Odpady i osady  ściekowe – ćwiczenia projektowe

Prof.dr.hab.inż.MIECZYSŁAW,ADAM GOSTOMCZYK

mieczyslaw.a.gostomczyk@pwr.wroc.pl

WSTĘP

Celem ćwiczeń projektowych jest opanowanie umiejętności opracowywania niezbędnych do projektu technicznego danych w formie projektu technologicznego. Jako temat wybrano projektowanie instalacji do oczyszczania spalin po spalarni odpadów. Taki wybór tematu uzasadniony jest przede wszystkim nieuniknioną koniecznością wybudowania w Polsce w najbliższych latach, kilkunastu dużych spalarni odpadów (aktualnie eksploatujemy jedną w Warszawie ,zaprojektowaną przez f-mę zagraniczną). W związku z powyższym poszukiwani będą specjaliści (Inżynieria Środowiska), zdolni nie tylko, do oceny oferowanych w przetargach spalarni z  instalacjami oczyszczania ,ale także do samodzielnego opracowania koncepcji czy też projektu technologicznego (najważniejszego ze społecznego punktu widzenia) instalacji oczyszczania spalin. Wykonanie projektu w ramach ćwiczeń umożliwi przekonanie studenta do skuteczności instalacji oczyszczania spalin. oraz do indywidualnej oceny kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych.

Temat: Koszty inwestycyjne i eksploatacyjne instalacji do oczyszczania spalin               ze spalarni odpadów, na podstawie bilansu materiałowego.

Spalarnia odpadów

W Polsce spalanie odpadów ma tylko miejsce w kilku obiektach, a wyniki i parametry procesu nie są rozpowszechniane, dlatego prezentowany materiał opiera się na źródłach niemieckich z 53 pełno-przemysłowych spalarni.

1. Spalanie odpadów

Spalanie jest kontrowersyjną i ostateczną metodą obróbki odpadów i chociaż nie daje ono możliwości powtórnego ich wykorzystania to daje jednak możliwość wykorzystania ich jako źródła energii cieplnej i elektrycznej i jest oczywiście sposobem na utylizację odpadów. Celem stosowania tej metody utylizacji jest znaczne zmniejszenie objętości odpadów (do 15% objętości i 30% masy [1]), które w innym przypadku trafiłyby na wysypisko. Jest też jednak metodą budzącą wiele kontrowersji i protestów społeczeństwa. Ma swoich zwolenników i przeciwników. Każdy z nich ma wiele argumentów na poparcie swej teorii, a na tym etapie bardzo trudno stwierdzić po czyjej stronie leży racja. Jednak jak to mówi w swoim opracowaniu Piecuch [3] „sytuacja nie jest aż tak zła jak mówią przeciwnicy, ale i nie tak dobra jak mówią zwolennicy".

Głównymi argumentami przedstawianymi przez przeciwników spalarni są [2]:

·         nieuniknioność wysypisk

·         koszty funkcjonowania spalarni (nie zawsze muszą być wysokie))

·         trudnopalny i niskokaloryczny skład odpadów

·         marnowanie surowców wtórnych

·         zanieczyszczenia (powietrze, odpady, ścieki), przy sprawnej instalacji oczyszczania spalin, znacznie mniejsze niż z  powszechnych w Polsce kotłowni węglowych wyposażonych tylko w cyklony.

·         brak regulacji prawnych dotyczących spalania np. spalanie odpadów w piecach cementowych bez instalacji ograniczających emisję gazów w tym dioksyn i furanów oraz rtęci

·         spalanie (ze względu na łatwość) ogranicza możliwość redukcji odpadów u źródła i dążenia do opracowywania technologii  produkcji bezodpadowej

Faktem jest, że w wielu krajach spalarnie są powszechnym zjawiskiem. Weźmy pod uwagę choćby kraje europejskie gdzie istnieje już ponad 500 spalarni, przy czym niektóre z nich mogą spalać nawet do l mln ton odpadów w roku [1], a w ciągu najbliższych lat planowana jest budowa kolejnych 50 [4].

Tabela 1: Spalarnie odpadów komunalnych w Austrii, Holandii, Niemczech i Szwajcarii wg stanu z roku 1996 [5]

Udział odpadów unieszkodliwionych przez spalanie na zachodzie sięga średnio 40%-60% ogólnej ilości odpadów. Technologie stosowane obecnie przez kraje zachodniej Europy osiągnęły wysoki poziom pozwalający na spełnienie warunków nie tylko dyrektyw Unii Europejskiej, ale także czasem bardziej restrykcyjnych uregulowań prawnych, wprowadzonych przez niektóre z tych krajów, np. Rozporządzenie 17 BJmSchY z grudnia 1990r wprowadzone w Niemczech. Bezpieczeństwo tych spalarni osiągnięte jest oczywiście dzięki zastosowaniu odpowiednich, niestety drogich technologii, np. spalarnia w Alkmaar w Holandii, oddana do eksploatacji w 1995r., o wydajności 385 tys. ton na rok kosztowała ok. 490 mln $, w tym 70% kosztów stanowi instalacja oczyszczania gazów i ścieków [1].

1.1. Zasada procesu

Proces spalania jest szybko przebiegającym egzotermicznym procesem utleniania, w którym podczas utylizacji odpadów można wyróżnić: podgrzewanie, suszenie, odgazowanie, zapłon, spalanie i dopalanie nie całkowicie spalonych produktów.

Aby podtrzymać proces spalania bez dodatkowego paliwa odpady przeznaczone do spalania muszą spełniać kilka podstawowych wymagań: wartość opałowa powinna wynosić ok. 7000 kJ/kg, zawartość wilgoci nie powinna przekroczyć 50%, zawartość substancji mineralnych 60%, a zawartość substancji palnych nie powinna być niższa niż 25%. Odpady wielkogabarytowe powinny być rozdrabniane [1].

Technologie stosowane do spalania odpadów to:

·          spalanie na ruszcie (kotły specjalne ,kotły do spalania węgla –zmodyfikowane)

·          spalanie w piecach fluidalnych

·          piroliza

·          spalanie w piecach do produkcji cementu

Spalanie w piecach fluidalnych - proces spalania odbywa się w unoszącym się złożu do którego wprowadzany jest spalany materiał. Dzięki wymieszaniu tworzą się lepsze warunki wymiany ciepła i masy między fluidyzującym paliwem i otaczającym je gazem. Wymagane jest jednak znaczne rozdrobnienie spalanego materiału [6]. Dodatek CaCO3 do paliwa ogranicza emisję SO2, HCl i HF a temperatura procesu (850-900°C ) ogranicza poziom stężeń NOx do około 250 - 300 mg NO2/.

Piroliza - jest dwustopniowym systemem termicznego unieszkodliwiania odpadów. W pierwszym stopniu podczas, którego następuje spalanie bez dostępu powietrza (odgazowanie), lub przy minimalnym dostępie powietrza (zgazowanie) w temp. 600-700°C. Z rozpadu związków organicznych powstaje gaz palny. Drugim stopniem procesu jest spalanie tego gazu w wysokotemperaturowej komorze w temp.900-1200°C. Następuje pełna sterylizacja gazów. Proces stosowany jest głównie do unieszkodliwiania odpadów niebezpiecznych [1].Pozostałością jest koks który można zgazować do palnego gazu (H2 + ...