Termiczne metody unieszkodliwiania odpadów
Termiczne metody utylizacji odpadów Spalanie – proces utlenienia przebiegający z wydzieleniem dużej ilości ciepła i połączony ze świeceniem. Piroliza – zespół procesów fizykochemicznych, które należy przeprowadzić, aby uzyskać efekt w postaci rozkładu paliwa bez udziału tlenu
- uwodornianie – przekształcenie substancji w warunkach podwyższonej temperatury i ciśnienia - suszenie
Cele spalania - uczynienie odpadów resztkowych obojętnymi (przy minimalizacji emisji gazów i odcieków) - zniszczenie szkodliwych zanieczyszczeń organicznych - zatężenie szkodliwych zanieczyszczeń nieorganicznych - zmniejszenie ilości (objętości) przeznaczonych do składowania odpadów pierwotnych - wykorzystanie wartości opałowej odpadów - przetworzenie pozostałości w użyteczne surowce wtórne
Lokalizacja spalarni - Na terenach średnich i dużych miast brak terenów (np. wymagania co do odległości od zabudowań mieszkalnych) - W małych miastach przeszkodą może być charakter terenu (rolnictwo, park krajobrazowy, tereny turystyczne, uzdrowiskowe) - Minimalna ilość odpadów, których spalanie jest opłacalne – ok. 100 tys. ton/rok
- chlor – maksymalnie 0,5% - brak rtęci Czystość odpadów - chlor – maksymalnie 0,5% - brak rtęci
Przygotowanie odpadów - zasobnik – główna funkcja: bufor - rozdrabnianie odpadów wielkogabarytowych - homogenizacja
Spalanie na ruszcie - suszenie – w początkowej strefie rusztu odpady podgrzewane są do temperatury > 100oC, następuje odparowanie wilgoci - odgazowanie – w temperaturze > 250oC wydzielane są składniki lotne - spalanie - zgazowanie – utlenienie substancji lotnych temperaturze > 1000oC - dopalanie - temperatura > 1200oC, czas przebywania >2,5 s, destrukcja PCDD, PCDF
Systemy palenisk rusztowych - ruszt z ruchem zgodnym z kierunkiem przesuwu odpadów - ruszt z ruchem przeciwnym do kierunku przesuwu odpadów - ruszt walcowy
Ruszt o ruchu zgodnym
Ruszt o ruchu przeciwnym
Ruszt walcowy
Przepływ spalin w komorze
Spalanie w warstwie fluidalnej
Piec walcowy
Odpady paleniskowe - żużel: 20-30% wsadu masowo, ok.10% objętościowo - możliwość wymywania zanieczyszczeń do wód gruntowych - kilkanaście procent mieszanki betonowej
Odżużlanie
Wymienniki ciepła - gorące spaliny zanieczyszczone są żrącymi gazami i pyłami - wytwarzanie pary wodnej i za jej pomocą energii elektrycznej
- na wodę gorącą - na parę nasyconą - na parę przegrzaną Rodzaje konstrukcji - na wodę gorącą - na parę nasyconą - na parę przegrzaną
-110-200oC, nadciśnienie - wykorzystanie do centralnego ogrzewania Kotły na gorącą wodę -110-200oC, nadciśnienie - wykorzystanie do centralnego ogrzewania
Kotły na parę nasyconą - temperatura > 130oC, nadciśnienie - mieszanina pary i cieczy - para do celów technologicznych, woda zawracana do kotła
Kotły na parę przegrzaną - temperatura > 130oC, nadciśnienie - para nasycona jest następnie przegrzewana - para do celów technologicznych, woda zawracana do kotła
Kotły z obiegiem naturalnym
Kocioł z obiegiem wymuszonym
Kotły przepływowe
Erozja w komorze paleniskowej Czynniki wpływające na erozję: - szybkość ruchu cząstek w popiołach lotnych - zawartość pyłu w spalinach - wielkość i twardość cząstek
Korozja w komorze paleniskowej - korozja wysokotemperaturowa – bez udziału wilgoci – chlorowodorowa, chlorkowa, siarczanowa - korozja niskotemperaturowa – w obecności wilgoci, korozja postojowa, korozja punktu rosy
Odpylanie - filtry workowe, elektrofiltry, cyklony - pył – ok. 1% pierwotnego wsadu - do 90% PCDD, PCDF - do cementowni
Cyklon
Filtry workowe - włókna naturalne, z tworzyw sztucznych, szkła, mineralne, metalowe - głównie filtracja powierzchniowa - regeneracja przez wytrząsanie lub przepływ sprężonego powietrza
- metody suche - metody półsuche - metody mokre Absorpcja gazów - metody suche - metody półsuche - metody mokre
Metody mokre - Absorpcja HCl, HF, metali ciężkich w kwaśnym roztworze (pH < 1) - rektyfikacja – podział na roztwór HCl, roztwór metali ciężkich i wodę zawracaną do płuczki - Absorpcja alkaliczna – usunięcie SO2, powstaje gips
Metody półsuche - rozpylenie mgły Ca(OH)2 - usuwanie HF, HCl, SO2, SO3 - wydzielenie soli w stanie suchym, min. pyłków gipsu
Metody suche - absorbent - pyłek Ca(OH)2 - usuwanie HF, HCl, SO2, SO3 - wydzielenie soli w stanie suchym, min. pyłków gipsu - recyrkulacja reagenta wydzielonego w elektrofiltrze
Ograniczenie powstawania NOx
Likwidacja NOx Metoda bez katalizatora: - reduktor: amoniak, mocznik, gnojowica - produkty: para wodna i azot
Likwidacja NOx Metoda z katalizatorem: podgrzanie do temperatury ok. 350oC - mgła wodna ze znaczną ilością amoniaku - katalizatory – tlenki tytanu, wandanu i wolframu (regeneracja kosztowna i szkodliwa dla środowiska)
Usuwanie par rtęci - sorpcja na porowatych sorbentach pokrytych warstwą metaliczną (tworzenie amalgamatów) - temperatura 60-100oC - Zn<Sn<Ag<Au<Pt - zużyte sorbenty – odpady wtórne
Końcowa sorpcja na węglu aktywnym - temperatura ok. 100oC - usuwanie PCDD, PCDF - zużyte sorbenty są przeważnie spalane
Spalanie osadów ściekowych
Spalanie słomy
Piroliza Oczekiwania: - prosta technologia, pozwalająca do ekonomicznego eksploatowania instalacji o małej wydajności (<10 t/h) - możliwość odzysku energii i surowców - podatność na składowanie produktów przydatnych energetycznie - elastyczności w przypadku zmiany składu odpadów - ograniczenie uciążliwości odpadów do środowiska
- gaz pirolityczny - koks - olej - smoła wytlewna Produkty pirolizy - gaz pirolityczny - koks - olej - smoła wytlewna
Wykorzystanie produktów - olej (opony, tworzywa sztuczne) - gaz pirolityczny (wartość opałowa 12500-46000 kJ/m3)
Zgazowanie Kontynuacja procesu pirolizy. Utlenienie zawartego w koksie węgla w temp. ok. 800oC przy mniejszej od stechiometrycznej ilości tlenu.
- temperatura: 440-480oC - ciśnienie ok. 300 bar Uwodornienie - temperatura: 440-480oC - ciśnienie ok. 300 bar
Etapy uwodornienia - rozkład makromolekuł na substancje prostsze i ich wysycenie wodorem - rafinacja – woda, amoniak, kwas solny, siarkowodór
Suszenie Końcowy etap uzdatniania osadów ściekowych. Wykorzystanie: - rolnicze - produkcja asfaltu - spalanie (elektrownie, piece cementowe, spalarnie odpadów)