Současný stav spalování tuhých odpadů Žáruvzdorné vyzdívky spaloven Seminář „Žáruvzdorné vyzdívky spaloven“ Doc. Ing. Zdeněk Skála, CSc. VUT v Brně, FSI – Energetický ústav tel: 541142588 e-mail: skala@fme.vutbr.cz

Nakládání s odpady Hierarchie nakládání s odpady - waste managment Minimalizace produkce odpadu (obaly, redukce materiálu, změna technologie ) Opětné užití, recyklace materiálová, energetická Skládkování Postupy k naplnění: recyklace, materiálové třídění biologické způsoby rozkladu org. odpadu energetické využití odpadu - spalování - zplyňování skládkování tuhých zbytků nakládání s odpady

ISWA ISWA - Mezinárodní organizace pro tuhé odpady Podpora pro energetické využívání spalováním Energetické využití a termické odstraňování odpadů je součástí plánů odpadového hospodářství Užití spaloven v souladu s BREF (Best Available Techniques Reference Documents )

Princip postupu konverze biomasy a odpadů: SVOZ TERMOCHEMICKÁ KONVERZE ENERGIE - separace spalování teplo - homogenizace zplyňování - elektřina ZPRACOVÁNÍ pyrolýza PALIVA BIOKONVERZE - pevná USKLADNĚNÍ - anaerobní fermentace - kapalná - aerobní procesy - plynná TRANSPORT FYZIKOCHEMICKÁ KONVERZE PRODUKTY - estery chemikálie materiály

Termochemické přeměny Pyrolýza - tepelný rozklad organického materiálu Zplyňování - konverze tuhé (kapalné) látky na syntézní plyn zplyňovacími reakcemi Spalování – exotermická oxidace zahrnující pyrolýzu, zplyňování, heterogenní a homogenní oxidační reakce

Spalování, energetické využití US 30 mil t/r Evropa 55mil t/r Japonsko 40mil t/r Ostatní 25 mil t/r Spalování – odhad 150 mil t/r, skládkování 1 bilion t/r Počet WTE (spaloven s využitím energie) > 600 od roku 1995 postaveno 164 WTE , v USA 0 B.M.Jenkins,R.B. Williams, California Integrated Waste Man. Board, April 2006, Sacramento, USA

Technologie energetického využívání Konsolidované procesy (komerční) - spalování Pilotní procesy (vývoj) - pyrolýza - zplyňování - nízkoteplotní plazma (t… 2000 - 3000 ºC, zatím pouze nebezpečné odpady) EU počet spaloven 229, roštové kotle 224, fluidní kotle 2 , zplyňování 3) Vaccani,Zweig&Associates, July 2005

Technologie spalování Rošty - vysoká flexibilita typu odpadu,velikosti a sezónních změn Fluidní lože - nízká emisní úroveň - vysoký stupeň homogenizace odpadu - vyžaduje úpravu odpadu (separace, drcení apod.) Rotační pec - flexibilita odpadu (kapalný, pastózní, tuhý) - nízká účinnost energetického využití

Typy spalovacích pecí Diskontinuální (vsázková) pec (jednoduchá – pevný rošt, mechanická vsázka,odpopelňování), Kontinuální pece – ohniště (nepřetržitý provoz 24 h, výkon >100 t/d), rošty 300 – 500 t/d, dokonalé spalování (sušení, zapálení ,hoření, dohoření) Rotační pece (průmyslový odpad,pevný kapalný, pastózní) utilizace tepla, chlazené stěny,parní kotel, Fluidní reaktory (upravený odpad,pastózní odpad), Pece na tavení popela - hořákové - obloukové elektrické

Nařízení vlády č.554 / 2002 Sb. §5 – provozní podmínky a) dokonalé vypálení, škvára a popel < 3% Corg (ztráta žíháním < 5% hmotnosti suchého materiálu) b) podtlak v zásobníku odpadu (zápach) c) spaliny 850ºC po dobu 2s za posledním přívodem vzduchu d) nebezpečný odpad 1100 ºC (halogeny Cl > 1%) po dobu 2s za posledním přívodem vzduchu e) pomocný hořák automaticky udržující teplotu 850ºC (1100ºC ) f) Spouštění a odstavování možné jen s povolenými palivy (plynový olej, ZP) Spoluspalovací zařízení pro dodržení teplotních podmínek Automatický systém dávkování odpadů zabraňující přívodu pokud: je při spouštění t < 850ºC je vždy při provozu t < 850ºC vždy při překročení emisních limitů

Přibližné typické hodnoty výsledků fyzikálních rozborů a výhřevnosti domovního odpadu Upraveno dle Tchobanoglous et al. 1993; Robinson, 1986; Mortensen 1993

Palovací pece,diskontinuální,rotační

Roštové kotle

Pec s fluidní vrstvou

Spalovací komora roštových kotlů

Spalovna tuhého komunálního odpadu

Příklad spalovny odpadů:

Vyzdívka Ochrana ohniště, spalinovodů, násypky paliva před agresivními spalinami Vytváření optimálních podmínek pro spalování odpadu (tepelná izolace) Opotřebení vyzdívky – dle místa aplikace abraze – otěr koroze tepelné namáhání, tepelné šoky adheze tavenin,penetrace eutektik a solí do matrice vyzdívky chemické působení

Teploty tavení některých složek: Složka Teplota tavení [ºC] NaCl 800 KCl 776 CaCl2 772 FeCl3 282 Ka2SO4 884 Na2S2O7 400 K2S2O7 335 3 K2S2O7 * Na2S2O7 280 Na3Fe(SO4)3 624 K3Fe(SO4)3 618 Na3Fe(SO4)3 * K3Fe(SO4)3 552 Na3Al(SO4)3 646 Shinagawa Technical Report vol.36-1993

Provozní opatření k omezení škvárování Provoz - homogenizace odpadu v bunkru - zabránění profukování - řízení výstupní teploty - snížení výkonu linky Projekt - návrh chlazení vyzdívky – parní ofukování – chlazení vzduchem – vodním sprejem – vzduchové chlazení vyzdívky - recirkulace spalin - výběr vyzdívky (šamot, SiC) Při spoluspalování - odstranění složek způsobující škvárování - snížení výkonu linky

Provozní podmínky vyzdívek Roštové kotle Fluidní pece Rotační pece Násypka Spalovací komora Spalinové kanály Provozní podmínky - mechanický otěr - změny teplot vysoká teplota adheze tavenin - otěr - pronikání sloučenin - změny teploty - kontakt s vodou - smíchání odpadů s pískem - pronikání nečistot rotace odpadů změny teplot Charakter vyzdívky odolnost proti: - změnám teploty - otěru odolnost proti adhezi alkáliím korozi oxidaci abrazii změnám teplot vodě abrazi Vyzdívka šamotové cihly Šamotové cihly Si-C cihly plastická odlévatelná (fookret) odlévatelná

Spalování SKO, akceptance, obavy Soutěž mezi snižováním odpadů, recyklací, znovuužitím - zvyšování množství odpadů, Holandsko, Švédsko nárůst recyklace Dioxin - MACT standard podstatně snížil emise dioxinu (99%) - výstupní koncentrace dioxinu nižší než vstupní koncentrace Hg - 87% emisí Hg ze spalovacích procesů - WTE odhad 19%, spalovny medicínského odpadu 10%,spalování uhlí 33%, - emisní limity pro spalování odpadu snížily emise Hg z 29,6 t/r (1995) na 3t/r. EPA 1997,Williams 2006,Themelis 2005

Graf – dioxiny

Komplex látkového a energetického využití odpadu ve spalovně SAKO Brno Informativní tabulka energetického potenciálu SKO při výrobě elektrické energie Výhřevnost kJ / kg 10 000 11 000 12 000 Tepelná energie GJ 10 11 12 Účinnost kotle - 0,85 Tepelná energie páry 8,5 9,35 10,2 Účinnost přeměny 0,295 Elektrická energie 0,5 2,76 3,01 kWh 694 766 836 Vlastní spotřeba * 79 Elektrická energie (netto) 615 687 757 TECHNICKÉ PARAMETRY SOUČASNÉ SPALOVNY 3 kotle à 15 t/h odpadu, parní výkon kotle 40 t/h, parametry páry p = 1,3 MPa, t = 230 °C, roční kapacita plánovaná 240 000 t/r. Energetický potenciál 1 t odpadu o výhřevnosti 12 MJ/kg při současné technické úrovni technologie v Evropě činí 750 – 760 kWh/t. * vlastní spotřeba pro provoz 1 kotel + 1 linky čištění spalin,1,2 MWh

Komplex látkového a energetického využití odpadu ve spalovně SAKO Brno KAPACITA SPALOVNY – PROJEKT parametry páry: 4 MPa, 400 °C [ip = 3215 kJ/kg, ip (0,9 MPa) = 2850 kJ/kg, ip (0,01 MPa) = 2150 kJ/kg] výhřevnost odpadu: 11 – 12 MJ/kg; pro bilanční výpočet  11,5 MJ/kg množství odpadu za 1 rok (tok odpadu) 220 000 t vstupní energie do systému 2 530 000 GJ účinnost kotle k = 85% vstupní energie páry 2 150 500 GJ vlastní spotřeba 100 000 GJ energie vyrobené páry – netto 2 050 500 GJ dodávka tepla (bez změny) 690 000 GJ energie pro výrobu elektrické energie 1 360 500 GJ účinnost přeměny T = 25% vyrobená elektrická energie 340 125 GJ 94 500 MWh parní výkon kotlů 2 x 50 t/h 100 t/h VÝKON TURBÍNY Léto (max) PL = 27,7*0,85*(3214-2150)*0,8 = 20044,41 kW ~ 20 MW Zima (veškerá pára do odběru) PZ = 27,7*0,85*(3214-2850)*0,75 = 6427 kW ~ 6,5 MW Produkce elektrické energie (brutto) provozní hodiny 7 000 h PL = 20 * 3500 = 70 000 MWh PZ = 6,5 * 3500 = 22 750 MWh Σ 92 750 MWh; SOUČASNÝ STAV SPALOVNY – BILANCE hmotnost spalovaného SKO za rok 100 000 t výroba tepla 690 000 GJ průměrná výhřevnost odpadu 10 GJ/t vstupní energie (potenciál) 1 000 000 GJ účinnost kotlů k = 76% energie vyrobené páry 760 000 GJ vlastní spotřeba (4,2 t/h, 7 000 h, 29 160 t/r) 70 000 GJ vyrobená pára – netto (dodávka) 690 000 G

Děkuji Vám za pozornost