Energeticke využívání kalů či termická degradace čistírenských kalů, první praktické zkušenosti v ČR

O tom že energetické využívání respektive termická degradace kalů je v popředí zájmu nemůže být pochyb. Je jednou z mála zbývajících možností, jak se vyrovnat s rostoucím množstvím produkovaných čistírenských kalů.

Spalování kalů  je dnes asi nejen jeden z nejperspektivnejších  způsobů jak  se vypořádat s čistírenskými  kaly, ale také zajímavý a  složitý  technický problém. Vysoký podíl  vody v odvodněném kalu - cca 75 % a  v sušině až 50% podíl popelovin klasifikuje čistírenský kal spíše na hasivo než  palivo. Komplikací  je též obsah těžkých kovů a to zejména z hlediska  možného vzniku aerosolů při vyšších spalovacích teplotách.   Nízké teploty  tavitelnosti popela  tento problém  umocňují.
První zkoušky  se spalováním kalů  proběhly  v 60. letech  minulého století v rámci  státního úkolu.  Při prvních pokusech byly ke spalování kalů navrženy rotační pece. Následovaly další pokusy  s přímým spalováním kalu a také pokusy se spoluspalovaním kalů v kombinaci s uhlím či  komunálním odpadem.
Spoluspalování  nemužeme považovat za perspektivní metodu jednak  z hlediska  možné kontaminace  výsledných produktů ( cementářské pece ) nežádoucími  prvky obsažených v kalech (Fe), jednak z hlediska nutnosti dodržení optimálních spalovacích teplot; při jejich  překročení  nastávávají výše uvedené nežádoucí jevy: vznik aerosolů těžkých kovů a jejich únik do ovzduší a  tavení popelovin,  což zhoršuje spalovací proces.

Hala spalovny

Jako optimální prostředí pro  spalování odvodněných kalů byla  po nesčetných pokusech vyhodnocena  fluidní vrstva. Fluidní vrstva představuje teplotně homogení prostředí bohaté na kyslík se silně abrazivním působením na částice kalu. Teplotu fluidní vrstvy  lze  velice přesně řídit, stejně tak jako ovlivnit její dynamiku  a  bohatost  prostředí na kyslík.  Zároveň  je nutno říci,  že  kinetika  pohybu částic ve fluidní vrstvě je velice složitá stejně jako temodynamika probíhajících dějů. Nutno otevřeně konstatovat, že  v současné době neexistují  ani teoretické nástroje,  které by umožnily  navrhnout optimální zařízení. Proto  veškerá  současná zařízení a zařízení  v blízké buducnosti  jsou a budou navržena na čistě empirických základech. Dalším problémem  je  praktická nemožnost  vyzkoušet  zařízení na  modelech  v jiném měřítku než je 1:1. Stručně řečeno proktické zkušenosti jsou velice cenné a  jejich získávání  složité a drahé. To dosvědčuje  i zájem odborné veřejnosti o první realizaci  fluidní spalovny v ČR, který přerostl v průmyslovou špionáž (velice odborně provedená kradež  řídícího  PC, apod.) 
Standardní vyhnilý odvodněný kal  s cca 25% sušiny není  schopen z hlediska své výhřevnosti samostatného hoření, nevyhnilý kal  je na tom z hlediska výhřevnosti lépe ale  jeho  odvodnění  je náročnější. Proto  oba typy kalů  potřebují  dotaci energie  pro jejich spalování, druhou možností je  zvýšit obsah  sušiny v kalu. Otázka je, která cesta je energeticky  a ekonomicky výhodnější.
Likvidace  kalů bude vždy zatížena spotřebou energie. Pokud se na problém podíváme z širšího úhlu musíme do  jiných způsobů likvidace kalů  započítat veškeré  náklady na energie a náklady spojené s nakládáním s kalem, logistiku, naslednou manipulaci a podobně. Uvážíme-li veškerá fakta a předpoklady  budocího vývoje  v oblasti nakádání s odpady včetně  čistírenských kalů vychází  nejrozuměji  jejich likvidace přímo v místě vzniku tj. v areálech ČOV. Spalování  nevyhnilých kalů  nabízí možnost vyloučit  z technologie ČOV  vyhnívací nádrže včetně biplynového hospodářství a ušeřené náklady  invetsovat  do  spaloven integrovaných do technologie ČOV.

Komín

Do nedávné doby neexistovalo zařízení, pracující efektivně při malých výkonech, respektive spalování kalů bylo ekonomicky únosné pouze pro velké aglomerace  přibližně od 1 mil eqv. obyvatel výše. Likvidace kalů pro menší  aglomerace byla stále problém, zatížení logistikou  zvyšovalo  cenu spálení  ve větších jednotkách. V současné době je  k dispozici řešení  fluidní tepelně degradační jednotky  i pro  výrazně nižšší výkon cca  od 70 tis eqv. obyvatel,  což radikálním  způsobem mění  situaci.
Zkušenosti z první realiazce spalovny kalů v ČR. První realizace  fluidní  spalovny  v ČR  o výkonu cca 1t/hod pro eqv. 100 000 obyvatel byla spojená s řadou problémů. První fluidní reaktor byl zatížen konstručními chybami, jednalo se  v podstatě o  prototypové zařízení. V rámci  zkušebního  provozu došlo k jeho úpravám a vylepšením. V době  zkušebního provozu se stal shodou okolností doslova testovacím zařízením  zcela nových principů a řešení  v oblasti konstrukce  fluidních reaktorů  na termickou likvidaci  čistírenských kalů. I když  byl později demontován a nahrazen jiným typem  reaktoru, ověřil v praxi řadu zcela nových  principů, stejně jako jiné předpoklady  vyvrátil. Přesto, že došlo k jeho demontáži byl zdrojem velice cenných zkušeností  pro návrh  následujících  fluidních reaktorů již III.generace. Reaktor, který  nahradil demontovaný typ  je  klasické konstukce z období druhé poloviny minulého století. Zkušenosti  s jeho uvedením do provozu byly potvrzením správnosti některých předpokladů  spojených s konstukcí prvního typu. Zejména  o  využití přídavného paliva  ve fluidní vrstvě a dále vlivu způsobu  dávkování  kalu na dynamiku a efektivitu   spalování  kalu.
V průběhu   zkušebního provozu  obou typů zařízení byly  získány cenné zkušenosti. Rozsah použitelného výkonu  fluidního reaktoru může bý značný. Přibližně  v rozsahu 50 až 150%  nominálního výkonu. Oblast  efektivního provozu je nižšší, přibližně od 80 do 120 %. Doba najetí  reaktoru (s vláknitou vyzdívkou, reaktor I.typu) do spuštění  spalování kalů (minimální  výkon) cca 24 hod, dosažení plného (nomináního výkonu  cca + 10 až +12 hod.  Za provozu je reaktor poměrně necitlivý  na kvalitu kalu (nevyhnilý, nevyhnilý kal % sušiny), na změny reaguje  změnou spotřeby  podpůrného paliva  popřípadě úpravou výkonu. Pro tepelná zařízení  libovolného typu jsou  přiliš časté  odstávky či výrazné změny režimu (přechod do teplé zálohy  či radikální změny výkonu tj.  nad 30% nominálního výkonu) destruktivní. Nejvýhodnější je nepřetržitý provoz s případnou  jednou  revizní  odstávkou  ročně.

Rezimé :
Termická degradace  má své nesporé výhody
o    Snížení objemu  kalů  až o 87 %
o    Popel ze spáleného kalu je anorganický, v drtivé většině případů  vyhovuje klasifikaci O,  sterilní, inertni odpad červené barvy a prachové konzistence využitelný například ve stavebnictví.
o    Těžké kovy  navázany  v nevyplavitelné podobě na sorbenty  z procesu čištění emisí
o    Plynné emise  z provozu zařízení hluboko pod přípustnými limity, spalováním kalů se nezvyšuje  bilance CO2 v obvzduší
o    Provoz  termické degradace nezatěžuje své okolí ani  zápachem či hlukem. Veškeré  manipulační čí skladovací  prostory, například  zásobníky nevyhnilého kalu  jsou odsávány a  odsáty vzduch je následně použit jako spalovací atd.
o    Z hlediska koncepce je vyloučen unik  nežádoucích látek ať už organické či anorganického  základu  z provozu termické degradace
o    Termická degradace  nevyhnilých kalů   umožňuje  vyřadit z technologie  provozu ČOV  vyhnívací nádrže včetně navazujících technologií využití bioplynu a  uvolněný prostor je  k dispozici  pro  technologie intenzifikace  stavajících procesů čištění  vody popřípadě k jiným účelům

Petr  Leitner
Manager projektu  realizace souboru P08, fluidni spalovna kalů ČOV Jihlava  2006 -2009

Zdroj: Enviweb

 

Tweet

Datum uveřejnění: 18.1.10
Poslední změna: 18.1.2010
Počet shlédnutí: 315