Energia z odpadów cz.3 – Spalanie bezpośrednie

W historii naszej cywilizacji można wymienić wiele przełomowych wynalazków i odkryć, takich jak pismo, druk, silnik parowy albo komputer. Zdobyliśmy zarówno podmorskie głębiny jak i niebieskie przestworza, a jesteśmy też coraz bliżej zdobycia samych gwiazd. Jednak wszystko to nie byłoby możliwe bez naszego największego odkrycia – ognia.

Z początku pozwalał nam ogrzać się w naszych jaskiniach, dawał światło i bezpieczeństwo. Z czasem stał się również bronią. Dzisiaj nie stykamy się z nim zwykle zbyt często, ale on „gdzieś tam” wciąż jest. Ogromna część przemysłu opiera się na procesach wysokotemperaturowych, które bez ognia nie mogłyby być możliwe. Dzisiaj, oprócz wszystkich oczywistych dobrodziejstw ognia (dzięki którym chociażby możecie przeczytać ten artykuł), zjawisko spalania może pomóc nam rozwiązać kolejny problem – problem zagospodarowania odpadów

Spalanie z punktu widzenia chemii jest egzotermicznym utlenianiem, co oznacza, że dochodzi do transformacji której wynikiem jest energia. Z punktu widzenia jej wykorzystania istotne jest wytwarzane ciepło, które może być wykorzystane bezpośrednio lub po przetworzeniu na elektryczność.

Spalanie, a termiczne przekształcanie odpadów

Ustawa O odpadach definiuje Termiczne Przekształcanie Odpadów jako:
„a) spalanie odpadów przez ich utlenianie,
b) inne niż wskazane w lit. a procesy termicznego przetwarzania odpadów, w tym pirolizę, zgazowanie i proces plazmowy, o ile substancje powstające podczas tych procesów są następnie spalane;”
W metodach termicznych spalanie odpadów najważniejszą rolę pełni z dwóch powodów. Po pierwsze, spalanie (rusztowe) jest najbardziej sprawdzoną i najlepiej poznaną metodą termiczną, co wiąże sie z jej niezawodnością i potwierdzoną ekonomicznością. Po drugie, w myśl powyższej definicji, spalanie zawsze w jakiś sposób towarzyszy każdej metodzie termicznej, chociażby poprzez bezpośrednie spalanie produktów wcześniejszego przetworzenia (np. pirolizy).

Spalarnie i współspalarnie

Zdjęcie pochodzi ze strony : http://www.igniss.com/moving-grate

Spalanie odbywa się w spalarniach odpadów, czyli zakładach TPO (Termicznego Przekształcania Odpadów). W tym momencie w Polsce funkcjonuje tylko jedna spalarnia odpadów komunalnych – w Warszawie – lecz wkrótce mają powstać następne. Ciekawostką jest to, że kiedyś w Polsce działały trzy spalarnie odpadów komunalnych, najwidoczniej więc z czasem cofamy się zamiast iść do przodu – oby się to wreszcie zmieniło. Samych spalarni ogólnych (innych niż komunalne) jest więcej, ale są to obiekty dedykowane odpadom przemysłowym lub szpitalnym. Szczególnie te ostatnie są chętnie spalane z powodów sanitarnych.
Bezpieczeństwo sanitarne to jeden z głównych plusów spalarni – pozostałe to zmniejszenie masy odpadów oraz możliwość odzysku energii. Z tego powodu spalarnie odpadów można postrzegać jako elektrociepłownie wykorzystujące odpady jako paliwo.
Instalacje do spalania odpadów czasem składają się z wielu linii technologicznych, i mogą osiągnąć przerobowość nawet miliona ton odpadów rocznie. Odpady przed spaleniem powinny być poddane sortowaniu, w celu wydzielenia frakcji niepalnych: mineralnych i metali. Następnie dochodzi do spalenia, które może odbyć się na kilka sposobów, w zależności od rodzaju pieca spalarni. Najpopularniejsze są spalarnie rusztowe, w których odpady trafiają na ruszt (ruchomy bądź nie), gdzie ulegają spaleniu. Dwa inne typy pieców na które warto zwrócić uwagę to bębnowe i fluidalne.
Te pierwsze mają kształt leżącego walca i są umieszczone przy niewielki spadku, co w połączeniu z obrotem walcowego pieca pozwala na transport spalanych odpadów. Jest to szczególnie korzystne w przypadku odpadów przemysłowych, półpłynnych i dobrze rozdrobnionych.
Piece fluidalne mają cylindryczny kształt (tym razem stojący walec), z dnem zakrytym dyszami, przez które doprowadza się powietrze. Dzięki temu dochodzi do tzw. fluidyzacji, czyli utworzeniu zawiesiny gaz-ciało stałe, co znacznie poprawia warunku spalania. Mimo to, paleniska fluidalne również nadają się bardziej do odpadów przemysłowych, niż komunalnych.
Współspalarniami odpadów nazywamy obiekty przemysłowe, które do poprawnego działania wymagają spalania paliw (zwykle jest to węgiel), a jednocześnie spełniają warunki do spalania pewnej ilości odpadów. Dzięki temu te stają się paliwem dodatkowym, mogącym częściowo zastąpić węgiel. W praktyce współspalarniami są zwykle cementownie, które dzięki wykorzystaniu pieców bębnowych (opisanych powyżej) stwarzają dobre warunki do spalania odpadów. Współspalarniami mogą być też elektrociepłownie lub inne obiekty przemysłu wysokotemperaturowego.
Czasem odpady są specjalnie przygotowywane z myślą o wykorzystania we współspalarniach. Przetwarza się je w tzw. paliwo RDF (Refused Derived Fuel, zwane też paliwem z odpadów lub paliwem alternatywym), poprzez ich rozdrobnienie i suszenie. Miejscem powstawania paliw alternatywnych są zakłady segregacji lub MBP. Więcej o paliwach RDF pisaliśmy tutaj, zaś o metodach TPO w ogóle tutaj.

Produkty spalania i gazy odlotowe

Spalanie prowadzi się głównie z myślą o redukcji ilości odpadów oraz odzysku energii. Proces jednak nie jest doskonały, bo sam generuje odpady w postaci żużli i popiołów, a powstałe spaliny muszą zostać oczyszczone.
Stałe pozostałości można zagospodarować w myśl recyklingu, jednak musi być to poprzedzone odpowiednią obróbką i waloryzacją. Może to być na przykład sezonowanie, czyli po prostu magazynowanie żużla, który w warunkach odpowiedniej wilgotności z czasem poprawia swoje właściwości, a to z kolei umożliwia jego dalsze wykorzystanie. Innymi zabiegami są cementacja, witryfikacja i detoksykacja, które polegają na wiązaniu lub przetwarzaniu stałych pozostałości tak, aby nie były niebezpieczne dla środowiska.
Powstające spaliny (gazy odlotowe) to zupełnie inna sprawa. Same systemy ich oczyszczania mają wartość około połowy całych kosztów inwestycyjnych spalarni – i nic dziwnego, bo substancje jakie się wydzielają przy spalaniu odpadów są ekstremalnie szkodliwe, a spalenie tony odpadów generuje od 4000 do 6000 m3 spalin. Do najważniejszych składników gazów odlotowych można zaliczyć: tlenki węgla (CO, CO2), parę wodna, dwutlenek siarki, tlenki azotu (NOx), węglowodory (w tym wielopierścieniowe aromatyczne), polichlorowane dibenzodioksyny i dibenzofurany (zwykle nazywane dioksynami i furanami), polichlorowane bifenyle (PCB), chlorowodór i fluorowodów, a także metale ciężkie.
Metody odseparowania zanieczyszczeń osiągnęły jednak zadowalające wydajności i pozwalają na niemal całkowite oczyszczenie spalin – z komina spalarni jedyną szkodliwą substancją jaka wylatuje jest w zasadzie CO2, ale tego nie da się uniknąć. Za to przez prowadzenie spalania w odpowiednich warunkach, da się zmniejszyć jego ilość.
Ważnym elementem systemu oczyszczania spalin jest tzw. komora dopalania, dzięki której można zneutralizować produkty niepełnych reakcji spalania. Dzięki temu niweluje się ilość tlenku węgla (CO, tzw. czad). Głównym elementem oczyszczania gazów są filtry różnego typy: przede wszystkim filtry tkaninowe, ale również elektrofiltry oraz tzw. cyklony. Ponadto stosuje się szereg metod chemicznych, z których każda kolejna eliminuje którąś ze szkodliwych substancji, dzięki czemu gaz wylatujący z komina spalarni nie jest bardziej trujący niż ten generowany przez zwykłe gospodarstwo domowe.

Pozdrawiam,
Jakub Szostakiewicz
odpadyblog.pl


Nie jest to futurystyczne centrum handlowe, ale spalarnia odpadów,
która wkrótce ma powstać w Krakowie. Już niedługo na naszym
blogu pojawi się nowa seria poświęcona najciekawszym i
najbardziej oryginalnym spalarniom odpadów na świecie – zapraszamy ;)