprzez bezpośrednie spalanie paliwa PODSTAWOWY PRODUKT: energia ZGAZOWANIE Ogrzewanie bezpośrednie poprzez częściowe spalanie paliwa PODSTAWOWY PRODUKT: gaz średnio/niskokaloryczny PIROLIZA Ogrzewanie pośrednie spalinami ze spalania paliwa - bezprzeponowo spalinami lub energią elektryczną - przeponowo SUROWIEC Nadmiar powietrza SUROWIEC Niedomiar powietrza SUROWIEC SPALINY POPIÓŁ GAZ POPIÓŁ GAZ OLEJE KARBONIZAT 1 0 WSPÓŁCZYNNIK NADMIARU POWIETRZA PODSTAWOWY PRODUKT: wysokokaloryczny gaz i karbonizat 6/24 Brak powietrza CIEPŁO

Spalanie/współspalanie Jedną z najważniejszych barier dla zagospodarowania osadów ściekowych poprzez ich współspalanie w istniejących elektrowniach i elektrociepłowniach jest ich formalny status są one odpadem, a nie paliwem Proces spalania i współspalania komunalnych osadów ściekowych jest procesem termicznego przekształcania odpadów Instalacja w której prowadzony jest proces współspalania komunalnych osadów ściekowych musi spełniać wymagania dla współspalarni odpadów 7/24

Spalanie/współspalanie Zaletą zagospodarowania osadów ściekowych poprzez spalanie/współspalanie jest ich formalny status są one biomasą w sensie rozliczeń energii elektrycznej pochodzącej ze źródeł energii odnawialnej. Osady ściekowe są czystą biomasą w sensie definicji zawartej w Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 12 września 2008 w sprawie sposobu monitorowania wielkości emisji substancji objętych wspólnotowym systemem handlu uprawnianiami do emisji. Powyższe fakty mogą zapewnić podmiotowi prowadzącemu spalanie/współspalanie osadów ściekowych dodatkowe korzyści ekonomiczne. 8/24

Współspalanie osadów ściekowych w kotłach pyłowych Typowy układ dozowania wysuszonych osadów ściekowych w elektrowniach niemieckich Współspalanie osadów ściekowych prowadzone jest w krajach Europy zachodniej równolegle z innymi termicznymi sposobami utylizacji osadów w wielu elektrowniach, przede wszystkim w Niemczech, Belgii i Holandii. Wśród niemieckich elektrowni spalających ponad 10 tys. Mg s.m. osadów ściekowych rocznie można wymienić elektrownie Duisburg H. Stadtwerke, Franken II Bayernwerke, Heilbronn EnBW, Weiher II SaarEnergie, czy Zolling Bayernwerke. Stosowane w tych elektrowniach dodatki osadów ściekowych nie przekraczają 10% masowych 9/24

Współspalanie osadów ściekowych - potencjalne problemy Wzrost ilości popiołu Lp. Udział energetyczny węgiel/osad Osad, kg/h Węgiel kamienny, kg/h Popiół wejście, kg/h Popiół w cyklonie, kg/h Popiół w filtrze, kg/h Suma (popiół wyjście), kg/h 1 100/0 0 27,6 0,8 0,7 0,05 0,75 2 85/15 10,5 18,9 6,0 4,6 0,3 4,9 3 75/25 18,3 16,5 9,5 5,8 0,4 6,2 J.Werther, T.Ogada: Sewage sludge combustion. Progress in Energy and Combustion Science 25 (1999) 55 116. 10/24

Współspalanie osadów ściekowych - potencjalne problemy Wzrost emisji SO 2 Wzrost emisji NO J.Nadziakiewicz, M.Kozioł: Co-ombustion of sludge with coal. Applied Energy 75 (2003) 239-248. 11/24

Współspalanie osadów ściekowych - potencjalne problemy Wzrost emisji metali ciężkich Hg Cd cyklon filtr workowy filtr workowy cyklon złoże złoże L.-E.Amand, B.Leckner: Metal emissions from co-combustion of sewage sludge and coal/wood in fluidized bed. Fuel 83 (2004) 1803 1821 12/24

Współspalanie osadów ściekowych - potencjalne problemy Żużlowanie i zanieczyszczanie powierzchni ogrzewalnych kotła Pokład rusztowy kotła OR-32 po sezonie eksploatacji przy współspalaniu osadów ściekowych (widoczne miejsca przepalenia) Narosty w części ściany bocznej kotła po miesięcznej eksploatacji kotła rusztowego OR-32 przy współspalaniu osadów ściekowych 13/24

Zgazowanie Proces termochemicznej, utleniającej przemiany paliwa stałego (rzadziej ciekłego) w gazowy nośnik energii (gaz palny) Proces zgazowania może być w uproszczony sposób przedstawiony za pomocą następujących równań chemicznych: C + O 2 = CO 2 + ciepło (reakcja egzotermiczna) C + H 2 O(para) = CO + H 2 (reakcja endotermiczna) C + CO 2 = 2CO (reakcja endotermiczna) C + 2H 2 = CH 4 (reakcja endotermiczna) CO + H 2 O = CO 2 + H 2 (reakcja egzotermiczna) CO + 3H 2 = CH 4 + H 2 O (reakcja egzotermiczna) 14/24

Główne typy reaktorów Proces zgazowania prowadzony jest w generatorach gazu. Urządzenia te ze względu na rodzaj złoża można podzielić na: reaktory ze złożem stałym (ang. fixed bed gasifiers), reaktory ze złożem fluidalnym (ang. fluidised bed gasifiers), reaktory strumieniowe (ang. entrained bed gasifiers). ZŁOŻE STAŁE t=800 1100 C p=1 10 MPa PALIWO 3 30mm ZŁOŻE FLUIDALNE t=800 1100 C p=1 2,5 MPa GAZ ZŁOŻE STRUMIENIOWE t=1500 1900 C p=2,5 4 MPa GAZ GAZ PALIWO 0,1mm PALIWO 0,1mm PARA + O 2 PALIWO 1 5mm PARA + O 2 PARA + O 2 PARA + O 2 PARA + O 2 POPIÓŁ POPIÓŁ ŻUŻEL 15/24

Podział reaktorów ze złożem stałym Reaktory ze złożem stałym (rozwinięte dla zgazowania biomasy), w zależności od kierunku przepływu paliwa i czynnika procesowego, można podzielić na: przeciwprądowe (górnociągowe), współprądowe (dolnociągowe), współprądowe z otwartym rdzeniem, krzyżowo-prądowe. PALIWO GAZ PALIWO SUSZENIE PIROLIZA ZGAZOWANIE UTLENIANIE POWIETRZE SUSZENIE PIROLIZA UTLENIANIE ZGAZOWANIE POPIÓŁ POWIETRZE POPIÓŁ GAZ reaktor przeciwprądowy reaktor współprądowy 16/24

Zakresy mocy cieplnych reaktorów zgazowania Typy reaktorów stosowane w procesie zgazowania biomasy złoże stałe współprądowe złoże stałe przeciwprądowe 0,1 1,0 0,5 5,0 złoże fluidalne pęcherzykowe (BFB) złoże fluidalne cyrkulujące (CFB) 5,0 50 10 100 0,1 1 10 100 moc termiczna reaktorów zgazowania, MW t 17/24

Generator gazu GazEla (60kW t ) 18/24 Typ: innowacyjny generator gazu ze złożem stałym (GazEla) Lokalizacja: IChPW Centrum Czystych Technologii Węglowych, Zabrze Skala: pilotowa (moc w paliwie: 60 kw t ) Status: zakończona faza badań technologicznych

Gaz ze zgazowania biomasy vs inne gazy Rodzaj gazu Wartość opałowa (zależna od rodzaju paliwa, typu reaktora ), MJ/Nm 3 Wodór 10,78 Metan 35,89 Propan 93,60 Gaz ze zgazowania biomasy: Powietrzem Parą wodną Tlenem 3 9 12 18 10 15 Gaz koksowniczy 16,49-19,21 Biogaz 20 32 Gaz wysypiskowy 17 20 19/24

Turbina a silnik gazowy Moc elektryczna Zalety Wady Silnik gazowy 30-1000kW - szeroki zakres mocy elektrycznej, - wysoka sprawność wytw. en.el., - możliwość stosowania różnych paliw. - duży strumień ciepła niskotemperaturowego, - duże gabaryty, mały stosunek mocy do masy, - konieczność chłodzenia, - hałas wymagający osłon ak. Turbina gazowa 500-4000kW - małe rozmiary, - elastyczność pracy, czas rozruchu, - wysoka niezawodność i dyspozycyjność, - brak konieczności chłodzenia zewn. - zależność mocy i sprawności od temp. otoczenia, - niska sprawność wytw. en. el., - znaczny wpływ obciążenia na sprawność, - konieczne osłony akustyczne. 20/24

Koncepcja produkcji energii elektrycznej oraz ciepła z wykorzystaniem procesu zgazowania osadów ściekowych Główne zalety technologii zgazowania osadów ściekowych : rozwój energetyki rozproszonej: lokalny wytwórca lokalny odbiorca, zwiększenie udziału OZE w bilansie energetycznym kraju, wykorzystanie lokalnych zasobów. 21/24

Koncepcja zagospodarowania komunalnych osadów ściekowych z wykorzystaniem zgazowania Zapotrzebowanie na en.el oczyszczalni w pełnym cyklu zagospodarowania osadów 0,65 MW (układ dostarcza 0,75MW, co stanowi 115%) Średnioroczne zapotrzebowanie na ciepło w oczyszczalni w pełnym cyklu zagospodarowania osadów 1,1 MW (zapewniamy 1,3 MW, co stanowi 118%) mieszanina spalin i powietrza powietrze gorące powietrze powietrze z otoczenia (wentylator) spaliny 0,3 MW 2. osady ściekowe en.chem. 1,07MW masa sucha 80%, wilgoć 20% generator gazu popiół 3. gaz procesowy instalacja chłodzenia gazu powietrze z otoczenia (wentylator) 4. gaz procesowy woda instalacja oczyszczania gazu 5. gaz procesowy Agregat prądotwórczy (silnik tłokowy) energia elektryczna 0,2 MW 0,2 MW Suszarka (rzeczyw.zap.na ciepło do suszenia 0,75MW) energia elektryczna Mieszanina spalin i powietrza wraz z oparami 0,15 MW 1. osady ściekowe 1,02 t/h, masa sucha 30% wilgoć 70% Odwadniacz woda poosadowa 0. osady ściekowe masa sucha 18,2% wilgoć 81,8% wirówki biogaz 1,5 MW fermentacja agregaty prądotwórcze energia elektryczna 0,55 MW ciepło 0,7 MW oczyszczalnia ścieków ciepło 0,4 MW ścieki energia elektryczna 0,1 MW ciepło 0,2 MW 22/24

Podsumowanie Koncepcja zagospodarowania osadów ściekowych z wykorzystaniem układu zgazowania pokrywa energetyczne zapotrzebowanie oczyszczalni ścieków. Przeszkodą w energetycznym wykorzystaniu osadów ściekowych może być fakt, iż proces ten jest procesem przekształcania termicznego odpadów. Zaletą natomiast jest status osadów ściekowych klasyfikowanych jako biomasa o zerowym współczynniku emisji CO 2 oraz w sensie rozliczeń energii elektrycznej pochodzącej ze źródeł energii odnawialnej. 23/24

Dziękuję za uwagę dr inż. Sławomir Stelmach sstel@ichpw.zabrze.pl mgr inż. Maria Bałazińska mbalazinska@ichpw.zabrze.pl 24/24