Spalování kalů Spalování kalů Rozlišovat pojmy - Spalování (suché spalování) Klasické hoření - Mokrá oxidace (mokré spalování), Vysoký tlak a teplota, bez plamene - Energetické využití kalů Obecnější, zahrnuje spalování i výrobu paliv (pyrolýza, zplyňování, produkce bioplynu) Spalování kalů
Fyzikální a chemické faktory ovlivňující spalování sušina a obsah organických látek výhřevnost termogravimetrická analýza přítomnost tuků nebo pěny Výhřevnost: Stanovení z elementárního složení kalu: Výhřevnost (MJ/kg org.suš.) = 32,810 C + 142,246 (H O/8) + 9,273 S kde C, H, O a S hmotnostní zlomek daného prvku v organické sušině. Stanovení z CHSK a TKN: Výhřevnost (MJ/kg org.suš.) = 13,7 CHSK + 19,0 TKN kde CHSK i TKN jsou vyjádřeny v kg/kg org.suš. CHSK kalů se obyčejně p v rozmezí 1,5 1,8 kgo 2 /kg org.suš. TKN 0,02 0,09 kg/kg org.suš. Typické hodnoty výhřevnosti kalů: Aktivovaný kal Primární kal Anaerobně stabilizovaný kal 20,7 24,4 MJ/kg org.suš. 23,3 27,9 MJ/kg org.suš. 22,1 24,4 MJ/kg org.suš.
Energetické využití kalů a odpadů Za energetické využití odpadů se spalování odpadů považuje pouze tehdy, jestliže: použitý odpad nepotřebuje po vlastním zapálení ke spalování podpůrné palivo a vznikající teplo se použije pro potřebu vlastní nebo dalších osob, nebo odpad se použije jako palivo nebo jako přídavné palivo v zařízeních na výrobu energie nebo materiálů za podmínek stanovených právními předpisy o ochraně ovzduší. "incineration" = spalování za účelem zbavení se spalovaného materiálu a "combustion" = spalování převážně za účelem využití tepelného obsahu spalovaného materiálu. Pro spalování kalů je důležité jeho složení, resp. jeho výhřevnost a spalné teplo. Typické složení organického podílu ve splaškových kalech: Elementární analýza organického podílu kalu Primární kal Přebytečný kal Směsný kal Anaer.stabil izovaný kal (%) (%) (%) (%) C 60,0 53,0 57,0 67,0 H 7,5 7,0 7,0 5,0 O 28,0 30,5 30,0 25,0 N 3,0 9,0 5,0 2,2 S 1,5 0,5 1,0 0,8 Celkem 100 100 100 100 Odvodněný anaerobně stabilizovaný kal Suché hnědé uhlí Vysušený kal komunálních ČOV Obsah vody (hm. %) 11,0 15,0 2,0 10,0 Obsah popelu (hm. %) 4,0 20,0 30,0 Těkavé látky (hm. %) 42,0 44,0 20,0 50,0 Výhřevnost kj/kg 21 200 8 000 12 000 Uhlík (hm. %) 56,0 58,8 20,0 30,0 Vodík (hm. %) 4,2 4,3 1,5 5,0 Kyslík (hm. %) 20,0 21,0 8,0 16,0 Dusík (hm. %) 0,6 0,7 1,0 5,0 Síra (hm. %) 0,35 1,0 2,0 Průměrná výhřevnost sušiny odvodněného surového kalu je cca 14,8 MJ/kg při ztrátě žíháním 64,1 %. Výhřevnost organického podílu 23,1 MJ/kg.
Pro anaerobně stabilizovaný kal ÚČOV Praha byly naměřeny tyto hodnoty: Označení vzorku sušený stab. kal 2002 odvodněný stab. kal 2002 jednotka sušina při 105 C 95,3 34 % popel 48,50 55,05 % hm. suš. vlhkost (voda) 4,7 66 % hořlavina celkem 51,50 44,95 % hm. suš. hořlavina prchavá 43,91 39,03 % hm. suš. výhřevnost 11,88 11,67 MJ/kg suš. spalné teplo 11,82 4,15 MJ/kg Spalování kalů je možné uskutečnit v různých zařízeních: přímé spalování speciální spalovny odvodněného (sušeného) surového, resp. stabilizovaného kalu spoluspalování spalovny TKO teplárny a elektrárny cementárny (pro spalování usušeného kalu jsou nejvhodnější) Spalování kalů je možné uskutečnit v různých zařízeních: Z investičního hlediska je vhodná metoda spoluspalování odvodněných kalů v teplárnách a elektrárnách. Protože se používá pouze odvodněný kal, je možný se pouze malý přídavek kalu do spalovaného uhlí. Obvykle se používá množství kalu do 5 % spotřeby uhlí, protože takto malý přídavek odvodněného kalu nesníží teplotu hoření. Pro spalování odvodněných kalů se doporučují fluidní kotle sčištěním spalin.
Pravidlo 3T, (turbulence, temperature, time) Tento požadavek je v ČR legislativně upraven a to následujícím způsobem: zajistí se dostatečná doba setrvání spalovaného odpadu ve spalovacím prostoru k dokonalému vyhoření, že škvára a popel po spálení odpadu obsahuje méně než 3 % celkového organického uhlíku nebo ztráta žíháním je menší než 5 % hmotnosti suchého materiálu. na nejmenší možnou míru se potlačí obtěžování zápachem. V zásobníku odpadu spaloven komunálního odpadu se trvale udržuje podtlak a odsávaný vzduch se přivádí do ohniště. plyn vznikající při procesu se za posledním přívodem spalovacího vzduchu řízeným způsobem ohřeje ve všech místech profilu toku spalin, na teplotu nejméně 850 C po dobu nejméně 2 sekund, pokud se spaluje nebezpečný odpad s obsahem halogenovaných organických sloučenin vyšším než 1 %, odpadní plyn se ohřeje na teplotu nejméně 1100 C po dobu nejméně 2 sekund každá linka spalovny má alespoň jeden pomocný hořák, který automaticky udržuje teplotu ve spalovací komoře za posledním přívodem spalovacího vzduchu na hodnotě 850 C nebo 1100 C PRINCIP METODY SPOLUSPALOVÁNÍ KALŮ Spoluspalování čistírenských kalů především na hnědouhelných elektrárnách nebo teplárnách je ekologický a finančně výhodný způsob likvidace odvodněných kalů. Výhodnost tohoto způsobu spočívá v několika skutečnostech: pro bezprostředně navazující proces spalování postačuje mechanické odvodnění kalu na sušinu 25 % moderní technika použitá na odsíření spalin obvykle postačuje na dodržení limitních hodnot spalin i při spoluspalování kalů meziuložení, přeprava a dávkování kalů do kotle vyžaduje instalaci pouze několika nových zařízení na elektrárně bez vynaložení neúměrně vysokých investičních nákladů náklady na odstranění zbytku po spalování kalů a z čištění spalin (energosádrovec, přebytečná voda z vápenných vypírek) se zvyšují pouze minimálně, protože zařízení je již vybudováno zvýšení personálních nákladů je pouze minimální, nárůst obsluhy je pouze na příjmu kalů Výhoda spoluspalování kalů s kvalitnějšími palivy spočívá ve vysoké tepelné účinnosti za předpokladu, že složení spalovaných kalů je obdobné jako složení hlavního paliva - uhlí. Teplota spalování v topeništi a obvykle delší doba setrvání plynu v topeništi umožňují dosažení prakticky úplné tepelné degradace kalu při dodržení všech ekologických požadavků. Z teoretického hlediska lze použít spoluspalování kalů do cca 10 % k spalovanému hlavnímu palivu - uhlí. Obvykle se však nepřekračuje 5 % podíl.
Pro větší jednotky spaloven se vyplatí zpětné využití energie ve formě páry o parametrech (tlak 3 až 10 MPa a teplota 350 až 500 C). Páru těchto parametrů lze využívat k výrobě elektrické energie pomocí turbín. Provozní náklady cca 4600 Kč/t sušiny spalovaného usušeného kalu, 1200 Kč/t v případě odvodněného kalu. Provozní náklady zahrnují náklady na energie, chemikálie, obsluhu, odpisy a likvidaci zbytkového tuhého podílu po spalování kalů. Spaliny ze spalování kalů je nezbytné zbavit škodlivých příměsí před jejich vypuštěním do atmosféry. Spaliny nutnost čištění Z hlediska ochrany čistoty ovzduší hlavní důraz je kladen na emise následujících látek: tuhéčástice ( prach, popílek), suchými nebo mokrými způsoby odstraňování, limit 10 mg/nm 3 oxid uhelnatý, nedokonalé spalování, dodatečné spalování, adsorpce těkavé kovy a jejich sloučeniny, těkavost klesá vřadě: Hg, As, Cd, Zn, Pb, Cu organické látky obyčejně vyjádřené jako TOC, těkavé produkty nedokonalého spalování, kyselé sloučeniny (HCl, NO x, SO 2 ) mokrá vypírka nebo na náplňové absorpční koloně za použití alkálií Čištění spalin Z hlediska ochrany čistoty ovzduší hlavní důraz je kladen na emise následujících látek: tuhéčástice ( prach, popílek) oxid uhelnatý těkavé kovy a jejich sloučeniny organické látky (obyčejně vyjádřené jako TOC), těkavé produkty nedokonalého spalování kyselé sloučeniny (HCl, NOx, SO 2 )
Čištění spalin Prvním úkolem je ochlazení spalin (většina těkavých látek zkondenzuje) Tuhé částice. Jejich produkce závisí na podmínkách spalování. Nejvyšší produkce z fluidních pecí. Suché nebo mokré způsoby odstraňování pod hodnotu 10 mg/nm3 SO2 a HCl. Mokrá vypírka společná s vypíráním tuhých částic, nebo náplňové absorpční kolony za použití alkálií. U fluidních pecí možno přidávat alkálie přímo do pece (CaO, CaCO3). Limity pod 25 (50) mg/nm3 SO2 a 5 (10) mg/nm3 pro HCl. Čištění spalin NOx. Jejich vznik závisí na teplotě spalování, distribuci vzduchu a obsahu dusíkatých látek ve spalovaném kalu. Hlavní mechanizmus tvorby NOx je oxidace dusíku při teplotách nad 1100 C a oxidace dusíku z organických látek. Zabránění vzniku: nižší teplota splování, vstřikování močoviny nebo amoniaku do pece. Požadovaná hodnota pod 15 mg/nm3 Organické látky (zápach). Důsledek závady ve spalování. Odstranění dodatečné spalování, adsorpce (aktivní uhlí, silica gel, aj.). Limit 10 mg/nm3 Těžké kovy. Jejich emise závisí na jejich těkavosti, teplotě spalování a přítomnosti chemických látek s nimiž tvoří těkavé sloučeniny. (Cd, Zn, Pb. Cu). Těkavost klesá v řadě: Hg, As, Cd, Zn, Pb, Cu. Čištění spalin
Velikost emisí spalovny kalů musí být v souladu s emisními limity dle direktivy 200076//EC a především legislativy platné včr. Limity emisí do ovzduší dle NV č.354/2002 Sb (průměrné denní hodnoty) parametr Rozměr Spalování odpadu tuhé znečišťující látky celkem (TZL) mg/m 3 10 Organické látky v plynné fázi vyjádřené celkovým obsahem organického uhlíku (TOC) mg/m 3 10 Plynné sloučeniny chloru vyjádřené jako HCl mg/m 3 10 Plynné sloučeniny fluoru vyjádřené jako HF mg/m 3 1 Oxid siřičitý mg/m 3 50 Oxid dusnatý a dusičitý vyjádřené jako NO 2 mg/m 3 200 Riziko emisí těžkých kovů Sloučenina Teplota varu ( C) Sloučenina Teplota varu ( C) As 2 O 3 193 MoCl 5 268 BeCl 2 520 NiCl 2 973 Cd 767 PbBr 2 918 Cd(NO 3 ) 2 4H 2 O 132 PbCl 2 954 FeCl 3 315 SeO 2 317 FeCl 3 6H2O 280 SnCl 2 623 Hg 357 VCl 4 148,5 HgBr 2 322 Zn 907 HgCl 383,7 ZnBr 2 650 HgCl 2 304 ZnCl 2 732 Likvidace popílku - surovina pro stavbu silnic - surovina pro výrobu betonu - těžba cenných surovin P apod. - skládkování
Typy spalovacích zařízení etážové pec rotační pec fluidní pec plazmový reaktor Etážová pec Používaná od začátku sedmdesátých, v devadesátých letech vytlačena fluidní technologií. Charakteristika: Válcovitý svislý reaktor, průměr 2-8 m; Počet etáží 4-14; Dávka kalu: 30-60 kg mokrého kalu/ m2/ h; Potřeba vzduchu: 100-120% přebytek; protiproud; Tři zóny: sušící zóna, v horní části peci, teplota plynu cca 400 C spalovací zóna, střední a dolní část peci, teplota plynu a spalovaného materiálu 850-900 C zóna popela, nejnižší část peci teplota vzduchu i popela obvykle <200 C Etážová pec
Etážová pec Výhody: Flexibilní vzhledem ke kvalitě spalovaného materiálu a zatížení Malá spotřeba přídavného paliva. Mnoho referencí Nevýhody: Možné problémy se zápachem a emisemi z důvodu nízké teploty spalin Potřeba nadbytku vzduchu Vysoké investiční i provozní náklady (poruchovost, mnoho pohyblivých součástí) Potřeba přídavného dohořívacího hořáku Dlouhá doba potřebná k dosažení ustálených podmínek Provoz Udržovat konstantní rychlost dávkování kalu Spalovací zóna na 3-4 etáži Časté poruchy na hrablech Kontrola a řízení Teplota etáží Teplota spalin Obsah kyslíku ve spalinách Rychlost proudění vzduchu Rychlost otáčení hrablí Rotační pec Charakteristika: Mohutný ležatý válec (sklon 2-3%) Rychlost rotace - 0,25-1,5 otáček za minutu Potřeba vzduchu - 100-200% přebytek Provoz Objem kalu v peci pod 10% celkového objemu pece Doba zdržení 1-2 hodiny (závisí na rychlosti rotace) Rychlost prodění vzduchu 2-6 m/s, doba zdržení 1-3 s Proudění vzduchu (závisí na výhřevnosti spalovaného kalu) Protiproud pro mokrý kal (pod 30% sušiny), spalné teplo nad 3,5 MJ/kg kalu Souproud výhodný pro snížení jemných prachových částic ve splainách Rotační pec
Rotační pec Rotační pec Výhody Flexibilní vzhledem ke kvalitě spalovaného materiálu Možnost tavení popela Nevýhody Vysoké investiční a provozní náklady Potřeba přídavného dohořívacího hořáku Potřeba vysokého přebytku vzduchu Prašnost a úniky plynů (špatná těsnost) Nesnadná kontrola a řízení Potřeba velké plochy Fluidní pec Vertikální kolona s fluidním pískovým ložem, fluidace vzduchem, který je vháněn přes distributor ve spodníčásti pece. Teplota 750 C. S přímým průtokem vzduchu, nebo recirkulační. Charakteristika Průměr lože 3-6 m (někdy až 8m) Průměr horníčásti 3,5-7,0 m (někdy až 10 m) Výška - 6-10 m Rychlost dávkování 150-300 kg/m 2 /h Přebytek vzduchu 40-60% Ztráty tepla 4% z vyvinutého tepla Expanze lože 2-3 násobek klidového objemu Rychlost vzduchu v loži 1,0-1,4 m/s Rychlost v horníčásti 0,7-1,1 m/s Teplota lože 750 C Teplota v horníčásti 850 C Tlak u dna 120-130 kpa
Fluidní kotle Fluidní lože je tvořeno křemičitým pískem. Udržení expanze pískového lože je proudem vháněného vzduchu. Do fluidního lože písku je čerpán odvodněný kal, který se zde suší v důsledku vysoké teploty písku a rovněž se dezintegruje působením turbulence pískového lože. Dále zde dochází k uvolnění těkavých látek, které rychle dosahují zápalné teploty a hoří. Postupně tak dochází k pyrolýze usušeného kalu a tím i k spálení celého organického podílu kalu. Lehčí anorganický podíl odchází ve spalinách, zatímco případný těžší podíl a větší, nespalitelné inertní kusy propadají skrz fluidní pískové lože a jsou odstraňovány ze dna kotle spalovny. Fluidní pec Fluidní pec Výhody Snadnéřízení provozu a vysoká adaptabilita vůči kvalitě spalovaného kalu a způsobu provozu. Odolnost vůči šokovému zatížení a změnám obsahu sušiny kalu možnost spalování i zasolených kalů. Vysoká účinnost spalování, velká tepelná kapacita a homogenní teplota lože pískového fluidního lože. Inertní popel a minimální připékání popela méně problémů s emisemi, nízká tvorba NOx a těkavých sloučenin kovů Nízká teplota spalování, minimální množství přídavného paliva Malá potřeba plochy Vysoká spolehlivost Nevýhody Nebezpečí spékání popela a písku v případě přítomnosti solí s nízkým bodem tání.
Fluidní pec Provoz Může být provozována i diskontinuálně Musí se pečlivě dodržovat rychlost vzduchu ve fluidním loži. Vysoká rychlost větší vynášení tuhých částic, nebezpečí nedostatečného spálení těkavých látek Zrnitost písku 0,1-1,0 mm
Fluidní spalovna Pyrofluid Produkt výzkumu skupiny Veolia Fluidní spalovna Pyrofluid Účinky procesu: V procesu dochází k úplnému spálení organického podílu, který je v kalu obsažen. Těžké kovy, které kaly obecně obsahují, jsou ze spalin odstraněny při procesu jejich čištění. Zisk tepla z procesu chlazení spalin je okolo 70 %. Procesy spalování odpovídají požadavkům evropských direktiv, především směrnice č. 2000/76/EC. Složení spalin odpovídá požadavkům směrnice 2000/76/EC ze dne 4. prosince 2000. Reference technologie Pyrofluid Po celé Evropě je instalováno více než 20 zařízení. Plazmová pec (reaktor) Princip - ionizovaný plyn vznikající při teplotách nad 4000 C zajistí rozštěpení molekulární struktury kalu a vytvoření elementárních sloučenin. Spalování vedeno spíše jako vysokoteplotní pyrolýza. Produkty: - syntézní plyn - vitrifikovaná struska
Schématické znázornění plazmového reaktoru Odpad + katalyzátor + tavidlo Upravený plyn SEKCE VKLÁDÁNÍ ODPADU SEKCE KATALYZÁTORU Elektřina Plazmové hořáky SEKCE PLAZMOVÝCH HOŘÁKŮ SEKCE VYPOUŠTĚNÍ STRUSKY Vitrifikovaná struska OBECNÉ SCHÉMA PROCESU PGV SUROVINY Snížení objemu Sušení Zplyňování Čištění plynu Slisování PŘÍSADY KATALYZÁTOR TAVIDLO VZDUCH A KYSLÍK ELEKTŘINA PLAZMOVÝ REAKTOR SYNT. PL. VÝMĚNÍK TEPLA ČIŠTĚNÍ PLYNU SYNT. PLYN K POUŽITÍ JAKO PALIVO STRUSKA GRANULÁT PGV = plasma gasification and vitrification Popis technologie spalovny komunálních odpadů Termizo a.s. Liberec Liberecká spalovna komunálních odpadů Termizo a.s. (TVO) byla postavena s použitím švýcarské technologie firmy Von Roll. Hlavním českým partnerem byla Škoda TS Plzeň. Jedná se o technologii energetického využívání odpadu s účinnou kogenerační výrobou tepla a elektrické energie pro vlastní, ale především pro veřejné energetické sítě.
H avarijn í k om ín H avarijn í k om ín B lo kové sché m a spalov ny T erm izo a.s. B lo kové sché m a spalov ny T erm izo a.s. NH 3 NH 3 V ý roba p áry V ý roba p áry O dp ad O dp ad S palo vání Parní kotel S palo vání R ed u kce NParní O x kotel R ed u kce N O x B unkr B unkr pop elovin pop elovin V oda N ao H V oda N ao H E lektrofiltr E lektrofiltr O dv od něn í O dv od pněn op íílku p op ílku K atalytický K atalytický filtr filtr N eu tralizace N eu tralizace C a(o H ) 2 C a(o H ) 2 M ag netická M ag netická separace separace Produ kt Produpro kt pro reku ltivac i reku ltivac i V oda V oda Dohořívací kom ora Bunkr odpadu Q u enc h Ab sorp ce R ing jet Q u enc h H F Ab sorp ce R ingajet H Cl, SO2 eros oly H Cl, H F SO2 A eros oly Praní Praní pop ílku pop ílku Pračka spa lin Pračka spa lin Srážen í Srážen í Sed im entace Sed im entace N a2s N a 2 S F ec l3 F ec l3 V oda V oda Ž elez ný Ž elezšný rot š rot Výroba páry V oda V oda F iltrace F iltrace K o láč K o láčtěžký ch těžkýko chvů ko vů Elektrofiltr Topeniště Bunkr popelovin Spalovna ČOV Jihlava Č ištění popílku a vod Turbogenerátor Pračka spalin Pro vozní Pro vozní k om ín k om ín O dp ad ní O dp ad nív od a v od a
Spalovna ČOV Jihlava Rok uvedení do provozu: 2007 Modernizace spalovny: Druhy odpadů: kaly z ČOV Kapacita zařízení [t/rok]: 2520 t/rok Odpad spálený v roce 2008[t/rok]: 0 Počet spalovacích linek: 1 Popis spalovací linky: linka termické degradace kalů PS 80 Čištění kouřových plynů: Poznámka: technologie NEUTREC s následným třístupňovým systémem čištění spalin typu PCDD/F s využitím adsorpčních účinků aktivního uhlí V roce 2008 byla spalovna dočasně MIMO PROVOZ, provoz byl zahájen v květnu 2009. Co je energetické využívání kalů? Nositelem energie v kalech jsou přítomné organické látky v sušině kalu a energii z nich lze uvolnit jejich oxidací. Cílem energetického využívání kalů je získání a využití této energie. Hlavním problémem využití energie z kalů přímou oxidací organických látek je nízká koncentrace sušiny, která sice postačuje pro mokré spalování (mokrou oxidaci), ale pro suché spalování musí být sušina kalu zvýšena minimálně nad 30 % v závislosti na podílu organických látek. Lze pokládat anaerobní stabilizaci kalů jakožto biotechnologickou metodu transformace organických látek z kalů do energeticky bohatého bioplynu za energetického využívání kalů? Anaerobie versus spalování V současné době již nejde jenom o to, kolik energie a jakou účinností se vytěží ze zpracovávaného materiálu, ale jde především o to, v jaké formě tuto energii získáme. Obě technologie, anaerobní stabilizace i spalování dovedou vyrábět tepelnou i elektrickou energii, ale s rozdílnou účinností a pouze anaerobní stabilizací se dá vyrobit bioplyn nebo biovodík. Pokud jsou možnosti pro zemědělské využití stabilizovaného kalu nebo cílem je maximální získání energie z kalu, pak má jednoznačnou prioritu anaerobní stabilizace, nejlépe termofilní. V opačném případě přichází v úvahu některý ze způsobů spalování (spalování v cementárenské peci, mokré spalování, suché spalování apod.).
Bilance energie -výchozí podklady Celkové množství sušiny kalu 1000 kg VL (sušiny) Obsah organických látek v sušině SSK 68 % VLorg Sušina (koncentrace) SSK 7 % VL (sušiny) Teplota surového kalu 10 C Teplota fermentace 55 C Specifická produkce bioplynu 0,65 Nm 3 /kg VLorg přiv. 1 kg VLorg - výhřevnost 23 MJ/kg VLorg 1 Nm 3 bioplynu - výhřevnost 23,5 MJ/Nm 3 6,528 kwh/nm 3 z 1 Nm 3 BP se vyrobí: elektrické energie 2,2 kwh el/nm 3 BP tepelné energie 3,54 kwh tep/nm 3 BP Stupeň odvodnění surového kalu 35 % suš Účinnost využití energie při spalování SSK 85 % Výchozí podklady jsou založeny na výsledcích a zkušenostech získaných při intenzifikaci kalového hospodářství na ÚČOV Praha. V současné době je zpracování kalů na ÚČOV Praha založeno na zahušťování přebytečného aktivovaného kalu lyzátovacími zahušťovacími centrifugami a termofilní anaerobní stabilizaci. Spalování Při spalování se energie uvolňuje ve formě tepla spalin (které se musí ještěčistit) a záleží na technologickém uspořádání, jakou účinností je tato energie převedena na páru, potažmo na elektrickou energii. Při každém převodu energie z jedné formy na druhou dochází k významným ztrátám. Kalový koláč obsahuje ještě velké množství vody, účinnost využití celkové energie z kalu závisí na stupni odvodnění. Téměř polovina energie z kalu se spotřebuje na odpaření vody. Energie páry je využita v parní turbíně k výrobě elektrické energie a tepla v poměru cca 25 % elektrické a 75 % tepelné energie. Z celkové energie kalu se na elektrickou energii promění 11,5%, tj cca 0,5 kwh el /kg sušiny surového směsného kalu. Energetická výtěžnost spalování surového směsného kalu vztaženo na 1000 kg sušiny SSK SSK 1000 kg suš. 68 % ZŽ 7% suš. CELKOVÁ ENERGIE 4,34 MWh KALOVÝ KOLÁČ 35% sušiny 1857 kg vody 4,34 MWh TEP.ENERGIE, 1,99 MWh 45,8% EL.ENERG. 0,5 MWh e, 11,4% TEP.ENERGIE, 1,49 MWh tep 34,4% ENERGIE NA VYSUŠENÍ 1,7 MWh 39,2% ZTRÁTY 0,65 MWh, 15% ČISTÁ PRODUKCE ENERGIE ZE 1000 kg suš. 7,16 GJ, 2,0 MWh ÚČINNOST VYUŽITÍ CELKOVÉ VSTUPNÍ ENERGIE 45,8%
Anaerobní stabilizace Předností anaerobní stabilizace kalů je, že biotechnologicky, transformuje biologicky rozložitelné organické látky na čistou energii bioplyn (65-70 % CH 4, 30-35 % CO 2 ). Anaerobní stabilizace může zpracovávat substráty s vysokým obsahem vody, kdy spalování je neekonomické. Bioplyn patří mezi obnovitelné zdroje energie a má široké možnostmi využití. je skladovatelný a transportovatelný je použitelný k pohonu vozidel, je použitelný k výrobě elektrické energie a tepla, Anaerobní stabilizací dochází ke snížení celkového množství sušiny kalu oproti surovému o 35 až 40 %. Stabilizovaný kal je lépe odvodnitelný než surový, je využitelný v zemědělství buď přímo nebo po kompostování. Může být úspěšně spalován jako přídavné palivo v teplárně, resp. elektrárně, nebo po vysušení v cementárně. Energetická výtěžnost anaerobní termofilní stabilizace + spalování stabilizovaného kalu vztaženo na 1000 kg sušiny SSK SSK 1000 kg suš. 68 % ZŽ 7% suš. CELKOVÁ ENERGIE 4,34 MWh BIOPLYN 2,89 MWh 66,4% KALOVÝ KOLÁČ 40% sušiny 1,40 MWh 32,3% ZTRÁTY, 0,35 MWh, 8,0% TEPELNÁ ENERGIE 1,56 MWh 36,2% EL. ENERGIE 0,97 MWh el 22,3% TEP.ENERGIE, 0,41MWh, 9,4% ENERGIE NA VYSUŠENÍ 0,74 MWh 17,8% ZTRÁTY, 0,25 MWh 5,8% 0,82 MWh tep 18,1% NA PROVOZ 0,75 MWh tep 17,2% ČISTÁ PRODUKCE ENERGIE ZE 1000 kg suš. 7,91 GJ, 2,2 MWh ÚČINNOST VYUŽITÍ CELKOVÉ VSTUPNÍ ENERGIE 50,6% Ztráty a výtěžky energie (1000 kg suš. SSK) Anaerobní termofilní stabilizace + spalování stabil. kalu MWh % celkové energie v kalu Samostatné spalování SSK MWh % celkové energie v kalu Vyrobená elektrická energie 0,97 22,38 0,50 11,45 Využitelná tepelná energie 1,23 28,21 1,49 34,36 Ztráty celkem 2,15 49,41 2,35 54,19 Ztráty v anaerobii 0,06 1,30 0 0 Potřeba tepla na ohřev vstupujícího SSK 0,75 17,21 0 0 Ztráty při kogeneraci 0,35 8,01 0 0 Energie nutná na vysušení koláče 0,74 17,08 1,70 39,19 Ztráty při spalování kalu 0,25 5,81 0,65 15,00
Ztráty a výtěžky energie ( 1000 kg suš. SSK) Anaerobní termofilní stabilizace MWh % celkové energie Anaerobní termofilní stabilizace + spalování stabil. kalu MWh % celkové energie Samostatné spalování SSK MWh % celkové energie Vyrobená elektrická energie 0,97 22,38 0,97 22,38 0,50 11,45 Využitelná tepelná energie 0,82 18,81 1,23 28,21 1,49 34,36 Ztráty celkem 2,56 58,81 2,15 49,41 2,35 54,19 Potřeba tepla na ohřev SSK 0,75 17,21 0,75 17,21 0 0 ztráty v anaerobii 0,06 1,31 0,06 1,30 0 0 ztráty při kogeneraci 0,35 8,01 0,35 8,01 0 0 energie zbývající v sušině kalu 1,40 32,28 0 0 0 0 ztráty při spalování 0 0 0,25 5,81 0,65 15,00 energie na vysušení koláče 0 0 0,74 17,08 1,70 39,19 Ztráty a výtěžky energie ( 1000 kg suš. SSK) Anaerobní termofilní stabilizace % celkové energie Anaerobní termofilní stabilizace + spalování stabil. kalu % celkové energie Samostatné spalování SSK % celkové energie Vyrobená elektrická energie 22,38 22,38 11,45 Využitelná tepelná energie 18,81 28,21 34,36 Ztráty celkem 58,81 49,41 54,19 Potřeba tepla na ohřev SSK 17,21 17,21 0 ztráty v anaerobii 1,31 1,30 0 ztráty při kogeneraci 8,01 8,01 0 energie zbývající v sušině kalu 32,28 0 0 ztráty při spalování 0 5,81 15,00 energie nutná na vysušení koláče 0 17,08 39,19 Souhrn Pod pojem energetické využívání kalů je nutno zařadit také anaerobní stabilizaci kalů. Anaerobní stabilizací s předúpravou kalu lze převést 66 až 82 % energie z kalu do bioplynu. Zpracováním bioplynu kogenerací lze dosáhnout výtěžnosti elektrické energie 0,9 až 1,23 kwh el na kg sušiny surového kalu. Při přímém spalování surového kalu se dosahuje výtěžnosti elektrické energie pouze 0,5 kwh el /kg suš. Nejvhodnějším způsobem zpracování kalu a maximálního využití jeho energie se jeví termofilní anaerobní stabilizace s předúpravou kalu a s využitím bioplynu na kogenerační výrobu elektrické a tepelné energie. Stabilizovaný kal po vysušení lze spalovat, optimálně v cementárně.