Výrobu biopaliv z odpadu spalovny umí jenom řasy? (I)

Úvod

Spalovna komunálních odpadů společnosti TERMIZO a.s. je jednou ze tří spaloven (Praha, Brno) v České republice, která od roku 2000 řeší trvale problematiku energetického využívání komunálního odpadu v Liberci. V roce 2008 jsme energeticky využili cca 91 900 tun odpadů a do topného systému města dodali 732 TJ tepla, což představuje zhruba jednu třetinu jeho roční spotřeby. Tato hodnota odpovídá roční spotřebě tepla cca 14 600 domácností. Tímto jsme nahradili 21 000 tun mazutu, který by byl jinak spálen v liberecké teplárně. Spalovna je rovněž vysoce účinný kogenerační zdroj a díky tomu jsme mohli ve vlastní turbíně současně vyrobit elektrickou energii pro chod celé technologie spalovny a ještě jsme do veřejné sítě dodali 8,9 Gwh, představující ekvivalent roční spotřeby elektrické energie 4 100 domácností.

Vstupní komunální odpad je legislativně definován jako odpad, který nemá nebezpečné vlastnosti. Pokud však uplatníme odpadářská kritéria, zjistíme, že komunální odpad má vlastnosti nebezpečného odpadu. Další výrazně pozitivní efekt tedy spočívá v minimalizaci negativního vlivu těchto nebezpečných složek odpadu na lidské zdraví a životní prostředí. Technologie spalovny tak ze vstupního množství komunálního odpadu oddělí 50 tun toxických kovů (As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn), převede je na stabilní a nerozpustné formy (kovy, oxidy, hydroxidy, sulfidy) a následně předá na zabezpečenou skládku nebezpečných odpadů. Tím se prakticky eliminuje možnost kontaminace podzemních vod pod skládkami, což je alarmující nebezpečí, které hrozí v budoucnu lokalitám ukládající komunální odpad na tyto skládky.

Popeloviny, které prošly buď ohništěm nebo dohořívací komorou (až 1 100 °C), nevykazují nebezpečné vlastnosti a svým charakterem se podobají stavebním výrobkům typu maltovin, neboť mají podobné pucolánové vlastnosti. Lze je tedy s výhodou využívat jako stavební výrobek, například pro podkladové vrstvy pozemních komunikací. Z popelovin rovněž oddělíme feromagneticky cca 1 400 tun železného šrotu pro hutě. Celková míra materiálového využití popelovin na výrobky je 95 %.

Moderní spalovny patří mezi nejkvalitnější tepelné zdroje, proto již pátý rok po sobě nepřekračujeme žádný ohlašovací limit pro emise do ovzduší, vody a půdy v Integrovaném registru znečištění (www.irz.cz). Stejně spolehlivě plníme i legislativní limity dané integrovaným povolením provozu.

Obr. 1: Základní technologické schéma spalovny s vyznačením katalytické fi ltrace REMEDIA D/F™

Stručný popis provozu spalovny

Spalovna (obr. 1) je tvořena bunkrem sloužícím ke shromažďování odpadu o objemu 600 m³ (hrubá frakce) až 2 400 m³ (jemná frakce). Následuje ohniště s implementovaným předsuvným roštem a s parním (utilizačním) kotlem, které tvoří jeden agregát, sestávající ze tří radiačních (vertikálních) tahů a jednoho konvekčního (horizontálního) tahu. Struska se z roštu odvádí přes vodní lázeň do bunkru strusky, kde je následně smíchána s propraným popílkem. Teplota v ohništi se pohybuje v rozmezí 900 až 1 130 ºC a v dohořívací zóně dosahuje hodnot 850 - 950 ºC, což je mimo jiné rozsah pro optimální průběh metody SNCR redukující oxidy dusíku obsažené ve spalinách. Za posledním přívodem vzduchu do spalovací komory musí být dosaženo vždy teploty 850 ºC, a za tímto účelem je zde jako přídavné palivo využíván zemní plyn a to pouze v situacích vedoucích k nedodržení požadované teploty (najíždění a odstavování spalovny, výpadek dávkování odpadu, kolísání kalorického obsahu odpadu v průběhu jeho spalování). Je nezbytné zdůraznit, že přídavné palivo trvale nepodporuje proces spalování odpadu a jeho energetický přínos, představující cca 0,5 %, je zanedbatelný.

Jak již bylo uvedeno, spalovna je rovněž kogeneračním zdrojem energie, která je následně využívána nejen ve vlastním technologickém procesu, ale především je dodávána do parních rozvodů centrálního zásobování teplem a veřejné elektrické sítě (vyrobená pára 43 bar/430 °C je redukována v protitlaké turbíně s elektrickým výkonem 2,5 MW na 10 bar/230 °C). Systém čištění spalin před jejich vypuštěním do komínu, kde probíhá kontinuální měření emisních koncentrací zbytkového podílu znečišťujících plynných látek, lze charakterizovat jako čtyřstupňový:

1. Redukce oxidů dusíku (NO_x) pomocí SNCR metody: injektáž 25% hydroxidu amonného (NH₄OH) převážně do třetího radiačního tahu kotle.
2. Redukce tuhých znečišťujících látek (TZL): záchyt zbytkového podílu jemného popílku s obsahem toxických kovů v elektrostatickém odlučovači (EO) bezprostředně navazujícím na utilizační kotel.
3. Redukce organických látek: perzistentní organické látky, zejména skupiny PCDD/F, jsou eliminovány prostřednictvím technologie katalytické filtrace REMEDIA D/F™, jehož dalším efektem je odloučení zbytkového podílu jemného popílku vystupujícího z EO.
4. Redukce anorganických látek – mokrý způsob čištění spalin využívající principu fyzikálně - chemické absorpce probíhá v následujících krocích:

• absorpce největšího podílu plynných sloučenin kyseliny chlorovodíkové (HF) a fluorovodíkové probíhá (HCl) v tzv. Quenchi, v němž dochází k prudkému ochlazení spalin vodou na teplotu cca 60 °C a zároveň k eliminaci nezachycených TZL a kovů
• absorpce oxidů síry (SO_x) prací vodou s obsahem hydroxidu sodného (NaOH)
• absorpce aerosolů nejmenších podílů TZL prostřednictvím tryskového okruhu (Ringjet) a kolmého vstřikování vody do proudu spalin

Rozpustné soli a extrahovatelné těžké kovy ze shromážděných popílků jsou vyluhovány v kyselém prostředí při pH = 3,5 a zvýšené teplotě 70 °C. Vodný výluh je následně přes vakuový pásový filtr veden do procesu úprav technologických odpadních vod a odvodněný popílek odchází do bunkru strusky, vykazující podobné vlastnosti. Prací vody ze všech technologických uzlů spalovny jsou zpracovávány v úpravně procesních technologických vod. Tabulka 1 dává představu o kvalitním provozu spalovny prostřednictvím vybraných provozních ukazatelů v letech 2000 až 2008 vtažených na tunu spáleného odpadu, které mají vtah k materiálovému využití produkovaného odpadu spalovnou.

Tab 1: Odpad a materiálově využívané odpadní frakce ve spalovně TERMIZO a.s.

Emise hlavních znečišťujících složek

Spalovna TERMIZO a.s. je legislativně (zákon č. 86/2002 Sb. o ochraně ovzduší) hodnocena jako zvláště velký zdroj emisí, který podléhá legislativě EU včetně integrovaného povolení. Nejlépe je v ČR i EU propracovaná problematika emisí do ovzduší, a proto zde budeme demonstrovat, jak různě se hodnotí velké zdroje emisí. Všechny spalovny mají povinnost provozovat autorizované kontinuální měření hlavních znečišťujících složek (TZL-prach, TOC-organické látky, SO₂, NO₂, HCl, CO) a měřit je ve vypouštěných spalinách v minutových intervalech, z nich počítat průměrné půlhodinové koncentrace a ty evidovat a porovnávat s limity. Právě obavy ze spaloven odpadů vedly k tomu, že nynější technologie čištění jsou na nejvyšší úrovni a splňují požadavky integrované prevence a omezování znečištění (IPPC). Proto jsou i předepsané limity spaloven podstatně přísnější, jak je uvedeno v tabulce 2 pro různé tepelné zdroje s výkony kolem 50 MW.

Obr. 2: Průměrné roční emisní koncentrace v roce 2008 (% limitu)

U spaloven se dále považuje za nesplnění překročení limitu, zatímco u jiných tepelných zdrojů je to překročení 1,2 nebo 2násobku limitu. Analogická je situace i u emitovaných kovů. Přirozeně, že pro znečištění ovzduší není podstatný původ emisí, a proto je vliv moderních spaloven pozitivní, neboť šetří fosilní paliva spalovaná tepelnými zdroji s daleko horší účinností čištění spalin. V Liberci takto překrýváme provoz teplárny na mazut.

Předepsané přísné emisní limity do ovzduší spalovna TERMIZO a.s. s rezervou plní, neboť má instalované nejlepší technologie čištění (BAT). To dokládá obr. 2 porovnávající průměrné roční hodnoty měřených půlhodinových koncentrací a jednorázových měření kovů a perzistentních organických látek (PCDD/F) uvedených v % limitu.

Tab. 2: Porovnání limitů emisí do ovzduší pro různé tepelné zdroje

Pozn.: Limity dle Nařízení vlády č. 354/2002 Sb., č. 146/2007 Sb., pevná paliva: přepočet na 6 % kyslíku, kapalná: přepočet na 3 % a spalovny se nepřepočítávají, pokud hodnota kyslíku v koncových spalinách nepřekročí 11 %, většinou jsou uvedeny denní limity.

Pro zajištění vysoké úrovně rozkladu perzistentních organických látek (POPs) byla po složitém výběru zvolena technologie katalytického rozkladu těchto organických látek na textilních filtrech REMEDIA D/F™ renomované americké firmy Gore. Díky této technologii se tyto toxické organické látky rozloží na neškodné sloučeniny (primárně H2O, CO2) a na malé množství HCl odstraněné v dalším stupni čištění spalin. Rozkládají se i jiné nebezpečné organické látky (PAU, PCB, chlorované fenoly). TERMIZO a.s. požadovalo optimalizovat funkci této technologie a použít ji poprvé na světě na místě, které je optimální z hlediska reakčních teplot, ale kde spaliny ještě nejsou dokonale vyčištěné a jsou tedy poměrně agresivní. Proto jsme byli v letech 2004-6 hlavním řešitelem evropského výzkumného projektu EUREKA DIOXIN. Projekt byl velmi úspěšný a filtr pracuje již šestý rok při původní účinnosti cca 95 % a s původními 676 trubicemi. Vzhledem k optimální pracovní teplotě jsou provozní náklady minimální.

Na tento výzkumný projekt navázal v roce 2006 nový projekt EUREKA DIOXIN2, který ověřil doplnění této americké technologie originální českou patentovanou technologii CMD. Technologie CMD katalyticky rozloží i zbytky POPs na popílku z tohoto filtru (ale i další podobně kontaminované pevné fáze) s účinností vyšší než 98 %. Tedy technologie čištění spalin od POPs při aplikaci obou postupů může být bezodpadová.

Tento článek byl publikován v rámci spolupráce redakce časopisu Alternativní energie a CZ Biom.

Odpadové hospodářství: Pozitivní trendy a výzvy do budoucna

Novinky z Prodevalu: zkapalňování CO2, Valopur DFM a nová výrobní linka na jihu Francie

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky