Energetické využití komunálního odpadu

Transkript

1 Energetické využití komunálního odpadu ELEN 2012, České vysoké učení technické v Praze, Fakulta elektrotechnická, Praha, Alpiq Generation (CZ) s.r.o.

2 Hlavní témata prezentace 1. Energetické využití nerecyklovatelných složek odpadů 2. Komunální odpad místo na skládky do kotlů, místo uhlí TAP či SAF (RDF, Ersatzstoff atd.) 3. Zařízení v italské Corteoloně příklad uzavřeného cyklu zpracování odpadu a jeho energetického využití 4. Lomellina I a II jiný příklad uzavřeného cyklu zpracování odpadu a jeho energetického využití s použitím fluidní spalovací technologie 5. Přínos společnosti Alpiq Generation (CZ) s.r.o. k řešení daného úkolu 6. Závěr - shrnutí

3 Energetické využití nerecyklovatelných složek odpadů Energetické využití odpadů je velice efektivní neboť dochází k využití energetického obsahu materiálu, tj. latentního, chemicky vázaného tepla, které by jinak zůstalo nevyužito či naopak působilo negativně (samovolný rozklad) Podstatně se omezují nároky na uskladnění finálních zbytků (popelovin) oproti původnímu stavu Vhodnou předúpravou (separace nebezpečných složek ze směsných odpadů atd.) lze podstatně omezit rizika případných úniků do životního prostředí Přepracované a předupravené odpady, resp. z nich vzniklá alternativní paliva lze spalovat za určitých podmínek ve standardních energetických zařízeních Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

4 Komunální odpad jeden z potenciálních zdrojů energie V současné době nabývá na významu potřeba likvidace tzv. směsného komunálního odpadu v současnosti vyváženého na skládky, dle nového zákona o odpadech dojde k jejich redukci Jedná se o velká množství (dle odhadů prováděných v rámci studií z MŽP se jedná až o 6 miliónů tun v rámci ČR po roce 2020), tj. při odhadované výhřevnosti kolem 6 až 10 GJ/t cca 36 až 60 PJ tepla v palivu Existují v zásadě dvě cesty jak s nerecyklovatelným odpadem naložit (mimo skládky) spalovat přímo ve spalovnách nebo odpad upravit a spalovat v běžných energetických zařízeních jako dodatkové palivo (např. náhrada biomasy při spoluspalování atd.) Spalování ve spalovnách je investičně i provozně nákladné (odhadované nutné náklady včr na spalovny cca 20 až 50 mld. Kč, nutnost přitápět ZP při spalování atd.) Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

5 Komunální odpad jeden z potenciálních zdrojů energie Na komunální odpad je proto třeba pohlížet jako na druhotnou surovinu, která může skutečně v energetických zařízeních nahradit část fosilního paliva a navíc při spoluspalování s uhlím vést ke snížení celkových nákladů na likvidaci Vhodnou úpravou drcení, vysušení biologická stabilizace, separace nebezpečných složek, zbytkových kovů, inertních materiálů (sklo, kamenina atd.) atd. ze směsných odpadů lze získat materiály alternativní palivo s vlastnostmi blízkými uhlí Přepracováním dochází k podstatné redukci původní hmoty, po spálení v energetickém zařízení zbývá cca 5 až 8 % popelovin, zbytek je buďto dále recyklován a nebo se jedná o vodu která je po vyčištění vypuštěna do vodoteče Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

6 Příklad parametrů vstupního odpadu a TAP něj vzniklého (SRN Osnabrűck, 2005) vstupy: Vstupní složení směsného komunálního odpadu Složka Obsah % Bioodpad (slupky, natě atd.), odpad ze zeleně 29 Papír 14 Inertní frakce (kamenina, porcelán atd.) 8 Sklo 7 Kompozitní materiály 7 Plasty 6 Sanitární odpad (vata, použité vložky, pleny atd.) 6 Kovy 4 Pryž 3 Dřevo 2 Ostatní (blíže nedefinované) 9 Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

7 Příklad parametrů vstupního odpadu a TAP něj vzniklého (SRN Osnabrűck, 2005) výstup (základní parametry): Výstupní složení tuhého alternativního paliva po úpravě MBU Parametr Jednotka Výhřevnost kj/kg Obsah popela 17,2 % Obsah vody 10,3 % Max. velikost zrna 50 mm Obsah síry 0,131 % Obsah chlóru 0,538 % Obsah sodíku mg/kg Obsah draslíku mg/kg Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

8 Příklad parametrů vstupního odpadu a TAP něj vzniklého (SRN Osnabrűck, 2005) výstup (obsah těžkých kovů): Výstupní složení tuhého alternativního paliva po úpravě MBU Kov Jednotka Arsen (As) 2,0 mg/kg Olovo (Pb) 85 mg/kg Kadmium (Cd) 22 mg/kg Chróm (Cr) 44 mg/kg Kobalt (Co) 3,7 mg/kg Měď (Cu) 95 mg/kg Nikl (Ni) 25 mg/kg Rtuť (Hg) 0,420 mg/kg Berylium (Be) < 1 mg/kg Thalium (Th) < 0,5 mg/kg Selén (Se) < 1 mg/kg Zinek (Zi) 710,000 mg/kg Antimon (St) 5,800 mg/kg Vanad (V) 3,100 mg/kg Mangan (Mn) 200 mg/kg Cín (Sn) 16 mg/kg Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

9 Zařízení v italské Corteoloně příklad uzavřeného cyklu zpracování odpadu a jeho energetického využití V jedné lokalitě se nalézá zařízení na přepracování směsného komunálního odpadu o výkonu cca 100 kt/rok (MBU) a energoblok pro spalování RDF Pro spalování je využita standardní fluidní technologie Kondenzační blok má elektrický výkon 8,7 MWe (kotel o parním výkonu cca 50 t/h) Spotřeba paliva cca 7,5 t/h, ročně t. Tato jednotka tedy ušetří asi tun uhlí ročně. Z hlediska emisí do ovzduší a ukládky popelovin není horší než uhelné. Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

10 Závod na přepracování odpadu v Corteoloně (MBU) o kapacitě cca 100 kt směsného komunálního odpadu Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

11 Energoblok je v Corteoloně situován vedle provozu MBU Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

12 Lomellina I a II jiný příklad uzavřeného cyklu zpracování odpadu a jeho energetického využití s použitím fluidní spalovací technologie Jedná se o zařízení na zpracování komunálních odpadů o kapacitě tun/rok, s možností rozšíření na tun/rok Dovezený směsný odpad je přetříděn a předupraven, separovány dále využitelné složky a zbytek je použit jako palivo pro připojený energoblok Vlastní spalování RDF probíhá v podstatě v konvenčním fluidním kotli, přehřátá pára je zavedena do odběrově-kondenzačního turbosoustrojí Fluidní kotel je doplněn dodatečným odsířením (suchá metoda) a injektáží aktivního uhlí pro redukci emisí organických polutantů Mimo najetí kotel nevyžaduje žádné pomocné palivo, fluidní vrstva je stabilizována pomocí písku či ložového popele z normálního energetického kotle Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

13 Lomellina parametry zpracovávaného odpadu Vstupní složení směsného komunálního odpadu - L Složka Obsah % Papír a kartony 27,5 Plasty 13,5 Textil 3,5 Dřevo 3,5 Odpad z potravin 20,0 Odpad ze zahrad 7,5 Sklo 8,0 Kovy 3,5 Sanitární odpad (pleny, vložky atd.) 2,0 Podsítná směs (méně než 20 mm) 5,0 Ostatní (blíže nedefinované) 9,2 Výhřevnost (GJ/t) 9,2 Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

14 Lomellina parametry vyrobeného paliva pro fluidní kotel Výstupní složení tuhého alternativního paliva po úpravě MBU - L Parametr Jednotka Výhřevnost 10,5-16,7 GJ/t Obsah popela 3,7-17,3 % Obsah vody 3,7-17,3 % Max. velikost zrna % Obsah síry 0,131 % Obsah chlóru 0,7 max 1 % Obsah síry 0,1 max 0,25 % Inertní části max 5 % Kovy (žádné dráty) méně než 1 % Sklo méně než 1 % Kovový hliník, tj. fólie méně než 0,5 % Velikost částic méně než 90 mm Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

15 Lomellina principiální schema úpravy odpadu a energobloku Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

16 Lomellina generel úpravny a energobloku Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

17 Lomellina principielní schéma třídící linky TKO, příprava RDF Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

18 Lomellina princip CFB kotle pro energoblok Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

19 Lomellina II Detailní návrh CFB kotle dodavatel Foster Wheeler Parní výkon 75,9 MWt, p = 6,3 MPa, t = 443 deg. C, příkon 80,6 MWt Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

20 Lomellina - emise Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

21 Lomellina pohled na bloky I a II Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

22 Přínos společnosti Alpiq Generation (CZ) s.r.o. k řešení daného úkolu Alpiq Generation (CZ) se již několik let zabývá možnostmi nahradit část spalovaného hnědého uhlí jinými palivy a to převážně biomasou a tzv. TAPy s cílem šetřit primární zdroje surovin Již byly zahájeny prvotní studijní a projekční práce včetně laboratorních zkoušek. Nově stavěný blok č. 7 by měl mít možnost spalovat směsi uhlí + biomasa či uhlí + TAP bez jakýchkoliv dalších úprav Provedené laboratorní spalovací zkoušky se směsí HU + do 10 % TAP neprokázaly potenciální problémy s emisemi do ovzduší a parametry popelovin, víceméně potvrzují předpoklady týkající se očekávaných reakcí v kotli Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

23 Přínos společnosti Alpiq Generation (CZ) s.r.o. k řešení daného úkolu Koncentrace tuhých a plynných znečišťujících látek v suchém plynu za n.p. přepočtené na referenční obsah O2 6% c rsn [mg.m -3 ] vzorek 1 vzorek SO2 NOx CO TOC TZL Několik výsledků ze spalovacích zkoušek vzorek 1-TAP, vzorek 2 HU + TAP Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

24 Přínos společnosti Alpiq Generation (CZ) s.r.o. k řešení daného úkolu Koncentrace HCl a HF v suchém plynu za n.p. přepočtené na referenční obsah O2 6% c rsn [mg.m -3 ] vzorek 1 vzorek HCl HF Několik výsledků ze spalovacích zkoušek vzorek 1-TAP, vzorek 2 HU + TAP Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

25 Přínos společnosti Alpiq Generation (CZ) s.r.o. k řešení daného úkolu Koncentrace PCDD/F v suchém plynu za n.p. přepočtené na referenční obsah O2 6% 0,005 0,004 0,003 c rsn [ng.m -3 ] 0,002 vzorek 1 vzorek 2 0,001 0 PCDD/F Několik výsledků ze spalovacích zkoušek vzorek 1-TAP, vzorek 2 HU + TAP Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

26 Přínos společnosti Alpiq Generation (CZ) s.r.o. k řešení daného úkolu Koncentrace vybraných těžkých kovů v suchém plynu za n.p. přepočtené na referenční obsah O2 6 % 3,000 2,700 2,400 2,100 c rsn [mg.m-3] 1,800 1,500 1,200 vzorek 1 vzorek 2 0,900 0,600 0,300 0,000 Arsen Kadmium Kobalt Chrom Měď Mangan Nikl Olovo Antimon Thalium Vanad Rtuť Několik výsledků ze spalovacích zkoušek vzorek 1-TAP, vzorek 2 HU + TAP Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Běchovice, Praha,

27 Přínos společnosti Alpiq Generation (CZ) s.r.o. k řešení daného úkolu Spalovací zkoušky byly provedeny na laboratorním kotli bez jakéhokoliv zařízení k omezování emisí v reálné situaci energetického CFB kotle jsou samozřejmě emise SO 2, halogenů, TZL atd. omezovány odsířením, tkaninovým filtrem atd. Z výsledků nevyplývá zvýšení emisí organických látek (dioxinů) oproti spalování čistého HU Emise kovů jsou srovnatelné s uhlím s vyjímkou Pb (otázkou je zda se jedná všeobecný jev či zda byl pouze dotyčný vzorek kontaminován) Zvýšená koncentrace Cl je zřejmě způsobena přítomností PVC ve vzorku, v reálném procesu jsou však koncentrace Cl snižovány použitím CaO pro odsiřování Je zřejmé, že v principu se TAP chová podobně jako uhlí a nedochází zejména k nadměrné tvorbě organických sloučenin typu dioxinů Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

28 Přínos společnosti Alpiq Generation (CZ) s.r.o. k řešení daného úkolu Nový blok č. 7, CFB kotel Foster Wheeler s trasou na alternativní paliva (biomasa, TAP) Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

29 Přínos společnosti Alpiq Generation (CZ) s.r.o. k řešení daného úkolu Parametry doplňkového paliva z přepracovaného komunálního odpadu Prametr Jednotka Průměr Maximum Základní parametry Výhřevnost MJ/kg až 22 Celkový obsah vody % do 12 Obsah popelovin % 5 do 15 Teplota měknutí popela deg. C více než 1200 Velikost pelet mm 6 až 12 Analytické složení vysušeného paliva (váhová%) Uhlík, C % v suš. 56 Vodík, H % v suš. 7,4 Kyslík, O % v suš. rovn. stav. Dusík, N % v suš. 0,8 Síra, S % v suš. 0,3 do 0,6 Popeloviny % v suš. 5,5 Znečištění v suchém palivu (váhová%) Celkový obsah nefludizovatelných částic jako je keramika, porcelán, sklo atd. % v suš. 0 0 Železné kovy % v suš. - do 0,5 Sklo % v suš. - do 1,0 Kovový hliník, hlimíkové fólie % v suš. - do 0,5 Základní parametry paliva vyrobeného z kom odpadů pro kotel bloku č. 7 Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

30 Přínos společnosti Alpiq Generation (CZ) s.r.o. k řešení daného úkolu Parametry doplňkového paliva z přepracovaného komunálního odpadu Prametr Jednotka Průměr Maximum Obsahy znečišťujících prvků - Halogeny a alkálie Chlór, Cl % v suš 0,4 do 0,8 Síra, S % v suš 0,3 do 0,6 Fluór, F % v suš 0,007 do 0,015 Celkem alkalické kovy (Na + K) % v suš do 1,0 Obsahy znečišťujících prvků - Těžké kovy a organické sloučeniny Arsén, As mg/kg vs. do 4 do 5 Kadmium, Cd mg/kg vs. do 1 do 4 Kobalt, Co mg/kg vs. do 6 do 12 Chróm, Cr mg/kg vs. do 50 do 120 Měď, Cu mg/kg vs. do 100 do 350 Rtuť, Hg mg/kg vs. do 0,2 do 0,4 Mangan, Mn mg/kg vs. do 250 do 400 Nikl, Ni mg/kg vs. do 30 do 50 Olovo, Pb mg/kg vs. do 90 do 200 Antimon, Sb mg/kg vs. do 30 do 50 Cín, Sn mg/kg vs. do 30 do 70 Thalium mg/kg vs. do 1,0 do 1,1 Vanad, V mg/kg vs. do 10 do 25 Zinek, Zn mg/kg vs. do 150 do 500 PCP mg/kg vs. do 1,5 do 4 PCB mg/kg vs. do 2 do 10 Základní parametry paliva vyrobeného z kom odpadů pro kotel bloku č. 7 Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

31 Závěr - shrnutí Nerecyklovatelné odpady jsou potenciálním zdrojem druhotné energie, jejich spalování současně řeší problémy s jejich likvidací zmenšováním jejich objemu Směsný komunální odpad lze po úpravách spočívajících v doseparaci recyklovatelných složek, biologické stabilizaci, vysušení a nadrcení použít jako částečnou náhradu konvenčních tuhých paliv (uhlí) v energetických kotlích Vlastní proces spalování směsí uhlí s TAPy pravděpodobně neznečišťuje ovzduší více než spalování samotného uhlí na rozdíl od doposud šířeného dogmatu Pro úspěšnou realizaci tohoto typu projektů je třeba úzká spolupráce veřejného a soukromého sektoru, jedná se o celý řetězec od sběru odpadů přes jejich třídění, úpravy až po finální využití v energetickém zařízení Toto řešení může podstatně snížit společenské náklady na likvidaci odpadů Bude třeba věnovat zvýšenou pozornost vlastnostem popelovin. Alpiq Generation (CZ) s.r.o. EGÚ Praha, Běchovice,

32 Děkuji vám za pozornost Ing. Petr karafiát, tel ,