docPracovní verze překladu BREF Spalování odpadů (PDF
download 
Stížnost Transkript
Pracovní verze překladu BREF Spalování odpadů (PDF
EVROPSKÁ KOMISE GENERÁLNÍ ŘEDITELSTVÍ JRC SPOLEČNÉ VÝZKUMNÉ CENTRUM Institut perspektivních technologických studií (Seville) Udržitelnost v průmyslu, energetice a dopravě Evropská kancelář IPPC Integrovaná prevence a omezování znečištění Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích spalování odpadů červenec 2005 Edificio Expo, c/ Inca Garcilaso s/n, E-41092 Seville – Spain Telef.: přímá linka (+34-95) 4488-284, ústředna 4488-318, Fax: 4488-426. Internet: http://eippcb.jrc.es E-mail:[email protected] Tento dokument je jedním z řady předpokládaných níže uvedených dokumentů (v době zpracování nebyly připraveny návrhy všech dokumentů): Plný název Kód BREF Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích pro intenzívní chov drůbeže a prasat Referenční dokument o hlavních zásadách monitoringu Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích činění kůží a usní Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích ve sklářském průmyslu Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích v průmyslu papíru a celulózy Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích ve výrobě železa a oceli Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích v průmyslu výroby cementu a vápna Referenční dokument o uplatňování nejlepších dostupných technologií pro průmyslové chladící soustavy Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích v průmyslu výroby chlóru a alkálií Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích v průmyslu zpracování železných kovů Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích v průmyslu neželezných kovů Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích v textilním průmyslu Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích pro rafinérie ropy a plynu Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích v průmyslu velkoobjemových organických chemikálií Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích v systémech čištění odpadních vod a odpadních plynů a hospodaření s nimi v chemickém průmyslu Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích v průmyslu potravinářském, nápojovém a mlékárenském Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích v kovárenském a slévárenském průmyslu Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích pro emise ze skladů Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích pro ekonomiku a vzájemné působení médií Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích pro velké spalovny Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích na jatkách a v průmyslu zpracovávajícím jejich vedlejší produkty Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích pro hospodaření s hlušinou a jalovinou v hornictví Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích pro povrchové úpravy kovů Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích pro průmysl zpracování odpadů Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích pro výrobu velkoobjemových anorganických chemikálií (čpavku, kyselin a hnojiv) Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích pro spalování odpadu Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích pro výrobu polymerů Referenční dokument o energeticky efektivních technologiích Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích pro výrobu jemných organických chemikálií Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích pro výrobu speciálních anorganických chemikálií Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích pro povrchové úpravy s použitím rozpouštědel Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích pro výrobu velkoobjemových anorganických chemikálií (pevných látek a ostatních) Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích v průmyslu keramických výrob ILF MON TAN GLS PP I&S CL CV CAK FMP NFM TXT REF LVOC CWW FM SF ESB ECM LCP SA MTWR STM WT LVIC-AAF WI POL ENE OFC SIC STS LVIC-S CER SOUHRN Srovnávací dokument BAT (Best Available Techniques – Nejlepší dostupné techniky) (BREF) s názvem Spalování odpadu (WI) odráží diskusi vedenou na základě článku 16(2) směrnice Rady č. 96/61/ES (Směrnice IPPC). V tomto souhrnu jsou popsány hlavní zjištění, souhrn zásadních závěrů BAT a související spotřební a emisní hodnoty. Je třeba jej studovat ve spojitosti s předmluvou, kde jsou vysvětleny cíle dokumentu, účel použití a legislativní pojmy. Lze jej studovat a chápat jako samostatný dokument, ale jako souhrn nevyjadřuje všechny složitosti celého dokumentu. Není proto zamýšlen jako náhražka celého dokumentu při použití jako nástroj rozhodovacího procesu v BAT. Působnost dokumentu Působnost dokumentu vychází z oddílů 5.1 a 5.2 Přílohy č. 1 Směrnice IPPC č. 96/61/ES, pokud pojednávají o spalování odpadů. Působnost zvolená pro dokument nebyla omezena ani velikostí zařízení ve Směrnici IPPC ani definicemi odpadu, jeho využitím nebo odstraněním v nich zahrnutých. Zde zvolená působnost by měla poskytnout pragmatický pohled na odvětví spalování jako celek, s dílčím zaměřením na ta zařízení a druhy odpadů, která nejsou nejvíce rozšířena. Při rozhodování o působnosti BREF dokumentu byla též vzata v úvahu jako faktor působnost Směrnice o spalování odpadu. Konečný obsah dokumentu BREF odráží informace poskytnuté TWG (Technical Working Group -Technická pracovní skupina) během výměny infomací. Dokument pojednává pouze o účelovém spalování odpadu a nikoli o jiných situacích, ve kterých je odpad tepelně upravován, např. o procesech spoluspalování, jako např. v cementárnách a velkých spalovnách. Třebaže ústředním zájmem dokumentu je spalování odpadu, zahrnuje také některé informace o pyrolýze odpadu a systémech zplyňování. Tento BREF dokument: • • se nezabývá rozhodnutími o výběru spalování jako způsobu úpravy odpadu neporovnává spalování odpadu s jinými způsoby úpravy odpadu. Spalování odpadu (WI) Spalování se používá jako metoda úpravy pro velmi široký okruh druhů odpadů. Spalování samo o sobě je obecně pouze částí komplexního systému úpravy odpadů vesměs provozovaného k souhrnnému nakládání s rozsáhlým sortimentem odpadů vznikajících ve společnosti. V odvětví spalování odpadů došlo během posledních 10 až 15 let k rychlému vývoji. Hnací silou u mnohých z těchto změn byla specifická legislativa pro průmysl, na základě které se především snížily emise do ovzduší z příslušných zařízení. Nepřetržitý proces vývoje v odvětví pokračuje vyvíjením technologií, které omezují náklady při současném udržení nebo zlepšení stávající úrovně dopadů na životní prostředí. Cíl spalování odpadů je stejný jako u většiny metod úpravy odpadů, a to upravovat odpady tak, aby se snížil jejich objem a nebezpečnost a současně byly zachyceny (a tím koncentrovány) nebo zničeny potenciálně škodlivé látky. Prostřednictvím spalovacích procesů lze též umožnit využití energie, nerostných a/nebo chemických látek obsažených v odpadu. V zásadě je spalování odpadů oxidací hořlavých materiálů v něm obsažených. Odpad je obecně vysoce heterogenní materiál složený v podstatě z organických látek, minerálů, kovů a vody. Během spalování vznikají spaliny, které obsahují převážně energii k tepelnému využití. Organické látky v odpadu budou hořet, pokud dosáhnou nezbytnou teplotu vznícení a dostanou se do kontaktu s kyslíkem. Skutečný proces hoření proběhne v plynné fázi ve zlomku sekundy a současně se uvolňuje energie. Je –li dostačující výhřevnost odpadu i množství přiváděného kyslíku, může to vést k tepelné řetězové reakci a samospalování, tzn. že nenastane potřeba přídavku jiných paliv. Ačkoliv se velice mění přístupy, odvětví spalování lze přibližně rozdělit na následující hlavní pododvětví: i. Spalování směsného komunálního odpadu – úprava typických směsných a z velké části neupravených domovních odpadů a odpadů z domácností, někdy ale může zahrnovat určité množství průmyslových a živnostenských odpadů (odpady průmyslové a živnostenské jsou také odděleně spalovány v určených spalovnách průmyslových nebo živnostenských odpadů neklasifikovaných jako nebezpečné). ii. Spalování předběžně upravených komunálních nebo jiných odpadů – zařízení, ve kterých se upravují odděleně sebrané odpady, předběžně upravené nebo připravené takovým způsobem, že charakteristiky odpadu se liší od směsného odpadu. Spalovny specificky připraveného paliva z odpadu spadají do tohoto pododvětví. iii. Spalování nebezpečných odpadů – toto zahrnuje spalování na průmyslových stanovištích a v obchodních podnicích (tam je obvykle přijímán široký okruh různých druhů odpadů) iv. Spalování kalů z čistíren odpadních vod – v některých lokalitách jsou kaly z čistíren odpadních vod spalovány odděleně od ostatních odpadů v určených zařízeních, v jiných místech jsou takové odpady k účelu spalování kombinovány s ostatními odpady (např. s komunálním odpadem). v. Spalování klinických odpadů – zařízení určená k úpravě klinických odpadů, které obvykle pocházejí z nemocnic a jiných zdravotnických zařízení, jsou v jednotlivých nemocnicích aj. provozována jako centrální zařízení nebo přímo v místě vzniku odpadu. V některých případech jsou určité klinické odpady upravovány v jiných zařízeních, např. se směsným komunálním nebo nebezpečným odpadem. Údaje v tomto dokumentu v čase, kdy byly sestaveny: • • • • Přibližně 20-25 % komunálního tuhého odpadu (KTO) produkovaného v EU-15 je upraveno spalováním (celková produkce KTO se blíží 200 mil. t/rok) Procentuální obsah KTO upraveného spalováním se v jednotlivých členských státech EU-15 pohybuje od 0 do 62 %. Celkový počet zařízení k úpravě KTO v EU-15 přesahuje 400. Roční kapacita spalování KTO se v jednotlivých evropských zemích pohybuje od 0 kg do množství přesahující 550 kg/obyv. • • • V Evropě je průměrná kapacita spaloven KTO těsně pod 200 000 t/rok. Průměrná celková kapacita zařízení pro spalování KTO se v jednotlivých členských státech rovněž liší. Nejmenší zaznamenaná průměrná velikost zařízení je 60 000 t/rok a největší se blíží 500 000 t/rok. Přibližně 12 % produkce nebezpečného odpadu v EU-15 je spáleno (celková produkce se blíží 22 mil. t/rok). Očekává se, že v Evropě se za 10 až 15 let rozšíří odvětví spalování KTO, neboť se hledají alternativy nakládání s odpady odkloněnými od skládek uplatňováním Směrnice o skládkách a jak tradiční, tak i nové členské státy zkoumají a implementují své strategie nakládání s odpady ve světle této legislativy. Klíčové environmentální problémy Odpady a nakládání s nimi představují významné environmentální problémy. Tepelná úprava odpadu může být proto považována za odpověď na environmentální hrozby v důsledku toho, že se špatně nakládá s proudy odpadů nebo se s nimi nenakládá vůbec. Cílem tepelné úpravy je celkové snížení dopadů na životní prostředí jako celek, které by mohl jinak odpad způsobit. Bohužel v průběhu operace spalování ve spalovacím zařízení dochází ke zvýšení emisních a spotřebních hodnot a jejich výskyt nebo množství je ovlivněno designem a provozem zařízení. Potenciální vliv samotných zařízení ke spalování odpadů spadá do následujících kategorií: • • • • • • • Celkové emise z procesu do ovzduší a vody (včetně zápachu) Celková odpadní produkce z procesu Hluk a vibrace z procesu Spotřeba a výroba energie Spotřeba surovin (reagencií) Přechodné emise (ze skladování odpadu) Snížení rizika nebezpečných odpadů při skladování, nakládání a zpracování. Ostatní vlivy přesahující rámec tohoto BREF dokumentu (které ale mohou významně ovlivnit celkové dopady celého řetězce nakládání s odpady na životní prostředí) vyplývají z následujících operací: • • Doprava vstupujícího odpadu a vystupujících zbytků Extenzivní předběžná úprava (např. příprava paliv z odpadu) Uplatňováním a prosazováním moderních emisních norem a použitím moderních technologií pro kontrolu znečištění se snížily emise spaloven odpadů do ovzduší na úroveň obecně považovanou za velmi nízkou z hlediska rizika znečištění. Nepřetržité a efektivní používání těchto technologií kontroly emisí do ovzduší je klíčovou environmentální záležitostí. Kromě toho, že zajišťují efektivní úpravu jinak potenciálně znečišťujících odpadů, se kterými se nenakládá, mají mnohá zařízení ke spalování odpadů zvláštní roli z hlediska procesu energetického využití odpadu. Pokud jsou v zařízeních ke spalování odpadů (všeobecně komunálních) uplatněny politiky zvyšování možností energetického využití hodnoty odpadů, zvyšuje se hodnota tohoto příspěvku pro životní prostředí. Významnou environmentální příležitostí pro průmysl je proto zvyšování jeho potenciálu jako dodavatele energie. Zavedené procesy a technologie V kapitole 2 tohoto dokumentu jsou popsány procesy a technologie, které jsou zavedeny v průmyslu spalování odpadů. Kapitola je zaměřena na nejběžněji uplatňovanou tepelnou úpravu - spalování odpadů, ale rovněž obsahuje informace o zplyňování a pyrolýze. Následující hlavní činnosti a oblasti jsou popsány víceméně podrobně: • • • • • • • • • • • Přijímání vstupujícího odpadu Skladování odpadu a surovin Předběžná úprava odpadu (hlavně úprava v místě vzniku odpadu a operace směšování) Vsádka odpadu do pece Technologie uplatňované ve fázi tepelné úpravy (design pece atd.) Fáze využití energie (např. varianty kotlů a dodávek energie) Technologie čištění spalin (seskupené podle látek) Nakládání se zbytky z čištění spalin Kontrola a monitoring emisí Kontrola a čištění odpadních vod (např. z drenážních stanovišť, z čištění spalin, ze skladů) Nakládání s popelem/pecním popelem a jeho úprava (pocházejícího z fáze hoření) Pokud jsou technologie specifikované pro určité druhy odpadu, jsou odpovídající sekce rozděleny podle druhu odpadu. Spotřeba a emise Emise a spotřeba materiálu a energie spojené se zařízením na spalování odpadu jsou popsány v kapitole 3. Uvádí dostupné údaje o emisích ze zařízení do ovzduší a vody, o hluku a zbytkových odpadech. V oddíle zaměřeném na spotřebu energie a výstupy jsou poskytnuty i informace o spotřebách surovin. Většina údajů pocházejících z průmyslových přehledů se týká celých zařízení. Jsou zde obsaženy také některé informace o technologiích uplatňovaných k dosažení těchto emisních hodnot. I když některá evropská zařízení nejsou dosud modernizována, v průmyslu se obecně dodržují limitní hodnoty emisí do ovzduší stanovené ve Směrnici 2000/76/ES nebo dosahují podlimitní hodnoty. V podmínkách, kdy lze dodávat kombinaci tepla a elektřiny (CHP – Combined Heat and Power), obdobně i tepla a páry, je možno využívat velkou část energetické hodnoty odpadu (v některých případech přibližně 80 %). Technologie zvažované při určování BAT Každá technologie popsaná kapitole 4 zahrnuje dostupné odpovídající informace o: hodnotách spotřeby a emisí dosažených při použití technologie; určitou představu o nákladech a o problémech interakcí médií v souvislosti s technologií a informace o rozsahu použitelnosti technologie v okruhu zařízení, pro která jsou požadována povolení IPPC – např. pro nová, stávající, velká nebo malá zařízení a pro určité druhy odpadů. Zahrnuty jsou systémy řízení, integrované zpracovatelské technologie a opatření typu „end-of-pipe“ prováděná až na konci procesu. Zvažované technologie zde zahrnuté mají potenciál stát se příspěvkem ke zvýšení úrovně ochrany životního prostředí z hlediska průmyslu spalování odpadů. Konečná verze BAT, tak jak byla odsouhlasena TWG, není obsažena v kapitole 4, ale v kapitole 5. Skutečnost, že technologie je uvedena v kapitole 4 a není v kapitole 5 neznamená, že technologie není a nemůže být BAT – příčinou vyloučení technologie z kapitoly 5 může být např. to, že skupina TWG vnímala technologii jako nedostatečnou k širokému uplatnění z hlediska obecného popisu BAT. Kromě toho také proto, že technologii nelze popsat důkladně, i vzhledem k dynamice situace. Kapitolu 4 není možno považovat za úplně vyčerpávající. Jiné technologie mohou také poskytovat výkonnostní úroveň, která splňuje nebo překračuje kritéria později stanovená v kapitole 5, a pokud jsou zavedeny místně, mohou přinášet patřičné výhody v konkrétních situacích, kde jsou použity. Zahrnuté technologie jsou seskupeny v přibližném pořadí tak, jak se objevovala většina zařízení ke spalování odpadů. Níže uvedená tabulka obsahuje názvy pododdílů kapitol a označuje skupiny v seznamu technologií. Číslo oddílu v kapitole 4 4.1 Název oddílu Obecné praktické metody uplatňované před tepelnou úpravou 4.2 Tepelné zpracování 4.3 Využití energie 4.4 Čištění spalin 4.5 Čištění a kontrola užitkové vody 4.6 Technologie úpravy tuhých zbytků 4.7 Hluk 4.8 Nástroje environmentálního řízení 4.9 Dobrá praxe v informování veřejnosti a komunikaci Tabulka: Schéma uspořádání informací v kapitole 4 Kapitola 4 se zaměřuje na technologie, které poskytují dílčí výhody v každé z hlavních fází obvyklých v zařízeních ke spalování odpadů. Avšak rozdělení technologií tímto způsobem znamená, nicméně je to v některých případech zmiňováno, že důležitý aspekt celkové integrace všech těchto technologií do zařízení (někdy uváděný v BREF jako jejich „proces vzájemné kompatibility“) je něco, co vyžaduje opatrné zvážení při čtení jednotlivých oddílů v kapitole 4. Pododdíly o provozních údajích a použitelnosti se obecně vyskytují tam, kde se tato témata berou v úvahu. Kapitola 4 nepopisuje obecně v podrobnostech ty technologie, které sice poskytují nebo přispívají k vysoké úrovni environmentální účinnosti, ale jsou natolik obecné, že jejich použití může již být považováno za standard. Příkladem jsou vzhledem k relativně dobře zavedené upotřebitelnosti návrhů základních kotlů pro hlavní proudy odpadů technologie zvažované v této fázi a soustředěné zejména na: a) obecnou problematiku zabezpečení vybraného systému spalování s řádným nastavením odpovídajícím vstupujícím odpadům a b) na některé aspekty vztahující se ke zlepšení účinnosti spalování, např. na přípravu odpadu, kontrolu přiváděného vzduchu atd. BAT pro spalování odpadu Kapitola BAT (kapitola 5) označuje ty technologie, které jsou v obecném slova smyslu skupinou TWG považovány za BAT na základě informací v kapitole 4 při zohlednění definice nejlepších použitelných technologií v článku 2(11) a důvodů uvedených v příloze IV Směrnice. Kapitola BAT nestanoví ani nenavrhuje hodnoty emisních limitů, ale předpokládá výrobní spotřeby a emisní hodnoty vzhledem k použití BAT. Úvod kapitoly 5, který je obsahem tohoto BREFu, je specificky rozšířen o vysvětlení určitých problémů považovaných za obzvláště relevantní se zřetelem na průmysl spalování odpadů, a to včetně spojitosti mezi Směrnicí o spalování odpadů (WID) a směrnicí IPPC. Tyto dodatečné specifické problémy zahrnují: • • • rozdíl mezi hodnotami emisních limitů WID a účinností BAT vztah mezi BAT a výběrem místa k nakládání s odpady jak rozumět a používat BAT dle popisu v kapitole 5. Následující odstavce shrnují klíčové závěry BAT, ale pro komplexní pochopení je třeba je vztahovat ke kapitole BAT jako takové. BAT jsou obecně určeny k uplatnění v celém odvětví (tj. spalování, zplyňování a pyrolýza jakéhokoliv druhu odpadu). Ostatní uvedené BAT se uplatňují v pododvětvích, která zpracovávají převážně proud specifických odpadů. Je tudíž předpokládáno, že by se ve specifických zařízeních uplatňovala kombinace BAT obecných a specifických pro odpady a že by se v zařízeních pro úpravu směsí odpadů nebo specificky neoznačených odpadů uplatnily obecné technologie BAT spolu s vhodně vybranými technologiemi BAT pro specifické odpady. Další připomínky ke kombinování BAT jsou obsaženy v úvodu ke kapitole 5. Obecné technologie BAT Základní BAT zdůrazňuje význam výběru takového návrhu zařízení, které vyhovuje charakteristikám odpadu přijímaného do zařízení z hlediska fyzikálních i chemických podmínek. Tato BAT je základem pro zabezpečení toho, aby zařízení mohlo upravovat přijímané odpady s minimálními poruchami procesu, které by samy o sobě mohly vyvolat dodatečné dopady na životní prostředí. Z tohoto pohledu se jedná též o BAT minimalizující plánované i neplánované uzavírky. BAT obsahuje zřízení a provádění kontrol kvality na vstupu odpadu. Cílem toho je zajistit, aby charakteristiky odpadu zůstaly odpovídající návrhu zařízení, do kterého jsou odpady přijímány. Takové postupy kontroly kvality jsou kompatibilní s uplatněným systémem environmentálního managementu, se kterým je rovněž v BAT uvažováno. Existuje několik BAT zohledňujících podmínky a nakládání se skladovanými přijímanými odpady před jejich úpravou tak, aby nezpůsobovaly znečištění nebo uvolňování zápachu. Jsou zaznamenány některé specifické technologie a podmínky skladování. BAT uvažuje s přístupem na základě rizikovosti, který bere v úvahu vlastnosti příslušného odpadu. Posouzení projevené schopnosti u některých návrhů zařízení velmi účinně upravovat vysoce heterogenní odpad (např. směsný KTO) a posouzení rizik a vlivů interakcí médií v souvislosti s předběžnou úpravou vedou k závěru, že BAT bude sloužit k úpravě přijímaných odpadů tak, aby odpovídaly navržené specifikaci přijímacího zařízení, s tím, že upravovat odpad za daný rámec vyžaduje objektivní zvážení přínosů (možná omezených), provozních faktorů a vlivů interakcí médií. Návrh a provoz fáze spalování jsou označeny jako důležitý aspekt prevence primárního znečištění a tím velmi významný pro dosažení cílů Směrnice IPPC. V kapitole BAT je uvedeno, že modelování toku ve fázi návrhu může pomoci zabezpečit dobrou informovanost pro určitá klíčová rozhodnutí o návrhu. V provozu je s BAT uvažováno při použití různých technologií (např. kontrola dodávek vzduchu a distribuce) k řízení spalování. Patřičnou důležitost zde má BAT týkající výběru návrhu odpovídajícího přijímanému odpadu. Obecně je uplatnění provozních podmínek spalování specifikováno v článku 6 Směrnice 2000/76/ES (WID) zvažováno ve shodě s BAT. Nicméně, skupina TWG se vyjádřila, že překročením těchto podmínek (např. vyšší teploty) by mohlo dojít k celkovému zhoršení dopadů na životní prostředí a že je známo několik příkladů zařízení k nakládání s nebezpečnými odpady, ve kterých bylo prokázáno celkové zlepšení environmentální účinnosti, když byly provozovány při teplotách nižších než 1 100 ºC, což je teplota specifikována ve Směrnici WID pro určité nebezpečné odpady. U obecných BAT byl učiněn závěr, že spalovací podmínky by měly být dostatečné k destrukci odpadu, ale omezení potenciálních dopadů interakcí médií bude při překročení těchto podmínek vcelku nevýznamné. Za BAT je považována technologie spalování odpadu používající přídavný(é) hořák(y) k dosažení a udržení provozních podmínek. Při použití zplyňování nebo pyrolýzy s cílem zabránit vzniku odpadu spojeného s odstraňováním vedlejších produktů těchto technologií, se BAT uplatní buď pro využití energetické hodnoty produktů ve fázi hoření nebo pro jejich dodání k použití. Hodnoty emisí uvolňujících se do ovzduší související s BAT technologií u těchto zařízení ve fázi hoření jsou stejné, jako hodnoty stanovené pro zařízení ke spalování odpadů. Využití energetické hodnoty odpadu je klíčovým environmentálním problémem v tomto odvětví a představuje oblast, ve které může toto odvětví významně pozitivně přispět. Tento aspekt splňuje několik BAT technologií, které řeší: • • • • specifické technologie uvažované pro BAT předpokládanou účinnost přestupu tepla u kotlů použití CHP (kombinace tepla a elektřiny), ústřední vytápění, dodávky průmyslové páry a elektřiny účinnost využití, která může být odhadnuta Při uplatnění CHP a dodávek páry/tepla, které jsou největší příležitostí ke zvyšování stupně využití energie, hrají obecně daleko větší roli v určování účinnosti dosažitelné v zařízení politiky ovlivňující dostupnost možných zákazníků pro páru/teplo než podrobný návrh zařízení. V jednotlivých zařízeních jsou z hlavních politických a ekonomických příčin častou variantou využití energie výroba a dodávky elektřiny. Varianty použití CHP, ústředního vytápění a dodávek průmyslové páry jsou dobře uplatněny pouze v několika členských státech – obecně tam, kde jsou vysoké ceny tepla a/nebo jsou přijaty příslušné politiky. Dodávky energie pro provoz chladících systémů a odsolovacích závodů jsou zajišťovány, ale vcelku špatně využívány – o takovou variantu může být zvláštní zájem v oblastech s teplým klimatem; všeobecně jsou rozšířeny varianty dodávek energie z odpadu. Metody čištění spalin (FGT – Flue Gas Treatment) uplatněné v zařízeních ke spalování odpadů byly vyvíjeny řadu let s cílem splnit přísně kontrolované standardy a jsou nyní na vysoce moderní technické úrovni. Jejich návrh a provoz jsou rozhodující pro zajištění toho, aby všechny emise byly dobře kontrolovány. Příslušné BAT: • • • zajišťují proces výběru systémů FGT popisují několik specifických technologií uvažovaných pro BAT popisují výkonnostní hodnoty očekávané při zavedení BAT. Výsledkem diskuse široké skupiny TWG o rozsahu výkonnosti byly některé roztříštěné názory. Pocházely především z jednoho členského státu a nevládní organizace, kde zaujali stanovisko, že pro účel BAT by mohlo být uvažováno s nižšími emisními hodnotami, než těmi, které byly odsouhlaseny zbývajícími členy skupiny TWG. BAT týkající se odpadních vod zahrnuje: • • • • • vnitřní proces recirkulace určitých odpadních vod oddělený proces odvodňování určitých odpadních vod čištění odpadních vod z mokrého vypírání v místě vzniku výkonnostní hodnoty BAT pro emise z čištění odpadních vod vypíráním použití specifických technologií Z diskuse široké skupiny TWG o rozsahu výkonnosti vyplynuly nesouhlasné názory jednoho členského státu a nevládní organizace, kteří prosazovali jako BAT nižší emisní hodnoty oproti odsouhlaseným hodnotám. BAT týkající se nakládání se zbytkovými odpady zahrnuje: • • • • • úroveň vyhoření pecního popele s hodnotou emisí celkového organického uhlíku (TOC) pod 3 %, s běžnými hodnotami mezi 1-2 % seznam technologií, které při vhodné kombinaci mohou dosáhnout tuto úroveň vyhoření oddělené nakládání s pecním popelem a s popílkem a požadavek posuzovat každý vyrobený proud produktů extrakce železných a neželezných kovů z popela za účelem jejich využití (proveditelné tam, kde jsou v popelu přítomny v dostatečné míře) úprava pecního popela a ostatních zbytkových odpadů pomocí určitých technologií – v rozsahu požadovaném k dodržení kritérií v místě příjmu k využití nebo odstranění. Kromě těchto obecných BAT jsou určeny specifičtější BATpro ta pododvětví průmyslu, ve kterých jsou upravovány hlavně následující odpady: • • • • • komunální odpady předem upravené nebo vytříděné komunální odpady nebezpečné odpady kaly z čistíren odpadních vod klinické odpady Specifické BAT poskytují podle možnosti podrobnější úsudky o BAT. Tyto úsudky zahrnují následující specifické problémy v proudu odpadů: • • • nakládání se vstupujícími odpady, skladování a předběžná úprava spalovací technologie účinnost využití energie Objevující se technologie Oddíl objevujících se technologií není úplný. Výčet technologií předložený skupinou TWG a zahrnutý v předešlých návrzích tohoto dokumentu byl přesunut do tohoto oddílu. Ve většině případů jsou zahrnuté technologie demonstrovány pouze v pilotním nebo zkušebním měřítku. Stupeň účinnosti pyrolýzy a zplyňování (měřeno dle celkových výkonů a provozních hodin) hlavních evropských proudů odpadů je nižší v porovnání se spalováním a z některých zařízení jsou hlášeny provozní potíže. Nicméně jak zplyňování, tak i pyrolýza jsou v odvětví uplatněny, a proto nemohou být dle definice BREF považovány za objevující se technologie. Z tohoto důvodu jsou informace týkající se těchto technik zahrnuty v kapitole 4. Závěrečné poznámky Výměna informací Tento BREF je založen na stovce zdrojů informací a více než 700 konzultačních připomínek předložených velmi širokou pracovní skupinou. Některé informace se překrývaly, a proto nejsou všechny dodané dokumenty v BREFu zmíněny. Jak z průmyslu, tak i z členských států byly poskytnuty důležité informace. Kvalita údajů byla obecně dobrá, především údajů týkajících se emisí do ovzduší, a umožňovala v některých případech provést odůvodněné srovnání. To však nebyl běžný případ a data týkající se nákladů bylo obtížné srovnávat vzhledem k rozporům v sestavování dat a reportingu. Poskytnutá data o spotřebách a o emisích se spíše než jednotlivých zařízení převážně týkají zařízení jako celků nebo skupin technologií. To vedlo k některým důležitým závěrům k BAT vyjádřeným v podobě celkových kvantitativních výkonnostních cílů s určitými technickými variantami, které mohou pomoci při vhodné kombinaci zvýšit tuto výkonnost. Úroveň shody Bylo dosaženo shody na všeobecně dobré úrovni. Ve vztahu k technickým otázkám BAT byla úplná jednota a žádné rozpory. Obecně dobrý konsensus byl též v kvantitativních parametrech BAT, i když provozní hodnoty emisí spojené s užitím BAT vedly k některým rozporuplným názorům, konkrétně u jednoho členského státu a ekologické nevládní organizace byly zaznamenány nesouhlasné názory ve vztahu k více BAT ohledně emisí uvolňovaných do ovzduší i do vody. Doporučení pro budoucí práci a pro projekty výzkumu a vývoje (R & D) Výměna informací a její výsledky, tj. tento BREF jsou krokem vpřed pro dosažení integrované prevence a kontroly znečištění ve vztahu ke spalování odpadů. Další práce by v zájmu pokračování procesu mohly poskytnout: • • • • • • • • • informace týkající se používaných technologií, nákladů na ně, modernizace stávajících zařízení – takové informace mohou vycházet ze zkušeností z implementace WID v členských státech a měly by být efektivně porovnány s náklady/výkonností nových zařízení podrobnější informace o nkladech, které jsou požadovány k provedení přesnějšího hodnocení variant dostupnosti technologií podle velikosti zařízení a druhu odpadu informace týkající se menších zařízení – o malých zařízeních bylo poskytnuto velmi málo informací informace týkající se zařízení k úpravě průmyslových odpadů neklasifikovaných jako nebezpečné a vlivu na zařízení zpracovávající směsi odpadů, např. kalů z čistíren odpadních vod nebo klinických odpadů s komunálním odpadem podrobnější hodnocení vlivu detailních návrhů prvků spalování, např. návrhu roštů na prevenci znečištění další informace o objevujících se technologiích hodnoty spotřeby a emisí amoniaku (především do ovzduší a vody) pro různé systémy čištění spalin (hlavně mokré, kombinované mokré/suché a suché) a jejich relativní účinnost snížení obsahu NOx vliv rozpětí teploty při odstranění popela na PCDD/F uvolňované do ovzduší a zbytkové odpady další zkušenosti s nepřetržitým monitoringem emisí Hg (do ovzduší a vody). Ostatní důležitá doporučení k další práci v rozsahu tohoto BREF, avšak vyplývající z výměny informací, jsou následující: • • • • • • potřeba zvážit celkový vliv konkurenční soutěže na úpravu odpadů, zvláště soutěže ze strany odvětví spoluspalujících odpady – taková studie by mohla s užitkem zahrnout úvahy o: relativní spolehlivosti, rizikovosti, dodávkách úplných služeb odpadového hospodářství, celkových emisích a využití energie podle různých stupňů odklonu odpadů od skládek a zvážení a označení klíčových rizikových faktorů, např. ověření kvality paliva. může být užitečné zhodnocení vlivu stupně integrace energetické politiky a politiky odpadového hospodářství ve členských státech EU (a jiných zemích) na přijaté strategie odpadů (např. vyváženost používaných technologií v národním měřítku) a na dosaženou účinnost zařízení k tepelnému zpracování. Takové studie mohou určit interakce mezi politikou energetickou a politikou odpadovou a poskytnout příklady, jak pozitivní, tak i negativní. potřeba porozumět ve větších podrobnostech vlivu absolutních a relativních cen energie (elektřiny a tepla) na běžně dosahovanou energetickou účinnost zařízení a roli a vlivu dotací a daňových schémat. určení obvyklých překážek vývoje nových zařízení a přístupů, které se osvědčily jalo úspěšné vývoj vhodných norem pro použití pecního popela – tyto normy se osvědčily jako užitečné pro zlepšování odbytu pecního popela náklady a přínosy snižování dalších emisí z průmyslu spalování odpadů v porovnání se snížením u ostatních průmyslových a antropogenních zdrojů znečištění. ES zahajuje a podporuje prostřednictvím svých RTD programů (Research and Technology Development – Výzkum a vývoj technologií) řadu projektů čistších technologií, které objevují technologie čištění odpadních vod a recyklační technologie i strategie řízení. Tyto projekty by potenciálně mohly užitečně přispět budoucím revizím BREF. Čtenáře proto vyzýváme, aby informovali EIPPCB (European IPPC Bureau – Evropská kancelář IPPC) o každém výsledku výzkumu v působnosti tohoto dokumentu (viz též předmluva k tomuto dokumentu). PŘEDMLUVA 1. Status dokumentu Pokud není určeno jinak, odkazy na „Směrnici“ v tomto dokumentu znamenají směrnici Rady 96/61 ES o integrované prevenci a omezování znečištění. Tento dokument přejímá Směrnici, aniž by byla dotčena ustanovení Společenství o zdraví a bezpečnosti při práci. Tento dokument tvoří součást řady dokumentů obsahujících výsledky výměny informací mezi členskými státy a dotčenými průmyslovými odvětvími o nejlepších dostupných technikách * (BAT), souvisejícího monitoringu a vývoje. [je zveřejněn Evropskou komisí podle článku 16(2) Směrnice a musí být proto při určování „nejlepší dostupné technologie“ vzat v úvahu ve shodě s přílohou IV Směrnice]. * Poznámka: závorka bude odstraněna, jakmile bude dokončen postup zveřejňování Komisí. 2. Odpovídající legislativní závazky ve směrnici IPPC a definice BAT S cílem pomoci čtenáři porozumět právnímu kontextu, ve kterém byl dokument navržen, jsou v téro předmluvě popsána některá nejvíce relevantní ustanovení směrnice IPPC včetně definice pojmu „nejlepší dostupné technologie“. Tento popis je nevyhnutelně neúplný a slouží pouze jako informativní. Nemá žádnou právní hodnotu a není v žádném případě alternativou nebo ku škodě skutečných ustanovení Směrnice. Cílem Směrnice je dosáhnout integrované prevence a omezení znečištění pocházejícího z činností uvedených na seznamu v její příloze I a vést k celkově vysoké úrovni ochrany životního prostředí. Právní základ Směrnice se vztahuje k ochraně životního prostředí. Při jejím zavádění by měly být zohledněny také ostatní cíle Společenství, jako např. volná průmyslová soutěž ve Společenství, a tím přispět k udržitelnému rozvoji. Konkrétněji řečeno, Směrnice stanoví povolovací systém pro určité kategorie průmyslových zařízení, který požaduje jak od provozovatelů, tak i od řídících orgánů integrovaný ucelený pohled na potenciál znečišení a spotřeby u zařízení. Všeobecným cílem takového integrovaného přístupu musí být zlepšení řízení a kontroly průmyslových procesů, aby byla zajištěna vysoká úroveň ochrany životního prostředí jako celku. Ústředním principem tohoto přístupu je obecný princip uvedený v článku 3, který stanoví, že provozovatelé musejí učinit všechna vhodná preventivní opatření proti znečišťování, zejména využitím nejlepší dostupné techniky umožňující jim zlepšit jejich environmentální kredit. Pojem „nejlepší dostupné techniky“ je definován v článku 2(11) Směrnice jako „nejúčinější a nejpokročilejší stadium vývoje činností a jejich provozních metod dokládající praktickou vhodnost určité techniky jako základu pro stanovení mezních hodnot emisí, jejichž smyslem je předejít vzniku emisí, a pokud to není možné alespoň tyto emise omezit a zabránit tak nepříznivým dopadům na životní prostředí jako celek“. Článek 2(11) pokračuje dále následujícím objasněním definice: "technikou" se rozumí jak používaná technologie, tak způsob, jakým je zařízení navrženo, budováno, udržováno, provozováno a vyřazováno z činnosti, "dostupnou" technikou se rozumí technika, která byla vyvinuta v měřítku umožňujícím její zavedení v příslušném průmyslovém odvětví za ekonomicky a technicky přijatelných podmínek s ohledem na náklady a přínosy, ať již tato technika je nebo není v příslušném členském státě používána či vyráběna, pokud je provozovateli za rozumných podmínek dostupná, "nejlepší" technikou se rozumí nejúčinnější technika z hlediska dosažení vysoké úrovně ochrany životního prostředí jako celku. Dále příloha IV Směrnice obsahuje seznam bodů, „které je třeba vzít v úvahu obecně nebo v určitých případech při určování nejlepší dostupné techniky se zřetelem k očekávaným nákladům a přínosům plánovaného opatření a se zřetelem k zásadám prevence a předběžné opatrnosti“. Tyto body zahrnují informace zveřejněné Komisí podle článku 16(2). Příslušné úřady odpovědné za vydávání povolení musejí při určování podmínek povolení zohledňovat obecné principy stanovené v článku 3. Tyto podmínky musejí obsahovat mezní limitní hodnoty, doplněné nebo nahražené v případě nutnosti rovnocennými parametry nebo technickými opatřeními. Podle článku 9(4) Směrnice tyto emisní mezní hodnoty, rovnocenné parametry a technická opatření musejí vycházet, aniž by byla dotčena shoda s environmentálními standardy kvality, z nejlepší dostupné techniky, aniž by však bylo předepsáno použití jakékoli technologie nebo konkrétní metody, se zřetelem k technickým charakteristikám příslušného zařízení, jeho zeměpisné poloze a místním podmínkám životního prostředí. Za všech okolností budou podmínky povolení obsahovat ustanovení o minimalizaci dálkového přenosu znečištění nebo znečištění přesahujícího hranice států a zajištění vysoké úrovně ochrany životního prostředí jako celku. Členské státy mají povinnost podle článku 11 Směrnice zajistit, aby odpovědné orgány sledovaly nebo byl informovány o vývoji v oblasti nejlepších dostupných technik. 3. Cíl tohoto dokumentu Článek 16(2) Směrnice požaduje, aby Komise zorganizovala „mezi členskými státy a odvětvími průmyslu, které přicházejí v úvahu, výměnu informací o nejlepší dostupné technice, s ní souvisejícím monitorování a též o vývoji v obou zmíněných oblastech“. Výsledky této výměny informací Komise zveřejní. Účel výměny informací je dán v úvodním odstavci 25 Směrnice, kde je stanoveno, že „získávání a výměna informací o nejlepší dostupné technice na úrovni Společenství pomůže vyrovnat technologickou nerovnováhu v rámci Společenství, přispěje k celosvětovému rozšíření mezních hodnot a metod používaných ve Společenství a napomůže členským státům při účinném provádění této směrnice“. Komise (Generální ředitelství pro životní prostředí – Environment DG) zřídila Fórum pro výměnu informací (IEF). Jak IEF, tak i technická pracovní skupina zastupují členské státy i odvětví průmyslu, jak je požadováno v článku 16(2). Cílem této řady dokumentů je vyjádřit správně výměnu informací, která se uskutečňuje podle požadavku článku 16(2) a poskytovat srovnávací informace povolovacím orgánům k zohlednění při stanovení povolovacích podmínek. Tyto dokumenty by měly na základě poskytnutých odpovídajících informací působit jako cenné nástroje řízení vlivu na životní prostředí. 4. Informační zdroje Tento dokument představuje souhrn informací shromážděných z řady zdrojů, včetně především expertiz skupin zřízených za účelem pomoci Komisi v její práci, a ověřených pracovníky Komise. Všechny příspěvky byly přijaty s vděkem. 5. Jak rozumět a jak používat tento dokument Informace poskytnuté v tomto dokumentu jsou určeny k použití jako vstupy pro určení BAT ve specifických případech. Při určování BAT a stanovení podmínek povolení BAT je třeba vzít v úvahu celkový cíl dosažení vysoké úrovně ochrany životního prostředí jako celku. Kapitoly 1 a 2 poskytují všeobecné informace o dotčených průmyslových odvětvích a o průmyslových procesech uplatňovaných uvnitř odvětví. Kapitola 3 poskytuje údaje a informace týkající se současné úrovně emisí a spotřeb se zřetelem na situaci ve stávajících zařízeních v čase vypracování dokumentu. Kapitola 4 popisuje podrobněji snižování emisí a jiné technologie zvažované jako nejvíce odpovídající pro určování BAT a podmínek povolování BAT. Tyto informace zahrnují hodnoty spotřeby a hodnoty emisí považované za dosažitelné při použití dané technologie, některé představy o nákladech a problematice interakcí médií spojených s uplatněním technologie a o míře použitelnosti technologie u těch zařízení, pro která je požadováno povolení IPPC, např. nová, stávající nebo malá zařízení. Technologie, které jsou obecně považovány za zastaralé nejsou zahrnuty. Kapitola 5 uvádí technologie a hodnoty spotřeb a emisí, uvažované v obecném slova smyslu jako kompatibilní s BAT. Účelem tedy je poskytnout všeobecné údaje týkající se hodnot emisí a spotřeby, které mohou být považovány za vhodnou srovnávací základnu pro pomoc při určování podmínek povolení ohledně BAT nebo pro stanovení obecných závazných pravidel podle článku 9(8). Nicméně by mělo být zdůrazněno, že tento dokument nenavrhuje mezní emisní hodnoty. K určení vhodných podmínek povolení se zohlední místní faktory specifické pro stanoviště, např. technické charakteristiky dotčených zařízení, jejich zeměpisná poloha a místní podmínky životního prostředí. V případě stávajících zařízení je třeba také vzít v úvahu ekonomickou a technickou způsobilost k modernizaci. Dokonce samotný cíl zajištění vysoké úrovně ochrany životního prostředí jako celku bude často zahrnovat kompromisní úsudky o různých typech vlivu na životní prostředí a tyto úsudky budou často ovlivněny místními názory. I když je v tomto dokumentu učiněn pokus řešit některé tyto problémy, nelze je posoudit plně. Technologie a hodnoty uvedené v kapitole(ách) BAT, které mají býd přidány, proto nebudou nezbytně odpovídat všem zařízením. Na druhé straně povinnost zajistit vysokou úroveň ochrany životního prostředí včetně minimalizace dálkového přenosu znečištění nebo znečištění přesahujícího hranice států vede k tomu, že podmínky povolení nemohou být stanoveny na základě čistě místních názorů. Je proto krajně důležité, aby byly informace obsažené v tomto dokumentu plně zohledněny úřady udělujícími povolení. Vzhledem k tomu, že se nejlepší dostupné techniky v průběhu času mění, bude tento dokument dle potřeby revidován a aktualizován. Všechny připomínky a návrhy by měly být podány Evropské kanceláři IPPC a Institutu perspektivních technologických studií na následující adresy: Edificio Expo, c/Inca Garcilaso, s/n, E-41092 Seville, Španělsko Telefon: +34 95 4488 284 Fax: +34 95 4488 426 e-mail: [email protected] Internet: http://eippcb.jrc.es 6. Rozhraní mezi Směrnicí IPPC a Směrnicí o spalování odpadů Následující oddíl pojednává o problémech spojených s rozhraním mezi Směrnicí 2000/76/ES ze 4. prosince 2000 o spalování odpadů (WID) a Směrnicí 96/61/ES ze 24. září 1996 o integrované prevenci a omezování znečištění (Směrnice IPPC). Mělo by být poznamenáno, že poslední interpretace práva Společenství je projednávána u Evropského soudního dvora, a proto nemůže být vyloučeno, že soudní interpretace může přinést v budoucnosti nové otázky. Směrnice WID obsahuje kromě jiného následující jednoznačné odkazy na Směrnici IPPC: Úvodní odstavec 13 Směrnice WID stanoví, že „dodržování mezních hodnot emisí stanovených v této směrnici by mělo být pokládáno za nezbytnou, ale nikoli postačující podmínku pro splnění požadavků směrnice 96/61/ES. Splnění těchto požadavků může obsáhnout i přísnější mezní hodnoty emisí pro znečišťující látky předpokládané touto směrnicí, mezní hodnoty emisí pro další látky, další složky prostředí a další potřebné podmínky.“ Tento odstavec objasňuje, že dodržování mezních hodnot emisí stanovených Směrnicí WID nezbavuje povinnosti jednat ve shodě s ostatními ustanoveními Směrnice IPPC včetně povolení obsahujícího hodnoty mezních emisí nebo rovnocenné parametry a technická opatření určená podle ustanovení článku 9(4) nebo článku 9(8) posledně zmíněné směrnice. Jak je uvedeno ve standardním úvodu k BREF, v ustanoveních článku 9(4) Směrnice IPPC je zakotvena jistá flexibilita obdobně jako v definici BAT. Nicméně, pokud jsou odpovědnými orgány nebo prostřednictvím závazných pravidel určeny přísné podmínky pro příslušné povolení jako nezbytné k plnění požadavků Směrnice IPPC v porovnání s podmínkami Směrnice WID, musejí být tyto přísné podmínky zavedeny. Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích spalování odpadů SOUHRN ................................................................................................................................... 3 PŘEDMLUVA ......................................................................................................................... 13 SEZNAM OBRÁZKŮ ............................................................................................................. 29 SEZNAM TABULEK.............................................................................................................. 33 ROZSAH.................................................................................................................................. 42 1 OBECNÉ INFORMACE O SPALOVÁNÍ ODPADŮ ......................................................... 44 1.1 Účel spalování odpadů a základní teorie........................................................................ 44 1.2 Přehled spalování odpadů v Evropě ............................................................................... 45 1.3 Velikost provozoven ...................................................................................................... 50 1.4 Přehled legislativy .......................................................................................................... 51 1.5 Složení odpadu a návrh procesu..................................................................................... 52 1.6 Klíčové environmentální problémy................................................................................ 54 1.6.1 Průběh emisí do ovzduší a vody.............................................................................. 55 1.6.2 Produkce zbytkových odpadů v zařízení................................................................. 56 1.6.3 Průběh vzniku hluku a vibrací................................................................................. 57 1.6.4 Výroba a spotřeba energie....................................................................................... 58 1.6.5 Spotřeba surovin a energie v zařízeních.................................................................. 59 1.7 Ekonomické informace .................................................................................................. 60 2 POUŽITÉ TECHNOLOGIE ................................................................................................ 65 2.1 Přehled a úvod................................................................................................................ 65 2.2 Předběžná úprava, skladování a způsoby nakládání ...................................................... 67 2.2.1 Komunální tuhé odpady (KTO) .............................................................................. 67 2.2.1.1 Sběr a předběžná úprava mimo prostory spalovny KTO ................................. 67 2.2.1.2 Předběžná úprava komunálních tuhých odpadů ve spalovně odpadů .............. 68 2.2.1.3 Dodávky a skladování odpadů ........................................................................ 69 2.2.1.3.1 Kontrola odpadu........................................................................................ 69 2.2.1.3.2 Bunkr........................................................................................................ 69 2.2.2 Nebezpečné odpady................................................................................................ 69 2.2.2.1 Stručný popis odvětví...................................................................................... 69 2.2.2.2 Přejímka odpadů.............................................................................................. 71 2.2.2.3 Skladování....................................................................................................... 72 2.2.2.4 Vsázka a předběžná úprava ............................................................................. 73 2.2.3 Kaly z čistíren odpadních vod................................................................................ 76 2.2.3.1 Složení kalů z čistíren odpadních vod............................................................. 76 2.2.3.2 Předběžná úprava čistírenských kalů .............................................................. 76 2.2.3.2.1 Fyzikální odvodnění................................................................................. 77 2.2.3.2 Sušení .............................................................................................................. 77 2.2.4 Klinické odpady ..................................................................................................... 79 2.2.4.1 Povaha a složení klinických odpadů ............................................................... 79 2.2.4.2 Nakládání, předběžná úprava a skladování klinických odpadů ...................... 79 2.3 Stupeň tepelné úpravy ................................................................................................... 80 2.3.1 Roštové spalovny .................................................................................................... 83 2.3.1.1 Zařízení k podávání odpadu ......................................................................... 84 2.3.1.2 Spalovací rošty ............................................................................................. 85 2.3.1.2.1 Sklopné rošty.......................................................................................... 86 2.3.1.2.2 Vratné rošty ............................................................................................ 86 2.3.1.2.3 Pohyblivé rošty....................................................................................... 87 2.3.1.2.4 Válcové rošty.......................................................................................... 87 2.3.1.2.5 Chlazené rošty ........................................................................................ 87 2.3.1.3 Výsypka pecního popela .................................................................................. 89 2.3.1.4 Spalovací komora a kotel ................................................................................ 90 2.3.1.5 Přívod spalovacího vzduchu............................................................................ 92 2.3.1.6 Pomocné hořáky.............................................................................................. 93 2.3.1.7 Teplota spalování, čas zdržení odpadu v peci, minimální obsah kyslíku ....... 93 2.3.1.8 Spalování čistírenských kalů ve spalovnách KTO.......................................... 94 2.3.1.9 Přidávání klinických odpadů do spalovny KTO ............................................. 94 2.3.2 Rotační pece ............................................................................................................ 95 2.3.2.1 Pece a dohořívací komory pro spalování nebezpečných odpadů ..................... 96 2.3.2.2 Bubnové pece s dohořívací komorou pro spalování nebezpečných odpadů .... 97 2.3.3 Fluidní lože.............................................................................................................. 99 2.3.3.1 Spalování v pevném (probublávacím) fluidním loži.................................. 102 2.3.3.2 Cirkulující fluidní lože pro čistírenské kaly............................................... 104 2.3.3.3 Pec s pohazovacím roštem ......................................................................... 105 2.3.3.4 Otáčivé fluidní lože .................................................................................... 105 2.3.4 Pyrolýza a zplyňovací systémy ............................................................................. 105 2.3.4.1 Úvod do zplyňování a pyrolýzy ..................................................................... 106 2.3.4.2 Zplyňování ..................................................................................................... 107 2.3.4.2.1 Příklady procesů zplyňování ................................................................... 109 2.3.4.3 Pyrolýza.......................................................................................................... 112 2.3.4.3.1 Příklady procesů pyrolýzy....................................................................... 114 2.3.4.3.2 Příklad pyrolýzy v kombinaci s elektrárnou ........................................... 116 2.3.4.4 Kombinované procesy.................................................................................... 118 2.3.4.4.1 Pyrolýza – spalování ............................................................................... 118 2.3.4.4.2 Pyrolýza – zplyňování............................................................................. 122 2.3.4.4.3 Zplyňování – spalování ........................................................................... 125 2.3.5 Jiné technologie..................................................................................................... 126 2.3.5.1 Stupňové a statické nístějové pece ................................................................. 126 2.3.5.2 Vícekomorové nístějové pece ........................................................................ 126 2.3.5.3 Vícekomorová nístějová pec s fluidním ložem ............................................. 130 2.3.5.4 Modulární systémy......................................................................................... 131 2.3.5.5 Spalovací komory na kapalné a plynné odpady ............................................. 131 2.3.5.6 Cykloidní spalovací komora pro čistírenské kaly .......................................... 132 2.3.5.7 Příklad procesu spalování kapalných a plynných odpadů s obsahem chlóru a s využitím HCl ........................................................................................................... 133 2.3.5.8 Příklad procesu spalování vysoce chlorovaných kapalných doapdů s recyklací chlóru.......................................................................................................................... 135 2.3.5.9 Spalování odpadních vod ............................................................................... 137 2.3.5.10 Plazmové technologie .................................................................................. 141 2.3.5.11 Různé techniky spalování čistírenských kalů............................................... 143 2.4 Stupeň energetického využití ...................................................................................... 145 2.4.1 Úvod a obecné principy......................................................................................... 145 2.4.2 Externí faktory ovlivňující energetickou účinnost ................................................ 146 2.4.2.1 Druhy a povaha odpadu.................................................................................. 146 2.4.2.2 Vliv umístění zařízení k využití energie ........................................................ 149 2.4.2.3 Faktory zohledňované při výběru návrhu energetického cyklu ..................... 150 2.4.3 Energetická účinnost spaloven odpadů ................................................................. 151 2.4.3.1 Energetické vstupy do spaloven odpadů ........................................................ 151 2.4.3.2 Výstupy energie ze spaloven odpadů ............................................................. 152 2.4.4 Aplikované technologie ke zlepšení využití energie............................................. 153 2.4.4.1 Předběžná úprava vstupujícího odpadu.......................................................... 153 2.4.4.2 Kotle a přechod tepla...................................................................................... 154 2.4.4.2.1 Koroze kotlů............................................................................................ 158 2.4.4.3 Předehřívání spalovacího vzduchu................................................................. 159 2.4.4.4 Vodou chlazené rošty ..................................................................................... 159 2.4.4.5 Kondenzace spalin.......................................................................................... 160 2.4.4.6 Tepelná čerpadla ............................................................................................ 162 2.4.4.6.1 Tepelná kompresorová čerpadla.............................................................. 162 2.4.4.6.2 Absorpční tepelná čerpadla ..................................................................... 162 2.4.4.6.3 Otevřená tepelná čerpadla ...................................................................... 163 2.4.4.6.4 Příklad údajů o různých tepelných čerpadlech....................................... 163 2.4.4.7 Recirkulace spalin .......................................................................................... 164 2.4.4.8 Opětovné zahřátí spalin na provozní teplotu zařízení k čištění spalin ........... 164 2.4.4.9 Snížení viditelnosti kouře............................................................................... 164 2.4.4.10 Zlepšení cyklu pára-voda: vliv na účinnost a další aspekty ......................... 164 2.4.5 Parní generátory a šokové chlazení ve spalovnách nebezpečných odpadů........... 166 2.4.6 Příklady využití energie ze spaloven odpadů s fluidním ložem............................ 167 2.5 Používané systémy čištění a kontroly spalin................................................................ 167 2.5.1 Souhrn aplikací technologií čištění spalin............................................................. 167 2.5.2 Celkový přehled variant kombinovaných systémů čištění spalin ......................... 170 2.5.3 Technologie snižování emisí částic....................................................................... 171 2.5.3.1 Elektrostatické odlučovače............................................................................. 172 2.5.3.2 Mokré elektrostatické odlučovače.................................................................. 173 2.5.3.3 Kondenzační elektrostatické odlučovače ....................................................... 173 2.5.3.4 Ionizační mokré pračky plynů (skrubry)........................................................ 174 2.5.3.5 Tkaninové filtry.............................................................................................. 175 2.5.4 Technologie snižování obsahu kyselých plynů (např. emisí HCl, HF a SOx) ..... 176 2.5.4.1 Odstraňování oxidu siřičitého a halogenů...................................................... 177 2.5.4.2 Přímé odsíření ................................................................................................ 180 2.5.5 Technologie snižování emisí oxidů dusíku ........................................................... 181 2.5.5.1.1 Dodávky vzduchu, míšení plynů a kontrola teploty................................ 182 2.5.5.1.2 Recirkulace spalin ................................................................................... 182 2.5.5.1.3 Vstřikování kyslíku ................................................................................. 182 2.5.5.1.4 Postupné spalování.................................................................................. 182 2.5.5.1.5 Vstřikování zemního plynu (opětovné hoření)........................................ 183 2.5.5.1.6 Vstřikování vody do pece/plamene ......................................................... 183 2.5.5.2 Sekundární technologie snižování NOx.......................................................... 183 2.5.5.2.1 Selektivní nekatalytická redukce (SNCR).............................................. 183 2.5.5.2.2 Selektivní katalytická redukce (SCR) ..................................................... 186 2.5.6 Technologie snižování emisí rtuti ......................................................................... 187 2.5.6.1 Primární technologie ...................................................................................... 187 2.5.6.2 Sekundární technologie .................................................................................. 187 2.5.7 Technologie snižování ostatních emisí těžkých kovů ........................................... 189 2.5.8 Technologie snižování emisí sloučenin organického uhlíku................................. 189 2.5.8.1 Adsorpce na činidlech s aktivním uhlím v systému unášeného proudu......... 190 2.5.8.2 Systémy SCR.................................................................................................. 190 2.5.8.3 Katalytické rukávové filtry............................................................................. 191 2.5.8.4 Opětovné spalování uhlíkatých adsorbentů.................................................... 191 2.5.8.5 Použití plastů impregnovaných uhlíkem k adsorpci PCDD/F ....................... 191 2.5.8.6 Filtry s pevným ložem.................................................................................... 192 2.5.8.7 Rychlé šokové chlazení spalin ....................................................................... 193 2.5.9 Snížení množství skleníkových plynů (CO2, N2O) ............................................... 193 2.5.9.1 Prevence emisí oxidu dusného ....................................................................... 193 2.5.10 Přehled metod čištění spalin používaných ve spalovnách nebezpečných odpadů ........................................................................................................................................ 194 2.5.11 Čištění spalin ze spaloven kalů ........................................................................... 195 2.6 Technologie čištění a kontroly odpadních vod ............................................................ 195 2.6.1 Potenciální zdroje odpadních vod ......................................................................... 196 2.6.2 Základní principy návrhu kontroly odpadních vod .............................................. 197 2.6.3 Vliv systémů čištění spalin na odpadní vody ........................................................ 198 2.6.4 Zpracování odpadních vod ze systémů mokrého čištění spalin ............................ 199 2.6.4.1 Fyzikálně-chemické čištění ............................................................................ 199 2.6.4.2 Aplikace sulfidů ............................................................................................. 201 2.6.4.3 Použití membránové technologie ................................................................... 201 2.6.4.4 Vytěsňování amoniaku................................................................................... 202 2.6.4.5 Oddělené čištění odpadních vod z prvního a posledního stupně systému skrubru........................................................................................................................ 202 2.6.4.6 Anerobní biologické čištění (konverze síranů na elementární síru)............... 202 2.6.4.7 Systémy odpařování procesních odpadních vod ............................................ 203 2.6.4.7.1 In line odpařování........................................................................................ 203 2.6.4.7.2 Samostatné odpařování ........................................................................... 205 2.6.4.8 Příklad procesu výroby kyseliny chlorovodíkové při čištění spalin ve směru jejich proudu............................................................................................................... 206 2.6.5 Čištění odpadních vod ve spalovnách nebezpečných odpadů............................... 207 2.7 Úprava tuhých zbytků a kontrolní metody................................................................... 208 2.7.1 Druhy tuhých zbytků............................................................................................. 208 2.7.2 Úprava a recyklace tuhých zbytků ........................................................................ 211 2.7.3 Úpravy uplatněné na zbytkových odpadech z čištění spalin................................. 212 2.7.3.1 Solidifikace a chemická stabilizace zbytků z čištění spalin........................... 212 2.7.3.2 Tepelná úprava zbytků z čištění spalin .......................................................... 213 2.7.3.3 Extrakce a separace zbytků z čištění spalin ................................................... 214 2.7.3.4 Chemická stabilizace zbytků z čištění spalin ................................................. 214 2.7.3.5 Ostatní metody nebo postupy úpravy zbytků z čištění spalin ........................ 214 2.8 Metody monitoringu a kontroly ................................................................................... 215 2.8.1 Systémy kontroly spalování .................................................................................. 215 2.8.2 Přehled o monitoringu emisí ................................................................................. 216 2.8.3 Zkušenosti s nepřetržitým odběrem vzorků emisí dioxinů ................................... 217 2.8.4 Zkušenosti s kontinuálním měřením emisí rtuti.................................................... 217 2.8.5 Přehled bezpečnostních přístrojů a opatření.......................................................... 218 3 EMISE A SPOTŘEBA................................................................................................... 220 3.1 Úvod ............................................................................................................................. 220 3.1.1 Rozdělení látek při spalování odpadu ................................................................... 222 3.1.2 Příklady dioxinového zůstatku pro spalovnu tuhého komunálního odpadu ......... 223 3.1.3 Složení nezpracovaných spalin ve spalovnách odpadů......................................... 225 3.2 Emise do ovzduší ......................................................................................................... 228 3.2.1 Látky uvolňované do ovzduší ............................................................................... 228 3.2.2. Spalovny komunálního odpadu............................................................................ 234 3.2.2.1 Souhrnné údaje o emisích do ovzduší ze spaloven tuhého komunálního odpadu .................................................................................................................................... 234 3.2.2.2 Údaje evropského průzkumu emisí do ovzduší pro spalovny tuhého komunálního odpadu .................................................................................................. 236 3.2.2.3 Emise do ovzduší ze spaloven s fluidním ložem............................................ 241 3.2.3 Spalovny nebezpečného odpadu ........................................................................... 242 3.2.3.1 Souhrnné údaje o emisích do ovzduší ze spaloven nebezpečného odpadu.... 242 3.2.3.2 Výsledky evropského výzkumu vzdušných emisí pro spalovny nebezpečného odpadu ........................................................................................................................ 243 No abatement technique - žádná snižovací technika................... 245 Installation - zařízení .......................................................................................... 245 3.3 Emise do vody.............................................................................................................. 257 3.3.1 Objemy odpadní vody produkované čištěním spalin ............................................ 257 3.3.2 Další možné zdroje odpadní vody ze spaloven odpadů ........................................ 257 3.3.3 Zařízení bez uvolňování vody ............................................................................... 258 3.3.4 Spalovny s fyzikálně-chemickým čištěním odpadní vody.................................... 258 3.3.5 Spalovny nebezpečných odpadů – data evropského výzkumu ............................. 262 3.3.5.1 Obecný přehled emisí do vody z evropských spaloven nebezpečného odpadu .................................................................................................................................... 262 3.3.5.2 Přehled podle parametrů emisí do vody z evropských spaloven nebezpečného odpadu ........................................................................................................................ 263 3.4 Pevné zbytky ................................................................................................................ 271 3.4.1 Hmotnostní toky pevných zbytků ve spalovnách tuhého komunálního odpadu... 271 3.4.2 Složení a vyluhovatelnost pecního popelu ............................................................ 273 3.5 Spotřeba a výroba energie ............................................................................................ 278 3.5.1 Výpočty energetické efektivity pro zařízení na spalování odpadů ....................... 279 3.5.2 Výpočet čisté výhřevnosti odpadu ........................................................................ 280 3.5.3 Ekvivalenční faktory ............................................................................................. 280 3.5.4 Údaje týkající se obnovování energie z odpadu.................................................... 281 3.5.4.1 Data týkající se obnovování elektřiny............................................................ 282 3.5.4.2 Data týkající se obnovování tepla .................................................................. 283 3.5.4.3 Kombinované údaje o teplu a energii............................................................. 283 3.5.4.4 Údaje o účinnosti konverze kotle ................................................................... 284 3.5.5 Údaje týkající se vlastní spotřeby energie v samotném procesu........................... 285 3.5.6 Údaje porovnávající požadovaný energetický vstup a energetický výstup zařízení ........................................................................................................................................ 286 3.6 Hluk.............................................................................................................................. 287 3.7 Další provozní zdroje ................................................................................................... 289 3.7.1 Voda ...................................................................................................................... 289 3.7.2 Další provozní zdroje ............................................................................................ 289 3.7.2.1 Neutralizátory................................................................................................. 290 3.7.2.2 Činidla odstraňující NOx ................................................................................ 290 3.7.2.3 Topný olej a zemní plyn................................................................................. 291 3.7.2.4 Výzkumná data týkající se komerčních spaloven nebezpečného odpadu...... 291 4 METODY, KTERÉ MUSÍ BÝT ZOHLEDNĚNY............................................................. 293 PŘI STANOVOVÁNÍ BAT.................................................................................................. 293 4.1.1 Vhodnost návrhu procesu pro přijímaný odpad ................................................... 295 4.1.2 Obecná opatření údržby ....................................................................................... 296 4.1.3 Kontrola kvality příchozího odpadu..................................................................... 296 4.1.3.1 Vstupní omezení nainstalovaného zařízeni a rozpoznání klíčových rizik .... 296 4.1.3.2 Komunikace s dodavateli odpadu pro zlepšení kontroly kvality vstupního odpadu ........................................................................................................................ 298 4.1.3.3 Kontrolování kvality přijímaného odpadu na straně spalovny....................... 299 4.1.3.4 Ověřování, vzorkování a testování příchozího odpadu.................................. 301 4.1.3.5 Detektory radioaktivních materiálů................................................................ 303 4.1.4 Uskladnění odpadu............................................................................................... 304 4.1.4.1 Nepropustné povrchy, kontrolované odvodňováni a klimatická odolnost.... 304 4.1.4.2 Řízení doby uložení........................................................................................ 306 4.1.4.3 Paketování či jiná ochranná balení pevného odpadu ..................................... 307 4.1.4.4 Extrakce spalovacího vzduchu ze skladovacích míst z důvodu regulace zápachu, prachu a nežádoucích úniků ........................................................................ 309 4.1.4.5 Oddělování typů odpadu z důvodu bezpečného zpracování .......................... 310 4.1.4.6 Jednotlivé značení obsahu nákladů opadu ..................................................... 312 4.1.4.7 Použití systémů požární detekce a kontroly................................................... 313 4.1.5 Předběžná úprava vstupního odpadu.................................................................... 315 4.1.5.1 Předběžná úprava a míšení odpadu ................................................................ 315 4.1.5.2 Drcení směsných komunálních odpadů.......................................................... 317 4.1.5.3 Drcení bubnového a baleného nebezpečného odpadu.................................... 319 4.1.5.4 Kontrolní sytém rovnoměrného dávkování pevného nebezpečného odpadu. 320 4.1.5.5 Odstraňování recyklovatelných kovů před spalováním ................................. 322 4.1.5.6 Předběžná a cílená příprava pevného odpadu na spalování ........................... 324 4.1.6 Přeprava a nakládání odpadu................................................................................. 324 4.1.6.1 Místo a výhled provozovatele ........................................................................ 325 4.1.6.2 Poskytnutí skladovacího prostoru pro složky odstraněné z odpadu............... 325 4.1.6.3 Přímé vstřikování tekutých a plynných nebezpečných odpadů do rotačních pecí ............................................................................................................................. 325 4.1.6.4 Omezení přístupu vzduchu do spalovací komory během dodávání.............. 326 4.2 Tepelné zpracování ..................................................................................................... 326 4.2.1 Výběr spalovací technologie ................................................................................ 326 4.2.2 Použití modelování průtoku ................................................................................. 333 4.2.3 Charakteristiky návrhu spalovací komory............................................................ 334 4.2.4 Návrh na zvýšení víření v sekundárních spalovacích komorách ......................... 336 4.2.5 Používání kontinuálních namísto dávkovým procesů.......................................... 338 4.2.6 Výběr a použití vhodných kontrolních systému a parametrů spalování .............. 339 4.2.7 Používání infračervených kamer pro monitorován a kontrolu spalování ............ 341 4.2.8 Optimalizace poměrů dodávek vzduchu .............................................................. 344 4.2.9 Optimalizace dodávek a distribuce primárního vzduchu ..................................... 345 4.2.10 Předběžné ohřívání primárního a sekundárního vzduchu .................................. 347 4.2.11 Vstřikování sekundárního vzduchu, optimalizace a distribuce.......................... 348 4.2.12 Nahrazení částí sekundárního vzduchu opětovně cirkulovanými spalinami ..... 350 4.2.13 Používání vzduchu obohaceného kyslíkem........................................................ 352 4.2.14 Chlazení roštů..................................................................................................... 354 4.2.15 Chlazení rotačních pecí vodou ........................................................................... 356 4.2.16 Spalování za vyšších teplot (struskování) .......................................................... 358 4.2.17 Zvýšení promíchávání a času zdržení odpadu v peci......................................... 360 4.2.18 Udržení kvalitního hoření a spalovacích podmínek úpravou výkonu............... 362 4.2.19 Optimalizace času, teploty, víření plynů ve spalovací komoře a koncentrace kyslíku ............................................................................................................................ 363 4.2.20 Používání automaticky řízených pomocných hořáků......................................... 367 4.2.21 Snížení rychlosti propadávání roštem a/nebo návrat ochlazených propadů zpět do spalovací komory ........................................................................................................... 368 4.2.22 Chránění membránových stěn a kotle při prvním průchodu ohnivzdornými či jiným materiály .............................................................................................................. 370 4.2.23 Využití nízkých rychlostí plynu v peci a zahrnutí prázdných průchodů před sekcí konvekce kotle................................................................................................................ 372 4.2.24 Určení hodnoty výhřevnosti odpadu a její využití jako parametru při kontrole spalování......................................................................................................................... 373 4.2.25 Hořáky s nízkou produkcí NOx pro kapalné odpady.......................................... 374 4.2.26 Zplyňování pomocí fluidních loží ...................................................................... 375 2.4.27 Vysokoteplotní spalování zplyněného syntézního plynu s tavením popela....... 378 4.3 Využití energie ............................................................................................................ 380 4.3.1 Optimalizace celkové energetické účinnosti a využití energie ............................ 380 4.3.2 Snížení energetických ztrát: komínové ztráty ...................................................... 388 4.3.3 Zvyšování vyhoření odpadu ................................................................................. 390 4.3.4 Snížení přebytků objemů vzduchu ....................................................................... 391 4.3.5 Další opatření pro snížení energetických ztrát ..................................................... 391 4.3.6 Celkové snížení energetické spotřeby procesu..................................................... 392 4.3.7 Výběr turbíny ....................................................................................................... 395 4.3.8 Zvýšení parametrů páry a použití speciálních materiálů ke snížení koroze v kotli ........................................................................................................................................ 397 4.3.9 Snížení tlaku kondenzátoru (tj. zlepšení vakua)................................................... 400 4.3.10 Výběr chladícího systému .................................................................................. 402 4.3.11 Optimalizace struktury kotle .............................................................................. 404 4.3.12 Použití integrovaného kotle s pecí ..................................................................... 406 4.3.13 Použití vodních stěn v prvním (prázdném) průchodu ........................................ 407 4.3.14 Použití přehřívače deskového typu .................................................................... 407 4.3.15 Snížení teploty spalin za kotlem......................................................................... 409 4.3.16 Použití spalinových kondenzačních skrubrů ...................................................... 411 4.3.17 Využití tepelných čerpadel ke zvýšení využití tepla.......................................... 413 4.3.18 Speciální konfigurace vodního a parního cyklu s vnějšími elektrárnami .......... 415 4.3.19 Účinné čistění konvekčních trubek .................................................................... 419 4.4 Čištění spalin ............................................................................................................... 420 4.4.1 Faktory, které je nutné zvážit při výběru systému čištění spalin ......................... 420 4.4.1.1 Obecné faktory .............................................................................................. 420 4.4.1.2 Energetická optimalizace .............................................................................. 421 4.4.1.3 Celková optimalizace a přístup k systému jako k celku................................ 421 4.4.1.4 Výběr metod pro stávající či nové zařízení................................................... 422 4.4.2 Snižování emisí prachu ........................................................................................ 422 4.4.2.1 Použití předběžného odstraňování prachu před dalším zpracováním spalin. 422 4.4.2.2 Použití dalších systémů na čištění spalin ...................................................... 427 4.4.2.3 Použití dvojité rukávové filtrace ................................................................... 431 4.4.2.4 Výběr materiálu rukávového filtru................................................................ 433 4.4.3 Snižování emisí kyselých plynů........................................................................... 435 4.4.3.1 Systémy mokrého praní................................................................................. 435 4.4.3.2 Polosuché systémy praní ............................................................................... 439 4.4.3.3 Střední systémy s malým přídavkem vody a s cirkulací zbytků ................... 445 4.4.3.4 Suché systémy zpracování spalin.................................................................. 448 4.4.3.5 Výběr alkalických činidel.............................................................................. 452 4.4.3.6 Přidání mokrého praní jako dočišťovacího systému spalin za jiný proces čištění spalin............................................................................................................... 455 4.4.3.7 Opětovná cirkulace zbytků po čištění spalin v systému čištění spalin.......... 456 4.4.3.8 Přímé přidávání alkalických činidel do odpadu (přímé odsíření) ................. 458 4.4.3.9 Použití sledování kyselinových par pro optimalizaci procesu čištění spalin . 459 4.4.4 Snižování emisí oxidů dusíku ............................................................................... 461 4.4.4.1. Selektivní katalytická redukce (SCR) ........................................................... 461 4.4.4.2 Selektivní nekatalytická redukce (SNCR)...................................................... 469 4.4.4.3 Optimalizace výběru činidla pro snižování NOX pomocí SNCR................... 474 4.4.4.4 Nahrazení sekundárního vzduchu opětovně cirkulovanými spalinami.......... 475 4.4.5 Snižování emisí PCDD/F ...................................................................................... 476 4.4.5.1 Primární techniky předcházející PCDD/F...................................................... 476 4.4.5.2 Prevence tvorby PCDD/F v systému čištění spalin........................................ 476 4.4.5.3 Rozklad PCDD/F za použití selektivní katalytické redukce (SCR)............... 479 4.4.5.4 Rozklad PCDD/F za použití katalytických rukávových filtrů ....................... 481 4.4.5.5 Rozklad PCDD/F opětovným spalováním adsorbentů................................... 483 4.4.5.6 Adsorpce PCDD/F vstřikováním aktivního uhlíku nebo jiných činidel ........ 484 4.4.5.7 Adsorpce PCDD/F na pevném loži ................................................................ 486 4.4.5.8 Použití materiálů impregnovaných uhlíkem pro adsorpci PCDD/F v mokrých skrubrech .................................................................................................................... 489 4.4.5.9 Použití uhlíkatých kalů v mokrých skrubrech................................................ 491 4.4.6 Snižování emisí rtuti.............................................................................................. 492 4.4.6.1 Mokré praní při nízkém pH a přidávání aditiv............................................... 492 4.4.6.2 Vstřikování aktivního uhlíku pro adsorpci Hg............................................... 494 4.4.6.3 Použití kondenzačních praček pro přečištění spalin ...................................... 496 4.4.6.4 Separace rtuti za použití filtru s pryskyřicí .................................................... 498 4.4.6.5 Vstřikování chloritu pro regulaci elementární rtuti........................................ 499 4.4.6.6 Přidávání peroxidu vodíku do mokrých skrubrů............................................ 500 4.4.6.7 Použití pevných filtrů s aktivním uhlíkem nebo s koksem ............................ 501 4.5 Čištění a kontrola odpadních vod................................................................................. 503 4.5.1 Obecně................................................................................................................... 503 4.5.2 Použití optimální spalovací technologie ............................................................... 503 4.5.3 Použití technologie čištění spalin bez vypouštění odpadních vod ........................ 503 4.5.4 Opětovná cirkulace znečištěné odpadní vody v systémech mokrého čištění plynů ........................................................................................................................................ 505 4.5.5 Dodatečné chlazení vody, určené pro systémy mokrého čištění plynů................. 505 4.5.6 Použití vody odváděné z kotle k dodávkám vody do skrubru............................... 506 4.5.7 Čištění laboratorní odpadní vody ve skrubru ........................................................ 506 4.5.8 Opětovná cirkulace odpadních vod do procesu v místě jejich vypouštění ........... 507 4.5.9 Oddělené vypouštění dešťových vod ze střech a jiných čistých povrchů............. 509 4.5.10 Zajištění skladovací/vyrovnávací kapacity pro odpadní vodu ............................ 510 4.5.11 Použití fyzikálně-chemické úpravy odpadních vod z mokrých skrubrů a jiných znečištěných odpadních vod ze zařízení ........................................................................ 511 4.5.12 Odstraňování amoniaku z odpadních vod ........................................................... 512 4.5.13 Oddělené čištění odpadních vod vznikajících z různých stupňů mokrého praní 513 4.5.14 Odpařování odpadních vod z mokrých skrubrů v procesu spalování ................. 514 4.5.15 Oddělené odpařování odpadní vody z mokrých skrubrů .................................... 515 4.5.16 Využití kyseliny chlorovodíkové z odpadních vod ze skrubrů ........................... 515 4.5.17 Využití sádry z odpadních vod ze skrubrů .......................................................... 516 4.6 Technologie úpravy pevných zbytků ........................................................................... 518 4.6.1 Zlepšování vyhoření pecního popele..................................................................... 518 4.6.2 Oddělení pecního popele ze zbytků z čištění spalin.............................................. 520 4.6.3 Oddělení stupně odlučování prachu od ostatních úprav spalin ............................. 521 4.6.4 Pecní popel – oddělení kovů ................................................................................ 522 4.6.5 Prosévání a drcení pecního popele ........................................................................ 524 4.6.6 Úprava pecního popele pomocí zrání.................................................................... 525 4.6.7 Úprava pecního popele za použití suchých čistících systémů............................... 528 4.6.8 Úprava pecního popele za použití mokrých systémů úpravy................................ 530 4.6.9 Úprava pecního popele za použití teplotních systémů .......................................... 533 4.6.10 Vysokoteplotní (struskovací) rotační pec............................................................ 535 4.6.11 Úpravy zbytků ze čištění spalin .......................................................................... 535 4.6.11.1 Zpevňování zbytků z čištění spalin za použití cementu ............................... 535 4.6.11.2 Zeskelnatění a tavení zbytků z čištění spalin ............................................... 537 4.6.11.4 Úprava zbytků z čištění spalin, vznikajících z procesu čištění spalin se suchým uhličitanem vápenatým, pro použití v průmyslu s bezvodou sodou............. 542 4.6.11.5 Úprava zbytků z čištění spalin, vznikajících z procesu čištění spalin se suchým uhličitanem vápenatým, pomocí hydraulických vazačů ............................... 544 4.7 Hluk.............................................................................................................................. 545 4.8 Nástroje environmentálního řízení ............................................................................... 546 4.9 Dobrá praxe v informování veřejnosti a komunikaci................................................... 554 5 NEJLEPŠÍ DOSTUPNÉ TECHNOLOGIE ........................................................................ 555 5.1 Všeobecné BAT pro spalování všech druhů odpadů ................................................... 559 5.2 Specifické BAT pro spalování komunálního odpadu .................................................. 578 5.3 Specifické BAT pro spalování předem upravených nebo vytříděných komunálních odpadů ................................................................................................................................ 579 5.4 Specifické BAT pro spalování nebezpečných odpadů ................................................. 580 5.5 Specifické BAT pro spalování čistírenských kalů ....................................................... 581 5.6 Specifické BAT pro spalování klinických odpadů....................................................... 581 6 NOVĚ SE OBJEVUJÍCÍ TECHNOLOGIE........................................................................ 582 6.1 Použití páry namísto vzduchu jako rozprašovacího prostředku v hořácích dohořívací komory ............................................................................................................................... 582 6.2 Aplikace zahrnující opětovné zahřívání páry pro turbínu............................................ 582 6.3 Ostatní opatření v prostoru surových spalin pro snižování emisí dioxinů ................... 583 6.4 Olejový skrubr ke snížení obsahu polyhalogenovaných aromatických látek a polyaromatických uhlovodíků ve spalinách ze spaloven odpadů ...................................... 584 6.5 Použití CO2 ve spalinách k výrobě uhličitanu sodného ............................................... 585 6.6 Zvýšená teplota lože, kontrola spalování a přidávání kyslíku na rošt spalovny .......... 585 6.7 PECK kombinovaný proces úpravy komunálních tuhých odpadů............................... 587 6.8 Stabilizace zbytků z čištění spalin pomocí FeSO4 ....................................................... 592 6.9 Stabilizace zbytků z čištění spalin pomocí CO2 ........................................................... 593 6.10 Přehled některých dalších nově se objevujících technologií úpravy zbytků z čištění spalin .................................................................................................................................. 594 6.11 Aplikace membránové technologie v čistírnách odpadních vod z mokrých skrubrů 595 6.12 Kombinované systémy čištění spalin suchou cestou s použitím uhličitanu sodného + SCR + skrubru.................................................................................................................... 596 7 ZÁVĚREČNÉ POZNÁMKY ............................................................................................. 600 7.1 Časový rozvrh dokumentu ........................................................................................... 600 7.2 Zdroje informací a mezery v informacích.................................................................... 600 7.3 Stupeň dosaženého konsensu ....................................................................................... 603 7.4 Ostatní specifické názory a problémy .......................................................................... 603 7.4.1 Existence zařízení s úrovní provozních emisí pod hodnotami schválenými jako BAT................................................................................................................................ 603 7.4.2 Rozsah tabulky 5.3 vzhledem k výběrovým kritériím systému čištění spalin (BAT 37)................................................................................................................................... 603 7.4.3 Použití suchých systémů čištění spalin v určitých spalovnách nebezpečných odpadů (BAT 75) ........................................................................................................................ 603 7.4.4 Vlivy cen energie a politik na energetickou účinnost ........................................... 604 7.4.5 Hospodářská soutěž a vlivy předpisů napříč průmyslovými odvětvími zpracování odpadů ............................................................................................................................ 604 7.4.6 Vývoj a implementace strategií odpadů ................................................................ 605 7.4.7 Trhy a standardy pro pecní popel a jiné zbytky .................................................... 605 7.4.8 Koordinované vzdělávání a vysvětlování vlivů na zdraví a životní prostředí ...... 606 7.5 Navržená témata budoucích projektů výzkumu a vývoje (R&D) ................................ 606 8. ODKAZY NA LITERATURU .......................................................................................... 608 9. SLOVNÍK TERMÍNŮ A ZKRATEK................................................................................ 612 10. PŘÍLOHY......................................................................................................................... 618 10.1 Hospodářský přehled o spalovnách komunálního odpadu – informace z členských států .................................................................................................................................... 618 10.2 Ekonomický přehled – některé technologické aspekty spalování komunálních odpadů ............................................................................................................................................ 633 10.2.1 Náklady na vykládku a skladování pro spalovny KTO....................................... 635 10.2.2 Náklady spaloven komunálních odpadů na systémy spalování a kotlů .............. 636 10.2.3 Náklady cyklu voda-pára u spaloven KTO ......................................................... 638 10.2.4 Náklady na některé kombinace čištění spalin používané ve spalovnách KTO... 645 10.2.4.1 Čištění spalin suchou cestou ........................................................................ 646 10.2.4.2 Adsorpční a absorpční provozy k oddělení HCl, HF a SO2 ......................... 648 10.2.4.3 NaOH skrubr ................................................................................................ 651 10.2.4.4 Sekundární snižování NOx pomocí SCR nebo SNCR ................................. 652 10.2.4.5 Systémy dočišťování spalin.......................................................................... 653 10.2.5 Odhad nákladů některých úplných zařízení ke spalování KTO .......................... 655 10.2.6 Náklady na spalování KTO ve fluidním loži ...................................................... 661 10.2.7 Náklady systému zplyňování a pyrolýzy KTO ................................................... 664 10.3 Popis příkladů zařízení ............................................................................................... 666 10.3.1 Příklady spalování komunálního odpadu ............................................................ 666 10.3.1.1 Roštová spalovna se systémem SCR a s distribucí páry .............................. 666 10.3.1.2 Roštová spalovna odpadů se SCR a kombinovanou výrobou tepla a elektřiny .................................................................................................................................... 672 10.3.1.3 Roštová spalovna odpadů se SCR, kombinovanou produkcí tepla a elektřiny a s úpravou pecního popela........................................................................................... 678 10.3.1.4 Roštová spalovna odpadů se SNCR DENOX v kombinaci s dvojitým filtrem a mokrým praním spalin............................................................................................. 683 10.3.1.5 Roštová spalovna s polosuchým čištěním spalin, vstřikováním aktivního uhlí, recirkulací popela, úpravou pecního popela a (především) s produkcí elektřiny....... 685 10.3.1.7 Roštová spalovna se SNCR (NH3), polosuchým čištěním spalin s vápnem, aktivním uhlím a s produkcí elektřiny........................................................................ 688 10.3.2 Příklady zařízení ke zpracování nebezpečných odpadů ...................................... 690 10.3.2.1 Rotační pec s využitím energie, se SNCR, s elektrostatickým odlučovačem, mokrým skrubrem a pevným filtrem s koksem.......................................................... 690 10.3.2.2 Rotační pec se SCR, elektrostatickým odlučovačem a statický uhlíkový filtr .................................................................................................................................... 696 10.3.2.3 Rotační pec se SNCR (močovina), čištění spalin s použitím suchého vápna, dvojitého rukávového filtru a absorpce dioxinů......................................................... 698 10.3.3 Příklady zařízení určených pro čistírenské kaly.................................................. 699 10.3.3.1 Probublávané fluidní lože s využitím tepla, SNCR, elektrostatický odlučovač, mokrý skrubr a statický filtr s koksem ....................................................................... 699 10.3.3.2 Probublávané fluidní lože s kombinovanou produkcí tepla a elektřiny, SNCR, recirkulací spalin, elektrostatickým odlučovačem, mokrým skrubrem a rukávovými filtry se vstřikováním koksu/vápence......................................................................... 703 10.3.3.3 Spalovna s probublávaným fluidním ložem, s kombinovanou produkcí tepla a elektřiny, elektrostatickým odlučovačem a mokrým skrubrem ................................. 704 10.3.4 Příklady kombinovaného spalování různých odpadů.......................................... 706 10.3.4.1 Cirkulující fluidní lože pro vybrané/předem upravené odpady, s využití energie, suchým a mokrým čištěním spalin, SCR a úpravou popela ......................... 706 10.3.4.3 Pec s vodou chlazeným roštem, s kombinovanou výrobou tepla a elektřiny, odprášením v cyklónu, SNCR a SCR DENOX pro vysoce prašné spaliny a suchým textilním filtrem.......................................................................................................... 715 10.3.4.5 Roštová spalovna KTO a průmyslových odpadů, s elektrostatickým odlučovačem, mokrým skrubrem, odpařováním odpadních vod, SCR a s výrobou elektřiny s použitím vysokotlaké páry ....................................................................... 720 10.3.4.6 Roštová spalovna pro komunální odpad, průmyslový odpad (WI), čistírenské kaly a zbytkové směsné odpady, se SNCR, elektrostatickým odlučovačem, mokrým skrubrem (on-line odpařování odpadních vod), rukávovým filtrem a s kombinovanou produkcí tepla a elektřiny........................................................................................... 722 10.3.4.7 Roštová spalovna odpadů pro KTO, průmyslové a živnostenské odpady, se SNCR a polosuchým čištěním spalin a parametry páry 20 barů a 260 C pro síť ústředního vytápění .................................................................................................... 724 10.3.4.8 Roštová spalovna komunálních tuhých odpadů, průmyslových a klinických odpadů, se SNCR, suchým čištěním spalin a s produkcí elektřiny ............................ 725 10.3.4.9 Roštová spalovna KTO, zbytků z třídění odpadů a kalů, se SNCR, suchým systémem čištění spalin a dodávkou tepla do sítě ústředního vytápění a do místní elektrárny.................................................................................................................... 727 10.4 Metodika výpočtu energie a příklad výpočtu............................................................. 727 10.4.1 Obecné vysvětlení pojmů a systému omezení při energetických výpočtech ...... 728 10.4.2 Příklad výpočtu čistého spalného tepla použitého energetickou podskupinou ... 729 10.4.3 Základné provozní údaje pro tři příklady výpočtu energie ................................. 730 10.4.4 Vzorce pro výpočet energetické účinnosti s použitím základních provozních údajů na třech příkladech výpočtu energie............................................................................... 734 10.4.5 Rovnice k výpočtu účinnosti zařízení (Pl ef) ...................................................... 741 10.5 Příklad multikriteriálního hodnocení použitého k výběru systémů čištění spalin ..... 743 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1.1: Kapacita spalování komunálního odpadu na jednoho obyvatele.............................. 50 Obr. 1.2: Pecní popel recyklovaný a uložený ze spalování KTO v r. 1999 ............................. 57 Obr. 1.3: Produkce energie ve spalovnách komunálního odpadu v Evropě ............................ 58 Obr. 2.1: Příklad schématu spalovny komunálního tuhého odpadu......................................... 65 Obr. 2.2: Příklad systémů předběžné úpravy některých nebezpečných odpadů, které se používají v určitých obchodních spalovnách odpadů .............................................................. 75 Obr. 2.3: Rošt, pec a stupně využití tepla na příkladu spalovny komunálních odpadů ........... 84 Obr. 2.4: Různé druhy roštů ..................................................................................................... 86 Obr. 2.5: Příklad druhu výsypky popela používané v roštové spalovně .................................. 90 Obr. 2.6: Příklad spalovací komory ......................................................................................... 91 Obr. 2.7: Návrhy pecí s různými směry toku spalin a odpadu ................................................. 92 Obr. 2.8: Příklady fází systému vsázky klinických odpadů používaných ve spalovně komunálních odpadů ................................................................................................................ 95 Obr. 2.9: Schema spalovacího systému rotační pece ............................................................... 96 Obr. 2.10: Bubnová pec s dohořívací komorou Zdroj (1, UBA, 2001) ................................... 97 Obr. 2.11: Příklad spalovny s bubnovou pecí pro spalování nebezpečných odpadů ............... 99 Obr. 2.12 Schematický diagram předběžné úpravy KTO před spalováním ve fluidním loži 101 Obr. 2.13: Hlavní složky pevného/probublávaného fluidního lože ....................................... 102 Obr. 2.14: Hlavní složky cirkulujícího fluidního lože ........................................................... 104 Obr. 2.15: Zobrazení pevného lože a průtokového zplyňovače............................................. 108 Obr. 2.16: Zplyňovač s kalovou vanou .................................................................................. 110 Obr. 2.17: Zplyňovač s fluidním ložem s vysokoteplotním tavením strusky ........................ 111 Obr. 2.18: Struktura zařízení k pyrolýze komunálního odpadu ............................................. 113 Obr. 2.19 Schéma procesu v pyrolýzní jednotce ATM.......................................................... 115 Obr. 2.20: Energetická bilance a určování hmotnosti v zařízení ConTherm ......................... 117 Obr. 2.21: Pyrolýza na roštu přímo spojená s vysokoteplotním spalováním......................... 119 Obr. 2.22: Proces RCP (Recycled Clean Products – čistá recyklovatelná produkce)............ 120 Obr. 2.23: Příklad zařízení k pyrolýze klinických odpadů, ZAVIN, Nizozemsko ................ 122 Obr. 2.24: Schematický diagram narážecího pyrolýzního zařízení (ukázka je příklad zařízení provozovaného firmou Thermoselect) ................................................................................... 124 Obr. 2.25: Kombinace zplyňování ve fluidním loži a vysokoteplotního spalovacího procesu ................................................................................................................................................ 125 Obr. 2.26: Základní funkce vícekomorové nístějové pece..................................................... 127 Obr. 2.27: Příklad spalování čistírenských kalů ve vícekomorové nístějové peci................. 129 Obr. 2.28: Základní funkce vícekomorové nístějové pece s fluidním ložem......................... 130 Obr. 2.29: Princip spalovací komory pro kapalné a plynné odpady ...................................... 132 Obr. 2.30: Znázornění cykloidní pece.................................................................................... 133 Obr. 2.31: Diagram zařízení k extrakci HCl ze zbytkových plynů a kapalných halogenovaných odpadů......................................................................................................... 134 Obr. 2.32: Procesní schéma jednotky k recyklaci chlóru provozované firmou Akzo Nobel. 136 Obr. 2.33: Příklad spalovny odpadních vod s jednotkou (zahušťovací) k odpařování odpadní vody........................................................................................................................................ 138 Obr. 2.34: Procesní schéma zařízení k čištění žíravých vod provozovaného firmou AVR ... 140 Obr. 2.35: Graf znázorňující zaznamenané změny čistého spalného tepla ve spalovně KTO v průběhu 4 let........................................................................................................................ 147 Obr. 2.36: Zobrazení jednotlivých teplených povrchů v parním generátoru ......................... 155 Obr. 2.37: Základní průtočné systémy kotlů .......................................................................... 156 Obr. 2.38: Přehled různých kotelních systémů: horizontální, kombinovaný a vertikální...... 157 Obr. 2.39: Kontrola znečištění a dodatečné využití tepla kondenzací vodní páry ze spalin v zařízení ve Stockholm/Hogdalenu pro kombinovanou výrobu tepla a elektřiny ................ 161 spalováním odpadů................................................................................................................. 161 Obr. 2.40: Přehled potenciálních kombinací systémů čištění spalin...................................... 170 Obr. 2.41: Provozní princip elektrostatického odlučovače .................................................... 172 Obr. 2.42: Kondenzační elektrostatický odlučovač ............................................................... 174 Obr. 2.43: Příklad tkaninového filtru ..................................................................................... 176 Obr. 2.44: Schematický diagram suchého čištění spalin se vstřikováním chemikálií do spalinovodu a s filtrací na rukávovém filtru........................................................................... 178 Obr. 2.45: Provozní princip rozprašovacího absorbéru.......................................................... 178 Obr. 2.46: Diagram dvoustupňového mokrého čištění spalin ve skrubru s protiproudým odstraňováním popela ............................................................................................................ 180 Obr. 2.47: Závislost teploty na různých mechanismech tvorby NO při spalování odpadů.... 181 Obr. 2.48: Provozní princip selektivní nekatalytické redukce (SNCR) ................................. 184 Obr. 2.49: Vztah mezi snížením NOx, produkcí NOx, únik čpavku a reakční teplotou v procesu SNCR ..................................................................................................................... 185 Obr. 2.50: Provozní princip SCR ........................................................................................... 187 Obr. 2.51: Vztah mezi emisemi Hg a obsahem chlóru v nevyčištěném plynu ze spalovny nebezpečných odpadů ............................................................................................................ 189 Obr. 2.52: Procesní schéma fyzikálně-chemického čištění odpadních vod ze systému mokrého čištění spalin........................................................................................................................... 200 Obr. 2.53: In line odpařování odpadních vod z mokrého skrubru ......................................... 204 Obr. 2.54: Samostatné odpařování odpadních vod z mokrého skrubru ................................. 205 Obr. 2.55: Přehled používaných systémů čištění odpadních vod v komerčních spalovnách nebezpečných odpadů ............................................................................................................ 207 Obr. 2.56: Příklad zařízení k čištění odpadních vod v komerčním sektoru spalování nebezpečných odpadů ............................................................................................................ 208 Obr. 3.1: Graf průměrných ročních vzdušných emisí NOx a použitých metod jejich snižování v evropských spalovnách nebezpečného odpadu ................................................................... 245 Obr. 3.2: Graf průměrných ročních vzdušných emisí prachu a použitých metod jejich snižování v evropských spalovnách nebezpečného odpadu................................................... 246 Obr. 3.3: Graf průměrných ročních vzdušných emisí HCl a použitých metod jejich snižování v evropských spalovnách nebezpečného odpadu ................................................................... 248 Obr. 3.4: Graf průměrných ročních vzdušných emisí oxidu siřičitého a použitých metod jejich snižování v evropských spalovnách nebezpečného odpadu................................................... 249 Obr. 3.5: Graf průměrných ročních vzdušných emisí rtuti a použitých metod jejich snižování v evropských spalovnách nebezpečného odpadu ................................................................... 251 Obr. 3.6: Graf průměrných ročních vzdušných emisí ostatních kovů a použitých metod jejich snižování v evropských spalovnách nebezpečného odpadu................................................... 253 Obr. 3.7: Graf průměrných ročních vzdušných emisí Cd a Tl a použitých metod jejich snižování v evropských spalovnách nebezpečného odpadu................................................... 254 Obr. 3.8: Graf průměrných ročních vzdušných emisí PCDD/PCDF a použitých metod jejich snižování v evropských spalovnách nebezpečného odpadu................................................... 255 Obr. 3.9: Emise CO dosažené po následujícím zavedení metod předběžných úprav ve spalovně nebezpečného odpadu ............................................................................................. 256 Obr. 3.10: Graf průměrných ročních množství suspendovaných látek vypouštěných do vody a metod používaných v evropských spalovnách nebezpečného odpadu na jejich snižování.... 264 Obr. 3.11: Graf průměrných ročních množství rtuti vypuštěných do vody a použitých technik jejich snižování v evropských spalovnách nebezpečných odpadů......................................... 265 Obr. 3.12: Graf průměrných ročních množství rozdílných kovů vypuštěných do vody v evropských spalovnách nebezpečných odpadů ................................................................... 267 Obr. 3.13: Graf průměrných ročních množství arsenu vypouštěných do vod v evropských spalovnách nebezpečných odpadů ......................................................................................... 268 Obr. 3.14: Graf průměrných ročních množství olova vypouštěných do vod v evropských spalovnách nebezpečných odpadů ......................................................................................... 268 Obr. 3.15: Graf průměrných ročních množství kadmia vypouštěných do vod v evropských spalovnách nebezpečných odpadů ......................................................................................... 269 Obr. 3.16: Graf průměrných ročních množství chrómu vypouštěných do vod v evropských spalovnách nebezpečných odpadů ......................................................................................... 269 Obr. 3.17: Graf průměrných ročních množství mědi vypouštěných do vod v evropských spalovnách nebezpečných odpadů ......................................................................................... 270 Obr. 3.18: Graf průměrných ročních množství niklu vypouštěných do vod v evropských spalovnách nebezpečných odpadů ......................................................................................... 270 Obr. 3.19: Graf průměrných ročních množství zinku vypouštěných do vod v evropských spalovnách nebezpečných odpadů ......................................................................................... 271 Obr. 3.20: Graf nárůstu spotřeby elektřiny v zařízení v souvislosti s růstem čisté výhřevnosti odpadu .................................................................................................................................... 286 Obr. 4.1 Příklad složení kontrolního systému pece [1, UBA, 2001]..................................... 342 Obr. 4.2: Základní části pece cyklónového vysokoteplotního tavení popela pomocí syntézního plynu....................................................................................................................................... 378 Obr. 4.3 Schematický diagram „deskového“ typu přehřívače ............................................... 408 Obr.4.4: Spojení spalovny odpadu a elektrárny s plynovou turbínou.................................... 416 Obr. 4.5: Spojení spalovny odpadu a uhelné elektrárny ........................................................ 417 Obr. 4.6: Diagram znázorňující typický návrh polosuchého systému čištění spalin ............. 440 Obr. 4.7: Schéma systému SCR ve směru proudu ne-mokrého čištění spalin, udávající charakteristickou tepelnou výměnu a teplotní profily............................................................ 463 Obr. 4.8: Schéma systému SCR ve směru proudu mokrého čištění spalin, udávající charakteristickou tepelnou výměnu a teplotní profily............................................................ 464 Obr. 4.9: Vliv zrání na vyluhovatelnost vybraných kovů: (vlevo) vliv na pH; (vpravo) vyluhování jako funkce pH .................................................................................................... 527 Obr. 6.1: Příklad opětovného zahřívání páry ......................................................................... 582 Obr. 6.2: Schéma spalovny s olejovým skrubrem k usazování dioxinů ve směru proudu spalin ................................................................................................................................................ 584 Obr. 6.3: Základní složky PECK procesu .............................................................................. 587 Obr. 6.4: Úprava popílku v PECK procesu............................................................................ 588 Obr. 6.5: Úprava pecního popela v procesu PECK................................................................ 589 Obr. 6.6: Porovnání rozdělení kovů mezi procesem PECK a běžným spalováním KTO na roštu........................................................................................................................................ 590 Obr. 6.7: Bilance toku materiálu v procesu PECK ................................................................ 591 Obr. 10.1: Cyklus voda-pára, varianta 1 ................................................................................ 639 Obr. 10.2: Cyklus voda-pára, varianta 2 a 6........................................................................... 640 Obr. 10.3: Cyklus voda-pára, varianta 3 ................................................................................ 641 Obr. 10.4: Cyklus voda-pára, varianty 4,5,7 a 8 [3, Rakousko, 2002]................................... 642 Obr. 10.5: Vliv velikosti zařízení a využití energie na specifické náklady úpravy odpadu v nových spalovnách KTO..................................................................................................... 656 Obr. 10.6: Vliv změny systémů čištění spalin a velikosti zařízení na zpracovatelské náklady nových spaloven KTO při uplatnění téže technologie využití energie .................................. 657 Obr. 10.7: Proudový diagram spalovny Floetzersteig............................................................ 667 Obr. 10.8: Proudový diagram spalovny odpadů Spittelau ..................................................... 673 Obr. 10.9: Proudový diagram spalovny odpadů Wels – linka 1 ............................................ 679 Obr. 10.10: Proudový diagram rotační pece spalovny Simmeringer Haide........................... 692 Obr. 10.11: Proudový diagram reaktorů s fluidním ložem ve spalovně Simmeringer Haide 700 Obr. 10.12: Proudový diagram AVE-Reststoffverwertung Lenzing...................................... 708 Obr. 10.13: Proudový diagram reaktoru s fluidním ložem v Arnoldsteinu............................ 712 Obr. 10.14: souhrnný systém vstupů a výstupů používaných BREF ESG ............................ 728 SEZNAM TABULEK Tab. 1.1 Účel různých složek zařízení ke spalování odpadů ................................................... 45 Tab. 1.2 Množství komunálního tuhého odpadu (KTO), nebezpečného odpadu a kalů z čistíren odpadních vod v členských zemích EU-15 a jeho úprava........................................ 46 Tab. 1.3: Roční produkce komunálních a nebezpečných odpadů a počet spaloven odpadů v některých nových členských zemích EU .............................................................................. 49 Tab. 1.4: Zeměpisné rozdělení spaloven komunálních a nebezpečných odpadů a kalů z čistíren odpadních vod........................................................................................................... 50 Tab. 1.5: Průměrná kapacita spaloven v jednotlivých zemích ................................................. 51 Tab. 1.6: Typické kapacitní rozsahy technologií teplené úpravy............................................. 51 Tab. 1.7: Typické složení odpadu v Německu ......................................................................... 54 Tab. 1.8: Vstupní poplatky v evropských spalovnách komunálního a nebezpečného odpadu 61 Tab. 1.9: Srovnatelné náklady spalování KTO v různých členských státech EU .................... 62 Tab. 1.10: Specifické investiční náklady nových zařízení ke spalování KTO podle roční kapacity a určitých způsobů čištění spalin v Německu............................................................ 63 Tab. 1.11: Příklad porovnání jednotlivých složek nákladů spaloven KTO a nebezpečných odpadů ...................................................................................................................................... 63 Tab. 2.1: Typické reakční podmínky a produkty procesů pyrolýzy, zplyňování a spalování.. 66 Tab. 2.2: Primární vlivy třídění odpadu a předběžné úpravy na zbytkové odpady.................. 67 Tab. 2.3: Souhrn rozdílů mezi provozovateli na trhu spalování nebezpečného odpadu .......... 70 Tab. 2.4: Průměrné složení odvodněných komunálních a průmyslových čistírenských kalů.. 76 Tab. 2.5: Souhrn současných úspěšných aplikací technologií tepelné úpravy pro hlavní druhy odpadů v určených zařízeních .................................................................................................. 82 Tab. 2.6: Vlastnosti různých frakcí paliva z odpadů upravovaných ve fluidním loži............ 101 Tab. 2.7: Hlavní provozní kritéria pro pevná fluidní lože...................................................... 103 Tab. 2.8: Provozní kritéria pro vícekomorové nístějové pece................................................ 128 Tab. 2.9: Porovnání pecních systémů pro spalování čistírenských kalů................................ 145 Tab. 2.10: Rozpětí a typické hodnoty čistého spalného tepla pro určité druhy odpadu vstupujícího do spalovny........................................................................................................ 147 Tab. 2.11: Vypočtené hodnoty NCV pro odpady zpracovávané v 50 evropských spalovnách KTO........................................................................................................................................ 148 Tab. 2.12: Účinnost konveze energetického potenciálu v různých druzích spaloven odpadu150 Tab. 2.13: Faktory zohledněné při výběru návrhu energetického cyklu spaloven odpadů.... 151 Tab. 2.14: Příklad údajů ukazující změny výstupů tepla a elektřiny při použití rozdílných druhů tepelných čerpadel ....................................................................................................... 163 Tab. 2.15: Zlepšení cyklu pára-voda: vliv na účinnost a jiné aspekty ................................... 166 Tab. 2.16: Souhrn hlavních rozdílů mezi šokovýcm chlazením a využitím tepla ................. 166 Tab. 2.18: Zkušební kontinuální pracovní měřicí přístroje pro měření emisí rtuti ................ 218 Tab. 3.1: Rozdělení různých látek v ukázkové spalovně tuhého komunálního odpadu (hmotnostní %)....................................................................................................................... 222 Tab. 3.2: Procentuální rozdělení těžkých kovů v procesu spalování nebezpečného odpadu. 223 Tab. 3.3: Průměrné provozní podmínky v průběhu testu rozdělení v zařízení na spalování nebezpečného odpadu ............................................................................................................ 223 Tab. 3.4: Zůstatky PCDD/PCDF pro spalovnu komunálního odpadu v Německu................ 224 Tab. 3.5: Příklad zaznamenaného zatížení PCDD/F spalovny tuhého komunálního odpadu ve Francii..................................................................................................................................... 225 Tab. 3.6: Koncentrace spalin po průchodu kotlem (nezpracované spaliny) v různých spalovnách odpadů (referenční hodnota kyslíku 11 %) ......................................................... 226 Tab. 3.7: Celkové emise významné pro klimatické změny v Německu v roce 1999 ve srovnání s emisemi pocházejícími ze spalování odpadů....................................................................... 228 Tab. 3.8: Rozpětí emisních hodnot provozu čištění plynů, udávané některými evropskými spalovnami tuhého komunálního odpadu............................................................................... 235 Tab. 3.9: Provozní hladiny emisí do ovzduší ze spaloven tuhého komunálního odpadu, vyjádřené na tunu spáleného KTO. ........................................................................................ 236 Tab. 3.10: Výzkum emisí HCl evropských spaloven tuhého komunálního odpadu. ............. 236 Tab. 3. 11: Výzkum emisí HF v evropských spalovnách tuhého komunálního odpadu........ 237 Tab. 3. 12: Výzkum emisí oxidu siřičitého v evropských spalovnách tuhého komunálního odpadu. ................................................................................................................................... 237 Tab. 3. 13: Výzkum emisí prachu v evropských spalovnách tuhého komunálního odpadu. . 238 Tab. 3. 14: Výzkum emisí oxidů dusíku v evropských spalovnách tuhého komunálního odpadu. ................................................................................................................................... 239 Tab. 3. 15: Výzkum emisí organického uhlíku v evropských spalovnách tuhého komunálního odpadu. ................................................................................................................................... 239 Tab. 3. 16: Výzkum emisí PCDD/F (TEQ) v evropských spalovnách tuhého komunálního odpadu. ................................................................................................................................... 240 Tab. 3. 17: Výzkum emisí rtuti v evropských spalovnách tuhého komunálního odpadu. ..... 240 Tab. 3. 18: Výzkum kombinovaných emisí rtuti a kadmia ve vybraných spalovnách tuhého komunálního odpadu ve Francii............................................................................................. 240 Tab. 3. 19: Výsledné emise a metody používané na regulaci Hg v evropských spalovnách tuhého komunálního odpadu. ................................................................................................. 241 Tab. 3.20: Charakteristické rozpětí emisí čištěného plynu do ovzduší ze spaloven nebezpečného odpadu. ........................................................................................................... 243 Tab. 3.21: Výsledky výzkumu průměrných ročních emisí do ovzduší z evropských spaloven nebezpečného odpadu. ........................................................................................................... 243 Tab. 3.22: Výzkumná data toku hmoty a roční emise do ovzduší z komerčních spaloven nebezpečného odpadu v Evropě............................................................................................. 244 Tab. 3.23: Typické hodnoty množství odpadní vody vznikající z čištění spalin ve spalovnách odpadů upravujících odpady s nízkým obsahem chlóru ........................................................ 257 Tab. 3.24: Další možné zdroje odpadní vody ze spaloven odpadů a její přibližná množství 258 Tab. 3.24: Typické znečištění odpadní vody ze zařízení na čištění spalin spaloven odpadů před úpravou odpadní vody.................................................................................................... 259 Tab. 3.26: Vypouštění do povrchové vody a do kanalizace z holandských spaloven odpadů v roce 1999 ............................................................................................................................. 260 Tab. 3.27: Kvalita odpadní vody (po čištění trimerkaptotriazinem) – porovnání mezi nečištěnou a čištěnou odpadní vodou a různými standardy ................................................... 261 Tab. 3.28: Roční průměrné rozpětí koncentrací emisí do vody po čištění z komerčních spaloven nebezpečných odpadů, vypouštějících odpadní vodu ............................................. 262 Tab. 3.29: Hmotnostní toky emisí do vody ze zkoumaných komerčních spaloven nebezpečného odpadu v Evropě............................................................................................. 263 Tab. 3.30: Typické údaje o množstvích zbytků, vznikajících ve spalovnách komunálního odpadu .................................................................................................................................... 272 Tab. 3.31: Hmotnostní toky pevných zbytků ze spaloven tuhého komunálního odpadu, vyjádřené na tunu spáleného odpadu ..................................................................................... 272 Tab. 3.32: Rozpětí koncentrací organických látek ve pecním , kotlovém a filtrovém popelu ................................................................................................................................................ 273 Tab. 3.33: Koncentrace PCDD/F v různých zbytcích spalování tuhého komunálního odpadu v Holandsku (údaje z let 2000 – 2004) .................................................................................. 274 Tab. 3.34: Rozpětí koncentrací PCDD/F ve zbytcích ze spalování tuhého komunálního odpadu (s vyloučením vysokých a nízkých odlehlých hodnot) ............................................. 274 Tab. 3.35: Vyluhovací vlastnosti mechanicky upraveného pecního popelu, měřené za použití NEN7343................................................................................................................................ 275 Tab. 3.36: Množství hlavních zdrojů odpadu, produkovaných spalováním nebezpečných odpadů (evropská výzkumná data)......................................................................................... 276 Tab. 3.37: Typické hodnoty vyluhování pro pecní popel ze spaloven nebezpečného odpadu, měřené za použití DIN-S4...................................................................................................... 276 Tab. 3.38: Některé faktory a jejich vliv na možnosti obnovování energie ............................ 279 Tab. 3.39: Ekvivalenční faktory konverze energie ................................................................ 280 Tab. 3.40: Poměry výroby a vývozu elektřiny na tunu KTO................................................. 282 Tab. 3.41: Výroba a vývoz elektřiny na tunu KTO pro spalovny komunálního tuhého odpadu ve Francii................................................................................................................................ 283 Tab. 3.42: Poměry výroby a vývozu tepla na tunu KTO ....................................................... 283 Tab. 3.43: Poměry výroby a vývozu tepla na tunu KTO pro spalovny komunálního tuhého odpadu ve Francii ................................................................................................................... 283 Tab. 3.44: Průměrná efektivita (%) kombinace tepla a energie pro 50 spaloven tuhého komunálního odpadu .............................................................................................................. 284 Tab. 3.45: Průměrné hodnoty obnovení kombinovaného tepla a energie na tunu KTO ve spalovnách tuhého komunálního odpadu ve Francii .............................................................. 284 Tab. 3.46: Výzkumná data efektivit kotlů spaloven tuhého komunálního odpadu................ 284 Tab. 3.47: Požadavky na elektřinu, teplo a celkové požadavky 50 zkoumaných evropských spaloven tuhého komunálního odpadu na tunu upravovaného odpadu.................................. 285 Tab. 3.48: Poměr vyvážené a spotřebované energie pro různé spalovny odpadů.................. 287 Tab. 3.49: Zdroje hluku ve spalovnách odpadů ..................................................................... 288 Tab. 3.50: Stechiometrické výpočty množství vápence použitého pro absorpci v průběhu čištění spalin (činidla vyjádřená při 100% koncentraci a čistotě).......................................... 290 Tab. 3.51: Množství aditiv používaných komerčními spalovnami nebezpečného odpadu.... 291 Tab. 4.1: Schéma uspořádání informací ve 4. kapitole .......................................................... 293 Tab. 4.2 Rozpis informací pro každou metodu, popsanou ve 4. kapitole .............................. 294 Tab. 4.3: Některé kontrolní a vzorkovací metody používané na různé druhy odpadu. [1, .... 302 Tab. 4.4: Příklady použitelných metod ukládání pro různé druhy odpadů ............................ 305 Tab. 4.5: Hlavní metody omezující nežádoucí úniky zápachu a emise skleníkových plynů . 309 Tab. 4.6. Některé metody oddělování, použité pro různé typy odpadů ................................. 312 Tab. 4.7: Srovnání technologií spalování a tepelné úpravy a faktorů, které ovlivňují jejich použitelnost a provozní stabilitu (tab. 1/3)............................................................................. 329 Tab. 4.8: Srovnání technologií spalování a tepelné úpravy a faktorů, které ovlivňují jejich použitelnost a provozní stabilitu (tab. 2/3)............................................................................. 330 Tab. 4.9: Srovnání technologií spalování a tepelné úpravy a faktorů, které ovlivňují jejich použitelnost a provozní stabilitu (tab. 3/3)............................................................................. 332 Tab. 4.10: Srovnání vlastností některých a různých geometrií pecí ...................................... 335 Tab. 4.11: Měření nevyčištěných spalin v testovacím provozu za normálního spalování a spalování s IČ kamerami a s přídavkem O2 ........................................................................... 343 Tab. 4.12: Některé spalovací specifikace používané při spalování........................................ 363 Tab. 4.13: Vztah mezi emisemi oxidu dusného a provozní teplotou pro zařízení s bublinkovým fluidním ložem pro spalování splaškových kalů [22, Mineur, 2002]............ 365 Tab. 4.14: Odhadované dopady na náklady některých změn spalovacích parametrů............ 367 Tab. 4.15: Údaje specifických energetických toků ve vybraných evropských spalovnách tuhého komunálního odpadu na tunu zpracovaného odpadu, vypracované podskupinou TWG. ................................................................................................................................................ 385 Tab. 4.16: Metody snižování různých energetických ztrát ve spalovnách............................. 392 Tab. 4.17: Výkon zařízení a celková energetická náročnost procesu spalovny tuhého komunálního odpadu v Německu........................................................................................... 394 Tab. 4.18: Příklady energetického výkonu a příjmů při různých parametrech páry pro spalovnu komunálního odpadu založenou na společné produkci tepla a elektřiny a používající zvýšený tlak páry.................................................................................................................... 399 Tab. 4.19: Závislost mezi energetickou účinností a teplotou navracejícího se chladícího média (ústřední vytápění).................................................................................................................. 412 Tab. 4.20: Vlivy interakce médií spojené s použitím různých systémů na předběžné odstraňování prachu ............................................................................................................... 424 Tab. 4.21: Provozní údaje spojené s používáním systémů na předběžné odstraňování prachu ................................................................................................................................................ 425 Tab. 4.22: Srovnání systémů na odstraňování prachu............................................................ 426 Tab. 4.23: Hodnocení využitelnosti předběžného odstraňování prachu ................................ 426 Tab. 4.24: Emisní hladiny spojené s použitím čistícího systému rukávových filtrů.............. 428 Tab. 4.25: Vlivy interakce médií spojené s používáním dočištění spalin .............................. 429 Tab. 4.26: Provozní údaje spojené s používáním čištění spalin............................................. 430 Tab. 4.27: Hodnocení použitelnosti čištění spalin ................................................................. 430 Tab. 4.28: Vlivy interakce médií spojené s použitím dvojité rukávové filtrace .................... 431 Tab. 4.29: Provozní údaje spojené s používáním dvojité rukávové filtrace .......................... 432 Tab. 4.30: Hodnocení použitelnosti dvojité filtrace............................................................... 433 Tab. 4.31: Provozní informace pro různé materiály rukávových filtrů.................................. 434 Tab. 4.32: Emisní hladiny spojené s používáním mokrých skrubrů ...................................... 435 Tab. 4.33: Vlivy interakce médií spojené s používání mokrého skrubru při čištění spalin ... 437 Tab. 4.34: Provozní údaje spojené s používáním mokrého čištění spalin.............................. 438 Tab. 4.35: Zhodnocení použitelnosti mokrého čištění spalin................................................. 438 Tab. 4.36: Odhadované investiční náklady u vybraných částí systému mokrého čištění spalin ................................................................................................................................................ 439 Tab. 4.37: Hladiny emisí spojené s používáním polosuchého skrubru.................................. 440 Tab. 4.38: Vlivy interakce médií spojené s používáním polosuchého systému čištění spalin ................................................................................................................................................ 442 Tab. 4.39: Provozní údaje spojené s používáním polosuchých systémů zpracování spalin .. 442 Tab. 4.40: Hodnocení použitelnosti polosuchých systémů zpracování spalin....................... 444 Tab. 4.41: Odhadované investiční náklady vybraných částí polosuchého systému čištění spalin ...................................................................................................................................... 444 Tab. 4.42: Emisní hladiny spojené s používáním systému flash-dry na zpracování spalin ... 445 Tab. 4.43: Vlivy interakce médií spojené s používáním flash-dry systému .......................... 446 Tab. 4.44: Provozní údaje spojené s používáním flash-dry systému na zpracování spalin ... 447 Tab. 4.45: Zhodnocení použitelnosti flash-dry systému zpracování spalin ........................... 448 Tab. 4.46: Emisní hladiny spojené s používáním suchého systému zpracování spalin s vápnem ................................................................................................................................................ 449 Tab. 4.47: Emisní hladiny spojené s používáním suchého systému zpracování spalin s hydrouhličitanem sodným. .................................................................................................. 449 Tab. 4.48: Vlivy interakce médií spojené s používáním suchého systému zpracování spalin ................................................................................................................................................ 450 Tab. 4.49: Provozní údaje spojené s používáním suchého zpracování spalin........................ 450 Tab. 4.50: Zhodnocení použitelnosti suchého systému čištění spalin.................................... 451 Tab. 4.51: Srovnání vlastností jednotlivých alkalických činidel ........................................... 453 Tab. 4.52: Zhodnocení použitelnosti různých alkalických činidel......................................... 454 Tab. 4.53: Provozní údaje spojené s používáním opětovné cirkulace zbytků........................ 457 Tab. 4.54: Zhodnocení použitelnosti opětovné cirkulace zbytků........................................... 457 Tab. 4.55: Zhodnocení použitelnosti monitorování surových plynů pro optimalizaci čištění spalin ...................................................................................................................................... 460 Tab. 4.56: Hladiny emisí spojené s použitím SCR. ............................................................... 462 Tab. 4.57: Vlivy interakce médií spojené s používáním SCR ............................................... 465 Tab. 4.58: Provozní data spojená s používáním SCR ............................................................ 465 Tab. 4.59: Zhodnocení použitelnosti SCR ............................................................................. 467 Tab. 4.60: Odhadované náklady na investice vybraných složek typických polomokrých systémů na čištění spalin, používajících SCR a SNCR.......................................................... 468 Tab. 4.61: Hladiny emisí dosažené za použití SNCR ............................................................ 470 Tab. 4.62: Vlivy interakcí médií spojené s použitím SNCR.................................................. 471 Tab. 4.63: Provozní údaje spojené s používáním SNCR ....................................................... 471 Tab. 4.64: Zhodnocení použitelnosti SNCR .......................................................................... 473 Tab. 4.65: Výhody a nevýhody použití močoviny a amoniaku pro SNCR............................ 474 Tab. 4.66: Zhodnocení použitelnosti technik zabraňujících tvorbě PCDD/F ........................ 478 Tab. 4.67: Zhodnocení použitelnosti SCR pro odstraňování PCDD/F .................................. 480 Tab. 4.68: Údaje týkající se účinnosti rozkladu pro katalytické rukávové filtry v průběhu 21 měsíců provozu ...................................................................................................................... 482 Tab. 4.69: Zhodnocení použitelnosti katalytických rukávových filtrů .................................. 482 Tab. 4.70: Zhodnocení použitelnosti opětovného spalování absorbentů ............................... 483 Tab. 4.71: Zhodnocení použitelnosti vstřikování uhlíku pro odstraňování PCDD/F............. 485 Tab. 4.72: Vlivy interakce médií spojené s použitím pevných filtrů ..................................... 486 Tab. 4.73: Provozní údaje spojené s použitím pevných filtrů s koksem................................ 487 Tab. 4.74: Zhodnocení použitelnosti pevných filtrů s koksem .............................................. 488 Tab. 4.75: Provozní údaje spojené s použitím materiálů impregnovaných uhlíkem v mokrém praní........................................................................................................................................ 490 Tab. 4.76: Zhodnocení použitelnosti materiálů impregnovaných uhlíkem do mokrých praček ................................................................................................................................................ 490 Tab. 4.77: Zhodnocení použitelnosti mokrých praček na regulaci Hg .................................. 494 Tab. 4.78: Zhodnocení použitelnosti vstřikování uhlíku pro odstraňování Hg...................... 496 Tab. 4.79: Zhodnocení použitelnosti Na2S2O3 pro odstraňování halogenů ......................... 502 Tab. 4.80: Množství HCl (30%) využité na tunu odpadu ...................................................... 515 Tab. 4.81: Množství sádry využité na tunu odpadu ............................................................... 517 Tab. 4.82: Výstupní koncentrace strusky (mg/kg), údaje zaznamenány pro ilustrativní zařízení na čištění strusky .................................................................................................................... 529 Tab. 4.83: Údaje týkající se výstupního výluhu ze strusky (ug/l), zaznamenány pro ilustrativní zařízení čištění strusky ........................................................................................................... 529 Tab. 4.84: Relativní výtěžek různých výstupních frakcí mokré úpravy pecního popele ....... 531 Tab. 4.85: Příklad výsledných vyluhování vyrobených granulátů......................................... 532 Tab. 4.86: Údaje o výstupních koncentracích ve strusce (mg/kg), zaznamenané pro ilustrativní zařízení na čištění strusky ...................................................................................................... 532 Tab. 4.87: Údaje týkající se výstupního výluhu ze strusky, zaznamenané pro ilustrativní zařízení na čištění strusky ...................................................................................................... 532 Tab. 4.88: Relativní náklady na některé techniky úpravy popele .......................................... 534 Tab. 4.89: Rozdíly v čištěních zbytků z čištění spalin pomocí zpevňování mezi různými zeměmi ................................................................................................................................... 537 Tab. 4.90: Metody zeskelnatění zbytků z čištění spalin používané v USA a v Japonsku...... 540 Tab. 4.91: Příklady zařízení používajících proces kyselé extrakce pro úpravu zbytků z čištění spalin ...................................................................................................................................... 542 Tab. 4.92: Vlastnosti některých procesů kyselé extrakce používaných pro úpravu zbytků z čištění spalin ........................................................................................................................ 542 Tab. 5.1: Jak kombinovat popsané BAT pro specifický případ ............................................. 559 Tab. 5.2: Rozsah hodnot provozních emisí uvolňovaných do ovzduší ze spaloven odpadů v souvislosti s použitím BAT ................................................................................................. 567 Tab. 5.3: příklad hodnocení podle některých kritérií IPPC, která lze zohlednit při volbě mezi variantami mokrého/polosuchého a suchého čištění spali ..................................................... 571 Tab. 5.4: Provozní emisní úroveň BAT vypouštěných odpadních vod z čistírny určené k čištění odpadních vod z čištění spalin ve skrubru ............................................................... 575 Tab. 6.1: Kvalita zbytků při použití systémů SYNCOM ....................................................... 586 Tab. 6.2: Hodnoty emisí v souvislosti s použitím kombinovaného systému čištění spalin – suchého s uhličitanem sodným a SCR ................................................................................... 597 Tab. 6.3: Vlivy interakce médií v souvislosti s použitím kombinovaného systému čištění spalin – suchého s uhličitanem sodným a SCR...................................................................... 597 Tab. 6.4: Provozní údaje spojené s použitím kombinovaného systému čištění spalin – suchého s uhličitanem sodným a SCR ................................................................................................. 598 Tab. 6.5: Hodnocení použitelnosti kombinovaného systému čištění spalin – suchého systému s uhličitanem sodným a SCR ................................................................................................. 599 Tab. 9.1: Kódy zemí a měny .................................................................................................. 617 Tab. 10.1: Náklady na úpravu v roštových spalovnách komunálního odpadu o různých kapacitách............................................................................................................................... 620 Tab. 10.2: Náklady roštové spalovny KTO o kapacitě 200 000 t/rok – Německo ................ 621 Tab. 10.3: Odhad nákladů na výstavbu a provoz hromadné spalovny KTO o kapacitě 200 000 t v Irsku................................................................................................................................... 622 Tab. 10.4: Náklady spalovny v Itálii na základě modelových výpočtů ................................. 625 Tab. 10.5: Poplatky a předpokládané množství spalovaného odpadu v zařízení organizace SIDOR, Lucemburk, 1999 ..................................................................................................... 626 Tab. 10.6: Specifické provozní náklady spalovny komunálního odpadu organizace SIDOR v Lucemburku v r. 1998 a 1999 ............................................................................................. 626 Tab. 10.7: Výtah z rozpočtu organizace SIDOR za léta 1998 a 1999.................................... 627 Tab. 10.8: Kapitálové investice a náklady na úpravu odpadů ve spalovnách komunálního odpadu v Nizozemsku ............................................................................................................ 628 Tab. 10.9: Vyúčtování nákladů různých spaloven ve Švédsku.............................................. 629 Tab. 10.10: UK vstupní poplatky spaloven s různými kapacitami a výstupy energie ........... 630 Tab. 10.11: odhad rozpočtu nákladů spalovny v UK ............................................................. 632 Tab. 10.12: Specifické náklady na zařízení k vypouštění a skladování odpadů jako funkce výkonnosti při dodávkách sběru odpadů svozovými vozidly [3, Rakousko, 2002]............... 636 Tab. 10.13: Specifické náklady na zařízení k vykládce a skladování jako funkce výkonnosti při dodávkách odpadů vlaky .................................................................................................. 636 Tab. 10.14: Specifické náklady na roštový spalovací systém a na kotel spaloven odpadů, vyjádřené jako funkce výkonnosti.......................................................................................... 637 Tab. 10.15: Specifické náklady cyklu voda-pára s úplným oddělením tepla a dodáváním do systémů ústředního vytápění – funkce výkonnosti vzhledem k odpadu ................................ 639 Tab. 10.16: Specifické náklady cyklu voda-pára s parní odběrovou turbínou – funkce výkonnosti z hlediska odpadu ................................................................................................ 640 Tab. 10.17: Specifické náklady cyklu voda-pára s odběrovou parní turbínou v kombinaci s parním systémem přilehlé elektrárny – funkce výkonnosti vzhledem k množství odpadu ... 641 Tab. 10.18: Specifické náklady cyklu voda-pára s kombinovanou výrobou tepla a elektřiny a nízkými parametry páry – funkce výkonnosti vzhledem k množství odpadu........................ 642 Tab. 10.19: Specifické náklady cyklu voda-pára s kombinovanou výrobou tepla a elektřiny a vysokými parametry páry – funkce výkonnosti vzhledem k množství odpadu ..................... 643 Tab. 10.20: Specifické náklady cyklu voda-pára s parní odběrovou turbínou (normální parametry páry) – funkce výkonnosti vzhledem k množství odpadu, přičemž energie může být nahrazena................................................................................................................................ 643 Tab. 10.21: Specifické náklady cyklu voda-pára s kombinovanou výrobou tepla a elektřiny (normální parametry páry) – funkce výkonnosti vzhledem k množství odpadu, přičemž energie může být nahrazena ................................................................................................... 644 Tab. 10.22: Specifické náklady cyklu voda-pára s kombinovanou výrobou tepla a elektřiny (vysoké parametry páry) – funkce výkonnosti vzhledem k množství odpadu, přičemž energie může být nahrazena................................................................................................................ 644 Tab. 10.23: Přehled specifických příjmů z různých variant cyklu voda-pára - funkce výkonnosti vzhledem k množství odpadu .............................................................................. 644 Tab. 10.24: Specifické náklady na odprášení v elektrostatickém odlučovači – funkce výkonnosti s ohledem na množství odpadu............................................................................ 647 Tab. 10.25: Specifické náklady na odprášení mokrou cestou jako funkce výkonnosti dané množstvím odpadů ................................................................................................................. 648 Tab. 10.26: Specifické náklady systému čištění spalin suchou cestou pomocí textilních filtrů jako funkce výkonnosti dané množstvím odpadů .................................................................. 648 Tab. 10.27: Specifické náklady systému čištění spalin suchou cestou s adsorpcí jako funkce výkonnosti dané množstvím odpadů ...................................................................................... 649 Tab. 10.28: Specifické náklady skrubru se sádrou jako funkce výkonnosti dané množstvím odpadů .................................................................................................................................... 650 Tab. 10.29: Specifické náklady skrubru s odlučovačem jako funkce výkonnosti dané množstvím odpadů ................................................................................................................. 651 Tab. 10.30: Specifické náklady NaOH skrubru jako funkce výkonnosti dané množstvím odpadů .................................................................................................................................... 652 Tab. 10.31: Specifické náklady SCR jako funkce výkonnosti vyjádřené množstvím odpadu ................................................................................................................................................ 653 Tab. 10.32: Specifické náklady SNCR jako funkce výkonnosti vyjádřené množstvím odpadu ................................................................................................................................................ 653 Tab. 10.33: Specifické náklady proudového vstřikovacího absorbéru jako funkce výkonnosti vyjádřené množstvím odpadu................................................................................................. 654 Tab. 10.34: Specifické náklady procesu s aktivním uhlím jako funkce výkonnosti vyjádřené množstvím odpadu ................................................................................................................. 655 Tab. 10.35: Varianta 1: Náklady na roštové spalovací systémy zahrnující dodávky vlaky, suché, mokré a katalytické čištění spalin a s parním cyklem napojeným na přilehlou elektrárnu – funkce výkonnosti .............................................................................................. 658 Tab. 10.36: Varianta 2: Náklady na roštové spalovací systémy zahrnující dodávky vlaky, suché, mokré a katalytické čištění spalin a s výrobou páry – funkce výkonnosti.................. 659 Tab. 10.37: Varianta 3: Náklady na roštové spalovací systémy zahrnující dodávky vlaky, suché, mokré a katalytické čištění spalin a s kombinovanou výrobou tepla a elektřiny – funkce výkonnosti .............................................................................................................................. 659 Tab. 10.38: Varianta 4: Náklady na roštové spalovací systémy zahrnující dodávky vlaky, elektrostatický odlučovač, NaOH skrubr, proudový vstřikovací absorbér a katalytický proces a s výrobou elektřiny – funkce výkonnosti ............................................................................ 660 Tab. 10.39: Varianta 5: Náklady na roštové spalovací systémy zahrnující dodávky vlaky, elektrostatický odlučovač, odlučovač, absorbér s aktivním uhlím a katalytický proces a s výrobou elektřiny – funkce výkonnosti ............................................................................... 660 Tab. 10.40: Varianta 6: Náklady na roštové spalovací systémy zahrnující dodávky vlaky, suchou adsorpci, absorbér s aktivním uhlím a katalytický proces a s výrobou elektřiny – funkce výkonnosti .................................................................................................................. 661 Tab. 10.41: Náklady na spalovací systém a na kotel ve spalovně s fluidním ložem jako funkce výkonnosti (nezahrnuty náklady předběžné úpravy) ............................................................. 663 Tab. 10.42: Specifické náklady cyklu vod-pára zahrnující parní odběrovou turbínu (normální parametry páry) jako funkce výkonnosti................................................................................ 663 Tab. 10.43: Specifické náklady a příjmy na úpravu odpadů, spalování, kotel a použití energie ................................................................................................................................................ 664 Tab. 10.44: Kapitálové a provozní náklady zplyňovacího zařízení firmy Lahti RDF, Finsko ................................................................................................................................................ 665 Tab. 10.45: Pomyslné vypočtené náklady pyrolýzního zařízení v belgickém regionu Flandry ................................................................................................................................................ 666 Tab. 10.46: Celkové údaje o spalovně odpadů Floetzersteig (srovnávací rok: 2000) ........... 666 Tab. 10.47: Tok vstupů a výstupů spalovny odpadů Floetzersteig (srovnávací rok: 2000)... 668 Tab. 10.48: Emise do ovzduší ze spalovny odpadů Floetzersteig (srovnávací rok: 2000) .... 669 Tab. 10.49: Parametry odpadních vod ze spalovny odpadů Floetzersteig po výstupu z čistírny odpadních vod (srovnávací rok: 2000)................................................................................... 670 Tab. 10.50: Chemické údaje o odpadech ze spalovny Floetzersteig (srovnávací rok: 2000) 671 Tab. 10.51: Vyluhovací testy: spalovna odpadů Floetzersteig (srovnávací rok: 2000) ......... 672 Tab. 10.52: Celkové údaje o spalovně odpadů Spittelau (srovnávací rok: 2000) .................. 672 Tab. 10.53: Tok vstupů-výstupů spalovny odpadů Spittelau (srovnávací rok: 2000)............ 673 Tab. 10.54: Emise do ovzduší spalovny odpadů Spittelau (srovnávací rok: 2000) ............... 675 Tab. 10.55: Parametry odpadní vody ze spalovny odpadů Spittelau po vyčištění (srovnávací rok: 2000) ............................................................................................................................... 676 Tab. 10.56: Chemické údaje o frakcích odpadů ze spalovny Spittelau (srovnávací rok: 2000) ................................................................................................................................................ 677 Tab. 10.57: Vyluhovací testy: spalovna odpadů Spittelau (srovnávací rok: 2000)................ 678 Tab. 10.58: Celkové údaje o spalovně odpadů Wels (srovnávací rok: 2000) ........................ 678 Tab. 10.59: Vstupy a výstupy spalovny odpadů Wels (srovnávací rok: 2000)...................... 679 Tab. 10.60: Emise do ovzduší ze spalovny odpadů Wels (srovnávací rok: 2000)................. 681 Tab. 10.61: Parametry vyčištěné odpadní vody spalovny odpadu Wels (srovnávací rok: 2000) ................................................................................................................................................ 682 Tab. 10.62: Průměrné hodnoty naměřené ve vyčištěném plynu (provozní hodnoty) ............ 684 Tab. 10.63: Kvalita škváry ..................................................................................................... 684 Tab. 10.64: Poměr účinnosti energie (předpokládána průměrná výhřevnost ≈ 9 500 kJ/kg). 685 Tab. 10.65: Druhy odpadu a množství odpadů spalovaných v rotačních pecích spalovny Simmeringer Haide (srovnávací rok: 2000) ........................................................................... 691 Tab. 10.66: Všeobecné údaje o rotačních pecích spalovny Simmeringer Haide (srovnávací rok: 2000) ............................................................................................................................... 691 Tab. 10.67: Vstupy a výstupy rotačních pecí spalovny Simmeringer Haide (srovnávací rok: 2000)....................................................................................................................................... 692 Tab. 10.68: Emise do ovzduší z rotačních pecí spalovny Simmeringer Haide (srovnávací rok: 2000)....................................................................................................................................... 694 Tab. 10.69: Parametry odpadních vod z rotační pece spalovny Simmeringer Haide po vyčištění (srovnávací rok: 2000) ............................................................................................ 695 Tab. 10.70: Chemické údaje o odpadech z rotačních pecí (srovnávací rok: 2000)................ 696 Tab. 10.71: vyluhovací testy (podle standardu OENORM S 2115) rotačních pecí spalovny Simmeringer Haide (srovnávací rok: 2000) ........................................................................... 696 Tab. 10.72: Průměrné koncentrace naměřené v čistém plynu (provozní hodnoty)................ 697 Tab. 10.73: Obecné údaje o reaktorech s fluidním ložem ve spalovně Simmeringer Haide (2000) ..................................................................................................................................... 699 Tab. 10.74: Tok vstupů a výstupů reaktorů s fluidním ložem spalovny Simmeringer Haide (srovnávací rok: 2000) ........................................................................................................... 700 Tab. 10.75: Emise do ovzduší z reaktorů s fluidním ložem (srovnávací rok: 2000) ............. 702 Tab. 10.76: Chemické údaje o odpadech z reaktorů s fluidním ložem (srovnávací rok: 2000) ................................................................................................................................................ 703 Tab. 10.77:Vyluhovací testy podle standardu OENORM S 2115 – reaktory s fluidním ložem (srovnávací rok: 2000) ........................................................................................................... 703 Tab. 10.78: Charakterizace spalovaných materiálů ............................................................... 703 Tab. 10.79: Průměrné hodnoty koncentrace naměřené v čistém plynu (provozní hodnoty) – BAT5...................................................................................................................................... 704 Tab. 10.80: Charakterizace spalovaného materiálu ............................................................... 705 Tab. 10.81: Průměrné hodnoty koncentrace naměřené v čistém plynu (provozní hodnoty) – BAT6...................................................................................................................................... 705 Tab. 10.82: Hodnoty emisí odpadních vod ze systému čištění odpadních plynů před míšením (BAT6) ................................................................................................................................... 706 Tab. 10.83: Druhy odpadu a množství odpadů zpracovaných v zařízení AVE – Reststoffverwertung Lenzing (srovnávací rok: 2000)............................................................ 706 Tab. 10.84: Obecné údaje o reaktoru s fluidním ložem v zařízení AVE-RVL Lenzing ........ 707 Tab. 10.85: Emise do ovzduší z reaktoru s fluidním ložem zařízení AVE – Reststoffverwertung Lenzing ................................................................................................. 711 Tab. 10.87: Výstupní toky z reaktorů s fluidním ložem spalovny odpadů Arnoldstein (srovnávací rok: 2001) ........................................................................................................... 712 Tab. 10.88: Emise do ovzduší ze spalovny odpadů Arnoldstein (srovnávací rok: 2001) ...... 714 Tab. 10.89: Parametry odpadních vod (kompozitní vzorek) spalovny odpadů Arnoldstein po vyčištění (srovnávací rok: 2001) ............................................................................................ 715 Tab. 10.90: Chemické údaje o popelu ze spalování ve fluidním loži spalovny Arnoldstein (srovnávací rok: 2001) ........................................................................................................... 715 Tab. 10.91: Koncentrace znečišťujících látek ve výluhu z popela spalovny odpadů Arnoldstein (srovnávací rok: 2001)........................................................................................ 715 Tab. 10.92: Průměrné hodnoty naměřené v čistém plynu (provozní hodnoty)...................... 716 Tab. 10.93: Měřící přístroje používané k nepřetržitému měření............................................ 717 Tab. 10.94: Depozice v čištěném odpadním plynu ................................................................ 717 Tab. 10.95: Podíle energetické účinnosti (předpokládaná výhřevnost Hu ≈11 500 kJ/kg) ... 718 Tab. 10.96: Kvalita škváry – BAT2 ....................................................................................... 718 Tab. 10.97: Údaje k výpočtu energetické účinnosti – katalog 1 ............................................ 732 Tab. 10.98: Výpočet energetické účinnosti – katalog 2 ......................................................... 733 Tab. 10.99: Výpočet energetické účinnosti – katalog 3 ......................................................... 734 Tab. 10.100: Příklad multikriteriálního hodnocení pro výběr systému čištění spalin............ 744 Tab. 10.101: Příklad multikriteriální nákladové analýzy použité k porovnání variant systémů čištění spalin........................................................................................................................... 745 ROZSAH Následující komentáře odpovídají rozsahu tohoto dokumentu: 1. Rozsah dokumentu je především ovlivněn rozsahem poskytnutých informací a rozhodnutí členů Technické pracovní skupiny (TWG) o spalování odpadů a využitelným časem a zdroji. 2. Příloha 1 Směrnice IPPC (96/61/ES) je počátečním bodem pro rozsah tohoto referenčního dokumentu BAT, který zahrnuje následující oddíly: 5.1 Zařízení na odstraňování nebo využívání nebezpečných odpadů podle definice uvedené v čl. 1 odst. 4 směrnice 91/689/EHS, jakož i podle definic v přílohách II A a II B (operace R1, R5, R6, R8 a R9) ke směrnici 75/442/EHS, dále zařízení uvedená ve směrnici Rady 75/439/EHS ze dne 16. července 1975 o nakládání s odpadními oleji(2), vždy o kapacitě větší než 10 t za den 5.2 Zařízení na spalování komunálního odpadu podle definic ve směrnici Rady 89/369/EHS ze dne 8. června 1989 o předcházení znečišťování ovzduší z nových spaloven komunálního odpadu (3) a ve směrnici Rady 89/429/EHS ze dne 21. června 1989 o snížení znečišťování ovzduší ze stávajících spaloven komunálního odpadu (4), vždy o kapacitě nad 3 t za hodinu Skupina TWG pracující na tomto dokumentu rozhodla v časném stadiu, že dokument by neměl být omezen velikostními omezeními v těchto oddílech Směrnice IPPC ani definicemi využití nebo odstranění odpadu v ní zahrnutými. Pro tento případ byl vybrán rozsah dokumentu takový, aby odrážel pragmatický pohled napříč odvětvím spalování odpadu jako celkem, se zvláštním zaměřením na ta zařízení a druhy odpadu, které jsou nejběžnější. Rozsah Směrnice WID 76/2000/ES byl také faktorem vzatým v úvahu skupinou TWG při rozhodování o rozsahu tohoto dokumentu. 3. Dokument se snaží poskytnout informace ohledně určených zařízení pro spalování odpadu. Neobsahuje jiné situace, za kterých jsou odpady tepelně zpracovány, např. procesy spoluspalování, např. v cementárnách a velkých spalovacích zařízeních – tyto situace jsou (nebo budou) zahrnuty v BREFu pojednávajícím specificky o těchto odvětvích průmyslu. I když některé ze zde zahrnutých technologií mohou být technicky použitelné v jiných odvětvích (např. ty, které nejsou určenými spalovnami odpadů), kde se spalují odpady nebo částečně spalují odpady, nepatří do rozsahu této práce určovat, zda technologie zde označené nebo výkonnostní úrovně, které dosahují, jsou BAT pro tato odvětví. 4. I když ústředním zájmem tohoto dokumentu je spalování, popisuje i tři hlavní metody tepelného zpracování, které se obecně vztahují k některým proudům odpadu. Jde o: • • • spalování odpadů pyrolýza zplyňování Jsou zahrnuty nejrůznější metody spalování odpadů. Spalování se uplatňuje při úpravě velmi širokého okruhu druhů odpadů. Pyrolýza a zplyňování jsou u odpadů méně používány a obecně se týkají užšího okruhu odpadů. Kombinace spalování, pyrolýzy a zplyňování jsou také zmíněny. Každá z technologií a kombinací technologií je uvedena v tomto dokumentu v souvislosti s jejím použitím k úpravě různých druhů odpadu (ačkoliv z toho nevyplývá žádná definice významu odpadu – viz také komentář 5 níže). 5. Kromě fáze tepelné úpravy v zařízení jsou v tomto dokumentu zmíněny také ( v různé míře): • • • • • • příjem odpadů, nakládání s nimi a skladování vliv předběžné úpravy odpadů na výběr a provoz procesu spalování odpadů (v některých případech se jedná o popis použitých technologií) použité metody čištění spalin použité metody úpravy zbytkových odpadů (pro hlavní zbytkové odpady běžně produkované) použité metody čištění odpadních vod některé aspekty využití energie, dosažené výkonnosti a použitých metod (nejsou zahrnuty podrobnosti o zařízení k výrobě elektřiny atd.). 6. Pokud je v tomto dokumentu zahrnuto nebo zmíněno zařízení, nemá to žádné právní důsledky. Neznamená to, že zařízení je ze zákona zařazeno jako spalovna odpadů ani z toho nevyplývá, že zpracovávané materiály jsou podle zákona klasifikovány jako odpad. 7. Při shromažďování informací se nepředpokládalo žádné omezení velikosti procesu. Nicméně je třeba poznamenat, že doposud byly poskytnuty omezené informace ohledně malých procesů spalování. 8. Tento dokument nepojednává o rozhodnutích týkajících se výběru spalování jako varianty úprav odpadu. Ani neporovnává spalování s jinými metodami úpravy odpadu. 9. Existuje jiný BREF, který pojednává o „úpravě odpadů“. Má široký rozsah a zahrnuje mnoho ostatních zařízení a technologií, používaných k úpravě odpadu. 1 OBECNÉ INFORMACE O SPALOVÁNÍ ODPADŮ 1.1 Účel spalování odpadů a základní teorie [1, UBA, 2001], [64, připomínky TWG, 2003] Spalování se používá jako metoda úpravy pro velmi široký okruh odpadů. Spalování samo o sobě je obecně pouze jednou částí komplexního systému úpravy odpadů, který vesměs slouží úhrnnému nakládání se širokým okruhem odpadů produkovaných ve společnosti. Odvětví spalování odpadů prošlo v průběhu posledních 10-15 let rychlým technologickým vývojem. Hnací silou u mnohých z těchto změn byla specifická legislativa pro průmysl, na základě které se především snížily emise do ovzduší z příslušných zařízení. Nepřetržitý proces vývoje v odvětví pokračuje vyvíjením technologií, které omezují náklady při současném udržení nebo zlepšení stávající úrovně dopadů na životní prostředí. Cíl spalování odpadů je upravovat odpady tak, aby se snížil jejich objem a nebezpečnost a současně byly zachyceny (a tím koncentrovány) nebo zničeny potenciálně škodlivé látky, které se uvolňují nebo mohou uvolnit během spalování. Prostřednictvím spalovacích procesů lze též umožnit využití energie, nerostných a/nebo chemických látek obsažených v odpadu. V zásadě je spalování odpadů oxidací hořlavých materiálů v něm obsažených. Odpad je obecně vysoce heterogenní materiál složený v podstatě z organických látek, minerálů, kovů a vody. Během spalování vznikají spaliny, které obsahují převážně energii k tepelnému využití. Organické látky v odpadu budou hořet, pokud dosáhnou nezbytnou teplotu vznícení a dostanou se do kontaktu s kyslíkem. Skutečný proces hoření proběhne v plynné fázi ve zlomku sekundy a současně se uvolňuje energie. Je –li dostačující výhřevnost odpadu i množství přiváděného kyslíku, může to vést k tepelné řetězové reakci a samospalování, tzn. že nenastane potřeba přídavku jiných paliv. Hlavní stupně procesu spalování: 1. sušení a odplynění – zde je změněn těkavý obsah (např. uhlovodíky a voda) při teplotách obvykle mezi 100 a 300 °C. Proces sušení a odplynění nevyžaduje žádná oxidační činidla a je závislý pouze na dodávkách tepla 2. pyrolýza a zplyňování – pyrolýza je dalším rozkladem organických látek za nepřítomnosti oxidačního činidla při teplotě asi 250-700 °C. Zplyňování uhlíkatých zbytků je reakce zbytkových odpadů s vodní parou a CO2 při teplotách obvykle mezi 500 až 1 000 °C, ale může probíhat při teplotách až do 1 600 °C. Takto jsou tuhé organické materiály převedeny do plynné fáze. Kromě teploty jsou činiteli reakce voda, pára a kyslík. 3. oxidace – v předchozích stupních vzniklé hořlavé plyny oxidují v závislosti na vybrané metodě spalování při teplotách spalin obecně mezi 800 až 1 450 °C. Tyto jednotlivé stupně se obecně překrývají, což znamená, že prostorové a časové oddělení těchto stupňů během spalování odpadů bude asi možné pouze v omezeném rozsahu. Samozřejmě procesy částečně probíhají paralelně a navzájem se ovlivňují. Nicméně je možné pomocí technických opatření uvnitř pecí tyto procesy ovlivnit tak, aby se snížily znečišťující emise. K takovým opatřením náleží návrhy pecí (design), distribuce vzduchu a inženýring kontroly. Při plně oxidačním spalování jsou hlavními složkami spalin: vodní pára, oxid uhličitý a kyslík. Podle složení spalovaného materiálu a v závislosti na provozních podmínkách vzniká nebo zbývá malé množství CO, HCl, HF, HBr, HI, NOx, SO2, TOL, PCDD/F, PCB a sloučenin těžkých kovů (kromě jiných). V závislosti na spalovací teplotě se během hlavních stupňů spalování úplně nebo částečně odpaří těkavé těžké kovy a anorganické sloučeniny (např. soli). Tyto látky se přesunou ze vstupního odpadu jak do spalin, tak i do popílku, který je v nich obsažen. Vzniká minerální zbytkový popílek (prach) a těžší tuhý popel (pecní popel). Ve spalovnách komunálního odpadu je obsah pecního popela přibližně 10 obj. % a kolem 20-30 % hmotnostních ze vstupujícího tuhého odpadu. Množství popílku je mnohem menší, obvykle pouze několik málo % ze vstupu. Poměr tuhého zbytku se velmi liší podle typu odpadu a konkrétního návrhu procesu. Pro efektivní oxidační spalování mají zásadní význam dodávky kyslíku. Koeficient „n“ poměru vzduchu dodávaného ke spalování k chemicky požadovanému (stechiometrickému) spalovacímu vzduchu se obvykle pohybuje v rozmezí od 1,2 do 2,5 v závislosti na tom, zda je palivo plynné, kapalné nebo tuhé, a v závislosti na pecním systému. Spalovací stupeň je pouze jediný stupeň v celém spalovacím zařízení. Spalovny obvykle zahrnují komplexní sestavu interakčních technických složek, které, když jsou posuzovány společně, ovlivňují celkovou úpravu odpadů.Každá z těchto složek má mírně odlišný hlavní účel, jak je uvedeno v tab. 1.1 níže: • • • • • • • • Cíl Rozklad organických látek Odpařování vody Odpařování těkavých těžkých kovů a anorganických solí Produkce potenciálně výbušné strusky Snížení objemu zbytků Využití použitelné energie Odstranění a koncentrace těkavých těžkých kovů a anorganických materiálů v podobě tuhých zbytků, např. zbytky z čištění spalin, kaly z čištění odpadních vod Minimalizace emisí do všech médií Odpovědnost Systém využití energie Čištění spalin Tab. 1.1 Účel různých složek zařízení ke spalování odpadů Zdroj [1, UBA, 2001] , [64, připomínky TWG, 2003] 1.2 Přehled spalování odpadů v Evropě Rozsah použití spalování jako metody nakládání s odpady se velmi liší od místa k místu. Např. ve členských státech EU se podíl spalování komunálního odpadu v úpravě odpadu pohybuje od nuly do 62 %. [9, VDI, 2002] V 15 původních členských státech je možno s přibližně 200 mil. t odpadu ročně uvažovat jako s množstvím vhodným pro tepelnou úpravu. Nicméně celková instalovaná kapacita zařízení k tepelné úpravě odpadů je pouze řádově 50 mil. t. Tab. 1.2 níže uvedená uvádí odhadované množství upraveného odpadu vznikajícího v každém členském státě v členění na komunální odpady, nebezpečné odpady a kaly z čistíren odpadních vod. Vzhledem k možnému významnému podílu na těchto odpadech jsou zahrnuty i uložené odpady, které budou v budoucí době přesunuty k jiným metodám úpravy včetně spalování. Pozn.: vzhledem k odlišným definicím a kategoriím odpadu v jednotlivých státech nemohou být některé hodnoty přímo porovnatelné. Tab. 1.2 Množství komunálního tuhého odpadu (KTO), nebezpečného odpadu a kalů z čistíren odpadních vod v členských zemích EU-15 a jeho úprava [1, UBA, 2001] , [64, připomínky TWG, 200 Země Komunální tuhé odpady (KTO) Celk. odhad produkce KTO v mil. t Rok původu dat % skládkování (nebo množství v mil. t) Nebezpečné odpady % spalování (nebo množství v mil. t) Celk. odhad produkce v mil. t Rok původu dat Skládkované Spálené množství množství v mil. t v mil. t Rakousko 1,32 1999 51 35 0,97 1999 údaje nedodány 0,11 Belgie Dánsko Finsko Francie 4,85 2,77 0,98 48,5 1997 1996 1997 2000 42 15 77 55 35 56 2 26 2,03 0,27 0,57 1997 1996 1997 1997 2001 2000 1993 0,79 0,09 0,28 0,14 0,1 0,1 0,77 údaje nedodány Německo Řecko 45 3,20 2000 1993 30 93 29 0 9,17 Irsko Itálie 1,80 25,40 1998 1995 100 85 0 8 Lucembursko 0,30 1995 24 48 0,14 1995 Portugalsko 4,6 2002 71 20 0,25 201 Španělsko 17 1997 85 10 2 1997 Švédsko 3,80 38 (1,44) 76 6 1999 10,2 27,20 24 (0,92) 11 85 0,27 Nizozemsko UK 1999 (pozn. 1) 2002 1999 2,7 2,37 2002 1996 údaje nedodány 0,23 údaje nedodány 1995 1995 údaje nedodány Kaly z čistíren odpadních vod Celk. Rok odhad původu produkce dat v mil. t suchých tuhých kalů 0,39 1999 0,85 0,15 0,14 0,82 1997 1997 1997 1997 (pozn. 5) 2,7 0,85 2,48 1998 údaje nedodány údaje nedodány údaje nedodány údaje nedodány 0,03 0,03 0,39 1997 údaje nedodány údaje nedodány údaje nedodány údaje nedodány údaje nedodány údaje nedodány údaje nedodány údaje nedodány údaje nedodány údaje nedodány údaje nedodány údaje nedodány 0,24 2000 0,03 údaje nedodány údaje nedodány 0,6 0,86 0,28 0,24 0,1 1997 0,69 1,2 1999 1999 (pozn. 3) EU-15 celkem (pozn. 6) 196,92 21,92 5,35 2,72 7,58 Poznámky 1 Švédské odpadové hospodářství 2000 (RVF) 2 3 ENDS Report 312, leden 2001 (údaje zahrnují spoluspalování – 50%/50%) 4 vyrovnání do 100% dle metodiky úpravy je např. kvůli využití a recyklaci 5 nebezpečné odpady spálené v externích určených jednotkách 6 údaje celkem uvedeny jako jednoduchý součet poskytnutých hodnot, a proto se vztahují k různým rokům, procentuální podíl skládkování atd. není průměrem, neboť hodnoty mají malý význam při absenci skutečných údajů o množství Tab. 1.3 ukazuje produkci některých odpadů a počet spaloven odpadů v ostatních evropských zemích: Země Rok původu dat Komunální Celkový odpad počet v mil. t spaloven KTO Počet spaloven KTO (> 3 t/hod) Nebezpečné Celkový odpady počet v mil. t spaloven nebezpeč. odpadu Bulharsko ČR Estonsko Maďarsko 1998 1999 1999 1998 3,199 4,199 0,569 5 0 3 0 1 0 3 0 1 0,548 3,011 0,06 3,915 0 72 1 7 Lotyšsko Litva Polsko Rumunsko Slovensko 1998 1999 1999 1999 1999 0,597 1,211 12,317 7,631 3,721 0 0 4 0 2 0 0 1 0 2 0,0411 0,2449 1,34 2,323 1,7376 Slovinsko Celkem 1995 1,024 39,468 0 10 0 7 0,025 13,2456 0 0 13 3 údaje nedodány 0 96 Počet spaloven nebezpeč. odpadu (>10 t/den) 0 14 0 údaje nedodány 0 0 4 3 1 0 22 Poznámka: Celkové hodnoty jsou jednoduše součty ve sloupcích, a proto obsahují údaje z různých let Tab. 1.3: Roční produkce komunálních a nebezpečných odpadů a počet spaloven odpadů v některých nových členských zemích EU [1, UBA, 2001] , [64, připomínky TWG, 2003] Tab. 1.4 ukazuje počet a celkovou kapacitu stávajících spaloven (nezahrnuta plánovaná místa) pro různé druhy odpadu: Země Celk. počet spaloven KTO Kapacita mil. t/rok Celk. počet spaloven nebezpeč. odpadu Kapacita mil. t/rok Rakousko Belgie Dánsko Finsko Francie Německo Řecko Irsko Itálie Lucembursko Portugalsko Španělsko 5 17 32 1 2101 59 0 0 32 1 3 9 0,5 2,4 2,7 0,07 11,748 13,4 2 3 2 1 203 312 0 11 6 0 0 1 0,1 0,3 0,1 0,1 1,0 1,23 1,71 0,15 1,2 1,13 0,1 0,03 Celk. počet spaloven určených pro spalování kalů z čistíren odpad. vod 1 1 5 Kapacita mil. t/rok (suché tuhé kaly) 0,02 0,3 0,63 23 Švédsko Nizozemsko UK Norsko Švýcarsko Celkem 30 11 17 11 29 467 2,5 5,3 2,97 0,65 3,29 49,7 1 1 3 0,1 0,1 0,12 2 11 0,19 0,42 11 93 2 5,28 14 57 0,1 1,66 1 K 6. lednu 2003 bylo v provozu 123 spaloven KTO s kombinovanou kapacitou 2000t/hod 2 Údaje se týkají zařízení používaných v chemickém průmyslu 3 Pouze určená komerční stanoviště (tj. nezahrnuty spalovny uvnitř závodů) Tab. 1.4: Zeměpisné rozdělení spaloven komunálních a nebezpečných odpadů a kalů z čistíren odpadních vod [1, UBA, 2001] , [64, připomínky TWG, 2003] Obr. 1.1 ukazuje rozdílné kapacity spalování komunálního odpadu na jednoho obyvatele: Obr. 1.1: Kapacita spalování komunálního odpadu na jednoho obyvatele * znamená neúplné údaje [42, ISWA, 2002], [64, připomínky TWG, 2003] Legenda: Capacity per capita Kapacita na jednoho obyvatele Kg/Year/capita Kg/rok/obyvatel 1.3 Velikost provozoven Velikost zařízení se v Evropě velmi liší. Rozdíly ve velikosti lze zaznamenat uvnitř a mezi technologiemi a druhy odpadů. Největší spalovna KTO v Evropě má kapacitu přesahující 1 mil. t odpadu za rok. Tab. 1.5 níže uvedená ukazuje rozdílné průměrné kapacity spalování v jednotlivých zemích: Země Rakousko Belgie Průměrná kapacita spaloven KTO ( v tis. t/rok) 178 141 Dánsko Francie Německo Itálie Nizozemsko Portugalsko Španělsko Švédsko UK Norsko Švýcarsko Průměr 114 132 257 91 488 390 166 136 246 60 110 193 Tab. 1.5: Průměrná kapacita spaloven v jednotlivých zemích [11, Assure, 2001], [64, připomínky TWG, 2003] Tab. 1.6 níže uvedená ukazuje typický rozsah uplatnění různých základních technologií spalování: Technologie Pohyblivý rošt (hromadné spalování) Fluidní lože Rotační pec Modulární (s nedostatečným přívodem vzduchu) Pyrolýza Zplyňování Typický rozsah uplatnění (t/den) Poznámka: hodnoty pro běžně uplatňovaný rozsah – každou lze uplatnit mimo uvedený rozsah Tab. 1.6: Typické kapacitní rozsahy technologií teplené úpravy [10, Juniper, 1997], [64, připomínky TWG, 2003] 1.4 Přehled legislativy Odvětví spalování odpadů je po řadu let předmětem rozsáhlých legislativních požadavků na regionální, národní a evropské úrovni. Kromě požadavků směrnice IPPC jsou na odvětví spalování (a související odvětví) také kladeny požadavky specifické legislativy. V současné době platí pro spalovny odpadů následující směrnice EU: • • • • • 89/369/EHS pro nové spalovny odpadů 89/429/EHS pro stávající spalovny komunálního odpadu 94/67/ES pro spalování nebezpečných odpadů (včetně spoluspalování) 2000/76/ES pro spalování odpadů (včetně spoluspalování) Nařízení (ES) č. 1774/2002 Evropského parlamentu a Rady ze dne 3. října 2002 o veterinárních a hygienických pravidlech pro vedlejší výrobky živočišného původu, které nejsou určeny k lidské spotřebě Je třeba upozornit, že Směrnice 2000/76/ES postupně ruší první tři uvedené směrnice. Tato směrnice stanoví minimální požadavky ohledně povolených emisí, monitoringu a určitých provozních podmínek. Rozsah Směrnice 2000/76/ES je široký (určité výjimky jsou konkrétně uvedeny v článku 2) a nemá kapacitní omezení. Směrnice 2000/76/ES požaduje, aby byla její ustanovení přijata: • • pro nové spalovny odpadů od 28. prosince 2002 pro stávající spalovny odpadů nejpozději od 28. prosince 2005. Mezitím platí pro stávající spalovny odpadů ustanovení směrnic 89/369/EHS, 89/429/EHS a 94/67/ES. [2, infomil, 2002] 1.5 Složení odpadu a návrh procesu Přesný návrh spalovny odpadu se změní podle druhu upravovaného odpadu. Klíčovou hnací silou jsou následující parametry a jejich variabilita: • • • chemické složení odpadu fyzikální složení odpadu, např. velikost částic tepelné charakteristiky odpadu, např. výhřevnost, hodnoty vlhkosti atd. Procesy navržené pro úzký okruh specifických vstupů lze obvykle optimalizovat lépe, než procesy, do kterých jsou přijímány odpady s větší variabilitou. Tak je postupně možno zlepšovat stabilitu procesu a kvalitu ochrany životního prostředí i zjednodušovat koncové operace jako např. čištění spalin. Protože je čištění spalin často významným příspěvkem k celkovým nákladům na spalování (tj. asi 15-35 % z celkových kapitálových investic), mohou být takto potom sníženy náklady zpracování ve spalovacím zařízení. Předběžná úprava nebo oddělený sběr určitých odpadů vyvolávají externí náklady (tj. ty náklady, které obecně překračují hranice pro získání povolení IPPC) a v důsledku toho se však mohou významně navýšit celkové náklady nakládání s odpady i emise z celého systému nakládání s odpady. Často je k rozhodování týkajícím se širšího rozsahu nakládání s odpady (tj. úplné produkce odpadu,sběru, dopravy, úpravy, odstranění atd.) pořebné zohlednit velké množství faktorů. Výběr spalovacího procesu může být součástí tohoto širšího procesu. Používané systémy sběru odpadu a předběžné úpravy mohou mít velký vliv na povahu odpadu, který bude nakonec přijímán do spalovny (např. směsný komunální odpad nebo palivo z odpadu) a tudíž i na typ spalovny, která nejlépe odpovídá tomuto odpadu. Ustanovení o odděleném sběru různých frakcí domovního odpadu mohou mít velký vliv na průměrné složení odpadu přijímaného do spalovny komunálního odpadu. Např. oddělený sběr některých baterií a dentálního amalgámu může výrazně snížit vstupy rtuti do spalovny odpadu. [64, připomínky TWG, 2003] Náklady procesů používaných k nakládání se zbytky vznikajícími ve spalovně a k distribuci a použití obnovené energie také hrají roli v celkovém procesu výběru. V mnoha případech mohou spalovny odpadu pouze v omezené míře kontrolovat přesný obsah odpadů, které přijímají. To potom vede k potřebě navrhovat některá zařízení tak, aby byla dostatečně flexibilní pro zpracování širokého okruhu vstupů odpadů, které by mohly přijímat. Taková zařízení jsou uplatňována jak ve stupni spalování, tak v následných stupních čištění spalin. Hlavní druhy odpadu, pro které je jako metoda úpravy uplatňováno spalování jsou: • • • • • • komunální odpady (zbytkové odpady – neupravené) předem upravené komunální odpady (např. vybrané frakce nebo palivo z odpadu) průmyslové odpady neklasifikované jako nebezpečné a obaly nebezpečné odpady kaly z čistíren odpadních vod klinické odpady [64, připomínky TWG, 2003] Mnoho spaloven přijímá několik těchto druhů odpadů. Odpad samotný je všeobecně klasifikován mnoha různými způsoby: • • • podle původu, např. domovní, živnostenské, průmyslové atd. podle povahy, např. hnijící, nebezpečné atd. podle metody používané k nakládání s nimi, např. oddělený sběr, využitý materiál atd. Tyto různé třídy odpadu se překrývají. Např. odpady různého původu mohou obsahovat hnilobné nebo nebezpečné frakce. Tab. 1.7 níže obsahuje údaje týkající se obsahu odpadu produkovaného v Německu. Pojem nebezpečné odpady se vztahuje k těm materiálům, které jsou zařazeny jako nebezpečné podle Směrnice 91/689/ES. Čistírenské kaly zahrnují kaly z čistíren odpadních vod v obcích a v průmyslu: Parametr Komunální odpady Nebezpečné odpady Čistírenské kaly Výhřevnost (horní mez) (MJ/kg) Voda (%) Popel Uhlík (% suché substance) Vodík (% suché substance) Dusík (% suché substance) Kyslík (% suché substance) Síra (% suché substance) Fluor (% suché substance) Chlor (% suché substance) Brom (% suché substance) Jod (% suché substance) Olovo (mg/kg suché substance) Kadmium (mg/kg suché substance) Měď (mg/kg suché substance) Zinek (mg/kg suché substance) Rtuť (mg/kg suché substance) Thalium (mg/kg suché substance) 7-15 1-42 2-14 15-40 20-35 18-40 1-5 0,2-1,5 15-22 0,1-0,5 0,01-0,035 0,1-1 údaj nedodán 100-2000 0-100 0-100 5-99 1-20 0-15 údaj nedodán údaj nedodán 0-50 0-80 0-80 0-50 0-200 000 3-97 1-60 30-35 2-5 1-4 10-25 0,2-1,5 0,1-1 0,05-4 žádné údaje žádné údaje 4-1 000 1-15 0-10 000 0,1-50 200-700 400-1400 1-5 < 0,1 údaj nedodán údaj nedodán 0-40 000 údaj nedodán 10-1 800 10-5 700 0,05-10 0,1-5 Mangan (mg/kg suché substance) Vanad (mg/kg suché substance) Nikl (mg/kg suché substance) Kobalt (mg/kg suché substance) Arsen (mg/kg suché substance) Chrom (mg/kg suché substance) Selen (mg/kg suché substance) PCB (mg/kg suché substance) PCDD/PCDF (ng I-TE/kg) 250 údaj nedodán 300-1 800 4-11 údaj nedodán 10-150 30-50 3-10 údaj nedodán údaj nedodán 3-500 8-35 2-5 40-200 údaj nedodán údaj nedodán 1-35 1-800 0,21-15 0,2-0,4 50-250 údaj nedodán až 60 % 10-10 000 0,1-8 0,01-0,13 8,5-73 Poznámky: Výhřevnost u čistírenských kalů se vztahuje na surové kaly s podílem suché substance > 97% Frakce nebezpečného odpadu mohou mimo toto rozpětí vykazovat rozdíly Tab. 1.7: Typické složení odpadu v Německu [1, UBA, 2001], [64, připomínky TWG, 2003] Rozsah návrhů zařízení je téměř tak široký jako rozsah složení odpadu. Nové provozovny mají tu výhodu, že specifické technologické řešení lze navrhnout tak, aby odpovídalo příslušné povaze odpadu zpracovávanému v provozovně. Další jejich výhodou jsou léta průmyslového vývoje a znalostí v praktickém uplatňování technologií, a tudíž mohou být navrženy podle vysokých environmentálních standardů, což je ovšem spojeno s náklady. Stávající provozovny mají oproti vybraným moderním variantám výrazně menší flexibilitu. Jejich návrhy mohou být výsledkem deseti až dvacetiletého vývoje. V Evropě byly často motivovány požadavky na snížení emisí do ovzduší. Příští etapa procesu vývoje proto bude potom často velmi (nebo dokonce úplně) záviset na stávajících návrzích. V odvětví existuje mnoho místně specifických řešení zařízení. Mnohá z nich by zřejmě byla konstruována jiným způsobem, pokud by měla být modernizována [6, EGTEI, 2002]. 1.6 Klíčové environmentální problémy Samotné odpady a nakládání s nimi je samo o sobě významným problémem pro životní prostředí. Tepelná úprava odpadů může proto vypadat jako odpověď na ohrožení životního prostředí způsobeného špatným nakládáním s proudy odpadů. Cílem tepelné úpravy (viz také oddíl 1.1) je celkové snížení dopadů na životní prostředí, které by mohly jinak odpady způsobit. Nicméně, během provozu zařízení ke spalování odpadů vznikají emise, jejichž existence a množství jsou ovlivněny návrhy a provozem zařízení. Tento oddíl proto obsahuje stručný souhrn hlavních problémů žívotního prostředí souvisejících přímo se zařízeními ke spalování odpadů (tj. nezahrnuje širší dopady ani přínosy spalování). V podstatě spadají tyto přímé vlivy do následujících hlavních kategorií: • • • • Celkový průběh emisí do ovzduší a vody (včetně zápachu) Celkový průběh produkce zbytkových odpadů Průběh vzniku hluku a vibrací Spotřeba a produkce energie • • • Spotřeba surovin (reagencií) Přechodné emise – především ze skladování odpadů Snížení rizik nebezpečných odpadů skladování/nakládání/zpracování vyplývajících z jejich Ostatní vlivy přesahující rozsah dokumentu BREF (které ovšem mohou významně působit na celkový vliv celého projektu na životní prostředí) vyplývají z následujících operací: • • doprava vstupujícího odpadu a vystupujících zbytků rozsáhlá předběžná úprava odpadu (např, příprava paliva z odpadu a související úprava odpadu). 1.6.1 Průběh emisí do ovzduší a vody Emise do ovzduší jsou po dlouhou dobu v centru pozornosti ve spalovnách odpadů. Výrazný pokrok především v technologiích čištění spalin vedl k největšímu omezení emisí do ovzduší. Avšak kontrola emisí do ovzduší zůstává důležitým problémem odvětví. Protože celý proces spalování je běžně pod mírným negativním tlakem (vzhledem k všeobecnému zapojování odsávacích spalinových ventilátorů), běžné emise do ovzduší se všeobecně umisťují výlučně za komín. [2, infomil, 2002] Souhrn hlavních emisí do ovzduší uvolňovaných z komína (podrobněji popsáno v oddíle 3.2.1): • • • • částice o různé velikosti kyselé a ostatní plyny včetně kromě jiného HCl, HF, HBr, HI, SO2, NOx, NH3 těžké kovy včetně kromě jiného Hg, Cd, Tl, As, Ni, Pb sloučeniny uhlíku (nikoliv skleníkové plyny) včetně a kromě jiného CO, uhlovodíků (TOL), PCDD/F, PCB Ostatní emise uvoněné do ovzduší mohou obsahovat, pokud nejsou učiněna opatření k jejich omezení: • • • zápachové látky (z nakládání a skladovaní neupravených odpadů) skleníkové plyny (z rozkladu skaldovaných odpadů, např. methan, CO2 popel (z nakládání se suchými reagenciemi a ze skladovacích prostor pro odpady) Základní potenciální zdroje emisí uvolňovaných do vody (v závislosti na procesu) jsou: • • • • • • • odpadní vody ze zařízení ke kontrole znečištění ovzduší – např. soli, těžké kovy koncové odpadní vody z čistíren odpadních vod – např. soli, těžké kovy kotelní vody – vypuštěné z odkalování – např. soli chladící vody – z mokrých chladících systémů – např. soli, biocidy odvodňování silnic a jiných povrchů – např.zředěné průsaky odpadů skladování vstupujících odpadů, prostory pro nakládání s nimi a skladování – např. zředěné průsaky vstupních odpadů prostory pro skladování surovin – např. chemikálie z úprav • nakládání se zbytky, prostory pro jejich skladování a úpravu – např. soli, těžké kovy, organické látky. Odpadní vody vznikající v zařízení mohou obsahovat široké rozpětí potenciálně znešišťujících látek v závislosti na jejich skutečném zdroji. Skutečně vypouštěné vody velmi závisejí na uplatněném systému čištění a kontroly odpadních vod. 1.6.2 Produkce zbytkových odpadů v zařízení Povaha a množství vznikajících zbytků je klíčovým problémem odvětví. Důvodem je, že (1) jsou činěna opatření k úplnosti spalovacího procesu, (2) obecně představují největší potenciál produkce odpadů v zařízení. [64, připomínky TWG, 2003], [1, UBA, 2001] Třebaže druhy a množství vznikajících zbytkových odpadů se velmi mění podle návrhu zařízení, jejich provozu a vstupů odpadu, lze označit následující hlavní proudy odpadu obecně produkované během spalování: • • • • • popel a/nebo škvára kotelní popel prach z filtrů jiné zbytky z čištění spalin (např. chloridy vápenaté nebo sodné) kaly z čištění odpadních vod V některých případech se oddělují shora uvedené odpadní proudy, v jiných případech se kombinují uvnitř procesu nebo mimo proces. Některé zbytky z tepelné úpravy (nejčastěji vitrifikovaná škvára z procesů probíhajících za velmi vysokých teplot) lze použít přímo bez úpravy. Látky, které mohou být získány z úpravy pecního popela, jsou: • • • stavební materiály železné kovy neželezné kovy. Kromě jiného některé spalovny, ve kteých se používají procesy čištění spalin s přídavným specifickým vybavením, produkují: • • • • síran vápenatý (sádra) kyselina chlorovodíková uhličitan sodný chlorid sodný. Z těchto výstupů, ačkoliv jsou velmi závislé na druhu odpadů, je v největším množství produkován pecní popel. V mnoha lokalitách, často v závislosti na místní legislativě a praxi, je pecní popel upravován k recyklaci jako alternativa agregátů. Obr. 1.2: Pecní popel recyklovaný a uložený ze spalování KTO v r. 1999 * znamená neúplné údaje [42, ISWA, 2002] Legenda: Recycled recyklováno Deposited uloženo Zbytky vznikající při čištění spalin jsou důležitým zdrojem odpadů. Jejich množství a povaha se mění, hlavně podle druhu spalovaných odpadů a podle použité technologie. 1.6.3 Průběh vzniku hluku a vibrací [2, infomil, 2002] Aspekty hluku při spalování odpadu jsou srovnatelné s jinými odvětvími těžkého průmyslu a s elektrárnami. Běžnou praxí při výstavbě nových spaloven komunálního odpadu je instalování zařízení pokud možno do úplně uzavřených budov. Toto zařízení normálně zahrnuje operace, jako např. nakládku odpadů, mechanickou předúpravu, čištění spalin a úpravu zbytků. Obvykle pouze některé části systému čištění spalin (potrubí, roury, SCR – selektivní katalytická redukce, tepelné výměníky atd.), chladící zařízení a dlouhodobé skladování pecního popela jsou provozovány přímo ve volném prostoru. Nejdůležitější zdroje venkovního hluku jsou: • • • • • dopravní prostředky pro dopravu odpadu, chemikálie a zbytky mechanická předúprava odpadu, např. šrédrování, balíkování atd. sací ventilátory, sání spalin z procesu spalování a hluk na výstupu z komína hluk v souvislosti s chladícím systémem (z chlazení odpařováním, především vzduchového chlazení) hluk z turbinových generátorů (vysoké hodnoty, proto se umísťují do zvláštních budov zvukově izolovaných) • • • pojistné tlakové ventily k odkalování kotlů (z bezpečnostních důvodů pro kotle nutné přímé uvolňování do atmosféry) kompresory se stlačeným vzduchem hluk související s dopravou a úpravou pecního popela (pokud probíhá na stejném místě). Systémy SCR a spalinovody způsobují rovněž menší hluk a jsou často umístěny mimo budovy. Ostatní části zařízení nezpůsobují obvykle výrazný venkovní hluk, ale mohou přispívat k celkové venkovní hlučnosti budov zařízení. 1.6.4 Výroba a spotřeba energie Spalovny odpadů energii jak vyrábějí, tak i spotřebovávají. Ve velké většině případů přesahuje energetická hodnota odpadu požadavky procesu. To může mít za následek čistý vývoz energie. Tento případ se týká především spaloven komunálního odpadu. Vzhledem k celkovému množství produkce odpadu a jejímu růstu v průběhu mnoha let lze na spalování odpadů pohlížet tak, že nabízí velký zdrojový potenciál energie. V některých členských státech je tento zdroj energie již velmi využíván. Jde především o případy spojené s použitím kombinovanéhe tepla a elektřiny. Energetické otázky jsou blíže probrány dále v dokumentu (viz oddíly 3.5 a 4.3). [64, připomínky TWG, 2003] Obr. 1.3 níže ukazuje produkci tepla a elektřiny ze spaloven komunálních odpadů v různých zemích v r. 1999: Obr. 1.3: Produkce energie ve spalovnách komunálního odpadu v Evropě * znamená neúplné údaje [42, ISWA, 2002] Legenda: TJ Terajouly Energy production Výroba energie Heat Teplo Electricity Elektřina Většina odpadů obsahuje biomasu (v různých stupních). V těchto případech lze energii získanou z frakce biomasy považovat za náhražku fosilních paliv, tudíž je využití energie z této frakce příspěvkem ke snížení celkových emisí oxidu uhličitého z vyrobené energie. V některých zemích je tato situace přitažlivá pro dotace a daňové úlevy. Vstupy energie do procesu spalování odpadu mohou zahrnovat: • • odpady přídavná paliva (např. nafta, zemní plyn): - pro najíždění a odstávku - udržení požadované teploty při použití méně výhřevných paliv - pro znovuzahřátí spalin před úpravou nebo vypuštěním • dovozová elektřina: - pro fázi najíždění a odstávky v případě zastavení všech linek a pro provozy nevyrábějící elektřinu. (Poznámka: některé ze shora uvedených vstupů energie přispívají k výrobě páry/tepla tam, kde jsou používány kotle a tudíž je v procesu především využívána energie). Výroba energie, vlastní spotřeba a vývoz mohou obsahovat: • • • produkci elektřiny produkci tepla (v podobě páry nebo horké vody) produkci syntézního plynu (pro pyrolýzní a zplyňovací provozy, které nespalují syntézní plyn v místě produkce) Účinné využití energetického obsahu je všeobecně považováno za klíčový problém pro průmysl. [74, připomínky TWG, 2004] 1.6.5 Spotřeba surovin a energie v zařízeních Spalovny odpadu (podle druhu procesu) mohou spotřebovávat: • • • • • elektřinu, pro provoz zařízení teplo, pro zvláštní potřeby procesu paliva, přídavná paliva (např. plyn, lehký olej, uhlí, dřevěné uhlí) vodu, pro čištění spalin, chlazení a provoz kotlů reagencie k čištění spalin, např. sodný louh, vápno, uhličitan sodný, siřičitan sodný, peroxid vodíku, aktivní uhlí, čpavek a močovina) • • reagencie k čištění vody, např. kyseliny, alkálie, trimerkapto-triazin, siřičitan sodný atd. vysokotlaký vzduch pro kompresory. [74, připomínky TWG, 2004] 1.7 Ekonomické informace [43, Eunomia, 2001] [64, připomínky TWG, 2003] Ekonomické aspekty spalování se v jednotlivýc regionech a zemích velmi liší, nejen z technických hledisek, ale také v závislosti na politikách hospodaření s odpady. Studie [43, Eunomia, 2001] o těchto aspektech, poskytnutá TWG, podává informace o situaci v členských státech – některé informace z této studie byly zahrnuty do přílohy tohoto dokumentu. Náklady spalování jsou obecně ovlivněny následujícími faktory: • • • • • • • • • • • • • • náklady na získání půdy rozsah (často jsou velmi nevýhodné operace malého rozsahu) stupeň využití provozu aktuální požadavky na úpravu spalin/odpadních vod, např. uložené mezní hodnoty emisí mohou být hnací silou při výběru příslušných technologií, které za určitých okolností vyvolávají významné dodatečné kapitálové a provozní náklady úprava a odstranění/využití zbytků popela, např. pecní popel může být často použit ke stavebním účelům, přičemž jsou vyloučeny náklady na skládkování. Náklady na úpravu popílku se výrazně liší vlivem různých přístupů a pravidel uplatňovaných vzhledem k potřebě předběžné úpravy před využitím nebo odstraněním, a vlivem povahy místa odstraňování účinnost využití energie a zisk z prodané energie. Jednotková cena dodávek energie a to, zda jsou příjmy pouze z tepla nebo i z elektřiny, jsou dva důležité a určující faktory pro čisté náklady využití kovů a příjmy z tohoto využití daně nebo dotace související se spalováním a/nebo uložené za emise – přímé nebo nepřímé dotace mohou ovlivnit výrazně vstupní poplatky, tzn. v rozpětí od 10-75% požadavky architektů vývoj v okolních oblastech z hlediska přístupu dodávek odpadu a vývoj ostatní infrastruktury požadavky použitelnosti, např. použitelnost může být zvýšena zdvojnásobením počtu čerpadel, ovšem s dodatečnými kapitálovými náklady plánovací a stavební náklady/amortizační období, daně a dotace, efektivnost kapitálového trhu náklady na pojištění administrativní, osobní a mzdové náklady. Vlastníky a provozovateli spaloven odpadů mohou být obecní orgány, jakož i soukromé firmy. Partnerství stát/soukromá firma je také obvyklé. Finanční náklady kapitálových investic se mohou u jednotlivých vlastníků lišit. Spalovny odpadů získávají poplatky za zpracování odpadů. Mohou také vyrábět a prodávat elektřinu, páru, teplo a využívat jiné produkty, např. pecní popel k použití jako civilní stavební materiál, železný šrot a šrot z barevných kovů k použití v kovoprůmyslu, k výrobě HCl, solí nebo sádry. Cena placená za tyto komodity a požadované investice k jejich výrobě mají významný dopad na provozní náklady zařízení. Může být také rozhodující při zvažování specifických technických investic a návrhů procesu (např. při rozhodování, zda prodat teplo za cenu odpovídající požadovaným investicím na dodávky tepla). Ceny těchto komodit se liší nejen v jednotlivých členských státech, ale i v jednotlivých lokalitách. Kromě toho se vyskytují značné rozdíly v důsledku změn v požadavcích na emise, ve mzdových nákladech a amortizačním období atd. Proto lze vstupní poplatky v tab. 1.8 porovnávat jen v omezené míře. Členské státy Belgie Dánsko Francie Německo Itálie Nizozemsko Švédsko UK Vstupní poplatky spaloven v EUR/t Komunální odpad Nebezpečný odpad 56-130 100-1500 40-70 100-1500 50-120 100-1500 100-350 50-1500 40-80 100-1000 90-180 50-5000 20-50 50-2500 20-40 Údaj není k dispozici Tab. 1.8: Vstupní poplatky v evropských spalovnách komunálního a nebezpečného odpadu [1, UBA, 2001] Je důležité nezaměňovat skutečnou hodnotu vstupních poplatků potřebnou k financování investic a provozu a tržní cenu přijatou po dohodě s konkurencí. Konkurence alternativních metod odpadového hospodářství (např. skládky, výroba paliva atd.), jakož i investiční náklady a provozní výdaje mají vliv na konečnou výši vstupních poplatků spaloven. Konkurenční ceny se v různých státech EU nebo v různých lokalitách velmi liší. Tab. 1.9 ukazuje (s výjimkou poznámek) rozdílné náklady na spalování komunálních odpadů v členských státech EU. Upozorňujeme, že náklady uvedené v tab. 1.9 jsou rozdílné od údajů v tab. 1.8 výše (která uvádí údaje o vstupních poplatcích): Náklady před zdaněním2 očištěné od příjmů v EUR/t vstupujícího odpadu Rakousko Belgie 326 @ 60 kt/rok 159 @ 150 kt/rok 97 @ 300 kt/rok 72 průměr Dánsko 30-45 Finsko Žádné Daň (pro spalovny s využitím energie) Příjmy z dodávek energie EUR/kWh Elektřina: 0,036 Teplo: 0,018 12,7 EUR/t (Flandry) 44 EUR/t Elektřina: 0,025 Elektřina: 0,05 Ke zplyňování, Elektřina: 0,034 Náklady na úpravu popela (EUR/t popela, není –li stanoveno jinak) Pecní popel: 63 Zbytky z čištění spalin: 363 Údaj není k dispozici Pecní popel: 34 Zbytky z čištění spalin: 80 Francie Německo Řecko Irsko Itálie Teplo: 0,017 Elektřina: 0,033-0,046 Teplo: 0,0076-0,023 86-101 @ 37,5 kt/rok 80-90 @ 75 kt/rok 67-80 @ 150 kt/rok 250 (50 kt/rok a méně)1 105 (200 kt/rok)1 65 @ 600 kt/rok1 Elektřina: 0,015-0,025 Žádné Žádné 41,3-93 (350 kt v závislosti na příjmech z využití energie a obalů) Není známo Není známo Elektřina: 0,14 (starý údaj) 0,04 (trh) 0,05 (zelený certifikát) Lucemburs. 97 (120 kt) Nizozem. Portugal. Španělsko Švédsko UK Elektřina: 0,025 (odhad) 71 - 1101 70 - 1341 46 – 76 (odhad) 34 – 56 21 – 53 Pecní popel: 13-18 EUR/1 t vstupu Pecní popel: 25-30 Zbytky z úpravy popílku a kontroly znečištění ovzduší: 100-250 Není známo Není známo Pecní popel: 75 Zbytky z úpravy popílku a kontroly znečištění ovzduší: 29 Pecní popel: 16 EUR/t vstupního odpadu Zbytky z čištění spalin: 8 EUR/t vstupního odpadu Elektřina: 0,027 – 0,04 (odhad) Žádné údaje Elektřina: 0,036 Elektřina: 0,03 Teplo: 0,02 Elektřina: 0,032 69 @100 kt/rok 47 @ 200 kt/rok Pecní popel se recykluje (čisté náklady provozovatele) Popílek cca 90 Poznámka: 1. Tyto údaje jsou vstupní poplatky, nikoliv náklady 2. Náklady před zdaněním představují hrubé náklady bez jakékoliv daně Tab. 1.9: Srovnatelné náklady spalování KTO v různých členských státech EU [43, Eunomia, 2001] [64, připomínky TWG, 2003] Následující tabulka znázorňuje, jak se mohou lišit kapitálové náklady celého nového zařízení ke spalování KTO závislosti na uplatněném způsobu čištění spalin a úpravy zbytkových odpadů: Způsob čištění spalin Suchý Kombinace suchý a mokrý Suchý plus mokrý s úpravou zbytkových Specifické investiční náklady (EUR/t vstupního odpadu/rok) 100 kt/rok 200 kt/rok 300 kt/rok 600 kt/rok 670 532 442 347 745 596 501 394 902 701 587 457 odpadů Tab. 1.10: Specifické investiční náklady nových zařízení ke spalování KTO podle roční kapacity a určitých způsobů čištění spalin v Německu [1, UBA, 2001] [64, připomínky TWG, 2003] Tab. 1.11 ukazuje některé příklady průměrných specifických nákladů spalování (1999) komunálních odpadů a nebezpečných odpadů (všechna zařízení jsou nová). Údaje svědčí o tom, že specifické náklady spalování jsou velmi závislé na finančních nákladech kapitálových, a proto i na investičních nákladech a kapacitě provozovny. Mohou se vyskytnout výrazné rozdíly v nákladech, které souvisejí s dobou najíždění a odstávek, s výdaji na úroky atd. Na náklady na spalování může mít také významný vliv využití zařízení. Struktura nákladů Plánování/schvalování Strojní součásti Ostatní součásti Elektrické vybavení Práce související s infrastrukturou Doba výstavby Investiční náklady celkem Kapitálové finanční náklady Osobní náklady Náklady na údržbu Náklady na administrativu Provozní zdroje/energie Odstranění odpadů Ostatní Provozní náklady celkem Specifické náklady na spalování (bez příjmů) Spalovna komunálních odpadů nebezpečných odpadů s kapacitou 250 kt/rok v mil. s kapacitou 70 kt/rok v mil. EUR EUR 3,5 6 70 32 28 28 20 18 14 13 7 140 14 4 3 0,5 3 3,5 1 29 Průměr 115 EUR/t 7 105 10 6 8 0,5 2,5 1,5 0,5 12,5 Průměr 350 EUR/t Poznámka: údaje poskytují příklad znázorňující rozdíly mezi spalováním KTO a nebezpečných odpadů. Náklady každého zařízení a rozdíl mezi nimi se mění Tab. 1.11: Příklad porovnání jednotlivých složek nákladů spaloven KTO a nebezpečných odpadů [1, UBA, 2001] [64, připomínky TWG, 2003] Ceny energie: [43, Eunomia, 2001] Příjmy pocházejí z prodeje energie. Úroveň dotací na 1 kWh vyrobené elektřiny a/nebo tepla se velmi liší. Např. ve Švédsku a Dánsku jsou vstupní poplatky nižší, přinejmenším alespoň z části vzhledem k příjmům z prodeje tepla i elektřiny. Samozřejmě ve Švédsku výroba elektřiny často není realizována, zatímco jsou dosahovány značné příjmy z prodeje tepla. V některých zemích vede podpora produkce elektřiny k přednostnímu využití elektřiny před využitím tepla. UK, Itálie a Španělsko mezi jinými podporují do určité míry spalování prostřednictvím zvýšených cen elektřiny vyrobené ve spalovnách.V některých členských státech může struktura dostupných pobídek pro obnovitelné energie rovněž ovlivňovat relativní ceny alternativních úprav odpadů a tudíž konkurenční ceny. Potenciální příjmy z prodeje energie v zařízeních ke spalování odpadů představují pobídku pro všechny zúčastněné subjekty, aby zahrnuli výstupy energie do plánovací fáze spalovacího zařízení [64, připomínky TWG, 2003]. Příjmy získané za využití obalů: [43, Eunomia, 2001] Tyto příjmy rovněž ovlivňují relativní ceny. Např. v Itálii a v UK spalovny získaly příjmy z využití obalů. Je třeba poznamenat, že soudní rozsudky ve věci využití a odstranění odpadů mohou mít vliv na to, že spalovny mají legální prospěch z těchto příjmů. [64, připomínky TWG, 2003] Daně ze spalování [43, Eunomia, 2001] V Dánsku je daň ze spalování odpadů obzvláště vysoká. Tudíž třebaže základní náklady mají tendenci se snižovat (díky především rozsahu a příjmům za energii), čisté náklady bez daní jsou stejného řádu jako v několika dalších zemích, kde není uvalena žádná daň. Tato daň spolu s daní ze skládkování byla stanovena v Dánsku k podpoře úpravy odpadu ve shodě s hierarchií odpadů. To vedlo k velkému posunu od skládkování k recyklaci, ale při konstantním procentuálním podílu spalovaného odpadu [64, připomínky TWG, 2003]. 2 POUŽITÉ TECHNOLOGIE 2.1 Přehled a úvod Základní lineární struktura spalovny odpadů může zahrnovat následující operace. Informace k popisu těchto stupňů jsou uvedeny dále v této kapitole: • • • • • • • • • • • • • Příjem vstupujícího odpadu Skladování odpadu a surovin Předběžná úprava odpadu (pokud je nutná, v místě nebo mimo místo provozu) Nakládka odpadu do procesu Tepelná úprava odpadu Využití energie (např. v kotli) a konverze Čištění spalin Nakládání se zbytky z čištění spalin Vypouštění spalin Monitoring a kontrola emisí Čištění a kontrola odpadních vod (např. z odvodňování v místě provozu, z čištění spalin a ze skladování) Nakládání a úprava popela/pecního popela (ze spalovacího stupně) Vypouštění/odstranění tuhých zbytků. Každý z těchto stupňů je obvykle přizpůsobený svým navržením druhu(ům) odpadu, který je v zařízení upravován. Mnohá zařízení jsou provozována 24 hod/den a téměř 365 dní v roce. Kontrolní systémy a programy údržby hrají důležitou roli v zabezpečování existence zařízení. [74, připomínky TWG, 2004] Obr. 2.1: Příklad schématu spalovny komunálního tuhého odpadu [1, UBA, 2001] Legenda: Delivery vykládka Bunker bunkr Incineration/steam generator spalovací pec/výroba páry Waste gas cleaning čištění odpadních plynů Chimney komín Na příkladu shora (obr. 2.1) skladování vstupujícího odpadu a provozní stupně jsou na levé straně diagramu před stupněm spalování. Systém čištění spalin zde znázorněný napravo od pece a kotle se označuje jako čištění odpadních plynů. V tomto případě jde o mokrý způsob čištění spalin, který se skládá z několika jednotkových operací. V jiných moderních zařízeních se používají systémy čištění spalin s menším počtem provozních jednotek. I když spalování je zdaleka nejrozšířenější, existují tři hlavní typy tepelné úpravy odpadů odpovídající tomuto BREFu: • • • Pyrolýza – tepelný rozklad organického materiálu za nepřítomnosti kyslíku Zplyňování – částečná oxidace Spalování – úplné oxidační spalování. Reakční podmínky pro tyto tepelné úpravy jsou různé, ale je možno je přibližně rozlišit takto: Pyrolýza 250-700 1 inertní/dusík Zplyňování 500-1600 1-45 Zplyňovací činidlo: O2, voda Spalování 800-1450 1 Stechiometric. poměr Produkty procesu: 0 <1 >1 Fáze plynná H2, CO, uhlovodíky, voda, N2 H2, CO, CO2, CH4, voda, N2 CO2, H2O, O2, N2 Fáze pevná popel, koks Škvára, popel Popel, škvára Fáze kapalná pyrolýzní olej a voda Reakční teplota (ºC) Tlak (bar) Atmosféra Tab. 2.1: Typické reakční podmínky a produkty procesů pyrolýzy, zplyňování a spalování Přizpůsobeno dle [9, VDI, 2002] Provozovny pyrolýzy a zplyňování mají podobnou základní strukturu jako zařízení ke spalování odpadů, ale liší se významně v detailech. Hlavní rozdíly jsou následující: • • • • Předběžná úprava může být rozsáhlejší, aby poskytla úzký surovinový profil. Pro nakládání/úpravu/skladování odmítnutých materiálů jsou nutná přídavná zařízení Nakládka – větší pozornost vyžaduje izolace Tepelný reaktor – nahrazuje nebo doplňuje stupeň spalování Nakládání s produktem – plynné nebo tuhé produkty vyžadují nakládání, skladování a možná další úpravu • Spalování produktu – může být v odděleném stupni a zahrnuje využití energie spálením produktu a následnou úpravu a nakládání s plynem/vodou/tuhou látkou. 2.2 Předběžná úprava, skladování a způsoby nakládání Ke spalování rozdílných druhů odpadu mohou být potřebné různé druhy operací předběžné úpravy, skladování a nakládání. Tento oddíl je sestaven takovým způsobem, že popisuje cíleně nejvhodnější tyto operace pro každý druh odpadu, především pro: • • • • Komunální tuhé odpady Nebezpečné odpady Čistírenské kaly Klinické odpady. 2.2.1 Komunální tuhé odpady (KTO) 2.2.1.1 Sběr a předběžná úprava mimo prostory spalovny KTO I když je to mimo přímý rámec tohoto BREF dokumentu, je důležité uznat, že místní sběr a předběžná úprava uplatňované při spalování KTO mohou ovlivnit povahu materiálu přijímaného do spalovny. Požadavky týkající se předběžné úpravy a ostatních operací by proto měly být v souladu s místním systémem sběru odpadů. Recyklační schémata mohou znamenat, že některé frakce byly odstraněny. Jejich účinek bude přibližně následující: Odstraněné frakce Sklo a kovy • • Papír,lepenka a plasty • • Organické odpady, např. potravinářské a zahradní odpady • Velkoobjemové odpady • • Nebezpečné odpady • • Primární vlivy na zbytkové odpady Zvýšení výhřevnosti Snížení množství využitelných kovů ve strusce Snížení výhřevnosti Možné snížení zátěže chloru, pokud převažuje PVC Snížení vlhkosti vsádky (hlavně v horní části vsádky) Zvýšení výhřevnosti Snížení potřeby odstraňovat/šrédrovat tento odpad Snížení obsahu nebezpečných kovů ve vsádce Snížení obsahu některých dalších látek, např. Cl, Br, Hg Tab. 2.2: Primární vlivy třídění odpadu a předběžné úpravy na zbytkové odpady [74, připomínky TWG, 2004] Jedna studie hodnotící vliv třídění odpadu na zbytkové domovní (tzv. „šedý odpad“) uvádí následující závěry: • • • • • Sběr skla snížil kapacitu (-13 %) a zvýšil výhřevnost (+15 %) zbytkového „šedého odpadu“) Sběr obalů a papíru snížil kapacitu (-21 %) a snížil výhřevnost (-16 %) „šedého odpadu“ Obecně se kapacita a výhřevnost „šedého odpadu“ snížila, když se zvýšila účinnost odděleného sběru. Maximální vliv odděleného sběru byl -42 % u kapacity a -3 % u výhřevnosti „šedého odpadu“ Oddělený sběr měl vliv na kvalitu „šedého odpadu“ – to se projevilo výrazným zvýšením obsahu jemných složek, které mohou být obzvláště bohaté na těžké kovy (obsah jemných částic se zvýšil ze 16 % na 33 %) Podíl pecního popela se v důsledku odděleného sběru snížil (- 3 %). [74, připomínky TWG, 2004] Míra vlivu rozsahu odděleného sběru a podobných schémat na konečný odpad dodávaný do zařízení závisí na efektivnosti zavedených systémů třídění a přeběžné úpravy. Ta se velmi mění. Některé zbytkové frakce v dodávkách odpadů vždy spíše přetrvávají. V dodávkách odpadu lze také nalézt odmítnuté materiály z recyklačních zařízení, monofrakce odpadu, živnostenské a průmyslové odpady a některé nebezpečné odpady. 2.2.1.2 Předběžná úprava komunálních tuhých odpadů ve spalovně odpadů V bunkru se ke smísení odpadů obecně používá míchání. To obvykle sestává z použití jeřábového drapáku, který se současně používá k nakládce do výsypky. Nejčastěji se předběžná úprava komunálního odpadu omezuje na šrédrování stlačených balíků, veloobjemového odpadu atd, i když někdy se v širší míře používá šrédrování. Používá se následující vybavení: • • • • Nůžky crocodile Šrédr Drtič Kotoučové nůžky Z důvodu protipožární bezpečnosti může být použito následující uspořádání: • • • • Oddělení prostor vykládky a prostor skladovacích v bunkru Oddělení hydraulických zařízení (dodávky oleje, čerpací a přiváděcí zařízení) od řezacích nástrojů Sběrné zařízení pro prosakující oleje Dekompresní ventily v budovách ke snížení následků výbuchu. Je obecně nezbytné předem upravovat (tj. drtit) velkoobjemové odpady, pokud jejich velikost přesahuje rozměry vstupní násypky do pece. Dalším důvodem pro předběžnou úpravu je homogenizace odpadu, aby se zlepšily spalovací charakteristiky (např. u některých odpadů s vysokou výhřevností). Lze toho dosáhnout mícháním, drcením nebo šrédrováním odpadů. Další předúprava odpadů není obvyklá v zařízeních s roštovou pecí, ale může být nezbytná u jiných návrhů pecí. 2.2.1.3 Dodávky a skladování odpadů 2.2.1.3.1 Kontrola odpadu Prostor pro dodávky odpadů je místo, kam přijíždějí nákladní automobily, vlaky nebo kontejnery za účelem ukládat odpady do bunkru, obvykle po vizuální kontrole a vážení. Ukládání se provádí po otevření vsypových vrat mezi dodávacím místem a bunkrem. Na pomoc přesunu odpadu do bunkru mohou být použity vyklápěcí a skluzové podavače. Vsypová vrata lze uzavřít a tím se zabezpečí těsnost a zabrání se průchodu zápachu, jakož i zajistí prevenci požáru a ochranu před havárií. Uzavření prostoru pro dodávky odpadů může být účinným prostředkem, jak se vyhnout zápachu, hluku a promlémům s emuisemi z odpadu. 2.2.1.3.2 Bunkr Bunkr je obvykle vodotěsná, betonová stavba. Odpad je v něm ukládán na hromadu a míchán za použití jeřábů vybavených drapáky. Míchání odpadů pomáhá k dosažení rovnovážné teploty, velikosti, struktury, složení atd. materiálu vykládaného do násypek spalovny. V bunkru je protipožární zařízení a dávkovací zařízení. Např.: • • • • Ohnivzdorné kabely jeřábů Chráněné kabiny jeřábů Detektory ohně Automatická vodní děla pěnová nebo bez použití pěny. Kabiny jeřábů jsou navrženy takovým způsobem, aby obsluha jeřábu měla dobrý přehled po celém bunkru. Kabina má svůj vlastní ventilační systém nezávislý na ventilaci v bunkru. Aby se zabránilo vzniku přílišného množství prachu a vytváření plynu (např. methanu) z fermentačních procesů, jakož i nahromadění zápachu a prachových emisí, je často primární spalovací vzduch v zařízeních s pecemi odváděn z prostoru bunkru. Se zřetelem na výhřevnost odpadu i na návrh a koncepci zařízení se nejčastěji upřednostňuje přívod vzduchu z bunkru buď k primárnímu nebo sekundárnímu vzduchu. [74, připomínky TWG, 2004] 2.2.2 Nebezpečné odpady 2.2.2.1 Stručný popis odvětví Odvětví spalování nebezpečných odpadů sestává ze dvou hlavních pododvětví: • • Komerční zařízení ke spalování nebezpečných odpadů Určená zařízení ke spalování nebezpečných odpadů Hlavní rozdíly mezi nimi jsou shrnuty v níže uvedené tab.: Kritéria Vlastnictví Komerční spalovny Soukromé firmy, obce nebo partnerství Charakteristiky upravovaných odpadů • • velmi široký rozsah druhů odpadů znalost skutečného složení odpadu může být v některých případech omezená Použité způsoby spalování • • převážně rotační pece některé určené technologie pro určené nebo omezeně specifikované odpady Provozní a konstrukční pokyny • Čištění spalin • Pokyny k nákladům/odbytu • flexibilita a široké rozpětí výkonnosti požadované k zajištění správného řízení procesu mokré praní často používáno k dosažení flexibility výkonnosti, jakož i rozsahu technologií čištění spalin používaných v kombinaci provozovatelé obvykle soutěží na otevřeném (globálním) trhu podniků některé spalovny mají prospěch z národní/regionální politiky s ohledem na určení odpadů vznikajících v této zemi/regionu pohyb nebezpečných odpadů v EU je řízen nařízeními o přeshraničních zásilkách odpadů, která omezují rozsah otevřeného globálního trhu • • Určené spalovny Obvykle soukromé firmy (používají pro své vlastní odpady) • široký rozsah odpadů • často pouze odpady vznikající ve firmě nebo dokonce jen v jediném procesu • znalost složení odpadu je obecně větší • rotační pece plus • široký rozsah specifických technologií pro určené nebo omezeně specifikované odpady • proces může být důkladněji navržen pro užší specifikace vsázky v některých případech • mokré praní často používáno k dosažení flexibility výkonnosti, jakož i rozsahu technologií čištění spalin používaných v kombinaci • konkurence je více omezena nebo v některých případech neexistuje • vyšší náklady na odstranění tolerovány uživateli v některých případech z důvodů politiky původců odpadu při odstraňování uvnitř zařízení Tab. 2.3: Souhrn rozdílů mezi provozovateli na trhu spalování nebezpečného odpadu Zdroj: diskuse s TWG [EURITS, 2002 #41]. Roční spalovací kapacita jednotlivých rotačních pecí používaných v obchodním sektoru se pohybuje mezi 30 000 a 100 000 tunami. Hmotnostní kapacita jednotlivých návrhů se značně liší podle průměrné výhřevnosti – základního faktoru tepelné kapacity. V následujících oddílech je pojednáno především o dodávkách, skladování a předběžné úpravě nebezpečných odpadů pro obchodní odvětví. 2.2.2.2 Přejímka odpadů Vzhledem k velmi širokému rozpětí druhů vznikajících odpadů, k jejich potenciálnímu nebezpečí a zvýšeným nejistotách ve znalosti přesného složení odpadu, vyžaduje hodnocení, charakterizace a sledování vstupujících odpadů v celém procesu značné úsilí. Přijaté systémy potřebují průhledné záznamy auditů, které umožňují sledování každé nehody a jejich příčin. Skutečné postupy požadované pro přejímku a skladování odpadů závisejí na chemických a fyzikálních charakteristikách odpadu. Určování a analýza odpadů: [1, UBA, 2001] Pro každý druh nebezpečného odpadu se předkládá identifikační list o povaze odpadu vypracovaný původcem odpadu tak, aby odpadový hospodář mohl rozhodnout o možné úpravě každého druhu zvláštních odpadů. Takové prohlášení může obsahovat: • • • • • • • • údaje o původci odpadu a oprávněných osobách údaje o kódech odpadu a dalších označeních odpadu údaje o původu odpadu analytické údaje o příslušných toxických materiálech obecné charakteristiky obsahující parametry spalování, např. obsah chloru, síry, výhřevnost, vlhkost atd. jiné bezpečnostní/ekologické informace právně závazné podpisy dodatečné údaje podle žádosti o souhlas s provozem. Některé druhy odpadů vyžadují další opatření. Homogenní produkce zvláštních odpadů může být často odpovídajícím způsobem popsána v obecných pojmech. Dodatečná opatření jsou obvykle potřebná pro odpady méně známého složení (např. odpady ze skládek odpadů nebo ze sběru nebzepčného domovního odpadu), včetně šetření o každém jednotlivém kontejneru na odpad. Pokud nelze složení odpadu podrobně popsat (např. malé množství pesticidů nebo laboratorních chemikálií), může se firma, která nakládá s odpady, dohodnout s původcem odpadu o specifických požadavcích na obaly, aby se ujistila, že odpady nebudou reagovat během dopravy ke spalování nebo uvnitř kontejnerů. Příklady rizik, která mohou vzniknout: • • • • • odpady s obsahem fosfidů odpady s obsahem izokyanátů odpady s obsahem alkalických kovů (nebo jiných reaktivních kovů) kyanid s kyselinami odpady uvolňující během spalování kyselé plyny • odpady s obsahem rtuti [74, připomínky TWG, 2004] Dodané odpady obvykle podléhají zvláštní vstupní kontrole, pro kterou je počátečním bodem předem získaný identifikační list od původce odpadu. Po porovnání údajů v identifikačním listu prostřednictvím vizuálního a analytického šetření je odpad buď přijat a umístěn do příslušného skladovacího prostoru, anebo odmítnut v případě výrazných odchylek. 2.2.2.3 Skladování Obecné principy skladování jsou popsány v BREF dokumentu o emisích ze skladů. Nicméně, tento oddíl poskytuje nástin některých problémů, které jsou specifické pro průmysl nebezpečných odpadů. Vcelku vyžaduje skladování odpadů vzít dodatečně v úvahu neznámou povahu a složení odpadů, neboť hrozí další riziko a nejistota. V mnoha případech vede tato nejistota k tomu, že jsou zaváděny více specifikované skladovací systémy pro odpady než pro suroviny s dobře známými charakteristikami. Všeobecnou praxí je zajistit pokud možno, aby byly nebezpečné odpady skladovány ve stejných kontejnerech (sudech), které se používají pro dopravu; a tak se vyhnout potřebě dalšího nakládání a přepravy. Dobrá komunikace mezi původcem odpadu a odpadovým hospodářem pomáhá zabezpečit takové skladování, přepravu atd., že rizika celého řetězce jsou dobře zvládnuta. Je také důležité, aby se v cisternách nebo bunkrech skladovaly pouze dobře charakterizované a kompatibilní odpady. Při spalování nebezpečných odpadů může být potřebné, aby uspořádání skladů pro některé látky bylo v souladu s požadavky COMAH/(Seveso II), jakož i BAT podle popisu v BREF dokumentu o skladování. Mohou nastat okolnosti, kdy mají přednost opatření k prevenci/zmírnění rizik závažné havárie. [EURITS, 2002 #41] Odpovídající hodnocení odpadu je podstatným prvkem ve výběru varianty skladování a nakládky. Je vhodné uvést některé poznatky: • • • • Pro skladování tuhých nebezpečných odpadů je mnoho spaloven vybaveno bunkry (500 až 2 000 m3), odkud odpad vstupuje do zařízení pomocí jeřábů nebo násypek Kapalné nebezpečné odpady a kaly, které se obvykle skladují v cisternových skladech. V některých cisternách se skladuje v inertní atmosféře (např. dusíkové). Kapalný odpad je čerpán potrubím k hořákům a veden do rotační pece a/nebo do sekundární spalovací komory. Kaly mohou být přiváděny do rotačních pecí pomocí speciálních čerpadel na viskózní materiály. Některé spalovny odpadů používají pro vsázky určitých látek, např. toxických, zapáchajících, reaktivních a korozivních kapalin, zařízení s přímým vstřikováním, přímo z dopravního kontejneru buď do pece nebo do sekundární spalovací komory Téměř polovina obchodních spaloven odpadu v Evropě je vybavena dopravníky a zdvihači k dopravě a přísunu sudů a/nebo malých balíků (např. laboratorní balíky) přímo do rotačních pecí. Může jít o vzduchotěsné systémy a použití systémů umělého osvětlení s inertními plyny. 2.2.2.3.1 Skladování tuhých nebezpečných odpadů [1, UBA, 2001] Tuhé a nečerpatelné pastovité nebezpečné odpady, které nejsou odplyněné a nezapáchají, se skladují přechodně v bunkrech. Skladovací a míchací prostory mohou být v bunkru odděleny. Toho lze dosáhnout pomocí několika navržených segmentů. Jeřáby nakládají jak tuhém, tak i pastovité odpadní produkty. Bunkr musí být navržen tak, aby se mohlo zabránit emisím na podlaze. 2.2.2.3.2 Skladování čerpatelných nebezpečných odpadů [1, UBA, 2001] Větší množství tekutých a čerpatelných pastovitých odpadů se přechodně skladuje v cisternách, které musí být k dispozici v dostatečném množství a velikostech, aby byly odděleny reagující kapalné látky (nebezpečí exploze, polymerizace). Cisterny, potrubí, ventily a pečetě musejí být přizpůsobeny charakteristikám odpadu z hlediska konstrukce, výběru materiálu a designu. Musejí být dostatečně chráněny proti korozi a umožňovat variantu čištění a odebírání vzorků. Cisterny s plochým dnem jsou obvykle rozmisťovány pouze pro větší náklady. Zřejmě bude nezbytné homogenizovat obsah cisterny mechanickými nebo hydraulickými míchadly. Se zřetelem na charakteristiky odpadů musejí být cisterny zahřívány nepřímo a izolovány. Cisterny jsou umístěny v lapačích splavenin, které musejí být pro skladovaný materiál navrženy ohražené, aby mohly udržet kapalné odpady v případě průsaků. 2.2.2.3.3 Sklady pro kontejnery a cisternové kontejnery [1, UBA, 2001] Z bezpečnostních důvodů jsou nebezpečné odpady nejčastěji shromažďovány ve zvláštních kontejnerech. Tyto kontejnery jsou potom dodávány do spaloven. Dodávají se i velkoobjemové odpady. Dodané kontejnery mohou být skladovány nebo přepravovány s příslušným obsahem. V některých případech se zřetelem na hodnocení rizik může být odpad přímo vstřikován ze samostatného potrubí do pece. Zahřáté přepravní potrubí lze použít pouze pro odpady s vyššími teplotami. Skladovací prostory pro kontejnery a cisternové kontejnery se obvykle umisťují venku a bývají zastřešené i nezastřešené. Obecně se kontroluje voda z drenáží v těchto prostorách, aby nedošlo ke kontaminaci. 2.2.2.4 Vsázka a předběžná úprava Vzhledem k širokému okruhu chemických a fyzikálních specifikací některých nebezpečných odpadů může docházet k potížím při spalovacím procesu. Určitý stupeň mísení odpadů nebo specifická předběžná úprava jsou tedy často prováděny s cílem dosáhnout větší homogenity nákladů. [2, infomil, 2002] Je také nezbytné, aby byla navržena pro každé zařízení kritéria přijímání odpadů. Takový předpis bude popisovat rozmezí koncentrací, které by měly být udržovány se zřetelem na klíčové spalovací a chemické charakteristiky odpadů, aby byl zabezpečen předvídatelný běh procesu a zamezeno překročení zpracovatelské kapacity, čímž budou dodrženy provozní a environmentální (např. podmínky povolení) požadavky. Faktory, které takové rozmezí nastavují: • • • • • Technologická kapacita čištění spalin pro jednotlivé znečišťující látky (např. průtokové rychlosti ve vypíracím zařízení atd.) Existence nebo absence příslušných technologií čištění spalin Požadované mezní emisní hodnoty Propustnost tepla v peci Návrh mechanismu podavače odpadu a fyzikální použitelnost přijímaného odpadu. [EURITS, 2002 #41] Některé spalovny jsou určenými a integrovanými homogenizačními zařízeními pro předběžnou úpravu odpadu. Zahrnují: • • • Šrédr pro objemné tuhé odpady (např. kontaminované balíky) [74, připomínky TWG, 2004] Šrédr určený výhradně pro sudy. V závislosti na zařízení mohou být zpracovávány sudy obsahující tuhé a/nebo kapalné odpady. Zbytky ze šrédru potom vstupují do zařízení přes bunkr nebo cisterny Šrédr kombinovaný s mechanickým míchacím zařízením. Výsledkem je homogenní frakce čerpaná přímo do pece pomocí čerpadla na husté materiály. Některé šrédry mohou zpracovávat jak sudy, tak i tuhé odpady v balících do hmotnosti až 1 t. V závislosti na složení odpadu a individuálních charakteristikách spalovny odpadů i podle možnosti jiných způsobů úpravy každého produkovaného odpadu, může být také uplatněn jiný způsob předběžné úpravy. Např. [1, UBA, 2001]: • • • Neutralizace (běžná hodnota pH u přijímaných odpadů je od 4-12) Odvodňování kalů Solidifikace kalů pomocí pojidel. Obr. 2.2: Příklad systémů předběžné úpravy některých nebezpečných odpadů, které se používají v určitých obchodních spalovnách odpadů [25, Kommunikemi, 2002] Legenda: 1 nitrogen sluice přívod dusíku 2 shredder šrédr 3 mixing tanks míchací nádrže 4 sieve síto 5 liquid discharge vypouštění kapalin 6 separation of metal and plastic oddělování kovů a plastů 1 sluice for crane waste vsázka odpadu z jeřábu 2 sluice for drums vsázka odpadu v bubnech 3 crushing chamber drtící komora 4 discharge screws vypouštěcí šrouby 5 waste pump čerpadlo odpadu 2.2.3 Kaly z čistíren odpadních vod 2.2.3.1 Složení kalů z čistíren odpadních vod Složení čistírenských kalů se liší v závislosti na mnoha faktorech, včetně: • • • • Zákazníci systému, např. průmyslové vstupy mohou způsobit vyšší podíl těžkých kovů ve vsázkách Pobřežní lokality, např. obsah slané vody Úpravy prováděné ve zpracovatelských závodech, např. pouze hrubá síta, anaerobní vyhnívání kalů, aerobní vyhnívání kalů, přídavek chemikálií Počasí/roční sezóna, např. v období dešťů se mohou kaly zředit. Složení čistírenských kalů se velmi liší. Běžné rozpětí koncentrací složek v odvodněných komunálních a průmyslových čistírenských kalech je uvedeno v tabulce níže: Složka Sušina (%) Organické látky (% sušiny) Těžké kovy (mg/kg sušiny): Cr Cu Pb Ni Sb Zn As Hg Cd Mo Komunální čistírenské kaly 10-45 45-85 20-77 200-600 100-700 15-50 1-5 500-1500 5-20 0,5-4,6 1-5 4-20 Průmyslové čistírenské kaly 170 1 800 40 170 < 10 280 < 10 1 <1 - Tab. 2.4: Průměrné složení odvodněných komunálních a průmyslových čistírenských kalů [2, infomil, 2002], [64, připomínky TWG, 2003] Obzvláště důležité faktory, které je třeba zohlednit při spalování čistírenských kalů: • • • • • Obsah sušiny (běžně od 10 do 45 % - může mít hlavní vliv na spalovací proces) Zda jsou kaly vyhnilé nebo nejsou Vápno, vápenec a ostatní složky k úpravě kalů Složení primárních, sekundárních a biologických kalů atd. Problémy se zápachem, obzvláště v průběhu vstupu kalů do skladu. [64, připomínky TWG, 2003] [74, připomínky TWG, 2004] 2.2.3.2 Předběžná úprava čistírenských kalů 2.2.3.2.1 Fyzikální odvodnění [1, UBA, 2001] [64, připomínky TWG, 2004] Mechanické odvodňování před spalováním snižuje objem směsi kalů snížením obsahu vody. S tímto procesem souvisí zvýšení spalného tepla, což též umožňuje nezávislé a hospodárné spalování. Úspěch mechanického odvodňování závisí na výběru strojů, na způsobu úpravy a na složení kalu. Pomocí mechanického odvodňování čistírenských kalů v usazovacích nádržích, odstředivkách, pásových filtrech a filtračních komorách lze dosáhnout hodnoty sušiny mezi 10 až 45 %. Často jsou kaly před mechanickým odvodněním upravovány, aby se zvýšila účinnost odvodnění. To se provádí za pomoci přídavných látek, které obsahují chemikálie k vyloučení vloček. Je nezbytné rozlišovat mezi anorganickými flotačními činidly (soli železa a hliníku, vápno, uhlí atd.) a organickými flotačními činidly (organické polymery). Anorganické látky působí nejen jako flotační činidla, ale také jako stavební materiály, tzn. zvyšují podstatně anorganický obsah a tudíž i nespalitelný podíl čistírenských kalů (popel). Z tohoto důvodu se k úpravě čistírenských kalů většinou používají organické látky. 2.2.3.2 Sušení [1, UBA, 2001] [64, připomínky TWG, 2003] Často je materiál vysušený mechanickým odvodňováním ještě nedostatečně suchý k samotnému procesu spalování. V tomto případě může být použito před vstupem do spalovací pece tepelné sušící zařízení k dalšímu vysušení. V tomto případě se dále sníží objem čistírenských kalů a zvýší se spalné teplo. Sušení/odvodňování čistírenských kalů je prováděno v samostatných nebo připojených sušárnách. Používají se následující sušárny: • • • • • • • • • • Diskové sušárny Bubnové sušárny Vířivé sušárny (ve fluidním loži) Pásové sušárny Tenkovrstvé sušárny/diskové sušárny Proudové sušárny s chladným vzduchem Tenkovrstvé sušárny Odstředivé sušárny Solární sušárny Kombinace různých druhů sušáren Sušící procesy lze v zásadě rozdělit do dvou skupin: • • Částečné sušení, přibližně až do 60-80 % sušiny Úplné sušení, přibližně až do 80-90 % sušiny [74, připomínky TWG, 2004] Alternativou k externímu sušení je sušení kalů in situ spalováním společně s vysoce výhřevným odpadem. V takových případech je voda z odvodněných kalů prevencí možného přehřátí, ke kterému může docházet pouze když se spalují vysoce výhřevné odpady. K samospalování jednodruhových čistírenských kalů je všeobecně postačující, když jsou surové kaly odvodněny na 35 % sušiny. Toho lze dosáhnout mechanickým odvodněním a pravděpodobně nebude potřebné tepelné sušení. Požadovaný obsah sušiny pro samospalování v příslušném zařízení bude záviset na složení kalu (energetický obsah sušiny, značně závisí na obsahu organických materiál). Toto je ovlivněno povahou samotného kalu, ale rovněž použitým způsobem předběžné úpravy, např. vyhníváním kalu nebo použitím organických či anorganických zlepšovacích přípravků. Pro souběžné spalování čistírenských kalů s jinými proudy odpadů ve spalovnách komunálního odpadu (obvykle ve směsi odvodněných čistírenských kalů s komunálním odpadem v podílu max. 10 % (hmotn.) odvodněných čistírenských kalů (tj. suchost 20-30 %), pravděpodobně bude potřebné dodatečné sušení kalů [74, připomínky TWG, 2004] Teplo požadované k sušícímu procesu je obvykle odvedeno z procesu spalování. V některých sušících procesech přicházejí čistírenské kaly určené k sušení do přímého styku s tepelným nosičem, např. v konvekčních sušárnách nebo v přímých sušárnách (např. v pásových, patrových, vířivých). V průběhu sušení vzniká pára jako směs vodní páry, vzduchu a plynů uvolněných z kalů a v přímém spalovacím procesu vznikají horké plyny. Pára a směs plynů musí být vyčištěny. Obvykle je vodní pára z procesu sušení vstřikována do pece. Přímé sušárny lze použít nepřímo v systému při recirkulaci zplodin odpařování. Tento systém má nesporné výhody a je často používán (avšak stěží nebo nikoliv v kombinaci se spalováním kalů). V nepřímých sušících systémech (např. šnekových, diskových, tenkovrstvých sušárnách) je teplo dodáváno parními generátory nebo tepelnými olejovými čerpadly a tepelné médium není v kontaktu s kaly. Mezi kalem a stěnami zařízení nastává výměna tepla. Kontaktní sušárny obecně dosahují hodnotu sušiny 35-40 %. Voda vypařená při sušení je však kontaminovaná uniklým vzduchem a malým množstvím těkavých plynů. Vodní pára může z uvolněných par téměř zcela kondenzovat a zbytkové inertní plyny mohou být odstraněny v parním kotli. Úprava kondenzátu může být složitá vzhledem k obsahu NH4OH, těkavých organických látel (TOL) atd. 2.2.3.2.3 Vyhnívání kalů Vyhnívání kalů snižuje obsah organického materiálu v kalu a vede ke vzniku bioplynu (přinejmenším v případě anaerobního vyhnívání. Vyhnilé kaly lze obecně odvodnit snadněji než nevyhnilé kaly a tak dosáhnout po mechanickém odvodnění mírně vyšší obsah sušiny. [64, připomínky TWG, 2003] 2.2.4 Klinické odpady 2.2.4.1 Povaha a složení klinických odpadů Při nakládání s klinickými odpady si vyžadují zvláštní pozornost specifická rizika těchto odpadů (např. infekční kontaminace, jehly apod.), estetické standardy (zbytkové odpady z operací atd.) a jejich chování při spalování (velmi rozdílná výhřevnost a vlhkost). Zvláštní klinické odpady často obsahují materiály o velmi vysoké výhřevnosti (plasty atd.), ale také velmi vlhké odpady (např. krev atd.). Klinické odpady proto obvykle vyžadují dlouhou dobu spalování, aby bylo zajištěno úplné vyhoření a dobrá kvalita zbytkového odpadu. Obdobně jako u nebezpečných odpadů se složení zvláštních klinických odpadů velmi liší. Klinické odpady mohou obsahovat (v různém poměru): • • • • • • • • • • Infekční látky Kontaminované oděvy/hadry a tampóny Farmaceutika Ostré materiály, např. jehly pro podkožní injekce Veterinární odpady Části těl Použité lékařské nástroje Obaly Laboratorní odpady Radioaktivní kontaminované materiály. V některých případech se používají rozdílné způsoby spalování pro patologické odpady (potenciálně infekční odpady) a pro odpady, které nejsou patologické. Úprava patologických odpadů je někdy omezena na určené spalovny, zatímco odpady, které nejsou patologické, se v některých případech spalují s ostatními odpady v běžných spalovnách, např. spalovnách KTO. 2.2.4.2 Nakládání, předběžná úprava a skladování klinických odpadů Rizika spojená s nakládáním s klinickým odpadem lze obecně snížit zamezením kontaktu s odpady a zajištěním správného skladování, např. s použitím: • • • • • určených kontejnerů a zařízení k praní/dezinfekci zapečetěných a objemných kontejnerů, např. pro ostré a biologické nebezpečné materiály automatických systémů vsázky do pece, např. příslušných zvedacích zařízení na nádoby s odpady oddělených skladovacích a přepravních prostor (obzvláště pokud jsou klinické odpady spoluspalovány s jinými odpady) chladících nebo mrazících zařízení v případě potřeby. Předběžná úprava může být prováděna s použitím: • • dezinfekce parou, např. v autoklávu při vyšší teplotě a tlaku varem ve vodě Každý ze způsobů umožní, aby byl odpad dostatečně sterilizován před povolením k následnému nakládání obdobným způsobem jako s komunálním odpadem. Pracovní a skladovací prostory se obvykle navrhují tak, aby byla usnadněna dezinfekce. K čištění vratných kontejnerů je obvykle instalováno patřičné zařízení k čištění a dezinfekci. Tuhé odpady z dezinfekce se shromažďují a poté recyklují ve spalovacích procesech (např. při čištění spalin nebo se vstupujícími odpady) nebo upravují a vypouštějí. [74, připomínky TWG, 2004] Předběžná úprava může být prováděna s cílem zlepšit homogenitu odpadu, např. šrédrováním nebo macerováním, i když u některých klinických odpadů je nutné dodržet bezpečnostní hlediska. Klinické odpady jsou také spalovány ve spalovnách nebezpečných odpadů i v jiných spalovnách s ostatními druhy odpadů. Pokud nejsou odpady spáleny ihned, je třeba je přechodně skladovat. V některých případech, kdy je nezbytné skladovat klinické odpady delší dobu než 48 hod, jsou odpady udržovány v chladírnách s omezenou maximální teplotou (např. + 10 ºC). 2.3 Stupeň tepelné úpravy U určitých druhů odpadů se uplatňují odlišné druhy tepelných úprav, nicméně ne všechny tepelné úpravy jsou vhodné pro všechny odpady. V této kapitole a v tabulce 2.5 je podáván přehled návrhů a aplikací nejvíce používaných technologií, obzvláště: • • • • roštové spalovny odpadů rotační pece pece s fluidním ložem systémy pyrolýzy a zplyňování. Kromě toho jsou zde uvedeny některé specifičtější technologie [EGTEI, 2002 #6] Komunální tuhé odpady – mohou být spalovány v několika spalovacích systémech včetně pohyblivých roštů, rotačních pecí a fluidního lože. Technologie fluidního lože vyžaduje, aby KTO obsahovaly určitáé rozpětí velikosti částic – to obvykle vyžaduje určitý stupeň předběžné úpravy a/nebo oddělený sběr odpadů. Spalování čistírenských kalů – se děje v rotačních pecích, nístějových pecích a v pecích s fluidním ložem. Uplatňuje se také spoluspalování ve spalovacích systémech roštových, spalujících uhlí a v průmyslových procesech. Čistírenské kaly mají často vysoký obsah vody, a proto obvykle vyžadují sušení nebo přidávání přídavných paliv k zabezpečení stabilního a účinného spalování. Spalování nebezpečných a zdravotnických odpadů - nejvíce jsou používány rotační pece, ale někdy se používají pro tuhé odpady také roštové spalovny (včetně spoluspalování s jinými odpady) a pro některé předem upravené materiály spalovny s fluidním ložem. V chemických zařízeních v místě vzniku odpadů (on-site) jsou také velmi rozšířené statické pece. Ostatní procesy byly vyvinuty na základě rozdvojení fází, které také probíhají ve spalovně: sušení, vypařování, pyrolýza, karbonizace a oxidace odpadu. Při zplyňování se používají zplyňovací prostředky, např. pára, vzduch, oxidy uhlíku nebo kyslík. Tyto procesy jsou určeny ke snižování objemu spalin a souvisejících nákladů na čištění spalin. U některých z těchto vyvinutých procesů se vyskytly technické a ekonomické problémy, pokud došlo ke zvýšení parametrů na komerční průmyslové rozměry a nebyly proto dále provozovány. Některé jsou používány na komerčním základě (např. v Japonsku) a jiné jsou zkoušeny v pilotních provozech v Evropě, ale dosud pouze v malém podílu celkové kapacity úpravy v porovnání se spalováním. Technologie Předem uprav. KTO a palivo z odpadu Široké použití Nebezpečné odpady Čistírenské kaly Klinické odpady Rošt – vratný Neupravené komunální odpady Široké použití Není používáno běžně Není používáno běžně Používáno Rošt – pohyblivý Používáno Používáno Vzácně používáno Není používáno běžně Používáno Rošt – naklápěcí Používáno Používáno Vzácně používáno Není používáno běžně Používáno Rošt – posuvný Používáno Široké použití Vzácně používáno Není používáno běžně Používáno Rošt – vodou chlazený Používáno Používáno Vzácně používáno Není používáno běžně Používáno Rošt a rotační pec Používáno Není používáno běžně Vzácně používáno Není používáno běžně Používáno Rotační pec Není používáno běžně Používáno Široké použití Používáno Široké použití Rotační pec vodou chlazená Statická nístějová pec Není používáno běžně Používáno Používáno Používáno Používáno Není používáno běžně Není používáno běžně Používáno Není používáno běžně Široké použití Statická pec Není používáno běžně Není používáno běžně Široké použití Není používáno běžně Používáno Fluidní lože – probublávací Fluidní lože – s cirkulací Fluidní lože – rotační Vzácně používáno Používáno Není používáno běžně Používáno Není používáno běžně Vzácně používáno Používáno Používáno Používáno Není používáno běžně Není používáno běžně Široké použití Není používáno běžně Používáno Pyrolýza Vzácně používáno Vzácně používáno Vzácně používáno Vzácně používáno Vzácně používáno Zplyňování Vzácně používáno Vzácně používáno Vzácně používáno Vzácně používáno Vzácně používáno Poznámka: Tato tabulka uvádí aplikace technologií popsaných pro určená zařízení. Nezahrnuje tudíž podrobnosti o situacích, kdy je zpracováváno více než jeden druh odpadu. Tab. 2.5: Souhrn současných úspěšných aplikací technologií tepelné úpravy pro hlavní druhy odpadů v určených zařízeních [64, připomínky TWG, 2003] 2.3.1 Roštové spalovny Roštové spalovny jsou velmi rozšířeny pro spalování směsného komunálního odpadu. V Evropě se v asi 90 % spaloven používají k úpravě KTO rošty. Ostatní odpady běžně upravované v roštových spalovnách, často spolu s KTO, obsahují: živnostenské a průmyslové odpady neklasifikované jako nebezpečné, čistírenské kaly a některé klinické odpady. Roštové spalovny obvykle obsahují následující součásti: • • • • • • podávací zařízení spalovací rošt vyprazdňovač pecního popela systém přívodu vzduchu ke spalování spalovací komora pomocné hořáky Obr. 2.3 ukazuje příklad roštové spalovny s kotlem na využití tepla Legenda: 1 waste feed chute násypka podávacího zařízení 2 waste feeder podávací zařízení 3 incineration zone zóna spalování 4 main incineration zone hlavní zóna spalování 5 separator for large kernels separátor pro velkoobjemové materiály 6 bottom ash discharger výsypka pecního popela 7 riddlings propady 8 boiler ash remover výsypka popela z kotle 9 primary air supply dodávky primárního vzduchu 10 secondary air supply dodávky sekundárního vzduchu Obr. 2.3: Rošt, pec a stupně využití tepla na příkladu spalovny komunálních odpadů Zdroj [1, UBA, 2001] 2.3.1.1 Zařízení k podávání odpadu Odpad je vypouštěn ze skladovacího bunkru do násypky podávacího zařízení pomocí mostového jeřábu a poté na roštový systém pomocí hydraulické rampy nebo jiného dopravníku. Rošt přesunuje odpady přes různé zóny spalovací komory pomocí převalování. Plnící násypka se používá pro nepřetržité dodávky odpadu. Ten je dodáván v dávkách mostovým jeřábem. Jelikož je plnící násypka vystavena velkému napětí, používají se materiály s vysokým koeficientem tření (např. plátování kotle nebo otěruvzdorná litina). Materiál musí odolat případnému neškodnému ohni v násypce. Násypka odpadu může být někdy plněna pomocí dopravníku. V tomto případě mostový jeřáb vypouští odpady do pomocné násypky určené pro dopravník [74, připomínky TWG, 2004] Pokud není dodaný odpad předem upraven, bývá obvykle velmi nehomogenní, a to jak z hlediska velikosti, tak i svou povahou. Plnící násypka je proto rozměrově navržena tak, aby objemné materiály propadaly soustavou mostů a zabránilo se zablokování. Takovým blokádám je třeba se vyhnout proto, že mohou způsobit nestejnoměrné plnění pece a neřízený přístup vzduchu do pece. Stěny násypky podávacího zařízení lze chránit před užitým teplem pomocí: • • • • vodou chlazené konstrukce s dvojitým pláštěm konstrukce s membránovými stěnami vodou chlazených uzavíracích ventilů žáruvzdornou cihlovou vyzdívkou. Když je násypka podávacího zařízení prázdná, lze využít výbavy s uzavíracími ventily (např. těsnění dveří) k zabránění zpětného vzplanutí a neřízené infiltrace vzduchu do pece. Aby bylo dosaženo rovnoměrného plnění pece, doporučuje se plnit násypku stálým množstvím odpadu. Spojení mezi spodním koncem násypky podávacího zařízení a pecí obsahuje dávkovací mechanismy. Dávkovací mechanismus lze řídit buď mechanicky nebo hydraulicky. Stupeň naplnění je všeobecně nastavitelný. Pro různé typy plnících systémů byly vyvinuty odlišné konstrukční metody, např.: • • • • • • řetězové rošty/pásové přiváděcí rošty měnitelné kuželovité násypky podávacího zařízení pěchovací přivaděče hydraulické rampy šnekové podávače [74, připomínky TWG, 2004] 2.3.1.2 Spalovací rošty Spalovací rošt splňuje následující funkce: • • • doprava materiálu ke spálení v peci prohrabování a kypření materiálů určených ke spálení umístění hlavní zóny spalování do spalovací komory, zřejmě v kombinaci s opatřeními ke kontrole výkonu pece. Účelem spalovacího roštu je dobrá distribuce spalovacího vzduchu do pece dle požadavků na spalování. Primární vzduch je z dmychadla vytlačován přes vrstvy malých otvorů v roštu. Obvykle se k dokončení procesu hoření přivádí více vzduchu do prostoru nad lože s odpadem. Některé jemné materiály (někdy zvané propady či prosívky) propadají roštem. Tyto materiály jsou využívány v zařízení k odstraňování pecního popela. Někdy se využívají odděleně a lze je recyklovat na roštu při popakovaném spalování nebo přímo odstraňovat. V případě recirkulace propadů v podávacím zařízení je třeba věnovat pozornost tomu, aby materiály nevzplanuly v podávacím zařízení. [74, připomínky TWG, 2004] Běžně doba zdržení odpadů na roštu nepřekročí 60 minut [74, připomínky TWG, 2004]. Vcelku lze rozlišovat mezi principy kontinuálního (válcové a řetězové rošty) a přerušovaného (posuvné rošty) přísunu materiálu. Obr. 2.4 ukazuje některé druhy roštů: Obr. 2.4: Různé druhy roštů Zdroj: [1, UBA, 2001] Legenda: Roller grate Forward feed grate Reverse feed grate Waste Incineration gases Primary air Slag válcový rošt rošt s posuvem materiálu vpřed rošt s reverzním posuvem materiálu odpady spalné plyny primární vzduch škvára Různé roštové systémy lze odlišit podle způsobu přivádění odpadu do jednotlivých zón ve spalovací komoře. Každý má splňovat požadavky pro přívod primárního vzduchu, požadavky na rychlost posunu a prohrabování, jakož i na míchání odpadů. Další hlediska mohou zahrnovat následnou kontrolu nebo pevnější konstrukci k odolávání náročným podmínkám ve spalovací komoře. 2.3.1.2.1 Sklopné rošty [4, IAWG, 1997] Roštové sekce jsou umístěny napříč pece. Řady roštů se střídavě mechanicky otáčejí nebo sklápějí a pohybem vpřed a vzad odpad urychlují a protřepávají. 2.3.1.2.2 Vratné rošty [4, IAWG, 1997] Mnoho moderních zařízení (pro spalování komunálních odpadů) využívá vratné rošty. Dosažená kvalita vyhoření je všeobecně dobrá. Tento návrh sestává ze sekcí, které přemosťují šířku pece a jsou umístěny jedna nad druhou. Střídající se sekce klouzají vpřed a vzad, zatímco sousední sekce zůstávají bez pohybu. Odpad se odvaluje z nehybné hromady a při pohybu roštu je prokypřován a promícháván. Existují početné varianty tohoto druhu odpadu, některé mají sekce střídavě nehybné a střídavě se pobybující, jiné jsou kombinací několika pohyblivých sekcí ke každé nehybné sekci. V posledním případě se sekce mohou buď pobybovat společně nebo v různých časových cyklech. V podstatě existují dvě varianty vratných roštů: 1. reverzní vratné rošty: Roštové mříže oscilují vpřed a vzad v opačném směru k toku odpadu. Rošt se svažuje od násypného konce k výsypce popela a jeho pohyb sestává z nehybných pohyblivých fází. 2.rošty s posuvem vpřed: Roštové mříže se pohybují v sérii kroků s horizontálním posunem odpadu ve směru k výsypce popela. 2.3.1.2.3 Pohyblivé rošty Sestávají z nepřetržitě se posunujících kovových pásů dopravníku nebo do sebe zapadajících, článků, které se pohybují po délce pece. Snížená možnost provětrávání odpadu (je pouze promícháván při přesunu z jednoho pásu na druhý) způsobuje, že jsou v moderních zařízeních používány jen zřídka. [4, IAWG, 1997] 2.3.1.2.4 Válcové rošty Sestávají z proděravělých válců, které jsou umístěny napříč v prostoru roštu. Některé válcové rošty jsou instalovány v sériích a míchání probíhá, když se materiál odvaluje z válců [4, IAWG, 1997] 2.3.1.2.5 Chlazené rošty Většina roštů je chlazena, především vzduchem. V některých případech prochází kapalné chladící médium (obvykle voda) vnitřkem roštu. Chladící médium protéká směrem z chladnější zóny postupně k teplejším, aby se maximalizoval přestup tepla. Teplo absorbované chladícím médiem může být dopraveno k užití v procesu nebo využito v podobě externích dodávek. Chlazení vodou je nejčastěji používáno tam, kde je výhřevnost odpadu vyšší, např. větší než 12-15 MJ/kg KTO. Návrh systému vodního chlazení je mírně komplexnější oproti systémům vzduchového chlazení. Přídavek vodního chlazení může umožnit kontrolu teploty kovového roštu a okamžitou teplotu spalování více nezávisle na dodávkách primárního vzduchu (běžně mezi mřížemi roštu). Tím je poté umožněno optimalizovat teplotu a dodávky vzduchu (kyslíku) podle specifických požadavků pro spalování na roštu a tím zdokonalit účinnost spalování. Větší kontrola teploty roštu může dovolit spalování odpadů s větší výhřevností, aniž by došlo k obvyklým větším problémům s provozem a údržbou. 2.3.1.3 Výsypka pecního popela Výsypka pecního popela se používá k chlazení a odstraňování tuhých zbytků, které se shromažďují na roštu. Slouží též jako vzduchový uzávěr pece a k chlazení a zvlhčení popela. K odstranění pecního popela se běžně používají konstrukce vodou plněných tlakových válců a zarážek. Kromě toho jsou také obecně používány jiné výsypkypecního popela, např. pásové dopravníky. Takto jsou odstraňovány popel z roštů a velké kusy popela. Voda používaná k chlazení se na výstupu odděluje od roštového popela a může recirkulovat do výsypky popela. Obvykle se vyžaduje svrchní napájení vodou, aby se udržela přiměřená hladina vody ve výsypce. Svrchní napájení vodou nahražuje ztráty z odstrańování popela a z vypařování. Kromě toho může odtékající voda sloužit k prevenci tvorby solí – takto prosakující systém může snižovat obsah solí ve zbytkových odpadech, pokud je rychlost toku nastavena specificky pro tento účel. Šachta k odstraňování pecního popela bývá ohnivzdorná a je konstruována tak, aby nedošlo ke spečení pecního popela. Obr. 2.5: Příklad druhu výsypky popela používané v roštové spalovně Zdroj [1, UBA, 2001] 2.3.1.4 Spalovací komora a kotel Spalování probíhá nad roštem spalovací komory (viz obr. 2.6). Obvykle spalovací komora obsahuje rošt umístěný na dně, chlazené a nechlazené stěny po stranách pece a vyhřívání stropem nebo z povrchu kotle u stropu. Vzhledem k tomu, že komunální odpady obecně obsahují vysoce těkavé látky, z pece odcházejí těkavé plyny a vlastní spalování se pouze z malé části odehrává v blízkosti roštu. Návrh spalovací komory ovlivňují následující požadavky: • • • • tvar a velikost spalovacího roštu – velikost roštu určuje velikost průřezové sekce spalovací komory protřepávání a homogenita toku spalin – úplné promíchání spalin je podstatné k dobrému prohoření spalin dostatečná doba zdržení spalin v horké peci – k úplnému vyhoření je třeba zajistit dostatečný čas k reakci při vyšších teplotách částečné chlazení spalin – aby se zamezilo fúzi horkého popílku do kotle, nesmí teplota spalin přesáhnout horní mez na výstupu ze spalovací komory. Obr. 2.6: Příklad spalovací komory Zdroj [1, UBA, 2001] Legenda: Waste feeding zařízení k podávání odpadu Feeder table válečkový dopravník k podávání odpadu Sewage sludge feeder násypka k podávání čistírenských kalů Secondary air sekundární vzduch Flue gas spaliny Waste odpady Drying sušení Primary air primární vzduch De-gassing odplyňování Exhaust odvod exhalací Incineration spalování Slag discharge vypouštění strusky Podrobný návrh spalovací komory je obvykle spojen s druhem roštu. Jeho přesný návrh si vyžaduje určité kompromisy, neboť požadavky na proces se mění s palivovými charakteristikami. Každý dodavatel má svou vlastní kombinaci roštu a spalovací komory, jejichž přesný návrh spočívá v jednotlivých výkonnostních charakteristikách systému a specifických zkušenostech. Evropští provozovatelé zařízení ke spalování KTO neshledávají žádné zvláštní výhody nebo nevýhody u jednotlivých návrhů spalovacích komor. Vcelku mohou být rozlišeny tři návrhy. Terminologie je odvozena od směru toku spalin ve vztahu k toku odpadu: jednosměrný proud, protiproud a střední proud (viz Obr. 2.7). Pece s jednosměrným, souběžným nebo paralelním tokem spalin a odpadu: V souběžném uspořádání spalování jsou spalovací vzduch a odpady vedeny spalovací komorou v souběžném proudu. Podle toho je výstup spalon umístěn na konec roštu. Mezi odpadními plyny a odpadem se na roštu vymění pouze relativně malé množství energie. Výhodou jednosměrné koncepce toku je, že spaliny setrvávají nejdelší dobu v zážehovém prostoru a musejí procházet při maximální teplotě. K usnadnění vznícení je postačující jen velmi malé předehřátí primárního vzduchu. Protiproud a protiproudé pece: V tomto případě jsou primární spalovací vzduch a odpady vedeny spalovací komorou v protiproudém uspořádání a výstup spalin je umístěn na přední straně roštu. Horké spaliny usnadňují sušení a vznícení odpadu. Zvláštní pozornost je třeba věnovat zabránění průchodu proudu nespálených plynů. Je pravidlem, že koncepce protiproudého toku vyžaduje přidávání většího přebytku vzduchu nebo sekundárního vzduchu. Střední proud a pece s centrálním tokem: Složení komunálního tuhého odpadu se značně liší a koncepce středního proudu je kompromisem pro široké spektrum vstupujících odpadů. Dobré smíchání všech dílčích proudů spalin je umožněno vhodnými profily odpadů podporujícími mísení a/nebo vstřikováním sekundárního vzduchu. V tomto případě je výstup spalin umístěn ve středu roštu. Obr. 2.7: Návrhy pecí s různými směry toku spalin a odpadu Zdroj [1, UBA, 2001] Legenda: Uni-directional current furnace pec s jednosměrným tokem Counter-flow current furnace pec s protiproudým tokem Medium current furnace pec se středním proudem 2.3.1.5 Přívod spalovacího vzduchu Spalovací vzduch plní následující účel: • • • • poskytuje kyslík působí jako chladící médium brání vzniku škváry v peci promíchává spaliny Vzduch je přidáván do různých míst spalovací komory. Obvykle je označován jako primární a sekundární, i když se také používá termín terciární vzduch a recirkulované spaliny. Primární vzduch je obvykle veden z bunkru na odpady. Snižuje se tak tlak vzduchu v bunkru a eliminuje většina zápachových emisí z prostoru bunkru. Primární vzduch je vyfukován ventilátory do prostoru pod roštem, odkud může být jeho distribuce přesně řízena pomocí početných dmychadel a distribučních ventilů. Pokud kvalita odpadu poklesne na takovou úroveň, že je potřebné odpad předem vysušit, může být vzduch předehříván. Primární vzduch bude protlačen přes vrstvu roštů do palivového lože. Tento vzduch ochlazuje mříže roštu a přivádí do spalovacího lože kyslík. Druhotně je vzduch velkou rychlostí foukán do spalovací komory, např. pomocí vstřikování nebo z vnitřních struktur. To se provádí tak, aby bylo zabezpečeno kompletní spalování a intenzivní míchání spalin včetně prevence volného průchodu proudu nespálených plynů. 2.3.1.6 Pomocné hořáky Při najíždění spalovny se pomocné hořáky běžně používají k zahřátí pece na specifickou teplotu, při které mohou procházet spaliny. To je hlavní účel pomocných hořáků. Obvykle se spouštějí automaticky, pokud teplota klesne během provozu pod určenou teplotu. V průběhu odstávky se často pomocné hořáky používají pouze, pokud je odpad v peci. [74, připomínky TWG, 2004] 2.3.1.7 Teplota spalování, čas zdržení odpadu v peci, minimální obsah kyslíku Aby bylo dosaženo dobrého vyhoření spalovacích plynů, je stanovena legislativně minimální spalovací teplota v plynné fázi 850 ºC (1 100 ºC pro některé nebezpečné odpady) a minimální doba zdržení spalin od dosažení této teploty po dobu dvou sekund po poslední dodávce spalovacího vzduchu (směrnice 2000/76/ES a předchozí legislativa). Porušení těchto podmínek umožňuje legislativa tehdy, je –li zabezpečena podobná úroveň ochrany životního prostředí. [74, připomínky TWG, 2004] Minimální obsah kyslíku 6 % byl požadován dřívější legislativou, ale tento požadavek byl zrušen v nedávno vydané směrnici ES o spalování odpadů. Zkušenosti z provozu v některých případech ukázaly, že nižší teploty, kratší doby zdržení a nižší obsah kyslíku v některých situacích ještě stále postačují k dobrému spalování a mohou vést k celkovému zlepšení dopadu na životní prostředí. Nicméně, nízký obsah kyslíku způsobuje významné riziko koroze, a proto vyžaduje specifickou ochranu materiálu. [74, připomínky TWG, 2004] Oxid uhelnatý obsažený ve spalinách je klíčovým indikátorem kvality spalování. 2.3.1.8 Spalování čistírenských kalů ve spalovnách KTO Čistírenské kaly se někdy spalují spolu s ostatními odpady ve spalovnách komunálních odpadů (viz informace o použití fluidního lože a jiných technologií v oddíle 2.3.3) Pokud jsou čistírenské kaly dodávány do spaloven komunálního odpadu, pak často technologie podávacích zařízení významně navyšují náklady v podobě dodatečných investičních nákladů. Používány jsou následující tři technologie pro přísun kalů do spalovny: • • • suché čistírenské kaly (cca 90 % sušiny) jsou vyfukovány v podobě prachu do pece odvodněné čistírenské kaly (cca 20-30 % sušiny) jsou dodávány odděleně pomocí trysek do spalovací komory a distribuovány na rošt. Kal se integruje do materiálu v loži při obracení odpadu na roštu. Podle provozních zkušeností je podíl kalů (hmotn.) až 20 % (při 25 % sušiny). Ostatní zkušenosti ukázaly, že pokud je poměr kalu příliš vysoký (npř. vyšší než 10 %), může dojít k výskytu vysokého obsahu popílku nebo nespáleného materiálu v pecním popelu. odvodněné, suché nebo polosuché (cca 50-60 % sušiny) kaly se smísí se zbytkovým odpadem nebo jsou přiváděny společně do spalovací komory. To může nastat v bunkru při cíleném dávkování obsluhou jeřábu nebo při řízeném plnění násypky podávacího zařízení čerpáním odvodněných kalů do násypky nebo rozprašováním do bunkru. [74, připomínky TWG, 2004] 2.3.1.9 Přidávání klinických odpadů do spalovny KTO (Dánsko, 2002) Klinické odpady se někdy přidávají k odpadu spalovanému ve spalovnách komunálního odpadu. Někdy je tento odpad plněn ze stejné násypky jako KTO. Používají se také oddělené plnící systémy se vzduchovým uzávěrem. Vzduchový uzávěr napomáhá prevenci vstupu neřízeného spalovacího vzduchu a zabrání možnosti prchavých emisí v prostoru plnění. Spalování probíhá v téže peci jako KTO. Kombinované spalování klinických odpadů s komunálními tuhými odpady může také probíhat bez odděleného plnění. Automatické systémy plnění jsou např. zavedeny tak, že klinické odpady se vkládají do násypky přímo spolu s KTO. Národní předpisy někdy omezují podíl klinických odpadů, který může být zpracováván při kombinovaném spalování (např. ve Francii <10 % nakládky k tepelnému zpracování) Je nutno poznamenat, že článek 6.7 směrnice o spalování odpadů vyžaduje, aby infekční klinické odpady byly vkládány přímo do pece, aniž by došlo ke smíchání s ostatními kategoriemi odpadu a k přímému nakládání s klinickými odpady. [74, připomínky TWG, 2004] Spaliny z různých druhů odpadu jsou pak čištěny ve společných systémech čištění spalin. Na obr. 2.8 dole jsou zobrazeny postupné fáze odděleného systému plnění: Obr. 2.8: Příklady fází systému vsázky klinických odpadů používaných ve spalovně komunálních odpadů Zdroj: [49, Dánsko, 2002] 2.3.2 Rotační pece Rotační pece jsou velmi masivní a lze v nich spalovat téměř všechny odpady bez ohledu na druh či složení. Rotační pece mají velmi široké uplatnění především při spalování nebezpečných odpadů. Technologie je také všeobecně používána pro spalování klinických odpadů (většina nebezpečných klinických odpadů se spaluje v rotačních pecích spaloven při vysokých teplotách [64, připomínky TWG, 2003], ale v menší míře pak komunální odpady). Provozní teploty dosahované v rotačních pecích při spalování odpadů se pohybují v rozmezí od 500 °C (např. zplyňování) do 1450 °C (např.vysokoteplotní tavení popela). Někdy se vyskytují vyšší teploty, ale obvykle nikoliv v aplikacích odpadových. Při běžném oxidačním spalování jsou obvykle teploty vyšší než 850 °C. Teploty v rozpětí 900-1 200 °C jsou běžné pro spalování nebezpečných odpadů. Všeobecně platí v závislosti na vstupujícím odpadu, že čím vyšší je provozní teplota, tím větší je riziko poškození žáruvzdorného obložení pece vlivem usazenin a teploty. Některé pece mají tepelně izolační vrstvy (vzduchové nebo vodní), které pomáhají prodlužovat životnost vyzdívky, a tím dobu mezi odstávkami za účelem údržby. Níže je znázorněn schematický nákres spalovacího systému rotační pece. Obr. 2.9: Schema spalovacího systému rotační pece Zdroj [EGTEI, 2002 # 6] Legenda: Solid & Sludge tuhé odpady a kaly Rotary kiln rotační pec Drums sudy Pumpable waste čerpatelné odpady Ash popel To air pollution control device k měření čistoty ovzduší Secondary combustion chamber sekundární spalovací komora Rotační pec je tvořena válcovou nádobou nakloněné podél vodorovné osy. Nádoba je obvykle umístěna na válečcích, které umožňují, aby se pec otáčela nebo oscilovala podél této osy (vratný pohyb). Odpad prochází pecí působením gravitace při rotaci. Přímé vstřikování se uplatňuje především u kapalných, plynných nebo kašovitých (čerpatelných) odpadů – obzvláště pokud existují bezpečnostní rizika a pokud vyžadují zvláštní péči, aby se zamezilo ohrožení obsluhy. Doba zdržení tuhého materiálu v peci je určena úhlem nádoby a rychlostí rotace: doba zdržení mezi 30 až 90 minutami běžně postačuje k dosažení dobrého vyhoření odpadu. Tuhé odpady, kapalné odpady, plynné odpady a kaly lze spalovat v rotačních pecích. Tuhé materiály jsou obvykle podávány přes násypku, která se neotáčí; kapalné odpady lze do pece vstřikovat přes trysky hořáku; čerpatelné odpady a kaly mohou být vstřikovány do pece přes vodou chlazenou trubici. Aby se zvýšilo odbourávání jedovatých sloučenin, zařazuje se obvykle dohořívací komora. Přídavné spalování s použitím kapalných odpadů nebo přídavného paliva lze provádět, je –li třeba udržet teplotu potřebnou k odbourání spalovaného odpadu. 2.3.2.1 Pece a dohořívací komory pro spalování nebezpečných odpadů Provozní teplota v peci ve spalovacím zařízení se obvykle pohybuje od 850 do 1 300 °C. Teplotu je možno udržovat spalováním vysoce výhřevného odpadu (např. kapalného), odpadních olejů, topných olejů nebo plynu. Vysokoteplotní pece lze vybavit chladícímí vodními systémy, které jsou upřednostňovány v provozech s vysokými teplotami. Provoz při vysoké teplotě může vést k roztavení (vitrifikaci) pecního popela (škváry); při teplotách nižších dochází ke spékání pecního popela. Teploty v dohořívací komoře se běžně pohybují mezi 900-1 200 °C podle typu zařízení a způsobu podávání odpadů. Většina zařízení je uzpůsobena ke vstřikování sekundárního vzduchu do dohořívací komory. V důsledku vysokých teplot a zavádění sekundárního vzduchu je vyhoření spalin úplné a organické sloučeniny (např. polyaromatické uhlovodíky, PCB a dioxiny) včetně uhlovodíků s nízkou molekulovou hmotností jsou zcela odbourány. V několika zemích jsou uplatněny výjimky z pravidla optimální teploty 1 100 °C, a to na základě studií dokazujících, že snižování teplot v dohořívací komoře neovlivňuje kvalitu emisí do ovzduší. 2.3.2.2 Bubnové pece s dohořívací komorou pro spalování nebezpečných odpadů Pro spalování nebezpečných odpadů se úspěšně osvědčily kombinace bubnových pecí s dohořívacími komorami, neboť v nich lze společně zpracovávat tuhé, kašovité, kapalné a plynné odpady (viz. obr. 2.10). Obr. 2.10: Bubnová pec s dohořívací komorou Zdroj (1, UBA, 2001) Legenda: Hazardous waste nebezpečný odpad Liquid waste kapalný odpad Drum-type kiln bubnová pec Waste gas for gas cleaning odpadní plyny k čištění Crude ash/slag neupravený popel/škvára Boiler ash kotelní popel Pro spalování nebezpečných odpadů se běžně užívají bubnové pece o délce mezi 10-15 m, o poměru průměrů obvykle v rozmezí od 3 do 6 a o vnitřním průměru v rozmezí 1-5 m. Některé druhy bubnových pecí mají výkony až 70 000 t/rok. V korelaci s průměrnou výhřevností odpadu, kdy dochází k využití tepla, se úměrně zvyšuje produkce páry. Spalovny s bubnovými pecemi jsou velmi flexibilní zařízení z hlediska charakteristik vstupujícího odpadu. Typické rozpětí složení vstupujícího odpadu: • • • • tuhé odpady kapalné odpady kašovité odpady sudy • Bubnové pece jsou chráněny žáruvzdornou vyzdívkou před působením teplot dosahujících až 1 200 ºC. Zde jsou používány cihly ohsahující vysoký podíl Al2O3 a SiO2. Při rozhodování o výběru cihel vhodných pro danou aplikaci záleží na složení odpadu. Cihly mohou být porušovány působením jak sloučenin alkalických kovů (tvorba nízkotavitelných eutektických slitin), tak i fluorovodíkem (vznik fluoridu křemičitého SiF4). Jako ochrana žáruvzdorné vyzdívky před působením chemikálií a před mechanickými vlivy při padání sudů působí ztvrdlá vrstva strusky vytvořená na začátku provozu s použitím struskotvorných odpadů nebo materiálů, např. směsí skla nebo písku a skla. Později se obvykle v peci udržuje taková teplota, aby se zachovala tato vrstva strusky tvořená minerálními látkami z odpadů a pravděpodobně i přídavnými látkami, např. pískem . [74, připomínky TWG, 2004] 10-70 % 25-70 % 5-30 % až 15 % Byly provedeny zkoušky s jinými povrchovými systémy, avšak ani vstřikované ani lisované žáruvzdorné hmoty neměly úspěch. Obkládání bubnových pecí speciálními slitinami oceli mělo úspěch pouze u některých speciálních aplikací. Trvanlivost žáruvzdorných povrchů stále závisí na vstupujícím odpadu. Běžná je provozní doba 4000 až 16 000 hodin. Chlazení bubnových pecí je prostředkem k prodloužení jejich životnosti. Tak je spolu s pomocí pomalé rotace (přibližně 3-40 otáček/hod) usnadněna doprava tuhých nebezpečných odpadů podávaných z přední části a také pecního popela produkovaného v průběhu spalování směrem k dohořívací komoře. Tyto produkty jsou potom odstraňovány společně s popelem z dohořívací komory mokrou cestou přes výsypku pecního popela. Běžná doba zdržení pro tuhé odpady je více než 30 min. Dohořívací komora prodlužuje dobu zdržení jednak spalováním plynných produktů spalování a dále spalováním přímo vstřikovaných kapalných a plyných odpadů. Minimální doby zdržení přesahující 2 sec jsou základním požadavkem směrnice 2000/76/ES. Velikost dohořívací komory a objem toku plynů určují dosaženou skutečnou dobu zdržení. Snižování doby zdržení může zvyšovat nebezpečí neúplného vyhoření plynů. Zkušenosti z provozu v některých případech ukázaly, že nižší teploty, kratší doby zdržení a menší dodávky kyslíku mohou v některých situacích stále ještě postačovat k dobrému spalování a mohou vést ke snížení celkových emisí do ovzduší. [74, připomínky TWG, 2004] Spalovna s bubnovou pecí o kapacitě spalování 45 000 t/rok je zobrazena na obr. 2.11. Zařízení se skládá ze třech hlavních částí: • Bubnová pec s dohořívací komorou • Kotel na odpadní teplo k výrobě páry • Několikastupňové čištění spalin. Je zde přídavná infrastruktura určená pro skladování, systém podávání vsázky a odstraňování odpadů a odpadních vod (z mokré vypírky plynů) produkovaných během spalování. Obr. 2.11: Příklad spalovny s bubnovou pecí pro spalování nebezpečných odpadů Legenda: Bunker bunkr Drum-type kiln bubnová pec After-burner chamber dohořívací komora Slag remover výsypka škváry Process gas cooler chladič odpadních plynů Rotation washer rotační pračka Ash remover zhášecí výsypka popela Condensation EGR (Exhaust Gas Recirculation) recirkulace spalin v režimu kondenzace SCR (Selective Catalytic Reactor)-plant suction draft (for VA 1 and VA 2) selektivní katalytický reaktor- zařízení k odtahu sáním (pro VA 1 a VA 2) Suction draft odtah spalin sáním Chimney komín 2.3.3 Fluidní lože Spalovny s fluidním ložem jsou široce používané ke spalování rozptýlených odpadů, např. paliva z odpadů a čistírenských kalů. Používají se již celé desítky let, především ke spalování homogenních paliv. Patří k nim uhlí, surový lignit, čistírenské kaly a biomasa (např. dřevo). Spalovna s fluidním ložem je izolovaná spalovací komora ve tvaru vertikálního válce. Ve spodní sekci je na roštu nebo rozdělovací desce vzduchem fluidizované lože z inertního materiálu (např. písek nebo popel). Odpad ke spalování je nepřetržitě z vrchu nebo ze strany přiváděn na fluidní pískové lože [66, Ullmans Encyclopaedia, 2001]. Předehřátý vzduch je veden do spalovací komory otvory v desce lože a vytváří fluidní lože spolu s pískem obsaženým ve spalovací komoře. Odpad je čerpán do reaktoru pomocí čerpadel, hvězdicového podavače nebo šnekového trubkového dopravníku. Ve fluidním loži probíhá sušení, odpařování, vznícení a hoření. Teplota ve volném prostoru nad ložem (volný okraj) dosahuje běžně 850-950 °C. Nad materiálem fluidního lože je navržen volný okraj tak, aby bylo umožněno zdržení plynů ve spalovací zóně. V samotném loži je teplota nižší, může být asi 650 °C nebo vyšší. Vzhledem k dobrému složení výbavy reaktoru, mají systémy spalování s fluidním ložem obecně rovnoměrné rozložení teplot a kyslíku, což zajišťuje stabilitu provozu. Spalování heterogenních odpadů ve fluidním loži vyžaduje v procesu přípravný stupeň, aby se velikost odpadů přizpůsobila specifikacím. U některých odpadů toho lze dosáhnout kombinací odděleného sběru a/nebo předběžnou úpravou, např. šrédrováním. Některé druhy fluidních loží (např. otáčivé fluidní lože) mohou přijímat odpady obsahující částice větších rozměrů než ostatní. V těchto případech je potřebné jen hrubé snížení velikosti odpadu. [64, připomínky TWG, 2003] [74, připomínky TWG, 2004]. Předběžná úprava se běžně skládá z třídění a drcení velkých inertních částic a šrédrování. Lze také požadovat odstranění železných a neželezných materiálů. Velikost částic odpadu musí být malá, často s maximálním průměrem 50 mm. Nicméně je známo, že průměrný průměr odpadů přijímaných na otáčivé fluidní lože je 200-300 mm. [74, připomínky TWG, 2004]. Níže uvedený schematický diagram ukazuje zařízení k předběžné úpravě komunálního odpadu před spalováním ve spalovně s fluidním ložem. Je zobrazeno několik stupňů předběžné úpravy včetně mechanického drcení a pneumatického třídění spolu s koncovými fázemi spalování, čištění spalin a skladování zbytků. Obr. 2.12 Schematický diagram předběžné úpravy KTO před spalováním ve fluidním loži Fluidní lože obsahuje během spalování nespálené odpady a produkovaný popel. Přebytečný popel je obvykle odstraňován ze dna pece. [1, UBA, 2001, 33, Finsko, 2002] Teplo produkované při spalování lze využít v zařízeních, která jsou buď integrována uvnitř fluidního lože anebo na výstupu odpadních plynů či v kombinovaném uspořádání. Relativně vysoké náklady procesů předběžné úpravy u některých odpadů limitují hospodářské využití těchto systémů ve větším měřítku. Toto omezení bylo v některých případech překonáno pomocí třídění některých odpadů a vypracování norem kvality pro paliva z odpadů. Takove systémy kvality jsou prostředkem k zajištění produkce mnohem vhodnější suroviny pro tuto technologii. Kombinace řízeného odpadu s připravenou kvalitou (namísto směsného neupraveného odpadu) a spalování ve fluidním loži může vést k lepší kontrole procesu spalování a umožní zjednodušení procesu a tím i snížení nákladů na čištění spalin. Následující tabulka znázorňuje vlastnosti různých frakcí odpadů upravovaných ve fluidním loži [33, Finsko, 2002]: Živnostenské Předběžně Tříděný a odpady upravené stavební předběžně odpady upravený domovní odpad Méně výhřevný MJ/kg 16-20 14-15 13-16 přijímaný odpad MWh/t 4,4-5,6 3,8-4,2 3,6-4,4 Vlhkost hmot. % 10-20 15-25 25-35 Popel hmot. % 5-7 1-5 5-10 Síra hmot. % < 0,1 < 0,1 0,1-0,2 Chlór hmot. % < 0,1-0,2 < 0,1 0,3-1,0 Skladovací hmot. % dobré dobré dobré jako pelety vlastnosti Tab. 2.6: Vlastnosti různých frakcí paliva z odpadů upravovaných ve fluidním loži. [33, Finsko, 2002] Podle rychlosti toku plynu a návrhu desky s trykami lze rozdělit technologie pecí s fluidním ložem takto: • • • Pevné (nebo probublávací) fluidní lože (za normálního tlaku nebo vyššího tlaku, atmosférické nebo tlakové): inertní materiál se smísí, ale nedochází k výraznému pohybu tuhých odpadů v protisměru (viz obr. 2.13) Verzí probublávacího fluidního lože je otáčivé fluidní lože: v tomto případě se fluidní lože ve spalovací komoře otáčí. Výsledkem je delší doba zdržení ve spalovací komoře. Spalovny s otáčivým fluidním ložem se používají pro spalování směsných komunálních odpadů přibližně deset let. Cirkulující fluidní lože: vyšší teplota plynu ve spalovací komoře způsobuje úbytek paliva a materiálu lože, které jsou vraceny nazpět do spalovací komory prostřednictvím recirkulačního spalinovodu (viz diagram na obr. 2.14). K zahájení spalovacího procesu musí být fluidní lože zahřáto na minimální teplotu vznícení přidávaného odpadu (nebo vyšší, požaduje –li to legislativa). Toto lze uskutečnit předehřátím vzduchu olejovými nebo plynovými hořáky, které zůstávají v provozu, dokud nedojde k nezávislému hoření. Odpad propadává do fluidního lože, kde je drcen v procesu abraze a spalování. Obvykle je největší podíl popela veden spolu s tokem spalin a vyžaduje oddělení v zařízení k čištění spalin, nicméně, skutečný podíl pecního popela (odstraňovaného ze základny lože) a popílku závisí na technologii fluidního lože a odpadu samotném [1, UBA, 2001]. Problémy s usazeninami, běžně se vyskytující v kotlích spaloven, lze řešit sledováním kvality odpadu (nejčastěji udržováním nízkého obsahu Cl, K, Na a Al) a provedením návrhů kotle a pece. Některé návrhy kotlů a pecí lze použít s fluidním ložem (ale nikoliv v roštových kotlích na spalování směsných odpadů) s ohledem na stabilnější teploty a přítomnost materiálu lože. 2.3.3.1 Spalování v pevném (probublávacím) fluidním loži Tento druh fluidního lože se běžně uplatňuje při spalování čistírenských kalů, jakož i ostatních průmyslových kalů, např. z petrochemického a chemického průmyslu. Pevné nebo probublávací fluidní lože (viz obr. 2.13) sestává ze spalovací komory ve tvaru válce nebo kvádru, z lože s tryskami a z palivového hořáku umístěného ve spodní části. Obr. 2.13: Hlavní složky pevného/probublávaného fluidního lože [1, UBA, 2001]. Legenda: 1 sludge feed with disintegration/spraying 2 additional fuel 3 atmospheric oxygen 4 waste gas 5 fluidized bed 6 after-burner chamber 7 start-up incineration chamber 8 inspection glass podávání kalů rozložených /rozprašovaných přídavné palivo atmosférický kyslík odpadní plyn fluidní lože dohořívací komora najížděcí spalovací komora inspekční okénko 9 air preheater předehřívač vzduchu Předehřátý proud vzduchu prochází přes rozdělovací desku a zkapalňuje materiál lože. S ohledem na aplikaci je možno použít pro lože různé materiály (křemičitý písek, čedič, keramika atd.) o různé velikosti částic. [2, infomil, 2002], [64, připomínky TWG, 2003]. Odpady lze plnit vrchem, ze strany pomocí pásových podavačů nebo přímo vstřikovat do fluidního lože. V loži jsou odpady drceny a míseny s jiným materiálem, sušeny a částečně spalovány. Zbývající frakce (těkavé a jemné částice) jsou spalovány nad fluidním ložem ve volném prostoru. Zbytkový popel je spolu se spalinami odstraňován z vrchní části pece. Předběžné stupně procesu - odvodňování a sušení - lze uplatnit k tomu, aby odpady vyhořely bez potřeby přídavného paliva. Využité teplo ze spalovacího procesu může poskytnout energii k sušení odpadu. Ve fázi najíždění nebo v případě nízké kvality odpadu (např., když jde o staré kaly nebo vysoký podíl druhotných kalů) může být použito přídavné palivo (olej, plyn anebo palivo z odpadu), aby bylo v peci dosaženo předepsané teploty (obvykle 850 ºC). K regulaci teploty lze do pece vstřikovat vodu. Pec je před zahájením podávání odpadu obvykle předehřáta na svou provozní teplotu. K tomuto účelu bývá pod ložem s tryskami umístěna najížděcí spalovací komora (viz obr. 2.13). Ta je výhodnější oproti shora umístěnému hořáku, neboť teplo je vedeno přímo do fluidního lože. Přídavné předehřátí může být zajišťováno pomocí palivových trysek, které vyčnívají z tryskového lože do pískového lože. Čistírenské kaly jsou přiváděny v okamžiku, kdy teplota v peci dosáhne provozní teplotu, např. 850 ºC. Velikost pece je nejčastěji určována požadovaným stupněm vypařování (průřez pece), tepelným výkonem pece (objem pece) a požadovaným množstvím vzduchu. Příklad provozních parametrů zařízení ke spalování čistírenských kalů ve fluidním loži je znázorněn v tabulce 2.7: Parametr Parní výkon Jednotky kg/m2h Hodnota 300-600 Množství přiváděného vzduchu Tepelný výkon N m3/ m2h 1000-1600 GJ/ m3h 3-5 Konečná teplota spalování ºC 850-950 Doba zdržení, volný prostor, dohořívací zóna Předehřátí atmosférického kyslíku sec. min. 2 ºC 400-600 Tab. 2.7: Hlavní provozní kritéria pro pevná fluidní lože Zdroj [1, UBA, 2001] Předehřívání vzduchu je možno se zcela vyhnout při použití vysoce výhřevného paliva (např. sušené čistírenské kaly, dřevo, živočišné vedlejší produkty). Teplo lze odvádět přes membránové stěny a/nebo ponořené stěny tepelných výměníků. Některé procesy zahrnují v první fázi sušení. Páru k sušení lze vyrábět v kotli a poté využívat jako tepelné médium s nepřímým kontaktem mezi párou a kalem. Páry z kalů mohou být odváděny z procesu sušení a poté kondenzují. Kondenzovaná voda má obvykle vysokou hodnotu CHSK (přibližně 2000 mg/l) a vysoký obsahu dusíku (přibližně 600-2000 mg/l), může obsahovat i jiné znečišťující látky (např. těžké kovy) z čistírenských kalů, a proto je často před konečným vypouštěním nutné čištění. Zbytkové látky, které nemají charakter kondenzátu, mohou být spáleny. Po spálení mohou být spaliny ochlazeny v tepelném výměníku, aby se ohřál vzduch ke spalování na teplotu přibližně 300 ºC a v některých případech ne teplotu přes 500 ºC. Zbytkové teplo v parním kotli lze obnovit a využít k výrobě nasycené páry (tlak asi 10 barů), která se postupně použije k částečnému předsušení kalů. [64, připomínky TWG, 2003] 2.3.3.2 Cirkulující fluidní lože pro čistírenské kaly Cirkulující fluidní lože (viz obr. 2.14 níže) je obzvláště vhodné ke spalování sušených čistírenských kalů o vysoké výhřevnosti. Na lože se zde používají jemné materiály a při vysoké rychlosti plynů odchází většina částic tuhých materiálů fluidního lože z komory spolu se spalinami. Částice jsou potom odděleny v proudovém vírovém odlučovači a vráceny zpět do spalovací komory. Obr. 2.14: Hlavní složky cirkulujícího fluidního lože Zdroj [1, UBA, 2001] Legenda: sewage sludge čistírenské kaly lime bunker bunkr s vápnem secondary air sekundární vzduch fluidized bed incineration chamber primary air recycling cyclone coarse ash air fluidized bed condenser flue gas to the boiler spalovací komora s fluidním ložem primární vzduch recyklační odlučovač hrubý popel vzduch kondenzátor fluidního lože spaliny do kotle Výhodou tohoto procesu je to, že lze při malém reakčním objemu dosáhnout velkého tepelného výkonu a vyrovnanějších teplot podél výšky pece. Rozměry zařízení jsou obvykle větší než v případě BFB (Bubbling Fluidized Bed – probublávané fluidní lože) a je zde možno zpracovávat větší rozsah druhů odpadů. Odpad je vstřikován ze strany do spalovací komory, spalování probíhá při teplotě 850-950 °C. Přebytečné teplo odchází přes membránové stěny tepelné výměníky. Kondenzátor fluidního lože je umístěn mezi recyklační odlučovače a cirkulující fluidní lože a slouží k ochlazování vraceného popela. Použitím této metody je možno regulovat odvádění tepla. 2.3.3.3 Pec s pohazovacím roštem [64, připomínky TWG, 2003] Tento systém je možno pokládat za mezičlánek mezi spalováním na roštu a spalováním ve fluidním loži. Odpad (např. palivo z odpadu, kaly atd.) je do výšky několika metrů pneumaticky vháněn do pece. Jemné částice se přímo účastní spalovacího procesu, zatímco větší částice padají na pohyblivý rošt, který se posunuje v opačném směru než je vstřikován dopad. Při rozprašování větších částic na velkou vzdálenost dochází k jejich co nejdelšímu zdržení na roštu a tak je umožněno dokončení jejich spálení. Sekundární vzduch je vstřikován proto, aby se zajistilo potřebné promíchání spalin ve spalovací zóně. V porovnání se spalováním na roštu je tato konstrukce méně složitá vzhledem k relativně malému tepelnému a mechanickému zatížení. Když porovnáme tuto metodu se systémy fluidního lože, je zde méně podstatná homogenita částic z hlediska velikosti a nižší riziko zanášení. 2.3.3.4 Otáčivé fluidní lože [74, připomínky TWG, 2004] Tento systém je variantou spalování v probublávaném loži. Nakloněné desky s tryskami, široké lože se skluzavkami na odtah popela, zrychlené plnění a extrakční šrouby jsou specifické znaky spolehlivého nakládání s tuhými odpady. Recirkulací spalin dochází k regulaci teploty žáruvzdorného obložení spalovací pece (lože a volný okraj). To dovoluje široké rozpětí výhřevnosti paliv, a např. i společné spalování s kaly a předem upravenými odpady. 2.3.4 Pyrolýza a zplyňovací systémy 2.3.4.1 Úvod do zplyňování a pyrolýzy [9, VDI, 2002] Od sedmdesátých let jsou vyvíjeny alternativní technologie tepelné úpravy odpadů. Vcelku jsou používány pro oddělené proudy odpadů a v menším měřítku než spalování. Tyto technologie jsou zaměřeny na oddělování reakčních složek, které vznikají v běžných spalovnách odpadů při regulovaných teplotách a tlacích ve speciálně navržených reaktorech. (viz tab. 2.1). Obdobně jako specificky navržené technologie pyrolýzy/zplyňování mohou být přizpůsobeny provozu v podmínkách pyrolýzy či zplyňování standardní technologie spalování (např. roštové, ve fluidním loži, otáčivé pece atd.), tzn. podmínkám s omezeným přístupem kyslíku (sub-stechiometrické) nebo při nižších teplotách. Často jsou systémy pyrolýzy a zplyňování kombinovány s proudovým spalováním s výrobou syntézního plynu (viz oddíl 2.3.4.4 o kombinovaných procesech). Vedle běžných cílů spalování (tzn. efektivní úprava odpadů) existují přídavné cíle procesů zplyňování a pyrolýzy: • • konverze určitých frakcí odpadu na plyn (zvaný syntézní plyn) zmírnění požadavků na čištění plynů snížením objemů spalin. Obojí, jak pyrolýza, tak i zplyňování, se odlišují od spalování v tom, že mohou být použity k obnově chemické hodnoty odpadu (spíše než energetické hodnoty). Odvozené chemické produkty mohou být potom v některých případech využity jako surovina pro jiné procesy. Nicméně, pokud se jedná o odpady, je toto více obvyklé u základních procesů pyrolýzy, zplyňování a spalování, které jsou kombinovány, často na jednom místě jako součást integrovaného procesu. V tomto případě je zařízení celkově zaměřené spíše na využití energie spíše než na využití chemické hodnoty odpadu, jak bývá běžné u normální spalovny. V některých případech obsahují pevné zbytky z takových procesů škodlivé látky, které by mohly být ve spalovacím systému převedeny do plynné fáze a následně v procesu účinného čištění spalin odstraněny jako zbytky z čištění spalin. [64, připomínky TWG, 2003] Byly vyvinuty následující systémy a návrhy (do různé míry osvědčené a úspěšné v průmyslovém měřítku): Pyrolýza – systémy spalování odpadů: Systém č. 1 Pyrolýza v rotační peci – oddělení koksu a anorganické hmoty – spálení pyrolýzního plynu Systém č. 2 Pyrolýza v rotační peci – oddělení inertních materiálů – spálení frakcí bohatých na pevný uhlík a pyrolýzní plyn Systém č. 3 Pyrolýza v rotační peci – kondenzace složek pyrolýzního plynu – spálení plynu, oleje a koksu Systém č. 4 Pyrolýza na roštu – přímo vedené spalování Systém č. 5 Pyrolýza na roštu (s následným tavením v peci s produkcí roztaveného pecního popela o nízkém obsahu kovů) – cirkulující fluidní lože (vyhoření částic a plynu). Systémy zplyňování odpadů: Systém č. 1 sušením Pevné zplyňovací lože – pro beztvaré materiály potřebná předběžná úprava Systém č. 2 Zplyňovač s kalovou vanou - jako pevné lože, ovšem s vypouštěním roztaveného pecního popela Systém č. 3 Zplyňování v proudu unášených částic – pro kapalné, kašovité a jemně granulované materiály, které lze vstřikovat do reaktoru tryskami Systém č. 4 Zplyňování ve fluidním loži – cirkulující fluidní lože pro předem upravené komunální odpady, odvodněné čistírenské kaly a některé nebezpečné odpady Systém č. 5 Zplyňování v probublávaném loži – obdoba spaloven s probublávaným fluidním ložem, ovšem funguje při nižších teplotách a jako zplynovač. Pyrolýza – systémy zplyňování odpadů: Systém č. 1 Konverzní proces – pyrolýza v rotační peci – odebírání a zpracování tuhé fáze – kondenzace plynné fáze – následuje zplynovač unášeného pyrolýzního plynu, oleje a koksu Systém č. 2 Kombinace zplyňování-pyrolýza a tavení – částečná pyrolýza v narážecí peci s přímým zplyňováním v reaktoru v pevném loži s přídavkem kyslíku (např. Thermoselect). Za účelem předběžné úpravy odpadů poté spalovaných v jiných průmyslových zařízeních byly vyvinuty další systémy. Tyto spoluspalovací procesy nespadají do působnosti tohoto BREFu. 2.3.4.2 Zplyňování [ 64, připomínky TWG, 2003] Zplyňování je částečné spalování organických látek za vzniku plynů, které lze použít jako surovinu (pomocí reformních procesů) nebo jako palivo. [1, UBA, 2001] Existuje nebo je v návrhu několik různých zplyňovacích procesů, které jsou v zásadě vhodné k úpravě komunálních odpadů, určitých nebezpečných odpadů a sušených čistírenských kalů. Důležité je, aby povaha (velikost, konzistence) vstupujícího odpadu vyhovovala určitým předem definovaným limitům. To často znamená specifickou předběžnou úpravu komunálních odpadů, např. pro zplyňovací proces platí tyto speciální charakteristiky: • • menší objem plynu v porovnání s objemem spalin při spalování (při použití čistého kyslíku až desetinásobek) Převažující tvorba CO nad CO2 • • • • • Vysoké provozní tlaky (u některých procesů) Akumulace tuhých zbytků ve formě škváry (při vysokých teplotách zplyňování strusky) Malé a kompaktní agregáty (obzvláště při tlakovém zplyňování) Materiálové a energetické zužitkování syntézního plynu Menší toky odpadních vod z čištění syntézního plynu. Přehled používaných zplyňovacích reaktorů: • • • • Zplyňovač ve fluidním loži (viz obr. 2.17) Průtokový zplyňovač Cyklónový (vířivý) zplyňovač Zplyňovač v pevném loži. Obr. 2.15: Zobrazení pevného lože a průtokového zplyňovače Zdroj [ 1, UBA, 2001] Legenda: Bunker bunkr Steam washing parní praní Entry lock vstupní uzávěr Dust-tar injection vstřikování dehtového prachu Water cooling jacket vodou chlazený plášť Preheating zone předehřívací zóna Drying sušení Degasification odplynění Gasification Incineration zone Ash zone Water Rotary grate Rotary grate drive Slag lock Steam collector Lock gas Wash water Wash cooler Gas water/Tar dust Oxygen Steam Natural gas (oxygen) Tar oil fraction Slurry Cooling water Burner Reactor Quench water Quencher Cracked gas Soot water Lock Slag zplyňování spalovací zóna zóna popela voda otáčivý rošt pohon otáčivého roštu uzávěr strusky parní kolektor uzávěr plynu promývací voda chladič promývací vody voda s obsahem plynu/dehtový prach kyslík pára zemní plyn frakce dehtového oleje odpadní kaly chladicí voda hořák reaktor zhášecí voda zhášedlo krakovaný plyn znečištěná voda uzávěr kal K využití v unášeném proudu, ve zplyňovačích s fluidním ložem nebo v cyklónových zplyňovačích musí být vstupující materiál jemně granulovaný. K tomu je nezbytná předběžná úprava, zvláště u komunálních odpadů. Na druhé straně, nebezpečné odpady, jsou –li kapalné, kašovité nebo jemně granulované, lze zplyňovat přímo. 2.3.4.2.1 Příklady procesů zplyňování [ 1, UBA, 2001] V Německu je v současné době v zařízení Sekundaerrohstoffverwerungszentrum (SVZ, Centrum pro využití druhotných surovin) ve Schwarze Pumpe používán ke zplyňování tekutých nebezpečných odpadů tzv. zplyňovač s proudem unášených částic. Tekuté odpady vstupují do reaktoru přes systém hořáků a jsou při teplotách 1600-1800 ºC transformovány na syntézní plyn. Od r. 1995 bylo v tomto zařízení odstraněno asi 31 000 t odpadních olejů. Pro zplyňování v pevném fluidním loži je určena vsázka beztvarého materiálu, který je ale třeba předběžně vysušit. V zařízení SVZ Schwarze Pumpe GmbH je provozováno šest zplyňovačů s pevným ložem, určených ke zplyňování směsí odpadu s uhlím. Podíl odpadu ve vsázce je až 85 %. V reaktorech, z nichž každý má kapacitu 8-14 t/hod, se většinou zpracovávají tuhé plastové odpady, odvodněné čistírenské kaly a kontaminovaná zemina. Odpady vstupují do reaktoru přes vstupní uzávěr a jsou při teplotách 500-1300 °C a tlaku 25 barů transformovány s použitím páry a kyslíku (zplyňovací činidlo) na syntézní plyn. Jedním z vyvíjených zplyňovačů s pevným ložem je zařízení na zplyňování v kalové vaně na obr. 2.16 níže. Takové zařízení je v současné době zkušebně provozováno, přijímá až 70 % odpadů při výkonu 30 t/hod. Zplyňovač pracuje při teplotách dosahujících až 1600 °C a kal je vypouštěn v tekuté formě. Obr. 2.16: Zplyňovač s kalovou vanou Zdroj [ 1, UBA, 2001] Legenda: waste waste lock waste bunker entry system gas discharge wash cooler gasification zone, appr. 3600 °C gasification agent slag tapping appr. 1400 °C slag quench vessel ring burner slag lock odpad uzávěr odpadu bunkr na odpad plnicí systém odtah plynu chladič promývací vody zóna zplyňování, asi 3600 °C zplyňovací činidlo výpusť kalu, asi 1400 °C nádoba na šokové chlazení kalu prstencový hořák uzávěr kalu slag kal V Japonsku je používán proces zplyňování odpadu založený na fluidním loži v kombinaci s proudovým zplyňováním. (viz obr. 2.17 níže) Obr. 2.17: Zplyňovač s fluidním ložem s vysokoteplotním tavením strusky Zdroj [ 68, Ebara, 2003] Tento proces je navržen k produkci syntézního plynu z plastových obalových odpadů nebo jiných vysoce výhřevných odpadních materiálů. K hlavním složkám procesu patří zplyňovač s fluidním ložem a dvoustupňový vysokoteplotní zplyňovač. Fluidní lože umožňuje rychlé zplynění poměrně různorodého materiálu, peletizovaného k hladkému podávání do zařízení. Akceptovat je možno několik málo procent nespalitelných složek, dokonce kousky kovu, neboť popel je z fluidního lože plynule odváděn. Vysokoteplotní zplyňovač je navržen jako cyklón, který shromažďuje jemné prachové částice na stěnách. Po vitrifikaci jsou kaly odvedeny, i když s vrstvou vody na povrchu. Oba reaktory jsou provozovány za zvýšeného tlaku, běžně 8 barů. V r. 2001 bylo uvedeno do provozu první komerční zařízení s touto technologií zpracovávající plastové obalové odpady. Kapacita tohoto ukázkového zařízení je 30 t/den. V r. 2002 zahájilo provoz další zařízení s kapacitou 56 t/den. Vyrobený syntézní plyn se používá v přilehlé výrobě čpavku. Ve výstavbě jsou další obdobná zařízení. Byly provedeny pokusy s jinými variantami zplyňovacích procesů a některé procesy pro různé proudy odpadu byly vyvinuty. 2.3.4.3 Pyrolýza [ 1, UBA, 2001] Pyrolýza je odplyňování odpadů za nepřítomnosti kyslíku. Během procesu vzniká pyrolýzní plyn a tuhý koks. Tepelný výkon pyrolýzního plynu je běžně mezi 5 až 15 MJ/m3 pro komunální odpady a mezi 15 až 30 MJ/m3 pro palivo z odpadu. V širším smyslu je „pyrolýza“ všeobecný pojem zahrnující řadu různých kombinací technologií, které vcelku sestávají z následujících technologických stupňů: • • • • proces doutnání: tvorba plynu z těkavých částic odpadů při teplotách mezi 400-600 °C pyrolýza: tepelný rozklad organických molekul odpadu mez 500 a 800 °C za vzniku plynné a tuhé frakce zplyňování: konverze uhlíkatého podílu zbylého v pyrolýzním koksu při 800 až 1000 °C s použitím zplyňovacích látek (např. vzduchu nebo páry) na procesní plyn (CO, H2) spalování: spalování plynu a pyrolýzního koksu (závisí na kombinaci technologií) ve spalovací komoře. Pyrolýzní zařízení k úpravě komunálních odpadů je provozováno v Německu, a další zařízení bylo spuštěno do provozu na konci r. 2003 ve Francii. V Evropě a jinde na světě (především v Japonsku) existují také projekty pyrolýzy odpadů, zpracovávající určité specifické frakce dopadů, často po předběžné úpravě. Zařízení pro pyrolýzu odpadů obvykle zahrnují následující základní výrobní stupně: 1 příprava a mletí: mlýn zlepšuje a normalizuje kvalitu odpadu určeného ke zpracování, čímž je usnadněn přestup tepla 2 sušení (v závislosti na druhu procesu): oddělená fáze sušení zlepšuje kvalitu surového procesního plynu s nízkou výhřevností (LHV – lower heating value) a zvyšuje účinnost interakce mezi tuhou a plynnou fází v rotační peci 3 pyrolýza odpadů, při které se kromě pyrolýzního plynu akumuluje tuhý uhlíkatý zbytek s obsahem minerálů a organických podílů 4 druhotná úprava pyrolýzního plynu a pyrolýzního koksu kondenzací plynů vedoucí k extrakci energeticky využitelných olejových směsí a/nebo spalování plynu a koksu k destrukci organických složek a současnému využití energie. Obr. 2.18: Struktura zařízení k pyrolýze komunálního odpadu Zdroj [1, UBA, 2001] Legenda: crane system waste feed shears shredded waste fan air pyrolyse gas hot gas filter inert materials metals water indirect cooler pyrolyse coke reaction products steam turbine generator natural gas condense spray scrubber tissue filter chimney jeřábový systém podavač odpadu nůžky drcený odpad ventilátor vzduch pyrolýzní plyn filtrace horkých plynů inertní materiály kovy voda nepřímé chlazení pyrolýzní koks reakční produkty parní turbina generátor zemní plyn kondenzace vypírání s rozprašováním textilní filtr komín Obecně se teplota ve stupni pyrolýzy pohybuje mezi 400 a 700 ° C. Při nižších teplotách (asi 250 ° C) se mohou vyskytnou v určité míře i jiné reakce. Tento proces se někdy nazývá konverze (např. konverze čistírenských kalů). Kromě tepelné úpravy některých komunálních odpadů a čistírenských kalů lze pyrolýzy také využít k: • • • dekontaminaci půd úpravě syntézního plynu a použitých pneumatik úpravě pro látkové využití kabelových odpadů, jakož i kovových a plastických materiálů. K potenciálním výhodám procesů pyrolýzy může náležet: • • • • možnost využití hodnoty materiálů organických frakcí, např. metanolu možnost zvýšení výroby elektřiny pomocí plynových motorů nebo plynových turbin (namísto parních kotlů) snížení objemu spalin po spalování, čímž lze redukovat do určité míry náklady na čištění spalin možnost dodržet, prostřednictvím praní, specifikace pro externí použití vyrobených uhlíků (např. obsah chlóru) [64, připomínky TWG, 2003] [74, připomínky TWG, 2004] 2.3.4.3.1 Příklady procesů pyrolýzy [2, infomil, 2002] Tento příklad uvádí úpravu tuhých průmyslových kalů a drcených odpadních obalů barev/chemických látek. Pyrolýzní jednotka je kombinovaná se zařízením k tepelné úpravě kontaminované zeminy, kde se syntézní plyn z pyrolýzy používá jako palivo. Pyrolýzní jednotka se skládá ze dvou paralelních reaktorů. Oba jsou vybaveny šnekovými podavači materiálu. Podávané materiály obsahují filtrační koláče a sedimenty z jiných místních procesů čištění odpadních vod, jakož i odpady barev. Průměrný obsah organických materiálů se mění od 25 do 58 % a průměrná vlhkost je přibližně 25 %. Při najíždění jsou reaktory zahřívány zemním plynem o teplotě asi 500 ºC. Potom následuje plnění a zastaví se přívod zemního plynu. Množství přiváděného vzduchu se udržuje pod stechiometrickou potřebou, a tak dochází ke zplyňování. Zplyňovací teplota je přibližně 9001200 ºC. Kapacita reaktoru dosahuje asi 2x4 t/hod. Syntézní plyn se šokově zchlazuje v chladicím kondenzátoru. Zbylý syntézní plyn (minimální výhřevnost přibližně 7 MJ/Nm3) se používá jako palivo v jiné jednotce tepelné úpravy kontaminované zeminy. Spalování a čištění spalin probíhají podle nizozemských emisních standardů. Kondenzovaná voda z šokového chlazení je upravována v dekantéru pro odstraňování uhlíku. Ke zvlhčování reakčních zbytků se používá voda. Zbytky z reaktoru (teplota asi 500 ºC) procházejí systémem magnetického třídění, kde se odstraňuje železo z odpadních barev a z obalů. Zbývající frakce se ochlazuje a zvlhčuje kondenzovanou vodou a ukládá na skládku. Celkové schéma procesu včetně hlavních hmotnostních toků je znázorněno na obrázku níže: Obr. 2.19 Schéma procesu v pyrolýzní jednotce ATM Zdroj [2, infomil, 2002] Legenda: Decanter dekantér Waste water odpadní voda Quench šokové chlazení (zhášedlo) Decanter residue zbytky z dekantéru Overflow tank přetoková nádžr Kiln TRI Pec TRI Afterburner TRI přídavný hořák Water voda Natural gas zemní plyn Air vzduch Waste input vstupující odpad Shredder šrédr Mixer míchadlo Dryer sušička Magnet magnet Cooler mixer chlazení mícháním Cooler chladič Residue zbytky Metal scrap kovový šrot Start-up burne r najížděcí hořák Pyrogas pyrolýzní plyn Hlavní výhodou této pyrolýzní jednotky je to, že přebytečná tepelná kapacita obsažená v upraveném filtračním koláči, sedimentech a odpadech barev může být přímo využita v jednotce pro tepelnou úpravu znečištěné zeminy. Energetická účinnost je proto přinejmenším srovnatelná se spalováním odpadu. Dále pak je odstraněna k recyklaci frakce železného šrotu (15 %), zatímco objem upraveného objemu se sníží o přibližně 50 %. Zbylé zbytky lze částečně upravovat v samotném zařízení ATM. Režijní náklady se snižují, neboť jsou společné pro spalovnu velkého množství kontaminované zeminya a kalů z čistírny odpadních vod a pro čištění spalin. 2.3.4.3.2 Příklad pyrolýzy v kombinaci s elektrárnou [1, UBA, 2001] Tento příklad pyrolýzní jednotky je navržen jako přídavné zařízení ke stávající elektrárně. Skládá se ze dvou linek bubnových pecí, z nichž každá má plánovanou kapacitu 50 000 t komunálního odpadu/rok. Stávající kotelní jednotka bude doplněna na plnou kapacitu až 10ti procenty výstupního produktu z pyrolýzních alternativních paliv. Specifikace zařízení ConTherm: Při zahřívání za nepřítomnosti kyslíku na teplotu asi 500 °C v zařízení s nepřímo vytápěnou bubnovou pecí dochází k tepelnému rozkladu připraveného paliva z odpadu. Organické složky jsou odbourány na plynné uhlovodany. Vzniká koks, pyrolýzní plyn, kovy a inertní materiály. Kovy obsažené v přiváděném odpadu jsou přítomny v jejich kovové struktuře a mohou být odděleny ve vysoce čisté formě. K tomuto účelu je na konci jednotky s bubnovými pecemi provozována recyklační jednotka, ve které se z tuhých zbytků oddělují jednotlivé frakce. Zbytek je vytříděn do hrubé (kovy, inertní materiál) a jemné frakce. 99 % uhlíku je obsaženo v koksu v jemné frakci. Po prosetí je hrubá frakce dopravena do mokré výsypky popela, ochlazena a ve zpracovatelském závodě roztříděna na železné a neželezné kovy. Tepelná energie prostupuje v podobě záření a v menší míře konvekcí pláštěm zařízení do odpadu v bubnové peci. Pyrolýzní bubnová pec je navržena pro ohřev odpadu na teplotu v přibližném rozmezí 450-550 °C a jeho zplynění v průběhu jedné hodiny. Výsledný pyrolýzní plyn je složen z: • • • • • vodní páry oxidu uhelnatého vodíku methanu uhlovodanů vyšších řádů. Pyrolýzní plyn je odprášen v cyklónu. Usazené částice prachu a uhlíku jsou přidávány k pyrolýznímu koksu. Integrace zařízení Con Therm do elektrárny Elektrárna má maximální tepelný výkon pece 790 MW. Kromě běžných paliv jsou zde také používána další paliva, např. uhlí, koks, petrolejový koks, pyrolýzní koks a pyrolýzní plyn. Koks je nejprve plněn do bunkru na uhlí a potom v rozemletém stavu spolu s uhlím vyfukován do pece s práškovými hořáky. Spalování pyrolýzního produktu probíhá při teplotách kolem 1600 °C. Během spalování se organická činidla transformují na oxid uhličitý a vodu. Vzhledem k vysokému poměru obsahu síry k chlóru v neupravených spalinách a vzhledem ke chlazení (na přibližnou teplotu 120 °C) je zabráněno vzniku nových sloučenin dioxinů. Všechna jedovatá činidla, která nepřešla do plynného skupenství, zůstávají vázaná v roztaveném granulátu spolu s recyklovaným vzdušným prachem a mletým inertním materiálem. Energetická bilance a určování hmotnost: Energetická a hmotnostní bilance zařízení ConTherm je znázorněna na následujícím diagramu: Obr. 2.20: Energetická bilance a určování hmotnosti v zařízení ConTherm Zdroj [1, UBA, 2001] Legenda: substitute fuel mixture (waste material rich in calorific value) alternativní palivová směs(odpadní materiál o velké výhřevnosti) shredder light fraction lehká frakce ze šrédrování BRAM (Brennstoff aus Muell) palivo z odpadu DSD (Duales System Deutschland) německý duální systém recyklace Industrial waste průmyslový odpad natural gas zemní plyn combustion air spalovací vzduch sum total celkové množství pyrolyse drum-type kiln bubnová pyrolýzní pec air preheating předehřívání vzduchu pyrolyse gas to boiler firing system pyrolýzní plyn do topného systému kotle cyclone cyklón heat loss ztráta tepla inert materials (stones, glass)to reprocessing inertní materiály (kameny, sklo) metals to reprocessing kovy k úpravě pyrolyse coke to boiler firing system pyrolýzní koks do topného systému kotle waste gas drum-type kiln heating odpadní plyn z vytápění v bubnové peci do komína to chimney V závislosti na výhřevnosti paliva z odpadu (např. 15-30 MJ/m3) lze snižovat dodávku primárního paliva, např. uhlí, v rozsahu od 0,5 do 1,0 t černého uhlí na 1 t paliva z odpadu. Údaje o emisích do ovzduší nebyly dodány. Náklady: Kvůli propojení pyrolýzní jednotky s uhelnou elektrárnou a využití pyrolýzních produktů v elektrárně jsou nová zařízení (a tudíž i kapitálové náklady) závislá na: • • • příjmu odpadů a skladování (bunkr) systému bubnové pece s příslušným vytápěním, a na systému úpravy cenných (zhodnotitelných) látek. Elektrárna sdílí spalovací jednotku, systém využití odpadního tepla, systém čištění spalin a komín. Použití výrobního zařízení, strojů a infrastruktury elektrárny vede ke snížení investičních nákladů a tudíž i úroků. Vedle toho se také snižují náklady na zaměstnance, provoz a údržbu. Tím dochází i ke snížení nákladů na odstranění 1 t odpadu, které tak mohou být nižší, než u samostatné spalovny. [1, UBA, 2001] 2.3.4.4 Kombinované procesy Tento termín se používá pro procesy, které jsou kombinací různých tepelných procesů (pyrolýza, spalování, zplyňování). 2.3.4.4.1 Pyrolýza – spalování [1, UBA, 2001] Techniky níže uvedené jsou v různém stupni vývoje: 1. Pyrolýza v bubnové peci s následným vysokoteplotním spalováním pyrolýzního plynu a pyrolýzního koksu. V Německu nebylo toto zařízení ještě uvedeno do plného provozu. 2 Pyrolýza v bubnové peci s následnou kondenzací plynných dehtů a olejů a doprovázená spalováním pyrolýzního plynu, pyrolýzního oleje a pyrolýzního koksu při vysokých teplotách. 3 Pyrolýza na roštu s přímo vedeným spalováním při vysoké teplotě. Tuhé zbytky z těchto procesů jsou granulovány, což je výhodné pro další zužitkování nebo odstranění. Čistírenské kaly (odvodněné nebo sušené) mohou být zpracovávány současně s frakcemi komunálního odpadu. Proces č. 2 (shora) je v zásadě podobný procesu č. 1, liší se pouze ve dvou hlavních aspektech: • • pyrolýzní plyny jsou ochlazeny na výstupu z bubnové pece, přičemž se usazují olej, prach a voda. po procesu následuje oxidační tepelná úprava při vysokých teplotách ve zvláštní agregátové peci, kde jsou spáleny pyrolýzní produkty, směs olej-voda-prachová směs, pyrolýzní koks a pyrolýzní plyn, zatímco tuhé zbytky se transformují na kapalnou taveninu. Obr. 2.21: Pyrolýza na roštu přímo spojená s vysokoteplotním spalováním Zdroj [1, UBA, 2001] Legenda: Municipal waste komunální odpad Bunker bunkr Grate system roštový systém Incineration air (preheated in the drum-type kiln) spalovací vzduch (předehřátý v bubnové peci) Drum-type kiln bubnová pec Pyrolyse pyrolýza Incineration spalování Waste gas odpadní plyn Wet declinker zařízení k odstraňování škváry mokrou cestou Waste gas to heat utilisation and waste gas cleaning odpadní plyn k využití tepla a k čištění odpadních plynů Slag škvára Pyrolýza na roštu přímo spojená se spalováním při vysoké teplotě (viz. obr. 2.21) byla vyvinuta z běžného roštového spalování s cílem vyprodukovat kapalnou taveninu. Odpady jsou nejprve pyrolyzovány na roštu přímým ohřevem. Teplo k ohřevu pochází z neúplného spalování pyrolýzních plynů v čistém kyslíku. Ve druhé fázi produkty pyrolýzy – pyrolýzní plyn, koks a inertní látky - shoří nebo jsou při vysoké teplotě roztaveny v přímo navazující bubnové peci. Nashromážděné roztavené zbytky obsahují sklo, kameny, kovy a jiné inertní materiály a liší se od odpovídajících produktů v procesu č. 1 nahoře. Obr. 2.22: Proces RCP (Recycled Clean Products – čistá recyklovatelná produkce) Zdroj [1, UBA, 2001] Legenda: Charge dávka Lock uzávěr Dosing apparatus dávkovací zařízení Secondary incineration chamber sekundární spalovací komora Pyrolyse chamber pyrolýzní komora Melting furnace tavicí pec Circulating fluidized bed cirkulující fluidní lože Oxygen lance kyslíkový řezací hořák Fluid bed condenser kondenzátor fluidního lože Transformer transformátor HSR slag treatment (High Temperature Smelt Redox) úprava kalů vysokoteplotním tavením pomocí technologie HSR Granulation granulace Crude gas to waste gas cleaning neupravený odpadní plyn k čištění plynů Waste heat boiler kotel na odpadní teplo Cyclone cyklón Metal discharge odstraňování kovů Cement grinding addition přidávání do mletého cementu Proces RCP (viz obr. 2.22) je obdoba pyrolýzy na roštu s přímým spojením se spalováním při vysoké teplotě. Roztavený pecní popel je zbaven kovových složek a obohacen ve speciálním sekundárním stupni úpravy na přísadu do cementu. V Německu je koncepce procesu RCP v průmyslovém měřítku realizována poprvé zařízení o kapacitě 90 000 t/rok (investiční náklady asi 88 mil. EUR) napojeném na stávající spalovnu komunálních odpadů v Bremerhavenu. Technologie čištění spalin aplikované u třech shora popsaných kombinovaných procesů pyrolýzy se v zásadě neliší od systémů používaných ve spalovnýách komunálních odpadů. V zařízení se shromažďují stejné zbytky a reakční produkty. Jejich povaha a složení závisejí hlavně na zvoleném systému čištění spalin. Nicméně, v kontrastu ke spalování komunálních odpadů lze prach z filtrů recyklovat v tavicí komoře. Příklady pyrolýzy – zařízení ke spalování klinických odpadů v Nizozemsku [2, infomil, 2002] Nespecifikované klinické odpady jsou pravidelně sbírány z nemocnic a ostatních zařízení zdravotnické péče včetně lékařských ordinací praktických lékařů, dentistů a veterinářů. Odpad je sbírán do speciálních 30 neb 60 litrových nádob, které jsou naplněny v příslušných zařízeních a dále se již neotevírají. Odpad je potom spálen i s nádobami, které současně slouží jako přídavné palivo. Odpady z nemocnic a zařízení zdravotní péče, které nejsou specifikované jako klinické, se sbírají a upravují jako běžný komunální odpad. Sebrané odpady se v místě vzniku skladují v uzavřených dopravních kontejnerech. Nádoby na odpad se sbírají a přepravují poloautomatickým zůsobem do spalovací jednotky umístěné v uzavřené budově. Odpad je přiváděn do spalovny přes vzduchovou uzávěru, aby se zabránilo přívodu falešného spalovacího vzduchu. Spalování probíhá ve dvoustupňovém procesu (viz obr. 2.23). Ve spodní spalovací komoře probíhá řízená pyrolýza a následně je odpad, jak postupuje dále, spalování s primárním vzduchem. Nakonec odpad propadává do vodou plněné výsypky popela, ze které je odebírán řetězovým dopravníkem. Spaliny jsou spalovány sekundárním vzduchem a pokud je třeba, také za pomoci přídavného paliva při teplotách přibližně 1000 ºC. Následně se ochlazují v kotli s nasycenou parou (teplota páry 225 ºC, tlak 10 bar), v tepelném výměníku a v pračce plynu. Pára je dodávána do sousední spalovny komunálních odpadů k použití, odkud se vrací v podobě vody určené pro kotle. Myčka plynu je dvoustupňový systém k odstraňování kyselých sloučenin. Vyčištěné spaliny jsou zahřívány (v tepelném výměníku a ve výměníku pára-spaliny předtím, než jsou zavedeny do rukávového prachového filtru se vstřikovaním adsorbentu (aktivní uhlí a vápno) za účelem odstranění dioxinů a dále vstupují do denitrifikační jednotky DENOX s technologií SCR. Koncentrace emisí ze spalin odpovídá nizozemským standardům. Spaliny odcházejí 55 m vysokým komínem. Obr. 2.23: Příklad zařízení k pyrolýze klinických odpadů, ZAVIN, Nizozemsko Zdroj [2, infomil, 2002] Legenda: Incineration air and natural gas spalovací vzduch a zemní plyn Input clinical waste vstup klinických odpadů After burner room dohořívací komora Pyrolysis room pyrolýzní komora Deslagger odstruskovač Boiler kotel Ash and slag container zásobník popela a škváry To wastewater treatment k čištění odpadních vod NaOH hydroxid sodný Residue zbytek Dust bag filter prachový rukávový filtr Acid scrubber kyselá myčka plynu Caustic scrubber vypírání žíravinami Injection of adsorbents vstřikování adsorbentu Natural gas zemní plyn SCR-DENOX-reactor reaktor s technologií SCR-DENOX Heat exchanger tepelný výměník Injection of ammonia vstřikování čpavku 2.3.4.4.2 Pyrolýza – zplyňování [1, UBA, 2001] Můžeme rozlišit dva různé druhy procesů pyrolýzy-zplyňování: • • nespojité (pyrolýza s následným zplyňováním = proces konverze) a přímo propojené procesy. Proces konverze: V procesu konverze mohou být po fázi pyrolýzy odstraněny kovy a případně inertní materiály. Pyrolýzní plyn a pyrolýzní koks vyžadují v procesu zplyňování opětovné zahřátí, technické a energetické požadavky jsou náročnější, než je tomu u spojených procesů. Kondenzované odpadní páry se čistí jako odpadní vody a jsou vypouštěny. V konverzním procesu je třeba odpad drtit šrédrováním a sušit předtím než jej lze použít pro první fázi tepelné úpravy. Tato fáze více či méně odpovídá procesu nedokonalého spalování (doutnání). Následující kroky jsou: • • • • pyrolýza v bubnu odebírání tuhých zbytků oddělení jemné frakce obohacené uhlíkem vytřídění kovů a inertní frakce. Pyrolýzní plyn se zchlazuje, přičemž kondenzují odpadní páry a pyrolýzní olej. Je potom veden spolu s pyrolýzním olejem. Proudící olej a jemná frakce se zplyňují při vysokém tlaku a teplotě 1300 °C. Výsledný syntézní plyn se čistí a poté spaluje s využitím energie. Tuhé zbytky jsou odebírány jako roztavený granulát ve vodní lázni. Z hlediska povahy a množství se podobají zbytkům z procesů nedokonalého spalování. Konverzní zařízení k úpravě 100 000 t/rok komunálního odpadu a 16 000 t/rok odvodněných čistírenských kalů bylo schváleno do provozu v Northeimu v Dolním Sasku (Německo). Přímým spojením lze dosáhnout vyšší produkce elektřiny, ale kovy a inertní materiály jsou roztaveny, přičemž pro taveninu není v současné době žádné použití. Kombinace procesů zplyňování-pyrolýza a tavení: U takových procesů (viz obr. 2.24) se nedrcené odpady suší v narážecí peci a jsou částečně pyrolyzovány. Z této pece jsou přímo bez přerušení přesunuty do statického zplynovače s pevným ložem. Zde jsou zplyňovány (ve spodní části) s přídavkem kyslíku při teplotách dosahujících až 2000 °C. Čistý kyslík se také přidává do horní části zplyňovacího reaktoru, aby se oxidací, zplyněním a krakováním zničily zbylé organické látky ve vyrobeném syntézním plynu. Je také známo, že v tomto procesu lze upravovat široký okruh druhů odpadů, ale hlavní použití je pro komunální odpady a průmyslové odpady neklasifikované jako nebezpečné. Je možno upravovat odpady s nižší výhřevností (6-18 MJ/kg) a s vlhkostí až 60 %. Šrédrované zbytky autovraků s obsahem chlóru až 3,5 % se zpracovávají v přibližně stejném poměru ke komunálním odpadům [69, Thermoselect, 2003]. Syntézní plyn je upravován v procesu čištění odpadních plynů a potom spalován s využitím energie. Původně tuhé zbytky opouštějí reaktor v tavenině. V průběhu zkušebního provozu se nashromáždí asi 200 kg pecního popela s přibližně 30 kg kovu/1 t vstupujícího odpadu. Obr. 2.24: Schematický diagram narážecího pyrolýzního zařízení (ukázka je příklad zařízení provozovaného firmou Thermoselect) Zdroj [1, UBA, 2001]. Legenda: pyrolyse gasification synthesis gas cleaning municipal wastes synthesis gas quench/scrubber melted mass solid pyrolyse residues heating pressure dedusting desulphurisation cooling secondary gas cleaning waste gas synthesis gas utilization gas engine incineration synthesis loaded absorbents oxygen solid pyrolyse residue fuel gas ferrous alloys melt granulate pyrolýza zplyňování čištění syntézního plynu komunální odpady syntézní plyn šokové chlazení/myčka plynu tavenina tuhé pyrolýzní zbytky zahřívání tlak odprášení odsíření chlazení čištění sekundárních plynů odpadní plyn využití syntézního plynu plynový motor spalování odpadů syntéza plnění adsorbentů kyslík tuhý pyrolýzní zbytek spaliny železné slitiny tavený granulát Zařízení tohoto typu s kapacitou 108 000 t komunálních odpadů za rok je v současné době provozováno v Anschbachu. Další zařízení s kapacitou 225 000 t/rok je postaveno v Karlsruhe v Německu, avšak dosud nedosahuje plánované kapacity. Dvě zařízení tohoto typu jsou v provozu v Japonsku (2003). 2.3.4.4.3 Zplyňování – spalování Příklad kombinace zplyňování se spalováním taveného popela ukazuje obr. 2.25 níže: Obr. 2.25: Kombinace zplyňování ve fluidním loži a vysokoteplotního spalovacího procesu Zdroj [68, Ebara, 2003]. Legenda: fluidised bed gasification zplyňování ve fluidním loži ash melting chamber komora k tavení popela wash feed dodávka prací vody internally circulated fluidised bed vnitřní cirkulující fluidní lože fluidising air fluidizační vzduch ash discharge odstraňování popela slag discharge odstraňování strusky Zbytky ze šrédru, plastové odpady nebo drcený komunální odpad se zplynují ve vnitřním probublávaném fluidním loži při provozní teplotě 580 ºC. Větší inertní částice a kovy se oddělují od fluidního lože a padají ke dnu. Materiál lože se vracído zplyňovače. Jemný popel, malé částice zuhelnatělých zbytků a spalitelný plyn je přepravován do cyklónové komory k tavení popela, kam je přiváděn vzduch, aby se docílilo požadované teploty k tavení popela (běžně 1350-1450 ºC). Komora k tavení popela je integrovanou částí parního kotle k využití energie. Produkty z tohoto procesu jsou kromě elektřiny nebo páry kousky kovů, vitrifikovaná struska (stabilní s nižší průsakovostí) a koncentrované kovy pocházející ze sekundárního popela. Na rozdíl od jiných zplyňovacích procesů je tento proces provozován za atmosférického tlaku a spíše s přívodem vzduchu než kyslíku. Předběžná úprava komunálních tuhých odpadů (KTO) formou šrédrování je nezbytná ke zmenšení velikosti částic do průměru 300 mm. Odpady odpovídající této specifikaci je možno již upravovat bez šrédrování. V různých provozovaných zařízeních se upravují kromě KTO i jiné odpady, jako čistírenské kaly, kostní moučka, klinické odpady a průmyslová struska a kaly. [68, Ebara, 2003] 2.3.5 Jiné technologie 2.3.5.1 Stupňové a statické nístějové pece Statické nístějové pece sestávají z nádoby obložené žáruvzdorným materiálem, ve které jsou odpady spáleny způsobem na pricipu ohniště, často se vstřikováním podpůrných paliv nad hořící odpady, aby se udržela vhodná teplota. V některých případech slouží jako mechanismy plnění odpadů jednoduše vstupní vrata (ale tento způsob není běžný v moderních zařízeních vzhledem k nestabilitě spalovacího procesu zapřičiněné neřízeným vstupem vzduchu) anebo hydraulické mechanismy, které také slouží k promíchání odpadů. Takové procesy jsou často provozovány na principu dávkování s odstraňováním popela mezi jednotlivými dávkami. Mechanismus odstraňování popela je obvykle velmi jednoduchý odtahový systém – ve starších menších provozech se odstraňování popela provádělo manuálně pomocí škrabáků, kde však vznikaly problémy se vzduchem vnikajícím do pece. Taková zcela základní technologie je velmi rozšířena, převážně v podobě malých spalovacích jednotek (< 250 kg/hod), ale dalšímu rozšiřování brání nová legislativa se zřetelem na emise do ovzduší, vyhoření popela atd. Nové legislativní požadavky nemůžou tyto systémy splňovat ve většině parametrů. Tyto systémy se používají v některých případech k odstraňování mrtvých těl zvířat, jejich částí, obalových odpadů a některých klinických odpadů – avšak obecně jen při nízkých výkonech shora zmíněných. Stupňové nístějové systémy se vyvinuly ze statických nístějových pecí. Skládají se obvykle ze dvou až 4 statických nístějových pecí sestavených do sériových stupňů. Odpad je obvykle protlačován pecí v postupných krocích s použitím hydraulických mechanismů. Protlačováním a propadáváním odpadů dochází k promíchání a lepšímu spálení. Tyto systémy se stále uplatňují, a to především v provozech s kapacitou nižší než 1 t/hod. Plnící mechanismy jsou obvykle zastoupeny uzavíratelnými násypkami nebo hydraulickými dávkovači. Odstraňování popela je obvykle nepřetržité a může s dávkami vody vytvářet vzduchovou uzávěru a tak působit jako prevence pronikání vzduchu do pece. Tyto sytémy mohou u některých odpadů splňovat požadavky moderní legislativy. Stupeň vyhoření odpadů se může lišit a velmi závisí na druhu odpadu – předběžná úprava šrédrováním běžně pomáhá ke splnění požadovaných standardů vyhoření. 2.3.5.2 Vícekomorové nístějové pece Vícekomorové nístějové spalovny se hlavně uplatňují při spalování kalů (např. čistírenských kalů). Vícekomorová nístějová pec (viz obr. 2.26) se skládá z válcového izolačního ocelového pláště, horizontálních vrstev a otáčivé rukávovité šachty s připojenými míchacími rameny. Pec je obložena žáruvzdornými cihlami. Počet sekcí pro sušení, spalování a chlazení je určován podle charakteristik zbytkového materiálu. Vícekomorová nístějová pec je také vybavena spouštěcím hořákem, mechanismem k dávkování kalů a dmychadly (cirkulační, rukávová šachta a čerstvý vzduch). Čistírenské kaly jsou podávány k vrcholu pece a klesají dolů přes různé nístěje proti proudu spalovacího vzduchu, který je přiváděn ode dne pece. Horní nístěj pece poskytuje sušící zónu, ve které se kaly zbavují vlhkosti, zatímco spaliny se ochlazují. Obr. 2.26: Základní funkce vícekomorové nístějové pece Zdroj: [1, UBA, 2001] Legenda: 1 dodávka kalů 2 přídavné palivo 3 atmosférický kyslík 4 odpadní plyn 5 vzduch k ochlazování popela 6 chladicí vzduch 7 popel 8 vícekomorová nístějová pec 9 dohořívací komora 10 najížděcí komora 11 cirkulující dmychadlo Materiál (kaly) určený ke spalování je dodáván do nejvyšší vrstvy pece. Je zachycován lopatkami míchadla, rozdělován a protlačován při neustálé rotaci vrstvami pece. V opačném směru proti kalům jsou vedeny horké spaliny z nejvyšší spalovací vrstvy přes sušící vrstvy. Kaly se suší spalinami a ohřívají na teplotu vznícení. Cirkulující vzduch je během sušícího procesu obohacován párou a těkavými částicemi. Poté je veden do nejnižší spalovací vrstvy. Spalování se především odehrává uprostřed nístěje. Spalovací teplota je omezena 980 ºC, neboť při teplotách vyšších se popel taví a spéká. Za účelem zabránění průsakům horkých toxických spalin jsou vícekomorové nístějové pece vždy provozovány v mírném vakuu. Konverze organických částic kalu na CO2 a H2O nastává při teplotách mezi 850 a 950 ºC. Pokud nelze dosáhnout požadované spalovací teploty v běžném procesu, používá se k podpoře spalování spouštěcí hořák. Jako alternativu lze ke kalu přidávat pevné přídavné palivo. Popel je ve spodní části pece ochlazován protiproudem studeného vzduchu na teplotu přibližně 150 ºC a poté je odstraňován ve speciálním zařízení. Produkované spaliny jsou vedeny do dohořívací komory, kde je dodržena doba zdržení 2 sec. Zde dochází k oxidaci uhlíkatých sloučenin, které nebyly konvertovány. Vícekomorové nístějové pece mohou být provozovány tak, že spaliny se odstraňují v nejvyšší sušící vrstvě a odtud jdou do dohořívací komory (např. ve spalovací komoře). Tento postup je výhodný u takových provozů, kde jsou již k dispozici kotelny, a je tak usnadněna doprava spalin do těchto kotelen. Základní provozní parametry jsou uvedeny v následující tabulce: provozní parametry Odpařovací kapacita Konverze tepla ve spalovacích vrstvách Konečná teplota spalování Doba zdržení, volný prostor a dohořívací zóna Předehřátí atmosférickým kyslíkem jednotky Kg/m2h GJ/ m2h hodnoty 25-45 0,4-0,6 ºC Sec. 850-950 Min. 2 ºC Max. 600 Tab. 2.8: Provozní kritéria pro vícekomorové nístějové pece Zdroj: [1, UBA, 2001] Na obr. 2.27 níže je znázorněn praktický příklad spalovny čistírenských kalů o kapacitě 80 000 t/rok. Obr. 2.27: Příklad spalování čistírenských kalů ve vícekomorové nístějové peci Zdroj: [1, UBA, 2001] Legenda: Process cooler procesní chladič Quench šokové chlazení Rotation washer rotační pračka Flow absorber proudový absorbér Jet washer trysková pračka Chimney komín Suction draft odtah spalin sáním Sludge bunker kalový bunkr Sludge transport doprava kalů Liquid residues kapalné zbytky Doubledeck furnace dvoupatrová pec After-burner chamber dohořívací komora Dust discharge odtah popela Zařízení na obrázku shora se skládá z následujících částí: • • • • Vícekomorová nístějová pec Dohořívací komora Kotel na odpadní vodu k využití tepla Vícestupňové čištění spalin. Nahromaděné čistírenské kaly se kondicionují, což znamená konverzi do podoby vhodné k filtrování za použití aditiv nebo jiných prostředků. Kaly se co možná nejvíce vysuší v komorových filtračních lisech a potom přechodně uskladňují v bunkru. Odtud se kaly přepravují k uložení v korečkách pomocí korečkových nakladačů. Tyto korečky mají každý kapacitu přibližně 1,5 t. Kaly se nakládají z korečků do plnicího kontejneru v nejvyšší vrstvě spalovny a jsou nepřetržitě nakládány do pece. Za 1 hod. může být zpracováno až 12 t čistírenských kalů. To představuje obsah osmi korečků. 2.3.5.3 Vícekomorová nístějová pec s fluidním ložem Několik vrstev je instalováno do volného prostoru stacionárního fluidního lože tak, aby byly kaly předsušeny spalinami. Při použití tohoto procesu předběžného sušení se ve skutečném fluidním loži odpaří pouze malé množství vody, což znamená, že povrch roštu a celé pece může být omezen. Rovnoměrné spalování je ve vícekomorové nístějové peci s fluidním ložem podporováno optimalizací dodávek vzduchu, přidáváním písku a odpařováním ve vrstvách a ve fluidním loži. Lze se vyhnout vyšším teplotám (rozdíly teplot na vrcholu a u dna pece) a tím dosáhnout snížené tvorby oxidů dusíku. Obr. 2.28: Základní funkce vícekomorové nístějové pece s fluidním ložem Zdroj: [1, UBA, 2001] Legenda: 1 dodávka kalů 2 přídavné palivo 3 atmosférický kyslík 4 odpadní plyn 5 chladicí vzduch 6 předsušovací zóna 7 spalovací zóna 8 fluidní lože 9 dohořívací komora 10 startovací spalovací komora 11 cirkulující dmychadlo 12 inspekční okénko 13 předehřívač vzduchu 2.3.5.4 Modulární systémy [Bontoux, 1999 #7] Spalování odpadů se může provádět podle potřeby v menších zařízeních určených pro: • • specifické druhy odpadů nebo specificky upravené odpady. Tyto specializované způsoby spalování odpadů jsou často uskutečňovány v komerčních nebo průmyslových zařízeních, která jsou přizpůsobena určitým zakázkám a která obvykle přijímají konzistentní proudy odpadů. Vzhledem k tomu obvykle mají tato zařízení užitek z optimalizovaných provozních podmínek a zpracovávají mnohem menší množství odpadu v tunách než hromadné spalovny. Jedním z návrhů používaných při nedostatečném přístupu vzduchu je dvoustupňová spalovna, ve které jsou odpady částečně spalovány a pyrolyzovány na předním konci nístěje za vzniku zuhelnatělých zbytků, které plně vyhoří na zadním konci nístěje. V takových systémech se zpracovávají nejrůznější odpady v závislosti na tom, jak je pec navržena. (Energos 2002) Kromě použití při zpracování proudu specifických průmyslových odpadů neklasifikovaných jako nebezpečné (např. odpady papíru a obalů, odpady z ryb) se modulární polo-pyrolyzní procesy také úspěšně uplatňují u předběžně upravených (šrédrovaných) komunálních odpadů. V Evropě jsou provozována zařízení s kapacitou v rozmezí od 35 000 do 70 000 t ročně. Je známo, že tato zařízení udržují emise NOx pod hodnotou 100 mg/m3, nikoli na základě specifických opatření ke snížení emisí, ale především vlivem pečlivé pozornosti věnované návrhu a kontrole procesu spalování. Zatímco náklady na jednotku odstraňovaných odpadů u hromadných spalovacích zařízení této velikosti jsou vcelku velmi vysoké, náklady v systémech, kde jsou upravovány specifické proudy odpadů, jsou výrazně nižší v důsledku kombinace následujících faktorů: • • lze použít jednoduchých systémů čištění odpadních plynů v malém měřítku, neboť je zde menší obměna druhů spalin umístění provozů v blízkosti uživatelů tepla zvýší dodávky energie a příjmy, které mohou potom kompenzovat vstupní náklady na odstranění odpadů. 2.3.5.5 Spalovací komory na kapalné a plynné odpady Spalovací komory jsou navrženy specificky pro spalování kapalných a plynných odpadů, jakož i odpadů rozptýlených v kapalinách (viz obr. 2.29). Obecná aplikace spalovacích komor je v chemickém průmyslu, kde jsou spalovány kapaliny a procesní plyny. Z odpadů obsahujících chlór může být k dalšímu použití regenerována kyselina chlorovodíová. Všechny dohořívací komory ve spalovnách nebezpečných odpadů jsou v podstatě spalovací komory. V jednom zařízení (Ravenna, Itálie) je dohořívací komora tak velká, že v ní může docházet k úplnému tepelnému procesu. Provozní teploty se obvykle volí tak, aby byla zabezpečena potřebná destrukce odpadů přiváděných do komory. V některých případech se pro specifické proudy odpadů používají katalytické systémy, které jsou provozovány při snížených teplotách 400-600 ºC. U nekatalytických systémů jsou obecně voleny teploty přesahující 850 ºC. Podpůrná paliva se ve velké míře používají k tomu, aby se udržely stálé spalovací podmínky. Využité teplo lze uplatnit při dodávkách horké vody/páry prostřednictvím kotelen. Obr. 2.29: Princip spalovací komory pro kapalné a plynné odpady Zdroj: [1, UBA, 2001] Legenda: Vapor vents Incineration air (secondary) Liquids, vapors, support fuel Atomizing media Sight port Pilot fuel Air Igniter aspirator Incineration air (primary) Burner Windbox Air purge Camera To boiler or quench Refractory parní ventily spalovací vzduch (sekundární) kapaliny, páry, podpůrné palivo rozprašování médií průhledová kontrola kontrolní plamen vzduch zapalovací sací hořák spalovací vzduch (primární) hořák větrák čištěný vzduch kamera ke kotli nebo šokovému chlazení žáruvzdorná vyzdívka 2.3.5.6 Cykloidní spalovací komora pro čistírenské kaly Cykloidní spalovací komora byla původně vyvinuta ke spalování starého koksu pocházejícího z čištění spalin ze zařízení ke spalování odpadů, ale v současné době se též používá k tepelné úpravě čistírenských kalů. Optimální velikost částic potřebná ke vznícení paliva se pohybuje mezi 1 a 5 mm. Proto lze používat pouze suché granule čistírenských kalů. Granule paliva propadávají působením gravitace radiální skluzavkou, navrženou jako kovová vzduchem chlazená násypka, do spodní části spalovací komory. Atmosférický kyslík je vháněn do spalovací komory v různých hladinách vzduchu: primární vzduch vstupuje do pece ze směru pod spodní částí násypky a sekundární vzduch je vstřikován tangenciálními tryskami nad podávané palivo. Poměr primárního a sekundárního vzduchu se liší podle specifických charakteristik paliva. Spalování čistírenských kalů vyžaduje rovnoměrné rozdělení teplot mezi 900-1000 ºC v prostoru celé spalovací komory. Při použití této metody se udržuje teplota popela pod bodem jeho tání. Popílek se ze spalovací komory odstraňuje spolu se spalinami. Hrubá zrna materiálu cirkulují v tangenciálním proudu, dokud nejsou spálena do bodu, kdy mohou být odstraněna jako jemná zrna. Neupravený popel, zbylý koks nebo kovové části jsou odstraňovány v sestupném směru pomocí systému uzávěr. Obr. 2.30: Znázornění cykloidní pece Zdroj [1, UBA, 2001] 2.3.5.7 Příklad procesu spalování kapalných a plynných odpadů s obsahem chlóru a s využitím HCl [1, UBA, 2001] Proces zahrnuje: • • • • Spalovací komoru Parní generátor Čištění spalin kombinované s využitím HCl Spalinový komín (viz obr. 2.3.1) Zařízení upravuje kapalné a plynné chlorované odpady s využitím odpadního tepla a produkcí kyseliny chlorovodíkové. Teplo se převádí na páru v parním generátoru (212 ºC, 20 barů) a přepravuje k distribuci. Určitý podíl spalin produkovaných během spalování se oddělí k produkci co nejkoncentrovanější kyseliny chlorovodíkové v zařízení k čištění spalin. Odstranění a využití kyseliny chlorovodíkové probíhá v zařízení běžně. Plynné zbytkové sloučeniny (spaliny) se plní do regeneračního zařízení přepravním potrubím. Každý tok spalin je před spálením veden přes samostaný usazovací kontejner. Kapalné částice se od toku spalin oddělují v tomto usazovacím kontejneru. Přísunové dráhy jsou vybaveny příslušnými zpětnými bezpečnostními kontrolami se zřetelem na druh spalin. Počet přísunových cest závisí na kontrolních mechanismech. Při měření objemu protékajících spalin je zohledněn tlak a teplota. Spaliny jsou plněny do spalovací komory pomocí tlakového regulátoru s kontrolou maximálního tlakového limitu. Kromě toho jsou všechny dráhy spalin do spalovací komory vybaveny automatickými ventily, které se uzavírají v případě nebezpečí. Obr. 2.31: Diagram zařízení k extrakci HCl ze zbytkových plynů a kapalných halogenovaných odpadů Zdroj: [1, UBA, 2001] Legenda: Burner hořák Waste gas odpadní plyn Liquid kapalné odpady Natural gas zemní plyn Incineration chamber spalovací komora Furnace pipe boiler vytápěcí trubkový kotel Acid washer kyselé praní Alkaline washer alkalické praní Suction draft odtah spalin sáním Chimney komín Steam pára HCl kyselina chlorovodíková Wastewater odpadní vody Přepravní potrubí pro kapalné odpady je také vybaveno automatickými bezpečnostními ventily. Všechny kapalné odpady jsou vedeny do hořáku určeného pro více materiálů situovaného v přední části spalovací komory. Vypařování těchto kapalin probíhá působením tlaku a/nebo páry, které jsou vháněny do hořáku ze směru pod samostatným měřícím zařízením ke kontrole množství plynu. Kromě toho jsou různé proudy spalin vedeny připojenými bodci do vícemateriálových hořáků. Každý z těcho bodců obsahuje soustředné trubky. Několik proudů spalin lze tak samostatně přivádět do spalovací komory. Za účelem chlazení a prevence koroze jsou bodce nepřetržitě sprejovány vzduchem z vnějšího kruhového otvoru. K najíždění zařízení a k udržení požadované teploty ve spalovací komoře je nutná primární energie (zemní plyn). Ta je také dodávána do vícemateriálového hořáku prostřednictvím samostatného dmychadla. Proud zemního plynu je usměrňován kontrolním kvantitativním měřením a je veden do hořáků pomocí tlakového regulátoru s ohledem na teplotu ve spalovací komoře. Zemní plyn je také potřebný k zažehnutí plamene, který zapálí multimateriálový hořák. Na přívodu zemního plynu k vícemateriálovému hořáku a k zažehnutí plamene se nacházejí dva automatické bezpečnostní ventily s automatickým uzavíráním i otevíráním. K monitorování plamene hořáku jsou nainstalovány dva nezávislé výstražné systémy (UV a IČ). Kromě toho lze plamen hořáku kontrolovat v inspekčním okénku a pomocí televizní kamery instalované na zadní stěně kotle na odpadní teplo. Množství vzduchu se zaznamenává na příslušných měřidlech podobně jako tlak pocházející z dmychadla. Válcová spalovací komora ja navržena tak, aby odpady měly dostatečnou dobu zdržení a tím bylo zaručeno dokonalé spálení s ohledem na provozní teplotu normálního provozu vyšší než 1 100 ºC. Spalovací komora je navržena pro teplotu 1 600 ºC. Provozní teplota se nepřetržitě monitoruje pomocí termickýchprvků. Vzhledem k této vysoké teplotě je celá spalovací komora až ke vstupu do parního kotle obložena žáruvzdornými cihlami. Plášť spalovací komory je z kotlového plechu. Mokré praní spalin probíhá ve dvou pracích věžích se současnou regenerací technicky opětovně použitelné kyseliny chlorovodíkové o nejvyšší koncentraci. Rozmístění chlorovaných odpadů usnadňuje využití přibližně 5-20 % kyseliny chlorovodíkové. 2.3.5.8 Příklad procesu spalování vysoce chlorovaných kapalných doapdů s recyklací chlóru [2, infomil, 2002] Tato spalovací jednotka pro vysoce chlorované kapalné odpady (chlorované uhlovodíky) je situována v průmyslové zóně. Celková kapacita zařízení je asi 36 000 t/rok. Zpracovávané odpady pocházejí jednak z místa produkce a jednak od externích zákazníků. Odpady jsou omezeny se zřetelem na jejich obsah tuhé složky (< 10 g/kg), fluoru, síry a těžkých kovů. Zpracovávány jsou i PCB. Spalování probíhá ve dvou pecích při teplotě 1450-1550 ºC (doba zdržení plynů 0,2-0,3 sec.). Tato teplota může být normálně udržována bez přídavného paliva. Aby se potlačila tvorba chlóru, je do zařízení vstřikována voda. Po opuštění pece procházejí spaliny sekcí šokového chlazení, ve které se teplota sníží na přibližně 100 ºC. Nerozpuštěná hmota a soli těžkých kovů se odstraňují z cirkulující kapaliny v cisterně šokového chladiče. Spaliny pokračují při stejné teplotě přes adiabatický (tepelně neprostupný) absorbér. Recyklovaná kyselina chlorovodíková se destiluje při zvýšeném tlaku a teplotě, načež dojde k ochlazení plynu na 15 ºC a tím snížení obsahu vody prakticky na nulu. Recyklovaná odvodněná HCl je znovu zpracována v závodě na výrobu monomeru vinylchloridu. Spaliny dále procházejí alkalickou pračkou plynů a přes filtr s aktivním uhlím (absorpce dioxinů). Nepřetržitě se analyzují těkavé organické látky, HCl, NOx, O2, CO a prach. Koncentrace dioxinů a PCB v emisích je pod 0,1 ng TEQ/Nm3 (ekvivalent toxicity). Ostatní emise do ovzduší jsou ve shodě s holandskými limity emisí. Odpadní voda ze šokových chladičů a prací jednotky se čistí ve fyzikálně-chemické jednotce a v čistírně biologických odpadních vod. Obsah dioxinů je < 0,006 ng TEQ/l. Obsah PCB je pod limitem detekce (< 10 ng/l). Schéma procesu je znázorněno na obr. 2.32. Obr. 2.32: Procesní schéma jednotky k recyklaci chlóru provozované firmou Akzo Nobel Zdroj [2, infomil, 2002] Legenda: water natural gas comb. air CHC byproduct byproduct acceptance and storage combustion and quenching isothermal and adiabatic absorption C.W. (cooling water) flue gas scrubber anhydrous HCl to VCM- plant steam UREA to biotreatment distillation drying and compression waste water pretreatment voda zemní plyn spalovací vzduch vedlejší produkty chlorovaných uhlovodíků příjem a skladování vedlejších produktů spalování a šokové chlazení izotermická a adiabatická absorpce chladicí voda myčka spalin odvodněná kyselina chlorovodíková do provozu VCM pára močovina k biologické úpravě destilace sušení a komprese předběžná úprava odpadních vod Hlavní výhodou této určené spalovací jednotky je to, že v ní lze recyklovat chlór. Také v tomto případě se snižují režijní náklady v důsledku toho, že jednotka je součástí většího chemického provozu. 2.3.5.9 Spalování odpadních vod [1, UBA, 2001] Odpadní vody lze čistit při spalování materiálů obsahujících organickou složku. Jde o speciální technologii předběžné úpravy průmyslových odpadních vod, kdy organické a někdy anorganické materiály v odpadních vodách chemicky oxidují pomocí atmosférického kyslíku, přičemž se za vysokých teplot odpařuje voda. Pojem „oxidace v plynné fázi“ je používán k odlišení tohoto způsobu spalování od jiných technologií, např. mokré oxidace. Proces oxidace v plynné fázi se používá, když nelze opětovně použít organické složky obsažené ve vodě, nebo když jejich využití není ekonomické či nelze aplikovat nějakou jinou technologii. Spalování odpadních vod je exotermický proces. Nezávislé spalování může probíhat jen pokud je organické zatížení dostatečné k tomu, aby došlo k nezávislému odpařování vodního podílu a k přehřátí. Proto se v zařízeních ke spalování odpadních vod běžně vyžaduje použití podpůrných paliv pro odpady s nízkým podílem organické složky. Požadavky na přídavnou energii mohou být menší, pokud se sníží obsah vody v odpadu. Toho lze dosáhnout umístěním představné nebo vícestupňové kondenzační jednotky. Kromě toho lze instalovat jednotku pro využití tepla (kotel), určenou k využití páry ke kondenzaci z produkovaného tepla v peci. V závislosti na konkrétním podílu organické a anorganické složky v odpadní vodě a na měnících se místních podmínkách jsou navržené provozy velmi odlišné. Odpadní voda a palivo jsou vstřikovány pomocí hořáků nebo bodců do několika míst ve spalovací komoře. Do několika míst je také dodáván atmosférický kyslík (primární vzduch = atmosférický kyslík v kombinaci s palivem, sekundární vzduch = smíšený vzduch). Příklad spalovny odpadních vod s odpařováním odpadní vody (zahušťování) je uveden níže na následujícím obrázku [74, připomínky TWG, 2004] Obr. 2.33: Příklad spalovny odpadních vod s jednotkou (zahušťovací) k odpařování odpadní vody Zdroj: [1, UBA, 2001] Legenda: tank storage neutralisation vapour compressor condensation molten salt container for concentrates wet extraction concentration waste water boiler quench suction draft chimney incineration chamber salt removal condensation electrical filter waste water collection container zásobní cisterna neutralizace parní kompresor kondenzace tavení soli kontejner na koncentrát zahušťování extrakcí mokrou cestou kotel s odpadní vodou šokové chlazení odtah sáním komín spalovací komora odstranění solí kondenzace v elektrostatickém odlučovači kontejner ke shromaždování odpadní vody Příklad zařízení ke spalování žíravých odpadních vod [2, infomil, 2002] Žíravé vody jsou specifickým proudem odpadních vod z výroby mono-styren propylenoxidu. Tyto vody jsou produkovány v několika pracích stupních procesu. Obsahují asi 10-20 % organických složek a jsou vysoce zatíženy sodíkem (především NaCl). Jak vysoce organická frakce, tak i sodík způsobují potíže nebo dokonce znemožňují biologické čištění odpadních vod. Energetická hodnota těchto vod je příliš nízká pro použití spalování bez podpůrných paliv, a proto je nutno aplikovat spoluspalování s podpůrným palivem. Vysoký obsah sodíku a velký objem vod mohou být příčinou potíží při spoluspalování ve spalovnách komunálního odpadu. Použitelnými technologiemi úpravy jsou oxidace mokrou cestou a spalování. K tomuto účelu se používají čtyři statické vertikální spalovny v systému plnění shora dolů. Odpad s nízkou výhřevností (žíravé vody s 10-20 % organických látek) může být veden přes odparku s „padajícím filmem“. Tato odparka pracuje při extrémně nízkém tlaku páry přicházející z ochlazované stěny spalovny a spalovna tak spotřebovává méně paliva. Zbytkové kapalné odpady a vyrobená pára se spalují se zemním plynem a/nebo vysoce výhřevným kapalným palivem (odpadní nebo palivové oleje). Výsledné spaliny jsou částečně chlazeny na membránové stěně za vzniku páry o tlaku 27 barů. Následně jsou spaliny šokově zchlazovány, přičemž se vyčistí od solí sodíku a jiných ve vodě rozpustných nečistot. V sekci využití tepla je do spalin rozprašována recirkulující voda. Tato voda v odlučovači par za vzniku asi 30 t páry za hodinu na provozní jednotku. vzplane Po využití tepla procházejí spaliny proudovým Venturi odlučovačem a přes elektrostatický filtr k vypírání mokrou cestou, kde se odstraní aerosoly a prach. Spalovna je provozována při teplotách 930-950 °C při mírně obohaceném vzduchu (3-4 % O2). Podle koncentrace organické složky je průtok žíravé vody 10-15 t/h na provozní jednotku. Voda ze zařízení k šokovému chlazení je čištěna v ionexovém loži. Zde se odstraňují těžké kovy. Na speciálním ionexovém loži se koncentruje molybden (katalyzátor v procesu výroby mono-styren propylenoxidu) v podobě vhodné k opětovnému použití. Hlavní výhodou spaloven je možnost spalovat velká množství nízko výhřevného odpadu s vysokým obsahem solí. Následující diagram ukazuje příklad zařízení pro tento proces: Obr. 2.34: Procesní schéma zařízení k čištění žíravých vod provozovaného firmou AVR Zdroj [2, infomil, 2002] Legenda: natural gas fuel cushion tank preheater boiler feed water 27 bar steam incinerator centrifugal separators vacuum steam flash chamber molybdenum and heavy metal recovery wet electrostatic precipitator combustion air blower heat recovery column solids blowdown sump draft water scrubber destilled water Venturi pompen stack high voltage unit zemní plyn palivo nízkotlaková cisterna předehřívač dodávka vody do kotle tlaková pára 27 barů spalovna odstředivé odlučovače podtlaková pára odlučovač par recyklace a těžkých kovů mokrý elektrostatický odlučovač dmychadlo spalovacího vzduchu kolona pro využití tepla tuhé látky odkalování odpadní nádrž přívod vody sacím potrubím pračka plynu destilovaná voda Venturi čerpadlo komín generátor vysokého napětí 2.3.5.10 Plazmové technologie Plazma je směs elektronů, iontů a neutrálních částic (atomů a molekul). Tento ionizovaný, vodivý plyn s vysokou teplotou může vzniknout interakcí plynu a elektrického nebo magnetického pole. Plazma je zdrojem reaktivity, přičemž rychlé chemické reakce jsou podpořeny vysokými teplotami. Plazmové procesy vyžadují vysoké teploty ( 5000-15000 °C), které doprovázejí konverzi elektrické energie na teplo za vzniku plazmy. Náleží k nim průchod silného elektrického pole proudem inertního plynu. V těchto podmínkách se nebezpečné znečišťující látky, jako např. PCB, dioxiny, furany, pesticidy atd., při vstřikování do plazmy rozbíjejí na atomické složky. Proces je využíván k úpravě organických látek, PCB (včetně vybavení v malém měřítku) a HCB (hexachlorbenzen). V mnohých případech může být potřebná předběžná úprava. Je nutný systém úpravy zbytkových plynů v závislosti na druhu odpadu a zbytkové odpady ve formě tuhých látek nebo popela se vitrifikují. Účinnost destrukce u této technologie je poměrně vysoká, > 99,99 %. Plazmová technologie je oficiální komerční technologie, nicméně zřejmě velice komplexní proces je drahý a provozně náročný. Horké plazma lze vytvořit průchodem DC nebo AC elektrického proudu plynem mezi elektrodami, pomocí radiomagnetického pole bez elektrod nebo pomocí mikrovln. Níže jsou představeny různé druhy plazmových technologií: 1. plazmový elektrický oblouk v argonu Jedná se o „létající“ plazmový proces, což znamená, že odpady se mísí přímo se vstřikovaným argonovým plazmatem. Argon byl vybrán jako plazmový plyn, protože je inertní a nereaguje se složkami plamene. Účinnost destrukce a odstranění (DRE) sloučenin poškozujících ozónovou vrstvu přesahuje 99,998 % (120 kg/h) při elektrickém příkonu 150 kW. Výhodou této technologie oproti některým jiným plazmovým systémům je to, že vykazuje vysokou účinnost destrukce jak chlorofluorouhlovodíků (CFCs) tak i halonů v komerčním měřítku pro víceleté období. Dále vykazuje nízké emise polychlorovaných dioxinů a furanů. Celkové zatížení emisemi znečišťujících látek je též nízké vzhledem k relativně malému objemu spalin v tomto procesu. Také velmi vysoká hustota energie vede k velmi kompaktním procesu, který lze snadno přemisťovat. 2. indukčně vázané plazma radiových vln (ICRF) V aplikacích ICRF se používá plamen indukčně vázaného plazmatu a energetické propojení plazmatu se uskutečňuje prostřednictvím elektromagnetického pole indukční cívky. Skutečnost, že nejsou použity elektrody, umožňuje aplikaci velkého rozsahu druhů plynů včetně inertních, atmosféry redukční nebo oxidační a větší spolehlivost než plazmové procesy v elektrickém oblouku. ICRF plazmový proces vykazuje extrémní účinnost DRE (99,99 %), přičemž chlorofluorouhlovodíky odbourává s účinností 50-80 kg/h. Proces zavedený v komerčním měřítku dosahuje vysoké hodnoty destrukce CFC a nízké hodnoty emisí znečišťujících látek. ICRF plazmový proces nevyžaduje použití argonu a může proto být levnější než jiné obdobné systémy. kromě toho nízký objem produkovaných plynů znamená i nižší celkové emise znečišťujících látek. 3. AC plazma AC (alternating current –střídavý proud) plazma se přímo vytváří pouze zavedením střídavého proudu o frekvenci 60 Hz, ale v jiném ohledu je obdobou indukčně vázaného RF plazmatu. Systém je z hlediska elektrických a mechanických charakteristik jednoduchý a tudíž žádaný a velice spolehlivý. Proces nevyžaduje argon a je vhodný pro široký okruh pracovních plazmových plynů včetně vzduchu nebo páry, přičemž odolává kontaminaci olejem v látkách poškozujících ozónovou vrstvu. 4. plazmový elektrický oblouk v oxidu uhličitém Plazma vznikající při vysoké teplotě pomocí silného elektrického výboje v inertním atmosférickém plynu, např. v argonu. Když už je plazma vytvořeno, udržuje se v prostředí normálního stlačeného vzduchu nebo určitých atmosférických plynů podle typu požadovaných výstupů z procesu. Teplota plazmatu značně převyšuje 5000 °C v okamžiku vzniku, kdy započne přímé vstřikování kapalného nebo plynného odpadu. Teplota v horním reaktoru je kolem 3500 °C a klesá postupně v reakční zóně až k přesně řízené teplotě kolem 1300 °C. Zvláštní rysem tohoto plazmového procesu je použití oxidu uhličitého, vznikajícího při oxidační reakci k udržení stavu plazmatu. Proces má vysokou účinnost DRE pro sloučeniny obsažené v žáruvzdorných materiálech. Hodnoty celkových emisí sledovaných znečišťujících látek jsou nízké, především z důvodu malého objemu spalin produkovaných při procesu. 5. mikrovlnné plazma Proces vstřebává mikrovlnnou energii o frekvenci 2,45 GHz ve speciálně navržené koaxiální dutině za vzniku tepelného plazmatu při atmosférickém tlaku. K iniciaci plazmatu se používá argon, avšak jinak proces žádný plyn k udržení plazmatu nevyžaduje. Koeficient DRE pro proces mikrovlnného plazmatu převyšuje 99,99 %, přičemž jsou v procesu ničeny chlorofluorouhlovodíky CFC-12 rychlostí 2 kg/hod. Proces má vysokou destrukční účinnost a jsou v něm ve velmi krátkém čase dosaženy vysoké provozní teploty, čímž poskytuje provozní flexibilitu a zkrácení doby potřebné k odstávce z důvodu údržby. V procesu nevzniká potřeba použití inertního plynu a tím se zvyšuje energetická účinnost, snižují provozní náklady i objem produkovaných spalin. Kromě toho je proces velice kompaktní. 6. plazmový elektrický oblouk v dusíku Tento proces využívá nepřenosného plazmového plamene při stejnosměrném proudu mezi vodou chlazenými elektrodami a v atmosféře dusíku jako pracovního plynu vytvářejícího tepelné plazma. Proces byl vyvinut v r. 1995 a v současné době jsou zavedeny komerční systémy. Účinnost destrukce je 99,99 %, přičemž se týká chlorofluorouhlovodíků (CFC), hydrochlorofluorouhlovodíků (HCFC) a hydrofluorouhlovodíků (HFC) a její rychlost je10 kg/h. Hlavní výhodou této technologie je velmi kompaktní vybavení z hlediska velikosti. Systém vyžaduje prostor pouze 9 m x 4,25 m k instalaci zařízení včetně prostoru pro odlučovače a odvodňování vedlejších produktů (CaCl2 a CaCO3). Proto je systém možno provozovat v nákladních vozidlech cestou k místu vzniku odpadu, tj. v mobilních jednotkách (úprava on-site). 2.3.5.11 Různé techniky spalování čistírenských kalů Typické procesní podmínky spalování čistírenských kalů: Kromě čistírenských kalů jsou často spalovány jiné odpady z procesů čištění odpadních vod, např. pěna, nadsítné a extrahované tuky. Provozy přijímající částečně vysušené kaly vyžadují méně přídavných paliv než provozy určené pro surové kaly. Hodnoty tepelné energie kalů pro samospalování jsou mezi 4,8 MJ/kg až 6,5 MJ/kg. Surové kaly dosahují hodnot od 2,2 do 4,8 MJ/kg. Přibližná mezní hodnota pro samospalování je 3,5 MJ/kg. Potřebu přídavného paliva je možno omezit zavedením systémů s účinným využitím vnitřní energie, např. využitím tepla spalin k ohřátí spalovacího vzduchu a/nebo použitím odpadního tepla k sušení kalů. Použité oleje jsou hlavním používaným přídavným palivem ve spalovnách jednodruhových kalů. Rovněž se používají topné oleje, zemní plyn, uhlí, rozpouštědla, kapalné a tuhé odpady a kontaminovaný vzduch. Kontaminované plyny se upřednostňují při spalování aktivovaných kalů. Zásadní vliv na požadavky přídavné energie má předehřívání vzduchu a stupeň odvodnění. Vliv zlepšovacích přípravků je relativně malý. Spalovny určené pro spalování čistírenských kalů jsou obecně navrženy a provozovány při teplotách od 850 do 950 °C. Teploty nižší než 850 °C mohou způsobovat emise zápachu, zatímco teploty nad 950 °C vedou k tavení popela. Doba zdržení plynů obvykle přesahuje 2 sec. Teplotní hodnoty dosažené během spalování závisí hlavně na energetickém obsahu a na množství čistírenských kalů ke spalování a na podílu atmosférického kyslíku. Uvádíme několik příkladů spaloven čistírenských kalů (často jde o procesy spalování ve fluidním loži) provozovaných při teplotách blížících se 820 °C, kdy nedochází k nedokonalému spalování nebo zvýšení emisí. Srovnání pecních systémů pro spalování čistírenských kalů: Popsané funkce pecních systémů jsou rozlišeny podle zpracovatelských technologií. Struktura pece, navržení a provozní technologie spalovny, následné připojené zařízení k čištění výstupů, jakož i doprava různých materiálových toků, toto všechno má významný vliv na výsledné emise. Následující tabulka znázorňuje charakteristiky různých pecí: Hlavní technické charakteristiky Provozní hlediska Možné provozní problémy Hlavní charakteristiky spalovacího stupně Pec s fluidním ložem Vícekomorová nístějová pec Žádné mechanické pohyblivé části a nízké opotřebení • Rychlá fáze startovací i zastavení provozu s krátkou dobou ohřevu a chlazení, možné přerušení provozu Shlukování, defluidizace Střední doba ohřevu a chlazení Vysoký Nízký V proudu spalin a pomocí písku Přímo z nejnižší vrstvy V proudu spalin a pomocí písku • Požadován malý přebytek vzduchu Dokonalé spalování pouze nad fluidním ložem Cykloidní pec • • • • Možné emise organických látek, pohyblivé díly pece • Potřebný malý přebytek vzduchu • Dobrá kontrola spalování • Dokonalé spalování ve fluidním loži • Větší odolnost vůči výkyvům v kvalitě kalu než u pecí s fluidním ložem Vysoký • Obsah popela ve spalinách Odstraňování popela Není nutné žádné samostatné předběžné sušení • Extenzivní pecní struktura s pohyblivými částmi • Chlazená dutá šachta Nezbytná dlouhá doba ohřevu, kontinuální provoz Vícekomorová nístějová pec s fluidním ložem • Není nutné žádné samostatné předběžné sušení • Pohyblivá dutá šachta • Malý objem fluidního lože • • Obtížná kontrola spalování Odolná změnám zatížení i vůči hrubým materiálům Žádné mechanické pohyblivé části a nízké opotřebení Žádný materiál fluidního lože Porovnatelné s fluidním ložem Možnost aplikace široké škály odpadů Udržení potřebné teploty • • • • Obsah tuhých materiálů Obsah plynných látek Krátká doba zdržení Různé dodávky primárního a sekundárního vzduchu na několika úrovních Vysoký • • V proudu spalin Surový popel u dna pece Zbytky • • Popel Materiál fluidního lože Popel • • Popel Materiál fluidního lože • • Popel Případně hrubý popel Tab. 2.9: Porovnání pecních systémů pro spalování čistírenských kalů Zdroj [1, UBA, 2001] 2.4 Stupeň energetického využití 2.4.1 Úvod a obecné principy [28, FEAD, 2002] Spalování je exotermický (teplo produkující) proces. Většina produkované energie během spalování přechází do spalin. Chlazení spalin dovoluje: • • využití energie z horkých spalin a čištění spalin před jejich uvolněním do ovzduší. V zařízeních bez využití tepla jsou plyny běžně chlazeny vstřikováním vody, vzduchu nebo obojího. Ve většině případů se používá kotel. Ve spalovnách odpadů má kotel dvě spolu související funkce: • • ochlazuje spaliny převádí teplo ze spalin do jiného média, obvykle vody, která nejčastěji uvnitř kotle přechází v páru. Charakteristiky páry (tlak a teplota) nebo horké vody jsou určeny místními energetickými požadavky a provozními omezeními. Návrh kotle bude především záviset na: • • charakteristikách páry charakteristikách spalin (koroze, eroze a usazovací potenciál). Charakteristiky spalin jsou samy o sobě vysoce závislé na složení odpadu. Např. nebezpečné odpady mají široké rozpětí složení a někdy vysoké koncentrace korozivních látek (např. chloridů) v surovém plynu. Toto má výrazný vliv na metody možného využití energie. Především kotel může podléhat výrazně korozi a pravděpodobně bude potřebné snížit tlaky páry při zpracování těchto odpadů. Obdobně tepelný cyklus (cyklus pára-voda) bude záviset na stanovených cílech, např.: • • nejvyšší výstupy elektrické energie vyžadují co nejvíce sofistikované cykly, ale jednodušší cykly vyhovují jiným situacím, např. dodávkám tepla. Vodní stěny (stěny spalovací komory jsou tvořeny trubkovým výměníkem tepla – obvykle s ochranným pláštěm) jsou široce používané ke chlazení odpadních plynů ze spalování procházejících prázdným kotlem (tj. tepelné výměníky). Při prvním průchodu je obvykle potřebné, aby byl kotel prázdný, neboť horké plyny jsou příliš korozivní a částice příliš vlhké k tomu, aby byly efektivně využity trubky tepelného výměníku v této oblasti. V závislosti na povaze spalovaného odpadu a navrženého typu spalovacího zařízení lze vyrobit dostatečné množství tepla k podpoře procesu samospalování (tzn., že není nutno používat externí paliva). Základní užití energie přenášené do kotle je: Základní užití energie přenášené do kotle je: • • • výroba a dodávky tepla (v podobě páry nebo horké vody) výroba a dodávky elektřiny kombinace obojího. Převedená energie může být použita v místě vzniku (on-site) jako alternativa dovážené energie a/nebo off-site. Dodaná energie může mít nejrůznější uplatnění v jiných procesech. Obecně se teplo a pára používají k vytápění průmyslových nebo obytných objektů, v průmyslových procesech využívajících teplo a páru a příležitostně jako hnací síla pro chladicí a klimatizační systémy. Elektřina se často dodává do národních distribučních sítí a/nebo používá uvnitř zařízení. 2.4.2 Externí faktory ovlivňující energetickou účinnost 2.4.2.1 Druhy a povaha odpadu Charakteristiky odpadu dodávaného do zařízení budou určovat druh použité technologie a stupeň využití energie. Při výběru procesu jsou zvažovány jak chemické, tak i fyzikální charakteristiky. Chemické a fyzikální charakteristiky odpadu,který je skutečně přijat do zařízení nebo plněn do spalovny, mohou být ovlivněny mnoha místními faktory včetně: • • • kontraktů s dodavateli odpadu (např. průmyslových odpadů přidávaných do komunálních tuhých odpadů) on-site nebo off-site úpravami odpadů nebo ržimy sběr/třídění odbytovými faktory, které způsobují oddělení určitých proudů do nebo z jiných technologií úpravy odpadů. V některých případech bude provozovatel mít velmi omezené možnosti k tomu, aby ovlivnil charakteristiky dodaného odapdu, zatímco v jiných případek naopak značné. Následující tabulka udává typické rozpětí hodnot čistého spalného tepla (NCV) u některých druhů odpadu: Druh vstupujícího odpadu Poznámky a příklady Směsný komunální tuhý odpad (KTO) Směsný domovní odpad Čisté spalné teplo v původních látkách (včetně vlhkosti) Rozpětí GJ/t Průměr GJ/t 6,3 – 10,5 9 Velkoobjemový odpad Odpad podobný KTO Zbytkový KTO po vytřídění recyklací Živnostenský odpad Obalový odpad Palivo z odpadu (RDF) Zvláštní průmyslový odpad Nebezpečný odpad Čistírenské kaly Např. nábytek apod. přidávaný do spaloven KTO Domovní odpady nebo odpad podobné povahy, avšak pocházející z obchodů, kanceláří apod. Podsítná frakce z kompostování a materiály z procesů materiálového využití Frakce odděleného sběru z obchodů, kanceláří apod. Oddělený sběr obalů Pelety nebo vločkované materiály vyrobené z komunálního a podobného odpadu neklasifikovaného jako nebezpečný Např. zbytky z průmyslu výroby plasů nebo papíru Též tzv. chemické nebo zvláštní odpady Pocházející z čistíren odpadních vod Surové kaly (odvodněné na 25 % sušiny) Aktivované (odvodněné na 25 % sušiny) 10,5-16,8 13 7,6-12,6 11 6,3-11,5 10 10-15 12,5 17-25 11-26 20 18 18-23 20 0,5-20 Viz níže 1,7-2,5 0,5-1,2 9,75 Viz níže 2,1 0,8 Tab. 2.10: Rozpětí a typické hodnoty čistého spalného tepla pro určité druhy odpadu vstupujícího do spalovny Zdroj (Energy sub-group 2003 – Podskupina energetiky 2003) Obr. 2.35: Graf znázorňující zaznamenané změny čistého spalného tepla ve spalovně KTO v průběhu 4 let Legenda: Net calorific value čisté spalné teplo Jan (January) leden Mar (March) březen May květen Jul (July) červenec Sep (September) září Nov (November) listopad Výpočet hodnot čistého spalného tepla: Když hovoříme o účinnosti jakéhokoliv spalovacího procesu, je důležité vzít v úvahu toky energie v systému. U zařízení ke spalování odpadu může být správné vyhodnocení účinnosti obtížné vzhledem k nejistým hodnotám výhřevnosti hlavního energetického vstupu, tzn. odpadu. Existuje několik způsobů výpočtu výhřevnosti. Při použití ukázkové metody výpočtu popsané níže byly získány následující výsledné hodnoty čistého spalného tepla (NCV) v 50 převážně německých sledovaných zařízeních ke zpracování KTO (údaje r. 2001): Jednotky čistého Minimum Průměr Maximum spalného tepla 8 10,4 12,6 MJ/kg 2,2 2,9 3,5 MWh/t Tab. 2.11: Vypočtené hodnoty NCV pro odpady zpracovávané v 50 evropských spalovnách KTO Zdroj [Energetická podskupina, 2002 #29] Příklad metody výpočtu: Metoda, která umožňuje velmi jednoduchý, avšak spolehlivý výpočet (± 5 %) čistého spalného tepla odpadu, spočívá v následující rovnici. Zohledněny jsou zde ztráty tepla apod. Údaje potřebné k výpočtu jsou obecně dostupné ve spalovnách anebo se naměří či vypočtou ze stanovených rozměrů, např. parametrů páry. NCV = (1,133 x (mst w/m) x cst x + 0,008 x Tb/1,085 (GJ/t) NCV = NCV nízkovýhřevného spalovaného odpadu při poměru mst w/m ≥ 1 (GJ/t) Přičemž mst w = mst x - (mf x (cf /cst x) x ηb) mst w = množství páry vyrobené z odpadu v témž období jako mst, např. za rok (t/rok) mst x = celkové množství vyrobené páry v určeném časovém období, např. za rok (t/rok) mx = množství přídavného paliva použitého v odpovídajícím časovém období, např. za rok (t/tok) m = hmotnost spalovaného odpadu v určeném časovém období, např. za rok (t/r) cst x = čistá entalpie páry, tj. entalpie páry minus entalpie kotelní vody (GJ/t) cf = čisté spalné teplo přídavného paliva, které se připočítává k produkci páry Tb = teplota spalin za kotlem při obsahu 4-12 % kyslíku ve spalinách (ºC) 0,008 = specifická energie spalin (GJ/t x ºC). 1,133 a 1,085 = konstanty odvozené z regresních rovnic ηb = účinnost tepelné výměny kotle (asi 0,80) Poznámka: Tento výpočet čistého spalného tepla se uplatní pouze u současných zařízení, avšak nikoliv k účelům navrhování rozměrů nových zařízení. Je nutno také připomenout, že vzorec může být použit v provozním rozsahu 4-12 % kyslíku, přičemž původní návrh byl 7-9 % O2. Zařízení navržená pro venkovní koncentraci O2 v rozpětí 7-9 % by vyžadovala použití modifikovaných koeficientů, aby se dosáhlo požadované přesnosti. 2.4.2.2 Vliv umístění zařízení k využití energie Předpokládaná účinost spalovacího procesu je do značné míry ovlivněna vedle kvality odpadu a technických hledisek také volbou výstupů pro produkovanou energii. V procesech, u kterých byly zvoleny dodávky elektřiny, páry nebo tepla, bude možno k tomu účelu využít během spalování více produkovaného tepla a nebude nutné chlazení, aby se odvádělo teplo, čímž se jinak snižuje účinnost. Největší účinnost využití odpadní energie lze obvykle dosáhnout, když může být teplo regenerované ze spalovacího procesu nepřetržitě dodáváno do ústředního vytápění, jako procesní pára apod. nebo v kombinaci s dodávkami elektřiny. Nicméně, přijetí takových systémů velmi závisí na umístění provozů, především na dostupnosti spolehlivého uživatele dodávek energie. Samotná produkce elektřiny (tzn. bez dodávek tepla) je běžná a obvykle se stává prostředkem využití energie z odpadu, který příliš nezávisí na místních okolnostech. Níže uvedená tabulka udádí přibližné rozpětí potenciální účinnosti spaloven v různých situacích. Skutečné hodnoty v jednotlivých spalovnách budou velmi specifické podle lokality. Účelem tabulky proto je poskytnout prostředek srovnání možností dosažitelných v příznivých podmínkách. Pochybnosti o metodách výpočtu způsobují, že číselné hodnoty se těžko porovnávají – v tomto případě číselné údaje nezohledňují účinnost kotle (běžně ztráty 20 %) a tím se vysvětluje to, že údaje se za některých okolností blíží 100 % (v některých případech je nutno počítat i s hodnotami přesahujícími 100 %). Typ zařízení pouze výroba elektřiny Kombinovaná výroba tepla a elektřiny (CHP) Teplárny s prodejem páry nebo horké vody Prodej páry velkým chemickým závodům CHP a teplárny s kondenzací vlhkosti ze spalin CHP a teplárny s kondenzací a tepelnými čerpadly Hlášený údaj o tepelné účinnosti v % (teplo+elektřina)/ výstup energie z kotle) 17-30 70-85 80-90 90-100 85-95 90-100 Poznámka: v tabulce uvedená čísla vycházejí z jednoduchého součtu produkovaných MWh tepla a MWh elektřiny a vydělením hodnotou energetického výstupu z kotle. Nijak zvlášť se nezohledňují jiné důležité faktory, např.: požadavky na procesní energii (podpůrná paliva, vstupy elektřiny), relativní hodnota oxidu uhličitého v dodávkách elektřiny a tepla (např. odstraněná produkce). Tab. 2.12: Účinnost konveze energetického potenciálu v různých druzích spaloven odpadu Zdroj [RVF, 2002 # 5] Potenciální účinnost závisí na spotřebě tepla a elektřiny uvnitř zařízení. Pokud se tato vnitřní spotřeba nezohlední, může dojít k tomu, že vypočtené hodnoty účinnosti některých zařízení přesahují 100 %. Zkreslé údaje o účinnosti jsou také obvyklé v případech, kdy jsou podhodnoceny ztráty tepelnou výměnou v kotli (tj. účinnost kotle 80 % znamená, že 20 % tepla ze spalin není převedeno na páru, mnohdy je účinnost vztažena k převedenému teplu na páru spíše než k teplu z odpadu). Pokud neexistuje externí požadavek na energii, je poměrná část energie často použita on-site k dodávkám do samotného spalovacího procesu, čímž se snižuje množství dovezené energie na velmi malou míru. U spaloven komunálního odpadu mohou tvořit takové vnitřní dodávky řádově 10 % energie spalovaného odpadu. Chladicí systémy slouží ke kondenzaci kotelní vody, která se zpětně vrací do kotle. Procesy, které jsou obvykle lokalizovány tak, aby byly přístupné síti dodávek energie (nebo jednotlivým součinným uživatelům energie), zvyšují u spalovny možnost dosažení vyšší celkové účinnosti. 2.4.2.3 Faktory zohledňované při výběru návrhu energetického cyklu Při stanovení návrhu umístění nové spalovny odpadu je třeb zohlednit následující faktory [51, CNIM, 2003]: Zohledněný faktor Přisunovaný odpad Možnosti prodeje energie Podrobně zvažovaná hlediska • Kvantita a kvalita • Dostupnost, pravidelnost, sezónní změny dodávek • Vyhlídky změny v povaze i množství odpadu • Vlivy třídění a recyklace odpadu Teplo • Obcím, např. ústřední vytápění • Soukromým průmyslovým podnikům • Použití tepla, např. pro procesy, pro vytápění • Geografické překážky, umožnění dostupnosti potrubí • Trvání požadavku, trvání kontraktu na dodávku • Stupeň závaznosti dodávek, tj. existuje –li nějaký jiný zdroj tepla, když se spalovna odstaví • Charakteristiky páry/horké vody: tlak (normální/minimální), teplota, průtok, vracení kondenzátu ano či ne? • Sezónní graf požadavků • Výrazný vliv hospodářských dotací • Podíl zákazníků pro dodávky tepla na financování provozovny, tj. zajištění dodavatelských kontraktů. Elektřina • Národní nebo průmyslová síť (vzácně), samotná spotřeba v provozovně, samotná spotřeba u zákazníka (tj. úprava čistírenských kalů) • Cena elektřiny výrazně ovlivňuje investice • Dotace nebo půjčky se sníženými sazbami mohou zvýšit investice • Technické požadavky: napětí, příkon, dostupnost distribuční sítě Místní podmínky • • • • Kombinace tepla a elektřiny Jiné • • • • • • Výběr chladicího média: ovzduší nebo voda Meteorologické podmínky v daném čase: teplota, hygrometrie, (min., průměr, max., grafy) Přijatelnost „oblaku“ vodní páry (chladicí věže) Dostupnost zdroje studené vody: řeka nebo moře o Teplota, kvalita vody o Průtok, kterého lze dosáhnout v daném období o Povolené zvýšení teploty Poměr podle sezóny Vývoj poměru do budoucnosti Volba mezi: zvýšení energetických vstupů, snížení investičních nákladů, komplexnost provozu, požadavky dostupnosti atd. Přijatelná úroveň hluku (vzduchové chladiče) Potřebný prostor Architektonické omezení Tab. 2.13: Faktory zohledněné při výběru návrhu energetického cyklu spaloven odpadů Zdroj [51, CNIM, 2003] 2.4.3 Energetická účinnost spaloven odpadů [Energetická podskupina, 2002 # 29] Za účelem umožnění porovnání energetického výkonu spaloven odpadů je nezbytné zajistit, aby se tato porovnání prováděla konzistentním způsobem. Především je nutná standardizace v následujících bodech: • • • Omezení pro hodnocení, tj. které části procesu zahrnout/vyloučit? Metody výpočtu Způsob zqacházení s různými energetickými vstupy a výstupy, např. teplem, parou, elektřinou, primárními palivy, recirkulací v procesu vyrobené energie atd. V oddílech, které následují, jsou popsány typické vstupy a výstupy v mnohých spalovnách odpadů. Informace ohledně výpočtu energetické účinnosti jsou uvedeny v příloze 10.4. 2.4.3.1 Energetické vstupy do spaloven odpadů [Energetická podskupina, 2002 # 29] Kromě energie obsažené v odpadu existují i jiné vstupy do spalovny, které je třeba rozeznávat, máme –li zvažovat energetickou účinnost zařízení jako celku. Vstupy elektřiny: Spotřeba elektřiny se dá obvykle snadno vypočítat. V situacích, kdy jsou poskytovány ekonomické pobídky na podporu produkce elektrické energie ze spaloven odpadů (např. jako zdroj obnovitelné energie) se mohou vyskytnout cenové rozdíly mezi nakupovanou a vyváženou elektrickou energií. Spalovny mohou potom zvolit (z ekonomických důvodů) export veškeré vyrobené elektřiny a dovoz ze sítě toho podílu elektřiny, který je potřebný k chodu samotného spalovacího procesu. V tomto případě bude spalovna často mít odlišné toky elektřiny pro vstup a výstup. Vstupy páry/tepla/horké vody: V procesu může být použita pára (teplo nebo horká voda). Zdroj může být externí nebo cirkulační. Paliva: Jsou požadována pro několik účelů. Např. konvenční paliva jsou spotřebována k následujícímu účelu: i. zajistit, aby byly udržovány požadované teploty ve spalovací komoře (to potom přispívá k produkci páry) ii. zvýšit teplotu ve spalovací komoře na požadovanou úroveň předtím, než se naplní odpadem (to přispívá částečně k produkci páry) iii. zvýšit teplotu spalin (např. po mokrém praní plynu) kvůli vyloučení rukávového filtru a koroze komínu a potlačení viditelnosti kouře iv. předehřátí spalovacího vzduchu v. ohřát spaliny k úpravě ve specifických přístrojích, jako jsou přístroje pro selektivní katalytickou redukci (SCR) nebo tkaninové filtry. Při úvahách o celkové účinnosti využití energie z odpadu je důležité zmínit to, že některá tato užití primárních paliv přispívají k výrobě páry a jiná nikoliv. Nezohlední –li se to, může dojít k chybným výpočtům účinnosti vzhledem k nesprávnému započítání energie pocházející ze spalování primární paliv. Například: • Paliva používaná v přídavných hořácích i) (plně) nebo ii) (částečně) budou přispívat k produkci páry (běžně kolem 50-70 % dodatečného užití paliv), zatímco • Paliva použitá v bodech shora uvedených ii) (zbývajících 30-50 % dodatečného užití paliv), iii) a v) nebudou přispívat k produkci páry. Vstupy paliva (např. uhlí/koks) (přídavna paliva k odpadu) lze také používat ve zplyňovacích zařízeních k produkci syntézního plynu o požadovaném chemickém složení a výhřevnosti. 2.4.3.2 Výstupy energie ze spaloven odpadů Elektřina: Produkci elektřiny lze snadno vypočítat. V samotném spalovacím procesu lze použít některý z výstupů produkce elektřiny. Paliva: Palivo (syntézní plyn) je vyrobeno v zařízeních ke zplyňování/pyrolýze a může být vyváženo nebo spalovnáno na místě (obvyklé) nebo bez využití energie. Pára/horká voda: Teplo uvolněné při spalování odpadu je často využito k prospěšným účelům, např. k produkci páry nebo horké vody pro průmyslové uživatele nebo domácnosti, k externí produkci elektřiny či dokonce jako hnací síla chladicích systémů. Zařízení ke kombinované produkci tepla a elektřiny (CHP) poskytují jako teplo, tak elektřinu. Pára/horká voda, které se nepoužijí ve spalovně, mohou být vyvezeny. 2.4.4 Aplikované technologie ke zlepšení využití energie 2.4.4.1 Předběžná úprava vstupujícího odpadu Existují dvě hlavní kategorie technologií předběžné úpravy se zřetelem na využití energie: • • Homogenizace Extrakce/oddělování. Homogenizace odpadové suroviny zanmená mísení přijímaných odpadů v zařízení, ve kterém se používají fyzikální metody (např. míchání v bunkru a někdy šrédrování) popsané na několika místech v tomto dokumentu, za účelem dodávek přisunovaného materiálu o konzistentní kvalitě jako paliva. Hlavní prospěch spočívá ve zlepšení konečné stability procesu, v důsledku které je umožněn hladký postupný procesní provoz. Rovnoměrnější parametry kotelní páry umožňují zvýšenou produkci elektřiny. Celkový prospěch z vyšší energetické účinnosti je omezený, ale úspory nákladů a jiné provozní výhody mohou vzrůst. Extrakce/oddělování zahrnuje odstranění určitých frakcí z odpadu předtím, než jsou přisunty do spalovací komory. Rozsah technologií splňujících specifická kvlaitativní kritéria počínaje extenzivními fyzikálními procesy výroby paliv z odpadu (RDF) a mísení kapalných odpadů a konče jednoduchým přemisťováním a odstraňováním velkých kusů, které nejsou vhodné pro spalování (např. betonové bloky nebo velké kovové předměty), obsluhou jeřábu. Hlavní dosažené výhody: • • • Zvýšená homogenita, především tam, kde byl odpad předběžně pracnějším způsobem upraven (viz komentáře shora týkající se výhod homogenizace) Odstranění velmi objemných kusů – tudíž rizika ucpání a tím i neplánovaných odstávek zařízení Možné použití fluidního lože nebo jiných technologií, které by mohly zlepšit účinnost spalování. Extrakce, oddělení a homogenizace odpadu mohou výrazně zvýšit energetickou účinnost samotné spalovny. Důvodem je skutečnost, že tyto procesy mohou významně změnit povahu odpadu nakonec dodaného do spalovacího procesu, čímž je poté umožněno navrhnout spalovací proces bližší specifickému vstupu a optimalizovat výkon (ale s menší flexibilitou). Nicméně, pro účely širšího posouzení (za rámec tohoto dokumentu) je důležité poznamenat, že technologie použité při přípravě tohoto odlišného paliva samy o sobě vyžadují energii a vedou k dalším emisím. (Poznámka: Rámec tohoto BREF dokumentu se nerozšiřuje až k doporučení upstream systémů (pozn. překladatele: proti toku materiálu, tj. před fází konečné úpravy a spotřeby), které mohou ovlivnit spalovací charakteristiky a energetický obsah přijímaného odpadu. Avšak připouští se, že tyto upstream problémy mají klíčový vliv na charakteristiky odpadu nakonce přijímaného do zařízení a tudíž rozhodují o tom, co je dosažitelné.) 2.4.4.2 Kotle a přechod tepla Trubkové horkovodní kotel se obvykle používají k výrobě páry a horké vodyz potenciální energie horkých spalin. Pára nebo horká voda obecně vzniká ve svazcích trubek v proudu spalin. Obal pece, následné prázdné průchody a prostor kde jsou umístěny svazky trubek vypařovače a přehřívače jsou obecně navrženy s vodou chlazenými membránovými stěnami. Při výrobě páry lze ovykle rozlišit tři teplené povrchy, jak ukazuje obr. 2.36: Obr. 2.36: Zobrazení jednotlivých teplených povrchů v parním generátoru Zdroj [1, UBA, 2001] Klíč k některým údajům na obr. 2.36 (shora): 7 předehřívač napájecí vody (ekonomizér) V tomto prostoru se ohřívá spalinami napájecí voda na teplotu blízkou bodu varu (navrženo jako trubkový tepelný povrch.) 6 odpařování: V tomto prostoru se ohřívá voda přicházející z ekonomizéru až na teplotu nasycené páry (navrženo jako svazkový tepelný povrch,obalová stěna spalovací komory). 5 přehřívání: V tomto prostoru je nasycená pára přicházející z odpařovače přehřáta na konečnou teplotu (jako pravidlo, svazkové nebo přepážkové tepelné povrchy). Je možno rozlišovat následující tradiční odpařovací systémy (viz obr. 2.37): Obr. 2.37: Základní průtočné systémy kotlů Zdroj [1, UBA, 2001] Legenda: Natural circulation přirozený oběh Forced circulation nucený oběh Forced continuous flow nucený kontinuální průtok Downpipes svislé trubky (odpadní potrubí) Circulaton pump oběhové čerpadlo Feed pump napájecí čerpadlo Rising pipe stoupací trubka Drum kotel Superheater přehřívač • • • Přirozený oběh: hmotnostní tok vody/páry v odpařovači je udržován vlivem rozdílné hustoty média v ohřívaných a neohřívaných trubkách. Směs voda/pára vstupuje do kotle a v něm se oddělují. Nasycená pára potom postupuje do dále připojeného přehřívače. Nucený oběh: Tento princip odpovídá přirozenému oběhu, ale je rozšířen o oběhové čerpadlo, které podporuje cirkulaci v odpařovači. Nucený kontinuální průtok (průtlačný kotel – Bensonův): V tomto systému je napájecí voda tlačena v kontinuálním toku do ekonomizéru, odpařovače a přehřívače. Sprejové a povrchové chladiče se používají v oběhových kotlích k tomu, aby se udržela skutečně požadovaná teplota páry. Jejich funkcí je zajistit rovnováhu změn teplot páry, ke kterým dochází v důsledku výkyvů u vsázky, změn kvality odpadu, přebytku vzduchu, jakož i v důsledku kontaminace tepelných povrchů. Příprava napájecí kotelní vody a vody na dolití je podstatná pro účinný provoz a snížení koroze (uvnitř trubek) nebo rizika poškození turbin. Kvalita kotelní vody musí být vyšší, pokud má být používána pára o vyšších parametrech. Při určování parametrů páry pocházející z kotlů vytápěných odpadem je nutný kompromis. Důvodem je skutečnost, že zatímco volba vysokých teplot a tlaků vede k vyššímu využití energie obsažené v odpadu, může taková pára o vyšších parametrech výrazně zvyšovat korozi, především na površích přehřívačů a odpařovačů. Ve spalovnách odpadů se běžně používá pára o tlaku 40 barů a teplotě 400 ºC, a když se zde vyrábí elektřina, použijí se i vyšší hodnoty, především u předem upravených komunálních tuhých odpadů a připraveného paliva z odpadu (60 barů a 520 ºC se používá, když jsou uplatněna speciální opatření k prevenci koroze). V případě produkce tepla je možno vyrábět páru při nižších tlacích a teplotách anebo vyrábět přehřátou vodu. Na základě těchto spíše nižších parametrů páry (v porovnání s elektrárnami využívajícími převážně primární palivo) se téměř výlučně vybírají parní kotle s přirozeným oběhem. Pro spalování odpadů je charakteristické vysoké zatížení prachem obsaženým ve spalinách. Opatření, která mohou pomoci odstraňování prachu z prostoru kotlů, spočívají v oddělování popílku usazováním: • • při nízké rychlosti spalin a s obráceným tokem spalin Vysoký podíl popela ve spalinách způsobuje riziko odpovídající vysoké kontaminace povrchů pro převod tepla. Vede to ke snížení přestupu tepla a ke ztrátám na výkonu. Tady má důležitou úlohu čištění tepelných povrchů. Čištění musí být prováděno manuálně nebo automaticky pomocí bodců (trysky se stlačeným vzduchem nebo vodou), míchadel, dmychadel sazí s použitím páry, pomocí peletového otryskávání (někdy nazýváno čištění otryskáváním), pomocí zvukových vln a rázů nebo pomocí přístrojů na čištění nádrží. Ve spalovnách lze používat různě navržené kotle. Jsou znázorněny zleva doprava na obr. 2.38: • horizontální kotle • kombinované vertikální a horizontální kotle • vertikální kotle Obr. 2.38: Přehled různých kotelních systémů: horizontální, kombinovaný a vertikální Zdroj [1, UBA, 2001] V horizontálních a vertikálních systémech je obvykle řada prázdných průchodů v odpařovacích stěnách a dále sestava svazků tepelných povrchů, tzn. odpařovače, přehřívače a ekonomizéru. Volba systému k instalaci závisí na daném stavebním návrhu, na vybraných parametrech páry a na zákaznických specifikacích. 2.4.4.2.1 Koroze kotlů [1, UBA, 2001] Se zavedením požadavků na dobu zdržení při minimální teplotě a obsah kyslíku se koroze v parních generátorech spaloven odpadů zvýšila. Koroze je způsobena chemickým působením spalin a prachových částic z pece. Spalovací komora, vodní stěny prvních slepých (prázdných) průchodů a přehřívač jsou kotelní složky nejvíce ohrožené korozí. Eroze, která znamená obrušování povrchových materiálů vlivem opotřebení a ošoupání vertikálních ploch, je hlavně způsobena prachovými částicemi obsaženými ve spalinách. K erozi dochází hlavně v místech, kde se mění směr plynů. Opotřebení trubek je způsobeno kombinací koroze a obrušování. Koroze se objevuje na čistých kovových površích. Pokud se samotné korozivní produkty ukládají jako povlak na trubky (vrstva oxidu), fungují jako ochranná vrstva a zpolmalují korozi. Pokud se tato ochranná vrstva opotřebuje erozí a pokud se znovu objeví kovový povrch, začíná celý proces znovu. Souvislá úvaha o korozních procesech je obtížná vzhledem k interakci fyzikálních, chemických, technických spalovacích, metalurgických a krystalografických parametrů. Existují různé typy koroze způsobené spalinami: • Ze zápalného procesu: koroze při vysoké teplotě • Počáteční koroze: časově omezená tvorba chloridu železa předtím, než se vytvoří první vrstva oxidu ve „slepých“ ocelových průchodech během najíždění pece. Reakce probíhá nepřetržitě po odstranění povlaku erozí. • Koroze vlivem nedostatku kyslíku: způsobená vznikajícícím chloridem železnatým v atmosféře odkysličených spalin, např. pod povlaky ( např. oxidů, kontaminace nebo ohnivzdorných materiálů) a v prostoru pece. Chlorid železnatý je při teplotách vyskytujících se při spalování odpadů těkavý a tudíž mobilní. Indikátorem takové koroze je výskyt CO (tím se vysvětluje často nesprávně používaný termín „ CO koroze“). Rozhodující je ale mikroskopická struktura na hranici mezi materiálem a povlakem. Koroze se v jednotlivých případech objevuje při tlaku páry nad 30 barů, ale mnohem častěji při tlaku nad 40 barů. Rychlost koroze se zvyšuje s teplotou kovu. Produkty koroze se vyskytují ve vrstvách vloček. • Koroze vlivem chloridu při vysoké teplotě: koroze vlivem chloridu, která vzniká během sulfatace alkalických chloridů a agresivním působením hydroxidů železnatého a olovnatého. Tyto korozivní mechanismy jsou zjišťovány ve spalovnách odpadů s produkcí spalin o teplotě větší než 700 ºC a při teplotách stěn trubek nad 400 ºC. Korozní produkty lze rozlišit jako černé pevně spojené pohárky obsahující silné hygroskopické červené vrstvy chloridu železitého. • Koroze vlivem tavení solí: Spaliny obsahují alkalické a podobné složky, které mohou vytvářet eutektické struktury. Eutektické sloučeniny mají nižší bod tání oproti jednotlivým složkám eutektického systému. Tyto systémy tavenin jsou vysoce reaktivní a mohou působit vážnou korozi oceli. Mohou reagovat se žáruvzdorným obložením pecí a vedou k vytváření sloučenin podobných kalsilitu, leucitu a sanidinu uvnitř pece, které ničí obložení mechanickou cestou. Může také vést k formování tavenin o nízké viskozitě na povrchu sestávající z usazeného materiálu a materiálu žáruvzdorné vyzdívky (koroze žáruvzdorného materiálu). [64, připomínky TWG,2003] [74, připomínky TWG, 2004] • • • Elektrochemická koroze: Je založena na vyrovnávacím elektrickém potenciálu rozdílných kovů. Vodič může být v kapalném nebo tuhém skupenství a vykazuje dostatečnou elektrickou vodivost při daných teplotách. Vodivost se může zvyšovat od rosného bodu vody přes rosný bod kyseliny sírové až k roztavené soli. Stálá koroze: Založena na vysokém obsahu chloridu (především chloridu vápenatého), přičemž usazeniny jsou hygroskopické. Vlhkost vzduchu rozpouští tyto sloučeniny a způsobuje úkazy chemického rozpouštění v materiálu. Koroze rosného bodu: Když poklesne teplota pod rosný bod kyseliny, vyskytne se na studených površích mokrá chemická koroze. Tomuto poškození je možno se vyhnout, když se zvýší teplota nebo vybere vhodný materiál. Ve skutečnosti je z pohledu termodynamiky určitý stupeňkoroze nevyhnutelný. Ochranná opatření pomáhají pouze snížit na přijatelnou úroveň škody způsobené korozí. Příčiny koroze vyžadují konstruktivní a operativní protiopatření. Možnosti zlepšení se nacházejí hleavně u parního generátoru. Nízké parametry páry, dlouhé reakční časy před vstupem na tepelné povrchy, snižování rychlosti spalin a vyrovnávání profilu rychlostí by všechny mohly být úspěšné. Ochranné pláště, obrábění, lisování a deflektory je možno také použít k zabezpečení tepelných povrchů. Při určování intenzity čištění kotle musí být nalezen kompromis mezi nejlepším možným přestupem tepla (kovové povrchy trubek) a optimální protikorozivní ochranou. 2.4.4.3 Předehřívání spalovacího vzduchu Předehřívání spalovacího vzduchu je především prospěšné na pomoc spalování vysoce vlhkých odpadů. Dodávaný předehřátý vzduch vysušuje odpady a tak usnadňuje vznícení. Dodávky tepla prostřednictvím systémů tepelné výměny mohou pocházet přímo ze spalování odpadu. Předehřátí primárního spalovacího vzduchu v případě produkce elektřiny může mít pozitivní vliv na celkovou energetickou účinnost. 2.4.4.4 Vodou chlazené rošty K ochraně roštů se uplatňuje vodní chlazení. Voda se používá jako chladicí médium, které zachycuje teplo z odpadu spalovaného v loži a toto se používá kdekoliv v procesu. Je obvyklé, že odstraněné teplo se vrací zpět do procesu k předehřátí spalovacího vzduchu ( primární a/nebo sekundární vzduch) nebo ohřívání kondenzátu. Jinou variantou je přímá integrace vodního chlazení do oběhu kotle, který je provozován jako odpadřovač. Tyto rošty jsou aplikovány, pokud je čisté spalné teplo odpadu vyšší, obvykle nad 10 MJ/kg. Při nižších hodnotách výhřevnosti je jeich aplikace více omezená. Zvýšení výhřevnosti komunálního odpadu, které bylo v Evropě zaznamenáno, je ovlivněno uplatněním této technologie. Existují i jiné důvody pro použití vodou chlazených roštů a ty jsou uvedeny v oddíle 2.3.1.2.5. 2.4.4.5 Kondenzace spalin [5, RVF, 2002] Voda ve spalinách ze spalování odpadu obsahuje odpařenou volnou vodu z paliva a reakční vodu z oxidace vodíku, jakož i vodní páry ze spalovacího vzduchu. Když je spalován odpad, obsah vody ve spalinách za kotlem a ekonomizérem se obvykle mění v rozsahu mezi 10 a 20 obj. %, odpovídající rosnému bodu vody 50-60 ºC. Během čištění kotle parou se obsah vody ve spalinách zvyšuje na přibližně 25 %. Minimální možná teplota suchého plynu je v tomto bodě 130-140 ºC při použití běžného stavebního materiálu kotle. Tato teplota je převážně určena tak, aby se pohybovala nad rosným bodem kyseliny se zřetelem na obsah SO3 a vody ve spalinách. Nižší teploty vedou ke korozi. Tepelná účinnost kotle (pára nebo horká voda z odpadu) bude za těchto podmínek přibližně 85 %, tak jak je vypočtena na základě výhřevnosti vstupujícího odpadu. Nicméně, pokud je ve spalinách více použitelné energie, vzniká vodní pára s latentní specifickou energií asi 2500 kJ/kg a suchý plyn s měrným teplem asi 1 kJ/(kg ºC). Recirkulovaná voda z ústředního vytápění o teplotě 40-70 ºC (závislá konfigurace systému) může být použita přímo k chlazení a kondenzaci vodních par ze spalin. Tento systém je obvyklý v zařízeních, kde se spaluje biopalivo, které je běžně velmi vlhké a určuje rosné body ve spalinách 60-70 ºC. Příklad: Stockholm/Hogdalen (Švédsko): V zařízení ve Stockholm/Hogdalenu (Švédsko) je uplatněn tento systém v podobě třech konvenčních roštů vytápěných parními kotli a jednoho cirkulujícího fluidního lože. Spaliny z konvenčního kotle se spalovacím roštem se chladí otryskáváním v kotlích na odpadní teplo na zhruba 140 ºC. Recirkulovaná voda z ústředního vytápění se používá jako chladicí médium. Čištění spalin (FGT) začíná v každém kotli v systému suchého čištění, kdy je do reaktoru vstřikováno hydratované vápno, které se mísí se spalinami. Kyselé nečistoty reagují s vápnem za vzniku tuhých solí, které se na tkaninovém filtru odstraňují spolu s popílkem a přebytkem vápna. Koncová reakce probíhá v prachovém koláči v rukávech filtru. Kotel s fluidním ložem má mírně odlišný reaktor, kdy je mírně zvlhčován recirkulující prach z tkaninového filtru předtím, než se smísí s čerstvým vápnem a je vstřikován do spalin. Druhý stupeň čištění zahrnuje mokré praní plynu, při kterém se nasycují spaliny a odstraňuje zbytek kyselých plynů, především chlorovodík a oxid siřičitý. Nasycený plyn opouštějící mokrou pračku plynů má teplotu asi 60 ºC. Je nasáván do trubkového kondenzátoru, kde se ochlazuje recirkulovanou vodou z ústředního vytápění na teplotu 40-50 ºC. Jeden mokrý systém se používá pro všechny tři roštové kotle, i když CFB-kotel (coal fired boiler – kotel na uhlí) má svůj vlastní systém. Recirkulovaná voda má teplotu 40 ºC (v normálním podnebí je to pro toto zařízení velmi nízká teplota v porovnání s klimatickými podmínkami většiny evropských zemí). 14 % dodatečné energie se obnoví v kondenzátoru. Na druhé straně, pokud je teplota recirkulované vody 50 ºC, obnoví se pouze 7 % dodatečné energie. V extrémních případech, když je teplota recirkulované vody 60 ºC, nevyužije se žádné dodatečné teplo. V případě Stockholm/Hogdalenu jsou spaliny znovu ohřívány předtím, než vstupují do sacího ventilátoru a komína a k tomuto znovuohřátí některé spalovny komunálního odpadu nízko tlakové páry se spotřebovává. Je také možno provozovat zařízení bez tohoto opětovného zahřátí spalin, ale s mokrým sacím ventilátorem a komínem. Obr. 2.39: Kontrola znečištění a dodatečné využití tepla kondenzací vodní páry ze spalin v zařízení ve Stockholm/Hogdalenu pro kombinovanou výrobu tepla a elektřiny spalováním odpadů Legenda: Delivery border hranice vykládky Coal uhlí Lime vápno To deposit k uložení Residue zbytky Bag house filter rukávový filtr Reactor reaktor Neutral scrubber neutrální pračka plynů Acid scrubber kyselá pračka plynů Demister zařízení k odstranění zamlžení Condenser kondenzátor District heat water voda ústředního vytápění Pressurised air, cooling water etc. tlakový vzduch, chladicí voda atd. Steam pára Samples for testing zkušební vzorky Water treatment čistírna vody Recovered water to be used in the plant recirkulovaná voda k použití v zařízení Sewage čistírenské kaly Zjednodušený příklad ukazuje, že kondenzace může být účinná pouze tehdy, když existuje odpovídající velký rozdíl teplot mezi rosným bodem vody ve spalinách a chladicí vodou (běžně jde o recirkulvoanou vodu z ústředního vytápění). Pokud není tato podmínka splněna, je třeba instalovat tepelná čerpadla. (viz níže). Je nutno poznamenat, že v tomto případě je energetickou hnací silou pro kondenzaci spalinových plynů recirkulovaná studená voda z ústředního vytápění. Takový případ existuje pouze v regionech s nižšími teplotami vzduchu, především v Severní Evropě. 2.4.4.6 Tepelná čerpadla [RVF,2002 #5] Hlavním účelem tepelných čerpadel je přesun energie z jedné teplotní úrovně na vyšší úroveň. Existují tři druhy tepelných čerpadel provozovaných ve spalovnách odpadů. Jsou popsána níže na příkladech. 2.4.4.6.1 Tepelná kompresorová čerpadla Jde o nejlépe známé tepelné čerpadlo. Instaluje se např. v mrazicích zařízeních, v klimatizačních zařízeních, chladničkách, vysoušečích a v tepelných čerpadlech používaných k vyhřívání pomocí energie z kamene, půdy, vody a vzduchu. Čerpadlo obvykle pohání elektrický motor, ale pro větší zařízení lze použít kompresory poháněné parní turbinou. V uzavřeném oběhu cirkuluje mrazicí látka (např- R134a), prochází kondenzátorm, expandérem, odpařovačem a kompresorem. Kompresor stlačuje látku, která kondenzuje při vyšší teplotě a dodává teplo vodě ústředního vytápění. Zde je látka nucena expandovat při nižším tlaku, čímž dojde k odpařování a absorbci tepla vody ze spalin kondenzující při nižší teplotě. Tak se energie při nižší teplotě ve vodě z kondenzace spalin transformuje do systému ústředního vytápění na vyšší teplotní hladině. V běžných spalovacích podmínkách je možno dosáhnout poměru mezi vystupujícím teplem a energií kompresoru (poměr tepla k elektřině) přibližně 5:1. Kompresorem poháněné tepelné čerpadlo může zužitkovat velké množství energie ze spalin. 2.4.4.6.2 Absorpční tepelná čerpadla Obdobně jako kompresorové typy čerpadel byla absorpční tepelná čerpadla původně vyvinuta k účelu chlazení. Komerční tepelná čerpadla pracují s vodou v uzavřeném cyklu prostřednictvím generátoru, kondenzátoru, vypařovače a absorbéru. Namísto kompresí je cirkulace udržována pomocí absorpce vody v solném roztoku, obvykle bromidu lithia, v absorbéru. Zředěná voda s rozpuštěnou solí se čerpá do generátoru. Zde se voda odpařuje pomocí horké vody nebo nízkotlakové páry a poté kondenzuje při vysoké teplotě v kondenzátoru. Teplo se převádí do vody k ústřednímu vytápění. Koncentrovaný roztok soli cirkuluje zpět do absorbéru. Proces je kontrolován podle tlaku systému se zřetelem na tlak par kapalin, vody a bromidu lithia. Spotřeba elektrické energie je velmi nízká, limitovaná malými čerpadly mezi absorbérem a generátorem, a je zde málo pohyblivých součástí. Poměr mezi výstupem tepla a výkonem absorbéru je běžně asi 1,6. 2.4.4.6.3 Otevřená tepelná čerpadla Třetím druhem tepelných čerpadel jsou tzv. otevřená tepelná čerpadla. Jejich princip spočívá ve snížení obsahu vody v kondenzátoru pomocí vzduchu proudícího v opačném směru proti proudu spalin a působícího jako nosné médium tepelné výměny tepla a vlhkosti. 2.4.4.6.4 Příklad údajů o různých tepelných čerpadlech Následující tabulka byla uspořádána z údajů ze třech různých zařízení ve Švédsku, z nichž každé používá jiný druh tepelného čerpadla, jak jsou popsána shora. Jak je zřejmé z tabulky, použití tepelných čerpadel je spojeno se spotřebou lektřiny a tím se snižuje čistý elektrický výkon. Avšak výstup tepelného výkonu se zvyšuje. Druh tepelného čerpadla Čistý tepelný výkon při použití tepelného čerpadla Čistý tepelný výkon bez použití tepelného čerpadla Variabilita tepelného výkonu Čistý elektrický výkon při použití tepelného čerpadla Čistý elektrický výkon bez použití tepelného čerpadla Variabilita v produkci elektřiny Příklad 1 Kompresorový pohon 82 Příklad 2 Absorpční tepelné čerpadlo 80 Příklad 3 Otevřená tepelná čerpadla 81 60 63 70 + 37 % + 28 % + 16 % 15 15 0 20 19 0 - 25 % - 21 % 0 Údaje se vztahují k energetickému vstupu 100, proto jsou všechna čísla v %. V příkladu 3 není produkována elektřina Zdroj: údaje jsou sestaveny ze 3 příkladů zařízení ze Švédska. Tab. 2.14: Příklad údajů ukazující změny výstupů tepla a elektřiny při použití rozdílných druhů tepelných čerpadel Zdroj [5, RVF, 2002] 2.4.4.7 Recirkulace spalin Určitý podíl (přibližně 10-20 obj. %) spalin (obvykle vyčištěných) se recirkuluje, běžně po předchozím odstranění popela, za účelem nahrazení sekundárního vzduchu ve spalovací komoře. Tato technologie snižuje ztráty tepla ve spalinách a zvyšuje energetickou účinnost procesu asi o 0,75-2 %. Jsou také hlášeny další přínosy ve snížení primárního NOx. Je známo, že účinným prostředkem proti korozi je izolace recirkulačních průduchů v této oblasti. 2.4.4.8 Opětovné zahřátí spalin na provozní teplotu zařízení k čištění spalin Některá zařízení pro kontrolu znečištění ovzduší vyžadují, aby byly spaliny k účinnému nakládání s nimi zahřáty. V příkladech jsou zahrnuty systémy selektivní katalytické redukce a rukávové filtry, které obvykle vyžadují určitou místní teplotu (250 ºC pro systémy SCR a 120 ºC pro rukávové filtry). Energii pro ohřátí plynů je možno získat: • • Z externích zdrojů energie (např. elektrické topení, plynové nebo olejové hořáky) Použitím procesního tepla nebo elektřiny (např. pára vypouštěná z turbin). Použití tepelných výměníků k opětovnému získání tepla na konci zařízení snižuje potřebu externího vstupu energie. To se provádí, když proces v příštím stupni nevyžaduje, aby teplota spalin byla tak vysoká, jako v předchozím stupni. 2.4.4.9 Snížení viditelnosti kouře V některých lokalitách je vysoká citlivost na viditelnost kouře. Také některé technologie (např. mokré praní) zvyšují vlhkost spalin a zvyšují viditelnost kouře. Nižší teplota vzduchu a jeho vyšší vlhkost zvyšují riziko kondenzace oblak páry a tudíž zvyšují viditelnost kouře. Zvyšování teploty spalin je jedním ze způsobů, jak snížit viditelnost kouře a současně zlepšit disperzní charakteristiky. V závislosti na vlhkosti spalin a na atmosférických podmínkách se viditelnost kouře při výstupu z komína podstatně zmenší při teplotě 140 ºC. Snížení obsahu vlhkosti ve spalinách také zmenšuje viditelnost kouře. Toho lze dosáhnout výběrem alternativního čištění spalin (např. vyloučením mokrých metod) nebo použitím kondenzačních praček plynu pro odstranění vody ze spalin (viz oddíl 2.4.4.5). 2.4.4.10 Zlepšení cyklu pára-voda: vliv na účinnost a další aspekty Výběr cyklu pára-voda bude mít všeobecně mnohem větší vliv na energetickou účinnost zařízení než zlepšení jednotlivých prvků systému, a proto poskytuje větší příležitost k vyššímu využití energie z odpadu. Následující tabulka poskytuje jako příklad informace týkající se technických činností používaných ke zlepšení využití energie v komunálním odpadu ve spalovně odpadů spolu s odhadem jejich „váhy“ (závažnosti). Uvedené číselné údaje byly vypočteny na příkladu jednoho zařízení vyrábějícího pouze elektřinu [50, CNIM, 2003]: Metoda Zvýšení tlaku páry Snížení podtlaku u výstupu z turbiny (např. hydro-kondenzátor lze použít ke zlepšení vakua) Ohřátí sekundárního vzduchu Ohřívač vzduchu ve 2 stupních (např. 2 vývody na turbině) Zvýšení teploty odvzdušňovače Přidání ohřívače kondenzátu Zvýšení čistého výstupního výkonu elektřiny (přibližně) a jiné výhody 3 % při 60 barech namísto 40 barů 1-2 % pro snížení o 20 mbarů 0,7-1,2 % 1-1,5 % 0,9 % při 140 ºC namísto 130 ºC 0,5-1,2 % Recyklace části spalin 0,75-2 % při snížení o 1 % suchého kyslíku Snížení úrovně NOx o přibližně 100 mg/Nm3 Snížení teploty spalin na výstupu z kotle 0,4-0,7 % Při snížení o 10 ºC v rozmezí mezi 190 ºC a 140 ºC 3-6 % Podle použitého procesu Použití SNCR DENOX namísto SCR Optimalizace výběru turbogenerátorové jednotky 1-2 % okamžitě Ale mnohem větší rozdíl během dlouhého času, je –li nižší dostupnost Nevýhody Vyšší investiční náklady, mírně vyšší riziko koroze Výrazně vyšší investiční náklady (oblast kondenzace vzduchu: + 10 % mezi 120 a 110 mbary při teplotě vzduchu 15 ºC) Zvýšení velikosti a úrovně hluku Nejistoty v přispění dodavatelů k velmi nízkým tlakům Komplexnost a vyšší náklady, pokud jsou připojeny 2 vzduchové ventilátory Vyšší náklady Vyšší požadavky na prostor Větší rozměry a vyšší náklady na ekonomizér Náklady na vybavení a potrubí Není potřebné použít u menších turbogenerátorových jednotek V některých případech, především během přechodných fází (najíždění, odstávka atd) se mohou vyskytovat problémy s korozí Zvýšení investičních nákladů Klesající potřeba kyslíku kromě jiného snižuje zájem o recyklaci spalin Problémy s korozí se mohou vyskytnout především během přechodných fází (najíždění, odstávka atd) Výstupní teplota kotle se určuje podle druhu systému čištění spalin Viz diskuse o SCR a SNCR DENOX Některé turbogenerátorové jednotky mají vyšší účinost za standardních podmínek, ale jsou méně spolehlivé Dostupnost a/nebo flexibilita při částečném zatížení Snížení obsahu kyslíku ve spalinách z 1 % (v rozpětí 6-10 %) 1-2 % zvýšení S nižším obsahem kyslíku může růst obsah CO Nižší obsah kyslíku může zvýšit riziko koroze Tab. 2.15: Zlepšení cyklu pára-voda: vliv na účinnost a jiné aspekty Zdroj [50, CNIM, 2003] 2.4.5 Parní generátory a šokové chlazení ve spalovnách nebezpečných odpadů V Evropě byly přijaty dva hlvní přístupy k chlazení spalovacích plynů ze spaloven nebezpečných odpadů. Jejich zásadní výhody a nevýhody popisuje tabulka níže: Systém chlazení plynů Kotel k využití tepla • • • • Nevýhody Možné vyšší riziko opětovné tvorby dioxinů v kotli Dodatečné kapitálové náklady a náklady na údržbu systému kotle. Velmi omezené využití energie Možnost vyšší spotřeby vody Možnost větších objemů vody k čištění Snížené riziko opětovné • tvorby dioxinů • Snížená nutnost dalších • kontrol dioxinů v emisích do ovzduší • • Možnost upravovat odpady mnohem varabilnějšího rozsahu druhů a vyšší zátěže halogeny a solemi, pokud je použita tato metoda. Tab. 2.16: Souhrn hlavních rozdílů mezi šokovýcm chlazením a využitím tepla Zdroj upraven z [Cleanaway, 2002 #46] [EURITS, 2002 #41] Šokové chlazení • Výhody Možná vysoká účinnost využití energie (70-80 % může být převedeno na páru) Nižší spotřeba vody a menší objem vody k čištění Kotle k využití tepla ve spalovnách nebezpečných dopadů: [EURITS, 2002 #41] Horké spalovací plyny jsou ochlazovány v parním generátoru (nebo kotli) o kapacitě mezi 16 MW a 35 MW v závislosti na druhu zařízení. Vyráběná pára má tlak od 13 do 40 barů a teplotu 207-385 ºC. Podle předpisů plně vybavené zařízení normálně produkuje v průměru 45 tun páry na 1 tunu spalovaného odpadu, a tak dosahuje tepelné účinnsoti 70-80 % (energie páry vztažená k energii odpadu). Většina zařízení, pokud vyrábějí elektřinu, je vybavena přístroji ekonomizéru a přehřívačem. Účinnost parních generátorů používaných ve spalovnách nebezpečných odpadů je ovlivněna řadou faktorů včetně složení plynu a potenciálu usazování na površích tepelné výměny. To má výraznýdopad na stavební materiály použité v návrhu, jakož i na životnost a výkon zařízení. U některých zařízení se pára používá k pohonu turbin k výrobě elektřiny. Elektřinu používají spalovny odpadů pro své vlastní účely nebo ji exportují. Alternativní páru lze přepravovat k přímému použití v průmyslových procesech, např. k výrobě chemikálií, nebo v jiných procesech úpravy odpadů či plnit do systémů ústředního vytápění. Uplaňují se také kombinace těchto užití. Rychlé šokové chlazení: Některá zařízení nejsou vybavena kotli, ale dochází v nich ke snížení teploty spalovacích plynů pomocí velmi rychlého šokového zchlazení (např. z 1100 ºC na 100 ºC v čase pod 1 sekundu). To se provádí za účelem zabránění tvorby dioxinů a vyloučení instalace přídavné techniky k odstranění dioxinů na konci linky. Tato chladicí zařízení se označují jako „šokové chladiče“ (quenchers) a jsou přijímána v takových zařízeních, kde se zpracovává velmi široký okruh vysoce halogenovaných vstupů odpadů. Tím je omezen potenciál možností výběru energetického využití. 2.4.6 Příklady využití energie ze spaloven odpadů s fluidním ložem Rozličné návrhy a velikosti spaloven odpadů s fluidním ložem ovlivňují chování kotle a množství i druh vyrobené energie [33, Finsko, 2002]. Následující dva příklady poskytují přibližné číselné hodnoty různých rozměrů spaloven: 1. 15-30 MW kotle na výrobu tepla a nízkotlaké páry: Tento kotel s fluidním ložem použije přibližně 35 000 – 40 000 t pohotově vyrobeného obnoveného paliva za rok. Pokud je palivo vyrobeno ze živnostenských odpadů, demoličních odpadů a odděleného sběru v balících z domácností, může být v kotli plně využit všechen tento materiál produkovaný městem s přibližným počtem obyvatel 150 000. Produkce tepla je asi 150 GWh a může být využito v průmyslu nebo v ústředním vytápění. Kotle této velikosti jsou provozovány obdobně jako běžné kotle v elektrárnách o výkonu 50100 MW. Jejich fungování je stálé a rovnoměrné, protože spalují pohotově vyrobené kontrolované palivo z vybraného odpadu a v mohutném loži. Pokud je dostupný vhodný uživatel energie, lze dosáhnout energetické účinnosti 70-90 %. Spalovny s otáčivým fluidním ložem byly navrženy pro tepelné kapacity od 10 do 55 MW a pro odpovídající průtok odpadu 22 000 – 167 000 t/rok na 1 linku. Energie je využívána parními genrátory k produkci elektřiny a/nebo k účelu vytápění v závislosti na místních podmínkách. Tepelná účinnost může být asi 80 % a účinnost elektrického výkonu je běžně kolem 25 %.[64, připomínky TWG, 2003]. 2. 50-100 MW elektrárny: Pokud je kapacita kotle k využití energie z odpadu větší než 30 MW, je mnohem obtížnější najít vhodného zákazníka pro takové množství tepelné energie. Protože je také vyráběna elektřina, ekonomika kotle k využití energie z odpadu převážně závisí na cenách elektřiny a nikoliv na cenách tepla. Elektrická účinnost s ohledem na velmi dobře definovanou a kontrolovanou kvalitu vstupujícího odpadu může být relativně vysoká a může dosáhnout až 30-35 % při běžných teplotách páry od 450 do 500 ºC. 2.5 Používané systémy čištění a kontroly spalin 2.5.1 Souhrn aplikací technologií čištění spalin Systémy čištění spalin jsou sestaveny jako kombinace jednotlivých procesních jednotek, které společně vytvářejí úplný systém čištění spalin. Tato kapitola dává popis jednotlivých procesních jednotek se zřetelem na látky, které mají zásadní vliv. Tab. 2.17 níže uvádí přehled aplikací některých systémů v odvětví spalován komunálních odpadů. Rovnováha uplatněných systémů se liší podle měnících se proudů odpadu. Popis každé technologie uvedené v tabulce je uveden dále v tomto oddíle: Suché s tkaninovým filtrem Počet spaloven komunálních tuhých odpadů s různými systémy čištění spalin Polosuché Mokré Kombinace Sprejové Pouze Pouze s tkaninovým suché a sušení a elektrostatický tkaninový filtrem mokré mokré praní odlučovač filtr 2 9 8 1 17 6 1 1 25 45 19 16 30 2 5 1 9 SNCR deNOx aplikace Rakousko 2 aplikace Belgie 7 aplikace Dánsko 13 aplikace Francie 5 17 Německo 1 aplikace Velká Británie 1 Maďarsko 26 6 3 8 4 Itálie 1 5 4 3 Nizozemsko 4 1 3 Norsko 3 3 Portugalsko 1 7 Španělsko 5 1 7 2 2 aplikace Švédsko 1 29 Švýcarsko Zařízení 64 95 138 12 14 21 4 23 celkem Poznámky: 1. všechny údaje (kromě údajů SCR) pocházejí od pracovní skupiny TWG [42, ISWA, 2002] – tabulky 1 a 2 a připomínky TWG 2. uplatněny jsou i jiné kombinace provozních jednotek čištění spalin, ale nejsou zahrnuty v tabulce 3. údaje předané EIPPCB od FEAD předpokládají, že asi 43 spaloven z 200 sledovaných zařízení ke spalování komunálních tuhých odpadů používá SCR 4. údaje z Belgie se týkají pouze regionu Flandry a Bruselu 5. aplikace znamená, že technologie se používá – prázdná okénka znamenají, že nebyly poskytnuty údaje SCR de-NOx aplikace aplikace 42 aplikace aplikace aplikace 43 (z 200)3 Některé technologie čištění spalin jsou také podrobně vysvětleny v horizontálním BREF dokumentu „Reference Document on Best Available Techniques in the Waste Water and Waste Gas Treatment/Management Systems in the Chemical Sector (CWW)“ – „Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích v systémech čištění odpadních vod a odpadních plynů a hospodaření s nimi v chemickém průmyslu“. 2.5.2 Celkový přehled variant kombinovaných systémů čištění spalin Jednotlivé složky systému čištění spalin se kombinují tak, aby vznikl úplný systém k čištění znečišťujících látek nacházejících se ve spalinách. Existuje řada příslušných složek a návrhů,které je možno kombinovat mnoha způsoby. Diagram dole ukazuje příklady variant a jejich možných kombinací. Je patrné, že podle tohoto hodnocení existuje 408 různě kombinovaných systémů: Obr. 2.40: Přehled potenciálních kombinací systémů čištění spalin Legenda: Wet processes mokré praní With liquid effluents s kapalnými odpadními vodami Combined or without liquid effluents kombinovaně nebo bez kapalných odpadů Evapo-cristallisation odpařování-krystalizace Condensation kondenzqce 1 stage with soda (NaOH), tray plate, packed or spray column 1 stupeň se sodou (NaOH), poklice, náplňová nebo rozprašovací kolona 2 stages, 1 water + 1 soda, tray plate,packed or spray column 2 stupně, 1 voda + 1 soda, poklice, náplňová nebo rozprašovací kolona 2 stages, 1 lime + 1 soda, spray columns 2 stupně, 1 vápno + 1 soda, rozprašovací kolony Raw gas (low dust) surový plyn (nevyčištěný, nízká prašnost) Clean gas (tall end) vyčištěný plyn (nejvyšší bod pece) Ammonia sollution roztok amoniaku (Dry or wet) adsorption (de-diox etc) (suchá nebo mokrá) adsorpce (de-diox atd) catalytic baghouse(de-diox etc) katalytický rukávový filtr (de-diox atd) Urea sollution roztok močoviny Solid urea tuhá močovina SCR de-diox selektivní katalytická redukce de-diox Dry adsorption suchá adsorpce Semi-wet processes with lime milk polosuché procesy s použitím vápenného mléka Compressed air spraying sprejování stlačeným vzduchem Mechanical atomization mechanická atomizace Circulation fluidised bed cirkulující fluidní lože Without fly ash recirculation bez recirkulace popílku % dry G.S.S. lime injection(Gas Solid Separation) % sušiny, vstřikování vápna (oddělení plynů a pevných látek) fly ash recirculation recirkulace popílku Dry processes with baghouse filter suché procesy s rukávovými filtry Water spray sprejování vodou Heat exchanger tepelný výměník Air dilution ředění vzduchu Lime without recirculation vápno bez recirkulace Lime with recirculation vápno s recirkulací Sodium bicarbonate with wimple filtration uhličitan sodný s rouškovou filtrací Sodium bicarbonate with double filtration uhličitan sodný s dvojitou filtrací SCR DENOX selektivní katalytická redukce s denitrifikací Reburning opětovné spalování SNCR DENOX selektivní nekatalytická redukce s denitrifikací 2.5.3 Technologie snižování emisí částic [1, UBA, 2001] Výběr zařízení k čištění spalin se zaměřením na odstraňování částic ze spalin je hlavně určeno: • • • • • • • konkrétním zatížením proudu plynu částicemi průměrnou velikostí částic rozdělením velikosti částic rychlostí toku olynu teplotou spalin kompatibilitou s jinými složkami celého systému čištění spalin (tzn. celkovou optimalizací) požadovanou koncentrací ve výstupu Některé parametry jsou velmi málo známy (např. rozdělení velikosti částic nebo jejich průměrná velikost) a jsou zastoupeny empirickými hodnotami. Dostupné varianty čištění nebo odstraňování usazených látek mohou také ovlivnit výběr systému čištění spalin, tzn. že pokud existuje odbyt pro čištění a použití popílku, může být odděleně shromažďován spíše než ponechán ve zbytcích z čištění spalin. [74, připomínky TWG, 2004] 2.5.3.1 Elektrostatické odlučovače [1, UBA, 2001] Elektrostatické odlučovače se někdy také nazývají elektrostatické filtry. Účinnost odstranění popela v elektrostatických odlučovačích je v největší míře ovlivněna elektrickým odporem popela. Pokud elektrický odpor vrstvy popela stoupá k hodnotám asi nad 1011 – 1012 Ωcm, snižuje se účinnost odstraňování. Odpor vrstvy popela je ovlivněn složením odpadu. Může se tedy měnit rychle a výrazně spolu se změnami složení odpadu, především při spalování nebezpečných odpadů. Síra obsažená v odpadu a ve spalinách v podobě SO2 (SO3) (a obsah vody při provozních teplotách pod 200 ºC [64, připomínky TWG, 2003]) často snižuje odpor vrstvy popela a tím usnadňuje jeho usazování v elektrickém poli. Obr. 2.41: Provozní princip elektrostatického odlučovače Zdroj [1, UBA, 2001] Legenda: Collecting plate Discharge electrodes Sběrná deska (elektroda) sršící elektrody Vzhledem k tomu, že v nich dochází k usazování jemného popela a aerosolů, mohou zařízení, která udržují působení elektrického pole tvorbou kapek ve spalinách (předem zapojená kondenzační jednotka a mokré elektrostatické odlučovače, elektrodynamické Venturiho pračky plynů, ionizační sprejové chladiče) zvýšit účinnost odstranění. Běžné provozní teploty v elektrostatických odlučovačích jsou 160-260 ºC. Provoz při vyšších teplotách (např. nad 250 ºC) je obvykle vyloučen, neboť by se mohlo zvýšit riziko tvorby PCDD/F (a tudíž emisí). 2.5.3.2 Mokré elektrostatické odlučovače [1, UBA, 2001] Mokré elektrostatické odlučovače jsou založeny na stejném technologickém funkčním principu jako ostatní elektrostatické odlučovače. Nicméně, u tohoto typu návrhu se popel odloučený na sběrných deskách propírá kaplinou, obvykle vodou. To lze provádět nepřetržitě nebo periodicky. Tato technologie funguje výhodně v případech, kdy do elektrostatického odlučovače vstupuje vlhkost nebo ochlazené spaliny. 2.5.3.3 Kondenzační elektrostatické odlučovače [1, UBA, 2001] Kondenzační elektrostatický odlučovač je používán k usazování velmi jemných, tuhých, kapalných nebo vlhkých částic, např. ze spalin ze spaloven nebezpečných odpadů. Na rozdíl od konvenčních mokrých elektrostatických odlučovačů jsou sběrné povrchy kondenzačních elektrostatických odlučovačů tvořeny vertikálními plastovými trubkami sestavenými do svazků, které se zevně chladí vodou. Spaliny obsahující prach se nejprve zchladí na teplotu rosného bodu v šokovém chladiči, a to pomocí přímého vstřikování vody, a poté se nasytí parou. Dalším ochlazením plynů ve sběrných trubkách se vlivem kondenzace par vytvoří tenká hladká tekutá vrstva na vnitřním povrchu trubek. Ta je elektricky uzemněna a potom slouží jako pasivní elektroda. Částice se usazují vlivem elektrického pole mezi jiskřícími elektrodami jako suspenze v osách trubic a kondenzační vrstvě v plynulém toku. Kondenzační vrstva současně způsobuje plynulé odstraňování usazených částic z usazovacího prostoru. Dokonce se vypírají i ve vodě nerozpustný prach a špatně smáčitelné saze. Konstantně obnovované vlhčení zabraňuje tvorbě suchých míst a lepení, v důsledku čehož může docházet k jiskření (elektrické výboje mezi elektrodami). Vyloučí –li se jiskření, je možno aplikovat k usazování vyšší napětí, které na druhé straně vede k lepšímu a konzistentnímu výkonu při usazování (viz obr. 2.42). Obr. 2.42: Kondenzační elektrostatický odlučovač Zdroj [1, UBA, 2001] Legenda: High voltage generator generátor vysokého napětí Spray electrode rozprašovací elektroda Collecting surface (tube) sběrný povrch (trubky) Crude gas (saturated vapour) surový plyn (nasycená pára) Condensate discharge vypouštění kondenzátu Cooling water chladicí voda Continually rinsing condensate layer nepřetržitě kapající vrstva kondenzátu as passive electrode jako pasivní elektroda clean gas vyčištěný plyn 2.5.3.4 Ionizační mokré pračky plynů (skrubry) [1, UBA, 2001] Účelem ionizačního mokrého skrubru je odstranění různých znečišťujících látek z toku spalin. Ionizační mokrý skrubr je kombinací následujících principů: • • • elektrostatické nabíjení částic, elektrostatická přitažlivost a usazování aerosolových částic (menších než 5 µm) vertikální usazování hrubých, kapalných a pevných částic (menších než 5 µm) a absorpce nebezpečných, korozivních a zapáchajících plynů. Systém je kombinací elektrostatického filtru a náplňového skrubru. Vyžaduje málo energie a má vysokou účinnost usazování částic v měřítku menším než mikrony, jakož i v řádu mikronů. Zóna vysokého napětí je instalována před každým stupněm náplňové věže. Funkcí zóny vysokého napětí je ionizace částic (prach, aerosol, částice menší než 1 µm) obsažených ve spalinách. Záporně nabité částice indukují opačné náboje na neutrálním povrchu mokrého materiálu náplně a padajících kapek vody. Vzhledem k tomu jsou přitahovány a vymývány v náplňovém oddíle. Tento jev se nazývá tzv. Image/Force přitažlivost (IF přitažlivost), tzn. přitažlivost daná pohybem elektronů. Nebezpečné, korozivní a zapáchající plyny se také absorbují v témž médiu skrubru a chemicky zkombinované jsou vypouštěny spolu s odpadními vodami ze skrubru. Jiným druhem ionizačního mokrého skrubru je Venturi skrubr. Tlakové změny, které nastávají ve Venturiho trubici umožňují narůstání jemných částic a jejich nabití na elektrodách. Potom jsou sbírány v husté vrstvě vodních kapek vytvářené pomocí trysek a fungující jako elektroda. [74, připomínky TWG, 2004] 2.5.3.5 Tkaninové filtry Tkaninové filtry, také nazývané rukávové filtry, jsou velmi široce používány v zařízeních ke spalování odpadů. Účinnost filtrace je velmi vysoká pro široké rozpětí velikosti částic. U částic o velikosti menší než 0,1 mikronu je účinnost nižší, ale takové frakce jsou v toku spalin ze spaloven odpadů relativně málo zastoupeny. Pomocí této technologie se dosahuje nízkých hodnot emisí prachu. Technologie může být použita následně po použití ESP (electrostatic precipitator – elektrostatický odlučovač) a mokrých skrubrů. [74, připomínky TWG, 2004] Kompatibilita filtračního média s charakteristikami spalin a popela a procesní teplota filtru jsou důležité pro efektivní výkon. Filtrační médium musí mít vhodné vlastnosti se zřetelem na tepelnou, fyzikální a chemickou odolnost (např. hydrolýza, kyselina, alkálie, oxidace). Rychlost toku plynu určuje vhodný filtrační povrch, tj. rychlost filtrace. Mechanické a tepelné působení na filtrační materiál určuje životnost, požadavky na energii a údržbu. V kontinuálním provozu se postupně ztrácí tlak filtračního média vzhledem k usazování částic. Když jsou použity suché sorpční systémy, pomáhá tvorba koláče na médiu při odstraňování kyselin. Vcelku je potřeba čištění monitorována na základě diferenciálního tlaku napříč filtrem. Pravidelná výměna filtru je požadována tehdy, když je dosaženo zbytkové životnosti nebo v případě neodstranitelného poškození (např. neodstranitelné usazeniny jemného prachu na materiálu filtru zvyšují ztrátu tlaku). Ke kontrole životnosti filtračního materiálu rukávového filtru slouží několik parametrů: odchylka poklesu tlaku, vizuální kontrola, mikroskopická analýza atd. Možné průsaky v rukávovém filtru mohou být také zjištěny podle zvýšených emisí nebo některé poruchy procesu. [64, připomínky TWG, 2003] Uplatnění suchého usazování je omezeno na prach, který je při vysokých teplotách (300 – 600 ºC) hygroskopický a lepkavý. Tento druh prachu vytváří v usazovacím zařízení usazeniny, které nelze v dostatečné míře extrahovat pomocí běžných metod čištění během provozu, ale bude zřejmě nutné je odstaňovat pomocí ultrazvuku. Může se jednat o prach z komplexů solí, např. z odpadů obsahujících fosfor, síru nebo silikon. Obr. 2.43: Příklad tkaninového filtru Zdroj [1, UBA, 2001] 2.5.3.6 Cyklony a multicyklony [64, připomínky TWG, 2003] Cyklony a multicyklony využívají k oddělení materiálu částic z proudu plynu odstředivé síly. Multicyklony se od samostatných cyklonů liší v tom, že sestávají z velkého počtu malých cyklonových jednotek. Proud plynu vstupuje kolmo do separátoru a vystupuje uprostřed. Tuhé látky jsou tlačeny vně cyklonu a sbírány po stranách k odstranění. Všeobecně cyklony samy o sobě nemohou dosáhnout hodnot emisí nyní dosahovaných v moderních spalovnách odpadů. Mohou však plnit důležitou úlohu, když jsou použity k předběžnému odstranění prachu před vstupem do ostatních stupňů systému čištění spalin. Požadavky na energii jsou u nich obvykle nízké, protože napříč cyklonem nedochází k žádnému poklesu tlaku. Výhody cyklonů spočívají v širokém rozpětí provozních teplot a v masivní konstrukci. Problémem cyklonů může být eroze, především v místech nárazů znečištěných spalin, neboť spaliny jsou velmi zatíženy částicemi, a zvláště v zařízeních s fluidním ložem, když materiál lože opouští zařízení. Cirkulující fluidní lože obvykle zahrnují cyklon k odstraňování a recirkulaci materiálu lože do pece. 2.5.4 Technologie snižování obsahu kyselých plynů (např. emisí HCl, HF a SOx) Tyto látky se obvykle odstraňují ze spalin pomocí alkalických činidel. K tomuto účelu se používají následující postupy čištění spalin: • suché procesy: do proudu spalin se přidává suchý sorpční prostředek (např. vápno, uhličitan sodný). Reakční produkt je také suchý. • polomokré procesy: také nazývány polosuché, do proudu spalin se přidává sorpční prostředek v kapalném roztoku (např. vápenné mléko) nebo v suspenzi (např. jako kal). Voda se z roztoku odpařuje a reakční produkty jsou suché. Zbytek lze recirkulovat, aby se zlepšilo využití činidla. Podjednotkou této technologie jsou flash-dry procesy, které spočívají ve vstřikování vody (k rychlému zchlazení plynů) a reakčního činidla do přívodu k filtru. • mokré procesy: do proudu spalin je čerpána voda, peroxid vodíku a/nebo prací roztok obsahující část reakčního činidla (např. roztok hydroxidu sodného). Reakční produkt je kapalný. 2.5.4.1 Odstraňování oxidu siřičitého a halogenů [1, UBA, 2001] Oxid siřičitý a planné halogeny jsou odstraňovány ze spalin vstřikováním chemických nebo fyzikálních sorpčních činidel, které se dostávají do kontaktu se spalinami. Podle použité technologie jsou reakční produkty v roztoku nebo v podobě suchých solí. Suché systémy: V procesech suché sorpce je absorpční činidlo (obvykle vápno nebo uhličitan sodný) plněno do reaktoru v podobě suchého prášku. Dávkovací poměr činidla může záviset na teplotě a zrovna tak i na druhu činidla. Při použití vápna je tento poměr obvykle dvojnásobek až trojnásobek stechiometrického množství se zřetelem na usazovanou látku, zatímco při použití uhličitanu soudného je poměr nižší. Je to požadováno za účelem splnění požadavků na emisní limity v rozsahu vstupních koncentrací. Reakční produkty jsou tuhé a je nutno je odstranit ze spalin v podobě popela v následném stupni, obvykle na rukávovém filtru. Předávkování vápna (nebo jiného činidla) vede k odpovídajícímu zvýšení množství zbytkového odpadu, pokud není prováděna recirkulace použitých činidel, kdy může nezreagovaná frakce recirkulovat a stechiometrický poměr se podle toho sníží. Pokud není provozován žádný předstupeň před usazením částic (např. elektrostatický odlučovač), částice se odstraňují s použitým reakčním činidlem a reakčními produkty. Koláč reakčního činidla, který se utváří na tkaninovém filtru poskytuje účinný kontakt mezi spalinami a absorbentem. Zamlžení viditelnosti je u této technologie vzácné. Obr. 2.44: Schematický diagram suchého čištění spalin se vstřikováním chemikálií do spalinovodu a s filtrací na rukávovém filtru Polomokré systémy: Tyto procesy jsou nazývány také polosuché. Při rozprašovací absorpci se absorpční činidlo vstřikuje buď v suspenzi nebo jako roztok do proudu horkých spalin v rozprašovacím reaktoru (viz obr. 2.45). Tento typ procesu využívá teplo ze spalin k odpařování rozpouštědla (vody). Vzniklé reakční produkty jsou pevné a je nutno je ve formě prachu ze spalin odstranit v následujícím stupni, např. na rukávovém filtru. Tyto procesy obvykle vyžadují předávkování sorpčního činidla v poměru 1,5 až 2,5. Na následujícím obrázku je znázorněn tkaninový filtr jako rovněž důležitá součást procesu. U této technologie se opět pouze vzácně vyskytuje snížení viditelnosti zamlžením. Obr. 2.45: Provozní princip rozprašovacího absorbéru [1, UBA, 2001] Legenda: 1 surový (nečištěný) plyn 2 rozprašovací absorbér 3 přidávání sorpčního činidla 4 tkaninový filtr 6 vyčištěný plyn Také je používán systém, který patří mezi normální suché a polosuché procesy. Někdy je nazýván předsoušením (flash-dry) (Alstom 2003). V těchto systémech se opětovně vstřikuje do vystupujících spalin část pevných látek zachycených na rukávovém filtru. K zachycenému popílku a reakčnímu činidlu se přidává voda ve stanoveném poměru, aby se zabezpečil volný průtok a nedocházelo k lepení a drolení. Není potřebná kontaktní věž nebo nakládání s kaly (viz polomokré systémy) a nejsou produkovány žádné odpadní vody (viz mokré systémy). mokré systémy: Procesy mokrého čištění spalin používají odlišné typy návrhů skrubrů, viz. např.: • • • • • • tryskové skrubry otáčivé skrubry Venturi skrubry suché věžové skrubry rozprašovací skrubry náplňové věžové skrubry Proces skrubru je (v případě vstřikování pouze vody) je silně kyselý (běžné pH 0-1) vzhledem k tvorbě kyselin při usazování. V prvním stupni mokrého skrubru jsou především odstraňovány HCl a HF. Odpadní vody z prvního stupně jsou mnohokrát recyklovány s přidáním malého množství pitné vody a odpouštěním ze skrubru k udržení potřebné účinnosti odstranění kyselého plynu. V tomto kyselém médiu se málo usazuje SO2, a proto je k jeho odstranění nutný druhý stupeň skrubru. Odstranění oxidu siřičitého se dosáhne v pracím stupni při řízeném pH na alkalické nebo těsně neutrální hodnotě (obvykle 6-7), kdy se přidává roztok žíravé sody nebo vápenného mléka. Z technických důvodů probíhá tento proces v samostatném pracím stupni, ve kterém se dodatečně odstraňuje další podíl HCl a HF. Při spalování odpadů obsahujících bróm a jód, se tyto prvky mohou odstranit z proudu spalin, pokud je spalován současně odpad s obsahem síry. Reakcí se sirnými sloučeninami se tvoří ve vodě rozpustné soli brómu a jódu, které je možno odstranit pomocí mokrých procesů čištění spalin obsahujících SO2. Kromě toho lze zlepšit účinnost odstranění elementárního brómu a jódu instalováním speciálního pracího redukčního stupně (sulfitový nebo bisulfitový proces). V každém případě je důležité, aby byla obsluha zařízení informována o tom, které odpady obsahují bróm nebo jód. Když se v mokrém procesu čištění spalin používá vápenné mléko nebo vápenec jako neutralizační činidlo, dochází k akumulaci síranů ( např. sádry), uhličitanů a fluoridů v podobě ve vodě nerozpustných zbytků. Tyto sloučeniny se odstraňují, aby se snížila koncentrace soli v odpadních vodách a tudíž i riziko inkrustace v systému skrubru. Zbytky z procesu čištění (např. sádra) mohou být recyklovány. Použije –li se roztok žíravé sody, nenastane žádné takové riziko, protože reakční produkty jsou rozpustné ve vodě. Když je použit hydroxid sodný, může vzniknout uhličitan vápenatý (v závislosti na tvrdosti vody), který opět způsobuje usazeniny ve skrubru. Tyto usazeniny je třeba pravidelně odstraňovat okyselováním. Níže znázorněný diagram obsahuje typické 2 stupně systému mokrého praní plynů. Počet pracích stupňů se obvykle mění od 1 do 4 s vícestupňovou strukturou vestavěnou do jednotlivých nádob: Obr. 2.46: Diagram dvoustupňového mokrého čištění spalin ve skrubru s protiproudým odstraňováním popela Odpadní vody z mokrých skrubrů: Aby se udržela potřebná účinnost praní plynů a zabránilo se ucpání systému skrubru, je nutno část výluhu ze skrubru odstraňovat z oběhu v podobě odpadní vody. Tyto odpadní vody se musí před vypuštěním nebo vnitřním použitím speciálním způsobem čistit (neutralizace, srážení těžkých kovů). Zvláštní pozornost se věnuje odstranění rtuti. Těkavé sloučeniny Hg, např. chlorid rtuťnatý (HgCl2) kondenzují při ochlazení spalin a zůstávají rozpuštěny ve vypouštěných odpadních vodách ze skrubru. Přidání specifických reakčních činidel k odstranění Hg umožní odstranění Hg z procesu. V některých spalovnách se vznikající odpadní vody odpařují při jejich zpětném rozprašování do spalin v zařízení k šokovému chlazení v kombinaci s prachovým filtrem. 2.5.4.2 Přímé odsíření [1, UBA, 2001] Procesy odsíření ve fluidním loži mohou probíhat tak, že se přímo do spalovací komory přidávají absorbenty (např. sloučeniny vápníku nebo vápníku/hořčíku). Dále se používají přídavné látky jako např. mletý vápenec, vápenný hydrát a práškový dolomit. systém může být použit v kombinaci s odsířením v proudu spalin. Rozdělení absorbentu a tím i stupeň odsíření jsou ovlivněny uspořádáním trysek a rychlostí vstřikování. Část výsledných reakčních produktů se odstraní na filtru instalovaném ve směru proudu spalin. Nicméně, významný podíl zbytků zůstává v pecním popelu. Z toho důvodu může přímé odsíření ovlivňovat kvalitu pecního popela [64, připomínky TWG, 2003]. Ideální podmínky pro přímé odsiřování jsou vytvořeny v cykloidní peci, protože je tam konstantní teplota. Je známo, že technologie sama o sobě není ve shodě s požadavky směrnice 2000/76/ES o spalování odpadů. [1, UBA, 2001]. Množství zbytků z vlastního systému čištění spalin je možno snížit a tím i náklady na jejich odstraňování. Absorpci (a adsorpci) znečišťujících látek lze provádět v reaktoru s fluidním (cirkulujícím) ložem, kdy zbytky a chemikálie v peci recirkulují velkou rychlostí. recirkulací spalin se udržuje tok plynu nad minimální úrovní potřebnou k zachování fluidního chování lože. Materiál lože se odděluje v rukávovém filtru. Vstřikování vody snižuje významně spotřebu absorbentů (a tudíž tvorbu zbytků). [74, připomínky TWG, 2004] 2.5.5 Technologie snižování emisí oxidů dusíku [3, Rakousko, 2002] Oxidy dusíku (NOx) mohou vznikat třemi způsoby: • • • termické NOx : během spalování část vzdušného dusíku oxiduje na oxidy dusíku. Tato reakce probíhá výrazněji pouze při teplotách nad 1 300 °C. Rychlost reakce má exponenciální závislost na teplotě a je přímo úměrná koncentraci kyslíku. palivové NOx: během spalování část dusíku obsaženého v palivu oxiduje na oxidy dusíku. tvorba NOx reakcí radikálů (rychlé NOx): atmosférický dusík může také oxidovat při reakci s CH radikály za vzniku HCN. Tento reakční mechanismus má při spalování odpadů poměrně malý význam. Obr. 2.47: Závislost teploty na různých mechanismech tvorby NO při spalování odpadů Zdroj [3, Rakousko, 2002] Legenda: mg/m3 NOx in the form of NO2 thermal NOx fuel NOx prompt NOx mg/m3 NOx ve formě NO2 termické NOx palivové NOx rychlé NOx [1, UBA, 2001] Tvorbu NOx lze snížit pomocí kontrolních opatření v peci: • • zabráněním nadměrných dodávek vzduchu (tj. prevencí dodávek nadbytečného dusíku) zabráněním zbytečnému použití vysokých teplot v peci (včetně lokálních horkých míst) 2.5.5.1.1 Dodávky vzduchu, míšení plynů a kontrola teploty Primárním široce používaným a důležitým opatřením ke snižování produkce NOx je dobré rozdělení dodávek primárního a sekundárního vzduchu, které zabraňuje nerovnoměrnému gradientu teplot a tím vytváření vysokoteplotních zón, což vede k vyšší produkci NOx. Třebaže k zabezpečení oxidace organických materiálů (za účelem dosažení nižších emisí CO a těkavých organických látek) je požadováno dostatečné množství kyslíku, na druhé straně nadměrné dodávky vzduchu mohou vést k dodatečné oxidaci atmosférického dusíku a tím i k produkci dalších NOx. Důležité je dosáhnout efektivního smíšení plynů a provádět kontrolu teplot. 2.5.5.1.2 Recirkulace spalin Tato technologie zahrnuje nahrazení asi 10-20 % sekundárního spalovacího vzduchu recirkulovanými spalinami. Snížení NOx je dosaženo vzhledem k tomu, že recirkulované spaliny mají nižší obsah kyslíku a tím i nižší teplotu, což vede ke snížení tvorby oxidů dusíku. [74, připomínky TWG, 2004]. 2.5.5.1.3 Vstřikování kyslíku Vstřikování buď čistého kyslíku nebo kyslíkem obohaceného vzduchu umožňuje dodávky kyslíku potřebného ke spalování, přičemž se současně snižují dodávky dalšího dusíku, které by mohly přispět k vyšší produkci NOx. 2.5.5.1.4 Postupné spalování V některých případech se uplatňuje postupné spalování. Zahrnuje snížení dodávek kyslíku v primárních reakčních zónách a poté zvýšení dodávek vzduchu (a tím i kyslíku) v pozdějších spalovacích zónách, kde se oxidují vzniklé plyny. Takové technologie vyžadují efektivní míšení vzduchu/plynu v sekundární zóně, aby se tvorba CO (a jiných produktů nedokonalého spalování) udržela na minimální úrovni. 2.5.5.1.5 Vstřikování zemního plynu (opětovné hoření) [7, ESEPA, 1994] Vstřikování zemního plynu do prostoru pece nad roštem lze použít ke kontrole emisí NOx ze spalování. Pro spalovny komunálních tuhých odpadů byly vyvinuty dva odlišné postupy použití zemního plynu: • • opětovné hoření – třístupňový proces konverze NOx na N2 je založený na vstřikování zemního plynu do samostatné zóny pro opětovné spalování umístěné nad primární spalovací zónou methanová denitrifikace (Methan DENOX) – tato technologie zahrnuje vstřikování zemního plynu přímo do primární spalovací jednotky, aby se zabránilo vzniku NOx. 2.5.5.1.6 Vstřikování vody do pece/plamene Řádně navržené a provedené vstřikování vody buď do pece nebo přímo do plamene lze použít ke snížení teploty horkých míst v primární spalovací zóně. Tento pokles vrcholové teploty může vést ke snížení tvorby termického NOx. [74, připomínky TWG, 2004] 2.5.5.2 Sekundární technologie snižování NOx [1, UBA, 2001] Směrnice 2000/76/ES požaduje denní průměrné koncentrace NOx (vyjádřeno jako NO2) v čistém plynu 200 mg/Nm3. K tomu, aby byly dodrženy tyto mezní koncentrace, je třeba všeobecně zavést druhotná opatření. Ve většině procesů se úspěšně osvědčilo použití amoniaku nebo jeho derivátů (např. močovina) jako prostředků snížení koncentrace NOx. Oxidy dusíku ve spalinách především obsahují NO a NO2 a redukují se pomocí redukčních činidel na N2 a vodní páry. Rovnice reakcí: 4 NO + 4 NH3 + O2 => 4 N2 + 6 H2O 2 NO2 + 4 NH3 + O2 => 3 N2 + 6 H2O Tyto dva procesy jsou důležité při odstraňování dusíku ze spalin – Selektivní nekatalytická redukce (SNCR) a selektivní katalytická redukce (SCR). Jak amoniak, tak i močovina, se uplatňují ve vodných roztocích. Amoniak se obvykle z bezpečnostních důvodů dodává ve formě 25 % roztoku. 2.5.5.2.1 Selektivní nekatalytická redukce (SNCR) V procesu SNCR jsou oxidy dusíku (NO + NO2) odstraňovány selektivní nekatalytickou redukcí. V tomto procesu se redukční činidlo (obvykle čpavek nebo močovina) vstřikuje do pece a reaguje s oxidy dusíku. Reakce probíhá při teplotách mezi 850 a 1 000 °C v zónách s větší a menší reakční rychlostí v tomto rozpětí. Obr. 2.48: Provozní princip selektivní nekatalytické redukce (SNCR) [1, UBA, 2001] Legenda: SNCR ammonia water vacuum mixer tissue filter selektivní nekatalytická redukce čpavková voda vakuové míchadlo textilní filtr Redukce oxidů dusíku pomocí SNCR ve více než 60-80 % případů vyžaduje větší množství redukčního činidla. To způsobuje emise čpavku, také nazývané únik čpavku. Vztah mezi snížením oxidů dusíku, únikem čpavku a reakční teplotou je znázorněn níže na obr. 2.49: Obr. 2.49: Vztah mezi snížením NOx, produkcí NOx, únik čpavku a reakční teplotou v procesu SNCR [Rakousko, 2002 #3] [64, připomínky TWG, 2003] Legenda: NH3 slip NOx reduction NOx production temperature únik čpavku snížení NOx produkce NOx teplota Na obr. 2.49 je znázorněno, že při reakční teplotě např. 1000 °C je snížení NOx asi 85 % a únik amoniaku asi 15 %. Kromě toho jsou při této teplotě produkovány oxidy dusíku při spalování asi 25 % vstřikovaného amoniaku. Obr. 2.49 také znázorňuje, že při vyšších teplotách (s amoniakem) je podíl snížení NOx vyšší a zatímco únik amoniaku se snižuje, množství oxidů dusíku pocházejících ze čpavku roste. Při vysokých teplotách (> 1200 °C) samotný amoniak oxiduje a vznikají oxidy dusíku. Při nižších provozních teplotách je snížení NOx méně efektivní a únik amoniaku větší. Použití močoviny v SNCR namísto amoniaku způsobuje relativně větší emise N2O v porovnání se snížením emisí amoniaku. [64, připomínky TWG, 2003] K zajištění optimálního využití amoniaku při měnících se stupních zatížení vlivem změn teplot ve spalovací komoře, se amoniak vstřikuje v několika vrstvách. Při použití v systému mokrého čištění spalin lze přebytečný amoniak odstranit v mokrém skrubru. Amoniak z odpadních vod ze skrubru lze potom získat s pomocí stěrky na Ammoniak a zpětně plnit do systému SNCR. Pro optimalizaci procesu SNCR je důležité efektivní míchání spalin a činidla k redukci oxidů dusíku a dostatečná doba zdržení plynů, aby proběhly potřebné redukční reakce. V případě procesů pyrolýzy a zplyňování se dosáhne optimalizace SNCR vstřikováním reakčních činidel do syntézního plynu ve spalovací zóně při velmi dobře kontrolované teplotě a efektivním míchání plynu. 2.5.5.2.2 Selektivní katalytická redukce (SCR) Selektivní katalytická redukce (SCR) je katalytický proces, během kterého se amoniak ve směsi se vzduchem (redukční činidlo) přidává do spalin a prochází přes katalyzátor, obvykle jde o kovovou konstrukci s kanály (např. z platiny, rhodia, TiO2, zeolitů). [74, připomínky TWG, 2004] Při průchodu katalyzátorem reaguje amoniak s oxidy dusíku za vzniku dusíku a vodní páry. K tomu, aby byl katalyzátor účinný, je obvykle potřebná teplota v rozmezí 180 -450 °C. Většina systémů používaných ve spalovnách běžně pracuje při teplotách 230-300 °C. Pod 250 °C je nutný větší objem katalyzátoru a je zde větší riziko usazenin a znečištění katalyzátoru. V některých případech je teplota katalyzátoru řízena pomocí obchvatů, aby se zamezilo poškození jednotky SCR. [74, připomínky TWG, 2004] Proces SCR umožňuje velké snížení NOx (běžně 90 %) v podmínkách téměř stechiometrického dávkování redukčního činidla. Při spalování odpadů se SCR uplatňuje hlavně v prostoru vyčištěného plynu, tzn. za stupněm odprášení a odstranění kyselého plynu. Z tohoto důvodu spaliny všeobecně vyžadují opětovné zahřátí k tomu, aby bylo dosaženo efektivní reakční teploty v SCR systému.Tím se zvyšuje energetická náročnost systému čištění spalin. Nicméně, když jsou již hodnoty SOx ve spalinách vstupujících do SCR sekce sníženy na velmi nízkou úroveň, opětovným ohřátím se jejich obsah sníží podstatně nebo jsou oxidy síry odstraněny dokonce úplně. Za účelem snížení dalších energetických požadavků jsou použity tepelné výměníky. Za mokrým systémem čištění spalin následuje odlučovač kapek jako prevence usazování solí uvnitř katalyzátoru. Vzhledem k riziku vznícení je důležité provádět bezpečnostní opatření, např. kontrolu CO ve spalinovodu atd. [74, připomínky TWG, 2004] Nízkoteplotní SCR vyžaduje regeneraci katalyzátoru se zřetelem na tvorbu solí (především chloridu amonného nebo síranu amonného). Regenerace může být rozhodujícím řešením, neboť sublimované soli vedou k překročení mezních hodnot daných směrnicí o vozidlech s ukončenou životností pro emise některých znečišťujících látek (např. HCl, SO2, NOx) do ovzduší. SCR se někdy umisťuje přímo za ESP (electrostatic precipitator – elektrostatický odlučovač) s cílem snížit nebo vyloučit potřebu opětovného zahřívání spalin. Je –li použita tato varianta, musí se zvážit další riziko tvorby PCDD/F v ESP (obvykle když je ESP provozován při teplotách nad 220-250 °C. Tento proces může vést ke zvýšeným emisím PCDD/F ve zbytcích z ESP a vyšším koncentracím v proudu plynu opouštějícím ESP a postupujícím do jednotky SCR. Jednotka SCR může být také použita k destrukci PCDD/F. Ke společné kontrole NOx a PCDD/F se používají vícevrstvé systémy SCR. Obr. 2.50: Provozní princip SCR [3, Rakousko, 2002] Spaliny vypouštěné z reaktoru mohou být vedeny přímo do tepelného výměníku plyn-plyn, kde se použijí k předehřátí vstupujících plynů, aby se udržela provozní teplota katalyzátoru a ušetřila část dovážené energie (viz diagram v oddíle 4.4.4.1). 2.5.6 Technologie snižování emisí rtuti 2.5.6.1 Primární technologie Rtuť je vysoce těkavá, a proto téměř výlučně vstupuje do proudu spalin. Mezní hodnota stanovená směrnicí o spalování odpadů je 0,05 mg/m3. V některých členských státech EU byly stanoveny mezní hodnoty 0,03 mg/m3 jako denní průměry (při nepřetržitém monitoringu) [1, UBA, 2001]. Nepřetržité měření je také uloženo v některých národních legislativách spalování odpadů (např. v Rakousku, Německu). Většina zařízení nemůže tyto emisní limity splňovat, především při maximálním zatížení a bez dodatečných zvláštních opatření k čištění Hg. K prevenci emisí rtuti do ovzduší jsou vhodné pouze následující primární technologie, které zabezpečují pokud možno prevenci i kontrolu, co se týče vniknutí rtuti do odpadu: • • • • účinný oddělený sběr odpadu, který může obsahovat těžké kovy, např. bateriové články, baterie, dentální amalgám atd. hlášení původců odpadu o potřebě oddělit rtuť určení a/nebo omezení přijímaného odpadu, který je potenciálně kontaminován rtutí o odběrem vzorků nebo rozbory odpadů, pokud je to možné o účelovými kampaněmi odběru vzorků/testování pokud jsou takové přijímané odpady známy – kontrola vsázky s cílem vyhnout se přetížení systému se zřetelem na kapacitu v odstraňování odpadů. 2.5.6.2 Sekundární technologie [1, UBA, 2001] Rtuť se zcela vypaří při teplotě 357 °C a zůstává v plynném skupenství ve spalinách po jejich průchodu pecí a kotlem. Anorganická rtuť (především dvojmocná Hg2+ v podobě chloridu) a elementární rtuť jsou v systémech čištění spalin ovlivněny různým způsobem. Je třeba provést důkladné zvážení chování obou forem. Volba procesu k odstranění rtuti závisí na velikosti vsázky odpadu a na obsahu chlóru ve spalovaném materiálu. Při vyšším obsahu chlóru se rtuť vyskytuje v nevyčištěných spalinách ve větší míře v iontové podobě a může se tak usazovat v mokrých skrubrech. To připadá v úvahu především v zařízeních ke spalování čistírenských kalů, ve kterých mohou být poměrně nízké koncentrace chlóru v surovém plynu. Když je však obsah chlóru v (suchých) čistírenských kalech 0,3 hmot. % nebo vyšší, pouze 10 % rtuti v čistém plynu bude v elementární formě a odstraněním pouze iontové rtuti můžeme dosáhnout celkové úrovně emisí 0,3 mg/Nm3 [74, připomínky TWG, 2004] Kovová rtuť může být odstraněna v proudu spalin pomocí: • • transformace na iontovou rtuť přidáním oxidačních činidel a poté odstraněním ve skrubru – odpadní vody mohou být potom dodány do čistíren odpadních vod se zařízením k odstraňování těžkých kovů, ve kterých se rtuť převádí na stabilnější formu (např. HgS), tedy vhodnější ke konečnému odstranění [74, připomínky TWG, 2004] přímé odstraňování na aktivním uhlí obohaceném sírou, na koksu z nístějové pece nebo na zeolitech. Zkoušky ukázaly, že neutralizace oxidem siřičitým v peci po přidání vápence může snížit podíl kovové rtuti a tím zefektivnit celkové odstranění rtuti z proudu plynu. Ve spalovnách komunálních a nebezpečných odpadů je za normálních provozních podmínek obsah chlóru vždy velmi vysoký, než aby se dalo zajistit, aby rtuť byla přítomna především v iontové formě. Nicméně, specifické vstupy některých odpadů mohou situaci změnit a může nastat potřeba odstraňovat kovovou rtuť, jak je uvedeno shora. Odpady s vysokým podílem rtuti Při spalování odpadu s vysokým podílem rtuti ve spalovnách nebezpečných odpadů lze zajistit stupeň odstranění rtuti 99,9 % pouze tehdy, když se spalují v přiměřeném poměru také vysoce chlorované odpady. Vysoký podíl iontové rtuti (např. > 99,9 %) v nevyčištěných spalinách v kotli před vstupem do mokrého čištění plynů je způsoben přítomností vysoce chlorovaných odpadů. To napomáhá úplnému odstranění rtuti ze spalin. Vsázky s velkým obsahem chlóru (např. 4 % hmot./hmot. na vstupu) a tudíž s vysokou přechodnou koncentrací chlóru vedou k vysokému stupni chlorace rtuti a tím k téměř 100 % účinnosti odstranění rtuti. S nižším obsahem chlóru ve vsázce se stupeň odstranění rtuti výrazně snižuje. Obr. 2.51: Vztah mezi emisemi Hg a obsahem chlóru v nevyčištěném plynu ze spalovny nebezpečných odpadů Zdroj [1, UBA, 2001] Legenda: Hg met. species portion chloride content in the boiler crude gas podíl kovové rtuti obsah chlóru v nevyčištěném plynu v kotli 2.5.7 Technologie snižování ostatních emisí těžkých kovů [1, UBA, 2001] Ostatní těžké kovy při spalování konvertují především na netěkavé oxidy a odstraňují se spolu s popílkem. Proto jsou hlavními vhodnými technologiemi ty, které se uplatňují při odstraňování prachu (viz oddíl 2.5.3). Je známo, že ke snižování emisí těžkých kovů je také používáno aktivní uhlí. [74, připomínky TWG, 2004] 2.5.8 Technologie snižování emisí sloučenin organického uhlíku Efektivní spalování je důležitým prostředkem snižování emisí sloučenin organického uhlíku do ovzduší. [1, UBA, 2001] Spaliny ze spaloven odpadů mohou obsahovat stopové množství velmi širokého rozsahu druhů organických látek, např.: • • • • halogenované aromatické zühlovodíky polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH) benzen, toluen a xylen (BTX) polychlorované dibenzo-p-dioxiny a dibenzofurany (PCDD/F) Polychlorované dibenzo-p-dioxiny (PCDD) a dibenzofurany (PCDF) mohou vznikat za pecí ze sloučenin prekursorů. Sloučeninami prekursorů jsou např. polychlorované bifenyly (PCB), polychlorované difenylmethany (PCDM), chlorbenzeny a chlorohydroxybenzeny. PCDD a PCDF mohou také vznikat katalytickou reakcí mezi uhlíkem a uhlíkatými sloučeninami a sloučeninami anorganického chlóru, při které působí jako katalyzátory oxidy kovů, např. mědi. Tyto reakce se vyskytnou především v popílku nebo filtračním prachu při teplotách mezi 200 a 450 °C. Uvádí se, že ke vzniku dioxinů/furanů při spalování odpadu vedou následující tři mechanismy: 1. tvorba PCDD/F z chlorovaných uhlovodíků již vzniklých nebo vznikajících v peci (např. chlorohydrobenzen nebo chlorbenzen), 2. syntéza de-novo v rozsahu nízkých teplot (obvyklé v kotlích, v zařízeních ESP suchou cestou) 3. neúplná destrukce PCDD/F dodaných spolu s odpadem Optimální hoření spalin ve velkém rozsahu zničí prekurzory. Tvorba PCDD/PCDF z prekurzorů je proto potlačena. Mezní hodnota limitu pro celkový obsah dioxinů a furanů podle směrnice 2000/76/ES je 0,1 ng TEQ/Nm3. K dosažení těchto limitů jsou dostupné kromě jiného i adsorpční procesy a katalyzátory oxidace. Je známo, že katalyzátory oxidace také snižují emise NH3 a CO. [74, připomínky TWG, 2004] Emise sloučenin organických uhlovodíků lze také snížit dalším odstraňováním popela a aerosolů, neboť tyto znečišťující látky přednostně adsorbují jemnou frakci popela, a dále pomocí silného chlazení spalin (kondenzací). 2.5.8.1 Adsorpce na činidlech s aktivním uhlím v systému unášeného proudu Aktivní uhlí je vstřikováno do proudu spalin. Uhlík se přefiltruje z proudu plynu na rukávovém filtru. Aktivní uhlí projevuje vysokou účinnost absorpce pro rtuť i pro PCDD/F. Různé druhy aktivního uhlí mají odlišnou účinnost adsorpce. Zdá se, že to souvisí se specifickou povahou částic uhlíku, které jsou ovlivněny během procesu. 2.5.8.2 Systémy SCR Systémy SCR se používají ke snižování množství NOx (viz popis v oddíle 2.5.5.2.2). Odbourávají také plynné PCDD/F (nikoliv vázané částice) pomocí katalytické oxidace, avšak v tomto případě musí být systém SCR navržen vyhovujícím způsobem, tedy jako větší vícevrstvý systém k zabezpečení denitrifikační funkce DENOX. Účinnost odbourávání PCDD/F je 98-99,9 %. Hlavní probíhající reakce: [74, připomínky TWG, 2004] C12HnC18 nO2 + (9 + 0,5 n) O2 => 12CO2 + (n-4)H2O + (8-n)HCl a C12HnC18 nO + (9,5 + 0,5 n) O2 => 12CO2 + (n-4)H2O + (8-n)HCl 2.5.8.3 Katalytické rukávové filtry (Belgie, 2002) Rukávy filtrů jsou buď impregnované katalyzátorem nebo se katalyzátor přímo smísí s organickým materiálem při výrobě vlákna. Takové filtry se používají ke snižování emisí PCDD/F. Plynné PCDD/F mohou být zničeny na katalyzátoru spíše než adsorpcí na aktivním uhlí (v systémech vstřikování aktivního uhlí). Frakce částic s vázanými PCDD/F může být odstraněna filtrací. katalyzátor nemá žádný vliv na rtuť, a tudíž je všeobecně potřebné uplatňovat k odstraňování rtuti přídavné technologie (jako je např. aktivní uhlí nebo sirné činidlo atd), aby bylo dosaženo splnění moderních limitů emisí do ovzduší. [74, připomínky TWG, 2004] Teplota plynu vstupujícího do rukávového filtru by měla dosahovat hodnoty nad 190 °C k zajištění účinného odbourání PCDD/F a k prevenci adsorpce PCDD/F na médiu [74, připomínky TWG, 2004] 2.5.8.4 Opětovné spalování uhlíkatých adsorbentů [55, EIPPCB sitevisits, 2002] Uhlík se používá k adsorpci dioxinů (a rtuti) v mnoha spalovnách odpadů. Když mají procesy samostatný výstup pro rtuť, který poskytuje odpovídající stupeň odbourání (tj. vyšší stupeň než na vstupu, aby se zamezilo cirkulaci a tudíž prudkému zvýšení emisí) je možné snížit hodnoty emisí čistého dioxinu ze zařízení opětovným spalováním adsorbovaných PCDD/F pomocí znovuvstřikování do pece. K dalšímu odstranění rtuti obvykle dochází při nízkém pH v systému mokrého skrubru. Pokud se zde nevyskytují proudy plynu s nízkou koncentrací HCl, stupeň odstranění rtuti je při použití tohoto procesu dostatečný. Příklady aplikace této technologie zahrnující opětovné spalování: • • • pevné lože adsorbentu s koksem adsorbenty s unášeným proudem aktivního uhlí vložky impregnované uhlíkem použité k adsorpci dioxinů v mokrých skrubrech a k prevenci paměťového efektu V některých členských státech nedovolují místní předpisy opětovné spalování. 2.5.8.5 Použití plastů impregnovaných uhlíkem k adsorpci PCDD/F [58, Anderson, 2002] Plasty jsou široce používané při stavbách zařízení k čištění spalin vzhledem k jejich výborné odolnosti vůči korozi. PCDD/F jsou adsorbovány na těchto plastech v mokrých skrubrech při běžných provozních teplotách 60-70 °C. Pokud je teplota vyšší i o pouhých několik málo stupňů, nebo pokud je koncentrace dioxinů v plynu snížena , absorbované PCDD/F se mohou desorbovat do plynné fáze a zvýšit emise do ovzduší. Nižší chlorace u PCDD/F způsobuje nejvyšší stupeň růstu desorpce v závislosti na růstu teploty. To vede ke zvýšeným hodnotám TEQ ve směru proudu plynu v mokrých skrubrech. Přidání náplňové kolony do skrubru, který obsahuje zabudovaný polypropylen s uhlíkem je prostředkem selektivní absorpce PCDD/F (Hg se v náplni neabsorbuje). Tento materiál se po určité době nasytí. Proto lze nabitý materiál pravidelně odstraňovat nebo spalovat v peci, je –li to povoleno. [74, připomínky TWG, 2004] Při vstupní koncentraci 6-10 ng TEQ/Nm3 je v celém prostoru mokrého skrubru dosaženo účinnosti odstranění plynné fáze v rozmezí 60-75 %. V porovnání s tím je účinnost bez použití náplňového materiálu 0-4 %. Efektivnost absorpce po dobu 1 roku testování neklesla. [58, Anderson, 2002] [74, připomínky TWG, 2004] V zařízení, tak jak je shora popsáno, jsou vstupní koncentrace 2-3 ng TEQ/Nm3, které ve své podstatě nesplňují požadavek směrnice 2000/76/ES – 0,1 ng/Nm3. Technologie může být také použita v extenzivnější zařízení s náplňovou kolonou a/nebo v kombinaci s následným systémem čištění spalin – odstraňováním dioxinů v proudu spalin nebo proti proudu spalin, s cílem dodržet mezní hodnoty pro PCDD/F (také pro fázi najíždění a s obchvatným zařízením k čištění spalin). [74, připomínky TWG, 2004] 2.5.8.6 Filtry s pevným ložem [1, UBA, 2001] Filtry s pohyblivým ložem aktivního koksu se používají v sekundárních procesech čištění spalin ze spalování komunálních a nebezpečných odpadů. Při použití tohoto adsorpčního systému je možné s vysokou účinností odstranit látky obsažené ve spalinách v extrémně nízkých koncentracích. Jako materiál pohyblivého lože absorbéru se používá lignitový koks produkovaný v koksovacím procesu v nístějové peci. Při spalování odpadů se uplatňují mokrá a suchá lože s koksem. Do mokrých loží se přidává protiproud vody, kterým je koks promýván. Tímto způsobem dochází ke snížení teploty reaktoru a některé nashromážděné znečišťující látky jsou z filtru vymývány. když se namíst koksu/uhlí použije aktivní lignit, proces nevyžaduje předehřátí spalin na teplotu převyšující rosný bod kyseliny a může být dokonce účinně provozován s „mokrými“ nebo vodou nasycenými spalinami. Z tohoto důvodu lze absorbér s aktivním lignitem umístit přímo za mokrý skrubr. [64, připomínky TWG, 2003] Spaliny procházejí zrnitou výplní koksu z nístějové pece (HFC – jemný koks o velikosti zrn od 1,25 do 5 mm). Čistící efekt HFC je velmi závislý na mechanismech adsorpce a filtrace. Je tak možno odstraňovat téměř veškeré emisní složky spalin, především zbytkový obsah HCl, oxidů síry, těžkých kovů (např. rtuť) až na hodnotu pod mezí detekce. Podstatným rysem systému pohyblivého lože je vysoká účinnost snížení všech emisí, a to v důsledku velkého objemu aktivního koksu, čímž je zajištěno, že různé procesy spalování i protiproudého čištění spalin nebudou mít nevhodné následky. Spaliny jsou vedeny do výplně s aktivním koksem přes rozdělovací lože vybavené mnohačetnými nebo dvojicemi trychtýřů. Plyn jimi prochází odspodu nahoru, zatímco HFC (nístějový koks) prochází absorbérem opačným směrem, tzn. od vrcholu ke dnu. Tím je dosaženo ideálního rozdělení spalin v celém průřezu absorbéru a optimálního využití kapacity absorbéru s minimální spotřebou aktivního koksu. Provozní výsledky zařízení v průmyslovém měřítku (spalování komunálních a nebezpečných odpadů) ukázaly, že emisní hodnoty, především dioxinů/furanů se nacházejí hluboko pod mezními hodnotami danými směrnicí ES 2000/76. Těmto procesům je třeba věnovat péči se zřetelem zajištění monitoringu a kontroly teplot a obsahu CO, aby se zabránilo hoření koksových filtrů. Tyto filtry se po určité době nasytí a pak by měly být odstraněny a vyměněny. 2.5.8.7 Rychlé šokové chlazení spalin Tato technologie zahrnuje použití vodních skrubrů k chlazení spalin přímo z jejich spalovací teploty na 100 °C. Technologie se uplatňuje v některých spalovnách nebezpečných odpadů. Rychlé šokové zchlazení zkracuje dobu zdržení spalin v tepelných zónách což může působit větší výskyt dodatečné de –novo syntézy PCDD/F. Skrubr musí být navržen v souladu s nejvyšším zatížením částicemi (a jinými znečišťujícími látkami), které budou převedeny do vody skrubru. Používané skrubry jsou samostatné nebo vícestupňové, někdy s pozdějšími chlazenými stupni, aby se snížily ztráty vody odparem ve spalinách. K přestupu tepla z horkých výluhů skrubru se nepoužívá kotel a využití této energie je omezené. 2.5.9 Snížení množství skleníkových plynů (CO2, N2O) [1, UBA, 2001] Existují v podstatě dva způsoby snižování emisí skleníkových plynů: • • zvýšit účinnost využití a dodávek energie (viz oddíly 2.4 a 4.3) regulovat emise CO2 čištěním spalin. Reakcí CO2 ve spalinách s NaOH je možno produkovat uhličitan sodný. Tato technologie je zmíněna dále v oddíle 6.5 o nově se objevujících technologiích. 2.5.9.1 Prevence emisí oxidu dusného Emise oxidu dusného ze spalování odpadů mohou pocházet z: • • uplatnění nižších spalovacích teplot –běžně se jedná o teploty pod 850 °C použití SNCR ke snížení NOx (především v případě výběru močoviny jako reakčního činidla). [71, JRC(IoE), 2003] Optimální teplota pro současnou minimalizaci NOx a produkci N2O je v rozpětí 850-900 °C. Emise N2O jsou nižší za podmínek, kdy je v dohořívací komoře dosaženo teplot nad 900 °C. Použije –li se SCR, jsou emise N2O také nízké. Tedy v podmínkách spalovacích teplot nad 850 °C je všeobecně SNCR v moderních spalovnách jediným významným zdrojem emisí N2O. SNCR, pokud není řádně řízena, může znamenat riziko zvýšených emisí oxidu dusného, především při použití močoviny. Obdobně lze emitovat oxid dusný z procesů s nedostatečným přívodem kyslíku (pod stechiometrickou úrovní), např. ze zplyňovacích procesů a z pyrolýzy, ale také ze spalovacích procesů v pecích s fluidním ložem probíhajících za určitých podmínek. [74, připomínky TWG, 2004] K prevenci emisí oxidu dusného se používají následující metody: • • • • • • snížení dávkování reakčního činidla – optimalizací SNCR volba optimální teploty okénka pro injektáž činidel SNCR použití metod modelování toku k optimalizaci umístění trysek pro injektáž účinný návrh míchání plynu/reakčního činidla ve vhodných teplotních zónách navržení spalovacích zón s vyššími dodávkami kyslíku (než stechiometrický poměr), aby proběhla oxidace oxidu dusného použití amoniaku namísto močoviny v SNCR. 2.5.10 Přehled metod čištění spalin používaných ve spalovnách nebezpečných odpadů Tento oddíl podává přehled o technologiích čištění spalin uplatňovaných v odvětví komerčního spalování nebezpečných odpadů v Evropě. Podrobnější popis samotných metod čištění spalin naleznete v dřívějších oddílech této kapitoly. [EURITS, 2002 #41] Poté, co spaliny opustí parní generátor nebo šokové chlazení, vcházejí do sekce čištění spalin. U téměř 40 % zařízení začíná tato sekce rozprašovacím sušením nebo podobným zařízením, kde se plyny dále ochladí a odpaří odpadní páru ( v těchto zařízeních se nevypouští odpadní voda). Jiná zařízení mají pomocný chladič ke snížení teploty spalin před další úpravou (např. z 250 na 60 °C). Níže jsou popsány jiné metody, které se používají ke snížení koncentrací znečišťujících složek spalin: systémy skrubrů se používají ke snížení obsahu kyselých složek (např., jak je níže uvedeno – Cl, S) ve spalinách. Téměř 80 % zařízení je vybaveno kyselými a alkalickými systémy mokrých skrubrů, z nichž 30 % má přídavné systémy k odstraňování specifických složek (např. brómu, jódu, rtuti). Zbývajících 20 % používá suché skrubry se vstřikováním vápna nebo uhličitanu sodného. Ke snižování množství prachu a těžkých kovů ve spalinách jsou používány elektrostatické odlučovače (ESP) a rukávové filtry: • • • • 54 % zařízení je vybaveno suchými ESP (jedno zařízení s mokrým ESP) 70 % zařízení je vybaveno rukávovými filtry 25 % zařízení má kombinaci obou postupů jedno zařízení je vybaveno dvěma rukávovými filtry. Systémy ESP se běžně instalují v přední části skrubru, aby se snížily vstupy tuhých látek do pracích kapalin, ale nejsou obvykle používány tam, kde jsou v systémech suchého nebo polosuchého praní instalovány rukávové filtry. Rukávové filtry samy o sobě umožňují kontrolu prašnosti systému. K omezení uvolňování dioxinů do ovzduší se používají následující metody: • • • aktivní uhlí (nebo alternativní reakční činidlo, např. hnědouhelný koks) vstřikováno před rukávový filtr (67 % zařízení) filtr s pevným ložem aktivního uhlí (17 % zařízení), který může být buď v suchém nebo mokrém systému a alternativní hnědouhelný koks jedno zařízení uplatňuje selektivní katalytickou redukci (SCR) specificky k omezení dioxinů a rovněž jiných organických látek a NOx. Zařízení s velmi rychlým šokovým chlazením a bez systému kotle nepoužívají přídavná opatření k destrukci dioxinů (8%). Množství dioxinů ve spalinách je vzhledem k šokovému ochlazení velmi nízké. Ve spalinách, které jsou vedeny do ESP následně po šokovém ochlazení, musí být teplota nižší než 220 °C, aby se zabránilo opětovné tvorbě dioxinů. Za účelem snížení emisí NOx: • • • používá 29 % zařízení selektivní katalytickou redukci (SCR) nebo selektivní nekatalytickou redukci (SNCR) – většinou jsou všechna v Německu používají tři zařízení SNCR a čtyři zařízení SCR. 58 % zařízení již splňuje požadavky směrnice 2000/76/ES o spalování odpadů na mezní hodnotu 200 mg/Nm3 bez uplatnění specifických metod destrukce NOx. Zbývajících 42 % zařízení není v současné době vybaveno speciálním systémem k odstranění a dosud nesplňují požadavky směrnice o spalování odpadů. 2.5.11 Čištění spalin ze spaloven kalů [2, infomil, 2002] Druhy používaných systémů čištění spalin závisejí ve velké míře na složení odpadu a jsou často podobné těm, které používají spalovny komunálních odpadů. Nicméně, zvláštní pozornost by měla být věnována odstraňování oxidů dusíku (NOx) a rtuti. Ve dvou nizozemských spalovnách s fluidním ložem jsou emise NOx snižovány pomocí vstřikování amoniaku během spalování (SNCR). Při použití tohoto systému je možné snížit normální koncentraci emisí 100-200 mg/Nm3 na méně než 70 mg/ Nm3. Během procesu spalování kalů se především uvolňuje rtuť v kovové podobě. Při spalování komunálních odpadů vzhledem k velké koncentraci chloridu v komunální odpadu je rtuť hlavně v iontové podobě (především chlorid). Kovovou rtuť je mnohem obtížnější ze spalin odstranit oproti rtuti v iontové formě. Metody odstranění emisí rtuti jsou popsány v oddíle 2.5.6. 2.6 Technologie čištění a kontroly odpadních vod 2.6.1 Potenciální zdroje odpadních vod [2, infomil, 2002] Potenciální emise ze spaloven odpadů do vody jsou následující: • procesní odpadní vody Procesní odpadní vody ve velkém rozsahu pocházejí obvykle pouze ze systémů mokrého čištění spalin. Z jiných typů systémů čištění spalin (suché a polosuché) obvykle nevznikají žádné odpadní vody. U mokrých systémů mohou být také přijata taková opatření, že se z nich odpadní vody (viz později). • odpadní vody ze shromažďování, úpravy a skladování (pod širým nebem) pecního popela Tento druh odpadních vod může být dodáván do mokrých odstruskovačů, a tudíž není nutné vypouštění těchto vod. Je nicméně důležité mít dostatečnou skladovací kapacitu (i kapacitu k úpravě) pro případ výkyvů skladovacích kapacit zapříčiněných srážkovou činností. Obecně jsou varianty čištění v případě přebytku vody tyto: vypouštění do vhodného systému čištění procesních vod; vypouštění do místního kanalizačního systému; a/nebo speciální způsob odstranění. Tento druh odpadních vod může být znovu využit v systému čištění spalin, pokud má potřebnou kvalitu, obvykle po úpravě sedimentací, filtrací apod. • jiné méně specifické proudy procesních vod Např. odpadní vody z cyklu voda/pára (vznikající při přípravě vody k plnění do kotlů, vypouštění kotle a chlazení vypouštěné vody). V praxi mohou být tyto toky vody v mnoha situacích opětovně použity v procesech spalování a čištění spalin (např. jako voda na dolití) a tak nezpůsobují emise v životním prostředí. Avšak recyklace odpadní vody v systému čištění spalin je možná pouze v případě, že jde o systémy polosuché anebo mokré, aby bylo dosaženo potřebné kvality odpadní vody; jinak se odpadní vody vypouštějí (především z důvodu vysoké koncentrace solí). • sanitární odpadní vody Ty pocházejí z toalet, kuchyní a čistíren. Běžně se vypouštějí do kanalizačního systému, ze kterého jdou k čištění do komunálních čistíren odpadních vod. Pokud není jiná možnost, lze použít k jejich odstranění vyhnívacích nádrží. Tyto kategorie odpadních vod nejsou specifické pro odvětví spalování odpadů, a proto nejsou v tomto dokumentu zmiňovány. • čistá dešťová voda Pochází z dešťových srážek na neznečištěných površích, jako jsou střechy, udržovaných silnic, parkovacích míst atd. Běžně se tyto vody vypouštějí v systému jímání „čisté“ vody přímo do místních povrchových vod nebo do vsakovacích studní. Předběžná úprava může být požadovaná v případě dešťových srážek ze silnic nebo parkovišť. • znečištěná dešťová voda Pochází z dešťových srážek na znečištěných površích (vykládkové činnosti atd). Obvykle se odděluje od čisté vody a může být před použitím nebo vypuštěním čištěna. • použitá chladicí voda Zdaleka největší chladicí kapacita je požadována v případě chlazení vodním kondenzátorem, tzn. při výrobě elektřiny parní turbinou. Podle druhu návrhu zařízení jsou používány tyto různé typy proudu chladicí vody: • • • chladicí voda z konvekčního chlazení v kondenzátoru, který je spojen s parní turbinou chladicí voda odváděná z chladicích systémů s odpařováním vody používaných při kondenzátorovém chlazení chladicí voda z různých částí zařízení, které vyžadují chlazení (skluzavky odpadu, hydraulické systémy, stěrače atd.). Protože tyto proudy chladicí vody nejsou specifické pro spalování odpadů, je o nich diskutováno v jiném BREF dokumentu – „Referenční dokument o uplatňování nejlepších dostupných technologií pro průmyslové chladící soustavy“. • kondenzované odpadní vody z částečného předsušení čistírenských kalů Tento druh odpadních vod je specifický pro spalování čistírenských kalů, i když nevzniká ve všech případech, neboť pára produkovaná během sušení se někdy namísto kondenzace odpaří ve spalinách ze spalovny. Tyto odpadní vody mají všeobecně vysoké hodnoty CHSK (chemická spotřeba kyslíku) a obsahují značné koncentrace dusíku (převevším v podobě čpavku), ale rovněž i jiných znečišťujících látek původně přítomných v upravovaných kalech. Vysoká koncentrace dusíku může způsobovat zúžení profilu průtoku systémem čištění; v tomto případě se může dusík oddělit, ale vzniká riziko zablokování a k této operaci je nutná přídavná energie. Řešením v tomto případě může být zpětné plnění do pece, kdy recyklovaný roztok amoniaku (přibližně koncentrace 10 %) lze použít jako náplně pro SNCR DENOX. 2.6.2 Základní principy návrhu kontroly odpadních vod [2, infomil, 2002] Řízené spalování odpadních vod se provádí podle následujících principů: 1. použití optimální technologie spalování Optimální průběh spalování, který je důležitý z hlediska stability spalovacího procesu, je také prostředkem efektivní kontroly emisí do vody při použití mokrých procesů čištění (netýká se jiných než mokrých procesů produkujících odpadní vody, protože v suchých procesech obvykle nedochází k vypouštění vod). Nedokonalé spalování má negativní vliv na složení spalin popílku vzhledem k vyššímu výskytu organických sloučenin znečišťujícího nebo toxického charakteru. Na druhou stranu může nedokonalé spalování také ovlivnit obsah vod vypouštěných ze skrubru. 2. Snížení spotřeby vody a množství vypouštěných odpadních vod K dosažení tohoto cíle mohou být použita některá opatření, např.: • • • • • • • • • maximalizace recirkulace znečištěných odpadních vod v systémech mokrého čištění spalin (skrubrech) nebo polosuchých systémech čištění spalin včetně účinné kontroly procesních parametrů s cílem snížit množství vypouštěných odpadních vod dodatečné chlazení znečištěných odpadních vod ze systémů mokrého čištění spalin (viz také kondenzační skrubry v oddíle 2.4.4.5) s efektem snížení ztrát vody ve spalinách a tím snížením spotřeby vody. Tento návrh může vyloučit spotřebu chladicí vody. uplatnění technologie čištění spalin bez vypouštění odpadních vod (např. polosuché nebo suché sorpční systémy) použití vody odváděné z kotle k dodávkám vody do skrubru čištění laboratorní vody ve skrubru uplatnění odstruskovačů bez vypouštění odpadních vod použití výluhů z pecního popela skladovaného pod širým nebem k dodávkám vody do odstruskovačů přímé použití čisté dešťové vody ze střech a jiných čistých povrchů oddělené odvodňování a zmenšování zatížené plochy používané ke skladování odpadů a nakládáním s ním (např. zastřešené ohrady). 3. Shoda s příslušnými standardy emisí do vody Některé procesní varianty budou velmi ovlivněny místními faktory. Příkladem je vypouštění slaných odpadních vod ze skrubrů. Zatímco tyto vypouštěné odpadní vody mohou být přijatelné pro mořské životní prostředí, jejich vypouštění do sladkovodních toků vyžaduje zvážit potřebu jejich ředění atd. Taková rozhodnutí mohou proto způsobit zásadní změny v návrzích spalovacích procesů, především systémů čištění spalin a volby metod čištění odpadních výluhů z čištění. 4. Optimální provoz systémů čištění vody Množství vypouštěné vody lze snižovat pouze v optimálních čistících procesech. Pokud je dostatečná skladovací kapacita, aby byl vyrovnaný stav skladované odpadní vody, mají provozovatelé dostatek času k reakci na případné poruchy v procesních podmínkách. 2.6.3 Vliv systémů čištění spalin na odpadní vody [2, infomil, 2002] Produkce odpadních vod závisí na vybraném druhu systému čištění spalin. Používány jsou následující varianty čištění spalin: 1. suché čištění spalin 2. polosuché čištění spalin 3. mokré čištění spalin: a) s fyzikálně/chemickým čištěním odpadních vod ve skrubru b) s odpařováním odpadních vod v in line skrubru c) se samostatným odpařováním odpadních vod ve skrubru. Z těchto variant pouze varianta 3 (a) má proud odpadních vod určený k vypouštění. Varianty čištění výluhu ze skrubru v systému 3 (a) je diskutována v následujících oddílech spolu s technologiemi používanými k odpařování výluhu (varianty 3b a 3c). 2.6.4 Zpracování odpadních vod ze systémů mokrého čištění spalin Proces úpravy odpadních vod vystupujících z mokrého čištění spalin zahrnuje širokou škálu znečišťujících složek. Množství odpadních vod a jejich koncentrace závisejí na složení odpadů a na navrženém systému mokrého čištění spalin. Recirkulace odpadních vod v systémech mokrého čištění spalin může vést k podstatnému snížení množství odpadních vod a následně k vyšší koncentraci znečišťujících látek. K čištění odpadních vod se používají ze systémů mokrého čištění spalin se používají tři hlavní metody: • • • fyzikálně-chemické čištění založené na úpravě pH a na usazování. V tomto systému je produkován proud odpadní vody s rozpuštěnými solemi a pokud se neodpaří (viz níže), je potřebné tyto odpadní vody vypouštět odpařování v průběhu procesu spalování prostřednictvím rozprašovacích sušicích zařízení a vedení do polosuchého systému čištění spalin nebo jiného systému, který využívá rukávové filtry. V tomto případě se rozpuštěné soli shromažďují ve zbytku ze systému čištění spalin. Nevznikají žádné emise odpadních vod kromě těch odpařených ve spalinách (bližší podrobnosti o vypařování in line jsou v oddíle 2.6.4.7.1) samostatné odpařování odpadních vod. V tomto případě odpařované vody kondenzují, ale protože bývají obvykle velmi čisté, mohou být často vypouštěny (nebo opětovně použity) bez speciálních opatření (bližší podrobnosti o samostatném odpařování jsou uvedeny v oddíle 2.6.4.7.2). Tyto technologie jsou probrány v následujících oddílech. některé z nich jsou také popsány v CWW BREF dokumentu „Referenční dokument o nejlepších dostupných technologiích v systémech čištění odpadních vod a odpadních plynů a hospodaření s nimi v chemickém průmyslu“. Pokud se k řízení emisí NOx použije SNCR s mokrým čištěním ve směru proudu spalin, může dojít k oddělení čpavku [74, připomínky TWG, 2004]. 2.6.4.1 Fyzikálně-chemické čištění Typická jednotka sestavená k fyzikálně-chemickému čištění odpadních procesních vod je znázorněna na obr. 2.52 níže: Obr. 2.52: Procesní schéma fyzikálně-chemického čištění odpadních vod ze systému mokrého čištění spalin Zdroj [2, infomil, 2002] Legenda: from scrubber polyelectrolytes sulfures complex builders waste water storage neutralisation flocculation precipitation end-filtration discharge filter-press filter cake (landfill) ze skrubru sirné polyelektrolyty komplexotvorná činidla skladování odpadní vody neutralizace flokulace (vločkování) srážení (odlučování) koncová filtrace vypouštění tlakový filtr filtrační koláč (na skládku) Znázorněný proces se skládá z následujících kroků, z nichž téměř všechny se v praxi uplatňují: • • • • • neutralizace znečištěných odpadních vod flokulace znečišťujících látek usazování vzniklého kalu odvodňování kalu filtrace odpadních vod („leštění“). Lze zahrnout i jiné kroky: • • • srážení (např. těžkých kovů) koagulace kontrola a regulace pH a teploty. Tyto metody se často používají k neutralizaci vápna. Spočívají ve srážení siřičitanů a síranů (sádra). Když je povoleno vypouštění siřičitanů/síranů do povrchových vod (např. v některých mořských životních prostředích), může být namísto vápna použita žíravá soda (NaOH), přičemž se podstatně sníží produkce filtračního koláče. Odstraňování sloučenin těžkých kovů se zakládá na vločkování, které následuje za srážením. Sloučeniny těžkých kovů mají velmi malou rozpustnost v rozmezí pH 9-11. Nad hodnotou pH 11 se kovy mohou opěr rozpouštět. Optimální pH se liší u různých sloučenin těžkých kovů. především optimální pH niklu a kadmia má velkou odchylku ve srovnání s jinými těžkými kovy. Dvoustupňová (nebo vícestupňová) neutralizace zlepšuje stabilitu a kontrolu kyselosti vypouštěných vod (pH). V prvním stupni jde o slabou neutralizaci, především v případech odpadních vod z prvního kyselého stupně systému skrubru. Druhý krok je důkladná neutralizace. Dostatečná skladovací kapacita pro odpadní vodu se zajištěnou vyrovnávací kapacitou je prospěšná pro zamezení procesních výkyvů v čase. Vločkování hydroxidů těžkých kovů probíhá za působení flokulačních činidel (polyelektrolytů) a FeCl3. Dodatečné odstraňování rtuti a jiných těžkých kovů může být zajištěno pomocí přidaných komplexotvorných činidel. Srážení všeobecně probíhá v usazovacích nádržích nebo v lamelárních odlučovačích. Výsledný kal se běžně odvodňuje na tlakových filtrech. Obsah sušiny může být 40-60 % podle použitých chemikálií nebo jiných podmínek. V případě nutnosti mohou být k filtraci zbytkových odpadních vod (dočišťování) použity pískové filtry a/nebo filtry s aktivním uhlím. Přímý účinek pískových filtrů spočívá především ve snížené tvorbě suspenze pevných látek, ale rovněž ve snížení koncentrace těžkých kovů. Filtrace s aktivním uhlím je zvláště účinná při snižování množství sloučenin PCDD/F, polyaromatických uhlovodíků atd. Aktivní uhlí vyžaduje pravidelnou výměnu. používají se i jiné filtrační systémy (např. diskové filtry). Zařízení k fyzikálně-chemickému čištění odpadních vod vyžadují zvláštní provozní péči, neboť jde o poměrně citlivé systémy. 2.6.4.2 Aplikace sulfidů K provádění flokulace se běžně používají organická činidla (např. polyelektrolyty). Přidávání komplexotvorných činidel a sulfidů (např. Na2S, tri-merkaptan – TMT atd.) umožní další snížení množství rtuti a dalších vypouštěných těžkých kovů. 2.6.4.3 Použití membránové technologie Jednou z variant čištění odpadních vod znečištěných solemi a mikropolutanty je membránová filtrace. Tato technologie je obzvláště účinná pro velké proudy vody o relativně malé koncentraci solí. Při vyšších koncentracích solí stoupá rychle spotřeba energie. Obsah soli v procesu úpravy odpadních vod ze spalování odpadů je vysoký (až 10 hmot. %) Proto tato varianta obvykle vyžaduje značné množství přídavné energie. Zbytkové vody s vysokou koncentrací solí v roztoku je třeba odstraňovat v příslušném výstupním proudu. ). [74, připomínky TWG, 2004] 2.6.4.4 Vytěsňování amoniaku Při aplikaci SNCR DENOX obsahují odpadní vody z mokrého skrubru sloučeniny amoniaku. Skutečná koncentrace amoniaku závisí na procesních podmínkách v SNCR DENOX jednotce. Podle skutečné koncentrace amoniaku lze uplatnit jako variantu metodu vytěsňování amoniaku z odpadních vod. Jednotka k vytěsňování amoniaku je tvořena především zahřívanou destilační kolonou. Páry kondenzují za vzniku roztoku amoniaku. I když je koncentrace amoniaku běžně nižší, než koncentrace původního obchodního produktu, roztok lze opětovně používat v procesu SNCR. Vytěsňování amoniaku vyžaduje vyšší pH (11-12,5) a použití páry. Riziko usazenin bylo zaznamenáno při aplikaci spolu s neutralizací vápnem. 2.6.4.5 Oddělené čištění odpadních vod z prvního a posledního stupně systému skrubru Pro první stupeň (stupně) systémů s mokrým skrubrem je běžně charakteristický provoz při velmi nízkém pH. Při nižších hodnotách těchto procesních podmínek se z proudu spalin odstraňuje především HCl. V posledním stupni se při neutrální hodnotě pH odstraňuje oxid siřičitý. Pokud se tyto dva proudy odpadních vod čistí v navzájem oddělených procesech, lze čistící proces pro každý proud odpadních vod ze skrubru optimalizovat a z oxidu siřičitého vzniká recyklovatelná sádra. Odpadní vody z prvního stupně skrubru jsou neutralizovány vápnem, následuje odstranění sloučenin těžkých kovů pomocí flokulace a srážení. Čištěná odpadní voda obsahuje především CaCl2, který se v posledním stupni mísí s odpadními vodami převážně obsahujícími Na2SO3/4. Takto se vytváří sádra a kapalné odpady, které jsou hlavně tvořeny solí NaCl. V závislosti na místních podmínkách, jsou slané odpadní vody buď vypouštěny anebo se odpaří. Odpařením se produkuje NaCl, potravinářská sůl. Protože se sůl odděluje od ostatních zbytků obsažených v odpadních vodách vypouštěných z čištění spalin, dochází tím k podstatnému snížení hmotnosti zbytků – jediným zbytkem jsou potom vysrážené kaly ze sloučenin těžkých kovů. 2.6.4.6 Anerobní biologické čištění (konverze síranů na elementární síru) Určitým problémem při vypouštění vyčištěných odpadních vod může být zbytková koncentrace síranů. Sírany mohou negativně působit na beton v kanalizačních systémech. K vyřešení tohoto problému byl vyvinut systém anaerobní biologické úpravy odpadních vod ze spalování odpadů. Sírany v odpadních vodách lze redukovat na sulfidy působením anaerobních bakterií v reaktoru. Vypouštěné odpadní vody z tohoto reaktoru, které mají vysoký obsah sulfidů, se zpracovávají ve druhém reaktoru. Zde jsou biologicky oxidovány v aerobní atmosféře na elementární síru. Do aerobního stupně je třeba pečlivě zabezpečit dostatečný přísun kyslíku, jinak vznikají namísto elementární síry thiosírany, jejichž přítomnost ve vypouštěných vodách je nepřípustná. Následně se z odpadní vody odstraňuje v laminačním separátoru síra. Sebrané kaly se odvodňují v dekantéru za vzniku sírového koláče, který lze využít. Zbývající odpadní vody mohou být opětovně použity ve skrubru a/nebo vypuštěny. Je známo, že tato technologie může být obtížně uplatnitelná v oblasti nebezpečných odpadů [64, připomínky TWG, 2003]. 2.6.4.7 Systémy odpařování procesních odpadních vod Pokud není přijatelné vypouštění slaných roztoků (chloridů), je třeba procesní odpadní vody odpadřovat. K tomuto účelu existují dvě hlavní varianty: • • in line odpařování oddělené odpařování 2.6.4.7.1 In line odpařování V tétokonfiguraci se odpadní vody v procesu recyklují prostřednictvím rozprašovacího sušicího zařízení. Obr. 2.53 níže znázorňuje přehled konfigurace takového procesu: Obr. 2.53: In line odpařování odpadních vod z mokrého skrubru Zdroj [2, infomil, 2002] Legenda: Filter cake (optional) (to landfill) Wastewater treatment Waste water Incineration Pre-removal of dust Spray-dryer Absorbents removal Scrubber systems Flue gas polishing Solid residue (landfill) filtrační koláč (alternativní) (skládka) čištění odpadních vod odpadní voda spalování odpadů předběžné odprášení rozprašovací sušicí zařízení odstraňování absorbentů systémy skrubrů leštění spalin tuhé zbytky (skládka) Rozprašovací sušicí zařízení je srovnatelné se sprejovým absorbérem, používaným v polosuchých systémech čištění spalin. Rozdíl je v tom, že v případě polosuchého čištění je vstřikováno vápno a k účelu in line odpařování jsou ke vstřikování použity odpadní vody ze skrubru za neutralizačním stupněm. Tento neutralizační stupeň může být kombinován s flokulací a usazováním nečistot, vytvářejících oddělený zbytek (filtrační koláč). V některých aplikacích je do sprejového absorbéru vstřikováno vápno, aby se plyny předem neutralizovaly. Neutralizované odpadní vody s obsahem rozpuštěných solí jsou vstřikovány do proudu spalin. Odpařuje se voda a zbývající soli a ostatní znečišťující látky jsou odstraňovány v odprašovacím stupni (např. v ESP nebo v rukávovém filtru). Tyto zbytky z čištění spalin jsou směsí popílku, solí a těžkých kovů. Vzhledem k aplikacím mokrého systému skrubru je spotřeba chemikálií přibližně stechiometrická a následná produkce zbytkového odpadu je nižší než u systémů polosuchého čištění spalin. 2.6.4.7.2 Samostatné odpařování Samostatné odpařování je založeno na systémech s odpařováním parou. Obr. 2.54 níže ukazuje příklad procesního schématu: Obr. 2.54: Samostatné odpařování odpadních vod z mokrého skrubru Zdroj [2, infomil, 2002] Legenda: Waste water feed Cooling w.w. vapour Evaporator Steam Heat exchanger Steam condensate Waste water condensate Storage tank Decanter Salt vstupující odpadní voda chlazení vodní pára odpařovač pára tepelný výměník kondenzát páry kondenzát odpadních vod skladovací nádrž dekantér sůl Odpadní vody obsahující rozpuštěné soli jsou přiváděny do skladovacích nádrží, ve kterých je směs odpadních vod a již částečně odpařené tekutiny. Následně se voda částečně odpaří pod nízkým tlakem v reaktoru. Požadované teplo je dodáváno v podobě (nízkotlaké) páry a převáděno do kapaliny v tepelném výměníku. Přebytečná kapalina proudí zpět do skladovacích nádrží. Páry se ochlazují za vzniku čistého kondenzátu, který se potom vypouští. Vzhledem k rostoucí koncentraci solí v kapalině dochází ke krystalizaci solí. Následně jsou krystaly soli oddělovány v dekantéru a shromažďovány v zásobníku. Obr. 2.54 znázorňuje dvoustupňový proces s dvěma instalovanými odpařovači. Teplo vstupující z prvního do druhého odpařovače tedy znamená snížení specifické spotřeby energie. Kromě toho, pokud není použito k některým jiným účelům (např. ústřední vytápění), může být efektivní spotřeba energie snižována využitím nízkotlaké páry. Tato technologie spotřebovává energii a může u ní nastat riziko ucpání vlivem krystalizace. [64, připomínky TWG, 2003] 2.6.4.8 Příklad procesu výroby kyseliny chlorovodíkové při čištění spalin ve směru jejich proudu [1, UBA, 2001] Pokud se spalují odpady obsahující chlór, vzniká chlorovodík. Chlorovodík se absorbuje ve vodě za vzniku kyseliny chlorovodíkové. Takto vyrobená kyselina chlorovodíková je bezbarvá kapalina, která se čištěním zbaví nečistot. Její koncentrace je asi 19 hmot. % a lze ji použít jako surovinu v různých spotřebitelských zařízeních, např. ke kontrole pH v závodech na výrobu chlóru. Při vzniku kyseliny chlorovodíkové se spaliny opouštějící kotel nejprve rozprašují do zařízení určeného k šokovému chlazení. V obložení této chladicí jednotky jsou umístěny trysky, kterými je kyselina chlorovodíková o průchodu prací kolonou ve směru proudu spalin rozprašována do spalin. Část kyseliny chlorovodíkové se potom odpaří a tím dochází ke zchlazení spalin. Kyselina chlorovodíková přechází z chladiče do prací kolony společně s ochlazenými spalinami. V prací koloně se absorbují chlorovodík a jiné kyselé plyny obsažené ve spalinách. Kyselina chlorovodíková je potom přepravena do zásobní nádrže. Spaliny, nyní zbavené chlorovodíku, opouštějí kyselou prací kolonu přes odmlžovací zařízení instalované na vrcholu kolony a vstupují do ionizačního mokrého skrubru. Kyselina chlorovodíková vyrobená v prací koloně systému praní plynů se v odpařovacím systému zbavuje rozpuštěných a tuhých látek. Tento čistící stupeň může umožnit použití kyseliny chlorovodíkové jako suroviny v různých výrobních provozech. Z přechodného skladování ve skladovací nádrži se kyselina chlorovodíková čerpá do odpařovače. Zde je surová kyselina zušlechtěna ve vakuu a stává se azeotropní směsí. Přebytečná voda a malé množství chlorovodíku procházejí v plynné fázi a kondenzují působením vody v adsorpční věži. Z vakuové jednotky se procesní kapalina čerpá do zařízení k úpravě odpadních vod spolu s přebytkem vody. Surová kyselina zušlechtěná do azeotropní formy se odpařuje a potom znovu kondenzuje. Zbývající kyselina obsahující tuhé látky a těžké kovy je vedena z odpařovače a čerpána k neutralizaci do míchacího zařízení. [64, připomínky TWG, 2003] 2.6.5 Čištění odpadních vod ve spalovnách nebezpečných odpadů 55 % evropských zařízení ke spalování nebezpečných odpadů nevypouští odpadní vody, neboť používá buď systémy, ve kterých odpadní voda nevzniká (např. suché nebo polosuché systémy čištění spalin) anebo odpařuje vodu v komíně pomocí rozprašovacího sušicího zařízení nebo v samostatnémodpařovacím zaařízení, někdy po úpravě odpadní vody odstraňováním Hg [74, připomínky TWG, 2004] Zbývajících 45 % zařízení ke spalování nebezpečných odpadů má čistírnu odpadních vod. Současnou situaci popisuje obr. 2.55 dole a lze ji shrnou následovně: • • Lze rozlišit všeobecný rozdíl mezi spalovnami vybavenými kotlem a jinými zařízeními ke spalování nebezpečných odpadů, které jsou vybaveny systémem rychlého šokového chlazení s větším množstvím vypouštěných odpadních vod v důsledku technických příčin. (Poznámka: některé spalovny nebezpečných odpadů jsou vybaveny obojím, jak kotlem, tak i šokovým chlazením) [74, připomínky TWG, 2004]. Zařízení vybavená kotlem vypouštějí 1 až 5 l odpadních vod na 1 kg spalovaného odpadu. Zařízení vybavená pouze systémy šokového chlazení vypouštějí 10 až 20 l/kg spalovaného odpadu, nicméně zde lze snížit tok odpadních vod na 5 l/kg recirkulací odpadních vod z čistírny odpadních vod nebo recyklací v samotné jednotce šokového chlazení. Odpadní vody z kyselé sekce procesu mokrého praní plynů (obsahující NaCl, CaCl2, Hg, CaF2 a SO3) se běžně mísí s odpadními vodami alkalické sekce (obsahující Na2SO4) s cílem vysrážet částečně sádru (a snížit obsah síranů v odpadních vodách na méně než 2 g/l, což je koncentrace odpovídající koeficientu rozpustnosti sádry) před dalším čištěním. Existuje nicméně jedno zařízení, ve kterém jsou odpadní vody z kyselých nebo alkalických skrubrů čištěny odděleně. Obr. 2.55: Přehled používaných systémů čištění odpadních vod v komerčních spalovnách nebezpečných odpadů [EURITS, 2002 #41] Legenda: Waste treatment úprava odpadů Quench cooling šokové chlazení Boiler kotel Combined treatment acidic/basic (gypsum precip.) kombinovaná kyselá/alkalická úprava Separate treatment of acidic/basic water streams samostatné čištění proudu kyselých/alkalických odpadních vod Single discharge to fresh water oddělené vypouštění do sladkých vod Single discharge to the sea oddělené vypouštění do moří Zda bude mít zařízení on site čištění odpadních vod nebo přesune odpadní vody do externího zařízení k čištění odpadních vod, záleží na jeho umístění. Obr. 2.56 dole ukazuje běžné uspořádání čistírny odpadních vod k čištění odpadních vod ze sekce mokrého praní spalin ze spalování nebezpečných odpadů. Hlavní složky těchto zařízení jsou: • • • Neutralizace (např. přidávání vápna, NaOH/HCl) Přidávání reakčních činidel specifických pro srážení kovů ve formě např. hydroxidů nebo kovových sulfidů (např. flokulačních činidel, tri-merkapto-tri-azinu, sulfidů, poyelektrolytů) Odstranění usazenin: např. použití usazování na základě gravitace a dekantace nebo použití mechanických technologií, jako jsou tlakové filtry, odstředivky. V některých čistírnách odpadních vod jsou odpadní vody dočištěny pomocí pískových filtrů, a následně filtrů s aktivním uhlím. Obr. 2.56: Příklad zařízení k čištění odpadních vod v komerčním sektoru spalování nebezpečných odpadů [EURITS, 2002 #41] 2.7 Úprava tuhých zbytků a kontrolní metody 2.7.1 Druhy tuhých zbytků Spalování odpadů přináší různé druhy tuhých zbytků, některé z nich mají použití v různých zemích v odlišné míře. Je možno vidět rozdíl mezi těmito zbytky přímo vystupujícími z procesu spalování a těmi ze systému čištění spalin. Zbytky z čištění spalin může být jemný popílek a/nebo reakční produkty a nezreagovaná reakční činidla přidávaná do systému čištění spalin (nebo souvisejících systémů čištění odpadních vod). Druhá zmíněná kategorie je často nazývána zbytky z čištění spalin nebo z kontroly znečištění ovzduší. Pevné zbytky z čištění odpadních vod v mokrých skrubrech jsou často stlačené do tuhé formy zvané filtrační koláč nebo jsou ve směsi s popílkem, aby byl minimalizován objem, nebo za účelem lepšího odvodnění se sádrou ze zařízení. [74, připomínky TWG, 2004] Kromě toho může být v čistírnách spalin v systému mokrého praní využita sádra a sůl, pokud se uplatní příslušné procesy (viz níže v oddíle 2.6). [64, připomínky TWG, 2003] Zbytky vyplývající ze spalovacího stupně spalovny jsou: Spalování komunálního odpadu: • Pecní popel z roštu zařízení spalujícícho komunální odpady. Vzhledem k tomuto velkému objemu jde o významný druh zbytkového odpadu a varianty jeho použití jsou diskutovány v oddílu 3.4.2 • Kotelní popel se shromažďuje v kotli spalovny komunálního odpadu a část se upravuje společně s popílkem [74, připomínky TWG, 2004] Popílek se shromažďuje při spalování komunálního odpadu ve stupni odstraňování popela a hovoří se o něm dále ve spojitosti se zbytky z čištění spalin. Tento druh odpadu se obvykle odstraňuje, a to často po předběžné úpravě, ale je používán i jako plnicí materiál do aplikací, ve kterých je vázán s asfaltem pro účely veřejných staveb, a to v zemích, kde je tato praxe povolena. [74, připomínky TWG, 2004] Úprava a odstraňování jsou diskutovány dále níže. Nebezpečné odpady a specifické klinické odpady: • • Škvára vzniká v rotačních pecích spalujících nebezpečné odpady. Obecně je tento druh zbytkového odpadu ukládán na skládku bez další úpravy nebo může být recyklován, pokud je to povoleno Ostatní popel se podobá tomu, který je produkován spalovnami komunálních odpadů, ale vzhledem k tomu, že v něm může být obsažen vyšší podíl znečišťujícících látek, je nejběžnější praxí jejich odstraňování. Čistírenské kaly: • • Popílek pochází ze spalování čistírenských kalů ve fluidním loži. Tento druh odpadů může být v zemích, kde je to povoleno, použit jako plnicí materiál ve vázaných aplikacích u veřejných staveb. V Německu se obě aplikace bez další úpravy používají také jako materiál, kterým se vyplňují vytěžené důlní prostory. Popílek, který se nevyužije, je ukládán na skládky. Popel z použitého lože pochází ze spalování čistírenských kalů ve fluidním loži. Jde o relativně svým rozsahem malou kategorii odpadu. Část se přidává k popílku nebo skládkuje bez další úpravy. RDF – palivo z odpadu: • Popel z použitého lože pochází ze spalování paliva z odpadů ve fluidním loži. V závislosti na specifických charakteristikách materiálu může být množství popela • z fluidního lože podstatně vyšší než v případě spalování čistírenských kalů. S opětovným použitím tohoto popela jsou malé zkušenosti. Popel pochází ze spalování odpadního dřeva ve velkém a malém rozsahu. Jedná se o relativně malá množství a dokument se dále o něm nezmiňuje. Některá zařízení jsou provozována za obzvláště vysokých teplot (např. > 1 400 ºC) se specifickým cílem roztavení popela a produkce strusky. Taková struska přináší více možností využití vzhledem k nižší průsakovosti atd. Příkladem takových systémů jsou rotační pece pracující při vysokých struskotvorných teplotách a kombinované procesy zplyňování a spalování. Posledně zmiňované procesy se používají v Japonsku, kde jsou přísná kritéria na průsaky ze zbytkových odpadů spaloven komunálních odpadů, se specifickým zaměřením na zvýšení opětovného použití zbytků a snížení potřeby skládkování. Jak v Evropě, tak i v širším rámci, existují změny v politice a postupech, co se týká opětovného použití zbytků ze spaloven. [74, připomínky TWG, 2004] Druhou kategorií zbytkových odpadů jsou zbytky z čistíren spalin: Zbytky z čistíren spalin obsahují koncentrované množství znečišťujících látek (např. nebezpečných složek a solí), a proto nejsou obvykle považovány za vhodné k recyklaci. Hlavním cílem je potom nalézt bezpečnou variantu konečného uložení, která je rovněž šetrná k životnímu prostředí. Lze rozlišit následující druhy zbytků z čištění spalin: • • • • Zbytky ze suchého a polosuchého čištění spalin. Tyto zbytky tvoří směs solí vápníku a/nebo sodíku, především chloridů a sulfitů/síranů. Vyskytují se zde také některé fluoridy a nezreagované chemikálie (např. vápno nebo uhličitan sodný). V této směsi bývá také obsažený popílek neodstraněný v některém z předchozích odprašovacích stupních. Může proto také obsahovat znečišťující těžké kovy a PCDD/F. Běžným způsobem odstranění je uložení na skládkách nebezpečných odpadů (např. ve velkých pytlích). Průsakovost zbytků je důležitým hlediskem pro následné uložení na skládku a úprava za účelem snížení průsakovosti těchto zbytkových odpadů před skládkováním se běžně v Evropě provádí (např. v Rakousku, Nizozemsku, Portugalsku a Francii). Zbytky z čištění spalin pocházející ze suchého procesu s přídavkem uhličitanu sodného mohou být čištěny a recyklovány v průmyslových procesech, např. jako suroviny v chemickém průmyslu, přičemž v tomto případě je nutno oddělit popílek a slané zbytky (např. pomocí dvoustupňové filtrace spalin), aby se snížil obsah inertních látek. Doprava ke konečnému uživateli může být kritickým faktorem pro ekonomiku [74, připomínky TWG, 2004] Zlepšení vlastností pro účely skládkování pomocí studené solidifikace Filtrační koláč z fyzikálně-chemického čištění odpadních vod z mokrého čištění spalin. Pro tento materiál je charakteristický vysoký obsah těžkých kovů, ale může také obsahovat soli s omezenou rozpustností, jako je např. sádra. Obvyklý způsob odstranění je skládkování (na skládkách nebezpečného odpadu). Zbytky mohou obsahovat koncentrované PCDD/F, a proto jsou někdy před uložením na skládku upravovány. Sádra. Sádra může být také využita, a to buď vyčištěná nebo nevyčištěná v závislosti na parametrech procesu a na kvalitativních požadavcích. Využití sádry je možné, pokud se použije vápenec nebo vápenné mléko ve dvoustupňovém mokrém skrubru vybaveném účinným odlučovačem kapek. [74, připomínky TWG, 2004]. Recyklovaná sádra může být za určitých okolností využita. • • • • Soli, vznikající při in-line odpařování odpadních vod. Tento zbytek je podobný zbytku z polo (suchého) čištění spalin Soli, vznikající při samostatném odpařování odpadních vod. Použití solí nebo odstranění záleží na složení zbytku. Obvykle je čistší než zbytek z odpařování in-line Zbytky z dočištění spalin. Varianty použití závisejí na použitém adsorbentu (aktivní uhlí, koks, vápno, uhličitan sodný, zeolit). Zbytky z (aktivního) uhlí z reaktorů s pevným ložem je někdy povolena spalovat přímo ve spalovnách odpadů, pokud jsou splněny příslušné procesní podmínky. Zbytky ze systému unášených loží lze také spalovat, jen pokud se jako adsorbent použije aktivní uhlí nebo pecní koks. Když se použije směs jiných rekačních činidel s aktivním uhlím, posílá se zbytek obvykle k externí úpravě nebo odstranění, neboť hrozí riziko koroze. Použije –li se zeolit, obvykle lze v zásadě recyklovat rtuť, ale tyto technologie nejsou dosud v praxi dostupné. [2, infomil, 2002] [64, připomínky TWG, 2003]. Použití jako filtrační materiál v solných dolech – v některých členských státech jsou zbytky z různých způsobů čištění spalin použity jako materiál k zasypávání vytěžených dolů. 2.7.2 Úprava a recyklace tuhých zbytků Vysoká koncentrace minerálů ve zbytkovém popelu ze spaloven odpadů vede k možnému použití tohoto popela při stavbě silnic nebo jako jiný stavební materiál. Skutečné použití je možné, pokud materiál splňuje stanovená ekologická a technická kritéria. Proto je nutná optimalizace kvality popela prostřednictvím primárních nebo sekundárních opatření. Všeobecně řešené parametry jsou: • • • • • Vyhoření Reaktivita minerálů Průsaky kovů Obsah soli Velikost a rozdělení částic Zbytky z mnoha moderních spaloven odpadů splňují environmentální a technické požadavky pro tyto kvalitativní parametry. Legislativní a politické překážky někdy vytvářejí hlavní bariéry použití (především) pecního popela ve vhodně navržených/provozovaných zařízeních. Metody úpravy zbytků obecně směřují k optimalizaci jednoho nebo více těchto parametrů s cílem přiblížit se kvalitě primárních stavebních materiálů. Vzhledem k velkému objemu produkce zbytků, menší nebezpečnosti a průsakovosti se pecní popel ze spalování komunálních odpadů převážně recykluje. Použití pecního popela je upřednostňováno v Nizozemsku (použito více než 90 %), Dánsku (90 %), Německu (80 %), Francii (více než 70 %), Belgii a UK (21 %). [Vehlow, 2002 # 34], [Vrancken, 2001 # 39] [56, UK – Agentura ŽP, 2002] [64, připomínky TWG, 2003] [74, připomínky TWG, 2004]. Úprava popela z filtru a pecního popela se provádí pouze v několika zařízeních v Evropě. V Nizozemsku se popílek ze spaloven komunálního odpadu a provozů SSI používá jako plnicí materiál při stavbě silnic (asfalt) bez jakékoliv předchozí úpravy ve spalovnách komunálních odpadů nebo čistírenských kalů (SSI). Tímto způsobem se použije asi jedna třetina celkového popílku ze spaloven komunálních odpadů a 80 % popílku ze spaloven čistírenských kalů (přibližně 80 000 tun celkem za rok). [74, připomínky TWG, 2004] Primární opatření pro kontrolu zbytkových odpadů zahrnují kontrolu účinnosti spalování s cílem [Vehlow, 2002 # 38]: • • • Zaručit dokonalé vyhoření uhlíkatých sloučenin Podpořit odpaření těžkých kovů, např. rtuti a kadmia z palivového lože, a Stabilizovat litofilní prvky v pecním popelu, tzn. snížit jejich prosakování. Systémy sekundární úpravy zahrnují jednu nebo více z následujících činností: • • • • • • Snížení velikosti částic – umožňuje oddělení kovů a zlepšení technické kvality Oddělení železných a neželezných kovů, které lze recyklovat v kovoprůmyslu Praní s cílem odstranit rozpuštěné soli Zrání ke stabilizaci struktury matrice a snížení reaktivity Úprava přidáním hydraulických nebo uhlovodíkových pojiv k opětovnému použití do stavebních materiálů pro stavbu silnic Tepelná úprava za vzniku nebo přidání inertních materiálů do skleněné matrice. Obojí, jak primární, tak i sekundární opatření, budou podrobněji probrána v oddíle 4.6. 2.7.3 Úpravy uplatněné na zbytkových odpadech z čištění spalin Informace obsažené v tomto oddíle byly převzaty z [48, ISWA, 2003]. Další podrobnosti o technologiích, které spadají do jednotlivých kategorií úpravy uvedených níže lze nalézt v oddíle 4.6. 2.7.3.1 Solidifikace a chemická stabilizace zbytků z čištění spalin Hlavní účel solidifikace je vyrobit materiál s fyzikálními a mechanickými vlastnostmi, které přispívají ke snížení množství kontaminantů uvolňujících se ze zbytkové matrice. Přidání do cementu např. obecně snižuje hydraulickou vodivost a porozitu zbytkových odpadů, a na druhé straně zvyšuje trvanlivost, pevnost a objem. Kromě toho se obvykle zvyšuje alkalita směsi, protože se zlepšují průsakové charakteristiky produktu, i když může dojít k vyšší rozpustnosti amfoterních kovů, jako je např. olovo a zinek. Solidifikované produkty se obvykle odlévají do bloků (např. 1 m3) nebo se přímo ukládají na skládky. Hlavním účelem je snížit interakci mezi vodou a zbytkem. Podle švýcarských studií toto pouze ovlivňuje průsakovost skládkovaných produktů během prvních několika let skládkování. Metody solidifikace běžně zahrnují použití několika převážně anorganických pojiv: cement, vápno a ostatní materiály vulkanického charakteru, jako je např. uhelný popílek, vysokopecní popel nebo prach z cementáren, i když mohou být použita některá organická pojiva, jako např. bitumen/asfalt nebo parafin a polyethylen. Stejně tak se používají kombinace pojiv různého typu značkových i neznačkových aditiv. Zdaleka nejčastěji používanou technologií solidifikace je stabilizace v cementu. Hlavním principem chemické stabilizace je vázání těžkých kovů do rozpustnějších forem, než jsou ty, které jsou přítomné v původních neupravených zbytkových odpadech. Tyto metody stabilizace vedou k použití při srážení kovů v nových minerálech a stejně tak i při vázání kovů do minerálů sorpcí. Tento proces zahrnuje rozpuštění těžkých kovů ve zbytcích a následné srážení nebo sorpci do nových minerálů. Některé metody stabilizace obsahují počáteční prací stupeň, ve kterém se většina rozpustných solí a v určité míře i kovů extrahuje předtím, než se chemicky naváže na zbývající kovy. Tyto metody mohou být doplněny stupněm odvodnění stabilizovaných produktů a odstraněním organických sloučenin. [74, připomínky TWG, 2004] 2.7.3.2 Tepelná úprava zbytků z čištění spalin Tepelná úprava zbytků ze spalování odpadů (někdy jsou spaliny čištěny spolu s pecním popelem) je široce používána v několika málo zemích především s cílem snížit objem zbytkových odpadů, ale také ke snížení koncentrace organických látek a těžkých kovů a zlepšení průsakových charakteristik před skládkováním. [74, připomínky TWG, 2004] Tepelnou úpravu je možno rozdělit do třech kategorií: vitrifikace, tavení a spékání. Rozdíly mezi těmito procesy jsou v největší míře spojeny s charakteristikami a vlastnostmi konečného produktu: • Vitrifikace je proces, ve kterém jsou zbytkové odpady upravovány při vysoké teplotě (běžně od 1300 do 1500 °C) a poté rychle ochlazeny (vzduchem nebo vodou), aby se vytvořila amorfní skleněná matrice. Zchlazením taveniny vzniká jednofázový produkt zvaný vitrifikát. Vitrifikát může mít charakter skla nebo kamene podle toho, jaké složení má tavenina. K usnadnění tvorby skleněné matrice se někdy do zbytkových odpadů přidávají aditiva. [64, připomínky TWG, 2003] • Tavení je obdobou vitrifikace, ale ve fázi šokového chlazení se kontroluje teplota tak, aby docházelo pokud možno v největší míře ke krystalizaci. Výsledkem je vícefázový produkt. Teploty a možnost oddělení specifických kovových fází jsou obdobné jako při vitrifikaci. Je také možné přidávat aditiva k usnadnění krystalizace matrice [64, připomínky TWG, 2003] • Spékání zahrnuje zahřívání zbytkových odpadů do stavu, kdy se začnou vázat částice, zatímco chemické fáze ve zbytcích mění konfiguraci. Tak vzniká hustší produkt s menší porozitou a větší pevností oproti původnímu produktu. Běžné teploty se pohybují kolem 900 °C. Když se spaluje komunální odpad, dochází v peci vždy v určité míře ke spékání. Konkrétně se jedná především o případ, kdy je součástí spalovacího zařízení rotační pec. Bez ohledu na skutečné procesy by tepelná úprava zbytkových odpadů měla ve většině případů vést k produkci více homogenních hustších produktů s lepšími průsakovými charakteristikami. Vitrifikace také přináší výhodu fyzikálního uzavření znečišťujících látek v matrici. Spotřeba energie u samostatně instalovaných zařízení tohoto typu je obecně velmi vysoká. Hlavním problémem je přívod tepla do tavicího reaktoru. [74, připomínky TWG, 2004] V některých případech dochází k tavení zbytkových odpadů uvnitř zařízení (nikoliv v odděleném tavicím procesu) za vysokých teplot ve spalovacím stupni (viz 2.3.4.4.3). V těchto případech jsou požadavky na energii částečně naplněny použitím tepelné energie spalin, čímž lze snížit nároky na externí energii. Spaliny pocházející z tepelné úpravy pevných zbytků mohou obsahovat velké množství znečišťujících látek, jako např. NOx, celkový organický uhlík, SOx, popel a těžké kovy atd. Proto je nutno spaliny vhodným způsobem čistit. Někdy jsou produkované spaliny plněny do zařízení k čištění spalin přímo ve spalovně, je –li poblíž. [74, připomínky TWG, 2004] Vysoká koncentrace solí ve zbytcích z čištění spalin může způsobovat při čištění spalin problémy s korozí. Spékání není určeno jako metoda úpravy zbytků z čištění spalin, třebaže je v některých kombinovaných postupech zahrnuto. 2.7.3.3 Extrakce a separace zbytků z čištění spalin Varianty úpravy používající procesy extrakce a separace mohou v zásadě zahrnovat všechny druhy procesů extrakce specifických složek ze zbytkových odpadů. Nicméně největší důraz je kladen na procesy zahrnující extrakci těžkých kovů a solí kyselinami. Několik technologií bylo navrženo jak v Evropě, tak i v Japonsku. Většina z nich využívá kyselého roztoku z prvního skrubru v mokrých systémech čištění spalin. 2.7.3.4 Chemická stabilizace zbytků z čištění spalin Hlavním principem chemické stabilizace je vázání těžkých kovů do více nerozpustných forem, než v jaké byly v původních neupravených zbytkových odpadech. Tyto stabilizační metody zahrnují jak srážení kovů v nové minerály, tak i vázání kovů na minerály sorpcí. Dále zahrnují rozpouštění těžkých kovů ve zbytkových dopadech a následné vysrážení nových minerálů anebo sorpci na minerály. Několik stabilizačních metod je sdruženo v prvním pracím stupni, ve kterém jsou většinou zastoupeny rozpuštěné soli a v určité míře se extrahují kovy předtím, než se chemicky váží na zbylé kovy. Tyto metody bývají doplněny odvodněním stabilizovaného produktu. 2.7.3.5 Ostatní metody nebo postupy úpravy zbytků z čištění spalin Běžně používanou variantou nakládání s odpady ve spalovnách s mokrými systémy čištění spalin je kombinace popílku s kaly z čištění ve skrubru. Výsledný produkt se nazývá Bambergův koláč. Sulfidy obsažené v kalu, které se v čistírně odpadních vod používají ke srážení těžkých kovů, mohou na skládkách dále pomáhat při snižování průsaků těžkých kovů z Bambergova koláče. Tato metoda se používá již více než deset let ke zlepšení vlastností zbytkových odpadů před uložením na skládku. Je také možné nechat zreagovat popílek s kyselými vodami skrubru. Je známo, že takto lze dosáhnout výrazného stupně extrakce těžkých kovů a organických složek. [74, připomínky TWG, 2004] 2.8 Metody monitoringu a kontroly 2.8.1 Systémy kontroly spalování [2, infomil, 2002] Jeden z hlavních problémů při spalování odpadu vyplývá z častých a rozsáhlých změn ve složení odpadu včetně rozdílů v některých vlastnostech, které mají významný vliv na spalovací proces. Vzhledem k těmto značným rozdílům byly spalovací procesy vyvinuty tak, aby vyhovovaly velkým změnám podmínek procesu. Nicméně, v případě nepříznivých podmínek jsou ještě nutné zásahy do provozu. Zavedení sofistikovaných systémů kontroly je proto důležitým prvkem vývoje. Tyto systémy vedou ke spalovacímu procesu, který je v čase (lepší stabilita procesu) i v prostoru (větší homogenita) méně proměnný. Zlepšení kontroly procesu přináší mnoho potenciálních výhod spočívajících např. (poznámka: hlavní projev(y) zlepšení jsou v závorkách): • • • • • • • • • • lepší kvalita pecního popela (vzhledem k dostatečnému rozdělení vzduchu a lepšímu umístění spalovacího procesu na roštu) menší produkce popílku (vzhledem k v menším výkyvům v dodávkách primárního spalovacího vzduchu) lepší kvalita popílku (menší množství nespáleného materiálu díky stabilnějším procesním podmínkám v peci) menší tvorba CO a CxHy (vzhledem ke stabilnějším podmínkám v peci, tj. neexistují žádná „studená“ místa) menší tvorba NOx (vzhledem ke stabilnějším podmínkám v peci, tj. neexistují žádná „horká“ místa) lepší využití kapacity (vzhledem k menším ztrátám tepelné kapacity při změnách) vyšší energetická účinnost (vzhledem ke snížení průměrného množství spalovacího vzduchu) lepší provoz kotle (vzhledem ke stabilnější teplotě, menšímu výskytu teplotních „maxim“ a tím menšímu riziku koroze a ucpání vlivem vznikajícího popílku) lepší provoz systému čištění spalin (vzhledem k větší stabilitě množství a složení spalin) projevující se výhody také přinášejí menší potřebu údržby a lepší provozuschopnost zařízení. K tomu, aby byla umožněna kontrola spalovacího procesu, jsou potřebné podrobné informace o procesu, na základě kterých je navržen („filosofie“) systém kontroly, a to tak, aby bylo možné zasahovat do procesu. Návrh celkového kontrolního systému závisí na specifických návrzích roštu a pece od každého dodavatele. Proto je v tomto oddíle uveden pouze přehled potenciálních procesních informací, filosofie kontrolních systémů a zásahů do procesu. Procesní informace mohou obsahovat: • teploty roštu v různých místech • • • • • • tloušťku vrstvy odpadu na roštu pokles tlaku na roštu teploty v peci a teploty spalin na různých místech určení rozdělení teplot na povrchu roštu pomocí optických nebo infračervených měřících systémů CO-, O2-, CO2– a/nebo H2O měření (v různých místech) produkce páry Filosofie kontroly může spočívat v klasickém kontrolním systému, který je součástí procesní kontroly počítačem. Kromě toho se uplatňují fuzzy kontrolní systémy. Kontrolní zásahy zahrnují: • • • • • systém dávkování odpadu frekvenci a rychlost pohybu roštu v jeho různých částech množství a rozdělení primárního vzduchu v různých sekcích roštu teplotu primárního vzduchu (jsou –li dostupná zařízení k předehřívání) množství a rozdělení sekundárního vzduchu v peci (a případně recirkulovaných spalin). 2.8.2 Přehled o monitoringu emisí Obecné informace o monitoringu emisí jsou uvedeny v BREF dokumentu „Reference Document on the General Principles of Monitoring“ (Referenční dokument o hlavních zásadách monitoringu - kód MON). [1, UBA, 2001] Poslední směrnice EU (2000/76/ES) o spalování odpadů obsahuje požadavky na měření emisí. Nepřetržitě je nutno měřit emise následujících sloučenin: • • • • • • • prach HCl SO2 CO CxHy NOx (pokud jsou zavedeny emisní standardy) HF (ale ne, pokud je v procesu zabezpečeno přiměřené odstranění HCl). Nepřetržitá měření nejsou závazná pro HCl, HF a SO2, když jde o proces, kde není možno překročit emisní standardy (čl. 11 (6) směrnice EU 2000/76/ES). Kromě toho je nutné nepřetržitě monitorovat následující procesní parametry: • • • Teplotu v peci Kyslík Tlak • • Teplotu spalin a výstupu Obsah vodních par (pokud jsou měření emisí prováděna v suchých spalinách). Ostatní emisní sloučeniny se měří v pravidelných intervalech (minimálně 2-4 krát ročně): • • Těžké kovy PCDD/F. Metody měření rtuti jsou složitější oproti měření ostatních těžkých kovů, neboť podstatná část emisí rtuti je v plynném stavu. Některé přístroje měří jen elementární rtuť, jiné mohou měřit celkovou rtuť (tzn. iontovou a elementární formu). V posledních deseti letech se systémy měření rtuti staly více sofistikovanými. Starší měření byla často nespolehlivá, protože se přehlížela plynná část emisí rtuti. Nepřetržitá měření rtuti se osvědčila v určitém rámci jako spolehlivá a jsou povinná podle některých národních legislativních předpisů (např. v Německu a Rakousku). Dosud není uplatněn žádný systém nepřetržitého měření dioxinů. Nicméně je dostupný systém kontinuálního odběru vzorků. Tento systém je provozován v některých spalovnách odpadu v Rakousku a Belgii a byl také po dobu šesti měsíců v provozu v nizozemské spalovně nebezpečných odpadů. Vzorky lze analyzovat s frekvencí dle potřeby nebo na vyžádání. V některých případech mohou být posuzovány skutečné dopady emisí pomocí biomonitoringu (např. na lišejnících). I když přiřazení vlivů k jednotlivým zdrojům může být obtížné, může takový monitoring znamenat užitečný příspěvek vzhledem k posuzování kombinovaných vlivů v případě vícečetných zdrojů. [74, připomínky TWG, 2004] 2.8.3 Zkušenosti s nepřetržitým odběrem vzorků emisí dioxinů (Belgie, 2002) Podle standardu EN1948 se vzorky emisí dioxinů ze spaloven odpadů odebírají po dobu 6 až 8 hodin. Toto měření se obvykle provádí jednou nebo dvakrát v roce a v některých případech i v mnohem častější frekvenci. Nepřetržité odebírání vzorků se osvědčilo jako užitečné při hodnocení emisí dioxinů při nepříznivých procesních podmínkách. Postup se používal k prokazování nízkých emisí PCDD/F v celém rozsahu provozních podmínek. Výsledky je možno také použít jako návod ke zlepšení technologie, revizi poždavků monitoringu nebo k jiným změnám. Údaje o nákladech na kontinuální odběr vzorků dioxinů (z Indaveru): Investice: Zkoušení systému Analýza (26 vzorků/rok) Údržba u dodavatele (preventivní) 110 000 – 140 000 EUR 4 900 EUR (odhad) 20 000 EUR/rok 2 500 EUR/rok 2.8.4 Zkušenosti s kontinuálním měřením emisí rtuti Od r. 1999 požadoval v Německu zákon o spalovnách odpadů kontinuální měření a zaznamenávání emisí rtuti a jejích sloučenin s výjimkou těch spaloven, kde je spolehlivě prokázána nižší úroveň emisí než 20 % stanovených limitů. Nepřetržitý monitoring spaloven nebezpečných odpadů byl prováděn od r. 1992 pomocí redukční jednotky a studeného výparníku. Standardní referenční metodou pro srovnávací měření během kalibrace je metoda s manganistanem draselným ve shodě s normou EN 13211. Je třeba poznamenat, že tato metoda určuje obsah celkové rtuti (např. kovové/elementární Hg + iontové Hg), zatímco jiné analyzátory rtuti pouze zjišťují podíl kovové Hg. Během testu se přístroj kalibruje pomocí testovacích plynů. Testovací plyny musejí být vyrobeny těsně před použitím (např. nastavením požadovaného tlaku plynu v plynné fázi nad rtuťovým reaktorem). Když se použije testovací plyn, bude pravděpodobně nezbytné vzít v úvahu cyklus měřícího přístroje. Stejným způsobem musí být interval odběru vzorků pro srovnávací měření přepočten u měřících přístrojů podle obohacovací fáze. Příklady zkušebních testů vhodnosti měřicích přístrojů pro kontinuální měření emisí rtuti jsou uvedeny v tabulce níže: Vhodné měřicí přístroje Druh OPSIS AR 602 Z Výrobce/distribuce OPSIS AB Oznámení v GMBI (Věstník ministerstva) Rok Č. stránka 1994 289 869 1996 42 882 1995 7 101 1998 20 418 1996 28 592 1996 28 592 1996 28 592 1999 33 720 HG MAT II Seefelder Messtechnik HGMAT 2.1 Seefelder Messtechnik HM 1400 VEREWA HG 2000 SEMTECH AB MERCEM Bodenseewerk Perkin-Elmer SM 3 Mercury Instrument und IMT Rtuťový monitor Innovative Messtechnik Hg 2010 SEMTECH AB 2000 60 1193 Hg-CEM Seefelder Messtechnik 2000 60 1193 Hg 1400 TR VEREWA 2001 19 386 MERCEM SICK UPA 2001 19 386 Tab. 2.18: Zkušební kontinuální pracovní měřicí přístroje pro měření emisí rtuti [64, připomínky TWG, 2003] Údaje o nákladech na kontinuální měření rtuti (odhad): Investice: 30 000 EUR Zkoušení systému: 5 000 EUR 2.8.5 Přehled bezpečnostních přístrojů a opatření Tento oddíl pojednává o bezpečnosti ve smyslu prevence havárií, které by mohly nastat vlivem emisí znečišťujících látek. [64, připomínky TWG, 2003] Bezpečnost zařízení je důležitým hlediskem při plánování a zřizování provozu spalovny odpadu. Zajištění vysoké úrovně bezpečnosti zařízení a jeho provozu vyžaduje vybavení příslušnými bezpečnostními a ochrannými systémy. Ta slouží k co možná nejlepší prevenci výskytu poruch nebo havárií, které by mohly mít negativní dopady na životní prostředí v blízkosti zařízení, nebo k omezení takových dopadů při výskytu poruch nebo havárií. Příslušné bezpečnostní prvky ve spalovně odpadu slouží proto k tomu, aby pokryly potenciální zdroje nebezpečí, především v oblastech, kde jsou přítomny nebo mohou vzniknout určité látky, tak aby množství těchto látek byla v bezpečná. Jde především o: • • • bunkr s odpadem a ostatní prostory pro skladování potenciálně nebezpečných odpadů zařízení ke spalování odpadů a čištění spalin a skladovací zařízení pro potřebné pomocné materiály (např. čpavek, aktivní uhlí atd.). Ochranné systémy používané k odstraňování rizik zahrnují: • • • • • • • • systémy kontroly uvolňovaných znečišťujících látek, jako jsou např. systémy zadržování vody pro případné hašení požáru, zabezpečování nádrží s látkami představujícími nebezpečí kontaminace vody protipožární systémy a zařízení, např. protipožární stěny, hlásiče požáru, hasicí systémy ochranné systémy proti explozi, např. přetlakové pojistné ventily, obtokové objekty, uspořádání zabezpečené proti možnosti vznícení, systémy inertních plynů, uzemňovací systémy atd. systémy ochrany před sabotáží (bezpečnostní služby v budovách, kontrola přístupu a opatření dozoru) systémy ochrany před údery blesku protipožární zdi oddělující transformátory a retenční zařízení detektory požáru a ochrana před požárem v místech, kde jsou nízkonapěťové rozvodné panely zjišťování znečištění (čpavkem, plyny atd.) v blízkosti příslušných skladů, distribuce atd. Ostatní složky zařízení potřebné k zajištění bezpečnosti provozu: • • • stroje a vybavení navržené k zabezpečení vstupu a výstupu energie (např. nouzový generátor elektřiny) složky určené k vypouštění látek, k odstranění nebo zadržení nebezpečných látek nebo směsí nebezpečných látek, např. v zadržovacích cisternách a v systémech nouzového vypouštění a vyprazdňování varovné a bezpečnostní systémy, které spouštějí poplach při poruchách provozu, zajišťují prevenci narušení normálního provozu nebo obnovují normální provoz. Tyto systémy zahrnují veškeré přístrojové a kontrolní vybavení ve spalovně. Především zahrnují na jedné straně všechny přístroje a kontrolní přístroje sledující různé procesní parametry, které jsou významné pro zabezpečení normálního provozu, a na druhé straně takové systémy, které v případě poruchy negativně ovlivňující složky provozu zabezpečí podmínky a informují personál včas o poruše. Jako odezva ochranných prostředků na poruchy funkce nebo havárie může nastat přechodné zvýšení emisí. Cílem všech bezpečnostních opatření musí být zkrácení tohoto přechodného období na minimum a znovuobnovení bezpečnosti zařízení. [64, připomínky TWG, 2003] 3 EMISE A SPOTŘEBA 3.1 Úvod Emise a spotřeba spalovacích pecí jsou ovlivněny především: • • • Složením a obsahem odpadu Technickými opatřeními vysoké pece (konstrukcí a činností) Konstrukcí a činností zařízení na čištění spalin Emise do ovzduší: Emise HCl, HF, SO2, NOx a těžkých kovů závisejí především na skladbě odpadu a na kvalitě zařízení na čištění spalin. Emise CO a těkavých organických látek jsou určeny zejména technickými parametry vysoké pece a stupněm heterogenity odpadu v okamžiku, kdy vstupuje do stádia spalování. Konstrukce a činnost vysoké pece také do značné míry ovlivňují NOx. Emise prachu velmi závisí na výkonu čističky spalin. Emise PCDD nebo PCDF do ovzduší závisí na složení odpadu, teplotě a době zdržení ve vysoké peci a na provozních podmínkách zařízení (za určitých podmínek jsou možné reformace a syntéza de-novo) a na výkonu zařízení na čištění spalin. Spalovny komunálního odpadu obecně vytvářejí množství spalin (při 11 % kyslíku) o objemu mezi 4 500 a 6 000 m3 na tunu odpadu. Pro spalovny nebezpečného odpadu je tato hodnota (při 11 % kyslíku) obecně mezi 6 500 a 10 000 m3, v závislosti především na průměrné výhřevnosti odpadu. Zařízení používající pyrolýzu, zplyňování nebo kyslíkem obohacený vzduch podávají výsledky s menšími objemy spalin na tunu spalovaného odpadu. Stupně emisí do ovzduší uvedené v tomto dokumentu jsou zaznamenávány po přesných průměrovacích obdobích – obvykle roční, denní a půlhodinové průměry. Některá zařízení, zvláště ty, které upravují vysoce heterogenní odpady, mohou procházet krátkodobými podmínkami, které dávají vznik okamžitým koncentracím emisí, nacházejícím se vně číselného rozmezí zprůměrňovaných úrovní. [64, připomínky TWG, 2003] Emise do vody: V závislosti na použitém typu čištění spalin se mohou objevit také emise do středních vod. Mokré čištění spalin je hlavním zdrojem průmyslových odpadních vod, ačkoli v některých případech je množství těchto vod snižováno výparem. Některé další zdroje odpadní vody mohou vznikat ze skladování, z kotlů apod. Tyto byly již dříve popisovány v kapitole 2.6.1. Pevné zbytky: Pevné zbytky, které se mohou objevit, jsou: • • • Pecní popel nebo struska – hlavně nespalitelná frakce odpadu Popel z kotlů – popel, který se hromadí, a je z kotle odstraňován Popílek - lehký popel, který se šíří se spalinami a je poté odstraňován zařízením na čištění spalin • Zbytky z čištění odpadních vod [64, připomínky TWG, 2003] Produkce a složení těchto pevných zbytků jsou ovlivněny: • • • obsahem a složením odpadu, např. složení popelu se liší v množství pecního popelu, který z nich vzniká konstrukcí a provozem vysoké pece, např. pyrolýzní zařízení záměrně vytvářejí uhlí místo popele a vysoké pece s vyšší teplotou mohou spékat nebo zeskelnatět popel a uvolňovat některé frakce konstrukcí a provozem zařízení na čištění spalin, např. některé systémy odlučují prach od chemických zbytků, mokré systémy produkují odpadní vody pro extrakci pevných látek Energetický výkon zařízení: Dosaženou hladinu odstraňování ovlivňují především: • • dostupnost uživatele energie (hlavně pro přívod tepla a páry) konstrukce zařízení (především pro elektrický výkon, kde značný vliv na hodnoty výroby elektřiny mají parametry vybrané pro výrobu elektřiny) Použitá konstrukce systému na výrobu elektřiny je často silně ovlivněna příjmem, který má být získán z prodeje dodané elektřiny. Relativní a absolutní ceny tepla, páry a elektřiny mají vliv na konečnou konstrukci a tudíž i na energetický výkon a efektivitu dosažené hladiny. Spotřeba energie samotným zařízením: Hlavní vlivy jsou: • • složení odpadu – některé odpady vyžadují přidání paliv, které napomáhají jejich čištění, jiné jsou autotermální, tj. vytvářejí dostatečné teplo podporující spalování bez přidání dodatečných paliv konstrukce zařízení, např. rozdílné energetické požadavky různých konstrukcí zařízení na čištění spalin. Obecně platí, že čím nižší jsou požadované emise do ovzduší, tím vyšší je energetická spotřeba na čištění spalin. Další spotřeby: Spotřeba chemických činidel je spojená hlavně s konstrukcí a provozem zařízení na čištění spalin – které je do značné míry závislé na typu odpadu a na požadované hladině emisí – nižší emise do ovzduší obecně vyžadují vyšší dávkovací poměr činidel. 3.1.1 Rozdělení látek při spalování odpadu [1, UBA, 2001] Na základě svých rozdílných chemických vlastností jsou různé prvky obsažené v odpadu rozděleny ve spalovacím procesu rozdílně. Tab. 3.1 dává příklad této distribuce na základě výzkumu rakouské spalovny odpadů Spittelau ve Vídni. Distribuce prvků se v každé spalovně liší, v závislosti na použité metodě čištění spalin, typu odpadu a dalších faktorech, tato čísla však poskytují vodítko pro procentuální rozdělení rozdílných látek ve spalovnách tuhého komunálního odpadu. Spalovna ve Spittelau používá před čištěním spalin jako předběžný odstraňovač prachu suchý elektrostatický odlučovač (ESP) spolu s čističkou odpadních vod (ETP), která čistí odpadní vodu z praček plynu: Látka Uhlík % Chlór % Fluor % Síra % Fosfor % Železo1 % Měď % Olovo % Zinek % Kadmium % Rtuť % Vypuštěné vyčištěné spaliny ESP prach Odpadní voda Filtrační koláč z čištění odpadních vod Pecní popel 2, 3 98 (+/-2) <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 35 15 (+/-1) 38 (+/-6) 17 (+/-1) 1 (+/-0,5) 6 (+/-1) 28 (+/-5) 54 (+/-3) 90 (+/-2) 30 (+/-3) <1 54 <1 8 (+/-1) <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 6 (+/-1) <1 <1 <1 <1 <1 <1 65 (+/-5) 1,5 (+/-0,2) 11 84 (+/-1) 47 (+/-7) 83 (+/-1) 18 (+/-2) 94 (+/-1) 72 (+/-5) 46 (+/-3) 9 (+/-1) 5 (+/-1) Poznámky: 1. zbylých asi 80 % je vyřazeno jako odpad 2. biologická použitelnost materiálů, které zůstávají ve pecním popelu, závisí na vyluhovatelnosti in-situ v průběhu následného používání nebo likvidace 3. riziko spojené s opětovným používáním pecního popelu není nezbytně určeno přítomností nebo absencí indikovaných látek – důležitá je také chemická a fyzikální forma látek, stejně jako charakter prostředí, kde bude materiál používán. [64, TWG Připomínky, 2003] Tab. 3.1: Rozdělení různých látek v ukázkové spalovně tuhého komunálního odpadu (hmotnostní %) [1, UBA, 2001, 64, TWGPřipomínky, 2003] Další rozdíly vyplývají z různého složení odpadu, zvláště v případě spalovacích zařízení pro nebezpečný odpad. Tab. 3.2 ukazuje procentuální rozdělení šesti těžkých kovů, Hg, Cd, As, Pb, Cu a Zn, zprůměrňované přes testovací periodu ve spalovnách nebezpečného odpadu. Tabulka dále ukazuje hmotnostní frakci následujících pevných zbytků: struska, popílek a filtrační koláč, ve vztahu k množství odpadu spáleného během testu. Těžké kovy Pevné zbytky na odstranění Uvolnění do prostředí Struska Popílek Filtrační koláč 30 <0.01 1.3 14.6 41.2 75.9 41.9 3 <0.01 94.2 80.0 56.0 22.4 56.9 4 99.88 4.49 5.39 2.75 1.69 1.17 % hmot. frakce Hg Cd As Pb Cu Zn Celkem Aktivní uhlík Do ovzduší Odpad. voda Skládko vání kapalný ch odpadů Do země 99.88 99.99 99.99 99.95 99.99 99.97 0.05 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 0.03 <0.01 0.01 0.07 <0.01 <0.01 0.02 0.01 0.02 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Tab. 3.2: Procentuální rozdělení těžkých kovů v procesu spalování nebezpečného odpadu [41, EURITS, 2002] Nejdůležitější parametry, které ovlivňují chování kovů, jsou: • • • • teplota pece nadbytek kyslíku v peci obsah chlóru a síry v odpadu hromadný přenos jemných částic do spalin Průměrné podmínky v průběhu testování na spalování nebezpečného odpadu, které daly vznik údajům uvedeným v tabulce 3.2, jsou uvedeny v tabulce 3.3. Parametr Teplota pece Teplota dohořívací komory Obsah kyslíku (v peci) Obsah chlóru (v odpadu) Obsah síry (v odpadu) Testový údaj 1120 ± 40 °C 1100 ± 20 °C 11,9 ±1,3 % 5,1 ± 1,0 % 1,0 ± 0,2 % Tab. 3.3: Průměrné provozní podmínky v průběhu testu rozdělení v zařízení na spalování nebezpečného odpadu [41, EURITS, 2002] Z tabulky 3.2 mohou být vyvozena následující pozorování, týkající se kovů: • Zhruba 99,6 % nečistot je koncentrováno v pevných zbytcích • Zhruba 70 – 80 % nečistot je koncentrováno a imobilizováno v popílku a ve frakci filtračního koláče; oba zbytky činí na hmotnost přibližně 7 % původního vloženého odpadu • Odstranění Hg ze spalin je (v tomto případě) hlavně důsledkem nízkého pH prvního stupně čištění plynu 3.1.2 Příklady dioxinového zůstatku pro spalovnu tuhého komunálního odpadu [1, UBA, 2001] C PCDD/PCDF jsou obsaženy ve vstupu (komunální odpad), stejně jako ve výstupu (odcházející vzduch, odpadní voda a zbytky) spaloven komunálního odpadu. Většina z vstupujících látek PCDD/PCDF je během spalovacího procesu zničena, mohou však být také znovu vytvořeny. Níže jsou uvedeny zůstatky typické pro spalovnu v Německu, která pracuje bez uvolňování vody a odpovídá německým limitům emisí: Výstupní toky Množství na kg vstupního odpadu Měrné zatížení Spaliny 6,0 m3 0,08 ng/m3 Popílek 0,25 kg 7,0 ng/kg Odpadní voda 0 není k dispozici Filtrační prach a další 0,07 kg 220 ng/kg zbytky z čištění spalin Celkový tok do všech prostředí: 17,6 ng TEQ/kg odpadu Zvlášť sledovaný proud na kg vstupního odpadu 0,48 ng/kg 1,75 ng/kg 0 15,40 ng/kg Poznámka: odhadnutý vstup s odpadem: 50 ng TEQ/kg odpadu Tab. 3.4: Zůstatky PCDD/PCDF pro spalovnu komunálního odpadu v Německu [1, UBA, 2001], [64, TWGPřipomínky, 2003] Z výše uvedené tabulky 3.4 lze vyčíst, že pro tento daný příklad činí odhadovaný výstup uvolněný do ovzduší přibližně 1 % vstupu (0,48 ng TEQ/kg z 50 ng TEQ/kg). Odhadovaný výstup do všech prostředí je 17,63 ng TEQ/kg z vstupního odpadu. To odpovídá 35,3 % odhadovaného vstupu (tj. čistý rozklad 64,7 % PCDD/F původně obsažených v odpadu). Z toho lze usuzovat, že v tomto případě funguje zařízení jako čistý sink pro PCDD/F. [64, TWGPřipomínky, 2003] Jiné údaje ze studie z roku 1997 (francouzské Ministerstvo životního prostředí/TIRU) osmi spaloven tuhého komunálního odpadu a dvou spaloven nebezpečného odpadu ukazují značné kolísání obsahu PCDD/F ve zbytcích: • • • • • Pecní popel: 0,3 – 300 ng I-TEQ/kg Popel z kotlů: 40 – 700 ng I-TEQ/kg Popílek: 60 - 5000 ng I-TEQ/kg Filtrační koláč (mokré čištění spalin): 600 – 30000 ng I-TEQ/kg Zbytky polomokrého čištění spalin: 800 ng I-TEQ/kg (přibližně) Tam, kde data vykazují takovouto variabilitu, je složitější vyvozovat závěry týkající se celkového zůstatku PCDD/F. [64, TWGPřipomínky, 2003] Následující údaje jsou příkladem spalovny tuhého komunálního odpadu (ve Francii), pracující za uvolňování vody: Výstupní tok Spaliny Pecní popel Zbytky z ČIŠTĚNÍ SPALIN Odpadní voda Měrné zatížení 0,1 ng I-TEQ/Nm3 7 I-TEQ/kg 5200 I-TEQ/kg <0.3 I-TEQ/l Poznámka: daný příklad platí pro spalovnu tuhého komunálního odpadu s čištěním spalin suchým elektrostatickým odlučovačem + mokrá struska (2 stádia) + selektivní katalytická redukce Tab. 3.5: Příklad zaznamenaného zatížení PCDD/F spalovny tuhého komunálního odpadu ve Francii [64, TWGPřipomínky, 2003] 3.1.3 Složení nezpracovaných spalin ve spalovnách odpadů Složení nezpracovaných spalin ve spalovnách odpadů závisí na struktuře odpadu a na technických parametrech pece. Tab. 3.6 poskytuje přehled typických koncentrací nezpracovaných spalin po průchodu kotlem a před čištěním spalin. Složky Prach Oxid uhelnatý (CO) Celkový organický uhlík (TOC) PCDD/PCDF Rtuť Kadmium + Thalium Další těžké kovy (Pb, Sb, As, Cr, Co, Cu, Mn, Ni, V, Sn) Anorganické složky s obsahem Cl (jako HCl) Anorganické složky s obsahem F (jako HF) Složky s obsahem S, celkové množství SO2/SO3, vyjádřeno jako SO2 Oxidy dusíku, vyjádřeno jako NO2 Oxid dusný CO2 Vodní pára (H2O) Jednotky Komunální odpad Spalovna pro Nebezpečný odpad mg/Nm3 mg/Nm3 1000 – 5000 5 – 50 1000 - 10000 <30 Průmyslové čistírenské kaly (fluidní lože) 30000 – 200000 5 – 50 mg/Nm3 1 – 10 1 – 10 1 – 10 ngTEQ/Nm3 mg/Nm3 mg/Nm3 0,5 – 10 0,05 – 0,5 <3 0,5 – 10 0,05 – 3 <5 0,1 – 10 0,2 2,5 mg/Nm3 <50 <100 800 mg/Nm3 500 - 2000 3000 – 100000 mg/Nm3 5 - 20 50 – 550 mg/Nm3 200 - 1000 1500 – 50000 mg/Nm3 250 - 500 100 – 1500 <200 mg/Nm3 % % <40 5 – 10 10 - 20 <20 5–8 6 – 20 10 – 150 Poznámky: 1. Spalovny čistírenského kalu spalují průmyslový čistírenský kal. 2. Informace obsažené v tabulce se vztahují k německým spalovnám. Hodnoty nacházené u starších spaloven mohou být značně vyšší, zvláště v případě emisí ovlivněných technickými parametry , např. CO, TOC atd. 3. Hodnoty pro nebezpečný odpad se vztahují ke komerčním spalovnám smíšeného nebezpečného odpadu, ne ke specializovaným proudovým spalovnám. Tab. 3.6: Koncentrace spalin po průchodu kotlem (nezpracované spaliny) v různých spalovnách odpadů (referenční hodnota kyslíku 11 %) [1, UBA, 2001], [64, TWGPřipomínky, 2003] Komunální odpad: V případě komunálního odpadu závisí struktura, mimo jiné, na systému sběru různých frakcí odpadu a na tom, zda je používána předběžná úprava. Například oddělený sběr různých frakcí komunálního odpadu může následujícím způsobem ovlivnit výhřevnost komunálního odpadu: • • • • Sklo a kov - snížení obsahu popelu a následný vzrůst výhřevnosti Papír - snížení výhřevnosti Lehké obaly - snížení výhřevnosti Klinický a nemocniční odpad - vzrůst výhřevnosti Další parametry, jako například obsah chlóru a těžkých kovů, jsou také ovlivněny, změny však zůstávají v rozmezí běžného rozpětí variability. Zajištění oddělených sběrů rozdílných frakcí domovního odpadu může mít značný vliv na průměrné složení odpadu přijatého do spalovny tuhého komunálního odpadu. Například oddělený sběr některých baterií a zubního amalgamu může znatelně snížit vstup rtuti do spalovny. [64, TWGPřipomínky, 2003] Živnostenský odpad nekvalifikovaný jako nebezpečný V případě odpadu z komerčních podniků, který není kvalifikovaný jako nebezpečný, může být rozpětí rozdílů podstatně větší než u KTO. Pokud je spalován s ostatním KTO, může být snížení těchto rozdílů dosaženo za použití míšení v zásobníku a drcení. Nebezpečný odpad Složení nebezpečného odpadu se může lišit ve značně širším rozpětí. V případě nebezpečného odpadu může být významný obsah fluoru, brómu, iodu a silikonu. Na rozdíl od komunálního odpadu je však struktura nebezpečného odpadu obvykle ověřována ve spalovnách pomocí kontrolních analýz všech základních parametrů. Kvůli možným variacím je spalovna nebezpečného odpadu konstruována s ohledem na průměrné složení odpadu, v některých případech se značnými dodatečnými rezervami pro čištění spalin. Takové složení odpadu určeného ke spalování může být vytvořeno záměrným smíšením přicházejícího odpadu ve sběrných nádržích nebo v zásobnících, nebo jednotlivým dodáváním odpadů do pece oddělenými potrubími v hodinových množstvích odpovídajících konstrukci spalovny. To je také bráno v úvahu, pokud je odpad uložen v barelech, které mohou být využity pro neočekávané náklady. Spalovny, speciálně navržené pro znovuzískávání HCl a SO2 z toků odpadů obsahujících chlór nebo síru, mohou mít velmi odlišná složení nečištěných spalin. Čistírenské kaly [64, TWGPřipomínky, 2003] Rozdíly v nečištěných plynech ve spalovnách čistírenských kalů odpovídají změnám složení spalovaného odpadu. Ten je naopak ovlivněn přítomností nebo absencí předběžné úpravy a složením přijatého čistírenského kalu. Složení čistírenského kalu je značně závislé na charakteru zachycování vody drenáží, která je poskytována zařízením na úpravu kalů tam, kde kal vzniká, a použitými metodami úpravy. Pokud je čistírenský kal spalován s ostatními odpady, mohou mít díky vyrovnávacímu účinku ostatních odpadů rozdíly kvality kalu méně zřetelný vliv na kvalitu nečištěných plynů. Obsah vody v čistírenském kalu může skutečně poskytovat výhody některým zařízením na spalování komunálního tuhého odpadu, jelikož její rozprášení speciálními tryskami ve vybraných místech nad vrstvou odpadu (obvykle v zóně vyhoření plynu) poskytuje dodatečné prostředky kontroly teploty a může napomáhat regulaci oxidů dusíku. Klinický odpad: [64, TWGPřipomínky, 2003] Rozdíly v nečištěných spalinách ve spalovnách klinického odpadu odpovídají především změnám ve složení spalovaného odpadu. Předběžná fyzikální úprava, která může snížit rozpětí změn složení nečištěných plynů, není pro klinický odpad často používána z důvodu obav týkajících se infikování odpadu. Kategorizace příchozích toků odpadů podle jejich zdroje a možných spalovacích charakteristik (hlavně ve vztahu k výhřevnosti, obsahu vlhkosti a tepelnému výkonu) a jejich přísun do spalovacího procesu tak, aby vyhovoval příslušným vstupním předpisům, mohou být použity na snížení rozpětí rozdílů ve složení nečištěných spalin souvisejících se spalováním. Emise plynů významných pro klimatické změny Zdroje a celkové emise významné pro klimatické změny Celkové emise významné pro klimatické změny v Německu v roce 1999 a emise ze spalování odpadů (související s fosilní částí odpadu, která je považována za významnou vzhledem ke klimatickým změnám v Německu) jsou shrnuty v tab. 3.7: Znečišťující látka Oxid uhličitý (CO2) Oxid dusičitý (NO2) Metan (CH4) Fluorované uhlovodíky CF4 (perfluorované uhlovodíky) C2F6 (perfluorované uhlovodíky) C3F8 (perfluorované uhlovodíky) SF6 (fluorid sírový) Celkový GWP Celkové emise (kt/rok) 858511 141 3271 3284 0,186 Potenciál globálního oteplování (GWP) rovnající se CO2 (kt/rok) 858511 43710 68691 4290 1209 0,046 423 0,011 77 5473 982384 Nepřímo působící skleníkové plyny Spalování odpadů (fosilní část) z celkových emisí (kt/rok) 8685 0,81 (252)* není k dispozici 0,229 (c. 9000)* Oxidy dusíku (NOx jako NO2) Oxid uhelnatý (CO) NMVOC (nemetanové těkavé organické látky) Amoniak (NH3) 1637 15,2 (122,24)* 4952 1651 3,82 (11,46)* 0,76 (8,36)* 624 0,3 Původce aerosolů Oxid siřičitý (SO2) 831 není k dispozici (..)* v závorkách: převrácená emisní hodnota pro ekvivalenty CO2 pro porovnání s GWP Tab. 3.7: Celkové emise významné pro klimatické změny v Německu v roce 1999 ve srovnání s emisemi pocházejícími ze spalování odpadů [1, UBA, 2001] Tato tabulka ukazuje, že v roce 1999 se v Německu spalování odpadů podílelo na vzniku přibližně 1 % emisí skleníkových plynů. 3.2 Emise do ovzduší 3.2.1 Látky uvolňované do ovzduší [1, UBA, 2001], [64, TWGPřipomínky, 2003] Oxid uhelnatý CO je toxický plyn bez zápachu. Oxid uhelnatý (CO) obsažený ve spalinách spaloven je produktem nedokonalého hoření látek na bázi uhlíku. CO je produkován za lokálního nedostatku kyslíku a/nebo teploty spalování, která není dostatečně vysoká na to, aby se uskutečnila plná oxidace na oxid uhličitý. K tomu může dojít zejména pokud dochází ke spontánními výparu nebo pokud jsou přítomny rychle hořící složky, případně pokud dochází k nedokonalému smíchání zplodin hoření s dodávaným kyslíkem. Pro kontrolu účinnosti spalovacího procesu může být použito kontinuální měření hladiny CO. Obsah CO je mírou kvality spalování. Pokud jsou emise CO velmi nízké, potom je kvalita hoření plynu velmi vysoká a emise celkového uhlíku jsou nízké (a naopak). [74, TWGPřipomínky, 2004] Po svém uvolnění do atmosféry je CO za nějakou dobu oxidován na CO2. Zvláště je nutné se vyvarovat vysokých koncentrací CO (>dolní mez výbušnosti), jelikož mohou ve zplodinách vytvářet explozivní směsi. Zvýšené emise CO se mohou objevit především ve spalovnách nebezpečného odpadu. CO je ve spalovnách měřen kontinuálně. Obvykle je dosahováno denních průměrů pod 50 mg/Nm3, v některých spalovnách jsou denní průměry značně pod touto hodnotou. [64, TWGPřipomínky, 2003] Je známo, že úprava NOx pomocí selektivní katalytické redukce může zvýšit hladiny emisí CO. [74, TWGPřipomínky, 2004] Celkový organický uhlík (TOC) Tento parametr zahrnuje řadu plynných organických látek, jejichž individuální detekce je obvykle komplexní nebo není možná. V průběhu spalování organického odpadu probíhá obrovské množství chemických reakcí, z nichž některé jsou neúplné. To vede k mimořádně komplexnímu charakteru složek o stopových množstvích. Úplný výčet všech látek v rámci parametru TOC není k dispozici, ačkoli spalování zajišťuje obvykle pro organické látky vysokou účinnost rozkladu. TOC mohou být ve spalinách kontinuálně měřeny. Nízké hladiny TOC jsou klíčovým ukazatelem kvality spalování ve spalovacím procesu. Jsou nacházeny emise v rozmezí od 0,1 mg/Nm3 do 10 mg/Nm3. [64, TWGPřipomínky, 2003] Chlorovodík Mnoho odpadů obsahuje chlorované organické látky nebo chloridy. V komunálním odpadu pochází obvykle přibližně 50 % chloridů z PVC [64, TWGPřipomínky, 2003]. Ve spalovacím procesu jsou organické složky těchto látek rozloženy a chlór je převeden na HCl. Část HCl může dále reagovat na chloridy kovů na anorganických složkách, které jsou v odpadu také obsaženy. HCl je vysoce rozpustný ve vodě a ovlivňuje růst rostlin. Je kontinuálně měřen a jeho emise se pohybují v rozmezí od 0,1 do 10 mg/Nm3. [74, TWGPřipomínky, 2004] Tvorba a emise Cl2 jsou za normálních spalovacích podmínek méně důležité. Pro tvorbu usazenin a pro korozi jsou však nezbytné. Je tedy užitečné regulovat jeho tvorbu tak, aby zmíněný proces probíhal v plynné fázi a ne po depozici do kotlových trubek. [74, TWGPřipomínky, 2004] Fluorovodík Mechanismus tvorby HF ve spalovnách odpovídá mechanismu tvorby HCl. Hlavním zdrojem emisí HF ve spalovnách komunálního odpadu jsou zřejmě fluorované plasty nebo textilie a v jednotlivých případech i rozklad CaF2 v průběhu spalování kalů. HF je vysoce rozpustný ve vodě a ovlivňuje růst rostlin. Je kontinuálně měřen a jeho emise se pohybují v rozmezí od 0,1 do 10 mg/Nm3. [74, TWGPřipomínky, 2004] Různé typy fluorovaného odpadu jsou upravovány ve spalovnách nebezpečného odpadu. Jodovodík a jód, bromovodík a bróm Komunální odpad obvykle obsahuje velmi malá množství brómovaných nebo jódovaných složek. Emise brómu nebo jódu jsou tudíž pro spalovnu komunálního odpadu méně důležité. Ve spalovnách nebezpečného odpadu je organický a anorganický odpad obsahující bróm nebo jód někdy také upravován. Například brómové složky mohou být nacházeny v některých elektronických zařízeních, kde slouží jako činidla zabraňující hoření. Jód může být obsažen v lécích nebo může být používán pro úpravu povrchů kovů. Celkem vzato je však jejich množství oproti chlorovaným sloučeninám malé. Bróm a jód pomáhají oxidovat rtuť a snižovat obsah rtuti v čistém plynu zvyšováním zadržovací kapacity mokrého čištění plynů. [74, TWGPřipomínky, 2004] Tam, kde jsou přítomny elementární bróm a jód, mohou jejich chemické vlastnosti způsobit zabarvení komínového kouře. Aby se zabránilo vytváření a uvolňování elementárního brómu nebo jódu, mohou být pro spalování takového odpadu zavedena speciální opatření. Tyto látky mohou také způsobovat otravy a podráždění. [64, TWGPřipomínky, 2003] Oxidy síry Pokud odpad obsahuje sirnaté sloučeniny, bude v průběhu jeho spalování vytvářen především SO2. Za určitých reakčních podmínek může být vytvářen také SO3. Pro tuhý komunální odpad může být podíl SO3 kolem 5 % při vstupu do systému na čištění spalin (poznámka: obsah SO3 je důležitý pro určení kyselého rosného bodu). Běžnými zdroji síry v některých odpadních tocích jsou: odpadní papír, sádrokarton (sádra) a čistírenské kaly. [64, TWGPřipomínky, 2003] SO2 způsobuje okyselování a může být kontinuálně měřen s emisemi v rozmezí od 1 do 50 mg/Nm3 (při normální teplotě a tlaku; 11 % O2). [74, TWGPřipomínky, 2004] Oxidy dusíku Ze spaloven jsou emitovány různé oxidy dusíku. V závislosti na příslušném oxidu mohou mít toxické a kyselé účinky a mohou ovlivňovat globální oteplování. V mnoha případech jsou měřeny za použití kontinuálních kontrol emisí. NO a NO2, vypuštěné ze spaloven odpadu, pocházejí z přeměny dusíku obsaženého v odpadu (takzvaný palivový NOx) a z přeměny atmosférického dusíku ze spalovacího vzduchu na oxidy dusíku (termální NOx). Ve spalovnách komunálního odpadu je obvykle podíl termálního NOx velmi nízký, díky nižším teplotám v dohořívací komoře . Produkce termálního NOx obecně se stává významnější při teplotách nad 1 000 °C. Ve spalovnách tuhého komunálního odpadu může množství termálního NOx rozhodujícím způsobem záviset také na množství a způsobu vstřikování sekundárního vzduchu do dohořívací komory – s tím, že více NOx je nacházeno při vyšších teplotách trysky (tj. nad 1 400 °C). Mechanismy vytváření NOx z dusíku obsaženého v odpadu jsou velmi komplikované. Mezi jinými důvody je to způsobeno tím, že dusík může být obsažen v odpadu v mnoha rozdílných formách, které mohou, v závislosti na chemickém prostředí, reagovat buď na NOx nebo na elementární dusík. Obvykle se předpokládá přeměna přibližně 10 – 20 % palivového dusíku, v závislosti na typu odpadu. Značný vliv mohou mít vysoké koncentrace chlóru a síry, obsah kyslíku a teplota. Podíl NO/NO2 v celkovém množství emisí NOx, uvolněných do ovzduší z komínu, je obvykle přibližně 95 % NO a 5 % NO2. Oxid dusný obvykle není měřen jako část odhadu NOx. Oxid dusný (N2O) může být uvolňován, pokud je pro spalovací proces používána nedostatečně vysoká teplota (tj. méně než 850 °C) a pokud je zde nedostatečné množství kyslíku. Emise N2O ze spalovacího procesu jsou tudíž korelovány s emisemi CO. Tam, kde je pro odstraňování NOx používána selektivní nekatalytická redukce (SNCR), se může koncentrace N2O zvýšit, v závislosti na intenzitách dávek činidel a na teplotě. Byly naměřeny hodnoty od 20 do 60 mg/m3, ale především tam, kde jsou pozorovány nízké hodnoty NOx (tj. N2O může vzrůst, pokud jsou na zajištění nižších cílových emisí NOx použity vyšší intenzity dávek SNCR). To nastává především při použití močoviny (alternativním činidlem je amoniak). Ve spalovnách komunálního odpadu jsou pozorovány emise N2O mezi 1 a 12 mg/Nm3 (pro jednotlivá měření) a průměry mezi 1 a 2 mg/Nm3. Pro spalování tuhého komunálního odpadu ve spalovnách s fluidním ložem jsou naměřené hodnoty emisí N2O (pro jednotlivá měření) obvykle vyšší. Výsledkem jednotlivých měření ve spalovnách nebezpečného odpadu jsou hodnoty emisí N2O mezi 30 a 32 mg/Nm3. [64, TWGPřipomínky, 2003] Běžné hladiny emisí N2O pro spalování kalu s fluidním ložem mohou činit pouze 10 mg/Nm3, s některými zaznamenanými hodnotami až 500 mg/Nm3. Přestože spalování přispívá k vypouštění emisí oxidu dusného jen minimálně (v rámci člověkem způsobených emisí), přidávají tyto emise ke globálnímu oteplování vliv uvolňování z procesu spalování. NOx jsou příčinou okyselování a eutrofizace a mohou být měřeny kontinuálně. Emise moderních spaloven jsou zaznamenávány obecně v rozmezí od 30 do 200 mg/Nm3 (denní průměr, při normální teplotě a tlaku, 11 % O2). [74, TWGPřipomínky, 2004] Některá zařízení mohou způsobovat, že denní průměry vzrostou až na 400 mg/Nm3 – tato jsou obvykle už v procesu ukončování činnosti nebo modernizace na hladinu denních průměrů 200 mg/Nm3, požadovanou směrnicí 2000/76/EC. Prach Emise prachu ze spaloven odpadu sestávají zejména z popílku ze spalovacího procesu, který je unášen proudem plynů. Další prvky a sloučeniny jsou koncentrovány v tomto vzdušném prachu v závislosti na reakční rovnováze. Oddělení prachu od spalin za použití zařízení na kontrolu znečištění ovzduší odstraní většinu prachu a unášených anorganických a organických látek (např. chloridy kovů, PCDD/F, atd.). Prach je obvykle měřen kontinuálně, s udávanými emisemi mezi < 0,05 a 15 mg/Nm3 (při normální teplotě a tlaku, 11 % O2). [74, TWGPřipomínky, 2004] Rtuť a sloučeniny rtuti Rtuť může být v současné době stále nacházena v komunálním odpadu ve formě baterií, teploměrů, zubního amalgamu, zářivek nebo rtuťových spínačů. Oddělený sběr těchto předmětů může napomáhat snižování celkových množství smíšeného komunálního tuhého odpadu, ale v praxi není dosahováno 100% míry třídění. Rtuť je vysoce jedovatý kov. Bez odpovídajících regulací znečištění ovzduší by spalování odpadu obsahujícího rtuť mohlo vést ke značnému znečištění. Emise, které mohou být kontinuálně měřeny, se pohybují v rozmezí od 0,0014 do 0,05 mg/Nm3, přičemž hladina znečištění rtutí slábne (11 % O2). [74, TWGPřipomínky, 2004] Krátkodobá zvýšení emisí jsou zaznamenávána, pokud se vstupní koncentrace značně mění. Ve spalovnách nebezpečného odpadu existuje několik specifických toků, které mohou obsahovat zvýšená množství rtuti v přijatém odpadu: • • • • Dehet z koksovny Odpad z chlór-alkalické elektrolýzy (amalgámový proces) Žíravý olejový kal z rafinérií Chemikálie obsahující rtuť Tyto formy emisí rtuti silně závisí na chemickém prostředí ve spalinách. Obvykle se vytvoří rovnováha mezi kovovou rtutí (Hg0) a HgCl2. Tam, kde je dostatečně vysoká koncentrace HCl ve spalinách (ve vztahu k redukčnímu činidlu SO2), bude rtuť ve spalinách obsažena hlavně jako HgCl2. Tato forma může být ze spalin odloučena mnohem jednodušeji než kovová rtuť. Pokud však je HCl obsažena ve spalinách v nižších koncentracích (tj. ve spalovnách čistírenského kalu), vyskytuje se rtuť ve spalinách hlavně v kovové formě a je potom složitěji regulovatelná. Tvorbu HgCl2 také ovlivňuje teplota spalování. V mokrých pračkách plynů (pouze) může být odstraněný HgCl2 redukován za přítomnosti SO2 (odloučení těchto látek je jedním z důvodů, proč na odstranění HgCl2 a SO2 pracují různé stupně mokrého čištění plynů). Hg2Cl2, vytvořený tímto způsobem, se může rozložit na HgCl2 a Hg. Těmto reakcím lze zabránit přizpůsobením pH v mokrých pračkách a stahováním Hg z odpadních vod praček. Kovová rtuť je prakticky nerozpustná ve vodě (59 µg/l při 25°C). Chlorid rtuťnatý je při 73 g/l mnohem lépe rozpustný. Chlorid rtuťnatý může tedy být odloučen v mokrých pračkách, zatímco odloučení kovové rtuti vyžaduje další stádia úpravy spalin (další podrobnosti viz. kapitola 2.5.6). [64, TWGPřipomínky, 2003] Sloučeniny kadmia a thalia Běžnými zdroji kadmia ve spalovnách komunálního odpadu jsou elektronická zařízení (včetně akumulátorů), baterie, některé barvy a kadmiem stabilizované plasty. Thalium se v komunálním odpadu prakticky nevyskytuje. Nebezpečný odpad může obsahovat vysoké koncentrace sloučenin Cd a Tl. Významným zdrojem mohou být čistírenské kaly a bubnový odpad z pokovování a čištění. Kadmium je vysoce toxické a může se hromadit v půdě. Udávané rozpětí emisí se pohybuje mezi 0,0002 a 0,2 mg/Nm3 (11 % O2). [74, TWGPřipomínky, 2004] Sloučeniny dalších těžkých kovů Tento termín shrnuje těžké kovy antimon, arzen, olovo, chrom, kobalt, měď, mangan, nikl, vanad, cín a jejich příslušné sloučeniny. Evropské a mnoho státních nařízení je tedy pro účely měření emisí seskupují dohromady. Tato skupina obsahuje karcinogenní kovy a sloučeniny kovů, jako jsou sloučeniny arzenu a chrómu (VI), stejně jako potenciálně toxické kovy. Zadržení těchto kovů závisí velkou měrou na efektivitě separace prachu, jelikož jsou v prachu navázány díky tlakům par jejich sloučenin obsažených ve spalinách (především oxidů a chloridů). Polychlorované bifenyly V tocích komunálního odpadu, stejně jako v průmyslovém odpadu, jsou nacházena malá množství polychlorovaných bifenylů (PCB). Odpady s velkým podílem PCB však obecně vznikají pouze ze speciálních sběrů PCB a destrukčních programů, kde mohou být koncentrace PCB v takovém odpadu velmi vysoké. Ve spalovnách nebezpečného odpadu jsou spalovány odpady s obsahem PCB dosahujícím až 60 – 100 %. Totéž platí pro speciální spalovny pro spalování vysoce chlorovaných uhlovodíků. PCB jsou efektivněji zneškodňovány za vyšších teplot spalování (např. nad 1 200 °C), avšak nižší teploty (např. 950 °C), společně s odpovídajícími podmínkami turbulence a dobou zdržení, byly také shledány vhodnými pro efektivní spalování PCB. [74, TWGPřipomínky, 2004] PCB, obsažené v karbonizačních spalinách spaloven odpadů, mohou být výsledkem nedokonalého rozkladu. PCB jsou některými mezinárodními organizacemi (např. Světovou zdravotnickou organizací) klasifikovány jako potenciálně jedovaté. Potenciál toxicity (podobný, jako u dioxinů a furanů) je připisován některým PCB (koplanárním PCB). Polyaromatické uhlovodíky Polyaromatické uhlovodíky jsou dobře známy jako produkty nedokonalého spalování. Jsou toxické a mají karcinogenní a mutagenní vlastnosti. [74, TWGPřipomínky, 2004] Polychlorované dibenzo-dioxiny a furany (PCDD/F) Dioxiny a furany jsou skupinou sloučenin, z nichž některé jsou mimořádně jedovaté a jsou považovány za karcinogeny. Dioxiny a furany hrají již řadu let hlavní roli v debatě o spalování odpadů. Jejich produkce a uvolňování není specifické pro spalování, ale za určitých podmínek se objevují při všech termálních procesech. [64, TWGPřipomínky, 2003] V nedávných letech bylo dosaženo značných pokroků v regulaci emisí PCDD/F v oblasti spalování odpadů. Zlepšování konstrukcí a činnosti spaloven a systémů na úpravu spalin vyústila v systémy, které umí spolehlivě dosáhnout velmi nízkých limitních hodnot emisí. Státní [44, RVF, 2001] a místní výzkumy emisí potvrzují, že tam, kde je zajištěno dodržování Směrnice 2000/76/EC, přispívá spalování k celkovým emisím dioxinů a furanů do ovzduší jen nízkou měrou [45, FEAD, 2002]. [64, TWGPřipomínky, 2003] V dobře navržených a pracujících spalovnách ukazuje hmotná rovnováha, že spalování efektivně odstraňuje dioxiny z prostředí (viz. kapitola 3.1.2). Tato rovnováha je velmi příznivá, protože zajišťuje: • Efektivní zničení přicházejících dioxinů a jejich prekurzorů za použití vhodných podmínek spalování. • Menší používání podmínek, které mohou způsobit tvorbu a reformaci PCDD/F včetně syntézy de-novo. Pokud jsou použity vysoké teploty spalování a odpovídající podmínky procesu, jsou dioxiny a furany, vstupující do procesu s odpadem, zničeny velmi efektivně. Standardy pro podmínky činnosti jsou uvedeny v současné evropské legislativě o spalování (např. Směrnice 2000/76/EC). Dioxiny a furany, nacházené v karbonizačních spalinách spaloven odpadů, pocházejí z rekombinace reakce uhlíku, kyslíku a chlóru. Odpovídající prekurzorové látky (např. z chlorofenolů) mohou také reagovat a vytvářet dioxiny a furany. Při tvorbě těchto látek hrají také významnou roli určité katalyzátory ve formě přechodných sloučenin kovů (např. měď). Amoniak Amoniak má významný vliv na eutrofizaci a okyselování prostředí. Emise amoniaku mohou vznikat z předávkování nebo slabé kontroly redukčních činidel NOx, které jsou používány pro regulaci NOx. Emise se obvykle pohybují v rozmezí od 1 do 10 mg/Nm3, s průměrem 4 mg/Nm3. [64, TWGPřipomínky, 2003] Oxid uhličitý (CO2) Pokud je spálena jedna tuna komunálního odpadu, vytvoří se přibližně 0,7 až 1,7 tuny CO2. Tento CO2 je uvolněn přímo do atmosféry a výsledkem je, že klimaticky významný podíl CO2 (mající fosilní původ) přispívá ke skleníkovému efektu. [64, TWGPřipomínky, 2003] Jelikož komunální odpad je heterogenní směs biomasy a fosilních materiálů, podíl CO2 fosilního původu (např. plasty) ze spaloven tuhého komunálního odpadu, který je považován za významný ve vztahu ke klimatickým změnám, činí obecně 33 až 50 %. Metan CH4 Lze předpokládat, že pokud spalování probíhá za oxidačních podmínek, budou hodnoty metanu ve spalinách téměř nulové a následně nebude metan vypuštěn do ovzduší. Metan je měřen se složkou těkavých organických látek. [64, TWGPřipomínky, 2003] Metan může být vytvářen také v zásobníku odpadu, pokud je zde nízký obsah kyslíku a následně zde tedy probíhá anaerobní proces. To se může stát pouze pokud jsou odpady skladovány po dlouhou dobu bez důkladného promíchávání. Pokud jsou plyny skladovacího prostoru dodávány do spalovací komory, budou spáleny a emise sníženy na bezvýznamnou úroveň. 3.2.2. Spalovny komunálního odpadu 3.2.2.1 Souhrnné údaje o emisích do ovzduší ze spaloven tuhého komunálního odpadu Tab. 3.8 udává rozpětí hodnot emisí do ovzduší některých evropských spaloven komunálních odpadů. Jsou zde uvedeny třicetiminutové, denní a roční průměry. Je důležité poznamenat, že údaje, které jsou výsledkem přetržitého (nebo bodového) měření, jsou v tabulce uvedeny také. Jsou označeny (N) ve sloupci typ měření. Navíc, tam, kde se přetržitá měření objevují ve sloupci průměr, nejsou hodnoty uvedené pro přetržitá měření sbírány po celou uvedenou průměrovací dobu sloupce a měly by být interpretovány pouze jako přetržitéí měření: Parametr Typ měření K: kontinuální N: nekont. Prach HCl HF SO2 NOx K K K/N K K NH3 K N2O Těkavé organické látky (jako K Denní průměry (za použití kontinuálního měření) v mg/m3 Limity uvedené Rozpětí ve hodnot 2000/76/ EC 10 0,1 – 10 10 0,1 – 10 1 0,1 – 1 50 0,5 – 50 200 30 – 200 není k < 0.1 - 3 dispozici není k dispozici 10 0.1 - 10 Půlhodinové průměry (za použití kontinuálního měření) v mg/m3 Roční průměry v mg/m3 Limity uvedené ve 2000/76/E C Rozpětí hodnot Rozpětí hodnot 20 60 4 200 400 < 0,05 – 15 < 0,1 – 80 < 0,02 – 1 0,1 – 250 20 – 450 0,1 – 4 0,1 – 6 0,01 – 0,1 0,2 – 20 20 – 180 0,55 – 3,55 20 0,1 – 25 0,1 – 5 TOC) CO K 50 Hg K/N 0,05 Cd N As N Pb N Cr N Co N Ni N Cd a Tl N 0,05 N 0,5 Σ ostatní kovy 1 Σ ostatní kovy 2 N Benzpyren N Σ PCB N Σ PAH N PCDD/F (ng TEQ/m3) N 1. 2. 3. 4. 5. není k dispozici není k dispozici není k dispozici není k dispozici není k dispozici není k dispozici není k dispozici není k dispozici není k dispozici není k dispozici 0,1(ng TEQ/m3) 1 - 100 0,0005 – 0,05 0,0003 – 0,003 < 0,0001 – 0,001 < 0,002 – 0,044 0,0004 – 0,002 < 0,002 0,0003 – 0,002 0,01 – 0,1 100 není k dispozici není k dispozici není k dispozici není k dispozici není k dispozici není k dispozici není k dispozici není k dispozici není k dispozici není k dispozici není k dispozici není k dispozici není k dispozici není k dispozici 1 – 150 0,0014 – 0,036 2 – 45 0,0002 – 0,05 0,0002 – 0,03 0,0002 – 0,05 < 0,0001 < 0,005 < 0,01 0,0002 – 0,08 (ng TEQ/m3) V některých případech neexistují platné hodnoty emisních limitů pro NOx. Pro taková zařízení je obvyklé rozpětí hodnot mezi 250 a 550 mg/m3 (nekontinuální měření). Ostatní kovy 1 = Sb, As, Pb, Cr, Co, Cu, Mn, Ni, V Ostatní kovy 2 = Sb, Pb, Cr, Cu, Mn, V, Co, Ni, Se a Te Tam, kde je označeno nekontinuální měření (N), není uplatňována průměrovací doba. Vzorkovací období pro taková měření jsou obvykle v řádu 4 – 8 hodin. Data jsou standardizována při 11 %O2, suchém plynu, 273 K a 101,3 kPa. Tab. 3.8: Rozpětí emisních hodnot provozu čištění plynů, udávané některými evropskými spalovnami tuhého komunálního odpadu. [1, UBA, 2001], [2, infomil, 2002], [3, Austria, 2002], [64, TWGPřipomínky, 2003] Tab. 3.9 udává emise do ovzduší pro různé látky na tunu spáleného tuhého komunálního odpadu. Data jsou průměrnými údaji pro 12 spaloven tuhého komunálního odpadu v regionu Flandry v Belgii v roce 1999 a tří spaloven tuhého komunálního odpadu v Rakousku [3, Austria, 2002]: Parametr Prach HCl HF SO2 Průměrná hodnota (g/t spáleného) 12 belgických spaloven 3 rakouské spalovny 165 7 70 4 2,2 0,36 129 24,8 NOx CO TOC Hg Cd + Tl Sb, As, Pb, Cr, Co, Cu, Mn, Ni, V, Sn PCDD/F 2141 126 19 0,048 0,095 1,737 250 ng TEQ/t spáleného 189 101 0,1 44,4 ng TEQ/t spáleného Tab. 3.9: Provozní hladiny emisí do ovzduší ze spaloven tuhého komunálního odpadu, vyjádřené na tunu spáleného KTO. [64, TWGPřipomínky, 2003], [3, Austria, 2002], [74, TWGPřipomínky, 2004] 3.2.2.2 Údaje evropského průzkumu emisí do ovzduší pro spalovny tuhého komunálního odpadu Prezentovaná data jsou založena na výsledcích výzkumu 142 evropských spaloven odpadu nekvalifikovaného jako nebezpečný, předložených TWG [45, FEAD, 2002], s dodatečnými informacemi z komentářů provedených TWG [64, TWGPřipomínky, 2003]. Informace se vztahují k typu technologické linky, spíše než k jednotlivým spalovnám. Množství údajů může tedy v některých případech přesahovat počet zkoumaných spaloven. Soubor dat není kompletním výzkumem evropských spaloven tuhého komunálního odpadu – většina spaloven , které vyhovovaly pouze dřívějším směrnicím o spalování odpadů z roku 1999, byla z této studie vyloučena. Chlorovodík a fluorovodík Jsou použity různé státní hodnoty emisních limitů. Většina z prezentovaných dat je založena na kontinuálních měřeních. Hladina ročních průměrů >50 mg/Nm3 > 30 < 50 mg/Nm3 > 10 < 30 mg/Nm3 > 5 < 10 mg/Nm3 > 5 mg/Nm3 Počet spaloven/linek 0 10 24 35 73 Poznámka: Pro německé spalovny byly zohledněny pouze některé reprezentativní příklady. Všechny ostatní spalovny (kolem 50 zařízení), které zde nejsou zmíněny, také pracují pod 10 mg/Nm3. Tab. 3.10: Výzkum emisí HCl evropských spaloven tuhého komunálního odpadu. Zdroj [45, FEAD, 2002] V zásadě se používají tři typy systémů na čištění spalin: 1. 2. 3. mokré systémy používající různé typy mokrých praček , kde je HCl odstraňován vodou, obecně pracující při pH < 1 polomokré systémy, které používají vápenec ve vodě suché systémy, které používají vápenec nebo uhličitan sodný (obvykle s aktivním uhlíkem), často v kombinaci s rukávovým filtrem [74, TWGPřipomínky, 2004] Emise budou záviset, mezi jinými faktory, také na množství použitých aditiv a na nastavených provozních a konstrukčních hodnotách spalovny. Údaje o fluorovodíku (HF) jsou založeny hlavně na nekontinuálním měření. HF je snižován stejnými opatřeními jako HCl, což znamená, že efektivní systém čištění spalin pro HCl funguje také na HF. Chemické chování HF není úplně stejné jako chování HCl, takže efektivita odstraňování HF se bude systém od systému poněkud lišit. Hladina ročních průměrů > 5 <10 mg/Nm3 > 2 < 5 mg/Nm3 > 1 < 2 mg/Nm3 < 1 mg/Nm3 Počet spaloven/linek 0 1 1 53 Tab. 3. 11: Výzkum emisí HF v evropských spalovnách tuhého komunálního odpadu. [45, FEAD, 2002] Oxid siřičitý Jsou použity různé státní hodnoty emisních limitů. Většina dat pochází z kontinuálních měření. Hladina ročních průměrů > 200 mg/Nm3 > 100 < 200 mg/Nm3 > 50 < 100 mg/Nm3 > 25 < 50 mg/Nm3 < 25 mg/Nm3 Počet spaloven/linek 3 5 16 25 123 Tab. 3. 12: Výzkum emisí oxidu siřičitého v evropských spalovnách tuhého komunálního odpadu. [45, FEAD, 2002] Typy používaného čištění spalin jsou stejné jako výše zmíněné pro HCl, s tím hlavním rozdílem, že pro mokré pračky pracují v mírně zásaditém prostředí (pH obvykle mezi 7 a 8). Prach Většina údajů pochází z kontinuálního měření. Udávají hodnoty celkového prachu. Pro prach se využívají hlavně tři typy čištění spalin: 1. suchý elektrostatický odlučovač ( suchý ESP) 2. mokrý elektrostatický odlučovač ( mokrý ESP) (pozn.: mokrý ESP není obvykle používán ve spalovnách tuhého komunálního odpadu) 3. rukávový filtr (BF) V některých případech (především v Německu a v Holandsku) byly zkombinovány dva ze tří těchto nástrojů, například suchý elektrostatický odlučovač okamžitě po kotli s rukávovým filtrem, okamžitě před komínem. Současné nové spalovny jsou vybaveny pouze rukávovým filtrem. Mokré pračky mohou také značně přispět k odstraňování prachu. Pro odstraňování prachu (s dodatečným odlučováním těžkých kovů) je obvykle udávána 50% účinnost. Je nutno poznamenat, že všechny nástroje jsou propojené a obecně se navzájem ovlivňují. V případě suchých a polomokrých procesů fungují jako reaktor pro snižování kyselosti také textilní filtry. Navíc dokáží odstraňovat PCDD/F a kovy (včetně rtuti a kadmia), pokud je použito vhodné činidlo, např. aktivní uhlík. Hladina ročních průměrů > 50 mg/Nm3 > 30 < 50 mg/Nm3 > 10 < 30 mg/Nm3 > 5 < 10 mg/Nm3 < 5 mg/Nm3 Počet spaloven/linek 3 1 8 29 103 Tab. 3. 13: Výzkum emisí prachu v evropských spalovnách tuhého komunálního odpadu. [45, FEAD, 2002] Oxidy dusíku Většina z prezentovaných údajů pochází z kontinuálních měření. V některých zemích v současnosti neexistují limitní hodnoty pro NOx ze spaloven komunálního odpadu. Mnoho spaloven již dosáhlo výsledků pod 200 mg/Nm3. V některých případech je dosahováno emisí nižších než 70 mg/Nm3. Pro snižování tvorby NOx jsou používány různé techniky kontroly spalování. Pro další omezení emisí NOx jsou hlavními technikami selektivní katalytická redukce (SCR) a selektivní nekatalytická redukce (SNCR). Emisní hodnoty pod 100 mg/Nm3 obvykle vyžadují použití SCR. Použití SNCR může také vést k emisím pod 150 mg/Nm3 a výhledově i pod 100 mg/Nm3 (např. když jsou použita také opatření k redukci primárních NOx). [74, TWGPřipomínky, 2004] Hladina ročních průměrů > 400 mg/Nm3 > 300 < 400 mg/Nm3 > 200 < 300 mg/Nm3 > 100 < 200 mg/Nm3 < 100 mg/Nm3 Počet spaloven/linek 9 35 22 48 11 Poznámka: 11 spaloven (ne linek) s emisemi pod 100 mg/Nm3 je v Nizozemsku – všechny vyhovují použitým limitním hodnotám emisí o 70 mg/Nm3. V Evropě se nacházejí i další spalovny pracující pod 100 mg/Nm3 (obvykle v Německu, Rakousku a Belgii). Tab. 3. 14: Výzkum emisí oxidů dusíku v evropských spalovnách tuhého komunálního odpadu. Zdroj [45, FEAD, 2002], [64, TWGPřipomínky, 2003] TOC (celkový organický uhlík) TOC je dobrým ukazatelem efektivity spalování. Dosažené hladiny emisí TOC vyplývají především z konstrukce spalovacího systému a dohořívací komory, jelikož možnosti snižovat tyto emise čištěním spalin jsou omezené. Pevné organické částečky jsou odstraňovány stejným zařízením, jaké je používáno na snižování množství prachu. Některé organické sloučeniny lze redukovat za použití aktivního uhlíku. Hladina ročních průměrů > 10 mg/Nm3 > 5 < 10 mg/Nm3 < 5 mg/Nm3 Počet spaloven/linek 4 7 79 Tab. 3. 15: Výzkum emisí organického uhlíku v evropských spalovnách tuhého komunálního odpadu. [45, FEAD, 2002] PCDD/PCDF Údaje o emisích PCDD/PCDF ze spaloven tuhého komunálního odpadu nereprezentují celý rozsah spaloven, které jsou v současné době v činnosti. Data z Dánska a Itálie nebyla přístupná. Data z Francie jsou také zahrnuta, ačkoli v mnoha případech vykazovala emise nad 0,1 ng/Nm3. Udávané emise PCDD/PCDF jsou všechny založeny na přetržitých měřeních, obvykle dvakrát ročně. Zvláště ve Flandrech (Belgie) a v Rakousku mají zkušenost také s kontinuálním měřením dioxinů. Pro dosažení nízkých hladin emisí PCDD/PCDF jsou důležitá primární i sekundární opatření. Ve spalovacím systému zlepšuje rozklad PCDD/PCDF a podobných látek přítomných v odpadu efektivní míšení plynů (vysoká turbulence). Vyvarování se teplotního okna pro rekombinaci PCDD/PCDF a podobných látek v kotli a v systému na čištění spalin zabrání vytvoření nových PCDD/F. Pro další redukci se používají hlavně tři typy čištění spalin: 1. 2. 3. statický filtr s aktivním uhlím rukávový filtr s vstřikováním aktivního uhlíku (obvykle ve směsi s dalšími činidly) zničení PCDD/F pomocí katalyzátoru Oba systémy využívající aktivní uhlík mají tu výhodu, že také snižují emise rtuti. Katalyzátorové systémy jsou užívány ke snižování množství NOx a PCDD/F. Hladina ročních průměrů > 2 ng/Nm3 > 1 < 2 ng/Nm3 > 0,5 < 1 ng/Nm3 Počet spaloven/linek 3 11 4 > 0,1 < 0,5 ng/Nm3 > 0.05 < 0.1 ng/Nm3 < 0.05 ng/Nm3 7 22 72 Tab. 3. 16: Výzkum emisí PCDD/F (TEQ) v evropských spalovnách tuhého komunálního odpadu. [45, FEAD, 2002], [64, TWGPřipomínky, 2003] Rtuť Údaje obsahují výsledky z kontinuálních měření (používaných v Německu přes dva roky a v Rakousku přes rok) a z přetržitých měření (minimálně dvakrát ročně). Porovnatelnost dat z těchto dvou typů měření není tedy příliš vysoká. Kontinuální měření také zahrnují události se zvýšenými emisemi způsobenými většími množstvími dodávaného odpadu, které zaznamenaly některé spalovny. Hladina ročních průměrů > 200 µg/Nm3 > 100 < 200 µg/Nm3 > 50 < 100 µg/Nm3 > 30 < 50 µg/Nm3 < 30 µg/Nm3 Počet spaloven/linek 0 1 3 7 83 Tab. 3. 17: Výzkum emisí rtuti v evropských spalovnách tuhého komunálního odpadu. [45, FEAD, 2002] Pro některé spalovny ve Francii nejsou dodaná měření emisí rtuti samotné, ale v kombinaci s Cd (limitní hodnoty emisí dané jako součet obou). Jelikož distribuce těchto prvků není nutně předvídatelná, jsou tyto výsledky uvedeny v následující dodatečné tabulce: Hladina ročních průměrů > 200 µg/Nm3 > 100 < 200 µg/Nm3 > 50 < 100 µg/Nm3 > 30 < 50 µg/Nm3 Počet spaloven/linek 0 1 5 8 < 30 µg/Nm3 18 Tab. 3. 18: Výzkum kombinovaných emisí rtuti a kadmia ve vybraných spalovnách tuhého komunálního odpadu ve Francii. [45, FEAD, 2002] Spalovny, z nichž pocházejí data zahrnutá v této zprávě, jsou vybavené, mimo jinými, následujícími typy čištění spalin. Uvedeny jsou dále také emisní hladiny Hg: Název systému Suchý ESP 1 2 1 3 Mokrá kyselá pračka 1 1 Mokrý ESP Rukávový filtr 1 1 1 1 Vstřikování Filtr aktivního s aktivním uhlí uhlíkem 1 1 Emise Hg (µg/Nm3) 0,1 0,1 1,77 a 1,93 a 4 5 6 7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3,16 3 3a6 2 a 7,3 a 10 22 a 50 Tab. 3. 19: Výsledné emise a metody používané na regulaci Hg v evropských spalovnách tuhého komunálního odpadu. [45, FEAD, 2002] Nejnižší výsledky jsou nacházeny za použití aktivního uhlíku, buďto jako systému pevného lože nebo v systému vstřikování aktivního uhlí v unášeném proudu s textilním filtrem. Tempo spotřeby, stejně jako kvalita aktivního uhlíku (např. sírová impregnace), přímo ovlivňuje hladiny emisí. Metody v tabulce 3.19 odpovídají různým požadavkům limitních hodnot emisí a rozdílným nákladům. Za určitých podmínek (např. vysoká rychlost vstupu rtuti) mohou být překročeny limity odstraňovací kapacity systémů na čištění spalin, což vede k dočasně zvýšeným emisím Hg. KTO obvykle obsahuje malá množství Hg. Byly však zaznamenány krátkodobě zvýšené dávky rtuti. Ty jsou obvykle spojené se zařazením baterií, elektrických spínačů, teploměrů, laboratorního odpadu a dalšího do KTO. Mokrá kyselá pračka může sloužit jako sink pro rtuť, pokud je rtuť přítomna jako Hg(II) ve formě chloridu. Rtuť, která byla přepravena z toku spalin do tekutin pračky, může být poté odloučena čističkou odpadních vod nebo zachycena sušením odpadní vody rozprašováním ve spalinách. Ve druhém případě se může recyklovat rtuť, pokud není provozován odpovídající stupeň na odlučování rtuti. Pokud je rtuť přítomna ve formě kovu (viz. techniky na odstraňování rtuti), mohou být požadovány dodatečné úpravy. [74, TWGPřipomínky, 2004] 3.2.2.3 Emise do ovzduší ze spaloven s fluidním ložem Efektivní přenos tepla a hmoty dovoluje činnost při nižších teplotách než jiné systémy spalování, stále zde však existuje dolní mez. Nižší teploty jsou často používány ve spojení s rovnoměrnějším rozložením teplot, které eliminuje žhavá místa a zóny vysoké koncentrace kyslíku. Tak může být snížena teplotní produkce NOx, a stejně tak přeměna palivového dusíku na NOx může být velmi nízká. Nižší teploty spalování, společně s nedostatkem vzduchu, mohou někdy vést ke tvorbě oxidu dusného (N2O). Běžné hladiny emisí N2O pro spalovny kalů s fluidním ložem jsou obvykle přibližně 10 mg/Nm3, s některými zaznamenanými hodnotami až 100 mg/Nm3 a více. Tyto hodnoty jsou vyšší, než jakých dosahují jiné systémy spalování. Obecně nižší produkce NOx, která je výsledkem kombinace připravených nebo tříděných odpadů se spalováním s fluidním ložem, může vést k podobným nebo nižším hladinám emisí, než za použití jednodušších systémů na čištění spalin, než spalovací systémy s neodmyslitelně vyšším NOx. Díky relativně nižší teplotě spalování s fluidním ložem mohou být podíly těžkých kovů v nečištěných spalinách (a tudíž ve zbytcích z čištění spalin) nižší, než z roštového spalování směsného odpadu. Skutečné emise do ovzduší závisí na odpadu a na vybraném systému čištění spalin. V holandských spalovnách kalů je zaznamenáno snížení emisí NOx na méně než 70 mg/Nm3 za použití kombinace spalování s fluidním ložem při 850 – 950 °C a selektivní nekatalytické redukce (amoniak). [2, infomil, 2002] 3.2.3 Spalovny nebezpečného odpadu 3.2.3.1 Souhrnné údaje o emisích do ovzduší ze spaloven nebezpečného odpadu Tab. 3.20 udává výsledky výzkumu evropských (hlavně německých a nizozemských) provozovatelů spaloven, pokud se týče charakteristických emisí ze spaloven. Jsou ukázány třicetiminutové, denní a roční průměry. Je důležité poznamenat, že v tabulce jsou také zahrnuty údaje, které jsou výsledkem přetržitých měření, a jsou označeny (N) ve sloupci „typ měření“. Dále tam, kde se přetržitá měření objevují ve sloupci průměrů, nejsou hodnoty pro přetržitá měření sbírány v průběhu dané průměrovací periody pro sloupec, a měly by být interpretovány pouze jako přetržitá měření: Parametr Typ měření K: kontinuální N: nekont. Prach HCl HF SO2 NOx TOC CO K K K/N K K K K Hg K/N Cd a Tl N Σ ostatní kovy PCDD/F (ng TEQ/m3) 1. 2. N N Denní průměry (za použití kontinuálního měření) v mg/m3 Limity uvedené Rozpětí ve hodnot 2000/76/ EC 10 0,1 – 10 10 0,1 – 10 1 00,04 – 1 50 0,1 – 50 200 40 – 200 10 0.1 - 10 50 5 - 50 0,0003 – 0,05 0,03 0,0005 – 0,05 0,005 0,0013 – 0,5 0,5 0,1 0,002 – 0,1 Půlhodinové průměry (za použití kontinuálního měření) v mg/m3 Roční průměry v mg/m3 Limity uvedené ve 2000/76/E C Rozpětí hodnot Rozpětí hodnot 0,1 – 15 0,1 – 60 0,1 – 2 0,1 – 150 50 – 400 0,1 – 20 5 – 100 0,1 – 2 0,3 – 5 0,05 – 1 0,1 – 30 70 – 180 0,01 – 5 5 – 50 0,0003 – 1 0,0004 – 0,05 20 60 4 200 400 20 100 není k dispozici není k dispozici není k dispozici není k dispozici Ostatní kovy = Sb, As, Pb, Cr, Co, Cu, Mn, Ni, V Data jsou standardizována při 11 %O2, suchém plynu, 273 K a 101,3 kPa. 0,0005 – 0,05 0,004 – 0,4 0,0003 – 0,08 Tab. 3.20: Charakteristické rozpětí emisí čištěného plynu do ovzduší ze spaloven nebezpečného odpadu. [1, UBA, 2001], [2, infomil, 2002], [64, TWGPřipomínky, 2003], [74, TWGPřipomínky, 2004] 3.2.3.2 Výsledky evropského výzkumu vzdušných emisí pro spalovny nebezpečného odpadu [41, UERITS, 2002] Tato kapitola podává přehled o komerčním sektoru spalování nebezpečného odpadu v EU. Jsou zde podané informace o 24 evropských komerčních rotačních pecích, které dohromady mají celkovou roční kapacitu 1 500 000 tun odpadu (70 % celkové kapacity specializovaných spaloven odpadu v EU, které jsou komerčně přístupné třetím stranám). Technologie k výrobě plynů přímo na místě spotřeby (zařízení on-site), jako například v chemickém průmyslu, nejsou v tomto přehledu uvažovány. Referenční rok pro sběr dat je rok 1999 – 2000. Některá specifická data jsou pozdější a vztahují se k roku 2001 – 2002. Odpadní toky, upravované v těchto zařízeních, jsou velmi rozmanité. Skladba a fyzikální složení se mohou velmi lišit mezi jednotlivými pecemi nebo v rámci jedné pece v průběhu času. Z tohoto důvodu jsou pece vybaveny sofistikovanými systémy na čištění spalin. Obecný přehled Díky účinnému čištění spalin dosahují již vzdušné emise různých zařízení, zahrnutých v tomto výzkumu, emisních standardů Směrnice 2000/76/EC o spalování odpadů. V tabulce 3.21 je podán přehled emisí spaloven odpadů jako průměrných ročních koncentrací. Dále jsou zaznamenány minimální a maximální hodnoty jednotlivých zařízení a průměr všech zařízení. Parametr mg/Nm3 (pokud není udáno jinak) HF TOC O2 (%) NOx Prach HCl SO2 Hg Cd + Tl Kovy celkem PCDD/PCDF (ng TEQ/Nm3) CO Roční průměry Minimum Maximum Průměr 0,01 0,01 8 44,4 0,075 0,25 0,1 0,0004 0,00014 < 0,004 <1 6 13,66 < 300 9,7 8,07 22,7 0,06 0,046 0,84 0,3 1,5 11,0 139 1,69 1,56 7,8 0,01 0,01 0,2 0,0003 < 0,1 0,038 3 26 12,9 Tab. 3.21: Výsledky výzkumu průměrných ročních emisí do ovzduší z evropských spaloven nebezpečného odpadu. [41, EURITS, 2002] V tabulce 3.22 jsou udány průměrné toky hmoty (v kg/t spáleného odpadu) pro některé látky společně s celkovým množstvím všech zařízení (pokud jsou zaznamenána). Sloupec „celkové zaznamenané množství“ ukazuje výstup odvětví, jako výsledek čištění zhruba 1,3 až 1,5 milionu tun odpadu za rok. Parametr Prach SO2 NOx Hg Kovy celkem CO HCl Průměrný tok hmoty (kg/t spáleného odpadu) 0,0098 0,047 0,87 0,000056 0,0013 0,07 0,0097 Celkové zaznamenané množství (t/rok) 16,2 60,6 1191 0,083 1,3 76,2 16,8 Tab. 3.22: Výzkumná data toku hmoty a roční emise do ovzduší z komerčních spaloven nebezpečného odpadu v Evropě. [41, EURITS, 2002] Přehled podle každého z parametrů V následujících odstavcích jsou podrobněji diskutovány emise pro každý z parametrů. Kde to bylo možné, je popsán vztah mezi těmito emisemi a instalovanou technologií. Počty dané na ose x následujících grafů nemají vztah ke specifickým zařízením. V grafech jsou stejně tak udány koncentrace (sloupce, vztahující se k levé ose y) a toky hmoty (kosočtverce, vztahující se k pravé ose y). Toky hmoty, založené na neabsolutních hodnotách (např. hodnoty nižší než hladina zjistitelnosti), jsou vyjádřeny jako prázdné kosočtverce. HF není podrobně popsán, protože všechna data sesbíraná pro těchto 24 zařízení, která jsou většinou získávána jako výsledky kontinuálního sledování, jsou pod 1 mg/Nm3, což je spodní analytická hladina determinace (LDL) této monitorovací metody. Dodatečná data získaná přetržitými měřeními, metodou s nižším limitem detekce, tyto závěry potvrdila. TOC není popsán podrobně, protože 95 % sebraných údajů, které jsou opět většinou získávány jako výsledky kontinuálního monitorování, je pod 1 – 2 mg/Nm3. Dvě zařízení mají vyšší roční průměrné emise, a sice od 4 do 6 mg/Nm3. O2 data jsou udána, aby bylo ukázáno, že průměrná hladina koncentrací je blízko standardní referenční hodnotě 11 %, pro kterou jsou počítána všechna hrubá data. Oxidy dusíku V grafu jsou udány průměrné roční hodnoty NOx pro všechny instalace jako: • • Průměrné koncentrace NOx vyjádřené jako NO2 v mg/Nm3 při 11 % O2, v suché, plynu a standardních podmínkách Průměrný tok hmoty NOx vyjádřený jako NO2 v g/t spáleného odpadu Data jsou výsledkem kontinuálních měření tohoto parametru ve spalinách. Jednotlivá měření jsou obecně integrovaná přes půl hodiny a poté jsou v tomto pořadí spočítány denní, měsíční a roční průměry. Spodní analytická hladina determinace pro kontinuální sledování tohoto parametru je obvykle 5 – 10 mg/Nm3. Pro každé zařízení je zaznamenána metoda snižování NOx, což může být: • • • Použití selektivní nekatalytické redukce (označeno jako SNCR) Použití selektivní katalytické redukce (označeno jako SCR) Žádná specifická metoda snižování Obr. 3.1: Graf průměrných ročních vzdušných emisí NOx a použitých metod jejich snižování v evropských spalovnách nebezpečného odpadu [41, EURITS, 2002] Legenda: No abatement technique - žádná snižovací technika Installation - zařízení Temp - teplota NOX (g/tonne inc. waste)/Temp PCC (°C) - NOX (g/tunu spál. odpadu)/teplota PCC (°C) obecné závěry z grafu: • • • 90 % zařízení pracuje pod 200 mg/Nm3 50 % zařízení pracuje mezi 50 a 150 mg/Nm3. Pro tato zařízení neexistuje jasný přímý vztah mezi emisemi a použitou snižovací metodou (poznámka: některá zařízení pracují při nastavené hodnotě, která není technicky nejnižší možnou dosažitelnou hladinou, např. č. 5 (SCR) pracuje při 180 mg/Nm3). Pro čtyři zařízení, vybavená SCR, jsou hodnoty emisí 180, 120, 72 a 59 mg/Nm3. Nastavené hodnoty pro všechna tato zařízení jsou rozdílné a neodráží nezbytně nejnižší hladinu, která je technicky dosažitelná. Navíc vliv podmínek, které určují tvorbu NOx v průběhu spalování nemůže být z dostupných údajů vyvozen. • • • Pro tři zařízení, vybavená SNCR, jsou hodnoty emisí 157, 118 a 93 mg/Nm3. Pro tyto výsledky platí stejná poznámka, jako u předchozího bodu. Pro další zařízení, nevybavená SCR ani SNCR. existuje široké rozpětí emisí, hlavně v důsledku rozdílných podmínek pro tvorbu NOx v jednotlivých zařízeních. Několik zařízení bez SCR nebo SNCR, avšak s nízkými emisemi NOx (< 120 mg/Nm3), pracuje v porovnání s ostatními zařízeními, pracujícími při 1 100 – 1 200 °C, při nižších teplotách v dohořívací komoře (PCC), tedy při 950 – 1 000 °C. Prach V následujícím grafu jsou udány průměrné roční hodnoty prachu pro všechny instalace jako: • • Průměrné koncentrace prachu v mg/Nm3 při 11 % O2, suchém plynu a standardních podmínkách Průměrný tok hmoty prachu v g/t spáleného odpadu Data jsou výsledkem kontinuálních měření tohoto parametru ve spalinách. Jednotlivá měření jsou obecně integrovaná přes půl hodiny a poté jsou v tomto pořadí vypočteny denní, měsíční a roční průměry. Spodní analytická hladina determinace pro kontinuální sledování tohoto parametru se pohybuje kolem 1 – 2 mg/Nm3. Pro každé zařízení je určena metoda snižování emisí prachu. V tomto případě se jedná o: • • • Použití elektrostatických odlučovačů (ESP), suchého nebo mokrého Použití rukávového filtru Použití kombinace těchto dvou metod Obr. 3.2: Graf průměrných ročních vzdušných emisí prachu a použitých metod jejich snižování v evropských spalovnách nebezpečného odpadu [41, EURITS, 2002] Legenda: Dust (mg/Nm3) Installation ESP-dry ESP-wet Bag house filter ESP & baghouse filter Dust (g/tonne) Dust (g/tonne, value <) Dust (g/tonne incinerated waste) - prach (mg/Nm3) - zařízení - suchý elektrostatický odlučovač - mokrý elektrostatický odlučovač - rukávový filtr - elektrostatický odlučovač + rukávový filtr - prach (g/tunu) - prach (g/tunu, hodnota <) - prach (g/tunu spáleného odpadu) obecné závěry z grafu: • 96 % zařízení pracuje pod 5 mg/Nm3 • jedno zařízení má emise prachu mezi 5 a 10 mg/Nm3 HCl V následujícím grafu jsou udány průměrné roční hodnoty HCl pro všechny instalace jako: • • Průměrné koncentrace HCl a těkavých sloučenin Cl v mg/Nm3 při 11 % O2, suchu a standardních podmínkách Průměrný tok hmoty HCl v g/t spáleného odpadu Data jsou výsledkem kontinuálních měření tohoto parametru ve spalinách. Jednotlivá měření jsou obecně integrovaná přes půl hodiny a poté jsou v tomto pořadí spočítány denní, měsíční a roční průměry. Spodní analytická hladina determinace pro kontinuální sledování tohoto parametru se pohybuje kolem 1 – 2 mg/Nm3. Pro každé zařízení je určena metoda snižování emisí HCl. Použité metody jsou: • • • • • Počáteční šokové chlazení spalin Použití mokré pračky (vstřikování sloučenin na bázi vápence do vody) s následným výparem vody z pračky Použití mokré pračky s následným vypuštěním čištěné vody z pračky Použití suché nebo polomokré pračky s vstřikováním sloučenin na bázi vápence do vody Vstřikování NaHCO3 Většina HCl v nečištěných spalinách ze spalování nebezpečného odpadu pochází z organických látek obsahujících chlór, některý však také vzniká z anorganických solí, jako např. NaCl. Při teplotách, dosahovaných v průběhu spalování, je důležité mít na mysli Deaconovu rovnici: 4 HCl + O2 <=> 2 H2O + 2 Cl2 (+ 114,5 kJ) V průběhu spalování odpadů obsahujících uhlovodíky je rovnováha posunuta na levou stranu rovnice, díky tomu, že během spalování se tvoří nadbytek H2O a výsledkem je, že ve spalinách je chlór přítomen ve formě HCl. Pokud je například spalován odpad s nízkým obsahem uhlovodíků tj. PCB (polychlorované bifenyly), tento případ nenastává a rovnováha je posunuta k pravé straně rovnice, což znamená, že se bude tvořit směs HCl a Cl2. V tomto případě musí být upraven systém na čištění spalin pro dechlorinaci zplodin hoření. Obr. 3.3: Graf průměrných ročních vzdušných emisí HCl a použitých metod jejich snižování v evropských spalovnách nebezpečného odpadu [41, EURITS, 2002] Legenda: Installation Wet scrubber & evap. of water Cooling & injection of NaHCO3 HCl (g/tonne value <) Wet scrubber (or quench) & water treatment čištění vody Dry scrubber HCl (g/tonne incinerated waste) - zařízení - mokrý skrubr & výpar vody - chlazení & vstřikování NaHCO3 - HCl (g/tunu hodnota <) - mokrý skrubr (nebo šokové chlazení) & - suchý skrubr - HCl (g/tunu spáleného odpadu) obecné závěry z grafu: • • • 90 % zařízení pracuje pod 2 mg/Nm3 údaje neodhalují žádný jasný vztah mezi použitou metodou a hladinami ročních průměrných emisí emise ostatních tři zařízení činí 8, 4 a 3 mg/Nm3 SO2 V následujícím grafu jsou udány průměrné roční hodnoty SO2 pro všechny instalace jako: • • Průměrné koncentrace SO2 v mg/Nm3 při 11 % O2, suchu a standardních podmínkách Průměrný tok hmoty SO2 v g/t spáleného odpadu Data jsou výsledkem kontinuálních měření tohoto parametru ve spalinách. Jednotlivá měření jsou obecně integrovaná přes půl hodiny a poté jsou v tomto pořadí spočítány denní, měsíční a roční průměry. Spodní analytická hladina determinace pro kontinuální sledování tohoto parametru se pohybuje kolem 1 – 5 mg/Nm3. Pro každé zařízení je určena metoda snižování emisí HCl. V tomto případě se jedná o: • • • • • Počáteční šokové chlazení spalin Použití mokré pračky (vstřikování sloučenin na bázi vápence do vody) s následným výparem vody z pračky Použití mokré pračky s následným vypuštěním čištěné vody z pračky Použití suché nebo polomokré pračky (vstřikování sloučenin na bázi vápence do vody) Vstřikování NaHCO3 do spalinovodu Tvorba SO2 v procesu spalování pochází z S-sloučenin v odpadu, např. CxHyS + z O2 <=> CO2 + SO2 + H2O Existuje přímý lineární vztah mezi množstvím SO2 v nečištěných spalinách a množstvím síry v odpadu. Většina sloučenin obsahujících síru, včetně anorganických, se rozkládá během spalování a končí v nečištěných spalinách jako SO2. Obr. 3.4: Graf průměrných ročních vzdušných emisí oxidu siřičitého a použitých metod jejich snižování v evropských spalovnách nebezpečného odpadu [41, EURITS, 2002] Legenda: Installation Wet scrubber & evap. of water Cooling & injection of NaHCO3 SO2 (g/tonne value <) - zařízení - mokrý skrubr & výpar vody - chlazení & vstřikování NaHCO3 - HCl (g/tunu hodnota <) Wet scrubber (or quench) & water treatment čištění vody Dry scrubber SO2 (g/tonne incinerated waste) - mokrý skrubr (nebo šokové chlazení) & - suchý skrubr - HCl (g/tunu spáleného odpadu) obecné závěry z grafu: • • • • • 90 % zařízení pracuje pod 20 mg/Nm3 suché systémy dávají výsledky v rozmezí 5 – 23 mg/Nm3 , s mediánovou hodnotou přibližně 12 mg/Nm3. Je zaznamenáno zlepšení snižování SO2 suchým uhličitanem sodným oproti suchému vápencovému systému [74, TWGPřipomínky, 2004] mokré systémy dávají výsledky v rozmezí 2 – 22 mg/Nm3, s hodnotou mediánu přibližně 4 mg/Nm3 kolem 50 % zařízení pracuje pod 5 mg/Nm3 , což je blízko analytické nižší hladině determinace pro kontinuální sledování tohoto parametru emise dvou ostatních zařízení činí 23 a 21 mg/Nm3 Rtuť V následujícím grafu jsou udány průměrné roční hodnoty rtuti pro všechny instalace jako: • • Průměrné koncentrace rtuti v mg/Nm3 při 11 % O2, suchu a standardních podmínkách Průměrný tok hmoty rtuti v g/t spáleného odpadu Data jsou výsledkem kontinuálních měření tohoto parametru ve spalinách. Jednotlivá měření jsou obecně integrovaná přes půl hodiny a poté jsou v tomto pořadí spočítány denní, měsíční a roční průměry. Spodní analytická hladina determinace pro kontinuální sledování tohoto parametru se pohybuje kolem 1 – 2 µg/Nm3. Všechna tato kontinuálně monitorovaná zřízení mají hladiny průměrných ročních emisí pod 5 µg/Nm3. Údaje z ostatních zařízení jsou získány pomocí periodických přetržitých měření Hg, v rozmezí od dvakrát měsíčně po dvakrát ročně. Spodní analytická hladina determinace pro tuto metodu je 1 µg/Nm3. Pro každé zařízení je určena metoda snižování emisí rtuti. V tomto případě se jedná o: • • • Použití mokré pračky (čím nižší je pH vody v pračce, tím vyšší je účinnost odlučování Hg) Vstřikování aktivního uhlíku (nebo jiného činidla, např. koksovaného hnědého uhlí) Použití statického filtru s aktivním uhlíkem (nebo jiného činidla, např. koksovaného hnědého uhlí) V grafu není zaznamenáno používání aktivního uhlíku nebo přítomnost filtru s aktivním uhlíkem, protože těmito nástroji jsou vybavena všechna zařízení, kromě zařízení č. 5, 6 a 11. Rtuť ve spalinách pochází z odpadu obsahujícího rtuť. Existuje přímý lineární vztah mezi množstvím rtuti v nečištěných spalinách a množstvím rtuti v odpadu. Pro zařízení vybavená mokrými pračkami a filtrem s aktivním uhlíkem je vypočítán celkový vstup rtuti prostřednictvím odpadu na 1 000 kg/rok u zařízení se spalovací kapacitou 50 000 t/rok. Pokud počítáme s maximálním ročně vypuštěným tokem rtuti prostřednictvím spalin menším než 1,25 kg/rok, znamená to, že celková efektivita odlučování rtuti je 99,99 %. Zařízení s průběžně nebo dočasně vysokým vstupem rtuti dokážou do systému mokrých praček přidat činidla obsahující síru, aby byla zvýšena účinnost odstraňování Hg. Je proto důležité prověřovat odpadní vstup Hg. Obr. 3.5: Graf průměrných ročních vzdušných emisí rtuti a použitých metod jejich snižování v evropských spalovnách nebezpečného odpadu Zdroj [41, EURITS, 2002] Legenda: All installations have injection of AC or AC filter except number 5, 6 and 11. – Všechna zařízení, kromě 5, 6 a 11, mají vstřikování aktivního uhlíku nebo filtr s aktivním uhlíkem. Installation - zařízení Wet scrubber - mokrý skrubr Cooling & injection of NaHCO3 - chlazení & vstřikování NaHCO3 Hg (g/tonne value <) - HCl (g/tunu hodnota <) Hg (g/tonne incinerated waste) - HCl (g/tunu spáleného odpadu) obecné závěry z grafu: • • 90 % zařízení pracuje pod 0,01 mg/Nm3 emise tří ostatních zařízení činí 0,06, 0,04 a 0,013 mg/Nm3 Ačkoli to není ve výsledcích ukázáno, praktická zkušenost je ta, že na efektivitu odstraňování Hg má vliv typ použitého aktivního uhlíku (fyzikální vlastnosti a impregnace uhlíku). Ostatní kovy: součet As, Sb, Pb, Cr, Co, Cu, Mn, Ni, V, Sn V následujícím grafu jsou udány průměrné roční hodnoty emisí pro všechny instalace jako: • • Průměrné koncentrace součtu kovů v mg/Nm3 při 11 % O2, suchu a standardních podmínkách Průměrný tok hmoty součtu kovů v g/t spáleného odpadu Pro většinu zařízení je průměrná koncentrace ukázána pomocí dvou až osmi přetržitých měření za rok. Tato měření jsou provedena na základě Metody 29 americké Agentury ochrany životního prostředí. Přes 60 % zařízení pracuje pod 0,2 mg/Nm3 Hladina detekce udávající rozdíly Hlavní možný rozdíl mezi zaznamenanými hodnotami je částečně výsledkem způsobu zaznamenávání nedetekovaných kovů. V některých zemích jsou tyto kovy počítány jako nulové, v jiných jsou zaznamenány limitní hodnoty detekce těchto kovů. Hladina detekce analyzovaných kovů závisí na celkovém množství odebraného vzorku a na typu analyzovaného kovu (pro některé kovy jsou zaznamenány hladiny detekce až 0,018 mg/Nm3). V dalších zemích je zaznamenána jedna limitní hodnota detekce pro všechny kovy (0,001 nebo 0,005 mg/Nm3), nezávisle na typu kovu nebo velikosti odebraného vzorku. Pokud počítáme s limitními hodnotami detekce nedetekovaných kovů, zaznamenáme mnohem vyšší celkovou hodnotu těchto deseti sledovaných kovů. Z tohoto důvodu jsou v grafu ukázány pouze údaje rovnající se nebo vyšší než 0,05 mg/Nm3 a výsledky pod 0,05 mg/Nm3 jsou označeny jako méně než 0,05 mg/Nm3. Obr. 3.6: Graf průměrných ročních vzdušných emisí ostatních kovů a použitých metod jejich snižování v evropských spalovnách nebezpečného odpadu Zdroj [41, EURITS, 2002] Legenda: - součet kovů (mg/Nm3) Sum metals (mg/Nm3) Installation - zařízení ESP-dry - suchý elektrostatický odlučovač ESP-wet - mokrý elektrostatický odlučovač Bag house filter - rukávový filtr ESP & baghouse filter - elektrostatický odlučovač + rukávový filtr Sum metals < 0.05 mg/Nm3 - součet kovů < 0,05 mg/Nm3 Sum metals (g/tonne) - součet kovů (g/tunu) Sum metals (g/tonne, value <) - součet kovů (g/tunu, hodnota <) Sum metals (g/tonne incinerated waste) - součet kovů (g/tunu spáleného odpadu) Obecné závěry z grafu: • • 63 % zařízení pracuje pod 0,2 mg/Nm3 a pro tato zařízení neexistuje přímý vztah mezi emisemi a použitou metodou jejich snižování ostatních pět zařízení je vybaveno rukávovým filtrem a mají vyšší emise kovů Kadmium a thalium V následujícím grafu jsou udány průměrné roční hodnoty emisí pro všechny instalace jako: • Průměrné koncentrace součtu Cd a Tl v mg/Nm3 při 11 % O2, suchu a standardních podmínkách Pro většinu zařízení je průměrná koncentrace ukázána pomocí dvou až osmi přetržitých měření za rok. Tato měření jsou provedena na základě Metody 29 americké Agentury ochrany životního prostředí. 75 % zařízení pracuje pod 0,2 mg/Nm3. Hlavní možný rozdíl mezi zaznamenanými hodnotami je částečně výsledkem rozdílného způsobu nakládání s nedetekovanými kovy, jak bylo výše řečeno v odstavci o ostatních kovech. Použití limitních hodnot detekce nedetekovaných kovů má za následek zaznamenání vyšší celkové hodnoty těchto sledovaných kovů. Z tohoto důvodu jsou v grafu ukázány pouze údaje rovnající se nebo vyšší než 0,01 mg/Nm3 a výsledky pod 0,01 mg/Nm3 jsou označeny jako méně než 0,01 mg/Nm3. Obr. 3.7: Graf průměrných ročních vzdušných emisí Cd a Tl a použitých metod jejich snižování v evropských spalovnách nebezpečného odpadu [41, EURITS, 2002] Legenda: Installation ESP-dry ESP-wet Bag house filter ESP & baghouse filter Cd + Tl < 0.01 mg/Nm3 - zařízení - suchý elektrostatický odlučovač - mokrý elektrostatický odlučovač - rukávový filtr - elektrostatický odlučovač + rukávový filtr - Cd + Tl < 0,01 mg/Nm3 Dioxiny a furany Následující graf udává data pro polychlorované dibenzo-dioxiny (PCDD) a polychlorované dibenzofurany (PCDF) pro všechna zkoumaná zařízení. Údaje jsou zaznamenány jako průměrné koncentrace vyjádřené v TEQ ng/Nm3 při 11 % O2, suchu a standardních podmínkách. Pro většinu zařízení je ukázán průměr dvou nekontinuálních měření za rok (založeno na CEN:EN1948). Rozdíly v hladině detekce Oficiální laboratoře, které mají certifikát na určování dioxinů, se velmi liší v udávané dosažitelné limitní hodnotě detekce analytické metody. Pohybuje se od 0,01 do méně než 0,001 ng TEQ/ Nm3, navzdory tomu, že používají srovnatelné vzorkovací metody (např. vzorkovací periodu 6 – 8 hodin). Nejnižší limitní hodnoty detekce jsou zaznamenávány německými laboratořemi. V grafu jsou proto ukázány pouze údaje rovnající se nebo vyšší než 0,01 ng TEQ/Nm3 a výsledky pod 0,01 ng TEQ/Nm3 jsou označeny jako méně než 0,01 ng TEQ/Nm3. Možný klíčový rozdíl v zaznamenaných hodnotách je zřejmě způsoben nestejným nakládáním s nedetekovanými PCDD/PCDF izomery, přičemž některé jsou vypočteny ve standardu LOD (EN 1948 pt 3 refrs), jiné jsou počítány jako nulové. Relativní vliv těchto rozdílů je funkcí pouze vzájemně přiřazených mezinárodních faktorů toxicity (TEF) pro tento izomer. Z grafu nelze vyvodit žádný specifický závěr týkající se činnosti rozdílných metod, jelikož výsledek nemá přímý vztah k používané metodě snižování emisí. Dalšími matoucími proměnnými jsou nízké emisní hodnoty a proměnlivá přesnost analytických měření při této hladině. Výsledky monitorování ze spaloven používajících kontinuální vzorkování ukazují podobné hladiny, jako měření po krátkých periodách. Obr. 3.8: Graf průměrných ročních vzdušných emisí PCDD/PCDF a použitých metod jejich snižování v evropských spalovnách nebezpečného odpadu [41, EURITS, 2002] Legenda: Installation AC injection AC filter Quench No dioxin abatement technique Dioxin emission < 0,01 ng TEQ/Nm3 AC inject. + SCR dediox pomocí SCR PCDD/PCDF (µg/tonne value <) Dioxin (µg/tonne incinerated waste) PCB a PAH - zařízení - vstřikování aktivního uhlíku - filtr s aktivního uhlíku - šokové chlazení - žádná metoda snižování dioxinů - emise dioxinů < 0,01 ng TEQ/Nm3 - vstřikování aktivního uhlíku + snižování dioxinů - PCDD/PCDF (µg/tunu hodnota <) - dioxiny (µg/tunu spáleného odpadu) Emise polychlorovaných bifenylů (PCB) nejsou vždy sledovány. Dostupné údaje ukazují většinou hodnoty nižší, než je hladina detekce, a pohybující se od < 1 µg/Nm3 do < 2 ng/Nm3. Zde opět musí být učiněna důležitá analytická poznámka ohledně variability udávaných limitních hladin detekce měřících metod. Emise polyaromatických uhlovodíků (PAH) také nejsou sledovány vždy. Dostupná data udávají hodnoty od < 1 µg/Nm3 do < 0,1 µg/Nm3. Zde také musí být upozorněno na variabilitu udávaných limitních hladin detekce měřících metod. Oxid uhelnatý Efektivita spalování je částečně popsatelná hodnotami CO, které také určují tvorbu produktů nedokonalého hoření (PIC). Průměrné roční hodnoty pro všechna zkoumaná zařízení jsou získány jako výsledky kontinuálních měření a pohybují se od 3 do 26 mg/Nm3. CO je typický parametr s nízkými základními emisemi, které však v důsledku náhlých rozdílů lokálních podmínek spalování (např. rozdíly v teplotě v různých částech pece) periodicky vykazují ostrý vrchol,. Sledování a regulace těchto emisí jsou důležitou stránkou každodenní činnosti spalovny. Pomocí předběžné úpravy bubnového odpadu a rovnoměrného dávkování odpadů je možné snižovat vrcholy CO. Následující obrázek ukazuje snižování emisí CO ve spalovně nebezpečného odpadu po zavedení drcení sudů ve šrédru a dalších metod míchání vstupního odpadu (techniky popsány v kapitole 2.2.2.4 a na obrázku 2.2): Obr. 3.9: Emise CO dosažené po následujícím zavedení metod předběžných úprav ve spalovně nebezpečného odpadu [20, EKOKEM, 2002] Legenda: CO-concentration post combustion chamber komoře - koncentrace CO po spalovací Incineration 1988 – 1989 without pre-treatment and feed equalization úpravy a vyrovnávání dávkování 1990 – 2000 with pre-treatment and feed equalization úpravou a vyrovnáváním dávkování - spalování - 1988 – 1989 bez předběžné - 1990 – 2000 s předběžnou 3.3 Emise do vody 3.3.1 Objemy odpadní vody produkované čištěním spalin [1, UBA, 2001] Voda je ve spalování odpadů používána k mnoha účelům. Mokré systémy čištění spalin dávají vznik odpadní vodě, kdežto polomokré a suché systémy obvykle ne. V některých případech je odpadní voda z mokrých systémů vypařována, v jiných případech je čištěna a vypouštěna. Tab. 3.23 ukazuje příklady typických množství vod z praček pocházejících z čištění spalin spaloven odpadů. Typ čištění spalin Přibližné množství odpadní vody (m3/t odpadu) 2 stádia, s vápenným mlékem 0,15 (hodnota v návrhu) 2 stádia, s hydroxidem sodným (před zařízením na kondenzaci) 0,3 (hodnota provozu) 2 stádia, s vápenným mlékem 0,15 (roční průměr) 2 stádia, s hydroxidem sodným 0,2 (roční průměr) Typ spalovny a její kapacita Spalovna tuhého komunálního odpadu s kapacitou 250 000 t/rok Spalovna tuhého komunálního odpadu s kapacitou 250 000 t/rok Spalovna nebezpečného odpadu s kapacitou 60 000 t/rok Spalovna nebezpečného odpadu s kapacitou 60 000 t/rok Tab. 3.23: Typické hodnoty množství odpadní vody vznikající z čištění spalin ve spalovnách odpadů upravujících odpady s nízkým obsahem chlóru [1, UBA, 2001] 3.3.2 Další možné zdroje odpadní vody ze spaloven odpadů [1, UBA, 2001] Kromě odpadní vody z čištění spalin může odpadní voda vznikat z řady dalších zdrojů. Velký vliv mohou mít místní rozdíly srážek. Vzhledem především k rozdílům v konstrukcích spaloven nemají všechny spalovny všechny tyto zdroje odpadních vod a níže jsou uvedeny ty, které mohou vznikat. Odpadní voda Komínové kondenzáty po mokrém praní plynů Odstraňování/snižování popela mokrou cestou Reverzibilní tok vody • • • • • Přibližné množství 20 m3/den 6600 m3/rok 5 m3/den 1650 m3/rok 1 m3/den Výskyt (K) kontinuální K (N) nekontinuální z iontového výměníku Voda z kotle Voda z čištění skladovacích kontejnerů Ostatní čistící voda Kontaminovaná srážková voda Laboratorní voda • • 120 m3/rok 500 m3/rok N • 800 m3/rok N • • • 300 m3/rok 200 m3/rok (Německo) 200 m3/rok N N N Data jsou spočítaná na základě 330 pracovních dní za rok Tab. 3.24: Další možné zdroje odpadní vody ze spaloven odpadů a její přibližná množství [1, UBA, 2001] 3.3.3 Zařízení bez uvolňování vody [1, UBA, 2001] V některých spalovnách odpadů se odpadní voda vznikající při mokrém praní plynů v průběhu spalování vypařuje za použití rozprašovací sušárny. Díky tomu nemusí být nutné uvolňovat vodu z procesu. V takových případech je odpadní voda obvykle předběžně upravena v čističce odpadních vod (ETP), dříve než je dávkována do rozprašovací sušárny. Úprava v čističce odpadních vod může napomoci zabránit zpětné cirkulaci a akumulaci některých látek. Zpětná cirkulace Hg je zvláště důležitá, a jsou proto dodávána specifická činidla, která poskytují prostředky odlučování Hg ze systému. Sůl (NaCl) může být z čištěné odpadní vody znovu získávána pro možné průmyslové využití nebo může být sbírána ve zbytcích z čištění spalin. 3.3.4 Spalovny s fyzikálně-chemickým čištěním odpadní vody [1, UBA, 2001] Úprava odpadní vody z čištění spalin ve spalovnách odpadů není v zásadě odlišná od úpravy odpadních vod pocházejících z jiných průmyslových postupů. Odpadní voda ze spaloven komunálního odpadu obsahuje především následující látky, které vyžadují čištění vody: • • • Těžké kovy, včetně rtuti Anorganické soli (chloridy, sírany atd.) Organické sloučeniny (fenoly, PCDD/PCDF) Následující tabulka udává charakteristické hladiny parametrů odpadní vody ze zařízení na čištění spalin spaloven komunálního a nebezpečného odpadu před čištěním odpadní vody. Parametr Spalování komunálního odpadu Spalování nebezpečného odpadu pro Minimum Hodnota pH Vodivost (µS) COD (mg/l) TOC (mg/l) Sírany (mg/l) Chloridy (mg/l) Fluoridy (mg/l) Hg (µg/l) Pb (mg/l) Cu (mg/l) Zn (mg/l) Cr (mg/l) Ni (mg/l) Cd (mg/l) PCDD/PCDF (ng/l) Maximum <1 Průměr není k dispozici > 20000 běžné komerční spalovny Minimum Maximum Průměr není k Žádné údaje Žádné údaje dispozici Žádné údaje Žádné údaje 140 47 1200 390 105 20000 260 73 4547 Žádné údaje Žádné údaje Žádné údaje Žádné údaje 615 4056 85000 180000 115000 Žádné údaje Žádné údaje 6 170 25 7 48 1030 0,05 0,39 < 0,05 0,05 < 0,005 19025 0,92 0,20 2,01 0,73 0,54 0,020 6167 0,25 0,10 0,69 0,17 0,24 0,008 Žádné údaje 0,6 0,01 0,002 0,03 0,1 0,04 0,0009 10 0,68 0,5 3,7 0,5 0,5 0,5 Žádné údaje Žádné údaje Žádné údaje Žádné údaje 22 Žádné údaje Tab. 3.24: Typické znečištění odpadní vody ze zařízení na čištění spalin spaloven odpadů před úpravou odpadní vody [1, UBA, 2001] Dvě následující tabulky udávají: • • Tab. 3.26 udává roční specifické emise do povrchových vod a/nebo do kanalizace z různých spaloven odpadů v Nizozemsku v roce 1999. Tab. 3.27 udává vliv čištění odpadní vody na vodu vypouštěnou ze spaloven tuhého komunálního odpadu a poskytuje porovnání tohoto výkonu s různými standardy. Místo Spáleno As Cd Cr Cu Hg Pb Ni Zn (kt/rok) (mg/t) (mg/t) (mg/t) (mg/t) (mg/t) (mg/t) (mg/t) (mg/t) Spalování komunálního odpadu Gevudo 171 23,2 9,1 17 115 3,04 72 39,9 552 AVR 386 0,5 0,3 5 6 0,10 9 8,6 4 Rotterdam AVR1106 0,6 2,7 2 4 0,72 5 2,1 20 Botlek AVR 301 0,0 2,0 2 6 0,07 2 1,6 26 AVIRA AVI 55 4,4 0,1 7 62 0,02 16 4,9 45 Roosendaal ARN 250 3,7 1,3 43 25 0,71 23 44,4 181 AVI 789 0,0 0,0 0 0 0 0 0 0 Amsterdam AVI 452 0,1 0,1 1 3 0,02 4 0,4 27 NoordAVI 433 23,1 0,0 30 58 0,16 53 36,9 226 Wijster AZN 603 0,2 0,2 0 2 0,17 0 0,3 23 AVI 285 n/a 0,0 0 0 n/a 0 0,0 1 Twente Spalování nebezpečného odpadu AVRChemie 44 4,6 4,6 14 25 6,84 23 18,3 228 DTs Spalování klinického opadu16 ZAVIN 7 191,51 632,1 658 2694 4391,27 11676 459,0 72832 Spalování kalů DRSH 368 21,4 3,5 5 79 5,97 15 3,0 92 SNB 406 5,8 0,6 18 17 1,23 8 12,3 51 V.I.T. 89 1,9 1,5 3 14 0,51 19 6,0 56 Tab. 3.26: Vypouštění do povrchové vody a do kanalizace z holandských spaloven odpadů v roce 1999 [2, infomil, 2002] Chloridy Sírany (g/t) (g/t) 4990 2070 n/a n/a n/a n/a 0 0 0 708 111 0 1 n/a 335 84 4602 254 2 n/a n/a n/a n/a n/a 1561 725 n/a 4560 31 56083 Limitní hodnoty Nečistota Německý 33 Abw mg/l pH Susp. látky Hg Cd Tl As Pb Cr Cu Ni Zn Dioxin Dioxin 95 % 100 % Směr. EU 2000/7 6 mg/l 30 45 0,03 0,05 0,05 0,15 0,1 0,5 0,5 0,5 1,0 30 45 0,03 0,05 0,05 0,15 0,2 0,5 0,5 0,5 1,5 0,3 0,3 ng/l ng/l Odpadní voda Čištěná odpadní voda Vstup (trimerkaptotriazin přidáno 150 ml/m3) První stupeň mokrého praní, 289 l/t vstupního odpadu Rozpětí Rozpětí Průměr Průměr Min. Max. Min. Max. Druhý stupe Rozpětí Min. Max mg/l 0,3 Vstu mg/l 0,6 mg/l 0,5 mg/l 6,7 mg/l 8,3 mg/l 7,6 mg/l 7,4 mg/l 8,4 1,8 5,7 < 0,01 0,76 < 0,01 0,03 < 0,03 0,1 1,2 24 0,46 1,3 1,9 29 1,9 4,5 4,1 67 V kapalinách V pevných látkách 3,6 0,45 0,028 0,05 8,8 0,7 8,6 2,5 24 0,01 < 0,001 < 0,01 < 0,01 < 0,05 0,03 < 0,02 0,1 0,23 0,17 0,013 < 0,01 0,013 < 0,05 1,2 < 0,02 0,32 0,64 0,25 0,01 < 0,01 0,01 < 0,05 0,13 < 0,02 0,23 0,41 0,22 0,01 0,04 0,1 < 0,01 < 0,05 0,7 0,02 0,81 0,02 6,9 1,42 0,62 0,02 0,02 9,2 0,14 3,1 0,13 36 11,7 0,25 Poznámky: 1. 1 více než 24 měření v roce 2001 2. 5 více než 104 měření 0,18 – 0,27 (1 x 1,4) mg/l v roce 2001 3. 2 více než 104 měření 0,66 a 0,79 mg/l v roce 2001 4. 3 více než 104 měření 0,57 – 0,83 (1 x 1,4) mg/l v roce 2001 5. 1 více než 104 měření v roce 2001 Tab. 3.27: Kvalita odpadní vody (po čištění trimerkaptotriazinem) – porovnání mezi nečištěnou a čištěnou odpadní vodou a různými standardy 3.3.5 Spalovny nebezpečných odpadů – data evropského výzkumu [EURITS, 2002 #41] Data v této části udávají emise do vody, vznikající ze zdrojů odpadních vod z čištění spalin. Data jsou převzata z výzkumu evropských komerčních spaloven nebezpečného odpadu tak, jak byla zaznamenána. [EURITS, 2002 #41] 3.3.5.1 Obecný přehled emisí do vody z evropských spaloven nebezpečného odpadu V tabulce 3.28 je dán přehled ročních průměrných minimálních a maximálních koncentrací pro různá zařízení. Koncentrace většiny parametrů je mezi různými zařízeními velmi proměnlivá, stejně jako tok vody (vyjádřený v litrech na kilogram spáleného odpadu). Roční průměr Parametr (mg/l, pokud není udáno jinak) Suspendované látky COD Cd Tl Hg Sb As Pb Cr Co Cu Mn Ni V Sn Zn ClSO42Dioxiny (ng TEQ/l) Tok vody (l/kg odpadu) Minimum Maximum 3 < 50 0,0008 0,01 0,0004 0,005 0,0012 0,001 0,001 < 0,005 0,01 0,02 0,004 < 0,03 < 0,02 < 0,02 3000 300 0,0002 0,2 60 < 250 0,02 0,05 0,009 0,85 0,05 0,1 0,1 < 0,05 0,21 0,2 0,11 0,5 < 0,5 0,3 72000 1404 < 0,05 20 Tab. 3.28: Roční průměrné rozpětí koncentrací emisí do vody po čištění z komerčních spaloven nebezpečných odpadů, vypouštějících odpadní vodu [EURITS, 2002 #41] Následující Tab. 3.29 ukazuje emise do vody jako hmotnostní tok těchto sloučenin v mg/kg vstupního odpadu: Parametr mg/kg spáleného odpadu Minimum Maximum 262 Suspendované látky COD Cd Hg Sb As Pb Cr Co Cu Mn Ni V Sn Zn Cl SO42- 2,4 76,5 0,001 0,00048 0,0325 0,001 0,0084 0,0024 0,045 0,0085 0,023 0,0042 0,0325 0,09 0,0226 4520 240 325 1040 0,16 0,112 0,72 0,325 0,65 2 0,325 4,2 1 2 0,6 0,565 1,95 60000 6572 Tab. 3.29: Hmotnostní toky emisí do vody ze zkoumaných komerčních spaloven nebezpečného odpadu v Evropě [EURITS, 2002 #41] 3.3.5.2 Přehled podle parametrů emisí do vody z evropských spaloven nebezpečného odpadu Suspendované látky V následujícím grafu jsou zaznamenány roční průměrné hodnoty uvolněných suspendovaných látek pro všechna zkoumaná zařízení, jako „suspendované látky“ v mg/l odpadních vod. Pro každé zařízení je zaznamenána metoda čištění odpadních vod, účinná pro suspendované látky. Tyto metody jsou: • • • použití pískového filtru oddělená úprava kyselých a zásaditých vod z praček – v tomto případě neprobíhá nucené srážení ani následné srážení CaSO4 a jsou vypouštěna větší množství síranů žádný dodatečný krok čištění vody Z grafu těžkých kovů (Obr. 3.6) lze vypozorovat, že dotyčné těžké kovy jsou pouze menšinovou složkou suspendovaných látek. Pro původ zbytkových suspendovaných látek ve vypouštěných odpadních vodách se nabízejí tři scénáře: • • zbytkové frakce sražených sloučenin, které nejsou odstraňovány dekantací ani filtrací pokud je spodní voda obsahující Fe (II) používána na mokré čištění spalin, může nastat pomalá oxidace Fe (II) na Fe (III) a následné srážení Fe (OH)3 v suspendovaných látkách, kdy doba zdržení v čističce odpadních vod je kratší než doba potřebná k dokončení reakce 263 • v ostatních případech mohou suspendované látky pocházet z reakcí následného srážení síranů a uhličitanů s Ca2+, přítomného v odpadních vodách nebo v jiných zdrojích vody, které přicházejí do kontaktu s odpadními vodami před vypouštěním, nebo pokud je doba zdržení kratší než doba nutná k proběhnutí reakce Obr. 3.10: Graf průměrných ročních množství suspendovaných látek vypouštěných do vody a metod používaných v evropských spalovnách nebezpečného odpadu na jejich snižování [EURITS, 2002 #41] Legenda: Suspended solids (mg/l) - suspendované pevné látky Installation - zařízení No abatement technique - žádná metoda snižování Separate treatment acidic/alcalic water + sand filter - oddělená úprava kyselých/zásaditých vod + filtr s pískem Quench + sand filter - šokové chlazení + filtr s pískem Obecné závěry z grafu: • • všechna zařízení pracují pod 60 mg/l zařízení, která mají oddělenou úpravu kyselých a zásaditých vod z praček, dosahují nejnižších emisí suspendovaných látek (3 mg/l) Rtuť V následujícím grafu jsou zaznamenány roční průměrné hodnoty emisí rtuti pro všechna zkoumaná zařízení jako: 264 • • • průměrná koncentrace v mg/l, pro 24h reprezentativní vzorky pro kontinuální vypouštění (90 % zařízení) nebo pro dávkový reprezentativní vzorek u přetržitého vypouštění (10 % zařízení) 95 percentil v mg/l, pokud jsou dostupné denní hodnoty nebo několik hodnot týdně 99 percentil v mg/l, pokud jsou dostupné denní hodnoty nebo několik hodnot týdně Pro pět zdrojů odpadních vod je Hg měřena denně (nebo několikrát týdně) a pro čtyři zařízení jsou data získávána jednou týdně nebo měsíčně. Údaje v grafu tedy reprezentují celý pracovní rok. Pro každé zařízení je uveden typ metody na čištění odpadní vody, pokud má vliv na emise rtuti. V tomto případě se jedná o: • • • srážení rtuti jako součásti M-síranu nebo M- trimerkaptotriazinu srážení jako součásti M-síranu a následné použití filtru s aktivním uhlíkem žádný dodatečný krok čištění vod Rtuť v odpadních vodách pochází samozřejmě ze rtuti obsažené v odpadu. Je obvyklou praxí, že spalovny používají vstupní limity rtuti v průběhu určité časové periody. Pro jedno zařízení vybavené mokrým praním spalin je spočítáno, že celkový vstup rtuti prostřednictvím odpadu činí až 2000 kg/rok pro zařízení se spalovací kapacitou 100 000 t/rok. Pokud počítáme s maximálními ročními emisemi Hg, vypuštěnými s odpadní vodou, menšími než 4 kg/rok, může být pomocí srážení M-trimerkaptotriazinu a následného efektivního odstranění sraženin dosažena odlučovací efektivita vyšší než 99,8 %. Obr. 3.11: Graf průměrných ročních množství rtuti vypuštěných do vody a použitých technik jejich snižování v evropských spalovnách nebezpečných odpadů [EURITS, 2002 #41] 265 Legenda: M-sulphide or TMT No abatement technique M-sulphide or TMT + AC filter 95 Percentile 99 Percentile M-sulfid nebo TMT Žádná metoda snižování M-sulfid nebo TMT + filtr s aktivním uhlíkem 95 percentil 99 percentil Obecné závěry z grafu: • • všechna zařízení pracují pod 0,01 mg/l hodnoty 95 a 99 percentilu se liší zařízení od zařízení ve třech se objevují občasné extrémní hodnoty Hg (průměr <P95 <P99), které mohou činit až 50 µg/l a více; důvodem těchto jevů jsou neočekávané situace, například nečekaně vysoký vstup nebo poruchy zařízení na čištění ve dvou případech se neobjevují žádné extrémní hodnoty (P99 = P95 = průměr); důvodem je v jednom případě periodické a nikoli kontinuální vypouštění vod, ve druhém fakt, že v zásadité vodě z praček není přítomna žádná rtuť • není patrný žádný přímý vztah mezi metodou na snižování emisí rtuti a ročními průměrnými emisemi rtuti Emise kovů V následujícím grafu jsou zaznamenány roční průměrné hodnoty emisí kovů pro všechna zkoumaná zařízení jako: • • • průměrné koncentrace v mg/l pro 24h reprezentativní vzorky v případě kontinuálního vypouštění (90 % zařízení) nebo u přetržitého vypouštění (10 % zařízení) 95 percentil v mg/l pokud jsou dostupné denní hodnoty nebo několik hodnot týdně 99 percentil v mg/l pokud jsou dostupné denní hodnoty nebo několik hodnot týdně Metoda čištění odpadních vod, používaná ke snižování emisí kovů, sestává ze srážení kovů jako hydroxidů a/nebo jako součástí sulfidů s obsahem kovu. Pro optimalizaci srážení jsou přidávána flokulační činidla. 266 Obr. 3.12: Graf průměrných ročních množství rozdílných kovů vypuštěných do vody v evropských spalovnách nebezpečných odpadů Legenda: Metals (mg/l) Installation kovy (mg/l) zařízení Obecné závěry z grafu: • • téměř všechny emise jednotlivých kovů jsou pod 0,1 mg/l jediné vyšší hodnoty jsou zaznamenány ve zvláštních případech pro Zn a Cu V následujícím grafu je podán podrobnější přehled podle parametrů s hodnotami 95 a 99 percentilu. Z těchto grafů může být vypozorováno, že v některých případech jsou zaznamenávány vyšší hodnoty. 267 Obr. 3.13: Graf průměrných ročních množství arsenu vypouštěných do vod v evropských spalovnách nebezpečných odpadů [EURITS, 2002 #41] Legenda: Metal (mg/l) Installation 95 Percentile 99 Percentile kov (mg/l) zařízení 95 percentil 99 percentil Obr. 3.14: Graf průměrných ročních množství olova vypouštěných do vod v evropských spalovnách nebezpečných odpadů [EURITS, 2002 #41] Legenda: Metal (mg/l) Installation 95 Percentile 99 Percentile kov (mg/l) zařízení 95 percentil 99 percentil 268 Obr. 3.15: Graf průměrných ročních množství kadmia vypouštěných do vod v evropských spalovnách nebezpečných odpadů [EURITS, 2002 #41] Legenda: Metal (mg/l) Installation 95 Percentile 99 Percentile kov (mg/l) zařízení 95 percentil 99 percentil Obr. 3.16: Graf průměrných ročních množství chrómu vypouštěných do vod v evropských spalovnách nebezpečných odpadů [EURITS, 2002 #41] Metal (mg/l) Installation 95 Percentile 99 Percentile kov (mg/l) zařízení 95 percentil 99 percentil 269 Obr. 3.17: Graf průměrných ročních množství mědi vypouštěných do vod v evropských spalovnách nebezpečných odpadů [EURITS, 2002 #41] Legenda: Metal (mg/l) Installation 95 Percentile 99 Percentile kov (mg/l) zařízení 95 percentil 99 percentil Obr. 3.18: Graf průměrných ročních množství niklu vypouštěných do vod v evropských spalovnách nebezpečných odpadů [EURITS, 2002 #41] Legenda: Metal (mg/l) Installation 95 Percentile kov (mg/l) zařízení 95 percentil 270 99 Percentile 99 percentil Obr. 3.19: Graf průměrných ročních množství zinku vypouštěných do vod v evropských spalovnách nebezpečných odpadů [EURITS, 2002 #41] Legenda: Metal (mg/l) Installation 95 Percentile 99 Percentile kov (mg/l) zařízení 95 percentil 99 percentil Obsah chloridů a síranů [EURITS, 2002 #41] Množství chloridů v odpadní vodě vykazuje lineární vztah k množství chlóru v odpadu vstupujícím do spalovny. Většina spaloven vypouští odpadní vodu do moře nebo do jeho okolí. Je uváděna koncentrace 3 – 72 g/l odpadní vody. Jedno zkoumané zařízení vypouští odpadní vodu obsahující sůl do sladké říční vody. Obsah síranů v odpadní vodě je ve většině zařízení regulován částečným srážením sádrovce, takže vypouštěné koncentrace SO42- se pohybují mezi 1 a 2 g/l. Jedno zařízení upravuje kyselou a zásaditou vodu z praček odděleně, bez srážení sádrovce, což vede k vyšším dávkám síranů vypouštěných v tomto případě do moře. 3.4 Pevné zbytky 3.4.1 Hmotnostní toky pevných zbytků ve spalovnách tuhého komunálního odpadu V tab. 3.30 jsou shrnuta některá typická data týkající se zbytků ze spaloven komunálního odpadu: 271 Typy odpadu Struska / popel (včetně propadu roštem) Prach z kotle a z odlučování prachu Zbytky z čištění spalin, pouze produkty reakcí: mokrá sorpce polomokrá sorpce suchá sorpce Produkty reakcí a filtrový prach z: mokré sorpce polomokré sorpce suché sorpce Dodávaný aktivní uhlík Specifické množství (suché) (kg/t odpadu) 200 – 350 20 – 40 8 – 15 15 – 35 7 - 45 30 – 50 40 – 65 32 – 80 0,5 - 1 Poznámka: zbytky mokré sorpce mají specifickou suchost (např. 40 – 50 % d.s.) [74, TWGPřipomínky, 2004] Tab. 3.30: Typické údaje o množstvích zbytků, vznikajících ve spalovnách komunálního odpadu [1, UBA, 2001] Moderní spalovny tuhého komunálního odpadu obvykle vytvářejí mezi 200 a 350 kg pecního popele na tunu upravovaného odpadu. Většina publikovaných čísel zahrnuje propad roštěm , který je až v poslední době (a pouze v některých zemích) držen odděleně od pecního popele. Hmotnostní tok propadu roštem závisí na typu roštu a na době jeho provozu. Propad může zvyšovat množství nespálené hmoty v pecním popelu a může přispívat k vyluhování mědi. Pokud počítáme se znovupoužitím pecního popelu, měly by být oddělovány železné a neželezné materiály (např. Al). Větší význam však má množství kovového Al, který propadne skrz rošt (může například zablokovat rošt). [74, TWGPřipomínky, 2004] Produkce kotlového popelu závisí na typu kotle a na množství prachu původně uvolněného z roštu. [Vehlow, 2002, #38] Hmotnostní tok zbytků z čištění spalin vykazuje nejvyšší variabilitu všech zbytků. Pro mokré systémy, které pracují v blízkosti stechiometrického poměru, je průměrná hodnota 10 – 12 kg/t. Toto číslo zahrnuje suchou neutrální strusku (2 – 3 kg/t) a rozpustné soli (8 – 9 kg/t). U polomokrých nebo suchých vápencových systémů je toto množství zvýšeno díky nezreagovaným aditivům, zatímco nejnižší hodnoty vykazuje suchý proces s uhličitanem sodným [64, TWGPřipomínky, 2003]. Tab. 3.31, uvedená níže, udává hmotnostní zdroje pevných zbytků pro různé látky na tunu spáleného KTO. Data jsou průměrnými údaji pro 12 spaloven tuhého komunálního odpadu ve Flandrech v Belgii, v roce 1999. Typ pevného zbytku Pecní popel Popílek + zbytky z čištění plynů + kal z mokrých praček Šrot zpětně získaný z pecního popelu Procento (%) 21 4,2 1,2 Tab. 3.31: Hmotnostní toky pevných zbytků ze spaloven tuhého komunálního odpadu, vyjádřené na tunu spáleného odpadu [64, TWGPřipomínky, 2003] 272 3.4.2 Složení a vyluhovatelnost pecního popelu Požadavky týkající se kvality zbytků z procesu spalování jsou zahrnuty v evropské legislativě o spalování. Směrnice 2000/76/EC (článek 6.1) zahrnuje provozní podmínky požadující, že spalovny musí dosahovat takové úrovně spalování, aby ve strusce a pecním popelu byla ztráta při zapalování menší nebo rovna 5 % nebo aby celkový obsah uhlíku (TOC) byl menší nebo roven 3 %. V moderních, dobře řízených spalovnách komunálního tuhého odpadu je obsah TOC ve pecním popelu pod 1 hmot.%. Zkoušky spalování prokázaly, že zvýšení výhřevnosti dodávaného odpadu a výsledné vyšší teploty zlepšily vyhoření pecního popelu [Vehlow, 2002, #38]. Charakteristické koncentrace organických složek v různých pevných zbytcích jsou shrnuty v tabulce 3.32. Do tabulky byla použita pouze data z moderních zařízení. Určení TOC podle standardu EN 13137 také detekuje jako TOC elemetární uhlík, který nezpůsobuje žádné problémy při zavážkách . TOC ve pecním popelu obsahuje hlavně elementární uhlík, ale do určité míry jsou zde nacházeny také organické látky (pocházející např. z prosévání plastů. Ty pokrývají spektrum od sloučenin s krátkým řetězcem po málo těkavé typy látek, jako jsou PAH nebo PCDD/PCDF. Hladiny I-TEQ, detekované ve pecním popelu moderních spaloven, jsou stejného řádu důležitosti, jako ty, které jsou nacházeny v některých městských a průmyslových půdách. Parametr PCDD/F (I-TEQ) PCB PCBz PCPh PAH Pecní popel < 0,001 – 0,01 < 5 – 50 < 2 – 20 < 2 – 50 < 5 – 10 Kotlový popel 0,02 – 0,5 4 – 50 200 – 1000 20 – 500 10 - 300 Filtrový popel 0,2 – 10 10 – 250 100 – 4000 50 – 10000 50 – 2000 Všechny hodnoty jsou v ng/g Tab. 3.32: Rozpětí koncentrací organických látek ve pecním , kotlovém a filtrovém popelu [Vehlow, 2002, #38] Níže uvedená tab. 3.33 udává data pro PCDD/F pro 10 spaloven komunálního tuhého odpadu v Holandsku v průběhu pěti let (2000 – 2004): Zbytek Pecní popel Popílek Kotlový popel Soli z mokrého čištění spalin Filtrační koláč Průměrná hodnota v ng/kg I-TEQ 46 2946 42 Maximální hodnota v ng/kg I-TEQ 46 16900* 86 1 34 3 Celkové množství v roce 2003 v tunách 1100000 82200 2900 636 5400 16 25500 17412 66000* 30 8300 Počet vzorků * Toto je relativně staré zařízení s moderním vybavením na čištění spalin, které zabraňuje vypouštění emisí dioxinů do ovzduší. Zbytky jsou zaváženy na skládky nebezpečného odpadu. 273 Tab. 3.33: Koncentrace PCDD/F v různých zbytcích spalování tuhého komunálního odpadu v Holandsku (údaje z let 2000 – 2004) Níže uvedená tab. 3.34 udává výzkumná data týkající se přehledu obsahu PCDD/F ve zbytcích ze spaloven tuhého komunálního odpadu. Data neobsahují vysoké extrémní hodnoty a nízké hodnoty: Zbytek Pecní popel Kotlový popel Popílek (elektrostatický odlučovač)/filtrový prach Rozpětí hodnot 1 – 68 < 40 – 600 Jednotky ng TEQ/kg suchého tuhého ng TEQ/kg suchého tuhého 140 - 5720 ng TEQ/kg suchého tuhého Poznámka: z této tabulky byly odstraněny extrémní vysoké a nízké hodnoty Tab. 3.34: Rozpětí koncentrací PCDD/F ve zbytcích ze spalování tuhého komunálního odpadu (s vyloučením vysokých a nízkých odlehlých hodnot) Relativní štěpení částic ve pecním popelu závisí především na složení KTO, dodávaného do spalovny, těkavosti obsažených prvků, typu spalovny, na použitém roštovém systému a na činnosti spalovacího systému. [4, IAWG, 1997] Snižování objemu a hmotnosti spalování odpadu způsobuje obohacení o řadu těžkých kovů ve pecním popelu v porovnání s jejich koncentrací v dodávaném odpadu. Některé těžké kovy, např. As, Cd nebo Hg do značné míry unikají z palivové vrstvy. Je evidentní, že s výjimkou především lipofilní Cu, jsou všechny vybrané těžké kovy ve filtrovém popelu vysoce obohacené. Poznámka: je důležité poznamenat, že riziko spojené se pecním popelem není určeno pouze přítomností nebo nepřítomností látek – pro zabránění emisí z popelů do prostředí je také důležitá jejich chemická a fyzikální povaha, stejně jako charakter prostředí, kde bude materiál použit. [64, TWGPřipomínky, 2003] Důležité tedy není to, zda pecní popel obsahuje nečistoty, ale to, aby byly kontrolovány případné emise z popelů do prostředí. Téměř všechna nařízení k nakládání nebo využívání produktů odpadu jsou založena na standardizovaných testech vyluhování. V různých zemích jsou však používány rozdílné testy. Evropská komise pro standardizaci TC 292 (CEN) nyní vyvíjí harmonizaci a standardizaci testovacích postupů. Z tohoto důvodu jsou testy prováděny za specifických podmínek té které země a interpretace výsledků různých testů tento fakt musí brát na vědomíTab. 3.35 udává průměrné hodnoty pro pecní popel po mechanické úpravě z nizozemské spalovny KTO, jak byly naměřeny v letech 1993 až 1997. Data byla získávána z pravidelných kontrol kvality, prováděných národní organizací odpadového hospodářství (VVAV) na všech spalovnách KTO a z holandského ústavu pro zdraví a životní prostředí (RIVM). Látka Sb As Ba Cd Vyluhovací hodnota (mg/kg) 0,22 0,022 0,6 0,003 274 Cr Co Cu Hg Pb Mo Ni Se Sn V Zn BrClCN- (volný) CN- (celkový) F(SO4)2- 0,08 0,05 3 0,001 0,07 1,52 0,13 0,01 0,04 0,23 0,09 7,6 2615 0,01 0,048 14,1 5058 Tab. 3.35: Vyluhovací vlastnosti mechanicky upraveného pecního popelu, měřené za použití NEN7343 Vyluhování pecních popelů může velmi podstatně záviset na typu odpadu. Nedávné hodnoty ze širokého souboru KTO ukazují hodnoty průměrného vyluhování pro měď 5,79 mg/kg v roce 2001 a 6,21 mg/kg v roce 2002. [74, TWGPřipomínky, 2004] V porovnání s nerostnými nebo inertními látkami mohou být pro pecní popel KTO považovány za kritické následující složky: Cu, Zn, Sb, Mo, Cl a sírany. Různé metody úpravy se snaží snižovat vyluhovatelnost těchto klíčových látek. Zbytky ze spaloven nebezpečného odpadu: Zbytky ze spaloven nebezpečného odpadu se v zásadě neliší od zbytků ze spaloven tuhého komunálního odpadu. Mohou však být zaznamenány následující rozdíly: • • • v případě popelu a strusky: spalování nebezpečných odpadů v bubnech obvykle probíhá při teplotách vyšších než spalování komunálního odpadu. To může způsobit jiné štěpení kovů. Vzhledem k rozdílům v typu odpadu a v jeho složení může určité množství pecního popelu podléhat mnohem větším změnám než jaké jsou pozorovány ve spalovnách komunálního odpadu. Tyto změny lze pozorovat v rámci jedné spalovny v závislosti na dodávaném odpadu, stejně jako mezi různými spalovnami a technologiemi. Co se týká filtrového prachu nebo zbytků z čištění spalin, mohou vytvářené pevné zbytky, díky vyšší koncentraci těžkých kovů v nebezpečném odpadu oproti komunálnímu odpadu, obsahovat také mnohem vyšší koncentrace těžkých kovů. Níže uvedená tab. 3.36 udává data z evropského výzkumu provozovatelů komerčních spaloven nebezpečného odpadu, týkající se celkové produkce různých zbytků: Produkce zbytků (kg/t vstupního odpadu) Minimum Maximum Průměr (tuny) Celkové roční množství 275 Pecní popel Kotlový popel + popílek + pevné zbytky z čištění spalin Filtrační koláč z ESP 83 246 140 (zaznamenáno) 193 372 32 177 74 79 060 9 83 30 16 896 Tab. 3.36: Množství hlavních zdrojů odpadu, produkovaných spalováním nebezpečných odpadů (evropská výzkumná data) [EURITS, 2002 #41] Typické hodnoty vyluhování pro zbytkové popely ze spaloven nebezpečného odpadu jsou zaznamenány v tabulce 3.37. Je nutné poznamenat, že byl použit německý test vyluhování DIN-S4 a výsledky jsou tedy udány v mg/l. Pro porovnání s údaji z tabulky 3.35 mohou být získány přibližné hodnoty v mg/kg vynásobením deseti. Složka Cr (VI) Cr (celkem) As Pb Cu Hg Zn Cd Ni ClF(SO4)2- Minimum (mg/l) < 0,03 < 0,001 < 0,01 < 0,01 < 0,01 0,00 < 0,01 < 0,001 < 0,01 2 0,8 5 Maximum (mg/l) 2,87 2,87 0,08 0,18 1,50 < 0,01 0,3 0,001 0,02 450 13 300 Tab. 3.37: Typické hodnoty vyluhování pro pecní popel ze spaloven nebezpečného odpadu, měřené za použití DIN-S4 [1, UBA, 2001] Zbytky ze spaloven kalů: Chemická struktura popelu ze spaloven kalů je značně ovlivněna počasím, především množstvím srážek. V případě deštivého počasí vstupují do kanalizačního systému vyšší množství jílů a jemného písku, procházejí lapákem písku, jsou sráženy v přípravné sedimentační nádrži a dorazí ke spalování kalů s primárními kaly. Následkem toho je značně zvýšen obsah křemičitanů v popelu a obsahy dalších složek jsou rozpuštěny v obdobích deštivého počasí. Navíc má na kvalitu kalů obrovský vliv vykonávaný typ zachycování a úpravy. Oblasti s vysokým zastoupením těžkého průmyslu mohou mít za následek vyšší koncentrace těžkých kovů (a dalších), dodávané do spalovny, a tyto látky se pak mohou akumulovat ve pecním popelu. Venkovské oblasti s málo zastoupeným průmyslem mohou mít za následek čistší kaly a tudíž i nižší znečištění zbytků ze spalování. 276 Jiným momentem s velkým vlivem je typ úpravy, který je použit k čištění odpadní vody (a tudíž charakter činidel: minerální, polymerní atd.). [74, TWGPřipomínky, 2004] Problémy týkající se ostatních typů odpadu: Klinické odpady: • • • Aby bylo zajištěno zničení infekčních agens a odstraněny rozpoznatelné části těl, musí být vyhoření důkladné Štěpení radioaktivních izotopů používaných v lécích, které dávají vznik odpadům, může probíhat i ve pecním popelu a popílku – to může vyústit v dodatečné problémy s nakládáním s odpady nebo s jejich recyklací Injekční stříkačky a další ostré materiály ve pecním popelu mohou způsobovat další rizika spojená s nakládáním s odpady Kvalita tuhých zbytků z fluidních vrstev: Díky rozdílům v procesu, vlastnostem odpadu a teplotách spalování je kvalita popelů velmi rozdílná od popelů z roštových spaloven. Obecně nižší (avšak vyrovnanější) provozní teploty, povaha paliva a procesu ve fluidním loži znamenají, že: Větší část nestálých těžkých kovů zůstává ve pecním popelu: • • • Následné koncentrace těžkých kovů ve zbytcích spalin jsou sníženy. Někdy však nastávají problémy s hladinami CrVI v rozpustné části pecního popelu. Stupeň zeskelnatění popele může být snížen. Vyhoření může být zlepšeno. Pokud je pro kotle s fluidním ložem produkováno obnovené palivo, je obsah popele obvykle mezi 1 a 10 %, a se stavebním a demoličním odpadem je obvykle 1 až 7 %. [33, Finsko, 2002]. Domovní odpad, spalovaný v rotačních fluidních vrstvách, má obsah popele až 30 % a s palivem z odpadu až 15 %. Většina tuhých zbytků ze spalování s fluidním ložem je popílek, který může v závislosti na podmínkách a použité technologii fluidního lože tvořit až 90 % celkových zbytků popele. Pecní popel je také míchán s materiálem fluidního lože (např. písek, aditiva pro odsiřování atd.). Pokud je odpad z RDF spalován v rotačním fluidním loži, je poměr pecního popele a popílku kolem 50:50. Pokud je používán odpad ze staveb a demoliční odpad, může být zaznamenán mírný nárůst obsahu těžkých kovů ve pecním popelu i popílku v porovnání se spalováním dřeva. Pokud je z domovního odpadu vyráběno obnovené palivo, nastává vyšší nárůst těžkých kovů. Velikost nárůstu závisí na použitém typu domovního odpadu. Pokud je spálen veškerý domovní odpad, je nárůst vysoký. Pokud je použita separace zdrojů a spálen je pouze spalitelný obalový materiál, je nárůst těžkých kovů nižší. Obnovená paliva, vyrobená z průmyslových odpadů, mohou být velmi rozdílná a dávají tedy vznik širokému spektru kvalit popele. 277 3.5 Spotřeba a výroba energie Energetické vklady do spalovacího procesu mohou zahrnovat: • • • odpad (především) podpůrná paliva (obvykle velmi málo) dodávanou elektřinu (pokud nějaká dodávaná je) Výroba a export mohou zahrnovat: • • teplo (jako pára nebo horká voda) elektřinu Procesy pyrolýzy a zplyňování mohou s odváděnými látkami, např syntézní plyn, dřevěné uhlí a oleje exportovat některé z energetických hodnot příchozího odpadu. V mnoha případech jsou tyto produkty buďto přímo nebo následně spáleny jako paliva, aby byla využita jejich energetická hodnota, ačkoli mohou být také po předběžné úpravě (pokud je nutná) využity pro svou chemickou hodnotu jako surový materiál. V Evropě existuje značný počet spaloven, které vyvážejí jak elektřinu, tak teplo. Kombinace vývozů, která je vybrána, závisí na řadě faktorů. Pro rozhodnutí týkající se dodávky tepla nebo páry je často rozhodující existence místní poptávky po těchto produktech. Obecně jsou za klíčové faktory pro určení příjmu považovány relativní ceny pro dodávku vyrobené energie a doba trvání prodejních smluv. Příjmy jsou naopak rozhodujícím faktorem pro technologická rozhodnutí týkající se designu procesu. Některé z těchto faktorů jsou popsány v následující tabulce 3.38: Faktor Vysoká cena dodávek elektřiny nebo spolehlivá poptávka Vyšší ceny dovážené než vyráběné elektřiny Vyšší ceny placené za teplo a vyšší spolehlivost poptávky Chladnější klima Smlouva se základní elektrárnou Vliv • podpora investic do výroby elektřiny • může být zakoupeno obkládání kotle, aby byl umožněn vyšší tlak páry a větší výdaje elektřiny • méně tepla bude pro dodávky • spalovna může dovážet elektřinu, aby zajistila maximální vývoz vlastní elektřiny • podpora využívání vlastní vyráběné elektřiny pro provoz spalovacího procesu • spalovny produkující pouze teplo se mohou rozhodnout přesměrovat nějakou energii na podporu vlastních požadavků elektřiny • investice do distribučních sítí se stanou schůdnější • celková efektivita spalovny naroste, díky schopnosti dodávat více obnovené energie • může umožňovat dodávku tepla v průběhu více měsíců za rok • zvýšení spolehlivosti prodejních smluv a podpora investic do technik pro využívání dostupné energie (tepla a elektřiny) 278 Velmi nízké povolené emise do ovzduší Nedovolení vypouštění čištěné odpadní vody z mokrých praček Požadované zeskelnatění popele Vyšší požadovaná teplota spalování • dodatečný požadavek energie pro zařízení na čištění spalin • snížení množství dostupného tepla pro vývoz v důsledku potřeby dodávat energii na výpar • vyšší požadavky energie spalovny mají za následek zvýšenou vlastní spotřebu a snížené příjmy • možná potřeba dodatečných paliv pro dosažení odpovídající teploty Tab. 3.38: Některé faktory a jejich vliv na možnosti obnovování energie 3.5.1 Výpočty energetické efektivity pro zařízení na spalování odpadů Energetická účinnost zařízení na spalování odpadů je často vyjádřena v procentech. Pokud uvažujeme o takových údajích, je důležité zajistit, aby výpočty, které data podkládají, byly vytvořeny takovým způsobem, který dovoluje srovnávání. Zanedbání tohoto bodu může vyústit ve vyvození nesprávných závěrů. Některé kroky, které jsou požadovány pro vyvarování se problémů s těmito výpočty, jsou: 1. definování hranic systému/výpočtů Pokud vstupní odpad vyžaduje značné předběžné úpravy (např. drcení, šrédrování, sušení atd.), může to vyústit ve velmi značné dodatečné energetické požadavky. 2. zahrnutí všech energetických vstupů Některá zařízení používají dodatečná paliva, aby byla udržena teplota spalování. Energie obnovená v těchto zařízeních bude částečně odvozena z odpadu a částečně z dodatečných paliv. 3. zahrnutí zpětných cirkulačních toků energie V některých případech je elektřina a/nebo teplo, obnovené z odpadu, poté použito v rámci zařízení. Pokud toto probíhá, je čistým výsledkem snížení vyvážené energie a stejné snížení dovážené energie. 4. rozhodnutí, zda jednoduše přidat energetické výstupy nebo použít ekvivalenční faktory, aby byla doložena jejich relativní hodnota Jednoduché přidání elektrických a tepelných výstupů může vytvořit problémy, pokud uvažujeme o relativní účinnosti zařízení, která produkují různá množství těchto energetických toků. Použití ekvivalenčních faktorů může umožnit uvažování o relativní hodnotě těchto komodit, tj. může umožnit uvažovat hodnotu produkce energie, kterou nahradila obnovená energie. Přiřazené ekvivalenční faktory budou závislé na směsi energií, která nahradila energii obnovenou ve spalovacím zařízení. 279 Tam, kde byl v tomto dokumentu použit ekvivalenční faktor, je zahrnuta poznámka o tomto faktoru (viz. také kapitola 3.5.3, týkající se ekvivalenčních faktorů). Příklad výpočtu energetické účinnosti je dán v příloze 10.4. Tato metoda byla vyvinuta členy podskupiny TWG a byla použita pro poskytnutí některých souhrnných výzkumných dat, podávaných v této kapitole. 3.5.2 Výpočet čisté výhřevnosti odpadu Informace týkající se charakteristických rozpětí výhřevností vykazovaných různými typy odpadů, výzkum čisté výhřevnosti, údaje o rozdílech a příklad metody pro výpočet čisté výhřevnosti jsou zahrnuty v kapitole 2.4.2. 3.5.3 Ekvivalenční faktory [Energysubgroup, 2002 #29] Když porovnáváme různé spalovny, potřebujeme společnou jednotku pro množství energie. Energie může být kvantifikovatelná řadou způsobů, v závislosti na energetickém typu zdroje. Paliva jsou obvykle kvantifikovaná buďto svým tepelným obsahem (jouly) nebo palivovou ekvivalenční hodnotou (obvykle ekvivalenty ropy nebo antracitu). Joule (J) je běžnou jednotkou, používanou v tomto dokumentu na převedení měrných jednotek různých forem energie na společnou jednotku. Pro výpočet a vyjádření energetické efektivity ve spalovnách odpadů je nezbytné mít na mysli formu spotřebované i produkované energie. Zohlednění formy energie vyžaduje porovnání rozdílných jednotek měření, tj. MWh, MWhe (elektřina), MWhth (energie tepla). Následující tabulka udává faktory konverze (pro externě vytvořené zdroje) předpokládající průměrně 38 % pro účinnost elektrické konverze (tj. 1 MWh = 0,38 Mwhe) a 91 % pro externí výrobu energie (tj. 1 MWh = 0,91 MWhth): Z: Na: GJ MWh MWhe MWhth Gkal Vynásobeno: GJ 1 3,6 9,4737 3,9560 4,1868 MWh MWhe MWhth 0,2778 1 2,6316 1,0989 1,163 0,1056 0,3800 1 0,4421 0,2528 0,9100 1 1,0583 Tab. 3.39: Ekvivalenční faktory konverze energie [29, Energysubgroup, 2002, 64, TWGPřipomínky, 2003] Je důležité porozumět tomu, že ekvivalenční hodnoty nejsou přesnými koeficienty nebo faktory konverze. Poskytují odhad energie, která je požadována pro externí výrobu energie. 280 3.5.4 Údaje týkající se obnovování energie z odpadu [1, UBA, 2001] Výroba elektřiny je omezována: • vysokoteplotní korozí, která se může objevit v oblasti teplotní přeměny (kotel, spořič atd.) díky obsahu určitých látek, včetně chlóru, v odpadu • zanesení kotle – přibližně od 600 do 800 °C se popele stávají lepkavými díky přítomnosti některých tavících látek Parametry páry (a tudíž i elektrické účinnosti) spaloven jsou tedy omezené. V současnosti je za maximální považován tlak páry 60 barů a teplota 520 °C, a to jen tehdy, pokud jsou zavedena speciální opatření na omezení koroze. Pro výrobu elektřiny ve spalovnách komunálního odpadu jsou charakteristické podmínky pro přehřátou páru 40 až 45 barů a 380 až 400 °C. [64, TWGPřipomínky, 2003] Nižší hodnoty, obvykle méně než 30 barů a 300 °C, jsou používány v případě, že je elektřina vyráběna z nebezpečného odpadu , vzhledem ke zvýšenému riziku koroze (vedoucí k provozním problémům a k vyšším nákladům) s kyselými spalinami při vyšších parametrech páry. Tam, kde je dodáváno pouze teplo nebo pára, používají obvykle provozovatelé nižší tlak kotle a nižší teplotu, aby se vyhnuli potřebě dodatečných investic s udržování a komplexnějším provozním podmínkám spojeným s vyššími parametry. Pokud je upřednostňována dodávka tepla, není použití vyššího tlaku a teploty odůvodněné. Pro dodávku tepla bude pára vyráběna typicky při nižších hodnotách, např. okolo 25 až 30 barů a 250 až 350 °C. Většina větších spaloven odpadů v Evropě obnovuje z odpadu energii. Některé spalovny nevyužívají teplo, týká se to zejména spaloven se specifickým designem nebo menších či starších zařízení. Například: • • spalovny nebezpečného odpadu používající chlazení spalin, aby byla snížena rizika vytváření PCDD/F (např. Velká Británie, Francie). V těchto případech může být stále nějaké teplo obnovováno z horké chladící vody, která je produkována v chladící pračce. relativně malé spalovny komunálního odpadu (především ve Francii, ale také některé v Itálii a v Belgii) Je udáváno, že se dosahuje následujících výkonností kotlů: • kotle s fluidním ložem s teplotou spalin okolo 160°C mohou dosahovat účinnosti kolem 90 % • vysoké pece s roštovým ohřevem mají efektivitu kolem 80 % [74, TWGPřipomínky, 2004] S takovými výkonnostmi kotlů (80 – 90 %) a vyššími než normálními parametry páry (poznámka: současné použití závisí zejména na typu odpadu v závislosti na zvýšené korozivitě spalin s některými typy odpadů) se mohou objevit následující přibližné elektrické výkonnosti: 281 • při použití parametrů páry 60 barů a 420 °C může být jako elektrická energie obnoveno kolem 25 % přeměněné energie v generátoru páry (tj. celková elektrická účinnost 20 % v případě roštového ohřevu a 22,5 % v případě reaktoru s fluidním ložem • pokud jsou parametry páry dále zvyšovány na 80 barů a 500 °C, může být dosaženo elektrické efektivity kolem 30 % (tj. celková elektrická účinnost je 27 % v případě reaktoru s fluidním ložem. [74, TWGPřipomínky, 2004] Pokud existuje možnost propojit parní cyklus spalovny odpadů s parním cyklem sousední elektrárny, může celková elektrická efektivita dosahovat až 35 %. [74, TWGPřipomínky, 2004] 3.5.4.1 Data týkající se obnovování elektřiny [1, UBA, 2001] Ačkoli existují značné místní rozdíly, může být obvykle vyráběno přibližně 400 až 700 kWh elektřiny na jednu tunu komunálního odpadu ve spalovně komunálního odpadu. Závisí to na velikosti zařízení, parametrech páry, stupni využití páry a hlavně na výhřevnosti odpadu. Množství dostupné energie pro vývoz obvykle závisí na množství vyráběné energie a na stupni samospotřeby zařízení – která samotná může být velmi rozdílná. Spotřeba systému na čištění spalin je často značná a liší se podle typu použitého systému (a požadované hladině emisí). V některých případech je energie potřebná na provoz zařízení dovážená z externího zdroje s tím, že veškerá energie vyrobená zařízením je exportována – místní rovnováha obvykle odráží místní ceny vyrobené elektřiny v porovnání s běžnými cenami elektřiny z rozvodné sítě. Průzkum osmi zkoumaných spaloven KTO (údaje z roku 2001) provedený energetickou podskupinou TWG, má následující výsledky: Elektřina Jednotky Výroba Mwhe/t odpadu Vývoz Mwhe/t odpadu 1. 2. 3. 4. 5. GJe/t odpadu GJe/t odpadu Minimum 0,415 (12,5 %) 1,494 0,279 (8,7 %) 1,004 Průměr 0,546 (18 %) 1,966 0,396 (13 %) 1,426 Maximum 0,644 (22 %) 2,319 0,458 (18 %) 1,649 hodnoty jsou udány tak, jak byly naměřeny (tj. nefaktorové ekvivalenty) procentuální efektivity jsou uvedeny v závorkách (také nejsou faktorovány) a počítají s energií získanou z dovezeného paliva, stejně jako z odpadu hodnoty výroby zahrnují všechnu vyrobenou elektřinu hodnoty vývozu nezahrnují elektřinu vyrobenou procesem, ale spotřebovanou zařízením průměrná čistá výhřevnost byla 2,9 MWh/t Tab. 3.40: Poměry výroby a vývozu elektřiny na tunu KTO Zdroj [Energysubgroup, 2002 #29] Jiná data, týkající se francouzských zařízení, vykazují následující výsledky: Pro jednotky > 3 t/h Nové 282 Elektřina Výroba Vývoz Jednotky Mwhe/t odpadu GJe/t odpadu Mwhe/t odpadu GJe/t odpadu Minimum 0,148 (4,6 %) 0,5328 Průměr 0,368 (11,4 %) 1,389 0,285 (8,8 %) 1,026 jednotky Maximum Průměr 0,572 (17,8 %) 0,528 (16,4 %) 1,897 1,900 0,430 1,548 Tab. 3.41: Výroba a vývoz elektřiny na tunu KTO pro spalovny komunálního tuhého odpadu ve Francii [64, TWGPřipomínky, 2003] 3.5.4.2 Data týkající se obnovování tepla Výzkum šestnácti zkoumaných spaloven KTO (data z roku 2001) provedený energetickou podskupinou TWG, má následující výsledky: Elektřina Jednotky Výroba Mwhe/t odpadu Vývoz Mwhe/t odpadu 1. 2. 3. 4. GJe/t odpadu GJe/t odpadu Minimum 1,376 (45,9 %) 4,953 0,952 (29,9 %) 3,427 Průměr 1,992 (65,8 %) 7,172 1,786 (58,8 %) 6,600 Maximum 2,511 (74,3 %) 9,040 2,339 (72,7 %) 9,259 hodnoty jsou udány tak, jak byly naměřeny (tj. nefaktorové ekvivalenty) procentuální efektivity jsou uvedeny v závorkách (také nejsou faktorovány) a počítají s energií získanou z dovezeného paliva, stejně jako z odpadu hodnoty pro výrobu zahrnují všechno teplo vyrobené kotlem hodnoty pro vývoz nezahrnují teplo vyrobenou procesem, ale spotřebovanou zařízením Tab. 3.42: Poměry výroby a vývozu tepla na tunu KTO [Energysubgroup, 2002 #29] Další data, dodaná z Francie, ukazují následující výsledky: Elektřina Výroba Vývoz Jednotky Mwhe/t odpadu GJe/t odpadu Mwhe/t odpadu GJe/t odpadu Pro jednotky > 3 t/h Minimum Průměr 0,292 (9 %) 0,978 (9 %) 1,051 3,502 0,902 (28 %) 3,247 Maximum 1,595 (49,6 %) 5,742 Tab. 3.43: Poměry výroby a vývozu tepla na tunu KTO pro spalovny komunálního tuhého odpadu ve Francii [64, TWGPřipomínky, 2003] 3.5.4.3 Kombinované údaje o teplu a energii [1, UBA, 2001] V případě kombinované výroby elektřiny a tepla může být použito přibližně 1250 kWh dodatečného tepla na tunu odpadu při plném zatížení. 283 V případě základního zatížení může být hrubý stupeň využití zvýšen ze 75 na 76 % vložené energie (výhřevnost). Průzkum 50 zkoumaných spaloven KTO (data z roku 2001) provedený podskupinou pro energii TWG udává následující procentuální výkonnosti pro kombinaci tepla a energie: Kombinace tepla a energie Výroba Vývoz Průměrná efektivita 59,4 % 49,3 % Poznámka: Aby bylo umožněno přidání tepla a elektřiny pro zajištění měření jednotlivých efektivit, je elektrická výkonnost násobena faktorem 2,6316. Tento faktor bere v úvahu nevyhnutelné ztráty výroby elektrické energie a umožňuje smysluplnější porovnání (a tedy zprůměrňování) procesů vyrábějících různé poměry tepla a energie Tab. 3.44: Průměrná efektivita (%) kombinace tepla a energie pro 50 spaloven tuhého komunálního odpadu Zdroj [Energysubgroup, 2002 #29] Poznámka: tvrzení ohledně minimálních a maximálních výkonností pro kombinovanou výrobu (vývoz) tepla a energie není možné a není tedy zahrnuto v tabulce 3.44. Je to způsobeno tím, že souhrn minimálních, stejně jako maximálních, hodnot elektřiny a tepla vede k chybným závěrům. Další údaje, poskytnuté Francií, jsou ukázány dále. Čísla vyjadřují průměrné hodnoty: Výroba elektřiny Výroba tepla Vývoz elektřiny Vývoz tepla Jednotky Mwhe/t odpadu GJe/t odpadu Mwhe/t odpadu GJe/t odpadu Mwhe/t odpadu GJe/t odpadu Mwhe/t odpadu GJe/t odpadu Pro zařízení > 3 t/h 0,168 0,604 0,647 2,329 0,107 0,385 0,546 1,965 Nová zařízení 0,382 1,375 0,944 3,398 0,300 1,08 0,578 2,08 Tab. 3.45: Průměrné hodnoty obnovení kombinovaného tepla a energie na tunu KTO ve spalovnách tuhého komunálního odpadu ve Francii [64, TWGPřipomínky, 2003] 3.5.4.4 Údaje o účinnosti konverze kotle Průzkum 50 zkoumaných spaloven KTO (data z roku 2001) provedený podskupinou pro energii TWG zjistil následující údaje: Efektivita kotle 1. 2. 3. Minimum Průměr Maximum 75,2 % 81,2 % 84,2 % procenta ukazují efektivitu přenosu energie z horkých spalin do kotlové páry NVC odpadu je vypočítáno za použití metody objasněné v kapitole 2.3.2.1 efektivita kotle může být pro menší jednotky nižší [74, TWGPřipomínky, 2004] Tab. 3.46: Výzkumná data efektivit kotlů spaloven tuhého komunálního odpadu [64, TWGPřipomínky, 2003] 284 3.5.5 Údaje týkající se vlastní spotřeby energie v samotném procesu [1, UBA, 2001] Spalovací proces samotný vyžaduje energii pro svůj provoz, např. pro provoz čerpadel a větráků. Požadavky jsou značně rozmanité, v závislosti na konstrukci spalovny [1, UBA, 2001]. Energetické nároky procesu mohou být zvýšeny především: • Mechanickými systémy předběžné úpravy, např. šrédry a zařízení k čerpání a další příprava odpadu • Předehříváním spalovacího vzduchu • Opětovným ohříváním spalin /např. pro potřeby čištění spalin nebo ) • Činností zařízení na odpařování odpadní vody nebo podobného zařízení • Systémy na čištění spalin s vysokými poklesy tlaků (např. filtrační systémy), které požadují větráky poháněné větší silou • Poklesy čisté výhřevnosti odpadu – to může vyústit v potřebu přidávat dodatečná paliva, aby byly udrženy požadované minimální teploty spalování • Úpravou kalů, např. sušením [64, TWGComents, 2003] V některých případech lze těchto požadavků částečně nebo i zcela dosáhnout skrze tepelnou výměnu s horkými spalovacími plyny. Starší zařízení, dodatečně vybavené systémy na čištění spalin, mohou spotřebovávat více elektřiny v porovnání s moderními spalovnami s integrovanými systémy. Pro průmyslové spalovny nebezpečného odpadu je zaznamenáno rozpětí od 132 do 476 kWh/t odpadu [1, UBA, 2001] Níže uvedená tab. 3.47 ukazuje specifické energetické požadavky 50 zkoumaných spaloven KTO (data z roku 2001), jak byla zaznamenána podskupinou pro energii TWG. Tabulka ukazuje požadavky na elektřinu, na teplo a celkové (jako ekvivalenty) požadavky pro celou spalovnu, vyjádřené na tunu upravovaného odpadu: Typ požadované energie Elektřina (celková) Teplo (celkové) Celkové požadavky (ekvivalenty) Jednotky MWhe/t odpadu GJe/t odpadu MWhe/t odpadu GJe/t odpadu MWhe/t odpadu GJe/t odpadu Minimum Průměr Maximum 0,062 0,223 0,021 0,076 0,155 0,558 0,142 0,511 0,433 1,559 0,575 2,070 0,257 0,925 0,923 3,366 1,116 4,018 Tab. 3.47: Požadavky na elektřinu, teplo a celkové požadavky 50 zkoumaných evropských spaloven tuhého komunálního odpadu na tunu upravovaného odpadu [Energysubgroup, 2002 # 29] 285 Spotřeba energie zařízením se liší také podle výhřevnosti odpadu. To je způsobeno zvláště díky zvýšeným objemům odpadu s vyšší čistou výhřevností požadujících větší kapacitu zařízení na čištění spalin. Vztah je ukázán v následujícím grafu: Legenda: Electric consumption - spotřeba elektřiny Obr. 3.20: Graf nárůstu spotřeby elektřiny v zařízení v souvislosti s růstem čisté výhřevnosti odpadu 3.5.6 Údaje porovnávající požadovaný energetický vstup a energetický výstup zařízení Pro srovnání spotřeby zařízení s celkovou mírou obnovy energie lze použít řadu různých metodik . V tomto případě, vyvinutém podskupinou pro energii BREF TWG je porovnávána energie požadovaná pro úpravu odpadu s energií z odpadu obnovenou. Pro porovnání poměru vstupní a výstupní energie jsou používány i jiné ukazatele. Potenciál efektivity zařízení (Plef) poskytuje číslo, které porovnává energii exportovanou z procesu, s energií, kterou samotné zařízení vyžaduje pro svůj provoz: Plef = (Oexp – (Er + Eimp))/(Er + Eimp + Ecirc) Kde: Er = roční energetický vstup do zařízenív podobě neodpadních paliv, která navyšují produkci páry (GJ/rok) Eimp = roční dovážená energie (poznámka: energie z upravovaného odpadu (Ew) není zahrnuta) Ecirc = roční cirkulující energie (tj. vyrobená, ale zároveň spotřebovaná, zařízením) Oexp = roční vyvezená energie (kombinované celkové teplo plus elektřina jako ekvivalenty) Poznámka: jelikož jsou přidávány rozdílné typy energie (elektřina a teplo), jsou všechny údaje vypočítávány jako ekvivalenty spotřeby. Vyvezená (např. prodaná) energie mínus dovezená energie je dělena celkovým energetickým požadavkem spalovacího procesu, včetně čištění spalin, výroby tepla a elektřiny. Jelikož 286 výpočet nebere v úvahu obsah energie v odpadu, umožňuje pouze porovnání efektivit spaloven upravujících podobný odpad. Následující tab. 3.48 ukazuje výsledky výzkumu podskupiny pro energii TWG: Typ procesu CHP kombinovaná produkce tepla a elektřiny Počet zkoumaných spaloven Minimum Průměr Maximum 50 0,6 2,0 7,1 8 0,6 1,2 1,6 15 1,0 2,8 7,1 Plef (CHP) Pouze elektřina Plef (elektřina) Pouze teplo Plef (teplo) Poznámka: Jelikož výpočet nebere v úvahu obsah energie v odpadu, umožňuje pouze porovnání efektivit spaloven upravujících podobný odpad (s podobnou výhřevností). Tab. 3.48: Poměr vyvážené a spotřebované energie pro různé spalovny odpadů Zdroj [Energysubgroup, 2002 # 29] Tam, kde je výsledek vyšší, než 1, spalovna vyváží více energie získané z odpadu, než vyžaduje na provoz spalování odpadů. Tam, kde je výsledek nižší než 1, používá spalovna více energie na proces spalování odpadů, než kolik energie z odpadů obnoví. Takovou situaci si můžeme představit u spalovny upravující odpad s velmi malou výhřevností. Tento výpočet nevyžaduje znalost energetického obsahu odpadu. Výsledky však budou ovlivněny obsahem energie v odpadu a lze předpokládat, že odpady s vyšším obsahem energie budou mít za následek větší export energie, a tedy vyšší hodnoty Plef. 3.6 Hluk Tab. 3.49 popisuje zdroje a hladiny hluku, vytvářeného spalovacím zařízením, spolu s některými zařízeními používanými na snižování hluku: Oblast týkající se hluku / hlavní emitory Dodávání odpadu, např. hluk nákladních automobilů atd. Šrédrování Bunkr odpadu Budova s kotlem Hladina hluku LWA v dB(A) Opatření na snižování hluku Vyklápěcí hala ze všech stran uzavřená Nůžky ve vyklápěcí hale Hluková izolace budovy plynobetonem, vraty s těsnou konstrukcí Ohrazení svazkovou konstrukcínebo plynobetonem, ventilační kanály 104 – 109 95 – 99 79 – 81 78 – 91 287 Strojovna Čištění spalin: − suchý odlučovač prachu − pračka plynů − sací ventily − komín − celkový systém čištění spalin Nakládání se zbytky: − vypouštění pecního popele − nakládka zbytků − odvoz ze spalovny − celkový management zbytků z odpadu Chladič vzduchu Zařízení na přeměnu energie s propojovacími tlumiči, těsnící vrata Použití nehlučných ventilů, protihlukově izolovaného potrubí, protihlukové izolace budovy, jak bylo popsáno výše Protihluková izolace, ohrazení zařízení např. pomocí plátů s lichoběžníkovým zvrásněním, použití zvukotěsných krytů pro sací ventily a tlumiče komínu 82 – 85 82 – 85 82 – 85 82 – 84 84 – 85 89 – 95 71 – 72 73 – 78 (den) Ohrazení, nakládání v zásobníku 92 – 96 (den) 92 – 96 (den) 71 – 72 (den) Tlumiče na stranách sání a tlaku (viz. také BREF o chladicích systémech pro další informace) Nízkohlučný design, se speciálně konstruovanou protihlučně zajištěnou budovou Celková hladina LWA spalovny den noc 90 – 97 71 – 80 105 – 110 93 - 99 Poznámka: den/noc ukazuje, že provoz obvykle probíhá v průběhu noci nebo dne Tab. 3.49: Zdroje hluku ve spalovnách odpadů [1, UBA, 2001] Za použití výše popsaných opatření na snižování hluku mohou být bezpečně dosaženy emisní limity hluku, dané pro jednotlivé projekty podle místních podmínek za dne i v noci. Hluk je také vytvářen v průběhu konstrukční fáze. Ta může způsobit značné vystavení hluku okolních obytných oblastí, v závislosti především na umístění. Tři hlavní fáze stavby jsou obvykle stejně významnými zdroji hluku: • • • hloubení jámy pokládání základů (včetně beranění) a vztyčování vnějšího pláště budovy. Lze použít patřičná opatření, jako například omezení provozních hodin, zvláště v noci, použití nízkohlučných stavebních strojů a dočasná stavební opatření izolace proti hluku. V některých členských státech pro tento účel již existuje konkrétní legislativa. [1, UBA, 2001], [2, infomil, 2002], [64, TWGComents, 2003] 288 3.7 Další provozní zdroje Tato část popisuje některé další látky spotřebovávané spalovacím procesem a podává dostupné údaje. Tab. 3.51 na konci této části poskytuje data týkající se množství různých látek spotřebovávaných spalovnami nebezpečného odpadu. 3.7.1 Voda Voda je ve spalovnách odpadů spotřebovávána především na čištění spalin. Suché systémy spotřebovávají nejméně vody a mokré systémy obvykle nejvíce. Polomokré systémy spadají mezi ně. Typická množství odpadní vody ze spaloven tuhého komunálního odpadu se pohybují okolo 250 kg/t upravovaného odpadu (mokré praní plynů a další technologie na čištění spalin poskytují jiná čísla). Pro mokré systémy je možné snižovat spotřebu zvláště opětovnou cirkulací čištěné odpadní vody, jako vody pro praní plynů. To se může dít jen do určité míry, jelikož v opětovně cirkulující vodě se může vytvářet určité množství solí. Použití skrubrů s kondenzačním chlazením je další prostředek, kterým může být voda odstraněna z proudu spalin, a po čištění může opětovně cirkulovat do praček. Problémem však zůstává tvorba solí. Procesy bez kotlů schopných obnovovat energii mohou mít mnohem vyšší spotřebu vody. Je to způsobeno tím, že požadované chlazení spalin je prováděno pomocí vstřikování vody. V takových případech je pozorována míra spotřeby vyšší než 3,5 tun vody/tunu odpadu (Belgie 2002). zařízení s rychlým chladícím systémem (např. spalovny nebezpečného odpadu ve Velké Británii) mohou používat až 20 tun vody na tunu spáleného odpadu. Spotřeba vody systémů na čištění spalin ze spalování nebezpečného odpadu je kolem 1 – 6 m3 na tunu odpadu; a pro kaly je kolem 15,5 m3 na tunu odpadu. [74, připomínky TWG, 2004] 3.7.2 Další provozní zdroje [1, UBA, 2001] Následující stupně spotřeby (a zbytkových produktů) mohou být vypočítány z jejich stechiometrických reakcí v průběhu čištění spalin: Nečistota kg 1 1 1 HCl HF SO2 Nečistota Ca(OH)2 kg 1,014 1,850 1,156 NaOH Zbytkový produkt kg CaCl2 1,521 CaF2 1,950 CaSO4 2,125 Zbytkový produkt 289 HCl HF SO2 1 1 1 Nečistota HCl HF SO2 1 1 1 Nečistota NO NO2 1 1 Nečistota NO NO2 1 1 1,097 2,000 1,249 Uhličitan sodný 2,301 4,200 2,625 Amoniak 0,370 0,739 Močovina 0,652 1,304 NaCl 1,600 NaF 2,100 Na2SO4 2,217 Zbytkový produkt NaCl 1,603 NaF 2,100 Na2SO4 2,219 Zbytkový produkt nepoužitelné Zbytkový produkt nepoužitelné Poznámka: 1. pro určení přesných poměrů činidel je nezbytné vzít v úvahu počáteční hladinu emisí a cílovou hladinu emisí 2. činidla mohou být dodávána v různých koncentracích, což může tudíž ovlivnit celkové poměry spotřeby směsi činidel Tab. 3.50: Stechiometrické výpočty množství vápence použitého pro absorpci v průběhu čištění spalin (činidla vyjádřená při 100% koncentraci a čistotě) [1, UBA, 2001], [74, připomínky TWG, 2004] 3.7.2.1 Neutralizátory [1, UBA, 2001] K neutralizaci kyselin obsažených ve spalinách jsou používány NaOH, hydratované vápenné mléko. Vápenec nebo uhličitan sodný. Jejich spotřeba závisí na specifické struktuře odpadu (a tudíž na obsahu surových plynů), stejně jako na použitém technickém vybavení (spojení, míšení atd.). Co se týče hydratovaného vápence, je spotřebováváno 6 až 22 kg/t odpadu, v závislosti na typu čištění spalin a na dalších faktorech. Pokud je používán NaOH, je spotřebováváno 7,5 až 33 kg/t odpadu. [74, připomínky TWG, 2004] 3.7.2.2 Činidla odstraňující NOx Typickými činidly na odstraňování NOx ze spalin jsou amoniak, čpavková voda (25% NH3) a roztok močoviny. Posledně jmenované závisí především na výrobci, a je často nahrazováno dodatečnými aditivy. Znalost počátečních koncentrací NOx napomáhá dobře regulovatelnému procesu. [74, připomínky TWG, 2004] Použití těchto látek musí probíhat cíleným způsobem a musí být dobře řízeno, aby bylo zabráněno nadměrné tvorbě amoniaku nebo přímému úniku amoniaku. 290 Pro čpavkovou vodu je citována míra spotřeby 2,5 kg/t odpadu. Výzkumy ukázaly rozpětí od 0,5 do 5 kg/t odpadu. 3.7.2.3 Topný olej a zemní plyn Lehký topný olej (diesel), těžký topný olej (kolem 0,03 – 0,06 m3 na tunu odpadu) a zemní plyn (v rakouských spalovnách mezi 4,5 a 20 m3 na tunu odpadu) jsou používány pro zahřívání procesu a podporu hoření. [74, připomínky TWG, 2004] Jako podpůrná paliva jsou v některých spalovnách používána také odpadní rozpouštědla (obvykle s výhřevností > 25 MJ/kg). Vysoce výhřevné odpady (např. oleje, rozpouštědla, obvykle s výhřevností > 15 MJ/kg) jsou běžně používány jako podpůrná paliva ve spalovnách nebezpečného odpadu s rotační pecí. Pokud jsou spaliny znovu ohřívány pro jednotlivé kroky procesu (např. selektivní katalytickou redukci), obvykle je to prováděno zemním plynem. 3.7.2.4 Výzkumná data týkající se komerčních spaloven nebezpečného odpadu [EURITS, 2002, # 41] Níže je uveden přehled minimálních a maximálních množství aditiv v kilogramech na tunu spáleného odpadu pro zkoumané komerční spalovny nebezpečného odpadu: Aditiva CaO + Ca(OH)2 (100%), jako CaO Na(OH) (50%) CaCO3 HCl (33%) TMT-15 nebo jiný sulfid Na2S Na2S2O3 FeCl3 FeClSO4 Fe Al chlorid PE Aktivní uhlík Močovina (45%) NH4OH CaCl2 Minimum Kg/t odpadu Maximum Průměr 1,33 97 28,6 0,40 11,9 0,14 41,67 23,76 10 15,5 17,4 1,5 0,0085 0,98 0,23 0,008 0,08 0,049 0,15 1,75 0,01 0,3 3,1 0,50 2,36 0,83 4,2 0,50 0,96 1,75 1,30 19,31 3,1 3,33 2,36 0,44 1,7 0,27 0,55 1,75 0,3 3,7 3,1 2,1 2,36 Poznámka: Tato tabulka udává pouze některé referenční hodnoty a nemusí být reprezentativní pro specifická zařízení nebo metody. Tab. 3.51: Množství aditiv používaných komerčními spalovnami nebezpečného odpadu Zdroj [EURITS, 2002, # 41] 291 292 4 METODY, KTERÉ MUSÍ BÝT ZOHLEDNĚNY PŘI STANOVOVÁNÍ BAT Tato kapitola popisuje metody, které jsou obecně považovány za důležité pro dosažení vysokého stupně ochrany životního prostředí v průmyslových odvětvích. Jsou zde zahrnuty systémy řízení, procesně integrační metody a koncová měření. Dále jsou zohledněny metody prevence, kontroly, návrhu, řízení a recyklace a taktéž metody opětovného využití materiálů a energie. Metody mohou být prezentovány samostatně či společně, tak aby bylo dosaženo cílů IPPC. V dodatku IV ke směrnici je vyjmenováno několik obecných faktorů, které musejí být zohledněny při stanovování BAT, a metody v rámci této kapitoly se týkají jednoho nebo více z těchto faktorů. Vždy, když je to možné, je pro nastínění jednotlivých metod používána standardní struktura, která umožňuje jejich srovnání a srovnání s definicí BAT, která je daná směrnicí. Jelikož není možné pokrýt všechny oblasti, a díky dynamickému charakteru průmyslu a krátkodobé povaze tohoto dokumentu nelze vyloučit existenci dalších, nepopsaných, metod, které by mohly být také považovány za BAT. To budou pravděpodobně metody, které splňují či přesahují kritéria BAT, zavedené zde a v kapitole 5, které jsou používány lokálně, a tudíž poskytují konkrétní výhody v situacích, kdy se používají. Uspořádání 4. kapitoly: Tato kapitola sdružuje metody v přibližně stejném pořadí, v jakém by se objevily ve většině zařízení na spalování odpadu. Vyzdvihuje tudíž konkrétní metody, které mohou být používány v každé fázi spalovacího procesu, a které mohou vést ke zlepšení ochrany životního prostředí nebo k jiným vybodám, přímo souvisejícím se stanovováním BAT. Tab. 4.1 obsahuje názvy jednotlivých oddílů a označuje metody, tak jak byly rozděleny pro účely BREF. Číslo oddílu ve 4. kapitole 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 Název oddílu Obecné praktické metody uplatňované před tepelnou úpravou Tepelné zpracování Využití energie Čištění spalin Čištění a kontrola odpadních vod Technologie úpravy tuhých zbytků Hluk Nástroje environmentálního řízení Dobrá praxe v informování veřejnosti a komunikaci Tab. 4.1: Schéma uspořádání informací ve 4. kapitole Popis: 293 Každá popsaná metoda zahrnuje důležité informace zpřístupněné TWG, týkající se spotřebních a hladin emisí, považovaných danou metodou za dosažitelné, určitou představu o nákladech a vlivech interakce médií spojených s danou metodou a informace v rozsahu umožňujícím použít metody pro zařízení, která vyžadují povolení IPPC, např. nové, stávající, velká nebo malá zařízeni a pro různé typy opadu. Pokud je to možné, je pro nastínění každé techniky používána standardní struktura, jak je ukázáno v následující tabulce, aby bylo možné srovnání metod a objektivní srovnání s definici BAT, danou směrnicí. Samotné stanoveni BAT není zahrnuto v této kapitole, ale v kapitole 5. Tab. 4.2 obsahuje strukturu informací, která je použita v této kapitole, kdekoliv je to možné: Uvažovaný typ informace Popis Dosažené zisky pro životní prostředí Vlivy interakce médií Provozní údaje Použitelnost Ekonomika Hnací síla realizace Příklady zařízení Reference Zahrnutý typ informace Technický popis metody Hlavní dopad(y) na životní prostření jsou popsány u každé metody (proces či snížení), včetně dosažených hodnot emisí a efektivity výkonu (viz.směrnice IPPC v dodatku IV). Zisky pro životní prostředí metody v porovnání s jinými metodami. Jakékoliv vedlejší účinky a nevýhody způsobené implementací metody. Detaily problémů pro životní prostředí dané metody oproti jiným metodám. Emisní/odpadní a spotřební (suroviny,aditiva,voda a energie) výkonnostní hodnoty. Jakékoliv užitečné provozní informace, údržba a kontrola metody, včetně bezpečnostních aspektů, provozních omezení, kvality výstupu atd. Zvážení faktorů spojených se zavedením metody a se zlepšováním provozu touto metodou (např. použitelnost z hlediska prostoru, provozní specifikace). Informace o nákladech (investice a provoz) a jakýchkoli možných úsporách (např. snížení spotřeby surovin, poplatky za odpad) také ve vztahu ke kapacitě metody. Důvody pro zavedení metody (např. jiná legislativa, zlepšení kvality produkce). Příklady závodů, kde je známo, že je metoda využívána Další podrobné informace o metodě v literatuře. Tab. 4.2 Rozpis informací pro každou metodu, popsanou ve 4. kapitole Kdykoliv je to možné, poskytuje tato kapitola informace o současných aktivitách, které jsou nebo mohou být implementovány tímto sektorem, včetně aktuálních přidružených nákladů. Tam, kde je to možné, obsahuje poskytnutá informace také kontext, ve kterém je využití metody optimální. 4.1 Obecné postupy uplatňované před tepelnou úpravou 294 4.1.1 Vhodnost návrhu procesu pro přijímaný odpad Jedno z nejdůležitějších rozhodnutí provozovatele spalovny se vztahuje k výběru spalovacího (či tepelného) stupně, který bude technicky vhodný pro daný materiál, dodávaný do procesu. Jakmile je vybrán návrh, stává se provozním cílem zpracování příchozího odpadu, takovým způsobem, aby jeho vlastnosti zůstaly v rámci navrženého procesu (viz. metody popsané v oddíle 4.1.3). Stávající technologie byly obvykle navrženy tak, aby vyhověly specifickým požadavkům na zpracovaní odpadu konkrétních odpadních toků. Použití technologie navržené pro jiný typ odpadu, možná s nevhodnými vlastnostmi, může vest k velmi malému a nespolehlivému výkonu. Některá zařízení jsou navržená pro „hromadné spalování“ (tj. pro zpracování odpadu o různém složení), jiná zařízení zpracování vybraných odpadních toků s velmi úzkou specifikací. Požadovaný návrh závisí na přijímaném odpadu, který má být ve spalovně zpracováván. V případě zpracování odpadu v chybně navrženém zařízení mohou nastat významné provozní, bezpečnostní a environmentální následky. Kromě cílového výkonu (např. likvidace odpadu, energetický výkon, hladiny emisí) je obecně potřeba zohlednit při výběru metody tepelného zpracování následující technická kriteria: • • • • • • • • chemické složení a proměnlivost odpadu fyzikální složení odpadu, např. velikost částic a variabilita tepelné vlastnosti odpadu, např. výhřevnost, hladinu vlhkosti výkon a požadavky na dostupnost procesu požadavky na pecní popel a na kvalitu a složení dalších zbytků možnosti využití produktů částečné oxidace, jako je syntézní plyn či koks normy hladin emisí a vybrané systémy jejich snižování typ obnovované energie (např. teplo, elektrická energie, společná obnova tepla a elektrické energie) Kromě těchto technických kriterií je potřeba vzít v úvahu i následující kritéria, která mohou významně ovlivnit výběr konečného návrhu: • • • stupeň technického rizika provozní zkušenosti a použitelné schopnosti rozpočet. Zařízení, která jsou navržená na zpracovaní úzkého rozsahu specifického odpadu (nebo vysoce tříděného, a tudíž homogennějšího odpadu), pracují v užším rozsahu výkonnostních limitů než zařízení, která zpracovávají proměnlivější odpad. Homogennější odpad umožňuje zlepšení stability procesu a stabilnější a snáze předvídatelné složení spalin. Pokud je kvality odpadu dobře kontrolována, může být do určité míry zúžena kapacita systému čištění spalin, bez zvýšeni rizika překročení kapacity systému čištění spalin koncentracemi nečištěných plynů. Mnoho spaloven má pouze omezenou kontrolu nad přesným složením obdrženého odpadu. Provozovatelé, kteří obdržují tento druh odpadu, tudíž potřebují navrhnout procesy jako dostatečně flexibilní, aby se vypořádali s rozsahem vstupních odpadů, které mohou být do procesu dodávány. 295 [64, připomínky TWG, 2003] 4.1.2 Obecná opatření údržby Obecný pořádek a čistota přispívají k lepšímu pracovnímu prostředí a umožňují rozpoznání možných provozních problémů v předstihu. Hlavními prvky dobré údržby jsou: • využití systému k rozpoznávání a umístění/uložení obdržených odpadů v závislosti na jejich rizikovosti • prevence emisí prachu z provozních zařízeních • efektivní řízení odpadni vody • efektivní preventivní údržba. [64, připomínky TWG, 2003] 4.1.3 Kontrola kvality příchozího odpadu 4.1.3.1 Vstupní omezení nainstalovaného zařízeni a rozpoznání klíčových rizik Popis Každé zařízení má omezení, týkající se vlastností odpadu, který může být dodáván do samotné spalovny. Ze znalosti omezení spalovacího procesu je možné získat specifikaci vstupního odpadu, který poukáže na maximální a žádoucí vstupní rychlosti . Potom je možné rozpoznat klíčová rizika, a také požadované kontroly postupu k prevenci či omezení provozu mimo tato omezeni. Faktory nastavující tato omezení jsou: • • • • návrh mechanismu na dodávání odpadu a fyzikální vhodnost obdrženého odpadu rychlost toku odpadu a ohodnocení tepelného výkonu spalovací pece dosažení požadovaných limitních hodnot emisí (např. požadované snížení nečistot) kapacita metody čištění spalin pro odstraňování jednotlivých nečistot (např. snížení rychlosti průtoku spalin, množství nečistot atd. ). Příklady rozpoznaných klíčových rizik mohou být: • • • • • • • vysoký vstup rtuti, který vede k její vysoké koncentraci ve spalinách vysoký vstup jódu či brómu, které vedou k jejich vysokým koncentracím ve spalinách velká proměnlivost obsahu vlhkosti či výhřevnosti, které vedou k nepravidelnostem v průběhu spalovacího procesu vysoká nakládka chlóru přesahující kapacitu systému čištění spalin vysoká nakládka síry přesahující kapacitu systému čištění spalin náhlá změna v chemickém složení spalin, která ovlivňuje funkci systému čištění spalin fyzicky objemné součásti blokují systém dodávání odpadu a přerušují obvyklý provoz 296 • přílišné tvoření strusky/usazenin v částech kotle při dodávání určitého typu odpadu, např. je zaznamenáno, že vysoké koncentrace Zn v odpadu (kontaminovaný dřevěný odpad) způsobují při prvním průchodu kotlem mimořádnou tvorbu strusky. Jakmile jsou zavedena teoretická a skutečná rizika (tj.rizika vyskytující se v provozu), může provozovatel vyvinout cílenou strategii kontroly k omezeni rizik, např. pokud jeho zkušenost naznačuje, že zařízení může překročit hodnoty emisí HCl, může se pokusit regulovat zdroje s nejvyšší koncentrací Cl v odpadu dodávaného do spalovací fáze, a/nebo navrhnout provozní rysy použitého čištění kyselých plynů v rámci systému čištění spalin. Dosažené zisky pro životní prostředí Používání této metody pomáhá zajišťovat hladký a stabilní provoz spalovny a omezuje nutnost reaktivních a nouzových provozních zásahů. Vlivy interakce médií Zavedení postupů vstupních procesních omezeni vede k odstraňovaní odpadu, který nezapadá do zavedené specifikace. Tyto odpady jsou tudíž odkloněny ze spalovacího procesu na jiný typ zpracování odpadu. Výsledný typ a velikost vlivů interakce médií závisejí na typu a výkonu alternativního zpracování. Provozní údaje Viz. výše uvedený popis. Použitelnost Použitelné pro všechny spalovny odpadu, zejména pro ty, které odebírají odpad z různých zdrojů, nebo kde je široká specifikace odpadu, případně kde je náročné kontrolovat specifikaci odpadu (např. obchodní spalovny nebezpečného odpadu). Stávající zařízení mají výhodu zkušeností a znalostí situací se kterými se střetly během svého provozu. Nová zařízení se mohou poučit z provozních znalostí podobných stávajících zařízení a následně si upravit a vyvinout vlastní provozní postupy, které budou založené na jejich konkrétních provozních zkušenostech. Zařízeni s rozsáhlým skladováním a vybavením na předběžnou úpravu odpadu mohou přijímat odpad, který je původně mimo specifikaci spalovací komory, a poté si jej upravit tak, aby těmto požadavkům vyhověl. Zatímco obchodní spalovny nebezpečného odpadu jsou často stavěny tak, aby mohly přijímat jakýkoliv druh nebezpečného odpadu, to samé neplatí pro mnoho jiných zařízení, včetně spaloven tuhého komunálního odpadu. Některé druhy odpadu, které jsou povahově blízké KTO, jsou zpracovávány v některých spalovnách tuhého komunálního odpadu, např. komerční odpad, některé nemocniční odpady a splaškové kaly. Zařízení může vyžadovat některé úpravy, aby bylo vhodně vybaveno pro zpracování odpadu odlišného od hlavního přijímaného odpadu. To by obvykle zahrnovalo poskytnutí adekvátního příjmu, uskladnění a systému obsluhy. Pokud se odpad podstatně liší, mohou být požadovány vetší úpravy, např. typ spalovací pece, čištění spalin, systém zpracování odpadní vody, specifická bezpečnostní opatření a laboratorní/testovací vybavení. [64, připomínky TWG, 2003] Ekonomika Náklady nejsou přesně kvantifikovatelné. 297 Vyčlenění některých toků/druhů odpadu může snížit příjem. Navíc mohou být požadovány určité investice na zavedeni metod, které jsou schopny takový odpad rozpoznat a řídit, např. analýza, předběžná úprava. Hnací síla realizace Požadována je dobrá znalost provozních omezení, aby bylo možné zhodnotit a vybrat vstupní kontrolní postupy, a tudíž odhadnout celkový výkon provozu. Příklady zařízení Zavedená praxe, zejména ve spalovnách nebezpečného odpadu. Tato metoda je také používána v mnoha evropských spalovnách tuhého komunálního odpadu k rozpoznání a možnému vyřazení nežádoucích typů odpadu. Reference [55, návštěvy EIPPCB v zařízeních,2002] [64, připomínky TWG, 2003] 4.1.3.2 Komunikace s dodavateli odpadu pro zlepšení kontroly kvality vstupního odpadu Popis Odpady jsou obvykle přijímány z mnoha zdrojů, které může provozovatel jen omezeně kontrolovat. Pokud provozovatel rozpozná určité odpady, látky, vlastnosti odpadu nebo jednotlivé zdroje, které mohou způsobovat nebo způsobují provozní problémy, může sdělení zájmů provozovatele lidem, kteří produkují a dodávají tento odpad napomoci celému řetězci zpracování odpadu. Příkladem může být oddělené sbírání odpadu obsahujícího Hg, jako jsou baterie nebo zubní amalgám, snižující množství rtuti v KTO. Typ použité metody a stupeň jejího využití závisí na stupni rizika a frekvenci a povaze provozních potíží. Obecně čím větší variabilita druhu, složení a toků odpadu, tím větší úsilí je nutné při vstupní kontrole odpadu. Dosažené zisky pro životní prostředí Předcházení příjmu nevhodného odpadu nebo kontrola dodávek odpadu, který se těžko zpracovává nebo vyžaduje speciální zacházení, mohou snížit provozní problémy a předcházejí tedy zvýšeným emisím. Vlivy interakce médií Některé odpady budou muset být odkloněny ze spalovacího procesu k jinému způsobu zpracování odpadu. Provozní údaje Použitelnost Tato metoda může být použita ve všech spalovnách odpadu, největší využití má však v zařízeních, která přijímají odpad z různých zdrojů a s širokou, či těžko kontrolovatelnou specifikací (např. obchodní spalovny nebezpečného odpadu). Procesy, které jsou navrženy na příjem odpadu v úzkém, dobře definovaném rozsahu, potřebují zajistit dostatečnou kontrolu klíčových látek dodávaných do procesu. 298 Stávající provozy mají výhodu poučení reálných situací, které nastaly během provozu. Ekonomika Možné úspory díky prevenci provozních problémů. Hnací síla realizace Postupy kontrolující vstupy mohou snížit rizika provozních potíží a s tím spojených úniků. Příklady zařízení Zavedená praxe, zejména ve spalovnách nebezpečného odpadu. SELCHP (jihovýchod Londýna, Velká Británie) spalovna tuhého komunálního odpadu rozpoznala zdroje sádry (síranu vápenatého), která narušovala proces. V Cann (Francie) proběhla úspěšná informační kampaň ke snížení obsahu Hg v KTO. Reference [64, připomínky TWG, 2003] 4.1.3.3 Kontrolování kvality přijímaného odpadu na straně spalovny Popis Prostředkem kontroly kvality přijímaného odpadu, a tudíž stabilizace spalovacího procesu v rámci navržených parametrů, může být sada jakostních požadavků, určených pro odpad dodávaný do spalovací komory. Požadavky na kvalitu odpadu mohou být odvozeny z porozumění provozních omezení procesu, jako jsou: • • • • • • kapacita výkonu spalovny fyzické požadavky podavače (velikost částic) kontroly využívané ve spalovacím procesu (např. využití čisté výhřevnosti, produkce páry, obsah O2 atd.) kapacita systému zpracování spalin a odvozené maximální vstupní koncentrace/rychlosti nezpracovaných plynů limitní hodnoty emisí, které je nutné splnit požadavky na kvalitu pecního popela. Odpady mohou být uloženy, smíšeny nebo namíchány (což je v některých zemích omezeno legislativou), aby bylo zajištěno, že konečný odpad, dodávaný do spalovací komory, spadá do odvozených jakostních požadavků. Klíčové látky/vlastnosti, které budou obvykle pro zpracování vyžadovat umístění zvláštních postupů, souvisejí s rozdíly v koncentraci a distribuci následujících položek v odpadu: • • • • rtuti, alkalických a těžkých kovů jódu a brómu chlóru a síry rozdílech ve výhřevnosti/obsahu vlhkosti 299 • • • kritických organické nečistot, např. PCB fyzikální konzistence odpadu, např. splaškových kalů mísitelnosti různých typů odpadu Výsledky CEN/TC 292 a CEN/TC 343 mohou být významné z hlediska provádění vzorkování těchto látek v odpadu. Dosažené zisky pro životní prostředí Snížení emisí do spalin díky: • • • • hladkému průběhu procesu účinnému spalováni zlepšení obnovy energie vyrovnanějším koncentracím nezpracovaných plynů, a tudíž zlepšenému provozu zařízení na čištění spalin snížením prášivosti a nánosů v kotli. Vlivy interakce médií Příprava a uskladnění odpadů může vést k nechtěným emisím, které budou vyžadovat zpracování Provozní údaje Žádné informace. Použitelnost Všechna zařízeni si musejí odvodit vlastni sady klíčových vstupních omezeni, zavést vhodná přijímací omezení a případně předběžnou úpravu odpadu pro zajištění dodržování těchto omezení. Tento požadavek bude nutný především tam, kde se pracuje s vysoce různorodým složením odpadu (např. obchodní spalovny nebezpečného odpadu) a v provozech s menší kapacitou z důvodu nižší nárazové provozní kapacity. [64, připomínky TWG, 2003] Hlavní výhody a uplatnění nachází tato metoda ve spalovnách nebezpečného odpadu, ačkoli v některých zemích (např. v Rakousku) je zavedena ve všech spalovnách. Ekonomie Žádné dodané informace. Hnací síla realizace Pomáhá zajišťovat vhodnost materiálu dodávaného do procesu, a tedy umožňuje regulaci emisí a spotřeby v rámci požadovaných parametrů. Příklady zařízení Používáno hlavně ve spalovnách nebezpečného odpadu v Evropě. Reference [25, Kommunikemi, 2002] [64, připomínky TWG, 2003] 300 4.1.3.4 Ověřování, vzorkování a testování příchozího odpadu Popis Tato metoda zahrnuje využití vhodného režimu pro hodnocení příchozího odpadu. Prováděná hodnocení jsou vybrána tak, aby zajišťovala: • • • vhodný rozsah přijímaného odpadu pro dané zařízení zda je třeba speciální nakládání/uskladnění/čištění/odstranění odpadu pro přepravu na jiné místo zda odpady odpovídají popisu dodavatele (ze smluvních, provozních či zákonných důvodů) Použité metody se pohybují od jednoduchého vizuálního hodnocení až k úplné chemické analýze. Rozsah zavedených procedur bude záviset na: • • • • • • • povaze a složení odpadu heterogenitě odpadu známých potížích s odpady (určitého druhu či z určitého zdroje) specifických vlastnostech daného zařízeni (např. o určitých látkách je známo, že způsobují provozní problémy) tom, zda je odpad známého či neznámého původu existenci či absenci jakostní specifikace odpadu tom, zda byl odpad již zpracováván a na předchozích zkušenostech s ním. Níže (v provozních údajích) jsou uvedeny příklady postupů. Dosažené zisky pro životní prostředí Rozpoznání nevhodného odpadu, látky či vlastnosti v předstihu může snížit provozní problémy, a tudíž předejít dalším únikům. Vlivy interakce médií Žádné důležité negativní vlivy interakce médií. Provozní údaje Druh odpadu Příklad použitých metod Poznámky • vizuální kontrola v zásobníku Průmyslové a komerční • bodová kontrola jednotlivých dodavatelů náklady mohou zvyšovat Smíšený komunální pomocí oddělené vykládky riziko a vyžadují vetší odpad • vážení přijímaného odpadu pozornost • detekce radioaktivity • vizuální kontrola Přetříděný komunální odpad a • pravidelné vzorkování a analýza palivo z odpadu klíčových vlastností/látek • vizuální kontrola V tomto sektoru jsou zvláště důležité rozsáhlé a účinné • kontrola korespondence informací z průvodních papírů v porovnání s obdrženým postupy. Nebezpečný odpad Zařízení přijímající jeden odpadem tok odpadu mohou zavést • vzorkování/analýza všech zásobníků a zjednodušené postupy. náhodná kontrola bubnových nákladů 301 Druh odpadu Čistírenské kaly Klinický odpad Vedlejší živočišné produkty Příklad použitých metod Poznámky • rozbalení a kontrola zabalených nákladů • hodnocení spalovacích parametrů • směšovací testy kapalných odpadů před jejich uskladněním • kontrola bodu vznícení odpadů v zásobníku • prověřování vstupního odpadu na prvkové složení např. použitím EDXRF • pravidelné vzorkování a analýza klíčových vlastností a látek Vhodnost metody je závislá na druhu splaškového kalu, • kontrola tvrdosti materiálu, např. např. nezpracovaný kal, kameny/kovy/dřevo/plasty před čerpáním, vyhnilý kal, zoxidovaný kal odvodňováním a sušením • kontrola provozu, aby byl přizpůsoben atd. rozdílným kalům • kontrola korespondence informací Vzorkování se nedoporučuje z průvodních papírů v porovnání s obdrženým z důvodu rizika infekce. odpadem Kontrola je vyžadována na dodavateli odpadu • prověřování radioaktivity • kontrola korespondence informací Vzorkování se u vysoce z průvodních papírů v porovnání s obdrženým rizikových materiálů odpadem nedoporučuje • vzorkování/testování málo rizikového z bezpečnostních důvodů. materiálu na obsah tuku a vlhkosti Tab. 4.3: Některé kontrolní a vzorkovací metody používané na různé druhy odpadu. [1, UBA, 2001, 2, infomil, 2002, 41, EURITS, 2002], [64, připomínky TWG, 2003] Použitelnost Nejrozsáhlejší vzorkovací a analytické postupy jsou vhodné, pokud jsou složení a toky odpadu velmi proměnlivé (např. obchodní spalovny nebezpečného odpadu), nebo tam, kde jsou známy nějaké problémy, např. s určitým druhem či tokem odpadu. Ekonomika Při používání těchto metod náklady prudce rostou s rozsahem a komplexitou použitých postupů. Náklady na vzorkování, analýzu, uskladnění a požadovaný čas na další zpracování mohou představovat důležitý podíl provozních nákladů, zájmena ve spalovnách nebezpečného odpadu, kde je potřeba zavést rozsáhlé vzorkovací a analytické režimy. Hnací síla realizace Lepší kontrola procesu umožňuje lepší ochranu provozu. Příklady zařízení Velmi používané po celé Evropě. Reference [40, EURITS, 2003] a pojednání v tomto oddíle. [64 připomínky TWG, 2003] 302 4.1.3.5 Detektory radioaktivních materiálů Popis Ačkoli radioaktivní materiály nejsou v IPPC vysloveně regulovány, mohlo by zahrnutí radioaktivních zdrojů nebo látek do odpadu vést k provozním a bezpečnostním problémům. V přirozeném prostředí se vyskytují velmi nízké stupně radioaktivity na “pozadí”, a tudíž je radioaktivita obsažena i v odpadu, avšak tato množství nemusejí být speciálně detekována a regulována. Některé odpady však obsahují zvýšené riziko radioaktivity, a to zejména u materiálů, které jsou radioaktivitě vystaveny. Některé nemocniční a průmyslové odpady mohou tudíž běžně či příležitostně obsahovat určité radioaktivní toky nebo mohou být kontaminované, ačkoli zahrnutí těchto toků do komunálního odpadu a problematická kontrola směsného odpadu mohou vést k radioaktivitě i u dalších odpadů. Radioaktivní materiály mohou být detekovány pomocí speciálních detektorů, umístěných například u vstupu do zařízení. Také mohou být prováděny testy nákladů odpadu s vyšším rizikem kontaminace. Tyto testy jsou speciálně prováděny, pokud je přijímán náklad na bázi maximální hladiny kontaminace. Tyto maximální stupně jsou odvozené ze znalosti životnosti zpracovávaných izotopů a konkrétního procesu, který je obdržuje, a ze zvážení limitních hodnot kontaminace, povolených k vypouštění do půdy, ovzduší a vody. Jedním z používaných typů detektorů jsou plastické scintilační detektory, používané na fotony z gama radionuklidů a v menším rozsahu i z beta radionuklidů. Radionuklidy jsou běžně naměřeny v klinickém a laboratorním odpadu a v odpadu, kde je technicky zvýšený poddíl výskytu přírodního radioaktivního materiálu. Důležité jsou také kontroly na místech, kde hrozí smíšení radioaktivního opadu a běžného odpadu (někdy je to prováděno pro zabránění vysokým nákladům spojených se zpracováním radioaktivního odpadu). Dosažené zisky pro životní prostředí Prevence kontaminace provozu a prevence vypouštění radioaktivních látek. Kontaminace zařízení může vést ke zdlouhavému a nákladnému odstavení provozu z důvodu provedení dekontaminace. Vlivy interakce médií Hlavním problémem je management odpadu, který je rozpoznán jako radioaktivní, ale není u něj povolený transport a ani další zpracování. Aby se předešlo takovýmto situacím, je výhodné navrhnout plány a postupy na zpracování jakéhokoliv radioaktivního materiálu. Provozní údaje Dobré zkušenosti byly zaznamenány v provozech s kontrolními bránami pro detekci radioaktivního materiálu, poté, co tyto brány rozpoznaly, že obdržený KTO příležitostně obsahoval radioaktinii materiál. [64, připomínky TWG, 2003] Použitelnost Použitelné ve spalovnách, kde je přijímán heterogenní odpad od mnoha dodavatelů. Méně použitelné, pokud jsou toky a variabilita dobře známé a regulované, nebo pokud je příjem radioaktivního materiálu ohodnocen jako nízký. Ekonomika Investiční náklady na instalaci detektoru jsou přibližně 25 000 - 50 000 EUR. 303 Hnací síla realizace Snížení tolerovaných hodnot nízkých stupňů radioaktivity podporuje využití této metody. Tyto limitní hodnoty se mohou v různých spalovnách lišit podle legislativních požadavků. V některých členských státech, např. ve Francii, podporuje směrnice o spalovnách tuhého komunálního odpadu instalaci detektoru radioaktivního materiálu (s několika málo výjimkami). Příklady zařízení Používáno u nebezpečných odpadů a v některých zařízeních komunálního odpadu. Reference [40, EURITS, 2003] a pojednání v tomto oddíle. [64, připomínky TWG, 2003] 4.1.4 Uskladnění odpadu Základní principy uskladnění odpadu jsou načrtnuty v BREF o uskladnění, jsou použitelné pro uskladnění odpadu a mělo by na ně být odkazováno jako na obecný průvodce k metodě. Jelikož však odpady často mají špatně definované či neznámé složení, je pro omezení těchto neznámých rizik často nutné zavést další metody zlepšující bezpečnost uskladnění. Tato část BREF se tudíž soustředí na specifické metody, které se přímo týkají odpadu, spíše než na obecnější aspekty uskladnění odpadu. 4.1.4.1 Nepropustné povrchy, kontrolované odvodňováni a klimatická odolnost Popis Ukládaní odpadu v prostorách, které mají nepropustné a odolné povrchy a kontrolovatelné odvodňováni, zabraňuje uvolňováni látek, buďto přímo z odpadu nebo vyluhování z odpadu. Zavedené metody se liší podle druhu odpadu, složení odpadu a náchylnosti či rizik spojených s uvolňováním látek z odpadu. Následující metody jsou vhodné k uskladnění odpadu: Druh odpadu • • Obecné problémy, • použitelné na všechny odpady • • • Metoda ukládání zapáchající materiály jsou uskladněny uvnitř, s kontrolovanou vzduchotechnikou a používají vypouštěný vzduch jako spalovací vzduch (viz.4.1.4.4) vyhrazené prostory nakládání/vykládání s kontrolovaným odvodňováním jasně označené oblasti (např. barevné značky) odvodňování z potencionálně kontaminovaných oblastí (sklad/nakládka/transport) uskladnění časově omezené podle druhu odpadu a rizika adekvátní kapacita skladů pro dočasné uložení některých odpadů je možné použití balíků či ochranných kontejnerů, v závislosti na odpadu a rizikových faktorech daného umístění 304 Druh odpadu • Pevný komunální • odpad a průmyslový odpad • neklasifikovaný jako • nebezpečný • • Pevný přetříděný KTO a palivo z • odpadu • • Objemné kapalné • odpady a kaly • • Sudové kapalné • odpady a kaly • • • Nebezpečný odpad • • • • Klinický/biologicky • nebezpečný odpad • • • Metoda ukládání požární opatření, např. ohnivzdorné stěny mezi zásobníkem a spalovací halou. nepropustné podlahy zásobníků nebo nepropustné úrovně skladovacích prostor kryté budovy obehnané zdí některé objemné složky s nízkým potenciálem znečišťování mohou být uložené bez speciálních opatření uzavřené násypníky nepropustné podlahy zásobníků nebo úrovní skladovacích prostor kryté budovy obehnané zdí zabalené či v kontejnerech mohou být vhodné k venkovnímu uskladnění bez speciálních opatření, avšak závisí to na povaze odpadu objemné hrazené tanky odolné proti útoku obruby a ventily uvnitř oddělených oblastí potrubí vedoucí z tanku do spalovny těkavé látky vybavení kontrolující exploze v potrubí, atd. skladování v uzavřených oblastech hrazené a odolné povrchy oddělené sklady podle zhodnocených rizik zvláštní pozornost vyžaduje délka úložného času automatické manipulační a nakládací zařízení čistící příslušenství na povrchy a kontejnery oddělené skladování chlazené či mrazící sklady pro biologicky nebezpečné odpady zvláštní pozornost věnovaná omezení časů skladování automatické manipulační a nakládací zařízení desinfekční vybavení kontejnerů mrazící sklady, pokud uskladnění překročí určitý časový limit, např. 48 hodin Tab. 4.4: Příklady použitelných metod ukládání pro různé druhy odpadů [64, připomínky TWG, 2003] Dosažené zisky pro životní prostředí Správné ukládání odpadu má mnoho výhod: • • • • • omezeni rizika úniku skrze bezpečné skladování prevence průsaku dešťové vody do uloženého odpadu (a tudíž omezení výhřevnosti a problémů se spalováním) prevence rozptylu větrem omezeni produkce filtrátu z výluhu odpadu (a tudíž omezení dodatečných požadavků na zpracování) omezení shlukování nečistot 305 • • • • omezeni zhoršování kvality kontejnerů (koroze a sluneční záření) omezení teplotní expanze a kontrakce uzavřených kontejnerů omezení uvolňování zápachu a možnost jeho řízení umožňuje zpracování prchavých úniků Vlivy interakce médií Požadovány další budovy a infrastruktura. Provozní údaje Nejsou poskytnuty žádné specifické informace. Použitelnost Obecné principy hodnocení typů obdrženého odpadu a poskytnutí vhodného a bezpečného úložiště jsou využitelná pro všechna zařízení (např. omezení rizika rozšíření kontaminace a omezení rizik úniků při ukládání a manipulačních). Stupeň a přesnost použitých metod závisí na obdrženém odpadu a tyto metody jsou naznačeny výše. Kapalné a nebezpečné odpady vyžadují obecně nejvíce pozornosti. Ekonomika Nejsou poskytnuty žádné specifické údaje. Hnací síla realizace Použití bezpečného ukládání odpadu je jednou ze zásadních metod účinného zpracování odpadu a prevence úniků. Příklady zařízení Používáno po celé Evropě. Příklady pozorovány v Belgii, Německu, Dánsku, Francii a Finsku. Reference Diskuse během exkurzí v zařízeních. [64, připomínky TWG, 2003] 4.1.4.2 Řízení doby uložení Omezení doby uložení může být užitečné z důvodu: • • • předcházení zhoršování kvality kontejnerů (zvětrávání, stárnutí, koroze) předcházení rozpadu organického odpadu (což jinak může vést k uvolňování zápachu, provozním a manipulačním problémům, či rizikům vzniku požáru nebo výbuchu) omezení rizika uvolnění štítků. Doby uložení mohou být omezeny: • • přecházením příliš velkým objemům uloženého odpadu regulací a řízením dodávek (kdykoliv je to možné) skrze komunikaci s dodavateli odpadu atd. 306 KTO je uložen v uzavřených budovách po dobu 4 - 10 dní, ačkoli tato doba je velmi silně ovlivněna vzorem sběru/dodávek. Protože je žádoucí, aby zařízení pracovalo kontinuálně, jsou maximální úložná kapacita, a tudíž i maximální doby uložení, určovány z maximální doby, kdy s největší pravděpodobností nebude dodán do zařízení žádný odpad. Především prázdninové termíny mohou vyústit v řadu dní, kdy není dodáván žádný odpad. [64, připomínky TWG, 2003] Omezený čas zrání odpadu v zásobníku může mít pozitivní účinky na homogenitu odpadu. Přivádět nový odpad okamžitě poté, co byl dodán, může vést k procesním fluktuacím. [74, připomínky TWG, 2004] Pokud je dodáván odpad různých typů a z různých zdrojů a je přidáván do spalovací pece tak, aby splňoval určité složení (např. v zařízeních nebezpečného odpadu), mohou být prospěšné delší časy uložení pro určité látky v konkrétních případech i několik měsíců. To umožňuje, aby byl těžko zpracovatelný odpad dodáván do systému pomalu, pokud je zároveň dostupný dostatek kompatibilního materiálu. Takováto praxe přípustná, pokud jsou látky uskladněny takovým způsobem, který zajišťuje ošetření rizika zhoršení kvality látek a kontejnerů. 4.1.4.3 Paketování či jiná ochranná balení pevného odpadu Popis Pokud je nejvyšší rychlost přijímání odpadu větší než kapacita zařízení, je odpad zabalen do plastových obalů a uložen. Stejně tak může být uložen odpad, který je dodán během údržby či v časech, kdy je zařízení mimo provoz. Díky této metodě je dlouhodobější uskladnění snazší a tato metoda dále rozšiřuje kapacitu skladů daného zařízení. Uložený odpad může být znovu zaveden do hlavního toku odpadu zařízení, když se sníží rychlost přijmu odpadu, když je vyšší poptávka po teple, nebo když stoupnou ceny energie (elektřina či teplo). Stroje a materiály, které se používají pro paketování, jsou podobné těm, které jsou používány v některých oblastech balení zvířecího krmiva. Odpad je stlačen a zabalen plastovou folií do velkých válců, které mají obvykle kolem 1 m výšky a 1 m v průměru. Kyslík uvnitř je rychle pohlcen a žádný další není dostupný, protože atmosférický vzduch se dovnitř nedostane, dokonce i když je folie potrhaná, a to z důvodu dobrého napěchování balíku. Hlavní výhodou paketování, a tudíž dlouhodobějšího skladování odpadu, je možnost umístění odpadu dodávaného rozdílnými rychlostmi a stabilní rychlost provozu. Dosažené zisky pro životní prostředí Třemi hlavními výhodami jsou: • • • Minimalizace množství odpadu, který je posílán během zastavení provozu či linky jinam, odpad může být zabalen a spálen později, když už je zařízení/linka opět v provozu Optimalizace návrhu zařízení. Zařízení může fungovat po celý rok se stabilními podmínkami nakládky. Vylepšené zhodnocení obnovené energie – uložený odpad může být spálen, když je vyšší poptávka po dodání energie či cena za dodání energie. 307 Vlivy interakce médií Je potřeba zavést vhodná opatření, aby se předcházelo následujícím rizikům, spojených s uskladněním: • • • • • Zápach Škůdci Nepořádek Nebezpečí požáru Louhování, které vzniká při průniku deště do zabaleného odpadu. Provozní údaje Umístění v centru města či v místech, která jsou přilehlá k citlivým receptorům, mohou znamenat, že se některé aspekty uskladnění (např. zápach) mohou stát problematickými nebo drahými na to, aby byly ošetřeny odpovídajícím způsobem. Tato metoda bude s menší pravděpodobností upotřebena tam, kde existuje více spalovacích linek. Toto uspořádání samo o sobě poskytuje dostatečnou úroveň provozní flexibility, tak aby naplánovaná údržba nenarušila dostupnou kapacitu spalovny. Použitelnost Použitelné, pokud dochází k ukládání odpadu a pokud mohou být zajištěna zvláštní opatření, tykající se vlivů interakcí médií (viz. výše). Použitelné na odpad neklasifikovaný jako nebezpečný, pevné průmyslové odpady a také na předběžně tříděný či smíšený KTO, ačkoli tento postup není příliš rozšířený. Není vhodné pro vysoce nebezpečné odpady, kde rizika dlouhodobého uskladnění (přímá či nepřímá) převažují nad možnými výhodami. Ekonomika Možný je vyšší příjem z většího prodeje energie během doby zvýšené poptávky/ceny. Cílem této metody je zajistit, že během určité doby, např. jednoho roku, dojde k omezení nákladů z důvodu nárůstu příjmů, které jsou zajištěny spalováním odpadu v době, ve které by jinak možná nebyly dodávky, nebo zajištění spalování odpadu za vyšší poptávky po dodávkách energie(a tudíž i za vyšší ceny). Tato metoda má tedy nejpravděpodobnější ekonomický užitek tam kde je a) prodáváno teplo b) kolísavý trh s energií. Hnací síla realizace Proměnlivá cena energie vytváří situaci, kdy může být žádoucí spuštění další kapacity spalovny, aby byly pokryta tato poptávka – uložený odpad může být použit během této doby. Místa se sezónním osídlením (např. prázdninové oblasti) mohou produkovat velmi rozdílná množství spalitelného odpadu v závislosti na období. Ukládání odpadu umožňuje dostatečnou flexibilitu, takže odpad může být využit, když je volná spalovací kapacita či pokud je dodatečná poptávka po energii. Příklady zařízení Metoda je používaná v různých evropských spalovnách komunálního odpadu, např. ve Švédsku a Francii. 308 Reference [28,FEAD,2002] [64, připomínky TWG, 2003] 4.1.4.4 Extrakce spalovacího vzduchu ze skladovacích míst z důvodu regulace zápachu, prachu a nežádoucích úniků Popis Dodávky vzduchu (primární či sekundární) spalovny mohou být brány ze skladovacích prostor odpadu (nebo chemikálií). Kvalitním uzavřením a omezením velikosti vstupů skladovacího prostoru se může dosáhnout toho, že celý skladovací prostor bude pod mírným negativním tlakem. Omezení rizika úniků zápachu a zajištění likvidace nežádoucích úniků přímo ve spalovně. Je také možné ventilovat plyny ze skladů nezpracovaného materiálu přímo do spalovací komory či do zařízení na čistění spalin, závisí to však na povaze ventilovaného plynu. Hlavní používané metody jsou: Metoda Pevný odpad v uzavřených budovách, ze kterých je odebírán spalovací vzduch Cisterna se sacím ventilem k dodávkám spalovacího vzduchu • • • • • • • • • Použití Komunální odpad Neskladný pevný odpad a kašovitý nebezpečný odpad Palivo z odpadu Splaškové kaly Klinický odpad Další zapáchající odpad Zapáchající a těkavé nebezpečné odpady, např. odpadní rozpouštědla Zapáchající kaly, např. splaškové kaly Další zapáchající či těkavý odpad Tab. 4.5: Hlavní metody omezující nežádoucí úniky zápachu a emise skleníkových plynů [2, infomil, 2002] p 150, [1, UBA, 2001] p 36, [40, EURITS, 2003] Dosažené zisky pro životní prostředí Obecně snížení nežádoucích úniků, zápachu, emisí skleníkových plynů a hygienických rizik. Vlivy interakce médií Alternativní opatření pro nakládání a zpracování vzduchu (např. pro zápach, TOL či jiné látky dle druhu odpadu) mohou být požadována v době zastavení provozu spalovny. Dokonce i pro spalovny s více linkami, kde je obvyklé, že alespoň jedna linka stále běží, je nutné zajistit alternativní způsoby řešení a zpracování vzduchu, protože se může stát, že všechny linky budou muset zastavit provoz (např. v případě havárie, údržby jedné linky a současnému selhání jiné linky, skončení údržby, když byl odpad již dodán).[74, připomínky TWG, 2004] 309 Provozní údaje Typické požadavky na přísun vzduchu do spalovacího procesu jsou 3 000 - 10 000 m3/tunu zpracovaného odpadu, což závisí hlavně na výhřevnosti. Pokud jsou přívody vzduchu (např. dveře, atd.) do skladovacích prostorů menší (ve smyslu příčného řezu plochy), potom je vstupní rychlost vzduchu skrze tuto plochu vyšší a důsledkem bude i nižší riziko nežádoucích úniků těmito cestami. Při dodávkách ze skladů nebezpečného odpadu (především hořlavé/těkavé materiály) je nutná opatrnost, aby se zabránilo riziku výbuchu. V případě požáru v zásobníku se musí vzdušné kanály automaticky uzavřít, aby se předešlo přeskoku požáru ze zásobníku na budovu spalovny. Použitelnost Pro všechny spalovny, kde je riziko zápachu nebo úniku jiných látek ze skladovacích prostor. Zařízení, která ukládají těkavé rozpouštědla, mohou touto metodou výrazně snížit svoje emise TOL. V některých zařízeních je tato metoda používána pouze z důvodů regulace zápachu. V místech, která jsou citlivá na zápach, je potřeba použití této metody vyšší. Ekonomika U vylepšování stávajících zařízení další náklady na potrubí. Zajištění záložního systému, v případě, že je spalovna mimo provoz, má za následek zvýšení nákladů na tento systém. Hnací síla realizace Regulace nežádoucích úniků včetně zápachu. Blízkost míst citlivých na zápach zvyšuje potřebu této metody, včetně potřeby na zavedení alternativních opatření v případě nedostupnosti spalovacího procesu. Příklady zařízení Široce používáno ve spalovnách odpadu po celé Evropě. V Německu má s tímto opatřením dlouhou zkušenost až 60 spaloven nebezpečného odpadu. Reference [2, infomil, 2002] str. 150, [1, UBA, 2001] str. 36, [40, EURITS, 2003] [64, připomínky TWG, 2003] 4.1.4.5 Oddělování typů odpadu z důvodu bezpečného zpracování Popis Postupy přijímání a uskladňování odpadu závisejí na chemických a fyzikálních vlastnostech odpadu. Vhodné zhodnocení odpadu je zásadním prvkem výběru skladování odpadu a vstupních operací. 310 Tato metoda je silně spojená s kontrolou, vzorkováním a hodnocením vstupního odpadu, jak bylo popsáno v oddíle 4.1.3.4. Použité metody dělení se liší podle typů odpadů dodávaných do zařízení, schopnosti zařízení tyto odpady zpracovávat, a podle dostupnosti alternativních metod zpracování nebo úpravy před spalováním. V některých případech, především pro některé reaktivní směsi nebezpečných odpadů je z důvodu bezpečného balení, přepravy, vykládání, skladování a nakládání oddělování vyžadováno, pokud jsou materiály baleny v místě své produkce. V těchto případech je oddělení těchto materiálů pouze udržováním jejich separace, aby se předešlo tvorbě nebezpečných směsí. [64, připomínky TWG, 2003]. Typ opadu Dělící metoda • Oddělení není obvykle používáno pokud odpad, obdržený z různých toků, může být smíšen v zásobníku • Objemné složky, vyžadující předběžné zpracování, mohou být odděleny Směs komunálních odpadů • Oddělené nouzové prostory pro nevhodný odpad • Pro fluidní lože může být zapotřebí odstranění kovů k usnadnění šrédrování a zabránění ucpání • Oddělování není obvykle používáno Předběžně zpracovaný komunální odpad • Oddělené nouzové prostory pro a palivo z odpadu nevhodný odpad • Pro separaci chemicky nekompatibilních materiálů jsou zapotřebí rozsáhlé postupy (příklady jsou následující) • Voda od fosfidů • Voda od isokyanatanů Nebezpečný odpad • Voda od alkalických kovů • Kyanidy od kyselin • Hořlavé materiály od oxidačních činidel • Udržet separaci předem oddělených zabalených dodaných odpadů • Odpady obecně dobře smíšeny před dodáním do zařízení Splaškové kaly • Některé průmyslové toky mohou být dodávány odděleně a vyžadují dělení z důvodu míšení • Obsah vlhkosti a výhřevnost se mohou v závislosti na zdroji velmi lišit Klinický odpad • Oddělení rozdílných kontejnerů umožní vhodné uskladnění a 311 kontrolované dodávky do procesu Tab. 4.6. Některé metody oddělování, použité pro různé typy odpadů [2, infomil, 2002] p 150, [1, UBA, 2001] p 36, [40, EURITS, 2003] [64, připomínky TWG 2003] Dosažené zisky pro životní prostředí Oddělování nekompatibilních odpadů snižuje riziko emisí pomocí: • • Snížení rizik nehod (které by mohly vést k únikům mající dopad na životní prostředí, zdraví a bezpečnost. Umožnění vyrovnaného dodávání látek do procesu, čímž je zabráněno přetížení a selhání systému, a tudíž zastavení provozu. Vlivy interakce médií Žádné rozpoznané. Provozní údaje Ve Francii požaduje legislativa ukládání čistých kontejnerů do oddělených prostor od znečištěných. Použitelnost Není použitelné tam, kde je již odpad sebrán a dodán, takže další dělení už není zapotřebí. Ekonomika Nejsou dodány žádné informace. Hnací síla realizace Regulace nebezpečí, které by mohlo nastat z důvodu smíšení nekompatibilních materiálů, a ochrana zařízení zajištěním, že odpad dodávaný do spalovacího procesu je v rozsahu, pro něž bylo dané zařízení navrženo. Příklady zařízení Nejsou dodány žádné informace. Reference [64, připomínky TWG, 2003] 4.1.4.6 Jednotlivé značení obsahu nákladů opadu Správné značení odpadů (v souladu s Evropským katalogem odpadů), dodávaných v kontejnerech, napomáhá jejich následné identifikaci a možnosti zjištění původu. Identifikace odpadů a jejich zdrojů má následující výhody: • • • Znalost obsahu odpadu je zapotřebí pro výběr postupů zacházení/zpracování Zvyšuje provozovateli možnosti vystopování problematických zdrojů a poté mu umožňuje tyto zdroje eliminovat či kontrolovat Možnost vyhovět omezením týkajícím se typům a množství dodávaného/zpracovávaného odpadu [64, připomínky TWG, 2003] 312 Systémy čárových kódů a skenování čtečkami mohou být použity pro zabalený a kapalný odpad. Náklady na takovýto systém jsou ve srovnání s jeho výhodami nízké. Obecně jsou dodávky odpadu spojeny s vhodným popisem odpadu; příslušné stanovení tohoto popisu a samotný odpad tvoří základní část kontroly kvality odpadu. Existence těchto popisů je předepsána evropskou či jinou legislativou. Seznam nejdůležitějších parametrů značení zahrnuje: • • • • • • Jméno a adresu dodavatele Původ odpadu Objem Obsah vody a popelu Výhřevnost Koncentraci chloridů, fluoridů, síry a těžkých kovů. Příklad vhodného popisu odpadu byl vyvinut v CEN/TC 343 na “Pevná využitá paliva”. Použitelnost Hlavní využití v zařízeních na zpracování nebezpečného a klinického odpadu nebo v dalších situacích, kde je odpad skladován v kontejnerech a má různé/odlišné složení. Příklady zařízení Značení je velmi využíváno, zejména ve spalovnách nebezpečného odpadu. Reference Diskuse během exkurzí v zařízeních [64, připomínky TWG, 2003] 4.1.4.7 Použití systémů požární detekce a kontroly Popis Systémy automatické požární detekce jsou používány ve skladovacích prostorách odpadu, stejně jako pro tkaninové filtry a filtry z koksového lože, elektrické a kontrolní místnosti a další rizikové oblasti. Systémy automatické požární kontroly jsou využívány v některých případech, nejčastěji pokud jsou skladované hořlavé kapalné látky, ačkoli v některých případech je kontrolní systém nainstalován i v jiných rizikových oblastech. Pěnové kontrolní systémy a kontrolní systémy založené na oxidu uhličitém poskytují za určitých okolností výhody, např. při skladování hořlavých kapalin. Pěnové trysky jsou běžné využívané ve spalovacích zařízeních na KTO, a to v zásobníku skladu odpadu. Vodní systémy s monitory, vodní děla s možností použití vody či pěny a práškové systémy jsou také používány. Na stálých koksových filtrech, tkaninových filtrech, skladištích ropy, nebo v zařízeních nebezpečného odpadu při předběžné úpravě a nakládání do pece může být používána dusíková clona. [74, připomínky TWG, 2004] 313 Mohou být prováděna kontinuální automatická měření teploty na povrchu odpadu uloženém v zásobníku. Existují další bezpečnostní zařízení, jako jsou: • • • Trysky nad podávacím zásobníkem odpadu, Ohnivzdorné zdi oddělující transformátory a zařízení pod transformátory Plynová detekce nad jednotkou rozvodu plyn. Když je používán čpavek, vyžaduje jeho uložení specifická bezpečností opatření: detekci NH3 a zařízení na rozprašování vody k absorpci případných úniků. [74, připomínky TWG, 2004] Dosažené zisky pro životní prostředí Omezení rizik náhodných nežádoucích úniků z důvodu požáru a výbuchu. Vlivy interakce médií Spotřeba dusíku na clonu. Je nutné zabránění nekontrolovatelnému úniku vody nebo chemikálií na hašení ohně. Provozní údaje Použití dusíkové clony vyžaduje účinné provozní postupy a omezené, aby se předešlo vystavení pracovníků škodlivým vlivům. Zadušení se může objevit vně uzavřených oblastí, stejně jako uvnitř. Doplňující vizuální kontrola provozovateli může být účinným opatřením požární detekce. [74, připomínky TWG, 2004] Použitelnost Výběr vhodných požárních opatření, detekčních a kontrolních systémů je použitelný ve všech zařízeních. Ekonomika Náklady na instalaci a údržbu. Náklady na dusík, pokud je používán. Podstatným nákladům může zabránit prevence před poškozením požárem. Zařízení s požárními bezpečnostními opatřeními mohou snížit pojistné poplatky. Hnací síla realizace Bezpečnost je důležitým faktorem. Podle dnešních evropských směrnic by vybavení umístěné v explozivní atmosféře nemělo být výbušné (elektricky + mechanicky) [74, připomínky TWG, 2004] Příklady zařízení Mnoho zařízení v Evropě. [74, připomínky TWG, 2004] Reference [40, EURITS, 2003], [64, připomínky TWG, 2003] 314 4.1.5 Předběžná úprava vstupního odpadu 4.1.5.1 Předběžná úprava a míšení odpadu Popis Metody používané při předběžné úpravě odpadu mají široký rozsah a mohou zahrnovat: • • • • • Míšení nebezpečného kapalného odpadu, aby byly splněny vstupní požadavky zařízení Řezání, drcení, a stříhání baleného odpadu a objemných spalitelných odpadů Míšení odpadů v zásobníku pomocí drapáku či jiných zařízení (např. sprelling zařízení na splaškové kaly) Od různých stupňů nařezání KTO Produkce paliva z odpadu – obvykle produkováno z odděleného zdroje odpadu a/nebo dalšího odpadu neklasifikovaného jako nebezpečný. [74, připomínky TWG, 2004] Míšení odpadu může napomoci zlepšení podávání odpadu a reakce při spalování. Míšení nebezpečného odpadu může zahrnovat rizika. Míšení různých typů odpadu může být prováděno podle předpisu [74, připomínky TWG, 2004] Tuhým heterogenním odpadům (např. komunálním odpadům a baleným nebezpečným odpadům) může prospět stupeň míšení v zásobníku, který předchází podávacímu mechanismu. V zásobnících zahrnuje směšování míšení odpadu pomocí jeřábů. Pracovníci na jeřábu mohou rozeznat potenciálně problematické náklady (např. zabalený odpad, rozdělené položky, které nemohou být smíšeny a nebo by zapříčinily problémy při nakládání/podávání) a zajistit odstranění, rozřezání nebo přímo smíšení (pokud je vhodné) s dalším odpadem těchto nákladů. Tato metoda je běžně používána v komunálních zařízeních a dalších spalovnách, kde jsou dodávány dávkové nakládky odpadu na uskladnění ve společném zásobníku před spálením. Jeřáb musí mít kapacitu umožňující dostatečné nakládání a míšení při vhodné rychlosti. Obvykle jsou přítomny dva jeřáby, kdy každý z nich je schopný pokrýt míšení a podávání pro všechny spalovací linky. Pokud je spalován zvláštní odpad spolu s KTO, může vyžadovat speciální předběžnou úpravu. Klinický odpad může být dodáván ve speciálním balení. Splaškové kaly, pokud jich není malý objem, mohou na začátku vyžadovat částečné nebo úplně vysušení a obvykle speciální podávací systém, např. do násypníku, do skluzného žlabu, přímo do pece skrze boční stěny nebo nad podavačem. [74, připomínky TWG, 2004] Dosažené zisky pro životní prostředí Homogenizací odpadu se zlepšuje jeho spalitelnost, a tudíž omezují a stabilizují emise ze spalovací pece a homogenizace dále vede ke stabilnějšímu produkci páry/horké vody v kotlích. Ačkoli větší homogenita odpadu obecně zlepšuje plynulost provozu, stupeň vhodného zacházení pro daný typ odpadu závisí na povaze odpadu a na navržení daného zařízení (tj. Povede určitý stupeň heterogenity v odpadu ke konkrétním problémům v zařízení a poskytnou další metody předběžné úpravy dostatečné výhody, které převáží vlivy interakce médií a náklady?). 315 Vyrovnanější složení nezpracovaných plynů umožňuje lepší optimalizaci zpracování spalin. Vlivy interakce médií Spotřeba energie a emise z provozního zařízení na předběžnou úpravu mají široký rozsah, který závisí na povaze odpadu, používané metodě a požadované kvalitě podávaného odpadu. Například výroba lisovaného paliva z netříděného KTO vyžaduje vysoké energetické nároky (a tudíž další náklady na předběžnou úpravu), zatímco jednodušší šrédrování a míšení vybraných toků odpadu může znamenat relativné malou zátěž. Provozní údaje Bezpečnost při míšení odpadu a drtících činnostech musí být při navrhování systémů a postupů zohledněna. Především je to případ hořlavých, toxických, zapáchajících a infekčních balených odpadů v bubnech. Dusíková clona a vzduchové uzávěry na vybavení předběžné úpravy efektivně snižují rizika. Oheň a exploze jsou důležitými riziky při mechanickém třídění a míšení. Míšení KTO v zásobníku však není za normálních okolností rizikové. [74, připomínky TWG, 2004] Stroje požadované na třídění a řezaní heterogenního odpadu jsou dimenzovány na velké zatížení. Aby se předešlo selháním a ztrátě dostupnosti, je zapotřebí efektivní správa a údržba. Pro tepelné procesy pracující s KTO, který vyžaduje více než míšení, musí být pozorně zkontrolována předběžná úprava (řezání, stříhání, drcení apod.), protože ta je často slabým místem. Zvláštní kontroly by měly být při výstupu z řezačky, a to z důvodu rizika požáru šrédrovaného odpadu. [74, připomínky TWG, 2004] Míšení odpadu s cílem vyhovět stávajícím emisním normám je v některých případech zakázáno (např. Rakousko). Použitelnost Tuto metodu je možné v principu použít pro všechna zařízení, která dostávají pevné heterogenní odpady (např. netříděný komunální odpad a balené nebezpečné odpady). Podstatná a odpovídající předběžná úprava tuhého komunálního odpadu je předpokladem pro některé tepelné postupy. Šrédrování není ve spalovnách pevného komunálního odpadu příliš používáno, s výjimkou specifických spalovacích návrhů, jako je fluidní lože; někdy může být nutné dvojité šrédrování (v řadě) (např. v zařízeních na pyrolýzu v Arrasu ve Francii). Pro roštové spalovny KTO je míšení KTO v zásobníku pomocí jeřábu a drapáku považováno za základní a hojně používané. Objemné objekty však mohou vyžadovat odstranění nebo, pokud mají být spáleny, tak rozřezání. Komerční odpady a průmyslové odpady neklasifikované jako nebezpečné mohou vyžadovat zmenšení velikosti, aby byl odpad dostatečně homogenizovaný. [74, připomínky TWG, 2004] Podstatné výhody předběžné úpravy jsou nejlépe použitelné v nových zařízeních, kde může být celý spalovací proces navržen pro protříděný odpad. Výhody jednoduché předběžné úpravy jsou patrné i u stávajících zařízení, která byla speciálně navržena, tak aby umožňovala velkou flexibilitu výchozích látek a která už dosahují nízkých emisí a celkově dobrých výkonnostních stupňů. Efektivní zavedení metod předběžné úpravy, které vyžadují rozsáhlé změny ve sběru odpadu a v řetězci předběžné úpravy přecházející 316 spalovacímu procesu, budou pravděpodobně zahrnovat podstatné investice do infrastruktury a logistiky. Taková rozhodnutí budou pravděpodobně mimo rozsah jednoho zařízení a budou vyžadovat zvážení celého řetězce managementu odpadu v oblasti, ze které je odpad dodáván. Ekonomika Náklady se velmi liší v závislosti na povaze odpadu, použitých metodách a požadované kvalitě dodávaného odpadu. Viz. také komentáře v použitelnosti výše. Hnací síla realizace Lepší homogenita spalovaného odpadu umožňuje lepší stabilitu procesu, podmínky spalování a optimalizaci provozu. Emise mohou být sníženy či lépe regulovány. Spojení s místní politikou zpracování odpadu je důležité pro stanovení rozsahu opatření předběžné úpravy. Příklady zařízení Všechny spalovny tuhého komunálního odpadu v Evropě mísí KTO v zásobníku. Mnoho zařízení je vybaveno nůžkami, řezačkami nebo drtiči na objemné objekty, např. v Toulon. Sušení splaškových kalů před jejich smíšením s komunálním odpadem, je prováděno v řadě zařízení v Evropě, např. v Nice - Ariane a Bourg St. Maurice. Pokud se splaškové kaly nesuší, jsou podávány násypným žlabem spolu s KTO, např. v Thiverval, Thumaide, případně jsou do spalovací pece podávány odděleně, např. v Monaku, Bordeaux, Begles, Bordeaux Cenon. [74, připomínky TWG, 2004] Reference [40, EURITS, 2003] a osobní sdělení. [64, připomínky TWG, 2003] 4.1.5.2 Drcení směsných komunálních odpadů Popis Netříděný směsný komunální odpad může být šrédrován částečně (tj. ne na jemno) průchodem dodávaného odpadu skrze: • • • • • Nůžky Crocodile Řezačky Mlýny Rotační nůžky Drtiče. Dosažené zisky pro životní prostředí Zlepšená homogenita odpadu, což způsobí stabilnější spalování, omezení emisí a stabilnější emise ze spalovací pece. Při vyrovnaném složení nezpracovaných plynů je umožněna lepší optimalizace systému zpracování spalin. Stejně tak může být omezeno blokování podavače do spalovací komory, extrakce pecního popela a také zlepšení transportních systémů, a tedy se celkové omezení prostojů a odstávek zařízení. Bylo zaznamenáno, že řezání objemných odpadů a jejich přidání ke komunálnímu odpadu zlepšuje chod a hladiny vyhoření z 3 % TOC blíže k 1 % TOC. 317 Vlivy interakce médií Šrédrovací vybavení je mechanicky značně robustní a má následující následky: • • • • • Zvýšenou spotřebu energie na šrédrovací činnosti Potencionální hluk – je zapotřebí izolace vybavení Produkci prachu a zápachu – může být použita metoda řízeného vedení vzduchu z tohoto prostoru pro dodávky do spalovny. Další rizika nehody, ohně a výbuchu Zablokování šrédrovacího procesu může způsobit další zahajování či odstávky provozu a tím podstatně zvýšit dobu nedostupnosti provozu. Hluk, zápach a další úniky při šrédrování objemných odpadů ve spalovnách tuhého komunálního odpadu mohou být sníženy umístěním šrédrovacích zařízení do haly pro příjem odpadu. V některých případech jsou šrédrovací zařízení přímo v zásobníku, takže šrédrovaný odpad padá přímo do něj. Provozní údaje Šrédrovací systémy jsou náchylné k zablokování a fyzickému poškození, pokud nejsou odstraněny určité materiály. Pracovníci, kteří nakládají šrédrovací systémy, musí být speciálně vyškoleni, aby rozpoznali materiály a náklady způsobující potíže. Pokud jsou používány roštovací systémy, je nutné, aby šrédrovaný odpad měl dostatečnou velikost, pro zabránění nadměrnému propadání roštem. Pro rotační pece a fluidní lože obecně neexistuje požadavek minimální velikosti. Fluidní lože mají sklon k potížím při použití příliš velkých materiálů, a to obvykle z důvodu zablokování odběru pecního popela nebo podavače, někteří výrobci doporučují jako maximální velikost zhruba 50 mm. U rotačních pecí závisí velikost podávaného odpadu na velikosti otvoru bubnového podavače. Použitelnost Použitelné pro všechna zařízení, do kterých je dodáván pevný heterogenní odpad, např. netříděný komunální odpad a balený nebezpečný odpad. Možné výhody pro životní prostředí z produkce více homogenního odpadu jsou koncentrovány ve spalovacím procesu a v následujících procesech (např. čištění spalin), a proto je potřeba zvážit i případné nevýhody dalších metod zpracování opadu (viz. vlivy interakce médií výše). I když je zaznamenáno celkové zlepšení, je velmi závislé na povaze obdrženého odpadu a na zavedené spalovací technologii. Existence další předběžné úpravy odpadu v zařízení nemusí přinést žádné provozní či environmentální výhody. Roštovací spalovny s nejmenší pravděpodobností dosáhnou zásadních zlepšení pomocí intenzivního šrédrování směsného KTO, kromě hrubého šrédrování zvláště objemných součástí odpadu. Ekonomika Při hrubém šrédrování byly zaznamenány náklady v oblasti 10 EUR/tunu odpadu [16, Energos, 2002]. Citovány jsou také vyšší ceny, 30 EUR/t [64, připomínky TWG, 2003] 318 Úspory mohou být nastat díky optimalizaci provozů na čištění spalin. Tyto úspory jsou nejpravděpodobnější v nových zařízeních, kde je umožněn výběr menších provozů na zpracování spalin. Hnací síla realizace Zlepšená stabilita spalovacího procesu. Příklady zařízení Několik menších komunálních zařízení (35 000 tun/rok) v Norsku (např. Energos). Reference [8, Energos, 2002], [1, UBA, 2001], [64, připomínky TWG, 2003] 4.1.5.3 Drcení bubnového a baleného nebezpečného odpadu Popis Může být prováděna předběžná úprava baleného tekutého odpadu a baleného či objemného pevného odpadu tak, aby byla vytvořena směs ke kontinuálnímu podávání do spalovací pece. Vhodné odpady mohou být zpracovány do čerpatelného stavu, aby se daly čerpadlem vstříknout do sušárny či drtiče, nebo šrédrovány pro dodávání ke skladovému hořáku, kde jsou odděleny pevné a kapalné látky, a poté odděleně dodávat do pece pomocí drapáků a čerpadel. Palety obsahující balený tekutý odpad o nízké až středně vysoké viskozitě jsou rozdrceny na 5 až 10 cm. Takto šrédrovaný odpad může být před transportem do nádrží roztříděn. Oddělené plasty jsou dále přeposlány ke spálení, magnetické materiály jsou kvůli umytí a recyklaci odstraněny pomocí magnetů. V jiných případech není odpad dále tříděn a je rovnou čerpán jako směs tekutin a rozdrcených pevných látek do pece s ředící kapalinou, např. s odpadními oleji. Tekutý odpad je čerpán do úpravných nádrží, kde může být míšen s odpadními rozpouštědly z objemných dávek, aby vyhověl požadavkům na viskozitu před konečným čerpáním do spalovací pece. Balený a objemný pevný odpad je drcen na oddělené lince pomocí velké řezačky. Pokud je vysoká spotřeba energie drtiče, znamená to, že se konzistence směsi stává příliš pevnou na čerpání, a proto je skrze potrubí přiveden odpadní olej. Pokud je směs málo viskózní, je možné přidat pevný odpad. Pístová čerpadla jsou používána k přesunu směsi do pece. Všechno vybavení je uzavřeno pod dusíkatou clonou, aby se předešlo rizikům požáru a výbuchu. Při nakládce odpadu jsou používány vzduchotěsně uzavřené dveře. Dosažené zisky pro životní prostředí Používání kontinuálního podávání odpadu má následující výhody: • • • • Zlepšení spalovacího výkonu a snížení emisí CO a TOL Průměrné zvýšení obnovy tepla díky stabilnímu proud vzduchu k boilerům Stabilizuje podmínky pro provoz zařízení na čistění spalin Prevence exploze v peci 319 • Omezení prostojů díky žáruvzdornosti, např. omezení poškození Kovy odstraněné před spálením (viz. sekce 4.1.5.5) mohou mít lepší kvalitu než ty, které jsou odstraněny po spalovaní z pecního popele. To je především případ kovů odstraněných z vysokoteplotních operací díky většímu znehodnocení kvality kovů upravovaných v postupech po spalování. V jednom případě bylo dosaženo omezení spotřeby paliva spalovací pece o 85 %. [25, Kommunikemi, 2002] Vlivy interakce médií Spotřeba energie drtiči a čerpadly. Provozní údaje Nevýhodami jsou potřeba lepší kontroly a vyšší požadavky na kvalitu odpadu, aby bylo zabráněno poškození a prostojům drtičů. Tyto prostoje jsou kompenzovány omezením požadavků údržby spalovací pece kvůli riziku výbuchu. Použitelnost Použitelné pro spalovny, které dostávají balený nebezpečný odpad. Obecný princip zvyšování homogenity odpadu skrze přípravu odpadu může být použitelný pro všechny spalovny, kde se podstatně liší složení nezpracovaných spalin. Ekonomika Jedním příkladem může být recyklace balené oceli ze zařízení o velikosti 35 t/den, kde byl tímto způsobem vytvořen příjem 35 000 EUR/rok. Počet pracovníků, kterých je zapotřebí pro ovládání balíků s odpadem, byl snížen ze 6 na 3. Zaznamenané náklady na stavbu dvou linek: • • 35 t/d linka pro tekutý balený odpad 1990) 74 t/d linka pro pevný balený a objemný odpad 1996). = 2,9 milionu EUR (ceny z roku = 5,4 milionu EUR (ceny z roku Hnací síla realizace Zlepšené spalovací podmínky vedou ke snížení emisí. Metoda snižuje manuální zacházení s baleným odpadem, poškození a údržbu pece. Příklady zařízení Kommunikemi, Dánsko, Ekokem, Finsko Reference [25, Kommunikemi, 2002], [20, EKOKEM, 2002] [64, připomínky TWG, 2003] 4.1.5.4 Kontrolní sytém rovnoměrného dávkování pevného nebezpečného odpadu Popis 320 Samotný systém se skládá ze dvou robustních šroubových dopravníků schopných drtit a podávat pevný odpad a z uzpůsobeného podávacího zásobníku pro příjem různých typů odpadu. Bezpečností opatření jsou navržena podle požadavků zařízení. Pevný odpad je dodán do podávacího zásobníku pomocí speciálního jeřábu skrze horizontální plnící vstupy. Tyto vstupy jsou normálně zavřené, aby se zabránilo úniku plynu do okolního ovzduší. Na spodu podávacího zásobníku jsou dva hydraulicky řízené plnící šrouby, které kontinuálně dodávají odpad do výsypného žlabu skrze ohnivzdorné dveře. Ohnivzdorné dveře zabraňují zpětnému tahu v případu ohně v podávacím zásobníku. Podávací zásobník je vybaven měřením hladiny radioaktivních zdrojů horního a dolního limitu naplnění výsypky. Při horní limitu je zaslán signál k zastavení plnění podavače. Signály při nižších hodnotách zpomalí funkci šroubů, takže vždy zůstane část odpadu v izolačním pásu výsypky, kde působí jako bariéra mezi šroubem a podávacím zásobníkem. Podávací zásobník působí jako izolační pásmo, které zabraňuje: • • Úniku dusíku do pece Zpětnému tahu ohně v podávacím zásobníku Pokud není potřeba dodávat barely, může tento systém podávat odpad přímo skrze stěnu rotační pece bez použití podávacího zásobníku. Dosažené zisky pro životní prostředí Tento systém poskytuje bezpečné a spolehlivé řešení pro kontrolované a kontinuální dodávání pevného nebezpečného odpadu a snižuje hodnoty CO tím, že v rotační peci a poté i v sekundární spalovací komoře zajistí jednotné a stabilní podmínky spalování. Obecně jsou hlavními výhodami pro životní prostředí: • • • • • Kontinuální dávkování pevného nebezpečného odpadu zlepšuje kontrolovatelnost dávkování a snižuje hodnoty CO ve srovnání s hromadným dávkováním. Optimální využití spalovací kapacity rotační pece pro málo výhřevný nebezpečný odpad. Za vysokých teplot se v rotačních pecích tvoří homogenní tok roztaveného zbytkového popílku. Požární bezpečnost je v oblasti bunkru s nebezpečným odpadem zlepšena díky používání automatického hasícího systému. Zavedení kamerového monitorovacího systému umožňuje stálé sledování dodávek odpadu do rotační pece. Vlivy interakce médií Spotřeba energie šrouby podavače. Použitelnost Použitelné pro spalovny nebezpečného odpadu, které dostávají heterogenní pevný odpad. Ekonomika 321 Žádná data nebyla dodána. Kontrolované kontinuální dávkování pevného nebezpečného odpadu do rotační pece přispívá k efektivnímu využívání maximální kapacity zařízení. Hnací síla realizace Viz. environmentální výhody výše. Příklady zařízení Kontrolní systém rovnoměrného dávkování úspěšně fungoval v Ekokemu v Riihmäki ve Finsku od roku 1989, v Sakabu v Kumle ve Švédsku od roku 1993 a také v A.V.R - Chemie v Rotterdamu v Nizozemsku od roku 1996. Reference [20, EKOKEM, 2002] 4.1.5.5 Odstraňování recyklovatelných kovů před spalováním Popis Mnoho odpadů obsahuje znatelné množství železných a barevných kovů. Tyto kovy mohou být základní složkou samotného odpadu (např. nádoby na jídlo a pití v KTO) nebo je vznikají v důsledku balícího procesu odpadu do bubnů (např. nebezpečný odpad) nebo jiných kovových kontejnerů. Kde je příchozí odpad drcen, tam mohou být kovy odstraněny ještě před spalováním. Tímto je umožněna jejich recyklace. Separace kovů je dosaženo pomocí: • • • Magnetických odlučovačů pro velké magnetické materiály, např. drcené bubny Bubnové magnety pro malé a těžké magnetické položky, jako jsou baterie, hřebíky, mince apod. Proudově vířivé děličky pro nemagnetické kovy – hlavně měď a hliník, používané pro balení, a elektrické komponenty Promytí takto odstraněných kovů může být nezbytné, aby bylo odstraněno znečištění odpadem, s kterým byly v kontaktu. Nezbytnost promytí závisí na druhu znečištění, následujícím uskladnění, transportu a požadavcích recyklačních postupů. U kovů s nižším oxidačním číslem je možná jejich separace ve zplyňovacích zařízeních fluidních loží, které zpracovávají drcený směsný KTO. Zplyňovací teplota je od 500 - 600 oC a společně s fluidním ložem je umožněno objemné odstraňovaní neoxidovaných kovů z fluidního materiálu (např. písku) za využití stejné separační technologie, popsané výše. Vyčištěný materiál fluidního lože je vrácen do fluidní komory. Dosažené zisky pro životní prostředí Hlavní dosažené zisky pro životní prostředí jsou: • Obnova recyklovatelných kovových zdrojů 322 • • • Zlepšená hodnota kovů, které nebyly částečné zoxidovány při vysokých teplotách ve spalovací komoře Snížení obsahu těkavých kovů v zařízeních na zpracování spalin, což vede ke sníženému znečištění zbytků v těchto zařízeních Zlepšení kvality zbytkového popílku snížením obsahu kovu (netěkavá frakce) Vlivy interakce médií Požadované energetické nároky drtičů a separačních zařízení. Vznik eventuální spotřeby a odpadní vody z promývacího procesu (pokud je používán). Je možné, že tato kontaminovaná odpadní voda by mohla být dodávána do spalovacího procesu. Provozní údaje Provozní informace týkající se drtičů jsou podány v oddílech 4.1.5.3 a 4.1.5.2. Odstranění kovů může být pro určité tepelné procesy zásadní. Tento postup může pomoci zabránit znečistění fluidního lože a ucpávání vytékajících kovů v důsledku jejich tavení. V některých případech je pro obnovu lepší oddělit kov až po tepleném zpracování, jelikož jsou odstraněny kovy s nízkým bodem tání. Použitelnost Především pro KTO, kde efektivní sbírání těchto položek může značně snížit množství obnovitelných kovů v odpadu – provádění kroků k odstraňování těchto kovů po spalovacím procesu se nevyplatí. Ekonomika Investiční a provozní náklady spojené s drtícím a separačním vybavením. Pokud se používají spalovací komory s fluidními loži, může být drcení základní částí zařízení na zpracování různých typů odpadu (např.KTO). Ceny na místním trhu určují příjmy z recyklovaných kovů. Hnací síla realizace Požadavky a vyšší ceny za zvýšenou kvalitu produkovaného kovu zlepšují ekonomiku systému. Tam, kde existuje odbytiště pro recyklované kovy, které prošly spalováním, je menší tendence k zavádění této metody. Příklady zařízení Nebezpečný odpad: drcení a odstraňování železných bubnů – Kommunikemi, Dánsko KTO: drcení a odstraňování Fe, a dalších kovů – provozy v Rakousku KTO: příklady fluidních loží s předchozím drcením, vypuzováním kovů a separací – Asahi Clean Centre, Kawaguchi City, Tokyo, Japonsko Reference [64, připomínky TWG, 2003] 323 4.1.5.6 Předběžná a cílená příprava pevného odpadu na spalování Popis Odpad je přijímán v různých frakcích a je speciálně připraven na spalování. Příslušné drcení a odstranění hodnotných materiálů (především kovů) a sloučení jednotlivých frakcí pomocí dopravníků umožňuje produkovat standardizovaný a homogenní odpad jako paliva. Dosažené zisky pro životní prostředí Zlepšené spalování díky homogenizaci odpadu. Snížení nakládek nečistot, snížení fluktuací výhřevností a snížení emisí a spotřeby díky hladkému průběhu provozu. Intenzivní míšení odpadu před jeho dodáním do bunkru může zlepši jeho kvalitu jako paliva. Vlivy interakce médií Zápach, hluk a prachové emise z prostor předběžné úpravy a jednotlivých stupňů uskladnění. Vyšší spotřeba energie spojená s použitým zařízením. Provozní údaje Zlepšené provozní postupy mají potenciál zajistit delší životnost komponent provozu, především spalovny. Stabilnější produkce energie. Použitelnost Hlavní využití tam, kde je odpad dodáván v různých frakcích, nebo kde je efektivně upraven do požadovaných frakcí. Metoda může být užitečná především pro zařízení s úzkými vstupními specifikacemi, např. pro fluidní lože. Výhody použití této metody mohou být omezeny, pokud je zařízení navrženo jako „hromadné spalování“, např. rošty a rotační pece. Ekonomika Náklady na separaci směsného odpadu mohou být značné. Náklady mohou být sníženy zavedením účinných schémat dělení odpadu, někdy spojených s jednoduchou předběžnou úpravou, která jsou již k dispozici, což umožňuje uskladnění a míšení přímo ve spalovacím zařízení. Hnací síla realizace Dostupnost předběžně tříděných odpadních toků, např. dělením odpadu před dodáním do zařízení, které potom nemusí tento odpad dělit, a může ho taktéž oddělené uskladnit. Příklady zařízení RMVA Cologne, Německo Reference [64, připomínky TWG, 2003] 4.1.6 Přeprava a nakládání odpadu 324 4.1.6.1 Místo a výhled provozovatele Pracovníci odpadního podávacího systému potřebují mít dobrý výhled na sklad odpadu, na nakládací prostory a na mechanismy jejich monitorování. Toho může být dosaženo umístěním řídící místnosti na dohled spalovacích nakládacích prostor a využitím kamerového systému nebo jiného detekčního systému. Kamerový systém je preferován, pokud jej nevylučují konkrétní bezpečností či jiné technické důvody. [64, připomínky TWG, 2003] 4.1.6.2 Poskytnutí skladovacího prostoru pro složky odstraněné z odpadu Některé odpadní toky běžně vyžadují odstraňování určitých položek z odpadu. Většinou je tento odpad nevhodný pro zpracování v daném zařízení. Pro tyto položky jsou potřeba vhodné skladovací prostory. Viz. sekce 4.1.3. 4.1.6.3 Přímé vstřikování tekutých a plynných nebezpečných odpadů do rotačních pecí Popis Tekuté, mazlavé a plynné odpady mohou být přímo dodávány do rotačních pecí přes několik přímých linek. V roce 2002 bylo skrze linky přímého vstřikování dodáno téměř 8,5 % odpadu na tekuté bázi, spáleného v rotačních pecích. Každá rotační pec má několik přímých podávacích linek. Obecně je provoz přímého vstřikování zajištěn propojením odpadního kontejneru a podávací linky a dále je kontejner vyprázdněn natlakováním dusíkem nebo, pokud se jedná o tekutiny o nízké viskozitě, čerpadlem. Tímto způsobem je tekutý odpad dodán do procesní linky. V závislosti na výhřevnosti tekutého odpadu je tekutina vstřikována buďto do přední části rotační pece nebo do sekundární spalovací komory. Po dokončení procesu může být linka vyčištěna dusíkem, palivem, odpadním olejem či párou, což závisí na tom, která linka přímého vstřikování je používána. Jsou používány víceúčelové a jednoúčelové vstřikovací linky, především v závislosti na látkách, které mají být spalovány. Dosažené zisky pro životní prostředí Prevence difúzních emisi do ovzduší díky tomu, že je odpad dodáván plně uzavřeným systémem. Vlivy interakce médií Použití dusíku a páry. Provozní údaje Pro podávací linky jsou požadovány vhodné materiály/izolace. V některých případech je vyžadováno vyhřívání těchto linek. Kapacita rychlosti podávání závisí na faktorech spalovacího procesu (např. na tepelné kapacitě a na kapacitě systému čistění spalin), ale může být v rozsahu od 50 - 1 500 kg/h. 325 Vstřikování může probíhat přes jednoúčelovou přívodní trubku nebo přes vícepalivový hořák. Použitelnost Použitelné pro tekuté nebezpečné odpady, zejména pro ty, které představují zdravotní a bezpečností rizika při manipulaci, a kde je tudíž zapotřebí, aby pracovníci byli těmto látkám vystaveni minimálně. Ekonomika Průměrné investiční náklady na jednoúčelovou linku jsou 100 000 – 200 000 EUR. Hnací síla realizace Potřeba bezpečného zpracování toxických, zapáchajících, reaktivních a korozívních tekutin a plynů. Příklady zařízení Indaver, Antverpy (Belgie) HIM, Biebesheim (Německo) a GSB, Ebenhausen (Německo) Reference [64, připomínky TWG, 2003] 4.1.6.4 Omezení přístupu vzduchu do spalovací komory během dodávání Používání systému, který brání přístupu vzduchu do spalovací komory, pomáhá udržovat procesní stabilitu a snižuje emise. Takový systém zahrnuje: • • • • udržování plné výsypky na tuhý odpad používání uzavíracích podávacích šroubů používání uzavíracích dvojitých dveří při dávkovém nakládání používání čerpadel k přímému vstřikování tekutin a mazlavých odpadů. 4.2 Tepelné zpracování 4.2.1 Výběr spalovací technologie Popis Je požadován stupeň (či tepelného zpracování), který je technicky vhodný pro materiál dodávaný do procesu. Používání technologie navržené pro odpad s nevhodnými vlastnostmi může mít za následek velmi slabý a nespolehlivý výkon. Viz. poznámky v sekci 4.1.1, které se zabývají potřebou výběru vhodného procesu pro typ dodávaného odpadu. Tabulky 4.7, 4.8 a 4.9 poskytují srovnání hlavních používaných spalovacích technologií a faktorů, které ovlivňují jejich použitelnost a provozní vhodnost. je důležité poznamenat, že ačkoli jsou v odvětví používány, stupeň předvádění vypsaných technologií je různý, stejně jako povaha odpadu, na který byly úspěšně použity. 326 327 Provozní/environmentální Kvalita informace pecního Nevýhody/limity popele Výhody použití • široce prokázány ve velkém měřítku • robustní – nízké náklady Obecně nevhodná pro prášky, na údržbu • TOC tekutiny nebo 0,5 % až • dlouhá materiály, které 3% provozní se taví skrze rošt historie • může brát heterogenní odpad bez speciální přípravy Stejné jako u Stejné jako u vzduchem vzduchem chlazených roštů, chlazených roštů, ale: ale: • TOC • vyšší tepelné • riziko úniku 0,5 % až hodnoty díky 3% odpadu poničeného • možná je roštu lepší kontrola • vyšší složitost spalování Metody Klíčové charakteristiky odpadu a vhodnost Výkon na linku Pohyblivé rošty – se vzduchovýmchlazením • nízké až střední tepelný hodnoty (výhřevnost 5 - 16,5 GJ/t) • komunální a jiné tuhé odpady • může přijímat podíl splaškových kalů a/nebo zdravotnického odpadu s komunálním odpadem • používáno ve většině moderních zařízeních na úpravu KTO 1 až 50 t/h s většinou projektů mezi 5 a 30 t/h. Většina průmyslových použití ne méně než 2,5 či 3 t/h. Pohyblivý rošt – s kapalný m chlazením Stejné jako u vzduchem chlazeného roštu kromě: • výhřevnost 10-20 GJ/t 1 až 50 t/h s většinou projektů 5 až 30 t/h. Většina průmyslových použití ne méně 2,5 či 3 t/h. Metody Klíčové charakteristiky odpadu a vhodnost Výkon na linku Provozní/environmentální informace Nevýhody/limity Výhody použití Rošty a rotační pece Stejné jako předchozí rošty kromě toho, že: • může přijímat velmi heterogenní opad a stále dosahovat efektivního spalování • není příliš používaná 1 až 10 t/h • možné zlepšení spalování pecního popele Obecně nízká < 1 t/h • pouze pro vybraný/ předběžně tříděný • menší údržba• <3% odpad žádné s předběžně • nižší výkon pohyblivé připraveným • některé části odpadem statické rošty potřebují podpůrné Statické rošty s mechanis mem přepravy popele/odp adu • komunální odpad vyžaduje výběr či šrédrování • méně problémů s prášky např. než u pohyblivých roštů • výkon nižší než se samostatným roštem • údržba rotačních pecí Objem 4 000 až Nm3/t v odpadu. na výhř výhřevn Obvykl Nm3/t. 4 000 až Nm3/t v odpadu. na výhř Obvykl Nm3/t. Kvalita pecního popele • TOC 0,5 % až 3 % 328 O 400 Nm odp výh Obv Nm Tro u jin rošt syst pou stup spal pok pož pod palivo Tab. 4.7: Srovnání technologií spalování a tepelné úpravy a faktorů, které ovlivňují jejich použitelnost a provozní stabilitu (tab. 1/3) [24, CEFIC, 2002] [2, infomil, 2002] [10, Juniper, 1997] [8, Energos, 2002] [1, UBA, 2001] [64, připomínky TWG, 2003] Metody Klíčové charakteristiky odpadu a vhodnost Výkon na linku Rotační pece • mohou přijímat tekuté a mazlavé odpady • dodávky pevného odpadu jsou omezenější než u roštů (díky poškození používáním) • často používané pro nebezpečný odpad < 10 t/h Rotační pece (chladící plášť) Jako rotační ale: • díky vyšší teplotní toleranci možno použít odpady s vyšší výhřevností < 10 t/h Metody Klíčové charakteristiky odpadu a vhodnost Výkon na linku Fluidní bublinkov á vrstva • pouze konečně rozdělený konzistentní odpad. Omezené použití pro nezpracovaný KTO 1 až 10 t/h Provozní/environmentální informace Nevýhody/limity Výhody použití • dobře zavedené • široké spektrum Výkon nižší než odpadů u roštů • dobré spálení – dokonce i nebezpečných odpadů • dobře zavedené • mohou použít vyšší spalovací Výkon nižší než teplotu (pokud nutné) u roštů • delší životnost než u nechlazených pecí. Provozní/environmentální informace Nevýhody/limity Výhody použití • dobré míšení -opatrný provoz, aby se předešlo • popílek o vzniku vrstvy dobré nánosu vyluhovací -vyšší množství kvalitě Kvalita pecního popele Objem • TOC <3% 6-10 00 vstupníh odpadu • nízké úniky sklovité taveniny 6-10 00 vstupníh odpadu Kvalita pecního popele Objem • TOC <3% 329 Relativn než rošt • často aplikované na kaly popílku Rotační fluidní vrstva • velký rozsah tepelných hodnot (7 18 MJ/kg) • může být zpracován nahrubo nadrcený KTO • kombinované spalování kalů 3 až 22 t/h Cirkulační fluidní lože • pouze konečně rozdělený konzistentní odpad. Omezené použití pro nezpracovaný KTO • často použité na kaly/frakce z paliva 1 až 20 t/h nejvíce používané nad 10 t/h • dobré míšení/vysoká vířivost • široký rozsah výhřevnosti • vysoké spalování, suchý pecní popel • dobré míšení • větší variabilita paliva než u probublávanéh o fluidního lože • popílek o dobré vyluhovací kvalitě • požadované drcení KTO • vyšší množství popílku než u roštů • TOC <3% 4000 až Nm3/t • často 0,5 – 1 % • vírový odprašovač k ochraně materiálu lože • vyšší množství popílku • TOC <3% Relativn než rošt Tab. 4.8: Srovnání technologií spalování a tepelné úpravy a faktorů, které ovlivňují jejich použitelnost a provozní stabilitu (tab. 2/3) [24, CEFIC, 2002] [2, infomil, 2002] [10, Juniper, 1997] [8, Energos, 2002] [1, UBA, 2001] [64, připomínky TWG, 2003] Metody Klíčové charakteristiky odpadu a vhodnost Výkon na linku Oscilující pec • KTO • heterogenní odpad 1 - 10 t/h Pulsující nístějová pec Stupňové a statické nístějové pece Spalovací komora s pohazovacím • pouze odpad s vyšší výhřevností (výhřevnost > 20 GJ/t) • hlavní využití u klinického odpadu • pouze odpad s vyšší výhřevností (výhřevnost >20GJ/t) • hlavní využití u klinického odpadu • palivo z odpadu a další částice • drůbeží mrva • dřevěné odpady Provozní/environmentální informace Nevýhody/limity Výhody použití • silná – nízká údržba • vyšší tepelné • dlouhá historie ztráty než u roštové pece • nízké NOx • výhřevnost • nízká ztráta pod 15 G/t žíháním LOI pecního popele Kvalita pecního popele • TOC 0,5 – 3 % Ž in < 7 t/h • může pracovat s tekutinami a prachy • pohyb lože může být nižší • závisí na typu odpadu Ž in Žádné informace • může pracovat s tekutinami a prachy • pohyb vrstvy může být nižší • závisí na typu odpadu Ž in Žádné informace • jednoduchá konstrukce roštu • méně citlivé • pro dobře definované jednotné toky Žádné informace Ž in 330 na velikost částic než fluidní vrstva roštem Metody Klíčové charakteristiky odpadu a vhodnost Výkon na linku Zplyňovací pevné lože • směsný plastový odpad • další, složením podobné toky • zplyňování je méně používáno/prokázá no než spalování Zplyňování v proudu unášených částic • směsný plastový odpad • další, složením podobné toky • nevhodné pro netříděný KTO • zplyňování je méně používáno/prokázá no než spalování Do 10 t/h Klíčové charakteristiky odpadu a vhodnost Výkon na linku Metody Zplyňovací fluidní lože • směsný plastový odpad • nadrcený KTO • zbytky po drcení • kaly • odpady bohaté na kovy • další, složením podobné toky • zplyňování není používané/prokáza né jako spalování Do 20 t/h 5 - 20 t/h Provozní/environmentální informace Nevýhody/limity Výhody použití • omezené • málo vyluhované dodávaní zbytky odpadu • dobré spalování • neúplné při vhánění spalovaní kyslíku • vysoký stupeň • dostupnost odbornosti syntézního plynu • dehet • snížení oxidace v nezpracovaný recyklovatelných ch plynech kovů • méně prokázané • málo vyluhovaná struska • snížení oxidace recyklovatelných kovů • omezené dodávaní odpadu • neúplné spalovaní • vysoký stupeň odbornosti • méně prokázané Provozní/environmentální informace Nevýhody/limity Výhody použití • může použít • omezená nízké teploty velikost odpadu v reaktoru např. (< 30 cm) pro recyklaci Al • dehet • oddělení v nezpraco hlavních vaných plynech nespalitelných • vyšší UHV složek (výhřevnost • efektivně suché hmoty) kombinovatelné v nezpracovaný s tavením ch plynech popílku • méně prokázané • snížení oxidace Kvalita pecního popele • málo vyluhovaný zbytkový popílek • dobré spalování s kyslíkem • málo vyluhovaná struska Kvalita pecního popele • pokud je použito společně s tavením popílku, pak je zeskelnatěn komorový popílek • kvalita popílku bez komory na popílek – žádné informace 331 Pyrolitický krátký buben Pyrolitický střední buben • předběžně tříděný KTO • toky s vysokým obsahem kovů • zbytky/plasty po drcení • pyrolýza je méně používána/prokázá na než spalování • ~ 5 t/h • 5 - 10 t/h • • recyklovatelných kovů žádná oxidace kovů žádná energie spalování pro kovy/inertní látky možná kyselá neutralizace v reaktoru dostupný syntézní plyn • omezené odpady • kritická je procesní kontrola a stroje • požadován vysoká odbornost a • méně prokázané • potřeba trhu pro syntézní plyn • závisí na provozní teplotě • produkované zbytky vyžadují další zpracování někdy spálení Tab. 4.9: Srovnání technologií spalování a tepelné úpravy a faktorů, které ovlivňují jejich použitelnost a provozní stabilitu (tab. 3/3) [24, CEFIC, 2002] [2, infomil, 2002] [10, Juniper, 1997] [8, Energos, 2002] [1, UBA, 2001] [64, připomínky TWG, 2003] 332 4.2.2 Použití modelování průtoku Popis Pro vyzkoušení následků navržených vlastností mohou být využívány fyzické a/nebo počítačové modely. Mohou být zkoušeny různé parametry, včetně rychlostí plynů a teploty uvnitř pece a kotle. Také průtok plynu skrz sytém čištění spalin může být studován s výhledem na zlepšení efektivity např. jednotky SCR. Příkladem modelovacího nástroje, který může předpovídat průtok plynu, je Počítačová Fluidní Dynamika (PFD). Používání těchto modelů může pomoci při výběru návrhu, který umožní optimalizaci průtoku plynů, a tím podpoří podmínky efektního spalování a zároveň zabrání dlouhému setrvání plynu v takových teplotních zónách, kde je zvýšené riziko formování PCDD/F. Použití této metody při návrhu systému čištění spalin může zvýšit výkon tohoto systému např. zajištěním stabilního průtoku pře síť katalyzátorů SCR. Modelování bylo úspěšné použito jak u nových tak u stávajících zařízení k: • • • • optimalizaci geometrie pece a kotle optimalizaci umístění sekundárního vzduchu a/nebo vzduchu pro cirkulaci spalin (pokud je používána) optimalizace míst pro vstřikování činidel pro snižování NOx pomocí SNCR . optimalizace průtoku plynu přes jednotky SCR. Dosažené zisky pro životní prostředí Optimalizace návrhu pece může zvýšit výkon spalování, a tudíž omezit tvorbu CO, TOC, PCDD/F a/nebo NOx (tj. látek spojených se spalováním). Žádné účinky na další znečisťující látky v odpadu. [64, připomínky TWG, 2003] Snižování usazování v důsledku lokálně vyšších rychlostí spalin, pomocí modelování CFD (počítačové fluidní dynamiky) je možné zvýšit dostupnost zařízení a zlepšit obnovu energie. Zlepšení výkonu systémů snižování. Vlivy interakce médií Zlepšení výkonu ve spalovací fázi může umožnit výběr vybavení na čištění plynů se sníženými emisemi a spotřebou. Provozní údaje Zlepšení distribuce průtoku spalin podél kotle pomáhá snížit odírání a nánosy, které vedou ke korozi. Použitelnost Metoda je použitelná na: • • • nové projekty spaloven – k optimalizaci jejich návrhu stávající zařízení, kde existují obavy týkající se spalování a návrhu kotle– umožňuje to provozovateli prozkoumat a určit priority optimalizačních možností. stávající zařízení, kde se provádí změna pece/kotle 333 • • nová a stávající zařízení k prozkoumání umístění zařízení na vstřikování sekundárního/spalinového vzduchu pro opětovnou cirkulaci. provoz instalující nebo používající SCR – k optimalizaci samotných jednotek SCR. Ekonomika Optimalizační počítačová studie stojí v dané oblasti obvykle 10 000 až 30 000 EUR, v závislosti na zaměření studie a na počtu vyžadovaných simulačních běhů. Úspory v investicích a provozních nákladech mohou pocházet z: • • • výběru alternativních možností technologií systémů snižování menších/méně složitých systémů snižování nižší spotřeby systémů snižování Výše zmíněné úspory budou realizovány s menší pravděpodobností u systémů, kde je klíčovým problémem návrhu a výběru snižovacího systému přítomnost těžkých kovů nebo halogenů, např. u spaloven nebezpečného odpadu. Důvodem je, že se systém čistění spalin je v těchto případech řízen nakládkou těchto problémových látek spíše než látek bezproblémových. Značné náklady mohou být spojené s úpravou návrhu pece či kotle ve stávajícím zařízení. Hnací síla implementace Optimalizace návrhu spalovací komory pro nízké koncentrace plynných znečisťujících látek a možné snížení emisí a spotřeby. Příklady zařízení Metoda je používána: • • • • ve vývojovém stádiu ve Velké Británii k demonstraci efektivního spalování navrženého zařízení k optimalizaci navrženého spalovacího stupně v malých komunálních zařízeních v Norsku v některých nových a stávajících komunálních zařízeních v Belgii francouzská zařízení: St. Ouen (1989) – Nancy (1995) – Toulouse – St. Germain. Reference [15, Segers, 2002], [16, Energos, 2002], [17, ONYX, 2000], [64, připomínky TWG, 2003] 4.2.3 Charakteristiky návrhu spalovací komory Popis Pro některé typy pecí, včetně roštů a statických pecí, existují varianty umístění a tvaru výstupu z primární spalovací komory do sekundárních spalovacích zón. Špatný návrh by mohl vést k nevhodnému zdržení spalitelných plynů ve spalovacích zónách, a tudíž k slabému spálení plynné fáze a k vyšším emisím. 334 Návrh výstupu z první fáze spalování do plynového spalování a spalovacích zón (hrdlo) by měl vybrán podle složení odpadu a dalších částí pece, například podle typu roštu. Viz. text v oddíle 2.3.1.4 a Obr. 2.7. Při spalovaní na roštu je návrh spalovací komory těsně propojen s dodavatelem roštu. Dodavatel může optimalizovat kombinaci roštu a spalovací komory na základě zkušenosti a výkonu jejich systému. Obecně se neliší výhody či nevýhody jednoho návrhu spalovací komory od druhého – všechny jsou použitelné. Návrh spalovací komory nemůže být navíc obvykle vybrán nezávisle na výběru roštu. Společně tak tvoří jasnou a neoddělitelnou jednotku. [64, připomínky TWG, 2003] Modelování CFD (viz. 4.2.2) může být nápomocné při návrhu spalovací komory. Typ Navržené charakteristiky Souběžný či paralelní průtok • výstup do spalovací komory na konci pece • průtok plynu ve stejném směru jako odpad Protiběžný průtok • výstup do spalovací komory na začátku pece • průtok plynu v opačném směru než odpad Středový průtok • výstup do spalovací komory ve středu pece Oddělený průtok • výstup ze spalovací komory ve středu, ale je rozdělen ve střední sekci Komentáře • vhodné pro odpady s vyšší čistou výhřevností • všechny vznikající plyny musí projít skrze zóny o maximální teplotě a mají dlouhou dobu zdržení • v zážehové zóně je zapotřebí primární zahřívání vzduchu • vhodné pro odpad s nižší čistou výhřevností/vyšší vlhkostí/s vysokým obsahem popílku (jak horké plyny z nestabilních zón jdou skrze sušící zóny) • vyšší požadavky na sekundární vzduchová zařízení, aby zajištěno spálení plynu • kompromis mezi výše zmíněnými pro široké spektrum odpadu • nastavení pece a sekundární vzduch jsou důležité k zajištění spálení plynů • středová oddíl pomáhá zdržení plynů a umožňuje vstřikování sekundárního vzduchu z pomocných míst • používané především pro velmi objemné pece Tab. 4.10: Srovnání vlastností některých a různých geometrií pecí [1,UBA, 2001, 2, infomil, 2002, 4, IAWG, 1997, 15, Segers, 2002] Dosažené zisky pro životní prostředí Zlepšené výsledky spalovacího procesu za nižších emisí pro všechna média a snížení spotřeby. Vlivy interakce médií Nebyly rozpoznány žádné podstatné negativní vlivy. Provozní údaje 335 Spalovací komora je obvykle dodána s roštem a optimalizována pro tento konkrétní typ roštu. Návrh spalovací komory je tudíž závislý na vybraném roštu. Každý ze systémů popsaných v tab. 4.10 může mít za následek provozní zlepšení, pokud je vhodně používán. Použitelnost Tato metoda je obecně použitelná pro většinu navržených spaloven, kromě rotačních vysokých pecí, kde je výstup do sekundární spalovací komory vždy umístěn na konci vysoké pece. Avšak v rotačních vysokých pecích, kde by měly být velikost a tvar spojení se sekundární spalovací komorou a umístění sekundárního vstřikovaného vzduchu t takové, aby umožňovaly dostatečné zdržení a míšení plynů, a tím podpořili jejich spálení (vyjádřené nízkými a vyrovnanými koncentracemi produkty nekompletního spalování). Systémy odděleného průtoku jsou použitelné především pro objemněji dimenzované pece, z důvodu přidávání sekundárního míšení vzduchu, které je umožněno ve středové části pece. V menších pecích může být vhodné míšení zajištěno vstřikováním sekundárního vzduchu ze stran pece. Celkově vyrovnaný návrh spalovací komory zajišťuje, že jsou plyny uvolněné z odpadu dobře promíchané a zadržené ve spalovací komoře o dostatečné teplotě, aby byl spalovací proces úplně kompletní. Tento princip je použitelný na všechny spalovací procesy. Ekonomika U nových zařízení se může návrh spalovací komory optimalizovat hned na začátku. Další náklady při úpravách tohoto návrhu jsou ve srovnání s celkovými náklady na projekt malé. U stávajících zařízení jsou náklady na úpravu (obvykle nahrazení) pece velmi vysoké a často převáží nad výhodami, které by byly dosaženy. Výjimkou jsou případy, kdy pokud dochází k velmi vážným potížím ve spalovací fázi nebo pokud má být z jiných důvodů vyměněno důležité vybavení. Hnací síla realizace Efektivní spalování vede ke snížení emisí. Příklady zařízení Všechny provozy si vybraly jednu z těchto možností. Oddělený průtok byl použit v: Indaver, BE, AZN (Afvalverbranding Zuid-Nizozemí, Moerdij, Nizozemí) a také v zařízení v Bonnu (Německo) a Mke-linka MVV (Mannheim, Německo) Reference [1, UBA, 2001, 2, infomil, 2002, 4, IAWG, 1997, 15, Segers, 2002, 64, připomínky TWG, 2003] 4.2.4 Návrh na zvýšení víření v sekundárních spalovacích komorách Popis Viz. také tyto příbuzné oddíly: 4.2.11 Vstřikování sekundárního vzduchu, optimalizace a distribuce 336 4.2.12 Nahrazení částí sekundárních vzduchu opětovně cirkulovanými spalinami 4.2.19 Časová optimalizace, teplota, víření plynů ve spalovací zóně a koncentrace kyslíku Tato metoda se vztahuje k těm rysům provozu, které zvyšují víření a tudíž míšení spalovaných plynů v zóně po primárním spalování, ale předtím nebo na začátku hlavní části obnovy tepla, kdy teplota plynů většinou stále přesahuje teplotu 850oC. Poté, co plyny projdou výše zmíněnou zónou, mohou pokračovat skrze hlavní oblasti obnovy tepla, kde jsou požadovány stabilní a vyrovnaná rychlost a průtok plynů, aby se předešlo zpětnému toku a cirkulaci plynů, které by mohly vést k problémům s výměnou tepla a produkcí znečisťujících látek. V některých případech může být ke zvýšení vířivosti v sekundární spalovací komoře použita speciální sekundární spalovací oblast. Příklady návrhů zahrnují: • • • • • vířivé komory zahrnutí usměrňovačů toku (vyžaduje chlazení) několik průchodů a obrátek v komoře tangenciální vstup sekundárního vzduchu umístění sekundárního systému vstřikování vzduchu (trysky, …). Dosažené zisky pro životní prostředí Zlepšené spalování má za následek nižší koncentrace nečištěného plynu spojené se spalovacími parametry. Tato metoda může snížit objem požadovaného sekundárního vzduchu, a tudíž celkové snížit objemy spalin a produkci NOx. Efektivní víření bude mít za následek zlepšené spalování spalitelných plynů se snížením hladin TOL a CO. Vlivy interakce médií Žádné zjištěné. Provozní údaje Žádné informace Použitelnost Sekundární spalovací komora je navržena dodavatelem ve fázi plánování. Pro některé pece či typy odpadu mohu být nezbytné další vlastnosti se ukážou nezbytné. [74, připomínky TWG, 2004] Používání dalších fyzikálních vlastností ke zvýšení míšení je dnes používáno především v průmyslu spaloven nebezpečného odpadu. Ekonomika Žádné informace. Hnací síla realizace Žádné informace Příklady zařízení Nebezpečné odpady – Cleanaway UK. 337 Reference [40, EURITS, 2003] [64, připomínky TWG, 2003] 4.2.5 Používání kontinuálních namísto dávkovým procesů Popis Emise ve spalovnách se snadněji kontrolují během běžného provozu než při najíždění a odstávkách. Snížení nutného počtu zahájení a zastavení provozu je tudíž důležitou provozní strategií, která může snížit celkové emise a spotřebu. Řízení sběru/dodávek odpadu a výkyvů v sezónní produkci odpadu mohu zapříčinit zastavení provozu z důvodu jeho nedostatku, i když provozy se tomu snaží vyhnout částečnou vykládkou, a vyrovnat se tak s těmito výkyvy. Provoz s částečnou vykládkou normálně neznamená pro moderní spalovací komory žádné problémy. [74, připomínky TWG, 2004] Faktory, které ovlivňují kontinuální výkon, zahrnují: • • • • • rychlost výkonu navrženého procesu je podobná jako rychlost dodávání odpadu při pomalých obdobích může pomoci uskladnění odpadu (kde je to možné) organizace zásobovacího řetězce může zabránit slabým obdobím dodávky odpadu s přidávaným palivem používání čištění během provozu Pro maximalizaci kontinuálního provozu jsou tudíž důležité stanovení rozměrů a údržba provozu. Dosažené zisky pro životní prostředí Konzistentní provoz zařízení zlepšuje energetickou efektivnost. Vlivy interakce médií Energetická efektivita může být snížena kontinuálním provozem při nižších nakládkách, protože efektivita turbín je nižší. Provozní údaje Důležité je předpovídání a kontrola průtoku odpadu zařízením. Dobrá údržba je důležitá, aby se předešlo či omezilo počtu uzavření provozu. Programy údržby během provozu mohou být navrženy tak, že se maximalizuje dostupnost provozu. Použitelnost Plánování a dosažení sníženého počtu uzavření provozu pravděpodobně sníží každoroční emisní hladiny jakéhokoliv zařízení. Ekonomika Předcházení uzavírání provozu může snížit náklady spalovny: • • • umožněním nepřetržitého výkonu a tudíž většího využití spalovny snížením údržby pece v důsledku nižšího tepelného tlaku procesu předcházením kapitálovým nákladům nadbytečných objemných procesů 338 Kde je kapacita zařízení větší než množství přijímaného odpadu a bylo učiněno rozhodnutí, že se bude podporovat výkon dalším odpadem či palivem, tam mohou vyvstat náklady spojené se zakoupením těchto odpadů či paliv. Hnací síla realizace Hlavní hnací silou jsou provozní důvody. Příklady zařízení Obecně všechna velká zařízení pracují nepřetržitě. Komunální spalovny tuhého odpadu průmyslových rozměrů (nad 2 t/h) mohou fungovat nepřetržitě s minimálním počtem uzavření. Reference [28, FEAD, 2002] [64, připomínky TWG, 2003] 4.2.6 Výběr a použití vhodných kontrolních systému a parametrů spalování Popis [2, infomil, 2002] Spalování odpadu s rozdílným složením vyžaduje proces, který si s takovými velkým rozdíly v procesních podmínkách dokáže poradit. Někdy je nutný zásah do procesu, a to když nastanou nevhodné procesní podmínky. Aby bylo možné kontrolovat proces, jsou zapotřebí podrobné procesní informace a musí být návrh kontrolního systému („filosofie“) a je nutné, aby bylo možné do procesu zasahovat. Detaily používaných systémů se liší podle zařízení. Následující řádky poskytují přehled procesních informací, kontrolní filosofie systémů a procesní zásahy, které je možné použít. Procesní informace mohou zahrnovat: • • • • • teploty roštu na různých místech tloušťku odpadní vrstvy na roštu (vizuální kontrola) pokles tlaku nad roštem teplotu pece a spalin na různých místech určení teplotní distribuce přes celý povrch roštu pomocí optických a infračervených měřících zařízení • měření CO, O2, CO2 a/nebo H2O (na různých místech) • informace o výrobě páry (např. teplota, tlak) • otvory ve stěně spalovací komory k vizuální kontrole člověkem či kamerou • délka a umístění ohně v peci • emisní informace pro látky spojené se spalováním (nesnížené hladiny) [74, připomínky TWG, 2004] Kontrolní filosofií může být klasický kontrolní systém, který už může být zahrnut v počítači kontrolujícím proces. Další fuzzy kontrolní systémy jsou použitelné. Kontrolní zásahy zahrnují úpravu: 339 • • • dávkovacího systému odpadu frekvencí a rychlosti pohybu roštu v různých částech roštu množství a distribuce primárního vzduchu (pokud je k dispozici předehřívací vybavení) • množství a distribuci sekundárního vzduchu v peci (a pokud je dostupný opětovně cirkulující vzduch) • poměru primárního a sekundárního vzduchu [74, připomínky TWG, 2004] Dosažené zisky pro životní prostředí Používání náročných kontrolních systémů ve spalovacím procesu může mít za následek menší rozdíly ve spalovacím procesu v čase (např. zlepšená stabilita) a místě (např. více homogenní), a tudíž umožňuje celkové zlepšení výkonu spalování a snížení emisí pro všechny látky. Zlepšená procesní kontrola má následující zvláštní výhody: • • • • • • • • • • • lepší kvalitu pecního popele (díky dostatečné distribuci primárního vzduchu a lepšímu umístění spalovacího procesu na roštu) menší produkci popílku (díky menším změnám v množství primárního vzduchu) lepší kvalitu popílku (méně nespáleného materiálu díky stabilnějším procesním podmínkám v peci) nižší tvorbu CO a TOL (díky stabilnějším procesním podmínkám v peci nejsou např. žádná „studená místa“) nižší tvorbu NOx (díky stabilnějším procesním podmínkám v peci např. žádná „horká“ místa) nižší riziko tvorby dioxinů (a prekurzorů) díky stabilnějšímu procesu v peci lepší využití kapacity (díky snížení ztrát v tepelné kapacitě v důsledku procesních variací) nárůst energetické efektivity (protože průměrné množství spáleného vzduchu je nižší) lepší provoz kotle (protože teplota je stabilnější a je méně teplotních výkyvů, a tudíž i nižší riziko koroze a tvorby blokujícího popílku) lepší funkci systémů čištění spalin (protože množství a složení spalin je stabilnější) vyšší potenciál rozkladu, spojený s vyšší efektivitou spalování odpadu [74, připomínky TWG, 2004] Uvedené výhody mají taktéž za následek nižší údržbu a tudíž lepší dostupnost zařízení. Vlivy interakce médií Žádné rozpoznané. Provozní údaje Teplota tyčí roštu může být měřena pomocí termočlánků. Teplota spalin je obtížněji měřitelná díky několika faktorům – vysoké hladině prachu, riziku tavení kovů atd. Měření u výstupu z pece jsou obtížně realizovatelná kvůli provozním podmínkám (prach, kyselina, atd), zejména měření CO a CO2. Pro kontrolní účely je požadováno rychlé měření. Je velmi obtížné měřit přesně H2O. [64, připomínky TWG, 2003] Použitelnost 340 Výběr a použití vhodných kontrolních systému a parametrů spalování je použitelné pro všechny spalovny odpadu. Podrobné složení takovýchto systémů se bude lišit.Většina výše popsaných specializovaných metod je použitelná na roštovací systémy, spíše než na jiné typy spalování. Tato metoda je zejména výhodná tam, kde je do pece dodáván vysoce heterogenní odpad, např. variabilní ve složení, nebo je složité předpovědět či mít jistotou o jeho kvalitě. Ekonomika Uvedené výhody mají za následek menší údržbu, a tudíž lepší dostupnost zařízení. Hnací síla realizace Zlepšený výkon spalování ve výsledku celkově zlepšuje výkon ochrany životního prostředí. Příklady zařízení Velmi rozšířené po celé Evropě, zvláště v moderních zařízeních. Reference [2, infomil, 2002] [64, připomínky TWG, 2003] 4.2.7 Používání infračervených kamer pro monitorován a kontrolu spalování Popis Neustálé přizpůsobování distribuce a množství spalovaného vzduchu, který by přesně odpovídal požadavkům reakce v jednotlivých zónách pece, může zlepšit spalovací proces. Infračervená kamera je jedním z příkladů metod, které mohou být použity k vytváření tepelných obrazů spalovaných vrstev odpadu. Ultrazvukové a optické kamery jsou také používány. Teplotní distribuce na roštu se objeví na obrazovce jako izotermické pole, odstupňované barevnými oblastmi. Pro následnou kontrolu výkonu pece mohu být určeny charakteristické teploty jednotlivých roštových zón a ty mohou být dále poslány k dozorci nad výkonem pece a použity jako vstupní parametry pro proměnné pece. Používáním fuzzy logiky mohou být určeny proměnné (např. teplota, obsah CO a CO2) a další pravidla a proces je možné udržet v rozsahu tohoto nastavení. Navíc mohou být kontrolovány opětovné cirkulace spalin a terciárního vzduchu. 341 Obr. 4.1 Příklad složení kontrolního systému pece [1, UBA, 2001] Legenda: steam quality gas temperature (IR pyrometer) incineration bed temperature O2 content (dry) primary air (total) set point for steam (boiler load) O2 value - kvalita páry - teplota plynu (infračervený pyrometr) - teplota spalovacího lože - obsah O2 (suchý) - primární vzduch (celkem) - nastavená hodnota pro páru (dodávka do kotle) - hodnota O2 Kontrolovaným zpracováním obrazů pomocí počítače mohou být obrazy pořízené IČ kamerou přeměněny v signály, které jsou spojeny s kontrolním systémem pece, a stejně tak s parametry, jako je obsah kyslíku ve spalinách a množství páry. Vypouštění ze spalovací komory může být kontrolováno zaznamenáváním průměrné teploty vrstvy odpadu na nejpřednější části roštu a vyhodnocením hodnot O2 na konci kotle. S pomocí kamerové kontroly spalování se zaznamenávají teploty vrstev ve třech zónách roštu, a primární vzduch může být tudíž přidáván podle potřeby (množství vzduchu a distribuce), což stabilizuje spalovací proces v hlavní spalovací zóně. V roštové zóně 2 (zážehová zóna) jsou požadavky na vzduch kontrolovány jako funkce povrchové teploty ve spalovací vrstvě a je možné dosáhnout stálejšího teplotního profilu. Přizpůsobení množství vzduchu v roštových zónách 3 a 4 a teploty spalovaného povrchu vede ke stabilnímu spalování a účinnému vyhoření pecního popele. V projektu byl proveden spalovací test s přídavkem kyslíkem v primárním a sekundárním vzduchu a dusíku v sekundárním vzduchu. Byl zaznamenán příznivý vliv na koncentrace 342 prachu, CO a celkové TOL ve spalinách za generátorem páry, zvláště s primárním vzduchem obohaceným o kyslík (množství O2 dodávaného v primárním vzduchu bylo mezi 25 a 28 objemovými %). Navíc bylo pomocí přidání dusíku do sekundárního vzduchu možné snížit množství NOx ve spalinách. Výsledky těchto výzkumů vedly k vývoji systémů, které spojují následující provozní kroky: • • • plně automatizovanou kontrolu spalování skrze infračervené kamery a fuzzy logiku opětovnou cirkulaci spalin do pece skrze systém sekundárního vzduchu a obohacení primárního spalovacího vzduchu kyslíkem v hlavní spalovací zóně. Opatření, která byla zavedena ve stávajícím zařízení s roštem, zahrnují: • • • • postupné přidávání vzduchu do spalovacího procesu konstantní dávkování odpadu a výškovou kontrolu vrstvy monitorování spalovacího procesu optickými senzory (tzv. senzory spalování) v různých místech roštu opětovnou cirkulaci spalin V porovnání s konvenčním zařízením došlo ke snížení znečisťujících látek spojených se spalovacím procesem. Dosažené zisky pro životní prostředí Celkové zlepšení výkonu spalování a snížení emisí všech látek. Vlivy interakce médií Žádné vlivy interakce médií rozpoznané v souvislosti s infračervenými kamerami. Používání kyslíku a energie pro jeho výrobu – pokud je používán. Provozní údaje Výsledky testů z normálního spalování a z kontrolovaného spalování pomocí IČ kamer a s přídavkem kyslíku jsou ukázány v následující tab. 4.11: Složka spalin (nezpracované spaliny za generátorem páry) Množství kyslíku (objemové %) Oxid uhelnatý (mg/m3) Prach (g/m3) Celkový uhlík (mg/m3) Dioxiny/furany (ng I-TE/m3) Normální spalování IČ kamera + fuzzy logika O2 přídavek 9,1 - 9,3 8,9 - 9,3 6,2 - 10,9 12 - 32 0,7 - 1,7 1,1 - 2,4 1,5 - 2,7 9 - 26 0,6 - 1,0 0,9 - 1,0 1,0 - 1,3 20 - 27 0,5 - 1,0 1,0 - 1,2 2,0 - 3,5 Připomínky TWG: ukázané zvýšení hodnot PCDD/F s přídavkem kyslíku není teoreticky očekávaný výsledek. Tab. 4.11: Měření nevyčištěných spalin v testovacím provozu za normálního spalování a spalování s IČ kamerami a s přídavkem O2 Použitelnost 343 Hlavní využití u roštových spaloven. Metoda je použitelná v rámci návrhu pece (především hrdla) takového, že kamery sledují důležité oblasti roštu. Navíc je obecně omezena velikostí pece, která může mít několik roštových linek (např. > 10 t/h). [74, připomínky TWG, 2004] Ekonomika Jedna kamera (která není nainstalována a je nezávislá, tj. není zapojená do kontrolního obvodu) stojí přibližně 50 000 EUR. Avšak jeden dodavatel nabízí cenu 300 000 EUR na linku (z této informace není jasné, zda je zahrnuto i propojení s celým systémem IČ plus kontrola O2 atd.) [74, připomínky TWG, 2004]. Hnací síla realizace Zlepšený výkon spalování má za následek celkové zlepšení ochrany životního prostředí. Příklady zařízení Coburg, Německo Ingolstadt, Fribourg, Brescia, Arnoldstein a další. Reference [1, UBA, 2001], [64, připomínky TWG, 2003] 4.2.8 Optimalizace poměrů dodávek vzduchu Popis Aby bylo zajištěno úplné spálení, musí být do spalovacího systému dodáno dostatečné množství kyslíku (obvykle ze vzduchu). Navíc k tomu, co bylo řečeno, dodávky vzduchu mají následující funkci: • • • • chlazení předcházení tvorbě strusky ve spalovací komoře/v kotli míšení plynů pro zlepšení účinnosti ovlivnění kvality spalování Potíže jsou zapříčiněny malými dodávkami vzduchu a nebo naopak dodávkami příliš velkými. Přesné množství požadovaného vzduchu závisí na: • • • typu odpadu a jeho vlastnostech (výhřevnost, vlhkost, heterogenita) typu spalovací komory (fluidní vrstvy mají celkově nižší nároky na vzduch díky zvýšenému míšení odpadu, který je takto vzduchu více vystaven) zajištění dodávek vzduchu na správném místě a ve správném množství Obecně by se mělo předcházet nadbytečným dodávkám vzduchu, je však důležité, aby ho bylo dostatečné množství k zajištění účinného spalování (což může být potvrzeno nízkými a stabilními koncentracemi CO v toku plynů z pece). Nadbytečné dávkování vzduchu bude mít za následek vyšší objemy spalin, a tudíž zvýšené nároky a s tím spojené náklady na systém jejich zpracování. Dosažené zisky pro životní prostředí 344 Snížení objemů spalin (a tudíž požadavků na jejich zpracování), zatímco účelem optimalizace je dosažení účinného spálení vzduchu. Vlivy interakce médií Žádné informace. Provozní údaje Žádné informace. Hnací síla realizace Optimalizace spalovacího procesu. Příklady zařízení Většina spaloven v EU. Reference [64, připomínky TWG, 2003] 4.2.9 Optimalizace dodávek a distribuce primárního vzduchu Popis Primární vzduch, který je dodáván do nebo přímo nad vrstvu odpadu, poskytuje kyslík nezbytný pro spalování. Primární vzduch pomáhá také při vysoušení, zplyňování a chlazení některého spalovacího vybavení. Způsob dodávek primárního vzduchu je přímo propojen se spalovací technologií. V roštových systémech je dodáván skrze rošt přímo do vrstvy odpadu, aby: • • byl dodán potřebný vzduch do různých míst roštu, kde dochází k reakci (sušení, zplyňování, vypařování) a aby byla zajištěna homogenní a dostatečná distribuce uvnitř vrstvy odpadu, která zlepšuje spálení pecního popele byly chlazeny tyče roštu, čímž se předchází struskování a korozi. Fluidní chlazení roštů je obvykle zajištěno odděleným okruhem s vodou a účinnost chlazení primárním vzduchem je tudíž irelevantní. [74, připomínky TWG, 2004] Na roštech ve spalovnách tuhého komunálního odpadu je primární tok vzduchu určen na základě požadavku kyslíku (funkce množství) a není určen požadavky na chlazení[74, připomínky TWG, 2004]. V rotačních vysokých pecích, stupňovitých a statických jádrech je primární vzduch dodáván nad vrstvu odpadu. V některých návrzích stupňovitých jader je možné zavádět primární vzduch pod vrstvu odpadu. V systémech fluidních vrstev je primární vzduch zaváděn přímo do fluidního materiálu a slouží zároveň jako samotná fluidní vrstva. Primární vzduch je „foukán“ skrze trysky zespodu spalovací komory do vrstvy odpadu. Rovnováha primárního a sekundárního vzduchu závisí na vlastnostech odpadu a na návrhu používané spalovací technologie. Optimalizace této rovnováhy je výhodná pro provozní postupy a pro emise. Vyšší hodnoty výhřevnosti odpadu obvykle umožňují nižší poměry primárního vzduchu. 345 Oddělení dodávek primárního vzduchu (používáním jednotlivých průduchů a, pokud je to vhodné, vícenásobných či rozdělených větráku) do různých míst uvnitř roštové spalovny umožňuje oddělené zásobování těchto míst vzduchem. To umožňuje optimalizovat dodávky vzduch pro každý proces, který probíhá na roštu (sušení/pyrolýza/zplyňování/vypařování/tvorba popílku). Nedostatečné dodávky primárního vzduchu do poslední fáze (tvorba popílku) mohou mít za následek špatné spálení popílku, pokud by čas strávený ve spalovací komoře byl příliš krátký. Pokud je vzduch na spalovací proces brán ze skladovacích prostor, pomůže to snížení rizika zápachu z těchto prostor. Dosažené zisky pro životní prostředí Optimalizace dodávek a distribuce vzduchu je výhodná pro optimalizaci spalovací fáze spalovacího procesu a celkové snížení emisí. Zlepšené spálení pecního popele. Snížení požadavků na primární paliva, která podporují spalování [74, připomínky TWG, 2004]. Vlivy interakce médií Žádné podstatné vlivy. Provozní údaje Jednoduchá instalace. Dodávky primárního vzduchu jsou nezbytné pro spalovací proces. Jeho optimalizace se liší v závislosti na spalovací metodě. Použitelnost Použitelné v každém zařízení. Ekonomika Je vhodné skytnutí počátečního návrhu, které poskytuje systémy a vybavení pro kontrolu systému primárního vzduchu. Další vybavení a náklady nejsou obvykle zapotřebí. Pokud je zapotřebí upravit stávající zařízení, je možné přidat další větráky a rozvody ke kontrole a distribuci dodávek vzduchu. Hnací síla realizace Zlepšené spalování a snížení emisí pro všechny látky a především zlepšení spálení pecního popele. Příklady zařízení Všechny spalovny odpadů. Reference [64, připomínky TWG, 2003] 346 4.2.10 Předběžné ohřívání primárního a sekundárního vzduchu Popis Ohřev dodávaného primárního vzduchu může zlepšit spalovací proces vysoušením odpadu. Toto je důležité především pokud jsou spalovány odpady s nízkou výhřevností a s vysokým obsahem vlhkosti. Tyto odpady mohou vyžadovat další sušení [2, infomil, 2002, 64, připomínky TWG, 2003]. Ohřev dodávaného sekundárního vzduchu může zlepši účinnost a v případě odpadů s nízkou výhřevností napomáhá spalovacímu procesu tím, že zajišťuje adekvátní a rovnoměrnou distribuci plynů ve spalovacích zónách. Předběžné ohřívání vzduchu na spalování v roštových spalovnách komunálního odpadu je obvykle prováděno pomocí páry o nízkém tlaku a není prováděno přes tepelnou výměnu se spalinami (komplikované vzduchové rozvody a korozní problémy). Předběžné ohřívání vzduchu pronikajícího do fluidních vrstev je obvykle prováděno pomocí spalin pomocí tepelné výměny, někdy je však také prováděno pomocí páry či podpůrného paliva [64, připomínky TWG, 2003]. V některých zařízeních je teplo bráno z chladícího vzduchu za ohnivzdorným materiálem. Teplo dodávané vzduchem není ztracené, protože se dá později obnovit v kotli [74, připomínky TWG, 2004]. Dosažené zisky pro životní prostředí Stabilnější spalování má za následek nižší emise do ovzduší. Je možné zlepšení hodnot toku páry/energie. Vlivy interakce médií Pokud je teplo bráno ze spalovacího procesu, jsou vlivy interakce médií minimální. Pokud jsou používána externí paliva, jsou dalšími faktory navýšení spotřeby energie a zvýšení emisí (např. NOx, částice). Provozní údaje Primární vzduch je zahříván na 150 oC míšením primárního vzduchu s chladným vzduchem za ohnivzdorným materiálem v peci. [74, připomínky TWG, 2004] Použitelnost Ohřev primárního a eventuálně sekundárního vzduchu je výhodný především pokud jsou spalovány odpady s nízkou hodnotou výhřevnosti. V případě primárního vzduchu je to proto, že je podporováno sušení a zážeh odpadu a v případě sekundárního vzduch to pomáhá udržet teplotu v zónách spalování. Zařízení, která spalují odpad o vysoké výhřevnosti, potřebují chladící vlastnosti dodávaného vzduchu a z této metody tudíž nebudou mít prospěch. Ekonomika 347 Při návrhu systému nového zařízení se přidávají náklady za tepelný výměník plus parní/kondenzační obvod. Dopady navýšených nákladů závisí na velikost zařízení. Úprava stávajících zařízení vyžaduje další investice. Kapitálové náklady na zařízení tepelného výměníku mohou vyvažovat úspory za nákup dodatečných paliv. Hnací síla realizace Zlepšený výkon spalování zvláště pokud je dodává odpad o nízké LHV (výhřevnost hmoty včetně obsažené vlhkosti). Příklady zařízení Používáno v zařízeních po celé Evropě. Reference [2, infomil, 2002], [64, připomínky TWG, 2003] 4.2.11 Vstřikování sekundárního vzduchu, optimalizace a distribuce Popis Během sušení, zplyňování, spalování a hoření jsou spalitelné odpadní materiály převáděny na plynnou fázi. Tyto plyny jsou směsí mnoha těkavých složek, které musejí být dále oxidovány. Pro tento účel je do pece zaváděn další vzduch (takzvaný sekundární vzduch). Spalovací teplota může být zvýšena předběžným ohříváním spalovacího vzduchu a snížena připuštěním většího množství spalovacího vzduchu (poznámka: dostatečný čas zdržení plynu závisí především na rozměrech pece). V některých případech může tedy sekundární vzduch poskytovat taktéž chlazení. Další hlavní funkcí sekundárního vzduchu je promíchávání horkých spalin. Pro tento účel je vzduch vháněn z mnoha trysek, což zajišťuje dostatečné pokrytí celkového průřezu pece. Jelikož promíchávání horkých plynů vyžaduje dostatečnou mísící energii, je vzduch vháněn relativně velkou rychlostí. Další prostory v peci jsou vybrány tak, aby zajistily adekvátní vzor toku spalin a jejich dostatečné časy zdržení. Ve spalovnách tuhého komunálního odpadu je rychlost průtoku určována z požadavků míšení. Umístění, směr a pozice vstřikování mohou být studovány a optimalizovány pro různé typy geometrií pece například používáním počítačových modelů toku. Teplota na konci trysek může značně přispívat k produkci NOx. Obvyklý rozsah teplot je od 1 300 do 1 400 oC. Používání speciálně navržených trysek a opětovné cirkulace spalin k nahrazení určitého množství dusíku může snížit koncovou teplotu trysek a dávky dusíku, které vedou v vyšší produkci NOx. Dosažené zisky pro životní prostředí • nízké a vyrovnané emise látek spojených se spalováním 348 • • zlepšení oxidace spalovaných plynů, které jsou produkovány během počáteční fáze spalování snížení přenosu produktů neúplného spalování a popílku do fází čištění plynů Výhodami jsou snížení množství látek spojených se spalováním (např. NOx, CO a/nebo TOL). Hladiny CO a TOL nejsou zpracovávány systémem čištění spalin. Vlivy interakce médií Pokud je sekundární vzduch s normálním obsahem kyslíku vstřikován do zóny dohořívání, může dojít k termální syntéze NOx na rozhraní konce trysky a této zóny, kde může být naměřena teplota sekundárních plynů nad 1 400o C. [74, připomínky TWG, 2004] Provozní údaje Množství sekundárního vzduchu závisí na výhřevnosti.[74, připomínky TWG, 2004] Pro technologie založené na roštech je množství sekundárního vzduchu mezi 20 a 40 % celkového množství spalovacího vzduchu. Zbytek je vzduch primární. Pokud je množství sekundárního vzduchu nízké, existuje zde riziko rychlé koroze vodních stěn přídavné spalovací komory a kotle, jelikož dochází k pulzování mezi oxidujícími a redukujícími podmínkami hladin CO/CO2. Použitelnost Všechny spalovny odpadů. Ekonomika Náklady na optimalizaci sekundárního vzduchu v jednotlivých stávajících zařízeních se velmi liší v závislosti na vlastnostech návrhu daného zařízení. Tyto náklady jsou zahrnuty v návrhu procesu nových zařízení. [74, připomínky TWG, 2004] Pokud dojde ke snížení hladin NOx, může dojít ke snížení nákladů na jejich odpovídající zpracování a ke zlepšení dosažitelnosti snižování hladin NOx v souvislosti s metodou SNCR. Optimalizace sekundárního vzduchu může snížit objemy spalin, a tudíž i velikost systému jejich zpracování. Průtok znečisťujících látek však zůstane podobný. [64, připomínky TWG, 2003] Hnací síla realizace Zlepšení spalovací fáze má za následek snížení emisí všech látek. Příklady zařízení Zahrnuto v návrhu většiny nových zařízení Příklady stávajících provozů, kde došlo ke změně této vlastnosti: Toulon (F), linky 1 & 2 (2 x 12 t/h), po výměně vstřikujících trysek a větráků. Reference [2, infomil, 2002] [64, připomínky TWG, 2003] 349 4.2.12 Nahrazení částí sekundárního vzduchu opětovně cirkulovanými spalinami Popis Jedním z důvodů zavádění sekundárního vzduchu (kromě oxidujících účinků na látky ve spalinách) je zlepšení promíšení a homogenity spalin. Používání většího množství sekundárních spalin než je nutné má však za následek větší objemy spalin. To vede ke snížení energetické účinnosti zařízení a dále k objemnějším jednotkám zpracování spalin, a tudíž celkově k vyšším nákladům. Nahrazení části sekundárního vzduchu spalinami vede ke snížení objemu spalin v místě jejich odsávání a v místě emisí. Nahrazením části sekundárního vzduchu opětovně cirkulovanými spalinami je snížen objem spalin ve směru proudu od místa extrakce a v místě emisí. Omezení množství dodávaného dusíku (ze vzduchu) do pece může napomoci ke snížení emisí NOx. Obvykle jsou takto opětovně cirkulované spaliny brány až za systémem čištění spalin, a to z důvodu omezení koroze a provozních problémů, zapříčiněných nezpracovaným plynem. Tyto důvody vedou k určitým ztrátám energie a systém zpracování spalin musí být navržen pro vyšší průtok. Pokud jsou však spaliny opětovně cirkulovány před systémem čištění spalin, může být velikost tohoto systému zmenšena, [64, připomínky TWG, 2003] ačkoli tento systém musí být nastaven na zpracování více znečištěných spalin o vyšší koncentrace a existuje zde vyšší riziko rozleptání, koroze a nánosů. [74, připomínky TWG, 2004] Viz. oddíl 4.2.11 o optimalizaci sekundárního vzduchu. Dosažené zisky pro životní prostředí • snížení objemů spalin, a tudíž snížení množství spalin v místě jejich odsávaní ve směru proudu od místa extrakce spalin (tj. obvykle tam, kde je opětovně cirkulován „špinavý“ plyn) • zlepšená energetická účinnost (zařízení na společnou výrobu tepla a elektřiny zaznamenalo vzrůst přibližně o 0,75 %) • snížení produkce NOx o 10 % až 30 % (pokud jsou vysoké hladiny NOx v nezpracovaném plynu) • snížení spotřeby činidel pro kontrolu NOx Při vysokých podílech vzduchu může být přibližné 50 % požadovaného množství sekundárního vzduchu nahrazeno opětovně cirkulovanými spalinami. Pokud jsou opětovně cirkulovány nezpracované plyny, může dojít ke snížení celkového spalovacího vzduchu a spalin o 10 – 15 %. Množství spalin vstupujících do systému jejich čištění může být úměrně sníženo, pokud koncentrace znečisťujících látek v takto zmenšeném objemu umožní stejný způsob čištění (má za následek taktéž snížení emisních hodnot a zvýšení tepelné účinnosti o 1 – 3 %). Vlivy interakce médií Závisí na přesném návrhu pece, při vysokých poměrech nahrazení dochází ke snížení množství kyslíku, což může mít za následek zvýšení hladin CO (či jiných produktů nekompletního spalování). Proto musí být zajištěn optimální poměr nahrazení sekundárního vzduchu spalinami. 350 V některých případech mohou v rotačních vysokých pecích nastat negativní chladící účinky, a to především u odpadů s nízkou hodnotou výhřevnosti. Potom je pro udržení teploty rotační vysoké pece nutné přidávat další palivo. Provozní údaje Byla zaznamenána koroze v rozvodech opětovně cirkulovaného vzduchu. Dále bylo zaznamenáno, že korozi lze překonat odstraněním spojů a používáním účinné izolace rozvodů, čímž budou odstraněna chladná místa, kde může docházet k rychlé korozi v důsledku kondenzace spalin. Ke korozi může v důsledku nižších hladin kyslíku ve spalinách docházet také v kotli. [21, FNDADE, 2002] Pokud není provozovatel pozorný, může být koroze velmi rychlá. V těchto případech se očekávané provozní úspory rychle obracejí ve vyšší provozní výdaje na opravu a ztrátu dostupnosti zařízení. Riziko koroze je sníženo pokud jsou teplejší části kotle pokryté speciálním vnějším pláštěm. Poté, co je tento plášť namontován, je však možné snížit přebytečnou koncentraci O2 na výstupu z kotle i bez opětovné cirkulace spalin. Toto tudíž snižuje výhody opětovné cirkulace spalin. V některých německých spalovnách tuhého komunálního odpadu s nainstalovaným systémem opětovná cirkulace spalin bylo nahlášeno uzavření či ukončení opětovná cirkulace z provozních důvodů. Při stanovení rozměru zařízení na čištění spalin není ve většině případů uvažováno snížení průtoku spalin; mnoho provozovatelů vybírá velikost systému čištění spalin bez opětovná cirkulace, aby byly pokryty všechny možné provozní podmínky. [74, připomínky TWG, 2004] Použitelnost Tato metoda je používána u nových spaloven odpadu. Některá stávající zařízení si nainstalovala tuto metodu, u které je vyžadován prostor pro rozvody. Tato metoda má u spaloven nebezpečného odpadu omezené využití. V případě spalování nebezpečného odpadu pomocí rotačních vysokých pecí je požadavek vyšší koncentrace O2 a opětovná cirkulace vzduchu má zde tedy omezené využití. [74, připomínky TWG, 2004] Ekonomika Tato metoda zahrnuje další investice do nových zařízení a podstatné náklady při zavádění do stávajících zařízení. [74, připomínky TWG, 2004] Hnací síla realizace Snížení NOx za použití základní metody. Stabilní s opětovnou cirkulací spalin, pro dosažení hladiny 200 mg/Nm3 za jakýchkoliv provozních podmínek je zapotřebí zařízení na snížení NOx. [21, FNADE, 2002] Příklady zařízení Používáno v některých nových a stávajících provozech v Evropě. Reference [2, infomil, 2002], [21, FNADE, 2002] [64, připomínky TWG, 2003] 351 4.2.13 Používání vzduchu obohaceného kyslíkem Popis Nahrazení dodávek vzduchu (techniky) čistým kyslíkem či vzduchem o kyslík obohaceným. Tato metoda je používána v některých zplyňovacích či pyrolýzních zařízeních při spalování plynů, které produkují, často jako součást systémů, které jsou navrženy pro zvýšení spalovací teploty, aby byly roztaveny popele ze spalovny. V těchto případech je počáteční pyrolýzní či zplyňovací reaktor často fyzicky oddělenou jednotkou od další spalovacích komor. Na palivo bohatý syntézní plyn vstupuje do spalovacího prostoru, kam je pro dosažení žádoucích podmínek vzduch obohacený o kyslík přidáván kontrolovanou rychlostí. V závislosti na rychlosti přidávání vzduchu a na jeho vzduchu jsou obecně teploty ve spalovací komoře mezi 850 až 1 500oC, ačkoli v některých speciálních případech jsou používány teploty až do 2 000oC či vyšší. Při teplotě kolem 1 250oC dochází k tání unášeného popílku. Tato metoda byla používána zkušebně ve stávajících velkých spalovacích zařízeních pro zlepšení procesního výkonu a v malých zařízení se speciálně navrženou technologií, obvykle zaměřenou na likvidaci jednotlivých (často nebezpečných) odpadních toků. V těchto malých zařízeních může být používán proces na bázi dávkování v uzavřeném reaktoru se zvýšeným tlakem (8 barů) a teplotou (např. v rozsahu 2 000 až 8 000oC). Dosažené zisky pro životní prostředí Rychlé a účinné spalování může mít za následek nízké a kontrolovatelné hladiny CO a dalších emisí spojených se spalováním. Nahrazení dusíku ve vzduchu kyslíkem může snížit potenciál tepelné tvorby NOx. Produkce NOx však také závisí na teplotě plamene, a proto je nutné zajistit dostatečného nahrazení dusíku, aby bylo zabráněno kombinaci dusíku a vyšší teploty, která by mohla vést k celkovému zvýšení NOx. Ve srovnání se spalovacími technologiemi na bázi dodávek vzduchu jsou uvolňovány menší objemy odpadních plynů. Teplota nad 1 500oC však může tuto výhodu snižovat v důsledku expanze spalin. Znečisťující látky o vyšších koncentracích, které jsou důsledkem menšího objemu spalin, mohou být zachyceny kompaktní linkou na zpracování spalin. Stávající zařízení by však vyžadovala speciální úpravu jejich systémů na zpracování spalin. Zmenšení velikosti systémů čištění spalin může do určitého stupně (např. pro NOx) snížit spotřebu, je to však úzce spojené s množstvím (spíše než s koncentrací) znečisťující látky, a snížení může tudíž být pro odpady s vysokým obsahem znečisťujících látek zanedbatelné. Je zaznamenáno, že touto metodou je možné zmenšit velikost kotle. [74, připomínky TWG, 2004] Vlivy interakce médií Výroba čistého kyslíku či vzduchu obohaceného o kyslík je energeticky náročná. Přítomnost CO během přechodné fáze: začátek a ukončení provozu a nouzová přerušení. Problém snížené odolnosti ohnivzdorných materiálů a zvýšené koroze. Provozní údaje 352 Při zkoušení v roštové komunální spalovně v Nizozemsku byla problémem lokálně zvýšená teplotou a koroze. Bylo zaznamenáno, že tyto potíže mohou být odstraněny lepším míšením odpadu a optimalizovaným vstřikováním. Za vyšších teplot (nad 1 000 oC) je značně zvýšená údržba pece a ohnivzdorných látek. Používání vyšších teplot může přivodit vyšší nároky na výběr materiálů a potíže při jejich používání. Navíc je potřeba intenzivní chlazení spalin na teplotu vhodnou pro vstup do systému jejich zpracování. Je nutné zajistit odstraňování roztaveného popílku ze systému (např. protřepáváním toku spalin), aby nepřišel do kontaktu s po směru proudu umístěnými výměníky tepla, kde by zapříčinil ucpávání/erozi. S výrobou, uskladněním a používáním kyslíku jsou spojena další bezpečností rizika. Použitelnost Obecně jsou potřeba speciální úpravy v návrhu zařízení, aby bylo možné používat tuto metodu. Je potřeba věnovat pozornost většině detailů návrhu zařízení včetně konkrétních úprav spalovací komory, oblastí s výměníky tepla, a velikosti systému zpracování spalin. Při přidávání nižších hladin kyslíku mohou být změny v návrzích omezenější. Tato omezení mohou převážit potenciální používání této metody. Tato metoda je použitelná jako možnost dodatečného vybavení stávajících zařízení, kde: • • jsou vysoké nebo problematicky kontrolovatelné emise látek spojených se spalováním jsou vysoké objemy dodávek vzduchu Vysoká účinnost spalování činí z této metody možnost pro spalování materiálů s vysokou odolností vůči spálení, např. PCB (polychlorovaných bifenylů). Díky vyšším nákladů a dopadům vlivu interakce médií spojených s výrobou kyslíku není obohacování kyslíkem při výrobě kyslíku praxi příliš používáno, stejně jako kvůli dalším provozním problémům (např. mohou vzniknout vyšší teploty způsobující problémy s tavením popele) a díky schopnosti metod založených na vzduchu dosáhnou dobrých výkonnostních stupňů. Ekonomika Čistý kyslík je drahý, vzduch obohacený o kyslík je levnější, ale stále způsobuje oproti normálnímu vzduchu navýšené náklady. Tyto náklady mohou být sníženy, pokud se spalovna nachází v místě, kde je kyslík už dostupný, např. v průmyslové zóně. Nároky na elektrickou energii pro výrobu kyslíku na místě jsou značné. Tento nárok se liší podle velikosti zařízení, teploty a čistoty kyslíku, ale obecně je v řádu 0,5 – 2 MW. Používání této metody může značně přispívat ke kapitálovým a provozním nákladům. Zmenšení objemů spalin může snížit velikost požadovaného systému na jejich zpracování. Hnací síla realizace 353 Bylo zaznamenáno, používání této metody při zpracování některých typů nebezpečných odpadů, které se jinak draze likvidují. Bylo zaznamenáno, použití této metody jako dodatečného vybavení stávajícího zařízení, které mělo potíže při spalování. Příklady zařízení V Rakousku byla schválena spalovna komunálního odpadu, využívající metodu obohacování vzduchu kyslíkem na začátku roku 2004. Každoroční výkon je kolem 80 000 t/r, průměrný obsah kyslíku je 26 %, teplota roštu je kolem 1 100 – 1 200 oC, kdežto teplota ve spalovací komoře je snížena v souvislosti s opětovnou cirkulací spalin. Provozovatel dosud nezaznamenal žádné problémy. [74, připomínky TWG, 2004] Obohacení kyslíkem je používáno ve zplyňovacích a pyrolýzních procesech komunálních a průmyslových odpadů v Japonsku jako součást systému, který je navržen k tavení spalovacích popelů (např. Asahi Clean Centre, Kawaguchi City, Tokyo). První úplná jednotka pro nebezpečný odpad nyní funguje v SEABO (Samosprávná oblast Bologna). Dosud byla používána na zpracování materiálů jako jsou: tvrzené barvy, rozpouštědla obsahující halogeny, inkousty, rafinérské kaly, plastové obaly, znečištěný textil, olej obsahující PCB, pesticidy, prošlé léky a další. Reference [18, Italy, 2002], [2, infomil, 2002], [64, připomínky TWG, 2003] 4.2.14 Chlazení roštů Popis [19, Babcock, 2002] [64, připomínky TWG, 2003] Pro regulaci teploty kovu roštu se provádí jeho chlazení, čímž je prodlužována jeho životnost. Chladícím médiem může být vzduch nebo voda (stejně tak mohou být použity jiné kapaliny jako olej nebo jiná tekutina dobře vedoucí teplo). Vzduch je dodáván ze spodu roštu a prochází mezi jeho mezerami; hlavní funkcí tohoto vzduchu je poskytovat kyslík nutný k oxidaci a jeho průtok je navržen podle této potřeby. Zároveň tento vzduch poskytuje chlazení roštu a je zdrojovým vzduchem pro chlazení roštů. Se zavedením nadbytku vzduchu dochází k dalšímu chlazení roštu, ale zároveň dochází k vyšší produkci spalin. Kapalinou chlazené rošty zahrnují obvod uvnitř roštu, kterým prochází chladící kapalina. Z důvodu vyšší tepelné kapacity jsou kapalinou chlazené rošty vhodnější v situacích, kdy má chlazení vzduchem svoje omezení, a to zejména pokud je spalován odpad o vysoké výhřevnosti (např. > 10 MG/kg) Kapalina teče z chladnějších částí roštu do teplejších částí díky zachování teplotního gradientu. Teplota kapaliny může být využita jako monitorovací prostředek ke sledování reakcí (některé jsou endotermické a některé exotermické, a to do různých stupňů), které probíhají ve vrstvě odpadu nad roštem. Tyto reakce mohou být regulovány změnami množství 354 dodávaného vzduchu do odpadu skrze mezery roštu. Toto oddělení funkcí chlazení a dodávek vzduchu může zvýšit kontrolu procesu. Dosažené zisky pro životní prostředí Jak vzduchem tak kapalinou chlazené rošty mohou poskytnou účinné spalování odpadu. Pro odpady s vysokou výhřevností umožňují kapalinou chlazené rošty poněkud lepší kontrolu spalovacího procesu, jelikož další potřebná chladící kapacita pro tyto odpady může být poskytnuta z chladící kapaliny namísto z většího množství dodávaného vzduchu. Kapalinou chlazené rošty mohou tedy snížit množství dodávaného primárního vzduchu a tudíž i celkové objemy spalin. Vlivy interakce médií Žádné rozpoznané negativní interakce. Provozní údaje Rošty chlazené vzduchem jsou velmi používaná a osvědčená technologie pro komunální odpady a další, především tuhé odpady. Bylo zaznamenáno, že tato technologie je vysoce spolehlivá a poskytuje účinný výkon a dlouhé provozní použití. Složitost vzduchem chlazených systémů je poněkud nižší než u systému chlazených kapalinou, což může být provozní výhodou. Používání vzduchem chlazených roštů je velmi běžné v Evropě, přibližně 90 % spáleného KTO je zpracováno v zařízeních s rošty chlazenými vzduchem. Kapalinou chlazené rošty zvyšují chladící účinek tím, jak kapalina přímo cirkuluje uvnitř roštu. Může být sníženo riziko poškození teplem, a to i v případě odpadů o vysoké výhřevnosti. Je možné zajistit funkční životnost po čtyři roky. Aby se předešlo prasklinám a únikům kapaliny a následnému vlivu na dostupnost zařízení, je zapotřebí účinná konstrukce kapalinou chlazených roštových tyčí. V rámci zvýšení kontroly teploty roštu je nutné použití složitého kapalinou chladícího okruhu, aby bylo možné dodávat kapalinu do jednotlivých tyčí. Alternativní možnost umožňuje teplotní kontrolu zón a zároveň systému roštu jako celku. Při podmínkách o vysokých teplotách, které mohou nastat při spalování odpadu o vysoké výhřevnosti, mohou mít kapalinou chlazené rošty delší životnost díky nižší korozi, ale zároveň mají vyšší riziko poškození roštu díky možným únikům chladící kapaliny, než systémy chlazené vzduchem. Provozní zkušenosti ukázaly, že prakticky ke všem únikům u vodou chlazených roštů dochází na spojích mezi tvárnicemi nebo na spojích mezi tvárnicí a kolektorem chladícího okruhu. Riziko selhání chladícího obvodu může být tedy minimalizováno snížením počtu těchto spojů. Je preferován návrh tekutinou chlazeného roštu s malým počtem těchto spojů. Životnost obkladu u vodou chlazeného roštu může být více než 35 000 - 40 000 provozních hodin. Použitelnost Speciální vlastností roštů je, že jsou samotné vysoce masivní a mohou být použity téměř ke každému hlavnímu typu tuhého odpadu, včetně vysoce heterogenního odpadu. Oba typy, jak kapalinou, tak vzduchem chlazené rošty jsou používány pro komunální odpady, z čehož přibližně 90 % spaloven tuhého komunálního odpadu používá vzduchem chlazený typ. 355 Kapalinou chlazené rošty jsou obvykle používány pokud je nutné další chlazení roštu, tj. kde se spaluje odpad o vyšší výhřevnosti (např. nad ~10 - 13 MJ/kg, v závislosti na typu roštu). Vzduchem chlazené systémy mohou být také používány za těchto okolností, někdy s dalšími chladícími vlastnostmi, jako například vodou napuštěné stěny pece. Ekonomika Vzduchem chlazené rošty lze nakoupit levněji než kapalinou chlazené rošty. Riziko poškození roštu, a tudíž i vyšší náklady na opravu a prostoj provozu, je vyšší u systémů nechlazených vzduchem, protože úniky kapaliny mohou způsobit škodu (ale viz. také provozní údaje výše). Hnací síla realizace Systémy chlazení roštu jsou vybírány tak, aby byly vyváženy provozní výhody a nevýhody. Výhody a nevýhody výběru závisí na hodnotě výhřevnosti a složení odpadu, který bude zpracováván. V závislosti na konkrétních okolnostech (tj. zvláště na typu roštu a odpadu) je možné zpracovávat odpad o vysoké hodnotě výhřevnosti na roštech s kapalným chlazením. Tato možnost může být preferována před chlazením roštu vzduchem. Příklady zařízení Chlazení roštů je v Evropě i ve světě široce používáno. Vodou chlazené systémy jsou méně rozšířené, ale jejich použití je zaznamenáno alespoň v Dánsku a Německu. Reference [19, Babcock, 2002], [64, připomínky TWG, 2003] 4.2.15 Chlazení rotačních pecí vodou Popis [20, EKOKEM, 2002] Tato metoda je používána většinou s vyššími teplotami v peci (viz. oddíl 4.2.16). Systém chlazení pece se skládá ze dvou chladících okruhů. Primární chladící okruh dodává primární na vrchol rotační pece chladící vodu a rovnoměrně ji rozvádí, čímž zajišťuje rovnoměrný chladící účinek na plášť pece. Voda je potom svedena do čtyř nádrží umístěných pod pecí a dále volně teče do zásobníku vody. Poté cirkuluje zpět skrze filtr a výměník tepla pomocí čerpadla. Výpar je kompenzován přídavkem další vody, která je automaticky přidána i s NaOH, aby se předešlo korozi. Sekundární okruh bere teplo z primárního okruhu přes tepelné výměníky a předává ho k dalšímu využití. Pokud není potřeba obnovovat energii, je možné pro odstraňování tepla ze systému použít multisekční systém chlazení vzduchem. Aby bylo zabráněno zamrzání, je směs vody a glykolu cirkulována přes tepelné výměníky na rozhraní mezi vodou a vzduchem. Systém dodává chladící vodu prostřednictvím stovek rozprašovacích trysek umístěných po celém plášti pece, takže je udržována teplota pláště mezi 80 a 100 oC, zatímco při chlazení vzduchem má ocelový plášť teplotu o několik set stupňů vyšší. Chlazení rotační pece zvyšuje tepelný tok přes ohnivzdorný materiál dostatečně na to, aby byla snížena rychlost chemické eroze na minimum. Vyšší teploty mohou být používány v peci. 356 Dosažené zisky pro životní prostředí Hlavní výhodou chlazení vodou u rotačních pecí je, možnost dosáhnout vyšších teplot spalování, pokud je to zapotřebí (viz. oddíl 4.2.16). Rychlost toku tepla skrze pec do primární chladící kapaliny je zvýšená. Podle teoretických výpočtů a praktických měření na modelovém zařízení se tok tepla skrze pec do chladící vody pohybuje mezi 0,5 MW a 3,0 MW, v závislosti na velikosti rotační pece a tloušťce ohnivzdorného materiálu. Tloušťka ohnivzdorného materiálu také zahrnuje zbývající cihlové obložení a zpevněnou vrstvu zbytkového popele. Například v roce 1995 bylo v Kommunikemi (DK) zaznamenáno průměrné vužití tepla pece 2,2 MW. Vlivy interakce médií Žádné rozpoznané negativní aspekty. Provozní údaje Provozními výhodami jsou: • • • delší životnost ohnivzdorného materiálu při provozu za vyšších teplot – menší údržba možnost dosažení zvýšené výkonnosti – zvláště pro odpady o vysoké výhřevnosti lepší pracovní prostředí – nižší teploty v okolí pece Použitelnost Tato metoda je použitelná u rotačních pecí s vyššími vstupy odpadu o nižší výhřevnosti. Je používána především v zařízeních na zpracování nebezpečného odpadu, ale může mít také širší uplatnění při pálení jiných odpadů v rotačních pecích. Tato metoda je zvláště použitelná pro zařízení, která pro likvidaci určitých typů odpadů vyžadují vyšší teploty. Vodou chlazené pece nabízejí především prodloužení životnosti ohnivzdorných materiálů pro odpady s obsahem minerálních látek s nízkým bodem tání. Pokud systém pracuje společně s vysokoteplotní pecí, musí být k dosažení dostatečných rychlostí odstraňování tepla tok vody velký. To bude mít za následek velké množství teplé vody spíše než menších množství vařící vody. Tato metoda je tudíž vhodnější u procesů, které mají požadavek/využití pro takto vyprodukovanou horkou vodu. Ekonomika Jak Ekokem ve Finsku tak Kommunikemi v Dánsku zaznamenaly kapacitu přes 100 000 tun spáleného nebezpečného odpadu (odpadní voda není zahrnutá) za vysokých teplot stejným cihlovým obložením. To se rovná celkové životnosti 2 až 3 roky. Obě zařízení standardně ukončují spalovaní odpadu jednou za rok z důvodu plánované dvoutýdenní údržbě a pouze dvakrát za rok kvůli kratším prohlídkám. Hnací síla realizace Někteří provozovatelé byli nuceni pracovat z vysokoteplotními pecemi na tvorbu strusky a proto vyvinuli systém chlazení vodou, který umožnil ekonomičtější funkci za těchto podmínek. Kde nebyly k dispozici odvody (např. nahrazení agregátu recyklací) pro produkovaný napůl zeskelnatělý zbytkový popel, tam bylo možné snížit náklady na odstraňování, a tudíž zvýšit zájem o metodu nebo vyvážit náklady na metodu. Zájem o metodu je zvyšován dostatkem zákazníků pro teplou vodu. 357 Dostupnost odpadů o nižší výhřevnosti (např. rozpouštědla či oleje) umožňuje vyšší provozní teploty, které následně vyžadují další chlazení, jak zde bylo zmíněno. Pokud jsou takovéto odpady odvedeny na jiný typ zpracování, může být jejich dostupnost snížena a provoz za vyšších teplot může být možný pouze s přídavnými palivy nebo za dalších nákladů. Příklady zařízení Ekokem, Finsko. Kommunikemi, Dánsko. Reference [20, EKOKEM, 2002], [40, EURITS, 2003] [64, připomínky TWG, 2003] 4.2.16 Spalování za vyšších teplot (struskování) Popis Tato metoda je nejčastěji používána v Evropě u pecí, které zpracovávají nebezpečný odpady. V principu je však provoz za zvýšených teplot do určitého míry použitelný i pro jiné typy pecí. Vysoké teploty jsou například někdy používány ve směru proudu fluidních loží, které dostávají odpad neklasifikovaný jako nebezpečný (viz. oddíl 4.2.26 a 4.2.27). Nebezpečné odpady, jak pevné tak kapalné, jsou dodávány do procesu skrze přední stěnu rotační pece. Pouze sekundární vzduch a odpadní voda jsou vstřikovány do sekundární spalovací komory. Spalovací teplota roste na 1 100 až 14 000 oC za několik sekund, s tím, jak je odpad o vysoké výhřevnosti dodán do rotační pece skrze přední stěnu. To znamená, že teplota spalin zůstává vyšší než 1 050 oC dokud neprojdou vývodem ze sekundární spalovací komory. Poté spaliny vstoupí do odpadního tepelného bojleru a nakonec proudí do systému jejich čištění. Dosažené zisky pro životní prostředí Bylo zaznamenáno, že vysokoteplotní spalování při 1 100 – 1 400 oC poskytuje ve srovnání nízkoteplotním spalováním (850 - 900 oC) následující výhody: • • • • veškerý organický materiál je zcela spálen, obsah organické hmoty ve zbytkovém popílku je standardně nižší než 1 % nižší obsah uhlovodíků a CO ve spalinách vyšší schopnost likvidace molekul PCB v peci je tvořen roztavený zbytkový popílek Konečná granulovaná a zeskelnatěná struska s nízkými vlastnostmi vyluhování je připravena šokovým chlazením s vodou. Může být využita nebo skládkována. Za používání vysokých teplot tvoří železo, sklo, hliník, a další anorganické materiály v rotační peci roztavenou směs pecního popele. Zkapalnělý popel potom pomalu teče směrem k výstupu z pece, kde padá do zhášecí nádrže, umístěné pod sekundární spalovací komorou. Popel v nádrži rychle ztuhne, čímž je kvalitně granulován a zeskelnatěn. Díky vlivu granulace je celkový objem produkovaného pecního popele menší než u konvenčního spalování. 358 V závislosti na testech vyluhovatelnosti nebo jiných používaných standardech může být produkovaný vysokoteplotní pecní popel klasifikován jako materiál neklasifikovaný jako nebezpečný. To může snižovat náklady jeho odstraňování, jelikož pecní popel může být (za určitých podmínek) odvezen na normální skládku, nebo může být dokonce prodán jako materiál pro stavbu silnic. Pokud je používán pro stavbu silnic, pak musí být celkový obsah těžkých kovů v pecním popelu nízký a jeho dopad může být posouzen ve srovnání s jinými materiály, které se pro tyto účely standardně používají. [74, připomínky TWG, 2004] Vlivy interakce médií Vyšší teploty mohou mít za následek další produkci NOx a požadavky na další kontrolní opatření. Pokud není výhřevnost odpadu dostatečná, mohou být zapotřebí přídavná paliva. Může být zapotřebí upravený systém čištění plynů, který by umožnil zpracování vyšších hladin vypařených těžkých kovů. [40, EURITS, 2003] Provozní údaje Vyšší teploty vyžadují kvalitní ohnivzdorné vložky. Během procesu by navíc měla být udržována konstantní vrstva strusky. Navíc: • • • • spalovací vzduch může vyžadovat předběžný ohřev množství spalovacího vzduchu je nutné snížit membránové zdi bojleru je potřeba odstranit či chránit ohnivzdorným materiálem roztavená struska může zapříčinit provozní problémy v peci a v oblastech tepelných výměníků Malé zbytky uhlovodíků a CO závisejí na kombinaci míšení (víření) spalin, času zdržení a teploty. Bylo zaznamenáno, že teploty kolem 900 - 1000 oC dosahují velmi vysokých destrukčních stupňů, podobných těm, kterých je dosahováno za teplost probíraných v této oddíle. Za důležitý činitel jsou také považovány dodávky homogenního odpadu. Velmi vysoké teploty nejsou tedy samy o sobě zárukou vyššího vyhoření plynů (tj. nízkých CO a TOL). Za vyšších teplot jsou také vyšší rychlosti plynů a čas zdržení je tedy nižší, a proto je důležité celkové nastavení parametrů. Použitelnost Využitelné především v rotačních pecích na spalování nebezpečného odpadu o vysokých hodnotách výhřevnosti, např. odpadů, které obsahují různá rozpouštědla a odpadní oleje. Ekonomika Navýšení nákladů pochází z: • • • • • potřeby používat vodou chlazenou pec, aby se předešlo vysokým nákladům na údržbu možné potřeby podpůrných paliv k udržení vysoké teploty možných potřebných úprav pece k udržení tepla přídavků anorganického materiálu (sklo, písek) produkujících více pecního popele mokrého čištění těžkých kovů, které se více vypařují za vyšších teplot 359 V některých případech bylo používání vyšších teplot ukončeno z důvodu přidružených nákladů na údržbou ohnivzdorných materiálů. Hnací síla realizace Metoda byla použita tam, kde: • • je potřeba zajistit vysoký účinek destrukce je vyžadován zeskelnatěný pecní popel Používáno především v zařízeních, kde je výhřevnost odpadů dostatečné vysoká (celkové průměry obvykle nad 15 MG/kg), aby se předešlo potřebě přídavných paliv. Příklady zařízení Ekokem, Finsko. Kommunikemi, Dánsko. Reference [20, EKOKEM, 2002] [64, připomínky TWG, 2003] 4.2.17 Zvýšení promíchávání a času zdržení odpadu v peci Popis Odpad dodávaný do pece by měl být dobře promíchán a měl by zde zůstávat po dostatečně dlouhou dobu k reakci a mělo by být zajištěno jeho účinné spálení, to znamená, že zbytek po spálení by měl obsahovat nízké hodnoty organického uhlíku. Při procesu navíc , pomáhají dodávky dostatečného množství dobře distribuovaného primárního vzduchu, který nezpůsobí přílišné chlazení. Delší doby vystavení odpadu vyšším teplotám ve spalovací komoře, vyšší teplota lože odpadu a fyzické promíchávání odpadu, to vše dohromady zajišťuje, že produkovaný popel bude obsahovat nízké hodnoty organický látek. Lepší účinnosti hoření může být dosaženo pomocí: • • • • • • • • • pecí, které účinně otáčejí a mísí odpad používání rotačních pecí předběžné úpravy odpadu a následného použití fluidních loží (pokud je odpad pro tuto technologii vhodný) delších časů zdržení v zónách spalování pece návrhu pece, která by odrážela vyzářené teplo a zvýšila hoření optimalizace dodávek a distribuce primárního vzduchu přídavku dalšího odpadu/paliva k podpoře účinného spalování rozkladu velkých kusů v odpadu prosívání (propadání) zpět pro opakované spalování. Používáním této metody lze dosáhnout hladin organického uhlíku v popelu pod 1 %. Stupeň vyhoření dosažitelný touto metodou závisí na vlastnostech spalovaného odpadu. Na praktičnost dodávání různých typů odpadu do různě navržených spalovacích komor budou 360 mít také značný vliv fyzické vlastnosti odpadu, např. směsný komunální odpad nemůže být zpracováván na fluidní loži bez předchozího předběžného třídění. Obvykle je dosahováno lepšího hoření pokud byl odpad rozdrcen a homogenizován (např. mícháním). Předběžné třídění vysoce heterogenních odpadů může zlepšit jejich hoření. Dosažené zisky pro životní prostředí Účinné hoření odpadu má za následek: • • • účinnou likvidaci odpadu zlepšení vlastností pevných zbytků pro možné využití zvýšení hodnot odběru energie z odpadu Vlivy interakce médií Přílišné fyzické míchání odpadu může mít za následek vyšší množství nespáleného materiálu, který je převáděn do sekundárních spalovacích komor. To může způsobit zvýšení obsahu prachu a dalších nečistot ve snižovacích procesech umístěných ve směru proudu. Přílišné míchání může mít také za následek větší propad, tj. nespálený materiál procházející mezerami v roštu. [74, připomínky TWG, 2004] Provozní údaje Mělo by být poznamenáno, že některé technologie zahrnují větší míchání, které ve výsledku přináší lepší hoření, a tudíž menší množství nespáleného materiálu ve zbytcích. Tyto technologie nejsou obecně vybírány z těchto důvodů, ale na základě toho, jak mechanicky vyhovují fyzickým vlastnostem přijímaného odpadu, tj. homogenitě odpadu atd. [64, připomínky TWG, 2003] Zaznamenané hladiny dosažené v rakouských spalovnách odpadů při stabilním provozu jsou 1 % TOC (suchý materiál) a kolem 3 % TOC (suchý materiál) při startu a ukončení procesu. Použitelnost Povaha přijímaného odpadu může omezit výběr spalovací technologie (např. fluidní lože nebo rošt, atd.) a tudíž omezuje možnost provozovatele vybírat mezi technologiemi. Principy zvýšeného míchání a dostatečných časů zdržení odpadu v peci jsou však použitelné ve všech případech. Pro každou vybranou technologii je možné posoudit zde popsané možnosti vedoucí ke zlepšení hoření. Ekonomika Nové projekty mohou zohlednit potřebu zajištění účinného hoření bez zásadního navýšení nákladů. Ve stávajících zařízeních jsou zásadní rekonstrukce spalovacích komor nákladné. Dodatečné vybavení je tudíž možné, pokud je plánována celková rekonstrukce (pokud není dosaženo zákonného standardu 3 % TOC, je povinnost splnění tohoto standardu zajistit). Hnací síla realizace Hlavní silou je: • • zlepšení rozkladu odpadu zlepšení možností využití zbytků 361 • plný odběr hodnoty energie odpadu. Článek 6 z EC směrnice 2000/76/EC vyžaduje, obsah Celkového Organického Uhlíku (TOC) ve strusce a v pecní popelu nižší než 3 % nebo že ztráty při zážehu jsou nižší než 5 % suché celkové hmotnosti materiálu. Příklady zařízení Po celé Evropě. Reference [4, IAWG, 1997] [64, připomínky TWG, 2003] 4.2.18 Udržení kvalitního hoření a spalovacích podmínek úpravou výkonu Popis Dosažený stupeň vyhoření zbytků pecního popele je parametrem, který je nutné brát v úvahu při určování výkonnostních omezení procesu s určitým vstupním odpadem. Hladiny TOC nad 3 % (5% ztráty při zážehu) jsou zakázané evropskou legislativou. Hladiny pod 1 % jsou dosahovány za určitých okolností (viz. oddíl 4.2.17 výše) Pro daný rozsah vlastností odpadu je omezujícím faktorem tepelná kapacita spalovací komory spíše než hmotnostní výkon. Překročení tepelné kapacity zařízení vede ke zhoršení spalovacího výkonu a ke zhoršení kvality produkovaných zbytků. Dosažené zisky pro životní prostředí Udržení procesu v rozsahu kapacity tepelného výkonu zajišťuje správnou likvidaci odpadu a lepší kvalitu zbytků, které mají zvýšenou možnost dalšího využití. Vlivy interakce médií Použití této metody předchází negativním dopadům. Provozní údaje Vyšší doba zdržení v peci může sníženy stupně vyhoření. To má za následek snížení výkonu zařízení. Použitelnost Použitelné pro všechny spalovny odpadu. Ekonomika Omezení výkonu může způsobit nižší příjmy z odstraňování odpadu. Hnací síla realizace • • zajištění úplné likvidace odpadu zlepšení kvality popela. Příklady zařízení Běžná praxe používaná v průmyslu. 362 Reference Diskuze v této oddíle. [64, připomínky TWG, 2003] 4.2.19 Optimalizace času, teploty, víření plynů ve spalovací komoře a koncentrace kyslíku Popis K dosažení účinného spalování produkovaných plynů během spalovacího procesu je potřeba, aby byl plyn dobře promícháván s dostatečným množstvím kyslíku, za dostatečně vysoké teploty a po dostatečně dlouhou dobu. Na základě těchto principů a praktické zkušenosti spalovacích zařízení průmyslového měřítka byla navržena minimální kritéria v různých evropských a národních legislativách. Účelem těchto kritérií je zajistit navržení a provoz procesů způsobem, který zajišťuje dostatečnou oxidaci vyprodukovaných plynů a zničení organických znečisťujících látek, a tudíž snižuje škodlivé emise těchto látek. Tab. 4.12 níže poskytuje krátký přehled některých specifikací, které byly použity při spalování plynů vyprodukovaných během spalovacího procesu: Parametr Minimální spalovací teplota během doby zdržení plynu Minimální doba zdržení plynu Specifikace • alespoň 850 oC, nebo • alespoň 1 100 oC pro nebezpečné odpady s vyšším než 1% obsahem halogenovaných organických látek (jako Cl) • 2 sekundy po posledním vstřiku spalovacího vzduchu Víření • dostatečné k zajištění účinného míšení plynu a spalovací reakce Koncentrace kyslíku (přebytek) • vyšší než 6 % (poznámka: přesné množství požadovaného kyslíku bylo z většiny legislativ v EU odstraněno) Účel • vhodná teplota k umožnění oxidace • dostatečná doba zdržení při dostatečně vysokých teplotách a v přítomnosti dostatečného množství kyslíku pro reakci a oxidaci • míšení plynu umožňuje pokračování reakce během celého toku plynu • aby byla umožněná oxidace musí být dodané dostatečné množství kyslíku Tab. 4.12: Některé spalovací specifikace používané při spalování Provozní zkušenosti ukázaly, že jsou tato kritéria vhodná a že dosahují dobrých likvidačních stupňů. Mnoho stávajících zařízení však pracuje při snížených teplotách, dobách zdržení a koncentracích kyslíku a stále dosahuje účinného spalování a nízkých emisí pro všechna životní prostředí. V některých zařízeních bylo skutečně dosaženo snížení (především) emisí NOx bez podstatného zhoršení jiných výkonnostních parametrů či korozních problémů. Za určitých okolností a pro určité typy odpadu je tudíž možné tyto základní kritéria, která reprezentují optimální výstup do životního prostředí, opustit. Pokud by měla být takováto výjimka povolena, pak by měly být pro zajištění celkově účinného výkonu prošetřeny následující aspekty: 363 • • • • • nízké a stabilní koncentrace CO v emisích do ovzduší (< 50 mg/m3 denní průměr) kvalitní vyhoření pecního popele (TOC < 3 %) výhody převažují nad riziky (např. podstatné snížení emisí NOx) Je odpad (pro dodávky do pece) dostatečně homogenní, konzistentní a kvalitní pro zajištění dostatečné likvidace škodlivin v celém spektru provozu? Je stupeň víření ve spalovací zóně dostatečný, aby umožnil snížení teploty či dobu zdržení? Doba zdržení je vysoce závislá na velikosti pece, a tudíž existuje málo možností jejího prodloužení poté, co byla celá pec již postavena, pokud není naplánována její zásadní přestavba, která může být velmi nákladná. Nová zařízení jsou obvykle navržená tak, aby zajistila dobu zdržení dvou sekund nebo více, pokud není spalován zvláště specializovaný a vysoce regulovatelný a homogenní odpadní tok.. Tímto je umožněna vyšší jistota ohledně dosažených emisních hladin. [64, připomínky TWG, 2003] Dosažené zisky pro životní prostředí Potenciální výhody snížení minimální koncentrace kyslíku a minimálních teplotních stupňů jsou: • • • snížení tvorby NOx, a tudíž požadavků na jejich zpracování a/nebo vypouštění snížení objemů spalin může mít za následek snížení požadavků na systém jejich čištění zlepšení energetické účinnosti Obecně samotné snížení doby zdržení plynu nebude mít žádné zvláštní výhody pro životní prostředí, ty budou důsledkem menší spalovací komory. Zvýšení vířivosti plynu obecně zlepšuje míšení, a rychlost oxidační reakce poté tedy vede k účinnému spalování. Pokud je však víření dosahováno především vstřikováním sekundárního vzduchu, je zapotřebí rovnováha, jelikož je zároveň nutné vyhnout se přílišným dodávkám vzduchu, které mohou vést k: nadměrnému chlazení nebo přílišnému dodávání dusíku se vzduchem, které mohou zvýšit produkci NOx. Vlivy interakce médií Snížení doby zdržení, teploty, koncentrace kyslíku a vířivosti mohou vést ke zvýšeným emisím produktů nekompletního spalování, pokud jsou podmínky sníženy natolik, že spalování není úplné. Tato rizika jsou větší v případě, že je dodáván (do pece) vysoce heterogenní odpad o různém složení nebo pokud je složité zajistit kvalitu odpadu. Emisní koncentrace N2O (oxidu dusného) (a tudíž celkového dopadu na globální oteplování) jsou za nižších spalovacích teplot zvýšeny. Za nižších teplot mohou být také zvýšeny hladiny CO. Používání vyšších teplot, které jsou nutné pro likvidaci určitých typů spalovaného odpadu, obecně přináší pouze malé snížení množství produktů nekompletního spalování v nezpracovaných spalinách a po průtoku čistícím systémem plynů je relativní výhoda ještě menší. Na druhou stranu používání vyšších teplot může vést k podstatnému nárůstu v produkci NOx. Dokud není hledána jiná výhoda pro životní prostředí (např. zlepšení kvality zbytků využitím struskování nebo zajištění vysoké destrukce molekul PCB), pak může být 364 snížení emisí do ovzduší převážené negativními aspekty spalován za vyšších teplot, jako je spotřeba přídavných paliv, produkce NOx atd. [64, připomínky TWG, 2003] Příklad: bublinkové fluidního lože na spalování splaškových kalů: Níže uvedená tab. 4.13 popisuje nalezené závislosti mezi emisemi oxidu dusného a procesní teplotou zařízení s bublinkovou fluidním ložem na spalování splaškových kalů. Je nutné poznamenat, že spalování na fluidních ložích se značně liší od spalování na roštech, a emise oxidu dusného v roštových spalovnách tuhého komunálního odpadu jsou tudíž při teplotě 900 o C v sekundární spalovací komoře obecně zanedbatelné. [64, připomínky TWG, 2003]: o Rozsah teplot lože ( C) o 930 C 70 100 180 820 - 845 795 - 820 730 - 795 Teplota ve volném prostoru 910 oC Emise oxidu dusného 120 170 250 890 oC 200 270 350 Data pro koncentrace oxidu dusného jsou mg/m3 Tab. 4.13: Vztah mezi emisemi oxidu dusného a provozní teplotou pro zařízení s bublinkovým fluidním ložem pro spalování splaškových kalů [22, Mineur, 2002] Provozní údaje Existuje několik různých metod pro stanovení časových a teplotních parametrů daných zařízení, která používají různá zařízení na měření teploty, umístěná na různých místech bojleru s různými vlastnostmi přenosu tepla: tato měření jsou prováděna se zařízením za procentuálně rozdílných nakládek a různých časů, s ohledem na čištění zařízení. S těmito metodami jsou spojené různé stupně přesnosti. Navzdory těmto nejistotám splňují moderní zařízení obvykle ochranu životního prostředí v souladu se směrnicí EU 2000/76. [64, připomínky TWG, 2003] Přiklad: VERA spalovna splaškových kalů, Hamburg, Německo Studie byla prováděna na tomto zařízení s fluidním ložem, aby byl ukázán vliv na emise při používání nižší teploty a kyslíku ve spalovací fázi. U fluidních loží jsou obě teploty, jak fluidního lože, tak volného prostoru, důležité pro účinné spalování. Typ odpadu: Velikost zařízení: Typ spalovací komory: Spalovací teplota (T min.): Koncentrace kyslíku (min.): Systém snižování: filtry Splaškové kaly a čistírenské produkty 79 000 t/r bublinková fluidní lože 810 oC (ve volném prostoru spalovací komory) 4% elektrostatický odlučovač/HCl a SO2 skrubr/tkaninové Na výsledcích z tohoto zařízení byly zaregistrovány následující data/závěry: • • snížení teploty fluidního lože z 924 oC na 810 oC neovlivnilo podstatně změny v emisích PCDD/F (zaznamenaná čísla se změnily z 0,0005 ng/m3 na 0,0008 ng/m3) snížení koncentrace kyslíku z 6,8 % na 4 % vedlo ke snížení emisí PCDD/F (z 0,0015 na 0,0005 ng/m3) 365 • • • • • při teplotě ve volném prostoru pod 890 oC byly emise NOx mezi 30 a 40 mg/Nm3 a nezávisely na změnách teploty fluidního lože mezi 730 oC a 845 oC zvýšení teploty volného prostoru nad 890 oC zvýšilo emise NOx – tento vliv byl výraznější při vyšších teplotách fluidního lože při teplotách pod 900 oC mělo SNCR na emise NOx malý vliv emise N2O jsou vyšší při nižších teplotách volného prostoru a fluidního lože (viz. údaje o vlivu interakce médií výše) emise N2O jsou téměř neovlivněné použitím SNCR. Bylo zaznamenáno, že snížení hladin kyslíku může mít za následek zvýšenou rychlost koroze, která vyžaduje speciální protiopatření. [64, připomínky TWG, 2003] Použitelnost Hlavní využití při vývoji nových zařízeních a ve stávajících zařízeních, která podstupují či plánují podstatnou rekonstrukci spalovací komory. Použitelné tam, kde dostupný prostor omezuje velikost spalovací komory. Méně vhodné, pokud je (do pece) dodáván vysoce heterogenní odpad různého složení nebo kde je těžké zajistit kvalitu odpadu. Stávající zařízení mohou mít doby zdržení pod dvě sekundy. To může být upraveno dodatečným sběrem a porovnáním reálných výkonnostních údajů týkající se hladin produktů nekompletního spalování v nezpracovaném odpadu a zařízení se tedy nemusí draze dodatečně vybavovat. Ekonomika V následující tabulce jsou uvedeny odhadované vlivy na náklady spojené se změnami těchto spalovacích parametrů ve srovnání s hodnotami standardního návrhu: Parametr Zvýšení či snížení parametru Zvýšení Spalovací teplota Snížení Zvýšení Doba zdržení plynu Snížení Zvýšení Víření Snížení Koncentrace kyslíku (přebytek) Zvýšení Odhadnuté dopady na náklady Zvýšení nákladů na přídavná paliva, zvýšení nákladů na údržbu pece, možné snížení nákladů na odstraňovaní struskového popela, pokud je prodejný Snižuje potřebu podpůrných paliv, může omezit typy spalitelných odpadů Objemnější pec = vyšší náklady mohou zvýšit rozsah přijímaných odpadů, změna návrhu spalovací pece je nákladná Menší proces znamená nižší náklady, může dojít k omezení odpadů, které mohou být spalovány Změna návrhu spalovací komory je nákladná, zvyšování množství vstřikovaného vzduchu zvyšuje objem spalin a náklady na jejich čištění Není z technických důvodů doporučitelné/vhodné Vyšší přebytek kyslíku umožňuje spalování širšího rozsahu odpadu bez problémů s emisemi 366 Snížení Snížení objemů spalin znamená snížení nákladů na jejich čištění, může dojít k omezení odpadů, které mohou být spalovány Tab. 4.14: Odhadované dopady na náklady některých změn spalovacích parametrů Nejpodstatnější položkou nákladů, které budou u stávajících zařízení (které by již splňovaly výkon emisních limitů) velmi vysoké, jsou obvykle náklady na přestavbu/rekonstrukci, která by splňovala standardní požadavky na teplotu a doby zdržení. Hnací síla realizace Snížení produkce NOx, což umožňuje dosáhnout snížení požadovaných opatření pro zpracování spalin. S velmi konzistentním odpadem je možné dosáhnout hladin NOx, které vyhovují požadavkům EC směrnice bez nebo s minimální potřebou zvláštní kontroly NOx (např. SNCR nebo SCR). Nižší doby zdržení plynu a objemy spalin (omezené snížením dodávek vzduchu) znamenají, že mohou být použity menší spalovací komory a zařízení pro zpracování spalin, což vede ke snížení nákladů. Příklady zařízení VERA, spalovna splaškových kalů, Hamburg, Německo Reference [22, Mineur, 2002]. UBA dodala informace v této oddíle k VERA. [64, připomínky TWG, 2003] 4.2.20 Používání automaticky řízených pomocných hořáků Popis Pomocné hořáky jsou používány během zahájení pro vytvoření zóny o vyšší teplotě, než je požadované teplotní minimum, skrze kterou jsou spaliny dodávány ze zóny pece do sekundárního spalování. Toto je převládající provozní využití pro návrh hořáku. Aby byla zajištěna dostatečná teplota i za extrémních podmínek, jsou instalovány pomocné hořáky. Jsou používány, když teplota klesne pod vyžadované teplotní minimum. Když je zastaven chod spalovny, jsou pomocné hořáky použity pokud teplota poklesla pod limit návrhu pece a nebo pokud teplota klesne pod vyžadované teplotní minimum. Fungují do té doby, dokud ve spalovací komoře nezbude žádný odpad. Dosažené zisky pro životní prostředí Automaticky řízené hořáky zajišťují dostatečnou spalovací teplotu a řádné spálení všech vyprodukovaných plynů a stejně tak snížení koncentrací produktů nekompletního spalování nezpracovaných plynů na výstupu z pece, a tudíž emise všech látek. Vlivy interakce médií Spotřeba paliv hořáky (obvykle lehké oleje či zemní plyn). 367 Pomocné hořáky musí být optimalizovány pro nízké emise CO, jinak může dojít k velkým emisím během ukončování či zahajování spalování. Provozní údaje Zahájení spalování bez pomocných hořáků je možné, ale s pomocí hořáků je dosaženo hladšího zahájení se sníženým množstvím sazí a s lépe regulovatelnou teplotou. Zahájení bez pomocných hořáků ve spalovnách tuhého komunálního odpadu může zvýšit riziko koroze vznikající díky obsahu chlóru v odpadu. [64, připomínky TWG, 2003] Použitelnost Použitelné pro všechny spalovny, především pro spalovny přijímající odpady o nízké výhřevnosti a/nebo odpady s nestálou kvalitou. Ekonomika Náklady na dodatečné vybavení mohou být značné z důvodu potíží s umístěním hořáků. Náklady budou podstatně vyšší u procesů, které fungují na dávkovacím základě, ačkoli to může být srovnatelné s dodatečným rizikem rizikem úniků, které doprovází takovýto způsob provozu. Hnací síla realizace Zajištění snížení emisí do všech prostředí a regulovatelného průběhu zahájení a ukončení provozu bez vzniku dalších emisí nečistot kromě těch, které vznikají z hoření plynového oleje či jiných paliv. Legálně vyžadováno směrnicí 2000/76/EC, ačkoli tato legislativa za určitých okolností povoluje při používání zahajovacího hořáku výjimky (2000/76/EC článek 6 odstavec 4). Příklady zařízení Používané v moderních zařízeních po celé Evropě. Reference [1, UBA, 2001] [64, připomínky TWG, 2003] 4.2.21 Snížení rychlosti propadávání roštem a/nebo návrat ochlazených propadů zpět do spalovací komory Popis V roštových spalovnách může část odpadu propadnout roštem a být částečně spálena. Tyto části jsou nazývány propady. Tyto účinky může snížit pozorný návrh roštu, zvláště zmenšení mezer. Množství a kvalita těchto propadů závisejí na návrhu roštu a na rozhraní mezi společně pohybujícími se částmi a mezi zdmi a na mechanismu, který je udržuje těsné. [74, připomínky TWG, 2004] Pro snížení propadů skrze rošt jsou dostupné, následující možnosti: • návrh a údržba roštů, které zajišťují zmenšené mezery mezi tyčemi a další faktory, způsobující vyšší propadávání 368 • pokud jsou rychlost a typ propadu takové, že způsobují znepokojení ohledně kvality popela, pak zde existuje možnost opětovného spálení ve spalovací komoře Ke sběru propadů jsou používány automatické dopravníkové systémy. Takto sebraný materiál je obvykle před opětovným uložením v odpadním bunkru (aby bylo předcházeno riziku požáru) uskladněn z důvodu chlazení. Část těchto opětovně uložených propadů je vypouštěna s pecním popelem. Poté budou vystaveny úplnému spalovacímu procesu a ve své podstatě budou tudíž více sterilní. To může být zvláště problematické, pokud je spolu s dalším odpadem spalován klinický či jinak infekční odpad. Především se jedná o odpad rozdrcený či obsahující diskrétní částice, které by mohly propadnout skrze rošt (např. injekční stříkačky). Propady, které vznikly na počátku průchodu odpadu spalovací komorou, mají vyšší riziko uchování infekce nebo jsou málo vyhořelé a měly by být důkladně prozkoumány. Propady, které vzniknou v pozdějších fázích spalování mohou být dobře zpracovány a s menší pravděpodobností potřebují opětovné spálení. Dosažené zisky pro životní prostředí Hlavními výhodami jsou: • • zlepšení vyhoření odpadu zlepšení kvality popela Roztavené propady, žhavé kapky některých běžných plastů (nacházených v KTO), jako jsou PE či PET, mohou podstatně přispívat k celkovému obsahu uhlíku v popelu a také k vyššímu CHSK pecního popela a k značné vyluhovatelnosti mědi. Všechny tyto parametry jsou zlepšeny používáním této metody. [64, připomínky TWG, 2003] Vlivy interakce médií Riziko požáru, pokud je propad v kontaktu s odpadem. Provozní údaje Uskladnění propadů předchází jeho opětovnému zavedení do hlavního toku odpadu. To je velmi důležité z hlediska prevence rizika požáru. Aby bylo zajištěno úplné zchlazení propadů, může být přidávána voda. Pravidelné pozorování předcházející ucpávání ve sběrných oblastech propadů pod rošty je nutně spojené s bezpečnostními riziky pro provozovatele a personál. [74, připomínky TWG, 2004] Ve Francii jsou směrnicemi stanoveny požadavky na vyhoření pecního popela pro spalovny tuhého komunálního odpadu, spalující klinické odpady s 3% ztrátou při zážehu, kterého je bez opakovaného spalování propadů běžně dosahováno. [74, připomínky TWG, 2004] Použitelnost V principu použitelné pro všechny roštové spalovny, především však pro spalovny s rošty, kde: • existují konkrétní problémy nebo požadavky, které vyžadují zlepšené vyhoření 369 • • jsou spolu spalovány klinické či jiné infekční odpady, které mohou propadat skrze rošt mají rošty větší mezery mezi tyčemi, a tudíž dochází k většímu propadu nebo v jiném systému, kde jsou relativně vyšší hladiny propadů. Ekonomika Zlepšení kvality vyhoření popela může snížit náklady na jeho odstranění pokud současné vyhoření popela nesplňovalo bez této metody požadavky pro opětovné využití či odstranění. [74, připomínky TWG, 2004] Pro stávající zařízení může dodatečné vybavení touto metodou zapříčinit podstatné investiční náklady a také navýšené provozní náklady. [74, připomínky TWG, 2004] Hnací síla realizace • zlepšené a důkladné zničení odpadu • zlepšení kvality pecního popela Tato metoda byla použita u roštových spaloven v oblasti Flander v Belgii pro účely zajištění vyhoření a zlepšení kvality popela. Příklady zařízení Indaver GF, Beveren, Belgie. Reference [64, připomínky TWG, 2003] 4.2.22 Chránění membránových stěn a kotle při prvním průchodu ohnivzdornými či jiným materiály Popis [2, infomil, 2002] Pec je tvořena membránovými stěnami (nazývané také „vodní stěny“), které se skládají z řad vertikálních trubek, spojených ocelovými pruhy a svařených dohromady tak, aby tvořily uzavřenou (membránovou) stěnu, která je součástí vypařovacího úseku kotle. Především v nižších úsecích musejí být membránové stěny chráněny před korozívními a brusnými vlastnostmi spalin, které na tomto místě nejsou úplně spáleny. Pro tento účel jsou stěny pece v nižším úseku pokryty vrstvou ohnivzdorné keramiky či jiným ochranným materiálem. Další výhodou této ochrany u odpadů s nízkou výhřevností je snížení tepelné výměny kotle, což je výhodné, pokud je potřeba udržet teplotu. Ve většině moderních spalovnách odpadů je celý kotel, kromě ekonomizéru, tvořen stěnou z vodních trubek. U parních kotlů jsou tyto trubky součástí výparníku. Pokud nejsou v zařízení vodní stěny, provádí se chlazení cirkulací vzduchu za ohnivzdorným materiálem. Tento teplý vzduch se často používá pro ohřívání primárního vzduchu. Funkcí ohnivzdorného materiálu je snižovat tepelnou výměnu a chránit trubky od nadměrného zahřátí a koroze. Ohnivzdorný materiál je vestavěn dovnitř pece/kotle a z venku pece/kotle je umístěna tepelná izolace. [74, připomínky TWG, 2004] Při spalování odpadů o vysoké výhřevnosti je bez problémů dosahováno běžných spalovacích teplot. Hlavním účelem keramické ohnivzdorné vrstvy je tudíž ochrana stěn pece před 370 vysokoteplotní korozí a ochrana před náhlým poklesem teploty. Za používání většího množství páry či odpadů o vyšší výhřevnosti musí být ohnivzdorným materiálem pokryta větší část stěn pece. Alternativním řešením je použití plátování ze speciálních nekorodujících slitin, jako jsou nikl/chróm, na ochranu trubek před korozí – mají vyšší koeficient tepelné výměny (viz. oddíl 4.3.8), než alternativní keramické ohnivzdorné materiály. Metoda byla vyvinuta k předcházení tvorbě nánosů tuhnoucího popela na peci. To zahrnuje: • • chlazení bočních stěn pece – které sníží teplotu popela, což způsobí ztuhnutí popela před dosažením stěn pece návrh pece s nižší specifickou tepelnou nakládkou (větší objem pro tutéž tepelnou kapacitu) Dosažené zisky pro životní prostředí Vyšší dostupnost zařízení způsobuje, že jsou sníženy další rizika emisí, spojená se zahajováním a ukončováním provozu. Udržení tepla, vyprodukovaného během spalování v peci, sníží u odpadů s nižší výhřevností potřebu přídavných paliv. Vysoká tepelná kapacita ohnivzdorného izolačního materiálu pece pomáhá snižovat teplotní fluktuace, které mohou nastat u odpadů o rozdílných výhřevnostech, a tudíž podporuje stabilnější spalování a snižuje emise ze spalovací fáze. Používání vodních a vzduchem chlazených stěn umožňuje: • • • využití tepla snížení teploty plynů, která snižuje lepivost popílku, a tudíž zlepšuje dostupnost kotle a účinnost tepelné výměny snížení přidávání sekundárního vzduchu (pokud měl být přidáván z důvodu chlazení) vede k nižším objemům spalin, a tudíž ke zmenšení požadavků na kapacitu systému jejich čištění, a k možnému snížení NOx v nezpracovaném plynu. Podobných účinků může být dosaženo pomocí vzduchem chlazených stěn. Vlivy interakce médií Pokud je dostatečná hodnota výhřevnosti odpadu k udržení spalovací teploty, může pokrytí ohnivzdorným materiálem přes velkou oblast snížit výměnu tepla směrem ke kotli a tudíž snížit míru využití energie. Pokud je nutné používat podpůrná paliva, protože vodní stěny odebírají příliš mnoho tepla, což má za následek pokles spalovací teploty pod hodnotu účinného spalovacího výkonu, pak by ohnivzdorné stěny měly být použity. Provozní údaje Zlepšení dostupnosti zařízení díky snížené korozi a navršení pecního popela. Zvýšení pokrytí ohnivzdorným materiálem pomáhá udržet spalovací teplotu odpadů o nižší výhřevnosti. 371 Použitelnost Tato metoda je použitelná hlavně pro roštové komunální spalovny. [64, připomínky TWG, 2003] Zvýšení ochrany trubek kotle blízko primární spalovací zóny za použití ohnivzdorných vložek je použitelné především u: • • • odpadů o nízké výhřevnosti, které vyžadují zvýšené zdržení tepla v primární spalovací zóně dodávání vysokého množství chlóru, kde existuje zvýšené riziko koroze vysokých spalovacích teplot, kde je zvýšené riziko koroze. Ekonomika Zlepšení dostupnosti zařízení má za následek snížení provozních nákladů. Změna nastavení pece u stávajícího zařízení nemusí být praktická z důvodu vysokých nákladů. Hnací síla realizace Provozní výhody a výhody pro životní prostředí. Především zlepšení spalovacího procesu, snížení koroze pece, zmenšení údržby, delší životnost kotle. Příklady zařízení Velmi rozšířené u spaloven tuhého komunálního odpadu po celé Evropě. Reference [2, infomil, 2002, 64, připomínky TWG, 2003] [28, FEAD, 2002] 4.2.23 Využití nízkých rychlostí plynu v peci a zahrnutí prázdných průchodů před sekcí konvekce kotle Popis Pece ve spalovnách odpadu jsou obvykle navrženy jako dostatečně objemné, aby umožnily nízké rychlosti plynů a dlouhé doby zdržení. To umožňuje důkladné spálení plynů, a zároveň to předchází zanášení trubek kotle: • • snížením obsahu popílku ve spalinách umožněním snížení teploty spalin dříve, než přijde do kontaktu výměníky tepla. Zanášení výměníků tepla může být sníženo zahrnutím prázdných průchodů (např. vodních stěn bez překážek v cestě plynu) mezi hlavní oblastí pece a výměníků tepla, jelikož to umožňuje snížit teplotu plynů a tudíž lepivost popílku. Teploty pod 650 oC jsou používané před konvektivním přehřívačem ke snížení adheze popílku k trubkám kotle, a tudíž přecházejí korozi. [2, infomil, 2002, 64, připomínky TWG, 2003] Dosažené zisky pro životní prostředí Snížení emisí organických látek ze spalovací fáze. 372 Zvýšení tepelné výměny kotle z důvodu snížení nánosů na trubkách kotle. To může mít za následek zvýšené využití energie. Vlivy interakce médií Žádné rozpoznané specifické aspekty, ale při zajištění sekundárního vzduchu či jiného mechanismu k podpoře adekvátního míšení plynů v objemných pecích je nutná opatrnost. Provozní údaje Snížení nánosů na trubkách kotle zvyšuje procesní dostupnost a lepší tepelnou výměnu. Použitelnost Hlavní využití u návrhů nových zařízení a tam, kde probíhají velké rekonstrukce stávajících pecí a kotlů. Použitelné téměř pro všechny typy spaloven. Ekonomika Objemnější pece jsou nákladnější. Hnací síla realizace Provozními výhodami zlepšení spalovacího procesu jsou snížená eroze,snížení popílku a údržby a delší životnost kotle. Příklady zařízení Běžně používáno ve spalovnách tuhého komunálního odpadu v Evropě. Reference [2, infomil, 2002], [64, připomínky TWG, 2003] 4.2.24 Určení hodnoty výhřevnosti odpadu a její využití jako parametru při kontrole spalování Popis Fluktuace ve vlastnostech odpadu jsou více znatelné u některých typů opadu (např. netříděný KTO, některé nebezpečné odpady). To znamená, že hmotnost a objem jsou méně spolehlivými kontrolními parametry. Určení hodnoty výhřevnosti během provozu může pomoci k optimalizaci procesních podmínek a ke zlepšené spalování těchto heterogenních vstupů. Metoda je založena na: • zpětné analýze parametrů provozního výkonu (není prediktivní metoda) • výpočtech hmotností rovnováhy založené na koncentracích CO2, O2 a H2O ve spalinách (tj. není prediktivní metoda, protože je založená na pozdějších měřeních) a na množství vstupního odpadu (průměrné hodnoty, měřítkem je např. jeřáb) nebo další menší odhady tepelného toku • používání mikrovlnného zařízení k ohodnocení obsahu vlhkosti v násypce • barvě odpadu a objemech spojených s výstupními signály ze zařízení pomocí fuzzy logiky. 373 Dosažené zisky pro životní prostředí Zvýšení kontroly spalování má za následek snížení emisí ze spalovací fáze. Vlivy interakce médií Žádné rozpoznané. Provozní údaje Znalost hodnoty výhřevnosti vstupního paliva je užitečná, jelikož umožňuje optimalizaci dodávek vzduchu a dalších kritických parametrů, které regulují účinnost spalování. S heterogenními palivy může být rychlost vstupu hmoty a objemu paliva použita jako další kontrolní parametr. Kontrola kvality odpadu může částí smlouvy o dodávání. Použitelnost Tato metoda může být použita jako diagnostický nástroj nebo (s dalšími provozními metodami) pro provozní kontrolu, např. ve spalovně tuhého komunálního odpadu spalující heterogenní odpad. Ekonomika Žádné údaje. Hnací síla realizace Zlepšení spalování a míry využití energie ve spalovnách tuhého komunálního odpadu. Příklady zařízení Tato metoda je používána během provozu v komunálních zařízeních v Nizozemsku. Reference [23, VanKessel, 2002] [64, připomínky TWG, 2003] 4.2.25 Hořáky s nízkou produkcí NOx pro kapalné odpady Hořáky s nízkou produkcí NOx poskytují prostředek k zavedení spalitelných kapalných odpadů do spalovací komory a to způsobem, kterým dochází ke snížení teploty hlavy trysky, a tudíž ke snížení tepelné produkce NOx. Popis konvenčně používaných hořáků s nízkou produkcí NOx je poskytnut v Referenčním dokumentu o nejlepších dostupných technologiích pro velké spalovny (poznámka: ty mohou vyžadovat specifické úpravy pro používání s odpady). Existuje relativně málo příkladů, kde jsou hořáky s nízkou produkcí NOx úspěšně používány. Zvláštní pozornost vyžaduje zajištění adekvátní účinnosti spalování (s odpadem). Tato metoda je použitelná jen pro specifické toky kapalných odpadů, případně může být vhodná pro některé kapalné nebezpečné odpady. Instalace hořáků s nízkou produkcí NOx během stavby zařízení může napomoci snížení produkce NOx za přidání malých kapitálových nákladů. Náklady na dodatečné vybavení těmito hořáky mohou být vysoké u stávajících zařízení. [64, připomínky TWG, 2003] 374 4.2.26 Zplyňování pomocí fluidních loží Popis Tato metoda zahrnuje používání fluidních loží (viz. 2.3.3) za zplyňujících podmínek (viz. 2.3.4). Ve fluidních ložích je inertní materiál, jako písek, zahřátý na reakční teplotu a držen ve fluidním stavu proudícím plynem (tj. obvykle vzduchem nebo párou). V cirkulujících fluidních ložích je materiál lože odnášen z reaktoru v důsledku vysokých rychlostí plynu a je sbírán cyklónem a vracen. V bublinkových fluidních ložích je rychlost plynu nižší, takže materiál lože se pohybuje pouze uvnitř reaktoru. Základní operační principy vnitřně cirkulujících/bublinkových fluidních loží jsou ukázány na obr.2.25 a ve stejné oddíle je i více podrobností. Zplyňovací proces může být proveden za vysokých či nízkých teplot. Za nízkoteplotního zplyňování je odpad na fluidním loži zahříván na reakční teplotu obvykle mezi 500 a 600 oC a u vysokoteplotních systémů na teplotu 800 až 1000 oC. Při zplyňování je odpadu dodávána nižší než stechiometrická hladina kyslíku. Syntetické plyny, vyprodukované během zplyňovací fáze, jsou dále předány do spalovací fáze, za určitých okolností však mohou být vyčištěny pro použití jako výchozí chemikálie. V některých případech je syntézní plyn před spalováním čištěn, v jiných nikoli. Závisí to na obsahu odpadu a na vybraných alternativách spalování/výroby. Většina odpadních materiálů však obsahuje chlór nebo jinou znečisťující látku, která musí být před spalováním z plynu odstraněna. Navržené systémy na čištění syntézního plynu jsou založeny na skrubru a na rukávových filtrech. Dosažené zisky pro životní prostředí Ve srovnání se spalováním má zplyňování následující vlastnosti: • • • • • • při nižších reakčních teplotách nejsou kovy, obsažené v odpadu (např. ocel, měď, hliník, nebo mosaz), sintrovány, oxidovány či taveny, takže při oddělování kovů z popela/materiálu lože mají vyšší hodnotu pro recyklaci je produkován plyn s teplotní hodnotou a chemickým potenciálem, což může být využito pro různé možnosti recyklace a využití energie spalitelný plyn může být spalován samotný a vytvořená energie může být použita pro využití energie kombinace plynu za speciálních spalovacích podmínek bylo využito při tavení popela (zeskelnatění) a produkci produktů s nízkou vyluhovatelností (viz. 4.2.27) oddělení zplyňovací a spalovací fáze umožňuje zlepšení provozní kontroly a má za následek celkovou stabilizaci spalovacího procesu z používání nižších poměrů vzduchu plyne snížení objemů spalin, a tudíž zlepšení systému jejich zpracování Vlivy interakce médií Ve srovnání s roštovými systémy je velikost částic omezena na 300 mm, což obvykle vyžaduje energii pro drcení a může ovlivnit dostupnost zařízení. Zatímco fluidní lože produkují méně pecního popela s menším obsahem částic, je zároveň produkováno více popílku, který vyžaduje speciální pozornost, pokud není zeskelnatěn. 375 Dehet a další škodliviny, odstraněné při všech stupních čištění syntézního plynu, vyžadují řízení. Mokré systémy skrubru vytvářejí odpadní vodu, která po zpracování zanechává dehtový zbytek, který vyžaduje odstranění. Zpracování suchého syntézního plynu má za následek akumulaci odstraněných nečistot. V některých případech jsou dehtové zbytky s výhřevnou hodnotou dodávány do jiných průmyslů jako odpadní palivo (informace, týkající se přijetí kontrolních kritérií/emisí, používaných pro tyto externí průmysly, nebyly dodány). Provozní údaje Pokud jsou k přípravě odpadu vyžadovány drtiče, mohou nastat potíže s blokací systému atd. viz. připomínky v oddíle 4.1.5.2. Fluidní lože obvykle dosahují dobrého promísení odpadu a velmi homogenního rozložení teplot v reaktoru. Díky velmi vířivé zóně reakce a velkému obsahu tepla materiálu lože jsou fluidní lože méně citlivá na změny fyzikálních a tepelných vlastností odpadů. Bublinkové fluidní pece nabízejí výhodu velmi rozsáhlých reakčních objemů bez pohyblivých částí, takže mohou být zplyněny poměrně velké kusy odpadu (až 30 cm v průměru). Skupina BREF TWG vytvořila následující provozní připomínky: • • • pokud jsou v odpadu části kovu, mohou vychýlit systém z rovnováhy a mohou se hromadit – následkem jsou provozní potíže potíže mohou nastat při hledání trhu pro vyprodukovaný syntézní plyn, což omezuje možnosti chemické obnovy nemusí existovat trh pro vyprodukovaný popel, případně lepší trh pro kvalitnější popel (zlepšení kvality popela může vznikat s homogenizací odpadu při drtící fázi a/nebo se zapojením metody o vysoké teplotě po zplyňující fázi spalování). Použitelnost Hlavní omezení zplyňování na fluidních ložích vzniká z potřeby vhodného nebo snadno zpracovatelného odpadu, který by byl vhodný pro dodávky do fluidního lože. Odpady, které jsou dodávány do takovýchto systému, zahrnují: předběžně upravovaný (drcený) KTO, rozdrcené zbytky, odpadní plasty a další průmyslové odpady o vhodné velikosti nebo odpady, které je možné na vhodnou velikost rozdrtit. Oleje a jiné tekutiny, masokostní moučka, kaly a struska jsou vhodné odpady ve směsi s dalšími. V Evropě používáno pro vybrané odpadní toky, tato metoda nebyla v praxi předvedena (v čase psaní tohoto dokumentu) v úplném provozním měřítku pro zpracování mnoha odpadních toků. Ekonomika Zaznamenané investiční náklady jsou vyšší u konvenčních roštových spaloven např. 20 miliard JPY (přibližně 160 milionů EUR) v roce 2002 pro zařízení zpracovávající 120 000 t KTO/r. Náklady zahrnují stavbu a celkové náklady na zařízení včetně: šesti odpadních drtičů, tavení popílku (viz. 4.2.27), systému čistění spalin a přilehlé integrované kanceláře, plaveckého bazénu a lázeňského komplexu. Náklady nezahrnují koupi pozemku. Zplyňovací fluidní lože pracují se vzduchem za atmosférického tlaku při vhodných teplotách a jejich stavba a provozní náklady jsou ekonomičtější než u jiných odpadních zplyňovacích technologií. 376 Jsou očekávány příjmy z výnosů z materiálů odvedených k recyklaci. Kovy využité ze zplyňování budou dezinfikovány a nevyžadují čistění (v porovnání s odstraňováním z drtící fáze) a, díky snížené hladině fúze a oxidace (pokud jsou odstraňovány při nižších teplotách), mohou být prodány za vyšší cenu než kovy obnovené z popela u roštových spaloven. Trh pro využití zeskelnatěného popela může být lepší než u pecních popelů roštových spaloven díky zlepšené kvalitě produkovaného materiálu – toto je případ Japonska, ale často to není případ Evropy. Výnosy z elektřiny mohou být sníženy z důvodu vyšší provozní spotřeby, pokud je vyráběn kyslík, tj. pokud je metoda spojená s kyslíkovým obohacením. Byly zaznamenány potíže s fázemi drcení, potřebných k přípravě komunálního odpadu u fluidních loží. Toto riziko drahé ztráty dostupnosti může být sníženo poskytnutím vícenásobných drtících linek, ale vybavení těmito dodatečnými zařízeními podstatně zvyšuje náklady. Hnací síla realizace Následující faktory podporují zavedení této metody: • • • • • odpad v rozsahu velikosti požadované pro fluidní lože nebo odpad, který může být jednoduše zpracován, aby splnil tyto požadavky odpad s vyšší hodnotou výhřevnosti požadavky na velmi nízké vyluhovatelnosti zbytků (takovéto zbytky jsou produkované, pokud je metoda spojená se sekundární fází tavení popela – viz. oddíl 4.2.27), buďto skrze dostupnost trhů s recyklovanými surovinami nebo omezeními týkajícími se odstraňování může být dosažena vyšší recyklační hodnota kovů odstraněných po zplynění existence vhodného trhu pro využití syntézního plynu jako výchozí chemikálie Příklady zařízení Existuje několik příkladů v Japonsko pro KTO, splaškové kaly, rozdrcené zbytky, plastové odpady a vybrané průmyslové odpady. Existuje příklad provozu v Evropě (Španělsko), zpracovávající vybrané komerční a průmyslové plastové odpady. Toto zařízení používá zplyňovací fluidní lože splečně s čištěním syntézního plyn, před jeho spalováním v plynových motorech vyrábějících elektřinu. Dehty a jiné škodliviny jsou odstraněny v čistící fázi pomocí čištění syntézního plynu. Zkušenosti z Německa (KWU – Schwelbrennverfahren, Thermoselect, Novell – Konversionsverfahren) s používáním pyrolýzy/zplyňování zaznamenaly obtíže s dosažením výkonnostní kapacity návrhu a následné reálné náklady na zpracování se tudíž vystupňovaly. Bylo zaznamenáno, že v některých případech to vedlo k uzavření provozu. [74, připomínky TWG, 2004] 50 - 60 MW zplyňovač s cirkulujícím fluidním ložem úspěšně funguje od roku 1998 na palivech odvozených z odpadu v Lahti, Finsko. Zplyňovací plyn je spalován společně s antracitem v 350 MW kombinované výrobě tepla a elektřiny teplem černého uhlí, čímž elektrárna nahrazuje okolo 15 % primárních fosilních paliv. 50 MW zplyňovač s bublinkovým fluidním ložem pro vyřazené plastické hmoty obsahující 10-15 % hliníkových folií funguje ve Varkaus ve Finsku od roku 2001. Část plastového odpadu je vyřazena 377 z rozmělňovacího procesu, který recykluje vlákna použitých plastových obalů. Kovový hliník je obnoven z plynných produktů určených k recyklaci materiálu. Plyn je spalován v kotli poháněném plynem, kde jsou produkovány provozní teplo a pára k využití energie. Reference [64, připomínky TWG, 2003] 2.4.27 Vysokoteplotní spalování zplyněného syntézního plynu s tavením popela Popis Tato metoda je rozšíření ke zplyňování s fluidními loži. Syntézní plyn ze zplyňovacího procesu a na uhlík bohaté částice popílku jsou spáleny ve spodním toku tavící komory. Vzduch a/nebo vzduch obohacený o kyslík jsou zaváděny tak, že je indukován cyklónový tok, který žene částice popela ke stěnám. Obr. 4.2: Základní části pece cyklónového vysokoteplotního tavení popela pomocí syntézního plynu Zdroj [68, Ebara, 2003] Legenda: Start-up burner Slag outlet to quench Syngas, char, fly ash - palivový hořák - výstup struky k šokovému chlazení - syntézní plyn, dřevěné uhlí, létavý popílek 378 volatile compounds air cooled walls (boiler tubes) - těkavé látky - vzduch - chlazené stěny (trubky kotle) Teplota je stanovena na teplotu, při které je popel zeskelnatěn (kolem 1400 oC) a postupuje směrem k výstupu strusky. V důsledku vysoké teplotní hladiny jsou vypařeny halogeny a těkavé kovy jako olovo zinek. Stěny komory pro tavení popela jsou ohnivzdorné a chlazené výparnými trubkami kotle. Touto cestou je ohnivzdorný materiál pokryt ochrannou vrstvou strusky a je dosaženo využití tepla. Dosažené zisky pro životní prostředí Byly zaznamenány následující výhody: • • • • velmi účinné zničení organických látek za použití vysokých teplot zeskelnatění popílku vytváří stabilní granulát s nízkou vyluhovatelností s dalšími (ve srovnání s .roštovým popelem) možnostmi recyklace množství popílku, který dojde k systému čištění spalinových zbytků je sníženo, a proto jsou také sníženy objemy systému čištění spalinových zbytků nižší kontaminace systému na čištění spalinových zbytků popílkem může zvýšit možnosti jejich zpracování Ve srovnání s odděleným tavením popela mimo proces má integrované tavení popela mnohem vyšší energetickou účinnost, jelikož je integrovanou součástí primárního tepelného procesu, kde jsou požadované vysoké teploty pro zeskelnatění stále dostupné pro produkci páry. Vlivy interakce médií Zeskelnatění vyžaduje vysokou teplotu, a tudíž dostatečnou energii pro její vytváření. S palivy o nízké výhřevnosti se teplota může udržet s podpůrnými palivy (např. zemní plyn nebo palivové oleje) a/nebo zvýšením dodávek kyslíku do spalovací komory. Využití kyslíkového generátoru klade vyšší požadavky na elektřinu, přibližné o 0,5 – 1 MW, v závislosti na potřebě kyslíku. Provozní údaje Zařízení, používající tuto technologii při plném komerčním využití, existují v Japonsku od roku 2000. Chlazení ohnivzdorných stěn prokázalo, že jsou možné delší životnosti ohnivzdorných materiálů. Při dnešních zkušenostech jsou dostatečné dvě inspekce ohnivzdorného materiálu za rok. Některé popílky jsou znovu vypařovány a stále vyžadují zvláštní pozornost. Spaliny mohou být vysoce korozívní a jejich další zpracování je nutné k odstranění těchto nečistot. Využití energie může být těmito korozívními účinky ztíženo. [74, připomínky TWG, 2004] Použitelnost 379 Tato metoda je použitelná u zplyňovacích zařízení, kombinovaná s produkcí syntézního plynu, pokud je požadováno zeskelnatění popele. Omezení použitelnosti této metody na různé typy odpadů jsou tudíž stejná, jako u metod se kterými je tato metoda spojená, tj. tam, kde jsou používána fluidní lože, je pro řadu odpadů požadována před zpracováním jejich úprava. I když je tato metoda používána v Japonsku, v Evropě ještě nebyla předvedena v úplném provozním měřítku. Ekonomika Zeskelnatění popela, i v případě, že je již integrováno do procesu, zvyšuje náklady na zpracování odpadů díky navýšení investic a namáhavému provozu. Celková výsledná ekonomika velmi závisí na úsporách, které vyplývají z recyklace zeskelnatěného popela. Tento produkt je používán jako stavební materiál a často nevytváří vyšší výnosy než mechanicky zpracovaný pecní popel. [39, Vrancken, 2001] Hnací síla realizace Následující faktory podporují používání této metody pro zeskelnatění popela: • • • vysoké náklady na zpracování/odstranění popílku či zbytků ze systému čištění spalin vysoké náklady na zpracování/odstranění pecního popela požadavky na zbytky s nízkou vyluhovatelností před opětovným povolení využití Příklady zařízení Příklady v provozu v Japonsku. Zkušenosti z Německa (KWU – Schwelbrennverfahren, Thermoselect, Novell – Konversionsverfahren) s používáním pyrolýzy/zplyňování zaznamenaly obtíže s dosažením výkonnostní kapacity návrhu a následné reálné náklady na zpracování se tudíž vystupňovaly. Bylo zaznamenáno, že v některých případech to vedlo k uzavření provozu. Reference [64, připomínky TWG, 2003] 4.3 Využití energie 4.3.1 Optimalizace celkové energetické účinnosti a využití energie Popis Spalovny mohou uvolňovat energetickou hodnotu opadu a mohou dodávat elektřinu, páru a horkou vodu. Vhodné umístění zařízení umožňuje maximalizaci těchto výstupů a dodávek, a tudíž lepší využití energetické hodnoty odpadu. Energetické vstupy spalovny jsou především výhřevné odpady, ale mohou také pocházet s přídavných paliv k podpoře spalovacího procesu a také z přijímané energie (elektřiny). Vyprodukovanou energii může využít samotné zařízení. Rozdíl mezi vstupy a (využitelnými) výstupy jsou ztráty. Část této (využitelné) obnovené energie může být zhodnocena (využita). Obvykle je všechna vyprodukovaná elektrická energie zhodnocena, avšak pokud jde o páru či horkou vodu, závisí to na potřebách uživatelů. Situace je nejpříznivější, pokud jsou potřeby 380 uživatelů po celý rok vyšší než výstup zařízení (např. průmyslové využití páry nebo teplárenská síť rozlehlého obvodu). [74, připomínky TWG, 2004] Optimalizace účinnosti zařízení sestává z optimalizace celého procesu. Ta zahrnuje snížení ztrát a omezení provozní spotřeby. Zvýšení energetického výstupu zařízení tudíž nelze ztotožnit s účinností přeměny energie. Je nutné zahrnout energetickou náročnost samotného procesu a možnosti zhodnocení. Optimální energetická účinnost metody závisí na rozsahu, konkrétním umístění a na provozních faktorech. Příklady faktorů, které je nutné zohlednit při stanovení optimální energetické účinnosti, jsou: • • • • • • • • • umístění. Je přítomna energetická uživatelská/distribuční síť nebo může být poskytnuta? poptávka po využité energii. Nemá smysl využívat energii, pokud pro ni nebude použití. To se týká především tepla, méně však elektřiny. variabilita poptávky. Například v létě/zimě bude poptávka po teple různá. Zařízení, která dodávají primárně páru, mohou dosáhnout vyšších ročních dodávek, a tudíž dodávají více využitého tepla než zařízení, která mají různé možnosti výstupů a u kterých je potřeba se zbavit určité části tepla během období nízké poptávky. klima. Teplo bude mít obvykle vyšší hodnotu ve studenějším klimatu (ačkoli využití tepla k řízení mrazících jednotek může poskytovat možnost v místech, kde je poptávka po chlazení či klimatizaci). spolehlivost dodávek paliv/energie. Izolovaná zařízení se mohou potýkat s nespolehlivými dodávkami odpadu (v souvislosti s dobou uskladnění a kapacitou), nebo dokonce s výpadky dodávek energie, které mohou způsobit ukončení provozu nebo vyšší závislost na vlastní produkci energie ceny vyprodukovaného tepla či elektřiny na místním trhu. Nízké ceny za teplo vedou k posunu k produkci elektřiny a naopak složení odpadu. Vyšší koncentrace látek způsobující korozi (např. chloridů) vede ke zvýšeným rizikům koroze, tudíž k omezení parametrů v produkci páry (a tudíž možností pro výrobu elektřiny), pokud má být zachována provozní dostupnost. Složení se také může měnit v závislosti na období, včetně například prázdnin, které jsou příčinou populačních změn v některých oblastech variabilita odpadu. Náhlé a značné fluktuace ve složení odpadu mohou zvýšit nánosy a korozní problémy, které omezují tlak páry, a tudíž produkci elektřiny. Při častých změnách ve složení odpadu (samy o sobě ovlivňované mnoha faktory) během provozního života je upřednostňováno používání designu se širokým spektrem oproti jemně optimalizovanému návrhu. zařízení s vysokou účinností přeměny elektrické energie mohou být atraktivní, pokud jsou ceny elektrické energie vysoké, avšak většinou je nutné zavést náročnější technologie, které může mít negativní dopady na dostupnost zařízení.[74, připomínky TWG, 2004] [28, FEAD, 2002] Optimalizace metod pro využití energie vyžaduje takový návrh zařízení, který pokrývá uživatelskou poptávku. Zařízení, která mohou dodávat pouze elektřinu, budou navržena odlišně od zařízení, která mají možnost dodávat teplo, nebo než zařízení, která společně dodávají teplo i elektřinu. Využití pouze tepla jako horké vody či páry: 381 Využitá energie může být dodávána jako horká voda či pára (o různém tlaku). Možnými odběrateli jsou: • • síť ústředního vytápění či chladící síť(méně běžné) průmyslová, např. chemická zařízení, elektrárny, odsolovací zařízení1 Většina těchto spotřebitelů požaduje páru, s výjimkou ústředního vytápění, kde je možno využívat jak páru, tak horkou vodu. Pokud není připojen k ústřednímu vytápění žádný spotřebitel páry, pak je možné využít energii v podobě horké vody. Při využití vody mají trubky větší průměr a čerpání vyžaduje více energie, ale provoz teplárny a bezpečnostní opatření jsou jednodušší. Většina moderních teplárenských sítí využívá horkou vodu2. V takovém případě může kotel spalovny produkovat buď páru či horkou vodu. Pokud zařízení produkuje elektřinu, pak to bude (viz.společná výroba tepla a energie) pára. Pokud ne, bude obvykle preferována horká voda. Horká voda bude často přehřátá3, pod tlakem a o vyšší teplotě (např. 200 oC) kvůli usnadnění výměny tepla mezi výměníky zvýšením teplotního gradientu mezi teplým a chladným prostředím. Pokud teplárna používá páru, pak musí být její parametry (tlak a teplota) na výstupu z kotle vyšší než nejvyšší hladina požadovaná pro teplárnu. V tomto případě zařízení dodává pouze teplo. Tlak páry je obvykle o 2 nebo 3 bary (1bar = 105 Pa) vyšší než tlak v teplárně a pára je přehřátá o 2 bary či 30 oC. ___________________________________________________________________________ 1) Existuje jeden příklad spojení spalovny tuhého komunálního odpadu a zařízení na odsolování v Evropě (AVR Rotterdam). To je zajímavé, jelikož teplotní odsolovací zařízení potřebují páru o nízkém nebo středním tlaku (3 bary v multi-flash a 20 barů při teplotní kompresi) a obvykle pracují po celý rok. 2) V některých případech, jako v Basileji (Švýcarsko), jsou přítomny dvě sítě, kdy jedna teplárenská síť je na teplovou vodu a druhá na páru. 3) Přehřátá voda je voda s teplotou nad 100 oC. Výhradně elektřina: Dva faktory přispívají ke zvyšování množství elektrického výstupu turbogenerátoru. 1. vysoká entalpie páry, tj. její vysoký tlak a teplota 2. nízká entalpie na výstupu z turbíny, která vede ke kondenzaci páry z důvodu nízké teploty Nízká teplota závisí na teplotě chladného zdroje (vzduch či voda) a z rozdílu mezi teplotou chladného zdroje a teplotou při výstupu z turbíny. Navíc využitím tepelných výměníků za turbínou může být produkována horká voda. [74, připomínky TWG, 2004] Společná výroba tepla a elektřiny: Zaměření na společnou výrobu tepla a elektřiny snižuje ztráty energie, pokud je nízká poptávka po teple, např. v létě v teplárnách. Elektřina je produkována za nejvhodnějších podmínek, pokud je vypouštěné teplo dobře umístěno v tepelném cyklu, např. nízkotlaková pára je používána pro dodávky tepla, zatímco vysokotlaká pára je používána pro produkci elektřiny. 382 Pokud je se společnou výrobou tepla a energie poptávka po teple vysoká, je tlak na výstupu nízkotlaké části konstantní. Tlak závisí pouze na teplotě studené teplárenské vody (nebo jiného návratového zdroje) a změny poptávky po teple mohou být vyváženy akumulátorovým zásobníkem či chlazením vzduchem. [64, připomínky TWG, 2003] Pokud poptávka po teple není vysoká, pak musí být nízkotlaká sekce turbíny velmi flexibilní, jelikož množství páry, které teče dovnitř, se liší v závislosti na poptávce po teple. Například: • od maximální hodnoty (100 % produkované elektřiny, žádná poptávka po teple), kdy je 100 % toku páry předáno do nízkotlaké sekce turbíny • do minimální hodnoty: maximální poptávka po teple, pouze minimální tok páry vyžadován k ochraně turbíny. [74, připomínky TWG, 2004] V případě společné výroby tepla a energie jsou teplota a tlak páry, která je dodávána odběrateli tepla, určeny umístěním odběrů páry na turbíně4. Tyto odběry jsou umístěny tak, že rozdíl mezi saturační teplotou v místě odběru a teplotou teplárenského zdroje je okolo 10 oC. Tyto odběry, které zásobují teplárnu, jsou obvykle regulované. To znamená, že tlak je udržován konstantní. Prioritní jsou obvykle dodávky tepla, ale mohou jí být také dodávky elektřiny. Často to závisí na uzavřených smlouvách. Dosažené zisky pro životní prostředí Zvýšení obnovy energie a účinnosti využití energetické hodnoty odpadu nahrazuje potřebu externí produkce této energie. To má za následek jak úspory zdrojů, tak předcházení emisím a spotřeby takto vyprodukované energie v externím zařízení. Množství energie, kterou je možné obnovit z odpadu, závisí na výhřevnosti odpadu. [74, připomínky TWG, 2004] [30, UBA, 2002] Obvykle může být ve spalovnách tuhého komunálního odpadu vyprodukováno kolem 0,3 až 0,7 MWh elektrické energie z tuny KTO, v závislosti na kvalitě páry jako funkci výhřevnosti odpadu, na velikosti zařízení, na parametrech páry a na účinnosti využití páry. ___________________________________________________________________________ 4) V případě zpětně tlakových turbín (bez nízkotlaké sekce) jsou hodnotami teploty a tlaku hodnoty na výstupu z turbíny Při společné výrobě tepla a energie může být navíc (v hodinách plného zatížení) dodáváno 1,25 až 1,5 MWh tepla, v závislosti na výhřevnosti odpadu, může však dojít ke snížení produkce elektřiny. Možnosti výběru dodávek tepla v závislosti na umístění jsou v těchto případech velmi důležité. Ty zahrnují: • geografickou polohu • běžná období využití tepla (např. v Německu je to pouze 1 300-1 500 h/r z možných 8 760 h/r, avšak v Dánsku, kde velké teplárenské sítě umožňují odběr celé produkce tepla, je to mezi 4 000 – 8 760 h/r z možných 8760 h/r). Pokud je teplo produkováno za vhodných podmínek, může být energie dodávaná za kotlem (jako horká voda či pára) zvýšena přibližně na 90 % celkové vstupní energie kotle (nezahrnuje vnitřní spotřebu) u spaloven pracujících v základním zatížení. Pokud jsou umožněny vysoká účinnost přeměny a požadavek základního zatížení (tj. kde jsou učiněna 383 speciální opatření pro vytvoření takovýchto podmínky) se speciálně přetříděným odpadem o vysoké hodnotě výhřevnosti (více než 20 MJ/kg), pak je možné obnovit 4 - 5,5 MWh tepla na tunu odpadu [45, FEAD, 2002]. Takovéto výstupy nejsou možné s odpadem o nižších hodnotách výhřevnosti, např. s netříděným KTO, který má hodnoty výhřevnosti mezi 8 - 12 MJ/kg. Maximalizace dostupných výhod z energetické hodnoty odpadu je s největší pravděpodobnostní dosažitelná využitím společné výroby tepla a energie, jelikož umožňuje maximalizaci energie. Je tomu tak proto, že umožňuje využití páry o vyšším tlaku při výrobě elektřiny, zatímco zbylá pára (nižší tlaky) může být stále dodávána a využita jako teplo. V jednotlivých případech, kdy není možná společná výroba tepla a energie, mohou být optimální řešení poskytnuty dalšími možnostmi. [64, připomínky TWG, 2003] Vlivy interakce médií Obnova energie by neměla bránit bezpečné a účinné likvidaci odpadu. Například podmínky s velkým množstvím páry mohou ohrozit použitelnost zařízení, pokud nejsou zajištěna dostatečná bezpečností opatření. Vyšší energetická účinnost vede k vyšším investicím a nákladům na údržbu a může také vést k nižší dostupnosti zařízení. [74, připomínky TWG, 2004] Velká pozornost musí být věnována návrhu kotle v teplotním rozsahu 450 - 200 oC, aby byla zajištěna minimalizace tvorby dioxinů, např. zabráněním zdržení prachu v těchto zónách (viz. 4.3.19). Určité zařízení a metody pro regulaci nečistot mohou mít vyšší energetické nároky, zatímco odstranění určitých částí systému čištění spalin může zvýšit možnosti obnovy energie (skrze snížení spotřeby procesu), což však může mít za následek nepřijatelně vysoké emise, a proto je nutná rovnováha. Některé příklady metod s podstatnými energetickým nároky jsou: • • • • • rukávové filtry - snižují prach a jiné emise, vícenásobné filtry v sérii dále zvyšují energetické nároky SCR – snižuje emise NOx a plynných PCDD/F, ale jako koncový systém čištění spalin vyžaduje energii pro jejich zahřátí obnovování HCl nebo NaCl – externí odpařování odpadní vody opětovné zahřátí kouře – ke snížení tmavosti koře tavení popela – zlepšení kvality popela V Rakousku jsou energetické nároky samotné spalovny (také známo jako „parazitické náklady“) v rozsahu 2 - 3 % tepelného výstupu (u roštového spalování a rotačních vysokých pecí) a 3 - 4 % v případě reaktoru s fluidním ložem. [74, připomínky TWG, 2004] Provozní údaje Následující údaje shrnují výsledky podskupiny TWG. Údaje ukazují rozsah hodnot a průměrné hodnoty pro výrobu tepla a elektřiny a nároky na tunu zpracovaného odpadu. Jedná se o roční průměry pro zařízení ve střední Evropě během roku 2001: Parametr Elektřina Produkce Hodnota v MWh/t zpracovaného odpadu Rozsah Průměr 0,415-0,644 0,546 Počet prozkoumaných zařízení 8 384 Teplo Energetické nároky zařízení Export Produkce Export Celková 0,279-0,458 1,376-2,511 0,952-2,339 0,155-1,116 0,396 1,922 1,786 0,575 Elektřina 0,062-0,257 0,142 15 50 Poznámky 1. Všechna čísla jsou absolutní, tj. nebyly použity žádné faktory konverzní/ekvivalenční 2. Provedené výpočty jsou konzistentní s metodologií vyvinout podskupinou TWG Tab. 4.15: Údaje specifických energetických toků ve vybraných evropských spalovnách tuhého komunálního odpadu na tunu zpracovaného odpadu, vypracované podskupinou TWG. Zdroj [64, připomínky TWG, 2003], [29, Energysubgroup, 2002] Použitelnost Rozsah účinnosti, kterého může být dosaženo, závisí na chemické a fyzikální povaze spalovaného odpadu (např. KTO, nebezpečný odpad, splaškové kaly), a stejně tak na jeho výhřevnosti. Obvykle může být dosaženo vyšší účinnosti produkce elektřiny v místech, kde odpad obsahuje nižší a/nebo méně variabilní koncentrace látek, které mohou zvyšovat korozi v kotli. Jelikož se vysokoteplotní koroze stává při vyšších parametrech páry problematickou, může se omezujícím faktorem stát vysoká potřeba použitelnosti zařízení. [29, Energysubgroup, 2002] V případě, kdy je obnovená energie používána jako teplo, velmi často se stává, že není využito všechno dodané teplo. V některých případech jsou ztráty ze systému, do kterého je teplo dodáváno, velmi podstatné, jelikož nároky nejsou při plném zatížení konstantní. Obvykle je možné maximalizovat obnovené teplo v situacích, kde: • • • odběratelem je průmysl s potřebou veškeré obnovené energie odpad může být uskladněn a poté spálen při poptávce po teple (předchází plýtvání energií paliv) jsou potřeby teplárenské sítě vyšší než množství spalovnou dodávané energie Poslední případ se nejčastěji objevuje ve městech či oblastech s rozsáhlou teplárenskou sítí. Pokud není dostupná vhodná distribuce tepla a uživatelská siť, dochází k omezení možností a rozumných důvodů k dosažení vysokých stupňů obnovy tepla, a tudíž k omezení schopnosti procesu vyvážet dostupnou energii a dále ke ztížení dosažení nejvyšších možných stupňů účinnosti obnovy tepla. Pokud porovnáme dosažené (a dosažitelné) účinnosti stávajících zařízení, je proto důležité vzít v úvahu umístění zařízení. Možnosti zvýšení celkové obnovy energie u nových spaloven mohou být tedy nejvyšší v čase výběru umístění zařízení. Rozhodnutí o umístění zařízení, které bude ekonomicky propojeno s vhodnou energetickou distribuční sítí, bude mít obvykle mnohem větší vliv na celkovou obnovu energie, než výběr technologie provozu. Snížení energetických nároků zařízení může zahrnovat rozhodnutí týkající se typu a rozsahu používaného systému čištění spalin. Je vhodný vyvážený přístup k takovému rozhodnutí, který zohledňuje obecnou snahu snížit energetické nároky zařízení a stupeň požadovaného snížení množství nečistot. 385 Ekonomika Relativně vyšší náklady na zpracování u malých zařízení a nedostatek úspor vede k nižší dostupnosti kapitálu pro investice do nejpokročilejších technologií obnovy energie. To znamená, že je očekávána nižší účinnost v menších zařízeních, např. ve spalovnách komunálního odpadu pod 100 kt/ročního výkonu. Ceny, placené za dodávanou elektřinu a teplo, mají hlavní vliv na ekonomiku investic do zvyšování těchto výstupů. V některých případech jsou vyplacené subvence, které poskytují atraktivní ceny pro výrobu elektřiny. V jiných případech může vysoká poptávka po teple vést k výhodným cenám tepla. V takových případech může příjem pocházející z těchto zdrojů zajistit kapitálové investice ke zvýšení výstupu vhodnější energie. Pro zařízení, která dodávají pouze elektřinu, zajišťuje zvýšená účinnost výroby elektřiny vyšší příjmy z další vyrobené či prodané elektrické energie, ale zároveň zahrnuje vyšší investiční náklady a často vyšší náklady na údržbu. Ceny za (prodanou) KWh budou tedy hrát roli ve výběru řešení. [74, připomínky TWG, 2004] Pro zařízení se společnou výrobou tepla a elektřiny platí, že čím více energie je exportováno jako teplo, tím menší výhody plynou ze zlepšení účinnosti výroby elektřiny. [74, připomínky TWG, 2004] Hnací síla realizace Hlavní hnací silou po zvýšení energetické účinnosti jsou výhodné ekonomické podmínky. Je to ovlivněno faktory, jako jsou: • • • klima umístění ceny tepla a energie. Vyšší příjmy z prodeje energie umožňují především: • • • zvýšení účinnosti vývozu elektrické energie na 20 až 30 % (např. 0,6 - 0,9 MWh na tunu netříděného směsného KTO z 2,9 MWh/t). Vyšší hodnoty jsou dosaženy prostřednictvím používání systému předběžné úpravy (poznámka: fáze předběžné úpravy vyžaduje energii a může spotřebovat všechnu energii získanou zvýšenou účinností spalování, a nebo dokonce i více), včetně produkce paliv z odpadu pro spalování na fluidní vrstvě a zvýšených parametrů páry nad 40 barů a 400 oC. investice do sítí dodávek tepla či páry ke zvýšení schopnosti využívat dostupnou energii, dostupná účinnost je v řádu 80 až 90 % (např. > 2,3 MWh na tunu netříděného směsného KTO z 2,9 MWh/t) v místech, kde existuje celoroční poptávka po teple investice do metody k zachycování tepla z nízkoteplotních zdrojů, které by jinak nemusely být ekonomicky výhodné, např. kondenzační skrubry a tepelná čerpadla (viz. pozdější oddíly) Z pohledu optimalizace obnovy energie, snížení technického rizika a snížení nákladů je vhodnější dodávat teplo, kdekoli je to možné. To však stále závisí na místních podmínkách a zejména na prodejních cenách elektřiny a tepla. Pokud nemůže být využita (podstatná) část tepla, může být možným řešením společná výroba tepla a elektrické energie. Pokud nemůže 386 být prodáno žádné teplo, potom je obecnou praxí využití dostupné energie na výrobu elektřiny. Teplo: Klíčovou hnací silou je požadavek klientů. Velmi důležité je tudíž místění. Důležitým faktorem je doba trvání smlouvy na dodávky tepla. Průmysloví odběratelé se často nemohou zavázat na dobu delší než jeden či dva roky. To není pro spalovny příliš výhodné, jelikož projekt může vyžadovat několik let předtím, než se vůbec začne realizovat, a také financování a provoz spalovny jsou obvykle dlouhodobé záležitosti (15 - 25 let). Nejvýhodnější je situace tehdy, pokud se veškeré obnovené teplo dá prodat na jeho využití. To situace může nastat v případě průmyslových zákazníků, tepláren v chladnějších podnebích nebo tepláren se základním zatížením vyšším, než je výstup ze spalovny.5 V místech, kde nemůže být prodáno veškeré obnovené teplo, je snaha zbylou energii využít pro výrobu elektřiny. Rozhodnutí závisí na množství zbývající energie a na kapitálových investicích a příjmech z prodeje elektřiny. Společná výroba tepla a elektřiny: Společná výroba tepla a elektřiny obvykle poskytuje řešení pro celkové zvýšení energetického výstupu, pokud může být prodána pouze část tepla. Společná výroba tepla a elektřiny je zvláště účinná, pokud je teplotní hladina požadovaného tepla nízká. Elektřina: Pokud není zákazník pro vyrobené teplo, pak je jedinou možností produkce elektřiny. Zvýšení elektrického výkonu může být dosaženo zvýšením parametrů páry (viz. sekce 4.3.8). Výběr parametrů páry (vysoké či nízké) je běžně založen na ekonomických základech. Dalším faktorem jsou technologická rizika, která rostou v místech, kde jsou používány vyšší parametry páry (např. nad 40 bar a 400 oC pro směsný komunální odpad), a pokud nejsou tyto parametry dobře řízeny a udržovány, pak se zařízení může ocitnout mimo provoz. Příklady zařízení Spalovny komunálního odpadu: • • • Remova, Gothenburg a Dyvamuren (Umea), Švédsko – vysoké hladiny integrace vnitřní energie za účelem maximalizace dodávek tepla do místní sítích Odense, Dánsko – používání speciálních plátů v kotli, umožňujících vyšší parametry páry a vyšší elektrický výstup Indaver, Beveren, Belgie – přímé dodávky provozní páry do sousedícího průmyslu. Příklady spaloven tuhého komunálního odpadu, produkujících horkou vodu pro teplárny: • • • • • Rungis (jižní Paříž, Francie) Villejust (jižní Paříž, Francie) Caen (Francie) Thiverval-Grignon (západní Paříž, Francie) Nantes Východ (Francie). Příklady zařízení poskytujících páru pro teplárny: 387 Tři zařízení ve Francii dodávají páru pro místní teplárny, které dodávají teplo pro více než 200 000 domácností v Paříži: • • • Issy-les-Moulineaux (jihozápad Paříže, Francie) Ivry (jihovýchod Paříže, Francie) St. Ouen (severovýchod Paříže, Francie) ___________________________________________________________________________ 5) Některá zařízení zaznamenala 100% export obnoveného tepla, které dodávají do jiných společností, kde je přeměňováno na elektřinu, např. Brussels, Belgie ; Metz, Francie ; Vancouver, Kananda. 8 německých zařízení prodává výhradně teplo, všechna tato zařízení, která prodávají vysoce kvalitní teplo na tunu odpadu, jej dodávají přímo do elektrárny a obvykle výhradně jako provozní páru. Příklady zařízení poskytující páru průmyslu: • • Nantes (Francie) Rambervilliers (Francie). Příklady zařízení, produkujících pouze elektřinu: • • Mataro (Španělsko) Chineham (Velká Británie) Příklady spaloven tuhého komunálního odpadu, poskytujících páru zařízením na výrobu elektřiny: • Brussels (Belgie) • AZN Moerdijk (Nizozemsko) • Několik příkladů v Německu • Vancouver (Kanada) [74, připomínky TWG, 2004] Příklady spaloven nebezpečného odpadu: • • • • Ekokem (Finsko) – výroba elektřiny a dodávky tepla Indaver, Antverpy, (Belgie) – na místě využívají páru k dalším procesům HIM, Biebesheim (Dánsko) – na místě využívají páru pro vypařovaní olejových/vodních odpadů Německý chemický průmysl (19 zařízení, kapacita > 500 000 t/r) využívá páru v místě pro další procesy, elektřinu (4 zařízení) a další teplárny. Reference [29, Energysubgroup, 2002], [28, FEAD, 2002], [30, UBA, 2002], [5, RVF, 2002], [64, připomínky TWG, 2003] 4.3.2 Snížení energetických ztrát: komínové ztráty Popis 388 [28, FEAD, 2002] Komínové ztráty odpovídají teplu, které opouští zařízení (obvykle myšleno na úrovni kotle) se spalinami. Skutečná ztráta závisí na toku spalin a na jejich teplotě (entalpii). Některé možnosti snížení těchto ztrát jsou: • • • • • • snížení toku spalin; pro snížení toku spalin je možné několik způsobů: snížení nadbytku vzduchu, např. zlepšením distribuce primárního a/nebo sekundárního vzduchu recyklace spalin, tj. nahrazení části sekundárního vzduchu spalinami obohacení spalovacího vzduchu o O2, tj. zvýšení podílu O2 a snížení podílu N2 vstřikováním kyslíku (používáno pouze ve speciálních případech, viz. oddíl 4.2.13) snížení teploty spalin, např. použitím kondenzace spalin nebo snížením teploty na výstupu z kotle – viz. metody popsané dále vybrání systému čištění spalin se snižující se teplotou od kotle ke komínu, pokud je to možné. [74, připomínky TWG, 2004] Dosažené zisky pro životní prostředí Použití metod ke snížení komínových ztrát vytváří další energii, kterou je možné využít. Vlivy interakce médií Snížení toku plynů snížením nadbytku vzduchu a opětovná cirkulace spalin mohou zvýšit riziko koroze, a tudíž mohou vyžadovat další technická opatření. Pokud jsou hladiny sníženy příliš, může dojít k ohrožení kvality spálení plynů, a ve spalinách mohou zůstat produkty nekompletního spalování. Vstřikování kyslíku může zvýšit spalovací teplotu. Pokud tato teplota není pečlivě regulována, může docházet k zanášení a zvyšuje se riziko zničení ohnivzdorných a želených materiálů. [74, připomínky TWG, 2004] Podstatná energetická spotřeba výroby požadovaného O2 je vyšší, než dosažené snížení energetických ztrát při realizaci této metody, pokud je jediným kritériem energetická rovnováha – další výhody obohaceného vzduchu kyslíkem (např. zlepšené spalování) však mohou poskytnout celkové ospravedlnění této metody. Snížení teploty plynů na výstupu z kotle pod požadovanou provozní teplotu následujícího zařízení systému čištění spalin, může vést k další spotřebě energie na opětovné zahřátí spalin, pro správné fungování těchto zařízení, a také ke zvýšenému riziku koroze ekonomizéru. Toto je problémem především rukávových filtrů a jednotek SCR. Nižší teploty spalin na výstupu z komína vedou k: • • • vysoce viditelnému kouři (méně problematické, pokud jsou použity kondenzační skrubry, které snižují obsah vody ve spalinách) snížení vznosné síly kouře, a tudíž snížení jeho disperze korozi v komínech (je nutné pokrytí například skelnou vatou) Provozní údaje U spaloven komunálních odpadů jsou energetické ztráty přes spaliny běžně v rozsahu 13 – 16 % vstupní energie z odpadu. 389 Použitelnost Optimalizace teploty na výstupu z kotle může být provedena u každého zařízení. Rozsah možného snížení teploty je třeba uvážit v závislosti na energetických požadavcích vybavení, navazujícího systému čištění spalin, a na rosném bodu kyselin ve spalinách. Nová zařízení mají nejlepší příležitost navrhnout metody pro snížení komínových ztrát. Zařízení, která mají odbytiště pro dodávky tepla s relativně nízkou teplotou (nejčastěji v chladnějších klimatech), jsou nejlépe umístěny pro využití dalšího tepla, odstraněného ze spalin. V místech, kde toto teplo nemůže být dodáváno nebo použito uvnitř zařízení, může být lepší použít toto teplo s nízkou kvalitou uvnitř spalin, např. pro usnadnění kouřové disperze, atd. Při návrhu metod navazujícího systému čistění spalin musejí být zohledněny změny v návrhu ve výstupní teplotě kotle. Odstranění tepla, které musí být následně opět dodáno z jiného zdroje, bude pravděpodobně z pohledu energetické účinnosti kontraproduktivní, jelikož dochází k dalším ztrátám při procesu tepelné výměny. Ekonomika Žádné informace. Hnací síla realizace Snížení celkové spotřeby energie provozu a zvýšení zhodnocení energetických produktů. [74, připomínky TWG, 2004] Příklady zařízení Mnoho zařízení v Evropě, např. Brescia Italie. Reference [28, FEAD, 2002], [64, připomínky TWG, 2003] 4.3.3 Zvyšování vyhoření odpadu Popis Dobré vyhoření má za následek vysokou přeměnu paliva na energii. Techniky, které zajišťují účinné vyhoření a současně nízké TOC hladiny v popelu, mohou tedy do určitého stupně přispívat ke zvýšení energetické účinnosti. Spalovací techniky, které dobře promísí odpad a udrží ho uvnitř spalovací zóny, umožňují nespálenému uhlíku v pecním popelu přejít to plynné fáze a napomoci tak jeho spálení. Metody ke zvýšení vyhoření jsou popsány v oddíle 4.2.17. Dosažené zisky pro životní prostředí Extrakce energetické hodnoty z odpadu pro možnou obnovu či využití. Zlepšení kvality zbytků snížením podílu nespáleného materiálu, který je ve zbytcích zanechán. Pro další informace viz. oddíl 4.2.17. 390 Je pozorována snižující se energetická návratnost s tím, jak je odpad spalován ve větší míry. Je tomu tak proto, že při přiměřeně dobrém spalování je množství zbylé energie nízké. Hlavní výhodou zvýšeného vyhoření je tudíž zlepšení kvality zbytků a již méně obnova energie. 4.3.4 Snížení přebytků objemů vzduchu Pro více informaci viz. připomínky v oddíle 4.3.2. 4.3.5 Další opatření pro snížení energetických ztrát Popis Kromě metod popsaných v tomto dokumentu (viz. oddíl 4.3.2, 4.3.3, 4.3.12) mohou být použity následující metody ke snížení ztrát: Popis ztráty energie Metoda snižování ztrát Tepelná radiace a konvekce – hlavně z pece a kotle • izolace • zařízení postavené uvnitř budovy Ztráty z pevných zbytků (pecní popel a popílek) • dobré vyhoření odpadu • využití tepla z tavné lázně Odkalování bojleru a odpadní voda Zanášení bojleru snižuje účinnost výměny tepla • opětovné využití energie z vody pro navyšování tepla zařízení • návrh snižující rychlosti zanášení bojleru • účinné čištění bojleru – viz. oddíl 4.3.12 Procesy zahajování a ukončování provozu Přecházení spouštění a odstávkám návrhem a postupy pro kontinuální provoz a dobrou údržbou Rychlé změny vlastností odpadu nebo poptávky po teple • míšení odpadu a kontrola či zajištění kvality odpadu • dodávání tepla do sběrné sítě Selhání/výpadek zařízení Postupy údržby k prevenci selhání Snížení/změny poptávky po energii • zabezpečené kontrakty s uživatelem zvyšují Připomínky U komunálních zařízení mohou být ztráty sníženy přibližně na 1 % vstupní energie U komunálních zařízení jsou ztráty v řádu 0,5 – 1 % nejvíce z pecního popela Uzavřená smyčka pro chladící účely Přiklad: návrh bojleru se sníženým zanášením může snížit frekvenci zahajování a odstávek a zlepšit provozuschopnost Metody, které zvyšují stabilitu vstupu a výstupu, napomáhají schopnosti optimalizace místních okolností Některé výpadky mohou být důsledkem částečného selhání zařízení na obnovu energie (např. sady turbogenerátoru). Jiné mohou vyžadovat odklonění odpadu ze zařízení, a tudíž ztrátu výkonu, pokud není možné uskladnění Poptávka po obnovené energii má hlavní dopad na schopnosti 391 Ztráty měřícími zařízeními a přístroji možnosti maximalizace dodávek obnovené energie • dodávky tepla do sběrné sítě • používání měřících systémů s nízkotlakým spádem a přesnými výsledky zařízení dodávat energii. To se obvykle týká více páry než elektřiny. Nová zařízení umožňují např. pro měření páry téměř nulové ztráty s velkou přesností Tab. 4.16: Metody snižování různých energetických ztrát ve spalovnách Zdroj převzatý z [28, FEAD, 2002], [74, připomínky TWG, 2004] Dosažené zisky pro životní prostředí Možné využití další obnovené energie. Vlivy interakce médií Žádné informace Provozní údaje Pece, kotle a některé trubky jsou běžně kryty izolací z minerální plstě či jiným izolačním materiálem k omezení tepelných ztrát a k omezení vnějších teplot z důvodu bezpečnosti obsluhy.[74, připomínky TWG, 2004] Použitelnost Metody zde popsané mohou pomoci snižovat ztráty všech zařízení. Místní faktory však mohou způsobit, že některé metody nebudou lokálně dostupné nebo vhodné (např. obnova tepla z výpusti strusky, odkalování či dodávky do sběrné sítě jsou brány v úvahu pouze v místech, kde může být teplo s nízkými vlastnostmi prodáváno po celý rok) [74, připomínky TWG, 2004] Ekonomika Žádné informace. Hnací síla realizace Žádné informace. Reference [28, FEAD, 2002], [64, připomínky TWG, 2003] 4.3.6 Celkové snížení energetické spotřeby procesu Popis Provozní zařízení samotného spalovacího procesu vyžadují energii. Tato energie může být obnovena z odpadu. Množství požadované energie závisí na typu spalovaného odpadu a na návrhu zařízení. Snížení energetických požadavků zařízení musí být v rovnováze s potřebou zajištění účinného spalování, zpracování odpadu a regulace emisí (především do ovzduší). 392 Běžnými zdroji podstatné energetické spotřeby procesu: • • • • • • • • • Spalinové a tlakové ventilátory k překonání poklesů tlaku a pro spalovací vzduch vybavení na přepravu či nakládání odpadu (např. čerpadla/jeřáby a drapáky/šnekové podavače) vzduchem chlazené kondenzátory předběžná úprava odpadu (drtiče atd.) zahřívání spalin pro speciální zařízení regulující znečištění vzduchu opětovné zahřívání spalin ke snížení viditelnosti kouře podpůrná paliva pro spalování a zahajování a odstávky zařízení (nejčastěji pro odpady s nízkou výhřevností) mokré čištění spalin, které ochlazuje spaliny více než polomokré a suché systémy poptávka po elektřině od dalších zařízeních V mnoha případech, především pokud je požadována změna v technologii systému čištění spalin platí, že čím nižší jsou limitní hladiny emisí, tím větší je spotřeba energie systému čištění spalin - při hledání řešení snižování emisních hladin je tudíž důležité zvážit negativní aspekt zvýšení spotřeby energie. Následující metody a opatření mohou snížit energetické nároky procesu: • • • • • • nepoužívání nepotřebného vybavení raději využit integrovaného přístupu k celkové energetické optimalizaci zařízení než optimalizovat každou provozní jednotku odděleně umístění vybavení s vysokou teplotou proti směru proudu od nižší teploty nebo od zařízení s vysokým poklesem teploty využití výměníků tepla ke snížení energetických vstupů, např. pro systémy jednotek SCR využití vyprodukované energie, která by jinak nebyla využita či exportována, ve spalovně, jako náhrady za energii dováženou z externích zdrojů využití rotačního vybavení s kontrolovanou frekvencí pro části vybavení, které fungují při různých rychlostech, jako jsou ventilátory a čerpadla, která často účinně fungují při snížených nákladech. To podstatně sníží jejich průměrnou spotřebu energie, protože rozdíly v tlaku budou uskutečněny pomocí různých rychlostí a ne pomocí ventilů. Dosažené zisky pro životní prostředí Snížení energetických nároků provozu snižuje potřebu vnější produkce energie nebo umožňuje vývoz větších množství energie. Další obnovená energie může být dodávána pro využití. Vlivy interakce médií Snížení spotřeby energie systémem čištění spalin může vést ke zvýšeným emisím od ovzduší. Provozní údaje [28, FEAD, 2002] Pro spalovny komunálního odpadu je typická spotřeba elektřiny mezi 60 a 90 kWh/t odpadu, v závislosti na výhřevnosti odpadu. 393 Průměrná hodnota spotřeby elektřiny 75 kWh/t byla zaznamenána u: spaloven tuhého komunálního odpadu spalujících odpad o výhřevnosti 9200 kJ/kg ; produkujících pouze elektřinu (ne teplo); vyhovující limitním hladinám emisí podle EC/2000/76, používající polomokré čistící systémy a jednotek SNCR pro odstranění NOx; žádné vybavení na odstranění kouře. V takovéto spalovně tuhého komunálního odpadu bez předběžné úpravy, opětovného zahřívání spalin nebo zařízení na snižování či zahřívání kouře, je hlavní spotřeba elektrické energie přibližně: • spalinové ventilátory: 30 % • tlakové ventilátory: 20 % • napájecí čerpadla a jiná vodní čerpadla: 20 % • vzduchem chlazené kondenzátory: 10 % • další 20 % [74, připomínky TWG, 2004] Zařízení o větším výkonu mají ekonomiku tomuto výkonu odpovídající, což způsobuje nižší energetickou spotřebu na jednotku zpracovaného odpadu. To je ukázáno v následující tab. 4.17: Rozsah velikosti spalovny tuhého komunálního odpadu (t/r) Do 150 000 150 000 - 250 000 Více než 250 000 Energetická náročnost procesu (kWh/t vstupního odpadu) 300 - 700 150 - 500 60 - 200 Tab. 4.17: Výkon zařízení a celková energetická náročnost procesu spalovny tuhého komunálního odpadu v Německu Zdroj [31, Energetická pod skupina, 2003] Velikosti těchto úspor ze zvýšené výroby mohou být méně dramatické než naznačují údaje uvedené výše. Vyšší hodnoty energetických nároků v tabulce mohou být s největší pravděpodobností vysvětleny souhrnným použitím komplexního dodatečně vybaveného systému čištění spalin, který je často používán v Německu, zajišťující emisní hladiny někdy hodně pod hodnotami 2000/76/EC. [74, připomínky TWG, 2004] Použitelnost Většina další spotřebované energie vzniká z používání dalších metod systému čištění spalin, který tuto energii spotřebovává. Snížení spotřeby energie provozu odstraněním těchto komponent je méně vhodné v místech, kde existují důvody k ochraně životního prostředí, které ospravedlňují další snižování emisí. Možnosti optimalizace jsou největší v nových zařízeních – tam je možné vyzkoušet a vybrat z různých celkových návrhů, aby bylo dosaženo řešení, které vyváží snižování emisí a energickou náročnost. Ve stávajících zařízeních mohou být možnosti více omezené z důvodu výdajů (a technických rizik) spojených s celkovým přepracováním stávajícího návrhu. Zařízení, která byla zrekonstruována, aby dosáhla zvláštních limitních hodnot emisí, obvykle musela upravit koncová čistící zařízení, a mají tudíž vyšší energetickou spotřebu. 394 Ekonomika Provozní úspory mohou plynout ze snížení potřeby externí energie. Kde je možné takto ušetřenou energii vyvážet, může to mít za následek zvýšení příjmů. Kapitálové náklady na přepracování stávajícího návrhu stávajících zařízeních mohou být ve srovnání s dosaženými výhodami vysoké. Hnací síla realizace Zvýšený příjem z prodeje energie nebo snížení provozních nákladů díky snížení požadované energie. Příklady zařízení Žádné informace Reference [28, FEAD, 2002], [31, Energysubgroup, 2003], [64, připomínky TWG, 2003] 4.3.7 Výběr turbíny Popis Hlavní typy turbín v běžných spalovacích zařízeních jsou: • • • • protitlakové turbíny kondenzační turbíny extrakční kondenzační turbíny dvoufázové kondenzační turbíny Protitlakové turbíny jsou používány, pokud může být zákazníkům dodáváno podstatné a případně konstantní množství tepla. Stupeň protitlaku závisí na požadované teplotní hladině dodávaného tepla. Výfukový tlak protitlakové turbíny je vyšší než atmosféra (např. 4 bary). [74, připomínky TWG, 2004] Kondenzační turbíny jsou požívány pokud existuje málo nebo žádné možnosti dodávání tepla zákazníkům, a obnovená energie má být tudíž přeměna v elektrickou energii. Účinnost produkce elektřiny je ovlivněna použitým chladícím systémem (viz. také 4.3.9). Výfukový tlak kondenzační turbíny je pod vakuem (např. 0,2 bar) a v nízkotlaké části kondenzační turbíny je mnohem vyšší. [74, připomínky TWG, 2004] Extrakční kondenzační turbíny jsou kondenzační turbíny se značným odběrem páry o středním tlaku pro některé účely. Téměř vždy existuje určitý odběr(y) pro provozní používání kondenzační turbíny. Extrakční kondenzační turbíny jsou používány, pokud je možné dodávat zákazníkům podstatné a proměnné množství tepla nebo páry. Požadované množství (nízkotlaké) páry je odebráno z turbíny a zbylá pára je zkondenzována. Dvoufázové kondenzační turbíny zahřívají páru mezi dvěma stupni za použití některé vstupní páry na přehřátí páry ve druhém stupni, aby bylo dosaženo vyšší energetické produkce při nižších teplotách kondenzace bez poškození turbíny. [74, připomínky TWG, 2004] Dosažené zisky pro životní prostředí 395 Vybraný typ ovlivňuje produkci elektřiny a energetický výstup. Způsob vypuštění páry vede k optimálnímu využití energie. Úspory fosilních paliv, nižší znečištění a emise skleníkových plynů jsou důsledkem snížení požadavku externí energie. Vlivy interakce médií Nižší kondenzační teploty na konci turbíny mohou způsobit korozi díky vysoké vlhkosti páry. [74, připomínky TWG, 2004] Provozní údaje Turbíny ve spalovnách tuhého komunální odpadu nejsou obvykle velké, standardně 10 MW (rozsah od 1MW do 60MW). Počet vývodů je obvykle omezen na 3 nebo 4 (rozdíl oproti elektrárně, kde mají turbíny více vývodů) Nízkotlaká část turbíny vyžaduje pouze minimální tok páry pro chlazení lopatek, zabránění vibrací a kondenzace. Pokud je zbývající tok páry při určitých provozních podmínkách příliš malý, pak je možné namísto jednoho turbogenerátoru s vysokotlakou částí a s nízkotlakou částí mít dvě turbíny (jednu vysokotlakou a druhou nízkotlakou). Učiněné rozhodnutí je otázkou lokálních podmínek a optimální výběr se může s časem měnit. [74, připomínky TWG, 2004] Aby došlo ke zlepšení výstupu elektrické produkce z kondenzační turbíny, je pára vyžadovaná spalovacím procesem (pro odvzdušňování, zahřívání vzduchu, ofukování trubek) obvykle brána po expanzi ve vysokotlaké části turbíny. Je tak učiněno pomocí „výpusti“ (také nazýváno „extrakce“ nebo „vypouštění“). Tyto výpusti jsou označovány za nekontrolovatelné, jelikož tlak závisí na množství páry (tlak může být rozdělen do dvou výpustí, kde je tok páry snížen o 50 %). Výpusti jsou umístěné tak, aby byl tlak dost vysoký pro pokrytí požadavků procesu pro jakýkoli náklad turbíny. Použitelnost Výběr turbíny musí být proveden ve stejnou dobu, jako zbytek vlastností parního cyklu a více než spalovací proces závisí na vnějších aspektech. [74, připomínky TWG, 2004] Ekonomika Žádné informace. Hnací síla realizace Žádné informace. Příklady zařízení 1. RMVA Kolín, Německo Vypouštěním páry z kondenzační turbíny jsou nacházeny nejrůznější způsoby využití energie a celkové použití energie může být optimalizováno. Pára je předávána do turbíny při teplotě 400 oC a tlaku 40 barů. Vypouštění páry o přibližně 300 oC a 16 barech pro lokální a vzdálené využití a 200 oC a 4,8 barech pro čistě lokální využití znamená, že energie je zužitkována na nejvyšší možnou míru. Pára je lokálně využívána pro předehřívání vzduchu a vody pro místní systémy a budovy, zde především jako provozní teplo pro výrobu páry a také pro čištění odpadního vzduchu. Pára 396 pro vzdálené využití je používána především pro podporu výrobních procesů, ale také jako vzdálený zdroj pro ohřev. [64, připomínky TWG, 2003] 2. zařízení Rennes – po rekonstrukci 2 linky s kapacitou 5 t zpracovaného odpadu/h, každá z nich produkuje pro teplárnu páru o 26 barech a 228 oC (saturováno). V roce 1995 přidána 3. linka s kapacitou 8 t zpracovaného odpadu/h a s produkcí páry o stejném tlaku a teplotě 380 oC (přehřáta o 150 oC). Sada turbogenerátoru o 9,5 MVA získává smíšenou páru ze všech 3 linek se středním přehřátím. Turbogenerátor však může fungovat i pokud je odstavena jakákoliv ze 3 linek. To znamená, že může fungovat s přehřátím 150 oC, pokud jsou zastaveny 2 linky o 5 t/h, ale také se saturovanou parou pokud je odstavena linka s 8 t/h. Turbína používá pouze saturovanou páru. 3. tři zařízení v Paříži Tato zařízení spalují celkem 1 800 000 t/r a dodávají do pařížské teplárenské sítě 4 000 000 t páry/rok (290 000 MWhth/r), což odpovídá 45 % potřeby, a dále produkují 290 000 MWh/r elektřiny, ze které je 160 000 MWh/r dodáváno do národní sítě. Pára je dodávána při tlaku upraveném ventily mezi 12 až 21 bary podle požadavků teplárny a je dodávána přímo do teplárenské sítě bez tepelných výměníků. Různá část páry se vrátí jako kondenzát. Demineralizační zařízení jsou schopna produkovat 2/3 rychlosti toku páry. Vysoké požadavky teplárny ve srovnání s množstvím vyprodukované páry a fakt, že 3 zařízení zásobující teplárenskou síť, jsou vlastněny stejným majitelem a provozovány toutéž společností, má za následek specifická rozhodnutí ohledně vybavení zařízení. [74, připomínky TWG, 2004] Reference [64, připomínky TWG, 2003] 4.3.8 Zvýšení parametrů páry a použití speciálních materiálů ke snížení koroze v kotli Popis Vyšší parametry páry zvyšují účinnost turbíny a vedou k vyšší produkci elektřiny na tunu spáleného odpadu. Jelikož plyny uvolněné z odpadu při spalování mají korozívní povahu, nemohou spalovny využívat stejné teploty a tlaky jako jiná zařízení, která produkují elektřinu (např. 100 - 300 barů a 620 oC). Například v uhelné elektrárně je normální maximální teplota 540 oC. Existuje rozdíl mezi: • tlakem páry, který určuje teplotu (saturační tlak) ve vodních stěnách (které mohou být chráněny obkladem) a v tepelných výměnících • teplotou páry (přehřátá pára), která určuje teplotu přehřívačů. [64, připomínky TWG, 2003] 397 Dokud nejsou zavedena speciální opatření k předcházení korozi (která vede ke snížené provozuschopnosti a zvýšeným nákladům), jsou spalovny tuhého komunálního odpadu obvykle omezeny na 40 - 45 barů a 380-400 oC. Nad těmito hodnotami se jedná o kompromis mezi: • • • náklady na speciální opatření, např. na speciální materiály ke snížení koroze náklady při ztrátě provozuschopnosti, kdy je požadována zvýšená údržba hodnotou vyprodukované elektrické energie Pro snížení koroze mohou být použity obklady ze slitiny niklu a chrómu (hlavní složky) či z jiných speciálních materiálů, které chrání vystavený povrch tepelných výměníků před spalinami. Obklad obvykle začíná až za ohnivzdorným materiálem a pokrývá první průchod a začátek druhého průchodu kotle. Stěny z ohnivzdorného materiálu mohou být také chlazeny vzduchem (mírný přetlak), aby byla snížena koroze trubek za nimi. K ochraně trubek kotle jsou také využívány keramické krytiny. Vysokoteplotní koroze membránových stěn a tepelných výměníků může být snížena snížením teploty spalin pod 650 oC před tepelnými výměníky a/nebo ochranou povrchů tepelných výměníků keramickými krytinami či speciálními slitinami. Hlavní výhoda speciálních slitin oproti keramickým krytinám na stěnách pece je lepší výměna tepla s kotlem, která vede ke snížení teploty spalin před první konvekcí. Alternativou k obkladům je instalace kompozitních trubek kotle. Kompozitní trubka se skládá ze dvou trubek, vnitřní a vnější, metalurgicky spojených dohromady. Skládají se s různých kombinací slitin. Jejich instalace v kotli spalovny se objevila už v sedmdesátých letech. [64, připomínky TWG, 2003] Dosažené zisky pro životní prostředí Zvýšením tlaku a/nebo teploty páry může být dosaženo vyššího výstupu elektrické energie na tunu spáleného odpadu. Tato vyšší účinnost snižuje externí (např. v elektrárně) spotřebu fosilních paliv (úspory zdrojů), a s tím spojené emise CO2 (skleníkový plyn). [74, připomínky TWG, 2004] Vlivy interakce médií Zvýšení parametrů páry bez instalace speciálních protikorozivních opatření zvyšuje riziko koroze a s tím spojených nákladů na údržbu a ztrátu provozuschopnosti. Provozní údaje Metoda zahrnuje zvýšená technologická rizika a vyžaduje zkušenost při hodnocení a údržbě. Použitelnost Použití vyšších parametrů páry ke zvýšení výstupů elektřiny je možné pro všechny spalovny, které obnovují pouze elektřinu, nebo pokud je poměr tepla ve společné výrobě tepla a elektřiny nízký. Metoda má omezené použití u procesů, které mají vhodné možnosti dodávek páry nebo tepla, jelikož nepotřebují zvyšovat výstup elektřiny, který je spojen s technickými riziky a s náklady. 398 Ke snížení koroze jsou použity obklady a další speciální materiály, pokud jsou používány zvýšené parametry páry a/nebo se zpracovává odpad s vysoce korozívními účinky. Stávající zařízení, která mají zkušenost s růstem výhřevnosti dodávaného odpadu, mohou mít užitek z využití speciálních materiálů či obkladů, jelikož mohou snížit náklady na údržbu a zvýšit výstup elektrické energie. Ekonomika Náklady na obklady mohou být sníženy oproti sníženým nákladům na údržbu, příjmu z prodeje elektřiny a zlepšené provozuschopnosti zařízení. Zaznamenané náklady na obklady jsou přibližně 3 000 EUR/m2 Rozsah zvýšení přijmu závisí na cenách energie. [32, Dánsko, 2003] Tabulka uvedená níže poskytuje údaje o aktuálních cenách elektřiny a tepla v Dánsku a reálné provozní údaje moderní spalovny tuhého komunálního odpadu o kapacitě 34 t/h, založené na společné výrobě tepla a energie. Tabulka dále ukazuje výkon a příjem při různých parametrech páry: Hodnota páry Výkon generátoru Produkce tepla Změna elektrického výkonu Změna tepelného výkonu Ekonomika Provozuschopnost Cena elektřiny Cena tepla Změna v ročním přijmu MW MJ/s bar 50 19,6 71,2 40 18,6 72,2 30 17,3 73,5 MW 0 -1 -2,3 MJ/s 0 1 2,3 8 000 47 18 8 000 47 18 8 000 47 18 0.0 -0,25 -0,54 h/r EUR/MWh EUR/MWh Milion EUR/r Tab. 4.18: Příklady energetického výkonu a příjmů při různých parametrech páry pro spalovnu komunálního odpadu založenou na společné produkci tepla a elektřiny a používající zvýšený tlak páry. [32, Dánsko, 2003] Když, podle uvedeného příkladu, uvažujeme ceny energií v Dánsku a zvyšující se tlak páry ze 40 na 50 barů, je výsledkem navýšení ročního přijmu přibližně o 250 000 EUR. Pokud to spočítáme přes provozní období 15 let (při rychlosti inflace z roku 2002), je příjem navýšen přibližně o 2,5 milionu EUR. Tato čísla nezahrnují navýšené kapitálové náklady, které jsou vyžadovány při přechodu ze 40 na 50 barů. V tomto případě nebyly tyto navýšené náklady považovány za důležité (období 15ti let) oproti přijmu, získanému za stejné období. Změna tlaku může znamenat úplnou výměnu potrubí a ventilů u nádrží a také výměnu parního bubnu, u kterého je třeba požádat o nové povolení podle směrnice 97/23/EC o tlakových zařízeních. [74, připomínky TWG, 2004] 399 Hnací síla realizace Vyšší ceny elektrické energie podporují zavedení této metody, jelikož bude urychlena návratnost počátečních investic. Příklady zařízení Vysoké parametry páry: Odense (Dánsko) 50 barů, 520 oC s obkladem Avi Amsterdam, AVR Botlek, AVR AVIRA a AVI Wijster, všechny v Nizozemsku AVE-RVL Lenzing, Rakousko: cirkulující fluidní lože zpracovávající různé frakce odpadů, včetně přibližně 60 % plastů a produkující páru o 78 barech a 500 oC. Ivry, Francie (75 barů, 475 oC) Mataró, Španělsko (60 barů, 380 oC) Lasse Siver Est Anjou, Francie (60 barů, 400 oC). Zlepšení vybavení : Rennes, Francie, 26 barů, 228 oC (saturační stav); po přidání 3. linky došlo ke zvýšení na 26 barů, 380 oC; jsou smíšeny 2 typy páry, které jsou posílány k turbogenerátoru. Využití speciálních materiálů: Zlepšení po rekonstrukci: Toulon, Thiverval (Francie), Mataro (Španělsko), Stoke on Trent (Velká Británie); nové zařízení: Lasse Est Anjou (Francie) [74, připomínky TWG, 2004] Reference [32, Dánsko, 2003], [28, FEAD, 2002], [2, infomil, 2002], [3, Rakousko, 2002], [64, připomínky TWG, 2003] 4.3.9 Snížení tlaku kondenzátoru (tj. zlepšení vakua) Popis Po opuštění nízkotlaké části parní turbíny je pára zkondenzována v kondenzátorech a teplo je předáno do chladící kapaliny. Zkondenzovaná pára je obvykle opětovně cirkulována a použita jako dodávka vody do kotle. [74, připomínky TWG, 2004] Pro produkci turbíny je důležitá teplota chladného zdroje na výstupu z turbíny. Čím studenější je chladný zdroj, tím větší je pokles entalpie, a tudíž vyšší výroba energie. Z důvodů klimatických poměrů je jasné, že je snazší dosáhnout těchto nízkých tlaků ve studenějších klimatech. To je jeden z důvodů, proč mají severněji položená zařízení lepší účinnost než zařízení v jižních zemích. [64, připomínky TWG, 2003] Nejnižší teploty jsou získány kondenzací páry za použití vzduchu nebo vody jako chladící tekutiny. Tyto teploty odpovídají tlakům nižším, než je tlak atmosférický (tj. vakuum). V místech, kde velké teplárenské sítě využijí celoroční produkci spalovny tuhého komunálního odpadu, jako je tomu ve Švédku nebo v Dánsku, je možné využít jako studený zdroj vodu vracenou teplárnou, která může být někdy velmi chladná (např. 40 nebo 60 oC, viz. tab. 4.19 v oddíle 4.3.16). 400 Vakuum není „neomezené“. Jakmile pára překročí saturační křivku „Mollierova“ diagramu, začne být vlhko a procento vlhkosti vzrůstá s expanzí páry v turbíně. Aby se předcházelo poškození koncových částí turbíny (eroze vodními kapkami), musí být omezeno množství vlhkosti (často kolem 10 %). [74, připomínky TWG, 2004] Dosažené zisky pro životní prostředí Zvyšováním vakua je možná zvýšená produkce elektrické energie. Vlivy interakce médií Předpokládáme-li v otevřeném obvodu, tj. v průtlačném chladícím vodním kondenzátoru, zvýšení teploty vody o 10 oC, bude potřebný tok vody okolo 180 m3 na vyprodukovanou MWh. V uzavřeném obvodu s chladící věží je spotřeba vody (vypařená voda) přibližně 2 až 3 m3 na vyprodukovanou MWh. Oba systémy, jak otevřený, tak uzavřený, mohou požadovat dodávání chemikálií nebo další metody ke snížení zanášení systémů na výměnu tepla, stejně jako případnou úpravu procesní vody. Vlivy vypouštění páry jsou mnohem větší na otevřený systém. Nižší kondenzační tlaky zvyšují vlhkost páry, což může zvýšit opotřebování turbíny. [74, připomínky TWG, 2004] Vzduchové kondenzátory způsobují hluk. Podrobný návrh (např. stínění, frekvenční konvertor zvukových hladin, atd.) je tudíž důležitý. Čištění povrchů kondenzátorů je velmi důležité kvůli účinnosti a mělo by být prováděno za nízkých teplot. [74, připomínky TWG, 2004] Provozní údaje Tlak kondenzátoru a typy kondenzátorů: V závislosti na povrchu kondenzátoru může být se vzduchem chlazenými filtry a teplotě vzduchu 10 oC dosaženo tlaku 100 až 85 mbarů. Při pokojové teplotě 20 oC bude tlak ve stejném, vzduchem chlazeném, kondenzátoru 200 až 120 mbarů. Návrh je kompromisem mezi rozumnou povrchovou výměnou tepla a nízkým kondenzačním tlakem. [74, připomínky TWG, 2004] S hydrokondenzátorem (průtlačný chladící kondenzátor, otevřená smyčka) při používání vody z řeky o teplotě 10 oC bude tlak v kondenzátoru kolem 40 - 80 mbarů, jelikož tepelná výměna vodou je snazší. S atmosférickou chladící věží6 je teplota vody vázána na teplotu a hygrometrii vzduchu (teplota vlhkého vzduchu). Pokud je teplota vlhkého teploměru 10 oC, bude kondenzační tlak kolem 60 mbarů. Oblak páry nad věží může být zmenšen (ne však úplně eliminován) návrhem věže, přičemž dojde k mírnému zvýšení kondenzačního tlaku. Tento typ chladiče zahrnuje rizika týkající se bakterie legionella z důvodu vypařování vody a přímého kontaktu. Je používán především při nízkých požadavcích na chlazení (jako jsou pomocné turbíny). [74, připomínky TWG, 2004] 401 Podle výpočtů se zvýší produkce elektrické energie z 24,1 % na 25,8 % (+ 7 %), pokud se zlepší vakuum ze 100 mbarů na 40 mbarů. [64, připomínky TWG, 2003] Použitelnost Tlak na výstupu z turbíny může být nad atmosférickým tlakem v místech, kde má výroba elektrické energii nižší prioritu (např. kde jsou možné dodávky tepla). V tomto případě se říká, že turbína funguje ve zpětném tlaku a zbývající pára je zkondenzována v samotném kondenzátoru. Vzduchem chlazené kondenzátory jsou často jedinou použitelnou možností. [74, připomínky TWG, 2004] Hydrokondenzátory s otevřeným obvodem jsou vhodné pouze v místech, kde je nadbytečné množství vody, která toleruje vliv ohřívání následného vypuštění. Přírůstky elektrického výkonu jsou vyšší se snižováním tlaku kondenzátoru a tyto metody jsou tudíž výhodnější pro kondenzační turbíny. [64, připomínky TWG, 2003] Ekonomika Využití metod, které snižují vyšší tlaky, je nejvýhodnější v místech, kde jsou vysoké ceny elektrické energie. U vzduchem chlazených kondenzátorů jsou při vyšším tlakovém skoku požadována zařízení s většími povrchy a vyšším výkonem motorů ventilátorů, což následně zvyšuje náklady. Hnací síla realizace Klíčovým faktorem jsou ceny elektřiny. Snadnější synchronizace sady turbogenerátorů, pokud je vysoká okolní teplota. [74, připomínky TWG, 2004] Příklady zařízení Většina evropských zařízení má vzduchem chlazené kondenzátory, např. zařízení Issy a Ivry, poblíž Paříže, a Bellegarde (Francie) ; Southampton, Velká Británie (v rekonstrukci). Obě zařízení mají hydrokondenzátory s otevřenou smyčkou. ________________________________________________________________________ 6) Chladící či mrazící věž. Chladící tekutinou parního kondenzátoru je voda. Tato voda je v uzavřeném obvodu a sama chlazena kontaktem s okolním vzduchem v chladící věži. Ve věži je část vody odpařena, což způsobuje oblak páry nad věží. Reference [28, FEAD, 2002] [64, připomínky TWG, 2003] 4.3.10 Výběr chladícího systému Popis Výběr chladícího systému, který nejlépe vyhovuje místním podmínkám, napomáhá snižovat celkové dopady na životní prostředí. Existují tři hlavní chladící systémy: 402 1. Chlazení vodou pomocí konvekce: Systém používá povrchovou vodu, která je znovu vypuštěna až po zahřátí o několik stupňů. Tento chladící systém vyžaduje hodně vody a odevzdává velké dávky tepla do lokálních povrchových vod. Toto chlazení je využíváno především pokud je dostupná tekoucí řeka nebo na pobřeží. Hladina hluku je nízká. Obvykle je nezbytný sytém čištění vody, který však může způsobovat zranění ryb a jiných živočichů během filtrace či kontroly vody. V návrhu by tudíž měly být pečlivě zvážena opatření pro příjem vody, aby byla tato rizika snížena. [74, připomínky TWG, 2004] 2.Chlazení odpařováním vody: Voda je použita pro chlazení kondenzátoru. Tato voda není vypouštěna, ale po průchodu odpařovací chladící věží, kde dojde k ochlazení vypařením malé části vody, je recyklována. Aby byla zajištěna kontrola kvality uvnitř systému, musí být vypuštěn malý proud vody. Existují tři hlavní technické varianty chlazení odpařováním: • • • tlakové chladící věže, kde je vzduch, požadovaný pro odpaření vody, poskytován prostřednictvím ventilátorů s následnou elektrickou spotřebou chladící věže s přirozenou konvekcí, kde je tah vzduchu způsoben (malým) vzrůstem teploty vzduchu (velké betonové chladící věže vysoké 100 m) hybridní chladící věže, kde je část obsaženého tepla ve vodě přenesena do vzduchu pomocí svazkového chlazení („chlazení vzduchem“), a tudíž dochází ke snížení oblaku páry. Hladina hluku je vysoká u tlakových systémů a střední u systémů s přirozenou konvekcí. Typ chladiče může zahrnovat rizika týkající se bakterie legionella z důvodu odpařování vody a přímého kontaktu. [74, připomínky TWG, 2004] 3. Chlazení vzduchem: V tomto systému je pára zkondenzována se vzduchem ve standardně navrženém tepelném výměníku (např. „model táborového stanu“). Tyto kondenzátory mají vysokou spotřebu elektřiny, jelikož požadovaný pohyb vzduchu je zajišťován velkými ventilátory. Hladiny hluku jsou vyšší. Povrch kondenzátoru vyžaduje pravidelné čištění. [74, připomínky TWG, 2004] Vliv účinnosti výroby elektřiny závisí na teplotách vody a na teplotách a vlhkosti vzduchu (teplota vlhkého teploměru), obvykle je však nejlepší chlazení pomocí konvekce vody, následované chlazením odpařováním a poté chlazením vzduchem. Rozdíl v účinnosti mezi chlazením konvekcí a chlazením vzduchem je obvykle v rozsahu 2 - 3 %. Viz. také BREF „Referenční dokument na aplikaci nejlepší dostupné metody u průmyslových chladících systémů“ . [74, připomínky TWG, 2004] Dosažené zisky pro životní prostředí V závislosti na výběru chladící metody (viz. popis výše) je možné: • • snížit energetické požadavky zařízení snížit tepelné dopady vypouštěné teplé vody 403 • • snížit dopady hluku snížit viditelné dopady. Vlivy interakce médií Popsané výše. Provozní údaje Žádné informace. Použitelnost Výběr chladícího sytému závisí hlavně na místních podmínkách a na hygienických a zdravotních otázkách a na relativní důležitosti vlivů interakce médií spojených s každým systémem. Chlazení konvekcí (typ 1 výše) není použitelné v suchých oblastech. Ekonomika Žádné informace. Hnací síla realizace Vyšší ceny elektrické energie mohou zvyšovat zájem o chlazení konvekcí. Příklady zařízení Zařízení Issy a Ivry poblíž Paříže, Francie ; Southampton, Velká Británie (v rekonstrukci). Obě mají otevřené obvody s hydro-kondenzátory. Strasbourg a Rouen, Francie – obě mají hydrokondenzátory s uzavřeným obvodem a s chladícími věžemi. Reference [64, připomínky TWG, 2003] 4.3.11 Optimalizace struktury kotle Popis [28, FEAD, 2002] Obnovené teplo je energie přenesená ze spalin na páru (či horkou vodu). Energie, která spalinám zůstane na výstupu z kotle, je většinou ztracena (pokud nejsou používány další výměníky tepla dále). Obvykle je na výstupu z kotle výhodné snížit teplotu spalin, aby byla maximalizována obnova energie. Zanášení bojleru má dva významy pro obnovu energie. Prvním je snížení koeficientů tepelné výměny, a tudíž snížení množství obnoveného tepla. Druhým, a důležitějším, je zablokování svazků tepelných výměníků, což vede k odstávce zařízení. Další nechtěný jev provázející zanášení je zvýšené riziko koroze pod vrstvou nánosu. Obvykle je bojler navržen tak, aby byl jednou roka manuálně vyčištěn, což je maximum pro zabránění zanášení kotle (viz. oddíl 4.3.19). 404 Dobrý kotel musí mít dostatečný povrch pro výměnu tepla, ale také dobře navrženou geometrii, která by omezovala zanášení. Toho může být dosaženo buďto pomocí vertikálního, horizontálního, nebo kombinovaného vertikálně horizontálního návrhu kotle (viz. oddíl 2.4.4.2) [74, připomínky TWG, 2004] Následující příklady jsou dobrými návrhy z praxe: • rychlosti plynů musí být nízké (prevence eroze) a homogenní (prevence oblastí vysokých rychlostí a prevence nepohyblivých oblastí, které mohou být příčinou zanášení) skrze celý průměr (prostor) kotle. • k udržení nízkých rychlostí plynu je nutné, aby průchody měly široký průřez a aby jejich geometrie byla „aerodynamická“ • první průchod/y kotle by neměl obsahovat tepelné výměníky a měl by být dostatečně prostorný (hlavně vysoký), aby byl umožněn průchod spalin o teplotě nižší než 650 700 oC. Mohou však být chlazeny vodními stěnami (fungují na principu konvekce). (Tyto stěny z trubek prakticky zakrývají celý kotel kromě ekonomizéru. Obvykle jsou u parních kotlů součástí výparníku). Při vyšších teplotách mohou být v otevřených průchodech umístěny tepelné výměníky na vyzářené teplo. • první svazky trubek nesmí být umístěny v místech, kde je popílek stále lepivý, tj. kde je teplota příliš vysoká • mezery mezi svazky trubek musí být dostatečně široké, aby mezi nimi nemohlo docházet k nánosům • cirkulace vody-páry v membránové stěně a konvektivní výměníky by měly být optimální, aby bylo předcházeno vzniku horkých míst, málo účinnému chlazení spalin, atd. • horizontální bojler by měl být navržen tak, aby zabránil preferované trase spalin, která by vedla k teplotnímu rozvrstvení a k málo účinné tepelné výměně • mělo by být poskytnuto vhodné zařízení na čištění kotle od nánosů • optimalizace návrhu konvektivního výměníku (protiproud, souběžný tok, atd.) z důvodu optimalizace povrchu podle teploty stěn trubek a zabránění korozi [74, připomínky TWG, 2004] Dosažené zisky pro životní prostředí Větší provozuschopnost a lepší tepelná výměna umožňují celkově zvýšenou obnovu energie. Návrhy ke snížení zanášení kotle také snižují čas zdržení prachu v teplotních zónách se zvýšeným rizikem tvorby dioxinů. Vlivy interakce médií Žádné zaznamenané. Provozní údaje Žádné informace. Použitelnost Použitelné ve fázi vývoje návrhu pro všechny spalovny s kotli na obnovu energie a, pokud existují důvody, tak ke zvýšení účinnosti a životnosti zařízení. Ekonomika V novém zařízení je možné odůvodnit zavedení těchto metod možnou velmi rychlou návratností nákladů díky provozním úsporám prostřednictvím snížení údržby a celkovému zvýšení prodeje energie. 405 Stávající zařízení, která se chystají nahradit kotel nebo kde je velmi nízká účinnost (obvykle méně než 75 % účinnosti tepelné výměny u komunálních zařízení), mohou vzít tyto faktory v úvahu při návrhu nového systému. Hnací síla realizace Snížená údržba, zvýšená obnova energie a možné zisky z prodeje energie. Příklady zařízení Velmi používáno v Evropě Reference [28, FEAD, 2002], [2, infomil, 2002], [64, připomínky TWG, 2004] 4.3.12 Použití integrovaného kotle s pecí Popis Přeprava velmi horkých plynů může být velmi komplexní, pokud jsou přenášeny vedením, které je obloženo ohnivzdorným materiálem. Teplota plynů je někdy snižována zvýšením objemu vzduchu, aby se předešlo této složité přepravě, což však může mít za následek snížení účinnosti. V integrovaném celku pece a kotle pokrývá kotel pec přímo, bez prostředního potrubí. Trubky kotle tudíž mohou chladit stěny pece. Trubky jsou chráněny ohnivzdorným materiálem a chladí jej (dvojstranná výhoda). Vhodný návrh trubek a ohnivzdorného materiálu umožňuje dobrou kontrolu chlazení pece. Účinné chlazení pece je nezbytné k prevenci zanášení pece, zvláště s odpadem o vyšší výhřevnosti. Dosažené zisky pro životní prostředí Vyšší obnova tepla snížením vyzářených tepelných ztrát na výstupu z pece (k doplnění vlivu vnější tepelné izolace). Možná instalace systému SNCR k omezování emisí NOx. Snížení požadavků na přebytek vzduchu, a tudíž snížení objemu spalin. Vlivy interakce médií Žádné zaznamenané. Provozní údaje Předcházení zanášení pece snižuje potřebu odstávky pro její manuální vyčištění (např. pneumatickou sbíječkou). Použitelnost Vhodné pro všechny typy roštů. Není možné použít u rotačních a oscilačních vysokých pecí. Nezbytné pro pece s kapacitou odpadu nad 10 t/h. 406 Není znám dolní limit kapacity pro integrované kotle v průmyslových spalovnách, tj. s kapacitou nad 2,5 t/h. Ekonomika U zařízení s velmi malou kapacitou pece (1 nebo 2 t/h) obvykle méně nákladné než oddělený kotel. Hnací síla realizace Běžná praxe dnešních projektantů. Příklady zařízení Většina moderních spaloven má integrovaný kotel s pecí. (kromě rotačních a oscilačních vysokých pecí). Reference [28, FEAD, 2002] [64, připomínky TWG, 2003] 4.3.13 Použití vodních stěn v prvním (prázdném) průchodu Tato metoda byla popsána v oddíle 4.2.22 v kontextu její výhody jako metody spojené se spalováním. 4.3.14 Použití přehřívače deskového typu Popis Přehřívače deskového typu jsou rovné panely paralelně uspořádaných trubek s mezerami mezi nimi a paralelních k proudu plynu. Vsup je chráněn obalem vyrobeným z nerezové oceli a na místě je držen speciálním cementem. Tepelná výměna je prováděna zářením namísto konvekce, jelikož tyto přehřívače mohou být umístěny v místech o vyšší teplotě než svazky trubek (u spalin z komunálního odpadu až do 800 oC) s omezeným zanášením a snížením eroze a koroze. Na těchto deskových přehřívačích je možné stabilizovat zanášení, pokud je jeho tloušťka okolo 2 cm. Nedochází k zablokování, a tudíž je značně omezeno manuální čistění a s ním spojené odstávky zařízení. V důsledku výměny zářením může teplota páry zůstat konstantní po dobu jednoho roku provozu. Eroze a koroze jsou podstatně opožděny. 407 Obr. 4.3 Schematický diagram „deskového“ typu přehřívače Legenda: „Platten type superheater - přehřívače deskového typu Dosažené zisky pro životní prostředí Tyto přehřívače deskového typu dovolují vysoké teploty přehřáté páry s dobrou dostupností a stabilitou. Vlivy interakce médií Žádné zaznamenané. Provozní údaje 408 Žádné informace. Použitelnost Může být instalováno v jakémkoliv kotli s dvěmi či třemi otevřenými průchody. Ekonomika Méně nákladné než svazky trubek pro poslední stupeň přehřívání (ty teplejší), pokud je nainstalováno v oblastech s vyššími teplotami spalin (druhý nebo třetí průchod). Použití může zvýšit stavební náklady, což je nutné zvážit oproti delší době života tohoto výměníku. Hnací síla realizace Delší provozní doba s vysokou teplotou přehřáté páry. Příklady zařízení • Francie: Toulon 3, Thiverval 3, Lons le saunier, Cergy St. Ouen l’ Aumône, Rennes 3, Monthyon, Chaumont, Nice 4, Belfort, Villefranche sur Saône, Toulouse-Mirail 1 a 2, Lasse (Saumur) • Belgie: Thumaide • Velká Británie: Londýn SELCHP, Stoke-on-Trent, Dudley, Wolverhampton, Chineham, Marchwood • Španělsko: Mataró • Portugalsko: Maia, Loures a Santa Cruz (Madeira) • Itálie: Piacenza • Rusko: Moskva Reference [28, FEAD, 2002] [64, připomínky TWG, 2003] 4.3.15 Snížení teploty spalin za kotlem Popis [2, infomil, 2002] Zvýšená kapacita tepelné výměny kotle zlepšuje možnosti využití tohoto tepla na jiných místech a celkově přispívá ke zvýšení energetické účinnosti. Velikost možného snížení4 teploty spalin na konci kotle závisí na: • • • teplotní hladině pod 180 oC, kde je zvýšení riziko koroze (blíží se rosnému bodu některých kyselin) zda je teplo obsažené ve spalinách požadováno pro další funkci následujícího zařízení na čištění spalin zda existuje výhodné využití dodatečného tepla, obnoveného při nízkých teplotách. Se spalinami z KTO (a dalšími spalinami obsahující tyto látky) nevzniká riziko koroze pouze z HCl, ale také z SOx, které nejprve napadají ocel. Rosný bod závisí na koncentraci kyselých plynů ve spalinách. V čistém plynu muže být kolem 100 oC, v nezpracovaném plynu kolem 130 oC nebo i více. 409 Klíčovou teplotou, kterou je nutné sledovat z důvodu rizika koroze, není teplota spalin, ale (nižší) povrchová teplota (chlazených) kovových trubek výměníku (které jsou nutně chladnější než spaliny). [74, připomínky TWG, 2004] Tepelné výměníky, vyrobené ze speciálních materiálů (smalt, uhlík), snižují problémy s korozí při nízkých teplotách. Příkladem je AVI Amsterdam, kde je tepelný výměník umístěn za systémem rozprašovacího absorbéru a s ním spojeným elektrostatickým odlučovačem. Další výhodou tohoto návrhu je související snížení teploty skrubru, což zvyšuje účinnost skrubrového systému. Dosažené zisky pro životní prostředí Obnovené teplo (teplotní hladina např. 120 oC) může být využito pro ohřívací účely a/nebo lokálně pro předběžný ohřev vody dodávané do kotle, atd. Vlivy interakce médií U systémů čištění spalin, které vyžadují teplotu spalin nad určitou provozní teplotou (např. rukávové filtry, jednotky SCR), je později v procesu potřeba odstraněné teplo znovu dodávat určitými prostředky. Toto opětovné ohřátí bude mít pravděpodobně za následek zvýšenou spotřebu primárních paliv či vnější energie. Nízká výstupní teplota spalin na výstupu z kotle zahrnuje rizika koroze (vnitřní a vnější). Poté může být vyžadován specifický materiál na ochranu atd. Prostorová omezení mohou omezovat implementaci do stávajících zařízeních. Provozní údaje [28, FEAD, 2002] Snižování teploty spalin na výstupu z kotle je omezené rosným bodem kyselin, který je velmi důležitým limitním faktorem mnoha systémů čištění spalin. Navíc je možné, že systém čištění spalin může vyžadovat pracovní teplotu nebo teplotní rozdíl, např.: • u polosuchých systémů čištění spalin je minimální teplota spalin při vstupu určována faktem, že vstřikování vody snižuje teplotu plynů. Standardně je 190 oC nebo 200 oC a může být vyšší. • procesy suchých systémů čištění spalin mohou přijímat spaliny o teplotním rozsahu 130 - 300 oC. Se suchým hydrouhličitanem sodným (jedlá soda) je minimální požadovaná teplota 170 oC, aby docházelo k rychlé transformaci hydrouhličitanu na účinnější uhličitan sodný (nazýváno „pop-corn“ či „diatomatický“ efekt) v oblastech o větším povrchu. Spotřeba činidel je různá, v závislosti na teplotě. • mokrý systém čištění spalin nemá minimální teoretickou vstupní teplotu – čím nižší je teplota při vstupu do scrubru, tím nižší je spotřeba vody ve skrubru. [74, připomínky TWG, 2004] Je možné navrhnou cyklus takovým způsobem, aby se předcházelo korozívním podmínkám. Například ve Švédsku je docela běžné instalovat oddělený „spalinový kotel“ za hlavním kotlem nebo za elektrostatickým odlučovačem. Je často chlazen odděleným obvodem s horkou vodou a tepelným výměníkem vedoucím do teplárenské distribuční sítě. Výstupní teplota spalin je obvykle mezi 130 a 140 oC a vstupní teplota vody by neměla být pod 115 120 oC, aby se předcházelo korozi. Při těchto teplotních hladinách mohou být použity běžné trubky z uhlíkové oceli bez problémů s korozí. [64, připomínky TWG, 2003] 410 Použitelnost Snižování teploty spalin za kotlem je použitelné pouze v místech, kde: • • může být dodáváno odebrané teplo a využito nějakým užitečným způsobem není nepříznivě ovlivněn následující systém čištění spalin. Je nutné pečlivé zvážení kompatibility metody s následným systémem čištění spalin. Zejména v místech, kde jsou používány rukávové filtry, jednotky SCR nebo jiné systémy vyžadující specifické provozní teploty či podmínky. Ekonomika Systém je s největší pravděpodobností ekonomicky realizovatelný v místech, kde jsou za další obnovené teplo placeny vysoké ceny/hodnoty. Hnací síla realizace Dodávky dalšího obnoveného tepla. Příklady zařízení • AVI Amsterdam, Nizozemsko • Brescia, Itálie • Mnoho zařízení ve Švédku a v Dánsku • Sheffield (Velká Británie) • Rennes, Nice, St. Ouen (Francie) • Monako Reference [2, infomil, 2002] [64, připomínky TWG, 2003] 4.3.16 Použití spalinových kondenzačních skrubrů Popis Metoda byla popsána v oddíle 2.4.4.5 V krátkosti, metoda zahrnuje použití chlazených skrubrů, které kondenzují vodní páru ze spalin z mokrého, polosuchého a suchého systému čištění, jako koncové řešení. Chlazení může být prováděno pomocí tepelné výměny (použitím systému tepelných čerpadel) s navrácenou vodou z teplárny. Dosažené zisky pro životní prostředí Využití kondenzačních skrubrů umožňuje získání další energie ze spalin pro její možné využití nebo dodávání. Množství obnovené energie závisí na teplotě navrácené vody z teplárny: Teplota navrácené vody z teplárny (oC) 40 Energetická účinnost 14 % 411 50 60 7% 0% Tab. 4.19: Závislost mezi energetickou účinností a teplotou navracejícího se chladícího média (ústřední vytápění) [5, RVF, 2002] Důsledkem sušení spalin je snížená viditelnost kouře. V místech, kde je používáno opětovné zahřátí kouře, je množství požadované energie na dosažení daného snížení viditelnosti kouře nižší. Emise amoniaku do ovzduší (např. z jednotek SNCR) mohou být sníženy. Amoniak je zachycen ve vodě skrubru. Využitím oddělovače amoniaku v zařízení na zpracování vody je možné obnovit amoniak pro vyžití jako redukčního činidla NOx – a tedy nahradit potřebu nákupu nového amoniaku, ačkoli bylo zaznamenáno, že oddělující systémy jsou velmi složité a drahé. Kondenzovaná voda může být poskytnuta jako voda dodávaná do skrubru, což snižuje spotřebu vody. Vlivy interakce médií Zkondenzovaná voda obsahuje nečistoty (odstraněné ze spalin), které před jejím vypuštěním vyžadují zpracování v zařízení na zpracování vody. Pokud je používán mokrý systém skrubru proti proudu,je možné zpracovat odpadní vodu ve stejném zařízení. Nízká teplota při vypouštění z komína snižuje tepelnou vzplývavost kouře, a tudíž snižuje jeho disperzi. To může být překonáno použitím většího a/nebo nižšího průměru komína. Provozní údaje Nízká teplota spalin může vést ke kondenzaci, a tudíž ke korozi v komíně, pokud není obložený nebo není použit dvojitý systém trubek. Použitelnost Nejlépe použitelné v místech, kde: • • • teplárna spolehlivě vrací vodu o nízké teplotě (to je zásadní a obvykle dostupné pouze v chladnějších klimatech) je problémem viditelnost kouře ceny, zaplacené za zvýšenou obnovu energie, vyrovnají navýšené kapitálové investice Tato metoda je méně použitelná v místech, kde: • • není zákazník pro zvýšenou obnovu energie je méně spolehlivý (teplejší klima) zdroj (vrácená voda z teplárny) Typy odpadů: Metoda je používána za fází čištění spalin, a proto je v principu použitelná na jakýkoliv typ odpadu. Velikost zařízení: 412 Je známo, že metoda je používána v komunálních zařízeních o výkonu 370 00 (Dánsko), 175 000 (Švédsko), a 400 000 (Švédsko) tun za rok. Nové/stávající: Metoda je používána na konci nebo poblíž konce systému čištění spalin, a může být tedy podobně použita jak v nových, tak ve stávajících provozech. Ekonomika Celkové investice do kondenzační fáze jsou přibližně 3 milióny EUR pro čtyři kotle, fungující ve spalovně tuhého komunálního odpadu se společnou výrobou tepla a elektřiny a s kapacitou zařízení 400 kt/r. Hnací síla realizace Zvýšený prodej tepla. Zachování vody v suchých oblastech. [74, připomínky TWG, 2004] Příklady zařízení Existuje několik příkladů ve Švédku (viz. příklady v oddíle 2.4.4.5). V teplejších klimatech je z důvodu snížené dostupnosti chladné vrácené vody z teplárny možností méně. Reference [5, RVF, 2002], [64, připomínky TWG, 2003] 4.3.17 Využití tepelných čerpadel ke zvýšení využití tepla Popis Tato metoda již byla popsána do určité míry v oddíle 2.4.4.6. Zde jsou také popsány tři hlavní typy tepelných čerpadel. V krátkosti, tepelná čerpadla jsou prostředkem ke spojení mnoha relativně nízkoteplotních tepel a chladících zdrojů, aby poskytla proud na vyšší teplotní hladině. Je tím například umožněna funkce kondenzačních skrubrů (viz. 4.3.16) a dodávky dodatečného tepla uživatelům. Dosažené zisky pro životní prostředí Využití kondenzačních skrubrů umožňuje využití dodatečného tepla. Při použití společné výroby tepelných čerpadel s kondenzačními skrubry bylo zaznamenáno zvýšení množství obnovené energie o 23 %. [35, Renova, 2002] Následující odhady energetické rovnováhy jsou založeny na příkladu zařízení Umea v severním Švédsku: Energetická bilance včetně kondenzačních a kompresorových tepelných čerpadel: Tepelná vstupní energie, okolo Elektrický výkon generátoru Vnitřní spotřeba elektřiny Elektrický výkon, síť 65 MW 15,1 MW 5,4 MW 9,7 MW 413 Produkce teplé vody, včetně konden. a tepelných čerpadel Vlastní spotřeba pro opětovné zahřátí Horká voda pro teplárnu Celková energie a teplo na prodej 54 MW 0,5 MW 53,5 MW 63 MW Bez kondenzace spalin a tepelných čerpadel je energetická bilance odhadována následovně: Tepelná vstupní energie, přibližně Elektrický výkon, čistý Horká voda do sítě ústř. vytápění, čistá hodnota Celková energie a teplo na prodej 65 MW 13 MW 39 MW 52 MW Vlivy interakce médií Samotná tepelná čerpadla vyžadují energii pro svoji funkci. U kompresorem řízených tepelných čerpadel může být za mokrých podmínek poměr mezi výstupním teplem a spotřebou kompresoru (poměr teplo ku energii) kolem pěti. [5, RVF, 2002] Provozní údaje Viz. detailní informace v oddíle 2.4.4.6. Použitelnost Nejlépe použitelné v místech, kde: • teplárna spolehlivě vrací nízkoteplotní vodu • teplárna využije většinu dodatečného tepla • ceny zaplacené za dodatečné teplo ospravedlňují navýšené kapitálové investice • je používáno mokré čištění • je problémem viditelnost kouře [74, připomínky TWG, 2004] Metoda je méně využitelná v místech, kde není odběratel pro dodatečně využitou energii. Typy odpadů: Metoda je používána za fází čištění spalin, a proto je v principu použitelná na jakýkoliv typ odpadu. Velikost zařízení: Je známo, že je metoda používána v komunálních zařízeních o výkonu 175 000 a 400 000 tun za rok. Nové/stávající: Metoda je používána na konci nebo poblíž konce systému čištění spalin, a může tedy být podobně použita jak v nových, tak ve stávajících provozech. Ekonomika Příklad tepelných čerpadel ze spalovny tuhého komunálního odpadu ve Švédsku [35, Renova, 2002]: • instalace v roce 1988, 4,5 miliónu EUR 414 • • instalace v roce 2002, 5,5 miliónu EUR (12 MW kapacita) příjem od roku 1998 = 24,5 miliónu EUR. Navýšené náklady na kondenzační fázi + elektricky poháněný kompresor tepelného čerpadla + větší zpracování vody jsou odhadovány na 4 milióny EUR v zařízení Umea. Časová návratnost této investice je podle zisků v tab. 10.9 2,4 roku (žádné financování zvýšené údržby či spotřeby). Hnací síla realizace Navýšený prodej tepla a příjmy. Příklady zařízení Několik příkladů v Švédku – viz. oddíl 2.4.4.6 Reference [5, RVF, 2002] [64, připomínky TWG, 2003] 4.3.18 Speciální konfigurace vodního a parního cyklu s vnějšími elektrárnami Popis [2, infomil, 2002] Z důvodu korozívní povahy spalin je účinnost výroby elektřiny ve spalovnách komunálního odpadu omezena maximální přijatelnou teplotou materiálů trubek kotle a s tím spojenou maximální teplotou páry. Bez použití speciálních materiálů k ochraně před korozí jsou běžné parametry páry ve spalovnách tuhého komunálního odpadu menší nebo rovny 40 barům a 400 oC. Ve spalovnách nebezpečného odpadu (kde je větší obsah chloridů apod. v nezpracovaných spalinách) jsou používány nižší teploty a tlaky (např. 30 barů a 280 oC), aby se předešlo nadměrné rychlosti koroze a následným vyšším nákladům na údržbu. Zavedení vyšších parametrů páry umožňuje větší tepelnou výměnu s médii o vyšší teplotě. Termodynamická účinnost je zvýšena, stejně jako elektrický výkon na tunu odpadu. Ceny materiálů, požadovaných k ochraně trubek kotle, jsou však, ve srovnání s příjmem dosaženého prodejem dodatečné elektřiny, značné. (viz. oddíl 4.3.8) Možností, která umožňuje vyhnout se vyšším teplotám materiálů trubek kotle, je přehřívání páry za použití vyčištěných spalin, které obsahují mnohem méně chlóru a nebo jej neobsahují vůbec. To je možné, pokud je spalovna komunálního odpadu spojena s elektrárnou o dostatečné kapacitě. Příklad: spalovna komunálního odpadu, AZN, Moerdijk, Nizozemsko 415 Obr.4.4: Spojení spalovny odpadu a elektrárny s plynovou turbínou [2, infomil, 2002] Legenda: Elektricity Flue-gas boiler Superheated high pressure steam Steam turbine Discharged middle pressure steam Flue-gas turbine Cooling Condenser Superheater Evaporator Economizer Natural gas Natural gas suppletion Slightly superheated steam flue-gas treatment Waste fturnace Flue-gas waste incineration Boiler - elektřina - spalinový kotel - vysokotlaká přehřátá pára - parní turbína - vypouštění páry o středním tlaku - spalinová turbína - chlazení - kondenzátor - přehřívač - odpařovač - ekonomizér - zemní plyn - dodávky zemního plynu - mírně přehřátá pára - čištění spalin - pec na odpad - spalování spalin z odpadu - kotel 416 Tato spalovna je spojena s přilehlou elektrárnou s kombinovaným cyklem zemního plynu, jak je naznačeno výše. Do spalinového kotle plynové turbíny elektrárny je dodávána mírně přehřátá pára o 400 oC a 100 barech, kde je přehřáta přibližně na 545 oC. Jak komunální spalovna odpadu, tak elektrárna mají tři oddělené linky. Návrh spojených procesních schémat obou provozů umožňuje nezávislý provoz celého spalování a linky plynové turbíny, ačkoli za těchto okolností mají nižší energetickou účinnost. Příklad: Podobná konfigurace může být použita ve spojení spalovny odpadů s uhelnou elektrárnou. Uhelná elektrárna přehřívá páru ze spalovny komunálního odpadu. Tlak páry, vyrobené ve spalovně komunálního odpadu, musí být vyšší než obvykle, aby to bylo možné. Obr. 4.5: Spojení spalovny odpadu a uhelné elektrárny Zdroj [2, infomil, 2002] Legenda: Coal power plant Municipal waste incineration plant Flue-gas treatment Cooling Condenser Coal Evaporator - uhelná elektrárna - spalovna komunálního odpadu - čištění spalin - chlazení - kondenzátor - uhlí - odpařovač 417 Slightly superheated steam - mírně přehřátá pára Tato konfigurace byla použita v 70. letech spojením komunální spalovny odpadu v Mnichově s velkou uhelnou elektrárnou. Jelikož elektrárna pracovala efektivně pouze když uhelný kotel a spalovna odpadu fungovaly zároveň, nebylo toto spojení v tehdejší době považováno za výhodné vzhledem k nákladům. Dosažené zisky pro životní prostředí Celkově zvýšená účinnost pomocí dodávek tepla synergistickému odběrateli. Vlivy interakce médií Žádné zaznamenané. Provozní údaje S tímto druhem nastavení není potřeba ve spalovně odpadu zavádět vysoké teploty páry, a tudíž se předchází korozi a problémům s provozuschopností. Někdy však může být tlak zvýšen, aby byly dále zvýšeny výhody integrace. Vyšší parametry páry ve výparníky mohou vést v těchto případech k navýšeným nákladům na údržbu. Například při 40 barech je saturační teplota 250 oC a při 100 barech 311 oC, což je rozdíl 61 oC. Je nutné si uvědomit, že mechanismus koroze roste exponenciálně s vnější teplotou na stěnách trubek kotle, když přicházejí do styku ze spalinami. Použitelnost Použitelné pouze na místech, kde je synergistický provoz vhodně umístěn, a kde jsou přiměřené obchodní dohody. Použitelné především v místech, kde je hlavním zaměřením výroba elektřiny. Méně využitelné u zařízení, která dodávají páru či teplo přímo odběrateli. Energetická účinnost bude zvýšena v místech, kde má odběratel stálé požadavky a dostatečně využije dodávanou energii. Ekonomika Vysoké ceny elektřiny podporují zavádění této metody ke zvýšení účinnosti výroby elektřiny. V tomto případě to má dopad na zvýšení relativní hodnoty páry/tepla, dodávaných spalovnou do přilehlé elektrárny. Hnací síla realizace Integrace dodávek energie s vnějším odběratelem zvyšuje možnosti využití energie odvozené z odpadu. Příklady zařízení Viz. text výše. Také Bilbao, Zabalgarbi, Španělsko. Další spalovny odpadu, kde je pára zaváděna do parovodního cyklu přilehlé elektrárny, jsou umístěny v Rakousku. [74, připomínky TWG, 2004] 418 4.3.19 Účinné čistění konvekčních trubek Popis [2, infomil, 2002] Lepší tepelné výměně napomáhají čisté trubky kotle a další povrchy tepelných výměníků. To může také snížit riziko tvorby dioxinů v kotli. Čistění může být prováděno za provozu (během provozu kotle) a nebo mimo provoz (během odstávky kotle a během údržby). Rozměry kotle a návrh tepelných výměníků (např. mezery mezi trubkami) ovlivňují čistící režim. Provozní metody čištění zahrnují: • mechanické oklepávání • ofukování trubek vstřikováním páry • vysko- či nízkotlaké ostřikování vodou (hlavně na stěnách prázdných průchodů kotle) • ultra-/infrazvukové čištění • čistění otryskáváním nebo mechanické peletové obrušování • výbušné čistění • vysokotlaké vstřikování vzduchu (od 10 do 12 barů) s pohyblivým násadcem [74, připomínky TWG, 2004] Metody čištění mimo provoz zahrnují: • pravidelné manuální čištění (obvykle jednou za rok ve spalovnách tuhého komunálního odpadu) • chemické čištění [74, připomínky TWG, 2004] Kromě těchto metod je vhodné předcházet vyšším teplotám (nad 650 oC) plynů (kdy je popílek lepkavější, a tudíž s větší pravděpodobností přilne k povrchu, se kterým je kontaktu), které přicházejí do kontaktu se svazky konvektivních tepelných výměníků, pomocí: • • zařazení volných průchodů pouze s vodními stěnami použití velkých rozměrů pece, a tudíž nižších rychlostí plynů před svazky výměníků apod. Dosažené zisky pro životní prostředí Zlepšená tepelná výměna zvyšuje obnovu energie. Ačkoli je pro absorpci či destrukci PCDD/F používán systém čištění spalin, je riziko opětovné tvorby PCDD/F snižováno také účinným čištěním. Účinné čištění totiž zkracuje dobu, po kterou je prach (a jiné materiály, které napomáhají jeho tvorbě) přítomen při teplotách 450 až 250 oC, kdy jsou reakční rychlosti největší. Pomocí ofukování trubek vstřikováním páry vlastní výroby je většina energie obnovena samotným kotlem. (80 - 90 %). [74, připomínky TWG, 2004] Vlivy interakce médií Spotřeba činidel na ofukování trubek, např. voda o vysokém tlaku, voda o nízkém tlaku, páry (pouze částečně). 419 U určitých metod, např. u výbušného čištění, mechanického oklepávání, může být problém hluk. Provozní údaje Metody, které umožňují kontinuální čištění trubek za provozu (běžně prováděno jednou za 8hodinou směnu), mají obvykle kratší prostoje způsobené údržbou kotle čistícími procesy. [74, připomínky TWG, 2004] Manuální čištění je obvykle prováděno, pokud zanášení vyvolalo vzrůst teploty z 20 na 50 oC, tj. snížení energetické účinnosti o 1,5 až 3 %. Potenciální mechanické poškození může nastat, zejména při výbušném čištění a mechanickém oklepávání. Eroze trubky může vést ke snížené energetické účinnosti a případně k nutnosti její náhrady. Použitelnost Pro všechny spalovny odpadu, které mají kotel. Ekonomika Žádné informace. Hnací síla realizace Zvýšení provozuschopnosti a obnovy tepla, snížení koroze, emisí a spotřeby energie. [74, připomínky TWG, 2004] Příklady zařízení Všechny provozy od odpadních až k energetickým. [74, připomínky TWG, 2004] Specifický čistící systém v několika zařízeních v Nizozemsku a Dánsku, např. AVI ARN Beuningen (výbušné čistění plynem), AVI Amsterdam a AVI Wijster (výbušné čištění dynamitem). [74, připomínky TWG, 2004] Reference [2, infomil, 2002] str. 51-52, [1, UBA, 2001] str. 119, [64, připomínky TWG, 2003] 4.4 Čištění spalin 4.4.1 Faktory, které je nutné zvážit při výběru systému čištění spalin 4.4.1.1 Obecné faktory [54, dechefdebien, 2003] Při výběru systému čištění spalin je nutné zvážit obecné faktory, uvedené v následujícím seznamu (není vyčerpávající): • • typ odpadu a jeho složení a různorodost typ spalovací procesu a jeho rozsah 420 • • • • • • • • • • • • teplotu a tok spalin složení spalin a velikost a rychlost fluktuací v jejich složení limitní hodnoty cílových emisí omezení vypouštění odpadní vody požadavky týkající se viditelnosti kouře dostupnost prostoru a půdy dostupnost a cenu výpustí pro nahromaděné či obnovené zbytky kompatibilitu s již existujícími částmi procesu (u stávajících zařízení) dostupnost a cenu vody a dalších činidel možnosti energetických dodávek (např. dodávky tepla z kondenzačních skrubrů) možnost subvencí pro exportovanou energii přijatelné poplatky za odstranění vstupního odpadu (existují jak politické, tak tržní faktory) • snížení emisí pomocí primárních metod • vydávání hluku • uspořádání různých zařízení na čištění spalin, pokud možno sestupně podle teploty spalin od kotle po komín. [74, připomínky TWG, 2004] 4.4.1.2 Energetická optimalizace Celkové energetické nároky spalovacího procesu mohou být podstatně zvýšeny používáním některých metod čištění spalin. Při uložení nižších hodnot emisních limitů je nutné zvážit zvýšené energetické nároky. Mohou být provedena následující klíčová pozorování: • snižování prachových emisí včetně kotlového popele (a kovů filtrovaných s prachem) vyžaduje další filtraci a zvyšuje energetickou spotřebu • snižování emisí NOx pod 100 mg/m3 je nejčastěji dosahováno použitím jednotek SCR - které jsou umístěny na konci systému čištění spalin, jelikož jsou používány jako systém spalovacího procesu o nízkém obsahu prachu. Obvykle je tudíž požadována další energie na opětovné zahřátí spalin. Pokud jsou v nezpracovaných spalinách nízké hladiny SOx, je možné používat jednotky SCR bez opětovného zahřátí (viz. 2.5.5.2.2). Pokud je energie, požadovaná na provoz dalších systémů čištění spalin (ke splnění nízkých hodnot emisních limitů), vyrobena v samotné spalovně, vede to ke snížení energie dostupné pro export. • výstupní teplota z kotle má klíčový vliv na požadavky systému čištění spalin – pokud je pod rosným bodem kyselin, bude požadován dodatečný vstup energie na zahřátí spalin • umístnění částí systému čištění spalin, které vyžadují nejvyšší provozní teploty před částmi, pracujícími při nižších teplotách, má obvykle za následek celkové snížení energetických nároků systému čištění spalin (v některých případech to však není realizovatelné, např. jednotky SCR vyžadují čištěný plyn, a proto musejí být umístěny až za nízkoteplotními fázemi čištění spalin). [64, připomínky TWG, 2003] [74, připomínky TWG, 2004] 4.4.1.3 Celková optimalizace a přístup k systému jako k celku 421 Stejně jako zvážení energetických aspektů (viz. oddíl o energii výše), může být vhodné zvážit jako celek systém čištění spalin. To je důležité zejména u odstraňování některých nečistot, protože jednotky spolu často reagují, přičemž poskytují primární snížení pro některé nečistoty a zároveň ovlivňují jiné nečistoty. Při různém pořadí čistících jednotek jsou získávány různé hodnoty účinnosti čištění. Zařízení s více funkcemi jsou běžná, například: • pokud je rukávový filtr použit ve směru proudu od vstřikování činidel, působí kromě odstraňování prachu jako doplňkový reaktor. Pokles tlaku skrze tkaninový materiál rozděluje spaliny na přilnavém koláči, který obsahuje některá odložená činidla, a díky nízké rychlosti plynů je doba zdržení dlouhá. Rukávový filtr může tudíž přispívat ke zpracování kyselých plynů, plynných kovů jako jsou Hg a Cd a trvanlivé organické nečistoty(POP), například PAH, PCB, dioxiny a furany. • kromě zpracování kyselých plynů mohou mokré skrubry pomáhat se zachycováním jemných pevných či kapalných částic a, pokud je dostatečně nízké pH nebo za použití skrubrových činidel, se zachycováním rtuti • jednotka SCR na snižování emisí NOx má likvidační účinky na dioxiny, pokud je k tomu navržena (přizpůsobena), jelikož adsorpce na aktivním uhlí a hnědouhelném koksu účinkuje jak na dioxiny, tak na Hg a další látky [64, připomínky TWG, 2003] [54, dechefdebien, 2003] 4.4.1.4 Výběr metod pro stávající či nové zařízení Celková optimalizace a rozhraní mezi jednotlivými částmi systému čištění spalin (stejně tak jako se zbytkem spalovacího procesu) je důležité pro stávající i nová zařízení. U stávajících zařízení může být počet možností velmi omezený než u nových zařízení. Komentáře týkající se vnitřní procesní kompatibility mohou být nalezeny v oddílech, které se zabývají jednotlivými metodami zpracován spalin. 4.4.2 Snižování emisí prachu Používání systému na odstraňování prachu ze spalin je obvykle považováno za nutné ve všech spalovnách. Tento oddíl uvažuje umístění fáze odstraňování prachu před systém následného čištění spalin nebo za jiný systém čištění spalin, jako konečného čistícího systému spalin. 4.4.2.1 Použití předběžného odstraňování prachu před dalším zpracováním spalin Popis Tento oddíl zvažuje umístění fáze odstraňování prachu obvykle za předběžným odstraňováním prachu ve stupni kotlem, ale před dalšími následujícími stupni čištění spalin. Na předběžné odstraňování prachu ve spalovnách se dají použít následující systémy: • • • vírový odlučovač a mnohonásobné vírové odlučovače elektrostatický odlučovač (ESP) rukávové filtry 422 Jednotlivé metody již byly popsány v oddíle 2.5.3. Dosažené zisky pro životní prostředí Snížení emisí proudu spalin pomocí snížení množství jemných kapalných a pevných částic v pozdějším čištění spalin. Oddělení popílku ze zbytků z čištění spalin umožňuje: • • snížení množství vyprodukovaných zbytků z čištění spalin oddělené zpracování popílku pro možnou recyklaci Oddělený sběr částí spalin nebude mít žádnou výhodu pro životní prostředí, pokud budou oddělené zbytky později opět smíšeny. Zvážení aspektů pozdějšího zpracování je tudíž zapotřebí pro zhodnocení reálných zisků pro životní prostředí. [64, připomínky TWG, 2003] Samotné ESP a vírové odlučovače mohou mít problémy s dosažením nižšího z obecně používaných emisních standardů prachu. Jsou však užitečné při předběžném odstraňování prachu a spolu s dalšími metodami přispívají ke splnění nejnižších emisních hladin. [2, infomil, 2002] Účinnost sběru prachu pomocí vírového odlučovače roste přímo jako funkce množství prachu, rychlosti toku spalin a velikosti a hustoty částic. Jelikož jsou částice popílku jemné, je nízká hustota a množství prachu a rychlost toku spalin se mění, což vede k omezené účinnosti vírových odlučovačů. Za normálních okolností nejsou dosažené hodnoty nižší než 200 - 300 mg/m3. Mnohonásobné vírové odlučovače, založené na stejném dělícím principu, mohou dosáhnout nižších hodnot, hodnoty pod 100 - 150 mg/m3 jsou však těžko dosažitelné. [2, infomil, 2002] ESP může dosáhnout podstatně nižších hodnot koncentrací než (mnohonásobné) vírové odlučovače. V závislosti na návrhu a umístění v systému čištění spalin (předběžné nebo koncové) a na množství polí mohou být běžně dosahovány hodnoty emisních koncentrací 5 až 25 mg/m3. S větším množství polí (2 či 3) a se zvýšeným povrchem ESP (a tudíž s většími náklady a požadavky na prostor při implementaci) je možné dosažení hodnot pod 5 mg/m3. Speciální variantou ESP je mokrý ESP. Obvykle není používán u předběžného odstraňování prachu, z důvodu teploty spalin v této oblasti. [64, připomínky TWG, 2003] obvykle je více používán pro přečištění po výstupu spalin ze skrubru. [74, připomínky TWG, 2004] Rukávové filtry jsou obvykle pro odstraňování prachu velmi účinné. Tam, kde jsou používány, jsou také nejčastěji vstřikována činidla (i když tomu tak není vždy), aby se vytvořila vrstva přes rukávové filtry chránící před korozí a napomáhající filtraci (zvláště u hloubkové filtrace). [74, připomínky TWG, 2004] Nejčastěji používaná činidla jsou hnědý koks a aktivní uhlí. Přítomnost aktivního uhlí snižuje množství dioxinů, které procházejí do následující fáze čištění. U mokrých systému to pomáhá snižovat „paměťový“ vliv tvorby dioxinů v materiálech skrubru. Vlivy interakce médií Vlivy interakce médií jsou popsány i s dostupnými údaji v níže uvedené tabulce: Kritérium Jednotky Hodnota Komentáře 423 Energetické požadavky: Vířivé odlučovač Nízká Mnohonásobný vířivý odlučovač Suchý ESP Nízká kWh/tunu vstupního odpadu Mokrý ESP Rukávové filtry Popílek Zbytky - typ Množství zbytků Vyšší (elektrostatické zpracování) Vyšší (pokles tlaku) Nejvyšší pomocí poklesu tlaku a pomocí pulzního čištění vzduchem kg/t vstupního odpadu Spotřeba vody l/t vstupního odpadu Produkce odpadní vody l/t vstupního odpadu Viditelnost kouře ano/ne 12 - 20 (<50) Ano Nižší účinnost u odstraňování částic menších než 5 mikrometrů Běžná technologie Běžná technologie Je možný oddělený sběr popílku od hlavních chemických nečistot, pokud není zpracováváno s činidly Bez činidel (s činidly) • u mokrého ESP • pro chlazení vzduchu před rukávovou filtrací • odpadní voda z mokrého ESP • u mokrého ESP nejvyšší viditelnost kouře Tab. 4.20: Vlivy interakce médií spojené s použitím různých systémů na předběžné odstraňování prachu [74, připomínky TWG, 2004] U těchto metod jsou nejpodstatnějšími negativními aspekty: • • • • • spotřeba energie rukávových filtrů je vyšší než u dalších systémů z důvodu vyšší ztráty tlaku potřeba elektrické energie pro provoz ESP produkce popílku z čištění plynů koncentrace PCDD/F ve spalinách se mohou zvýšit během doby zdržení v ESP, zejména pokud pracuje při teplotách nad 200 do 450 oC zbytky z čištění spalin a popílek mohou být odděleny použitím předběžné metody na odstraňování prachu Provozní údaje Předběžné odstraňování prachu snižuje množství prachu v následujících systémech čištění spalin. Ty mohou mít následně nižší kapacitu a nižší riziko ucpávání, a tudíž mohou být navrženy menší a do určitého stupně i s nižšími náklady. Je nutná opatrnost týkající se hladin popela v násypce a přítomnosti žhavých uhlíků (zvláště pokud jsou rukávové filtry přímo za kotlem) z důvodu prevence rizika požáru. 424 [2, infomil, 2002] Vírové odlučovače mají jednoduchý design bez pohyblivých částí (kromě transportního systému používaného pro odstraňování popílku ze dna), a tudíž jsou dostupné za relativně nízkou cenu. Pokles tlaku spalin je poměrně vysoký, což má za následek vyšší energetické požadavky spalinového ventilátoru, a vírové odlučovače tudíž vedou ke zvýšené energetické spotřebě. [2, infomil, 2002] Pro správnou funkci ESP je důležité, aby byl tok spalin rovnoměrně rozložen přes celý povrch ESP. Pokles tlaku spalin v průběhu ESP je nízký, což snižuje energetickou spotřebu. Některá zařízení na předběžné odstraňování prachu (např. ESP, filtry) však vyžadují elektřinu pro svoji funkci. [74, připomínky TWG, 2004] Další informace o systémech ESP jsou uvedeny v kapitole 2.5.3. ESP může být rozdělen do více částí (obvykle 1 - 4 následná pole), kde každá z nich má vlastní elektrický systém. Výhodou je, že při výpadku jedné z nich (např. při zkratu způsobeném prachovým ucpáním nebo přerušením vysokonapěťových kabelů) je stále provozuschopná poměrně velká část kapacity odstraňování prachu. Rukávové filtry jsou často rozděleny do částí, které mohou být pro účely údržby odděleny, a pro optimální výkon je důležitá rovnoměrná distribuce spalin. Kritérium Faktory, které ovlivňují kritéria Složitost • požadovány další provozní jednotky • kritické provozní aspekty Flexibilita Požadavky na odbornost Další požadavky Zhodnocení (Vysoké/Střední/Nízké nebo údaje) S Komentář Zvláštní provozní jednotka zvyšuje složitost, ale zjednodušuje další postupy Každý ze systémů • schopnost metody V může být použit pro fungovat za různé složení a tok různých vstupních spalin podmínek V/S Rukávové filtry • důležité jsou vyžadují nejvíce zvláštní školení pozornosti, vírové nebo požadavky odlučovače nejméně na obsluhu a ESP je středně náročný • u rukávových filtrů jsou vyžadována činidla pro ochranu před korozí a požárem Tab. 4.21: Provozní údaje spojené s používáním systémů na předběžné odstraňování prachu V níže uvedené tabulce jsou srovnány údaje různých systémů na odstraňování prachu (používaných jako předběžné či koncové stupně odstraňování prachu): Systém na odstraňování prachu Vírové odlučovače a mnohonásobné vírové Typické emisní koncentrace - vírové odlučovače: 200 - 300 mg/m3 Výhody Nevýhody - důkladný, poměrně jednoduchý a - pouze pro předběžné odstraňování prachu 425 odlučovače ESP – suchý - mnohonásobné vírové odlučovače: 100 - 150 mg/m3 < 5 - 25 mg/m3 ESP – mokrý < 5 - 25 mg/m3 Rukávové filtry < 5 mg/m3 spolehlivý - používaný ve spalovnách odpadu - poměrně nízké energetické požadavky - může využívat teplot plynů v rozsahu 150 300 oC - velmi používaný ve spalovnách odpadu - možné dosažení nízkých koncentrací emisí – někdy používáno ve spalovnách odpadu - velmi využíváno ve spalovnách odpadu - vrstva zbytků funguje jako další filtr a jako adsorpční reaktor - poměrně vysoká spotřeba energie (ve srovnání s ESP) - riziko tvorby PCDD/F, pokud je používán v rozsahu 450 - 200 oC - málo zkušeností s tímto systémem ve spalovnách odpadu - používán především jako koncová fáze odstraňování prachu - produkce procesní odpadní vody - zvyšování viditelnosti kouře - poměrně vysoká spotřeba energie (ve srovnání s ESP) - citlivé na kondenzaci vody a na korozi Tab. 4.22: Srovnání systémů na odstraňování prachu [2, infomil, 2002] Použitelnost Použitelnost metod na předběžné odstraňování prachu je ohodnocena v níže uvedené tabulce: Kritérium Typ odpadu Velikost zařízení Nové/Stávající zařízení Kompatibilita vnitřního procesu Klíčové faktory umístění Zhodnocení/Komentář • použitelné u všech typů odpadu • nemusí být vyžadováno u nízkých koncentrací prachu v nezpracovaném plynu • žádné omezení • u stávajících zařízení může hrát roli prostor • u rukávových filtrů je zapotřebí vyšší kontrola teploty • nutný prostor pro provozní jednotku Tab. 4.23: Hodnocení využitelnosti předběžného odstraňování prachu Ekonomika Klíčovými aspekty této metody jsou: • • zvýšené kapitálové a investiční náklady – pro další jednotku procesu zvýšené energetické náklady, zejména u rukávové filtrace 426 • • možné snížení nákladů na odstraňování popílku, pokud jsou v provozu výpusti na oddělený popílek možné zvýšení nákladů na zpracování dalších zbytků (buď na obnovu nebo na odstranění) Přibližné investiční náklady jsou u spalovny tuhého komunálního odpadu o dvou linkách a celkové kapacitě 200 000 t/r [12, Achternbosch, 2002]: • • • ESP (3 pole) ESP (2 pole) tkaninový filtr chladič spalin) 2,2 miliónu EUR 1,6 miliónu EUR 2,2 miliónu EUR (není jasné, jestli je zahrnut výše umístněný Náklady provozní jednotky rukávových filtrů pro předběžné odstraňování prachu mohou být vyšší z důvodu vyšší energetické spotřeby spojené s poklesem tlaku a se vstřikováním činidel. Větší kapacita rukávových filtrů při odstraňování prachu a dalších nečistot (zejména pokud jsou používány se vstřikováním činidel) však může vést ke snížení nákladů následných částí systému čištění spalin. Hnací síla realizace Metoda byla zavedena v místech, kde: • • • • odstraněný popílek může být zpracována a recyklován je zapotřebí menší kapacita následného vybavení na čištění spalin (snížení požadavků na odstraňování prachu) zlepšení provozu sytému čištění spalin ve směru proudu existuje preference odstranění PCDD/F oproti mokrému praní pro snížení „paměťových“ efektů. Příklady zařízení Velmi používaná metoda v mnoha spalovnách odpadu. Reference [2, infomil, 2002], [55, návštěvy EIPPCB v zařízeních, 2002] [64, připomínky TWG, 2003] 4.4.2.2 Použití dalších systémů na čištění spalin Popis Metoda se vztahuje k použití systémů na dočištění spalin pro konečné snížení prachových emisí po použití jiných metod čištění spalin, avšak před konečným vypuštěním kouřových plynů do atmosféry. Hlavními používanými systémy jsou: • rukávové filtry • mokrý ESP • elektrodynamický Ventura odlučovač • moduly hromadné filtrace • ionizující mokré skrubry [74, připomínky TWG, 2004] 427 Také přidání koncového mokrého čištění spalin za jiné systémy, které zpracovávají kyselé plyny , je možné považovat za dočišťovací techniku. Toto přidání je obvykle realizováno pro kontrolu emisí HCl, které jsou vysoce proměnné. Toto přídavné zpracování je popsáno v oddíle 4.4.3.6. [64, připomínky TWG, 2003] Hlavní technické části byly popsány v oddíle 2.5.3. Čistící systémy jsou také zaváděny pro odstraňování kapek (zejména těch jemných). Obvykle jsou implementované pro prevenci zanášení systémů ve směru proudu, jako je SCR. [74, připomínky TWG, 2004] Dosažené zisky pro životní prostředí Další snižování emisní do ovzduší za emise již dosažené jinými částmi systému čištění spalin, jsou následující: Látka Rozsah účinnosti snižování Prach ½hodinový průměr (mg/Nm3) < 30 Dosažené emisní rozsahy Denní Roční průměr průměr (mg/Nm3) (mg/Nm3) 0,04 - 5 Specifické emise (g/tunu vstupního odpadu) Komentář < 0,5 Poznámka: přesné celkové emisní hladiny budou záviset na vstupní hladině do konečné fáze odstraňování prachu (tato fáze závisí na výkonu předchozích použitých fázích) a na účinnosti použité konečné fáze odstraňování prachu. Tato poskytnutá čísla poskytují vysvětlení emisních hodnot, které jsou běžně pozorované při přidání dočišťující fáze. Tab. 4.24: Emisní hladiny spojené s použitím čistícího systému rukávových filtrů. [2, infomil, 2002], [1, UBA, 2001] Kromě snížení emisí prachu do ovzduší mohou být také sníženy emise dalších látek: • • • těžké kovy – jejich emisní koncentrace jsou obvykle spojené s účinností odstraňování prachu rtuť a PCDD/F – pokud je přidáván uhlík (obvykle s alkalickým činidlem) jako absorbent na rukávových filtrech kyselé plyny – pokud jsou přidávaná alkalická činidla k ochraně rukávových filtrů Výhody těchto snížení mohou být malé, pokud již byly proti směru proudu použity metody, které již snížily koncentrace ve spalinách na nízkou hladinu. Vlivy interakce médií Vlivy interakce médií jsou uvedené v následující tabulce: Kritérium Energetické požadavky Spotřeba vody Jednotky kWh/t vstupního odpadu Rozsah dosažených hodnot Komentář Zvýšené v důsledku poklesu tlaku v provozní jednotce Mokrý ESP vede k vypouštění vody, která může být 428 v procesu recyklována Popílek a/nebo další látky, odstraněné při čištění filtrací, se stávají dalším zdrojem pevného odpadu Mění se v závislosti na množství vstupních dodávek a metodách použitých proti směru proudu od čištění spalin, ale obecně bude nízké Nesuché mohou zvyšovat viditelnost kouře Zbytky - typ Množství zbytků kg/t vstupního odpadu Viditelnost kouře +/0/- +/0 Tab. 4.25: Vlivy interakce médií spojené s používáním dočištění spalin [74, připomínky TWG, 2004] U této metody jsou nejdůležitějšími vlivy interakce médií: • • spotřeba energie z důvodu poklesu tlaku při průchodu rukávovými filtry produkce pevných zbytků (zanedbatelná v případě účelu přečištění). Provozní údaje K zajištění účinného provozu rukávových filtrů, a tedy k zajištění nízkých emisí je velmi důležitá jejich účinná údržba. Pokles tlaku přes rukávové filtry je monitorován, aby byl udržen koláč na filtru. Může být také používán k detekci poškození rukávového filtru (jako je nevratné zanesení). Prachové emise mohou být obvykle regulovány do velmi nízkých hladin jednoduše bližším pozorováním poklesu tlaku a zavedením přísnějších kritérií pro výměnu rukávového filtru (tj. menší rozsah před provedením údržby). Analýza filtrátu může být použita k posouzení rychlosti dávkování činidel a k odhadu zbývající životnosti. Vícenásobné komorové systémy, které jsou nezávisle monitorovány na pokles tlaku, a rukávové filtry s dostatečnou nadbytečnou kapacitou, která umožňuje uzavřít poškozené oblasti z důvodu jejich výměny, zlepšují schopnost vyhovět nejnižším hodnotám emisních limitů. Rukávové filtry jsou často rozdělené na části, které mohou být z důvodů údržby separovány. Pro optimální výkon je důležitá rovnoměrná distribuce spalin. Kritérium Faktory, které ovlivňují kritéria Složitost • požadována další provozní jednotka • kritické provozní aspekty • schopnost metody fungovat za různých vstupních Flexibilita Hodnocení Komentář (Vysoké/Nízké/Střední nebo údaje) V Další provozní jednotka přidává na složitosti systému S Proces bude méně podléhat změnám, jelikož se jedná 429 Zkušenosti podmínek • důležitá jsou zvláštní školení nebo požadavky na obsluhu V o koncový proces Rukávové filtry vyžadují pečlivou údržbu Tab. 4.26: Provozní údaje spojené s používáním čištění spalin Použitelnost Využitelnost metody je zhodnocená v níže uvedené tabulce: Kritérium Typ odpadu Rozsah velikostí zařízení Nové/stávající provozy Vnitřní procesní kompatibilita Klíčové faktory umístění Hodnocení/Komentář • dodatečné snižování těžkých kovů (ze spalin) zvyšuje vhodnost použití těchto metod v místech, kde je zapotřebí jejich další snižování • větší zařízení s vyšším tokem spalin mohou dosáhnout většího snížení místních emisních příspěvků použitím těchto metod • použitelné u nových a stávajících provozů • jakožto koncová metoda – je vhodná v místech, kde je potřeba snížit prachové emise • pro stávající provozy, které dosahují nízkých emisních hladin jinými metodami (< 10 mg/Nm3 denní průměr), nemusí být výhodné zavádět tuto metodu • je třeba zvážit teploty a rosné body kyselin • poskytuje účinný krok v čištění plynu před vstupem do jednotky SCR • dostupný prostor může být omezením (dodatečná provozní jednotka) Tab. 4.27: Hodnocení použitelnosti čištění spalin Ekonomika Informace o nákladech na tuto metodu jsou uvedeny v oddíle 10.2.4 Klíčové aspekty nákladů na tuto metodu jsou: • • navýšené kapitálové investice do další provozní jednotky zvýšené provozní náklady – hlavně z důvodu energetických požadavků při poklesu tlaku, poskytnutí stlačeného vzduchu na zpáteční pulsy rukávových filtrů (pokud jsou používány) a navýšených nákladů na údržbu. Hnací síla realizace Metoda byla zavedena v místech, kde: • • • legislativa vyžaduje nízké hodnoty povolených emisních limitů prachu, těžkých kovů (s prachem spojených), nebo kde je požadován vyšší potenciál snižování dioxinů a kyselých plynů existuje obava týkající se kvality vzduchu v daném místě, kterou lze procesem ovlivnit tato metoda funguje jako předběžný systém na odstraňování prachu pro následný proces SCR 430 Příklady zařízení Příklady v Německu, Rakousku a Nizozemsku. Další příklady ve Francii: Toulouse: hromadný filtrační modul za mokrým zpracováním spalin Tronville: koncový rukávový filtr s vápnem + vstřikování aktivního uhlí (při mokrém čištění spalin) Ocreal: koncový rukávový filtr se vstřikováním aktivního uhlí na zpracování PCDD/F [74, připomínky TWG, 2004] Reference [3, Rakousko, 2002], [2, infomil, 2002], [64, připomínky TWG, 2003] 4.4.2.3 Použití dvojité rukávové filtrace Popis Metoda se týká použití dvou rukávových filtrů v řadě v systému čištění spalin. Dva rukávové filtry nemusí být okamžitě za sebou (tj. mezi nimi mohou být další části systému čištění spalin). Tato metoda se nevztahuje k situaci, kdy je rukávový filtr spojen s jinou filtrací, např. s ESP, vírovým odlučovačem, či mokrým skrubrem atd. Dosažené zisky pro životní prostředí Další snížení emisí prachu do ovzduší. Ve všech situacích mohou být dosaženy hladiny 24hodinových průměrů pod 1 mg/m3. Je možná separace zbytků z čištění spalin tj. oddělení popílku z neutralizačních zbytků spalin. To umožňuje obnovu jedné nebo více frakcí, pokud existuje vhodný výstup. Vlivy interakce médií Vlivy interakce médií jsou v následující tabulce: Kritérium Jednotky Rozsah dosažených hodnot Vysoké Energetické požadavky kWh/t vstupního odpadu Spotřeba činidel Typ zbytků Množství zbytků kg/t vstupního odpadu kg/t vstupního odpadu 3 - 15 suché 15 - 25 Viditelnost kouře +/0/- +/0 Komentář Zvýšené z důvodu poklesu tlaku v provozní jednotce Závisí na typu činidla Popílek a zbyty solí Mění se v závislosti na množství nákladu a naproti směru proudu použitých metodách čištění spalin Sprejové suché systémy mohou zvýšit viditelnost kouře Tab. 4.28: Vlivy interakce médií spojené s použitím dvojité rukávové filtrace [74, připomínky TWG, 2004] 431 U této metody jsou nejpodstatnějšími negativními aspekty: • • spotřeba energie bude podstatě vyšší z důvodu poklesu tlaku v celém systému čištění spalin produkce pevných zbytků (obvykle oddělených od dalších zbytků čištění spalin) Je zaznamenáno, že další spotřeba energie při používání dvou rukávových filtrů v řadě (dokonce i když jsou oddělené), které poskytují možné výhody z pohledu zvýšené regulace škodlivých látek, vyžaduje používání vysoce výkonných ventilátorů, které by překonaly pokles tlaku. Provozní údaje Kritérium Složitost Flexibilita Zkušenost Faktory, které ovlivňují kritéria • nutná další provozní jednotka • kritické provozní aspekty • schopnost metody fungovat za různých vstupních podmínek • důležité jsou zvláštní školení nebo požadavky na obsluhu Hodnocení (Vysoké/Střední/Nízké nebo údaje) V V V Komentář Další provozní jednotka přidává na složitosti systému Vstup do první fáze se může být velmi různý, a to i bez velkých rozdílů ve výstupu emisí z fáze druhé Rukávové filtry vyžadují důkladnou údržbu. Ta je zvýšena díky zvláštní jednotce. Tab. 4.29: Provozní údaje spojené s používáním dvojité rukávové filtrace Rukávové filtry jsou často rozdělené na části, které mohou být z důvodů údržby separovány. Pro optimální výkon je důležitá rovnoměrná distribuce spalin. Použitelnost Metoda je použitelná ve všech spalovacích procesech, ale největší využití má v místech, kde jsou požadovány velmi nízké limitní hodnoty prachových emisí, nebo pokud je nutné oddělování zbytků z čištění spalin. Použitelnost této metody je zhodnocena v níže uvedené tabulce: Kritérium Typ odpadu Rozsah velikostí zařízení Nové/stávající provozy Hodnocení/Komentář • jakýkoliv • větší zařízení s vyšším tokem spalin mohou dosáhnout většího snížení místních emisních příspěvků použitím těchto metod • použitelné u nových a stávajících provozů • pokud je další filtrace přidána jako koncová metoda, je vhodná i pro dodatečné vybavení ve stávajících 432 Vnitřní procesní kompatibilita Klíčové faktory umístění zařízeních • pro stávající provozy, které dosahují nízkých emisních hladin jinými metodami (denní průměr < 10 mg/Nm3), nemusí být zavádění této metody výhodné • je potřeba zvážit teploty a rosné body kyselin • poskytuje účinný krok čištění plynu před vstupem do SCR • pro realizaci je zapotřebí větší prostor • umístění průmyslového zařízení, které může recyklovat soli Tab. 4.30: Hodnocení použitelnosti dvojité filtrace [74, připomínky TWG, 2004] Ekonomika Dodatečné náklady na jednu provozní jednotku navíc. Zvýšené náklady na energii a údržbu. Hnací síla realizace Nejčastěji používané, pokud jsou požadovány nízké emise prachu (např. hodnoty pod 2 mg/Nm3). Možnost recyklovat soli. Příklady zařízení Několik příkladů v Belgii, Německu, Francii a dalších zemích. Reference [64, připomínky TWG, 2003] 4.4.2.4 Výběr materiálu rukávového filtru Popis Vybraný materiál musí být vhodný pro fyzikální a chemické podmínky, ve kterých bude fungovat. Klíčové charakteristiky tkanin, které jsou používány v plynové filtraci, zahrnují: maximální provozní teplotu a odolnost vůči kyselinám, zásadám a ohebnost (z důvodu čištění rukávového filtru). Také vlhkost vzduchu může z důvodu hydrolýzy ovlivnit sílu a prostorovou stabilitu tkaniny. Několik základních vlastností vláken je shrnuto dále, některé tkaniny mohou být potažené nebo chemicky naimpregnované (např. sírou). [74, připomínky TWG, 2004] Tkanina Bavlna Polypropylen Vlna Polyester Nylon Maximální teplota (oC) 80 95 100 135 205 Odolnost Kyselina Zásada Špatná Výborná Uspokojivá Dobrá Špatná až uspokojivá Dobrá Výborná Špatná Dobrá Výborná Fyzická ohebnost Velmi dobrá Velmi dobrá Velmi dobrá Velmi dobrá Výborná 433 PTFE Polyamid Skelná vata 235 260 260 Výborná Dobrá Uspokojivá až dobrá Výborná Dobrá Uspokojivá až dobrá Uspokojivá Velmi dobrá Uspokojivá Poznámky: 1. ne všechny uvedené materiály jsou ve spalovnách běžně používány – viz. provozní údaje 2. Provozní zkušenosti naznačují, že běžná maximální provozní teplota je do 200 oC Tab. 4.31: Provozní informace pro různé materiály rukávových filtrů [2, infomil, 2002] [67, Inspec, 2004] Dosažené zisky pro životní prostředí Vhodný spolehlivý filtrační materiál poskytuje spolehlivé snižování emisí. Vlivy interakcí médií Pokud materiál není vhodný, může se zvýšit pokles tlaku a může dojít k omezení výkonu. Pokud je na čištění rukávového filtru zapotřebí vysokotlaký vzduch, může dojít ke snížení životnosti rukávového filtru. Provozní údaje Viz. výše uvedené informace. Zvyšování teploty může vést k tavení plastových součástí materiálu tkaniny a potenciálně k požáru. Vysoká vlhkost spalin může zapříčinit přilepení filtračních materiálů, a tudíž následnou odstávku. [74, připomínky TWG, 2004] PTFE pokrývající povlak/fólie může být použit k zlepšení odstraňování lepivých solí a pevných částic z materiálu filtru. Provozních zlepšení bylo dosaženo u polosuchých systémů (viz. 4.4.3.2) využitím PTFE ve spalovně tuhého komunálního odpadu v Praze (Česká republika) a ve Schwandorfu (Německo). Zbývající životnost materiálu filtru může být odhadnuta na základě pravidelných kontrol. [74, připomínky TWG, 2004] Několik filtračních médií není běžně používáno ve spalovnách tuhého komunálního odpadu, např. bavlna, vlna, propylen. Ve spalovnách tuhého komunálního odpadu jsou hlavními médii: polyimid (známý jako P84), PPS (zřídka), PTFE, skelná vata (s nebo bez potažení PTFE). Některá vlákna mohou být kombinována (např. P84+PTFE pro větší teplotní odolnost). Chemické reakce na povrchu média mohou ovlivnit provozní teplotu. Také kvalita hustoty vláken je důležitá, stejně jako kvalita samotných vláken. Použitelnost Výběr správného materiálu rukávového filtru je důležitý pro všechna zařízení, která jej používají. Ekonomika Ceny rukávových filtrů jsou různé. Hnací síla realizace Hlavní hnací silou je výkon snižování emisí a technologická vhodnost. 434 Příklady zařízení Kdekoliv, kde jsou používány rukávové filtry, tj. velmi používané. Reference [2, infomil, 2002], [64, připomínky TWG, 2003] 4.4.3 Snižování emisí kyselých plynů Tento oddíl se zabývá následujícími otázkami: • popisem a hodnocením výkonu, který je obecně dosažitelný hlavními používanými metodami pro snižování kyselých plynů – včetně zvážení využití v různých situacích • popisem a hodnocením dalších technologií a možností postupů, které jsou důležité pro odstraňování kyselých plynů. 4.4.3.1 Systémy mokrého praní Popis Tato metoda je popsána v oddíle 2.5.4. Mokré skrubry mají obecně alespoň dvě fáze. Při první se při nízkých pH odstraňuje HCl a HF a při druhé jsou při pH 6 - 8 dodávány vápno či hydroxid sodný, především z důvodu odstraňování SO2. Skrubry mají někdy tři a více fází – další fáze jsou obvykle podsekcí první fáze se speciálním účelem. Dosažené zisky pro životní prostředí Snížení následujících emisí do ovzduší: Rozsah účinnosti snížení (%) Dosažené emise ½hodinový průměr (mg/Nm3) Denní průměr (mg/Nm3) Roční průměr (mg/Nm3) Specifické emise (g/t vstupního odpadu) HCl 0,1 - 10 <5 0,1 - 1 1 - 10 HF <1 < 0,5 < 0,1 - 0,5 < 0,05 - 2 SO2 < 50 < 20 < 10 < 50 Látka Komentář Velmi stabilní výstupní koncentrace Velmi stabilní výstupní koncentrace Je zapotřebí reakční fáze a absorbent (vápno či NaOH). Půlhodinové průměry SO2 mohou fluktuovat Tab. 4.32: Emisní hladiny spojené s používáním mokrých skrubrů 435 [1, UBA, 2001, 2, infomil, 2002, 12, Achternbosch, 2002] Mokrý systém čištění spalin poskytuje nejvyšší účinnost při odstraňování (rozpustných kyselých plynů) ze všech systémů čištění spalin a s nejnižšími stechiometrickými přebytky. [74, připomínky TWG, 2004] Systémy čištění spalin založené na jednofázové filtraci (např. polosuchý, suchý) spojují a sbírají zbytky z čištění dohromady, v případě mokrého systému tomu tak obvykle není. Mokrý systém může zpracovávat HCl, HF a SO2 odděleně od zbytku jemných pevných částic atd., které jsou často odstraňovány před mokrým čištěním. Mokré systémy poskytují další snižování emisí následujících látek: • • • • prachu - pokud je dostatečná kapacita skrubru, aby bylo zabráněno zanášení (obvykle je před skrubrem použita předběžná fáze odstraňování prachu, která snižuje množství vstupního prachu až o 50 % a předchází provozním problémům) [74, připomínky TWG, 2004] PCDD/F - pokud jsou použity materiály naimpregnované uhlíkem, je pozorováno snížení o 70 % v průběhu skrubru, v jiných případech je rychlost odstraňování zanedbatelná. Aktivní uhlí nebo koks mohou být přidané do skrubru z podobných důvodů s vyššími zaznamenanými účinnostmi odstranění [74, připomínky TWG, 2004] Hg2+ - pokud je použita první fáze skrubru o nízkém pH (~1) a koncentrace HCl v odpadu způsobuje okyselování této fáze, pak je možné odstranit HgCl2, avšak kovová Hg není ovlivněna. [64, připomínky TWG, 2003] další nečistoty - pokud jsou v nezpracovaném plynu přítomny další rozpustné nečistoty, jako bromidy či jodidy, pak mohou být za nízké teploty ve skrubru zkondenzovány, a tím převedeny do odpadní vody skrubru. Vlivy interakce médií V následující tab. 4.33 jsou uvedeny vlivy interakce médií: Kritérium Jednotky Rozsah dosažených hodnot Komentář Energetické požadavky kWh/t vstupního odpadu 19 Čerpadla zvyšují nároky Spotřeba činidel kg/t vstupního odpadu 2 - 3 (NaOH) nebo ~ 10(CaO) nebo 5 - 10 (vápna/vápence) Nejnižší ze všech systémů Stechiometrie činidel Poměr 1,0 - 1,2 Kg (mokrého)/t vstupního odpadu Kg (suchého)/t vstupního odpadu 10 - 15 3-5 Typ zbytků Množství zbytků Nejnižší ze všech systémů Zpracování odpadních kalů; v některých případech mohou být obnoveny HCl nebo sádra Nejnižší ze všech systémů. Tato čísla nezahrnují odděleně odstraněný popílek, přibližně 16 kg/t vstupního odpadu 436 Spotřeba vody l/t vstupního odpadu 100 - 500 Produkce odpadní vody l/t vstupního odpadu 250 - 500 Viditelnost kouře +/0/- + Nejvyšší ze všech systémů, ale je možné její snížení čištěním a opětovnou cirkulací/kondenzací a nízkou teplotou před vstupem do skrubru Před vypuštěním či opětovným využitím vyžaduje zpracování Vysoký obsah vlhkosti může být snížen opětovným zahřátím či kondenzací Poznámka: údaje v této tabulce se snaží poskytovat běžné rozpětí provozu. Přesná množství zbytků a odpadní vody budou záviset na mnoha faktorech, včetně koncentrací nečištěných plynů (vztahujících se k odpadu), rychlosti toku, koncentracích činidel atd. Tab. 4.33: Vlivy interakce médií spojené s používání mokrého skrubru při čištění spalin [1, UBA, 2001, 2, infomil, 2002, 12, Achternbosch, 2002] Nevýznamnější vlivy interakce médií této metody ve srovnání s jinými metodami jsou: • • • • • • • nejnižší spotřeba činidel nejnižší produkce pevných zbytků vyšší spotřeba vody produkce odpadní vody, která vyžaduje zpracování zvýšená viditelnost kouře hromadění („paměťový efekt“) PCDD/F na plastových částech skrubru vyžaduje pozornost pokud je vstupní teplota příliš vysoká, může být poškozen materiál používaný v mokrých skrubrech. [74, připomínky TWG, 2004] Produkce odpadní vody je odhadována na 300 kg/t vstupního KTO, předpokládaná spotřeba vody je 1000 kg/t vstupního KTO. Tato čísla jsou vyšší než ta uváděná ve výše uvedené tabulce. [64, připomínky TWG, 2003] Provozní údaje Kritérium Složitost Flexibilita Faktory, které ovlivňují kritéria • nutná další provozní jednotka • kritické provozní aspekty • schopnost metody fungovat za různých vstupních podmínek Hodnocení (Vysoké/Střední/Nízké nebo údaje) V V Komentář Počet provozních jednotek je vyšší než u jiných systémů Velmi robustní – vysoká schopnost všech systémů dosáhnout snížení emisí HCl/HF i za fluktuací ve vstupních koncentracích 437 Zkušenost • důležitá jsou zvláštní školení nebo požadavky na obsluhu V Související zařízení na zpracování odpadní vody vyžaduje vysoké vstupní schopnosti Tab. 4.34: Provozní údaje spojené s používáním mokrého čištění spalin Hlavními problémy jsou: Hromadění PCDD/F v mokrém skrubru může být problém ,a to zejména během údržby a zahajování provozu a může vyžadovat speciální opatření. Zpracování odpadní vody vyžaduje vysoce kvalifikovaný provoz, aby bylo dosaženo nízkých emisních hladin. Mokré skrubry vyžadují pro účinný provoz spaliny, které již byly zbaveny prachu použitím ESP nebo rukávového filtru. [64, připomínky TWG, 2003] Flexibilita mokrého praní s ohledem na rozdíly ve vstupních koncentracích se týká hlavně HCl a HF. Někdy je nutné další zpracování, aby byly splněny hodnoty emisních limitů rtuti, např.: vstřikováním komplexotvorné látky; vstřikováním oxidačního činidla nebo odstraňováním v plynné fázi pomocí adsorbentu. [64, připomínky TWG, 2003] Použitelnost V níže uvedené tabulce je zhodnocena použitelnost této metody: Kritérium Typ odpadu Velikost zařízení Nové/Stávající zařízení Kompatibilita vnitřního procesu Klíčové faktory umístění Hodnocení/Komentář • v principu použitelné na jakýkoliv typ odpadu • zejména vhodné pro opady s vysoce proměnlivým vstupním složením plynů (např. nebezpečné odpady) • není omezeno, ale obecně je využíváno ve středních až větších zařízeních, kde je to velmi výhodné • velmi využíváno v mnoha stávajících zařízeních • nízká výstupní teplota spalin (přibližně 70 oC) vyžaduje opětovné ohřátí v následné jednotce systému čištění spalin např. rukávový filtr či SCR • možný oddělený sběr popílku • zvýšená viditelnost kouře (pokud nejsou protiopatření) • je nutné vypouštět (nebo odpařit, což vyžaduje energii)odpadní vody s obsahem solí (po zpracování) • umožňuje obnovu HCl, solí a sádry Tab. 4.35: Zhodnocení použitelnosti mokrého čištění spalin Ekonomika V níže uvedené tabulce jsou kapitálové náklady týkající se této metody: Část sytému čištění spalin Dvoufázový mokrý skrubr Odhadované investice (v miliónech EUR) 5 Komentář Včetně zpracování odpadní vody 438 Třífázový mokrý skrubr 7 Včetně zpracování odpadní vody 1,5 - 2 Vnější skrubr s odpařováním odpadní vody 1,5 Odhadovaná cena je ta Sprejový absorbér pro z nižších vnitřní odpařování odpadní vody Odhadované náklady se vztahují ke spalovně tuhého komunálního odpadu o dvou linkách a celkovou kapacitou 200 kt/r Tab. 4.36: Odhadované investiční náklady u vybraných částí systému mokrého čištění spalin [12, Achternbosch, 2002], [74, připomínky TWG, 2004] Klíčové aspekty této metody ve srovnání s alternativními metodami jsou: • • • vyšší kapitálové náklady než u jiných systémů, a to hlavně z důvodu zpracování odpadní vody a vyššímu množství provozních jednotek provozní náklady spojené s odstraňováním zbytků mohou být díky nižší produkci zbytků nižší a tyto zbytky jsou obvykle mokré. [74, připomínky TWG, 2004] náklady na práci jsou vyšší z důvodu zvýšené složitosti systému. Hnací síla realizace Tato metoda byla implementována pokud: • • • • • jsou hodnoty emisních limitů nastaveny na hodnoty stanovené směrnicí 2000/76/EC nebo níže jsou vysoké náklady na odstraňování zbytků po čištění spalin je vstupní odpad těžko kontrolovatelný/předvídatelný vstupní odpad obsahuje vysoké či proměnlivé množství kyselých plynů či těžkých kovů (tj. iontovou rtuť) [74, připomínky TWG, 2004] může být vypuštěna (např. do moře) odpadní voda s obsahem solí. Příklady zařízení Mokré praní spalin je široce používáno v Evropě pro velký rozsah typů odpadů. Reference [1, UBA, 2001, 2, infomil, 2002, 3, Rakousko, 2002, 12, Achternbosch, 2002] [64, připomínky TWG, 2003] 4.4.3.2 Polosuché systémy praní Popis Tato metoda již byla popsána v oddíle 2.5.4. Níže uvedený diagram ukazuje typický polosuchý systém čištění spalin s kontaktní věží nalevo a s proudovým odstraňováním prachu: 439 Obr. 4.6: Diagram znázorňující typický návrh polosuchého systému čištění spalin Legenda: Typical semi-wet process with downstream de-duster s pozdějším proudovým odstraňováním prachu - typický polosuchý proces Dosažené zisky pro životní prostředí Následující snížení emisní do ovzduší: Rozsah účinnosti snížení (%) Dosažené emise ½hodinový průměr (mg/Nm3) Denní průměr (mg/Nm3) Roční průměr (mg/Nm3) Specifické emise (g/t vstupního odpadu) HCl < 50 3 - 10 2 4 - 10 HF <2 <1 < 0,5 <2 SO2 < 50 < 20 < 10 5 - 50 Látka Komentář Nenižších hodnot je dosaženo s vyšším dávkováním činidel a kontrolou regulace. Výkyvy mohou být ošetřeny pomocí analyzéru HCl. Polosuchý proces může zachytit SO2 ve stejném čase jako HCl a HF a ve stejném skrubru Tab. 4.37: Hladiny emisí spojené s používáním polosuchého skrubru [1, UBA, 2001, 2, infomil, 2002, 12, Achternbosch, 2002], [64, připomínky TWG, 2003] [74, připomínky TWG, 2004] 440 V polosuchých skrubrech není žádné vypouštění odpadní vody, jelikož množství používané vody je obecně nižší než u mokrých systémů a použitá voda je potom odpařena se spalinami. Pokud má vhodnou kvalitu může být systémem zpracování spalin použita jiná odpadní voda, nacházející se v místě (např. déšť). [74, připomínky TWG, 2004] Polosuchý systém čištění spalin poskytuje vysoké účinnosti odstranění (pro rozpustné kyselé plyny). Nízké hodnoty limitů emisí mohou být splněny přizpůsobením dávkování činidel a návrhem systému, ale obecně na účet zvýšených nákladů, spotřeby činidel a produkce více zbytků. Polosuché systémy používají k odstranění přidaných činidel a jejich reakčních produktů tkaninový filtr. Další činidla mimo alkalických mohou být také přidávána pro adsorbci další částí spalin (např. aktivní uhlí na odstranění Hg, a PCDD/F). Nejčastěji jsou používané jako jednofázový reaktor/filtr pro společné snižování emisí: • prachu - filtrován pomocí tkaninového filtru • PCDD/F - adsorbovány, pokud je vstřikováno aktivní uhlí a alkalická činidla • Hg - adsorbována, pokud je vstřikováno aktivní uhlí a alkalická činidla Vlivy interakce médií V níže uvedené tabulce jsou rozpoznané vlivy interakce médií: Kritérium Jednotky Rozsah dosažených hodnot Energetické požadavky kWh/t vstupního odpadu 6 - 13 Spotřeba činidel kg/t vstupního odpadu 2 - 20 (vápno) Stechiometrie činidel Poměr 1,4 - 2,5 Žádné informace Typ zbytků Množství zbytků kg/t vstupního odpadu 25 - 50 Spotřeba vody l/t vstupního odpadu Žádné informace Produkce odpadní vody l/t vstupního odpadu Žádné informace Viditelnost kouře +/0/- 0 Komentář Pokles tlaku přes rukávový filtr vytváří požadavek energie. Střední rozsah z možných použitelných systémů Nejnižší hodnoty dosažené pomocí opětovné cirkulace/s odpady o nízkém množství nečistot Společné čištění spalin a popílku Společné čištění spalin a popílku Nejnižší, pokud je vstupní teplota spalin do systému jejich zpracování nízká, jinak je zapotřebí chlazení Středního rozsahu z možných použitelných systému 441 Poznámka: údaje uvedené v tabulce poskytují typické provozní rozsahy. Přesná množství zbytků a odpadní vody závisí na mnoha faktorech, včetně koncentrace nezpracovaných plynů (spojených s odpadem), rychlosti toku plynů, koncentraci činidel atd. Tab. 4.38: Vlivy interakce médií spojené s používáním polosuchého systému čištění spalin Zdroj [3, Rakousko, 2002, 12, Achternbosch, 2002], [64, připomínky TWG, 2003] [74, připomínky TWG, 2004] Největším negativním aspektem používání této metody je: • vyšší produkce zbytků než u mokrého systému Oddělený sběr popílku je množný, pokud systému předchází ESP. Toto nastavení zvyšuje oddělení popílku a zbytků z čištění spalin, což může být výhodné, pokud existují možnosti zpracování či recyklace těchto zbytků. Polosuchý systém čištění spalin je často používán jako jednofázový mnohonásobný reaktor. Tyto systémy mají nižší energetické požadavky než složitější vícefázové systémy čištění spalin. Provozní údaje Kritérium Faktory, které ovlivňují kritéria • požadována další provozní jednotka • kritické provozní aspekty Hodnocení (Vysoké/Střední/Nízké nebo údaje) S Složitost Flexibilita Zkušenost • schopnost metody fungovat za různých vstupních podmínek S • důležitá jsou zvláštní školení nebo požadavky na obsluhu S Komentář • Počet provozních jednotek je nižší než u mokrého systému, ale větší než u suchého a předběžného sušícího procesu • nutné regulovat vstupní teplotu • předběžné odstranění prachu může ulehčit funkci polosuchých systémů • je možné dosáhnou nízkých emisí za většiny podmínek • rychlé změny ve vstupních množstvích mohou být problematické • žádné zpracování odpadní vody • nutná opatrnost při dávkování činidel Tab. 4.39: Provozní údaje spojené s používáním polosuchých systémů zpracování spalin 442 Většina systémů se skládá jednotky, která mísí činidla (činidlo plus voda), rozprašovací věže a rukávového filtru – složitost je tudíž nižší než u jiných systém zpracování spalin. Zacházení s činidly a jejich dávkování vyžaduje dobrou správu, aby byl zajištěný účinný a optimalizovaný provoz, zejména pokud jsou zpracovávány heterogenní odpady, např. v komerčních spalovnách nebezpečného odpadu. Zlepšená optimalizace dávkování činidel v těchto systémech pomocí monitorování HCl (viz. oddíl 4.4.3.9) umožňuje lepší správu výkyvů HCl, HF a SO2 bez vysokého dávkování činidel. Některá zařízení vyrábí Ca(OH)2 pro systém zpracování spalin přímo na místě hašením CaO. Účinná výroba vápna může být pro provoz rozhodující, stejně jako kontrola rizika zanášení vstřikovacího zařízení. Navržení a umístění vstřikovačů musí být takové, aby byly snadno udržovány a/nebo nahrazovány pro čištění. [74, připomínky TWG, 2004] Rukávové filtry vyžadují pozorné monitorování a řízení, předcházející poškozením rukávového filtru a následným únikům. K indikaci poškození a obecně k monitorování rukávového filtru jsou běžně používané diferenciální tlakové monitory. Kritické jsou požadavky na teplotu. Je nutné zajistit prevenci rosných bodů, které způsobují korozi rukávových filtrů – obvykle je používána vstupní teplota plynů nad 130 - 140 oC. Při teplotách nižších než 130 oC mohou nastat problémy s hygroskopickou povahou vytvořeného CaCl2. Činidla vyžadují specifické teploty pro jejich optimální reakční podmínky. Je zaznamenáno, že mohou nastat provozní problémy, pokud jsou polosuché systémy zpracování spalin používány s vysoce kyselým nezpracovaným plynem, což může vést ke zvýšenému riziku zanášení filtru. Provozní složitost reaktoru a rukávového filtru, které se používají v polosuchých systémech, může být dále snížena využitím předběžného odstraňování prachu např. použitím jednofázového ESP, nebo použitím nelepivých materiálů rukávových filtrů (viz. oddíl 4.4.2.4). Tím se předchází následujícím problémům: • přilnutí zinku (a podobných solí s nízkou teplotou tání) a • tvorby lepivých vrstev na povrchu reaktoru z hygroskopických solí [64, připomínky TWG, 2003] Použitelnost V níže uvedené tabulce je zhodnocena použitelnost této metody: Kritérium Typ odpadu Velikost zařízení Nové/Stávající zařízení Kompatibilita vnitřního procesu Ohodnocení/Komentář • vhodné pro většinu typů odpadu • obecně méně schopné zpracovat vysoce proměnlivé vstupní koncentrace než mokré skrubry • použitelné u zařízení všech velikostí • použitelné v nových zařízeních i jako dodatečné vybavení ve stávajících zařízeních • výstupní teplota spalin (120 - 170 oC) vyžaduje opětovné zahřátí v následné jednotce systému zpracování spalin např. v SCR • je možný oddělený sběr popílku 443 Klíčové faktory umístění • rukávové filtry poskytují účinný krok čištění plynu pro následné jednotky SCR nebo pro mokrý systém (pokud jsou používány jako jednotka předběžného odstraňování prachu) • není produkována žádná odpadní voda, a tudíž není zapotřebí ji vypouštět • dostupnost/náklady pevných zbytků na výstupu Tab. 4.40: Hodnocení použitelnosti polosuchých systémů zpracování spalin Ekonomika V níže uvedené tabulce jsou informace o nákladech na tuto metodu: Části systému zpracování Odhadované investiční Komentář spalin náklady (v miliónech EUR) 2 Tkaninový filtr 1 - 1,5 Sušení rozprašováním Odhadované náklady se vztahují ke spalovně tuhého komunálního odpadu o dvou linkách a celkové kapacitě 200 kt/r Tab. 4.41: Odhadované investiční náklady vybraných částí polosuchého systému čištění spalin Zdroj [12, Achternbosch, 2002] Klíčovými provozními faktory této metody jsou: • • • • nižší investiční náklady než u mokrých systémů zpracování spalin, především pro relativně malé kapacity [2, infomil, 2002] str. 119 možné vyšší náklady na odstraňování větších množství zbytků (než u mokrých systémů) snížené náklady na práci (oproti mokrému systému) z důvodu snížené složitosti, především proto, že je předcházeno nákladům na zpracování odpadní vody. zvýšené náklady na alkalická činidla z důvodu vyšších stechiometrických poměrů. Hnací síla realizace Tato metoda je zavedena, pokud: • • • • • • • jsou hodnoty emisních limitů nastaveny směrnicí 2000/76/EC zpracované odpady nevedou k příliš vysokým a proměnlivým vstupním množstvím spalin existuje výstup pro produkované pevné zbytky není vhodná produkce odpadní vody jsou omezené dodávky vody, a proto je důležitá nižší spotřeba vody infrastruktura na zpracování odpadní vody není k dispozici nebo je omezená, např. odlehlé venkovské oblasti v suchých klimatech nepotřebují zpracování odpadní vody nižší viditelnost kouře využitím nemokrých systémů může být výhodou, pokud je zařízení v oblasti citlivé na vizuální dopady. [64, připomínky TWG, 2003] Příklady provozů 444 Velmi používané v Evropě, např. ve Velké Británii, v Německu, Francii a Dánsku. Reference [1, UBA, 2001, 2, infomil, 2002, 3, Rakousko, 2002, 12, Achternbosch 2002, 26, RSP, 1999, 54, dechefdebien 2003], [64, připomínky TWG, 2003] 4.4.3.3 Střední systémy s malým přídavkem vody a s cirkulací zbytků (flash-dry systémy) Popis Tato metoda již byla popsána v oddíle 2.5.4. Obsahuje prvky jak polosuchých, tak suchých systémů, a její hlavním rysem je malý přídavek vody a vysoká rychlost opětovné cirkulace zbytků. Je zaznamenáno používání této metody pouze s vápnem, jako činidlem. [74, připomínky TWG, 2004] Dosažené zisky pro životní prostředí Snížení emisní do ovzduší je následující: Látka HCl HF Rozsah účinnosti snížení (%) > 99 > 99,5 SO2 > 99 Dosažené emise ½hodinový průměr (mg/Nm3) < 10 <2 < 50 Denní průměr (mg/Nm3) <6 <1 <5 Roční průměr (mg/Nm3) 2,9 < 0,5 <1 Specifické emise (g/t vstupního odpadu) Komentář 10 - 30 Stabilní díky vysokým rychlostem cirkulace 1-5 Stabilní díky vysokým rychlostem cirkulace 5 - 50 Stabilní díky vysokým rychlostem cirkulace Tab. 4.42: Emisní hladiny spojené s používáním systému flash-dry na zpracování spalin [57, Alston, 2003] [64, připomínky TWG, 2003] [74, připomínky TWG, 2004] Pokud je proces spojen s rukávovým filtrem a s přídavkem činidel, snižuje také emise následujících látek: • • • prachu a těžkých kovů (na 0,4 - 2 mg/Nm3) Hg (se vstřikováním aktivního uhlí na 0,002 – 0,015 mg/Nm3) PCCD/F (se vstřikováním aktivního uhlí na 0,005 - 0,1 mg/Nm3) 445 Opětovná cirkulace činidel v tomto systému má ve srovnání s jinými systémy zpracování spalin následující výhody: • • • snížená spotřeba činidel (oproti suchému a polosuchému systému) snížená produkce pevných zbytků (obsahuje méně nezreagovaných činidel) snížená spotřeba vody a žádná produkce odpadní vody (oproti mokrému sytému) Vlivy interakce médií V následující tabulce jsou uvedeny vlivy interakce médií: Kritérium Energetické požadavky Spotřeba činidel Stechiometrie činidel Jednotky Rozsah dosažených hodnot • pokles tlaku v rukávovém filtru vyžaduje nejvíce energie • cirkulační systém vyžaduje energii kWh/t vstupního odpadu kg/t vstupního odpadu Poměr 7 - 15 (vápno) 1,2 - 1,8 • společné zpracování spalin a popílku (pokud není předběžný sběrač) • nižší hladiny nezreagovaných činidel Typ zbytků Množství zbytků Komentář kg/t vstupního odpadu 12-25 Závisí na chlazení vstupních spalin, aby bylo dosaženo provozní teploty Spotřeba vody l/t vstupního odpadu Produkce odpadní vody l/t vstupního odpadu 0 Viditelnost kouře +/0/- 0 • minimální přídavky vody pro úpravu Poznámka: údaje uvedené v tabulce poskytují typické provozní rozsahy. Přesná množství zbytků a odpadní vody závisí na mnoha faktorech, včetně koncentrace nezpracovaných plynů (spojených s odpadem), rychlosti toku plynů, koncentraci činidel atd. Tab. 4.43: Vlivy interakce médií spojené s používáním flash-dry systému [3, Rakousku, 2002, 12, Achternbosch, 2002, 57, Alston, 2003] [74, připomínky TWG, 2004] Nevýznamnějšími vlivy interakce médií u této metody jsou: • • produkce pevných zbytků energetická spotřeba v důsledku poklesu tlaku spojeného s rukávovým filtrem. Provozní údaje 446 Kritérium Složitost Flexibilita Zkušenost Faktory, které ovlivňují kritéria • nutná další provozní jednotka • kritické provozní aspekty Hodnocení (Vysoké/Střední/Nízké nebo údaje) S • schopnost metody fungovat za různých vstupních podmínek V/S • důležitá jsou zvláštní školení nebo požadavky na obsluhu S Komentář • velmi málo provozních částí • nutná péče o zajištění účinné cirkulace činidel a regulaci vlhkosti • velký vyrovnávací objem cirkulujících činidel zvyšuje flexibilitu • není tak flexibilní jako mokrý systém • jednoduchý systém Tab. 4.44: Provozní údaje spojené s používáním flash-dry systému na zpracování spalin [57, Alston, 2003] [74, připomínky TWG, 2004] Vstřikování činidel a rychlost jejich průsaku vyžaduje optimalizaci, aby se předešlo přetížení abosrbentu, a tedy případnému úniku látek (např. Hg a PCDD/F absorbované na uhlík) Je třeba sledovat hladiny vlhkosti a kontrolovat účinnost absorpce kyselých plynů. Monitorování HCl proti směru proudu je používáno k optimalizaci rychlosti dávkování alkalických činidel/ vody. Použitelnost V níže uvedené tabulce je zhodnocena použitelnost této metody: Kritérium Typ odpadu Velikost zařízení Nové/Stávající zařízení Kompatibilita vnitřního procesu Klíčové faktory umístění Ohodnocení/Komentář • pro všechny typy odpadu, kromě odpadů, u nichž se prudce mění vstupní koncentrace, např. komerční nebezpečné odpady • nyní se využívá u: KTO, paliva z odpadu, dřevěných odpadů • využíváno především u zařízení malého až středního rozsahu z důvodu zvýšených požadavků filtru (je potřeba pojmout zbytky k opětovné cirkulaci) • žádná specifická omezení • filtry musejí být větší než u jiných systémů, z důvodu umístění zbytků k opětovné cirkulaci • může poskytovat předběžné odstraňování prachu pro jednotku SCR • může fungovat s jednotkou SNCR • menší vliv na životní prostředí • méně vhodné, pokud již existují výstupy pro 447 zpracování/obnovu odděleného popílku Tab. 4.45: Zhodnocení použitelnosti flash-dry systému zpracování spalin [57, Alston, 2003] Ekonomika Je známo, že díky snížení počtu částí provozu a následné menší ekologické stopy jsou kapitálové náklady o něco nižší než u mokrých a polosuchých systémů. O něco větší kapitálové náklady než u suchých systémů čištění. Je zaznamenáno zvýšení nákladů, pokud jsou zbytky opětovně cirkulovány, a to z důvodu , že se zvětšuje velikost rukávového filtru, je požadována větší kapacita, a je nutné další specifické vybavení na opětovnou cirkulaci. [74, připomínky TWG, 2004] Provozní náklady spojené se spotřebou činidel a s produkcí zbytků se budou při stejném stupni opětovné cirkulace nacházet mezi polosuchými a suchými systémy. Jsou zaznamenány nižší náklady na chod systému, pokud je používána opětovná cirkulace (obecná vlastnost těchto systémů), jelikož je nižší spotřeba činidel (zlepšení stechiometrických poměrů oproti suchému a polosuchému systému a oproti mokrým systémům není zapotřebí zpracovávat vodu) a náklady na odstraňování zbytků. Hnací síla realizace Metoda je zaváděna, pokud: • • • • je potřeba specifické snížení spotřeby činidel je třeba snížit množství zbytků je omezený prostor je problémem složitost systému Příklady zařízení Existují příklady procesů/provozů ve Švédsku, Norsku, Německu a Dánsku. Reference [57, Alston, 2003] [64, připomínky TWG, 2003] 4.4.3.4 Suché systémy zpracování spalin Popis Metoda již byla popsána v oddíle 2.5.4. Vápno (např. hašené vápno, vápno s velkým specifickým povrchem) a hydrouhličitan sodný jsou běžně používaná alkalická činidla. Přídavek aktivního uhlí poskytuje snížení množství Hg a PCDD/F pomocí absorpce. Pokud je do horkých plynů vstřikován hydrouhličitan sodný (nad 140 oC), mění se na vysokoporézní uhličitan sodný, a je tudíž účinný pro absorpci kyselých plynů. [59, CEFIC, 2002] Dosažené zisky pro životní prostředí Snížení emisí je následující: 448 Rozsah účinnosti snížení (%) Dosažené emise ½hodinový průměr (mg/Nm3) Denní průměr (mg/Nm3) HCl < 60 < 10 HF <4 <1 SO2 < 200 < 50 Látka Roční průměr (mg/Nm3) Specifické emise (g/t vstupního odpadu) Komentář Dodané informace jsou v souladu se stanovenými hodnotami emisních limitů v EC/2000/76. Tab. 4.46: Emisní hladiny spojené s používáním suchého systému zpracování spalin s vápnem Rozsah účinnosti snížení (%) Dosažené emise ½hodinový průměr (mg/Nm3) Denní průměr (mg/Nm3) HCl < 20 <5 HF <1 <1 SO2 < 30 < 20 Látka Roční průměr (mg/Nm3) Specifické emise (g/t vstupního odpadu) Komentář Tab. 4.47: Emisní hladiny spojené s používáním suchého systému zpracování spalin s hydrouhličitanem sodným. [59, CEFIC, 2002] [74, připomínky TWG, 2004] V dané situaci není možné dosáhnout velmi nízkých emisních limitů jako s jinými systémy zpracování spalin bez zvýšeného dávkování činidel a následné zvýšené produkce zbytků , ale tato metoda dosahuje souladu se směrnicí EC/2000/76. Je možné snížit do určitého stupně tento negativní aspekt recyklací činidel, ale na druhou stranu to může také vést k provozním problémům s ohledem na dávkovací systém činidel. Vlivy interakce médií Kritérium Energetické požadavky Spotřeba činidel Stechiometrie činidel Jednotky Rozsah dosažených hodnot kWh/t vstupního odpadu kg/t vstupního odpadu 10 - 15 1,25 (NaHCO3) Poměr Komentář Pocházejí hlavně z poklesu tlaku na rukávovém filtru. Vyšší provozní teplota může vést k úsporám na opětovném ohřevu spalin Čísla se vztahují ke spotřebě hydrouhličitanu sodného ve spalovně tuhého komunálního odpadu. Typický přebytek 25 % s hydrouhličitanem sodným Nižší hodnoty vápna jsou 449 1,5 - 2,5 (CaOH) Typ zbytků kg/t vstupního odpadu Množství zbytků Spotřeba vody Produkce odpadní vody Viditelnost kouře l/t vstupního odpadu l/t vstupního odpadu +/0/- 7 - 25 dosaženy pomocí opětovné cirkulace Zbytky z čištění spalin a popílek dohromady nebo odděleně, pokud je používáno předběžné odstraňování prachu Z jedné tuny KTO 0 Není zapotřebí 0 Žádná - Nejnižší ze všech systémů Poznámka: místní provozní hodnoty se budou lišit v závislosti na rozdílných typech odpadů atd. Tab. 4.48: Vlivy interakce médií spojené s používáním suchého systému zpracování spalin [64, připomínky TWG, 2003] Nejvýznamnějším vlivem interakce médií je produkce pevných zbytků, která je obecně větší než u jiných systémů (všechno stejné), ačkoli přebytky mohou být poněkud sníženy opětovnou cirkulací zbytků (poznámka: provozní specifikace) Při používání hydrouhličitanu sodného jsou pevné zbytky rozpustnější než při používání vápna, ale je jich podstatně méně, než při používání suchého systému s vápnem. Zbytky po zpracování hydrouhličitanem sodným mohou být v některých případech zpracovány a recyklovány v chemickém průmyslu. [74, připomínky TWG, 2004]. Provozní údaje Kritérium Složitost Flexibilita Zkušenost Faktory, které ovlivňují kritéria • nutná další procesní jednotka • kritické provozní aspekty • schopnost metody fungovat za různých vstupních podmínek • důležitá jsou další školení nebo požadavky na obsluhu Hodnocení (Vysoké/Střední/Nízké nebo údaje) N S/N S/N Komentář • jednoduchý proces s malým počtem provozních částí • stačí na vysoká množství kyselin • široký rozsah provozních teplot (s hydrouhličitanem sodným 140 - 300 oC) • jednoduchý systém • rukávové filtry vyžadují účinné řízení Tab. 4.49: Provozní údaje spojené s používáním suchého zpracování spalin [59, CEFIC, 2002] 450 Se suchými činidly je nutné zacházet způsobem, který předchází emisím prachu, např. při nakládání skrz ventilátory sila. Je zaznamenáno, že používání provozní teploty nad přibližně 180 oC může zhoršit adsorpci PCDD/F a Hg při vstřikování uhlíkatých činidel. Použitelnost V níže uvedené tabulce je zhodnocena použitelnost této metody: Kritérium Typ odpadu Velikost zařízení Nové/Stávající zařízení Kompatibilita vnitřního procesu Klíčové faktory umístění Ohodnocení/Komentář • použitelné v plném rozsahu • moderní suché systémy jsou používány pro široký rozsah zařízení • žádná omezení • vyšší provozní teploty činí provoz vhodnějším ve spojení s následující jednotkou SCR • nižší viditelnost kouře • není produkována žádná odpadní voda • potřeba rozvážit zpracování a odstraňování zbytků Tab. 4.50: Zhodnocení použitelnosti suchého systému čištění spalin [59, CEFIC, 2002], [64, připomínky TWG, 2003] Ekonomika Náklady na provozní jednotku jsou podobné, jako u polosuchých systémů, kromě: • • • relativně většího zásobníku rukávových filtrů u suchých systémů vyšších provozních teplot, které mohou vést k úsporám na opětovném ohřevu spalin, např. pro jednotku SCR není třeba manipulovat s a zpracovávat splašky činidel. Provozní náklady • • • zvýšená spotřeba činidel oproti mokrému systému čištění spalin zvýšené náklady na odstraňování zbytků oproti jiným systémům čištění spalin úspory vyvstávají z důvodu zrušení potřeby zpracování či odstraňování odpadní vody. Hnací síla realizace Jednoduchost systému je hlavním důvodem jeho použití. Metoda byla zavedena v místech, kde byly stanoveny stejné hodnoty emisních limitůn jako ve směrnici 2000/76/EC. Omezení dodávek a výstupů vody mohou učinit suchý systém čištění spalin výhodnějším. V některých případech nastavily povolující úřady takové podmínky, které zakazují vypouštění vody – jsou preferovány suché (a polosuché) systémy. Příklady zařízení 451 Velmi používáno v Evropě. Přes 110 zařízení v provozu ve více než deseti evropských zemích, Japonsku a USA. Ve Francii jsou příklady komerčních spaloven nebezpečného odpadu používající suchý systém. Rychlost růstu je přibližně 10 až 15 zařízení ročně. Reference [59, CEFIC, 2002] [2, infomil, 2002] [64, připomínky TWG, 2003] 4.4.3.5 Výběr alkalických činidel Popis a dosažené zisky pro životní prostředí Různá alkalická činidla (a jejich kombinace) jsou používána v systémech čištění spalin spaloven. Různá možnosti mají svoje výhody a nevýhody a jsou většinou velmi ovlivněny celkovým výběrem technologie. Vápno je používáno ve všech systémech čištění spalin, ačkoli nejčastěji v mokrých a polosuchých systémech. Jako hydratované vápno je používáno v suchých systémech, jako hašené vápno v polosuchých systémech a dále je požíváno jako vápno o velkém specifickém povrchu. [74, připomínky TWG, 2004] Hydrouhličitan sodný je používán hlavně u suchých systémů. Hydroxid sodný a vápenec jsou obecně používány pouze u mokrých systémů. Výhody a nevýhody činidel jsou shrnuty v následující tabulce: Činidlo Výhody Hydroxid sodný • vysoce reaktivní s kyselými plyny • nízká spotřeba • malá produkce pevného odpadu Nevýhody • vyšší náklady/kg činidla • proměnlivé náklady (čtvrtletně) • tvorba rozpustných solí • vysoce korozívní materiál • zápach, pokud je v kontaktu s vlhkostí • používán pouze u mokrých systémů Vápno • střední reaktivita (vyšší s vápnem o velkém specifickém povrchu) • možný provoz za vyšších teplot s vápnem o velkém specifickém povrchu • nižší náklady/kg činidla • nižší rozpustnost zbytků • umožňuje obnovu sádry z mokrých skrubrů • manipulace může být problematická a recyklace obtížná • zbytky ze suchých, polosuchých a středních systémů založených na vápně jsou vysoce alkalické • uvolňování CO2, které musí být odstraněno ze skrubru s HCl • Není příliš používáno ve spalovnách tuhého komunálního odpadu • používáno především v mokrých systémech • někdy používáno v systému fluidních Vápenec • • • • střední reaktivita nižší náklady/kg činidla nižší rozpustnost zbytků umožňuje obnovu sádry z mokrých skrubrů Komentář/další údaje 452 loží Hydrouhličitan sodný • vysoce reaktivní, jak s SO2 tak s Hcl • nižší spotřeba (stechiometrický poměr ~ 1,25) • nízká produkce zbytků závisí na stechiometrii • je možné čištění a opětovné použití zbytků • účinné ve velkém rozsahu teplot systému čištění spalin (140 300 oC, viz. komentář v níže uvedených provozních údajích) • vyšší rozsah provozních teplot a vysoká účinnost na SO2 může zvýšit kompatibilitu s jednotkou SCR • žádné vstřikování vody a není nutná kontrola vlhkosti • větší část zbytků je rozpustná • odstraňování rozpustných pevných zbytků může být problematické (je však možné jejich využití v chemické průmyslu) • vyšší náklady/kg činidla než u vápna • potřebné zmenšení zařízení a to může způsobit problémy s provozuschopností z důvodu zanášení • 10 - 15 kg/t spáleného KTO bez popílku a kotlového popele Tab. 4.51: Srovnání vlastností jednotlivých alkalických činidel [64, připomínky TWG, 2003] [74, připomínky TWG, 2004] Vlivy interakce médií Nejvýznamnějšími faktory vlivů interakce médií, které je nutné zohlednit jsou: • • • • množství vyprodukovaných zbytků možnosti recyklace vyprodukovaných zbytků (mimo provoz) povaha/složení zbytků a dopady při jejich následném odstraňování či recyklaci atd. produkce a řízení odpadní vody obsahující rozpustné soli. Zbytky chloridů z odstraňování chlorovodíku zůstávají jsou vysoce rozpustné. Provozní údaje Viz. komentář v tab. 4.51. Teplotní rozsah, který je vhodný pro suché procesy s hydrouhličitanem sodným, je spojen s transformací hydrouhličitanu sodného na uhličitan sodný; tento jev zvětšuje povrch a poréznost činidla, a tudíž i jeho reaktivitu. Tento jev je pozorovatelný od 100 oC, avšak pro zajištění přijatelné reakční kinetika jsou zapotřebí vyšší teploty. Od 140 oC je kinetika obecně dostatečně rychlá a další zvyšování reaktivity nastává při teplotách 160 - 180 oC. V některých případech se používají smíšené systémy čištění spalin; mohou fungovat buď s vápnem o velkém specifickém povrchu nebo s hydrouhličitanem sodným. Přestože je proces méně provozně optimalizovaný, mohou být náklady na činidla lépe kontrolovány. [74, připomínky TWG, 2004] Použitelnost V níže uvedené tabulce je zhodnocena použitelnost této metody: 453 Kritérium Typ odpadu Velikost zařízení Nové/Stávající zařízení Kompatibilita vnitřního procesu Klíčové faktory umístění Ohodnocení/Komentář • NaOH je vhodný pro proměnlivé vstupní koncentrace, např. ve spalovnách nebezpečného odpadu • z důvodu nákladů je pro větší zařízení NaOH méně atraktivní než CaCO3 • možnost použití jak u nových, tak u stávajících zařízení • NaOH se používá jen u mokrých systémů • možný vliv recyklace a odstraňování zbytků • faktorem mohou být lokální náklady a dostupnost činidel Tab. 4.52: Zhodnocení použitelnosti různých alkalických činidel Zdroj [64, připomínky TWG, 2003] [74, připomínky TWG, 2004] Ekonomika Náklady spojené s činidly jsou součástí celkového systému čištění spalin a samotné nemusejí být rozhodující. U celkové ceny činidla je faktorem jednotková cena za kilogram činidla a požadované množství (stechiometrický poměr), stejně jako dostupnost a cena zpracování či odstraňování zbytků. Například u suchého systému má vápno nejnižší cenu na kilogram činidla, ale nižší dávkování (kg činidla na tunu zpracovaného odpadu) má hydrouhličitan sodný, což znamená, že cena těchto dvou činidel na jednotku zpracovaného odpadu bude podobná. Relativní ceny a možnosti zpracování/odstraňování zbytků mohou být rozhodujícím faktorem. Další informace o nákladech a odhady jsou podány v dodatku tohoto dokumentu (viz. oddíl 10.2.4) Je zaznamenáno, že ceny NaOH jsou proměnlivé. Hnací síla realizace Klíčovými hnacími silami výběru činidel jsou: • • • • schopnost upravit spaliny z daného odpadu kompatibilita se zbytkem zařízení/systému čištění spalin cena činidla na tunu zpracovaného odpadu dostupnost a cena zpracování/odstranění zbytků. Příklady zařízení Vápno, hydroxid sodný a vápenec jsou používány v širokém rozsahu spaloven po celé Evropě a jinde. Celkový počet spaloven v Evropě, které používají tato činidla, přesahuje 100. Suché čištění spalin hydrouhličitanem sodným je používáno ve více než 130 zařízeních ve více než 10 evropských zemích a také v Japonsku (je také zmiňován v USA). [64, připomínky TWG, 2003] V těchto 130 zařízeních je 75 spaloven: 454 • • 36 komunálních spaloven (přibližně 2 Mt/r komunálního odpadu) speciální spalovny (více než 500 kt/r speciálního odpadu). Další spalovny využívají suchý hydrouhličitan sodný pro použité pneumatiky, splaškové kaly a nemocniční odpad: • • • přibližně 35 ve Francii 44 v Itálii další v Německu, Belgii, Portugalsku a Velké Británii. Rychlost růstu používání suchého hydrouhličitanu sodného je 10 - 15 nových zařízen ročně. Reference [59, CEFIC, 2002, 64, připomínky TWG, 2003] 4.4.3.6 Přidání mokrého praní jako dočišťovacího systému spalin za jiný proces čištění spalin Popis Je možné zvážit přidání konečného systému mokrého praní spalin k dočištění za jiný systém, zpracovávající kyselé plyny atd. Obecně se tento systém přidává z důvodu regulace emisí HCl a SO2, pokud jsou tyto emise vysoké či proměnlivé. [74, připomínky TWG, 2004] Dosažené zisky pro životní prostředí Zvýšená spolehlivost snižování emisí kyselých plynů (HCl, HF a SO2) do ovzduší na hladiny na dolním konci rozmezí, ukázaném v 4.4.31. Vlivy interakce médií Viz. oddíl 4.4.3.1 Provozní údaje Viz. oddíl 4.4.3.1 Použitelnost Viz. oddíl 4.4.3.1 Používáno především ve stávajících zařízeních, pokud jsou emise kyselých plynů vysoké či proměnlivé a pokud existuje potřeba regulovat tyto emise k nižším hladinám. Nejvhodnější u odpadů s vysokou a proměnlivou koncentraci chlóru a dalších kyselinotvorných látek (např. nebezpečných odpadů nebo komunálního odpadu, obsahujícího průmyslové odpady). Ekonomika Viz. oddíl 4.4.3.1. Je třeba zvážit přidání další dočišťovací fáze, dodatečné náklady budou značné. Hnací síla realizace Viz. oddíl 4.4.3.1, kde jsou popsány hnací síly realizace v obecném kontextu čištění spalin. Příklady zařízení 455 Žádné informace. Reference [64, připomínky TWG, 2003] 4.4.3.7 Opětovná cirkulace zbytků po čištění spalin v systému čištění spalin Popis Sesbírané zbytky v rukávových filtrech, které jsou používány v suchých, polosuchých a podobných (ne mokrých) systémech (viz. oddíl 4.4.3.2, 4.4.3.3, 4.4.3.4), obvykle obsahují nemalou část nezreagovaných činidel, popílek a další nečistoty odstraněné z plynu. Část těchto uložených zbytků může být opětovně cirkulována v rámci systému čištění spalin. Z důvodu opětovné cirkulace je velikost systému čištění spalin obecně větší, aby bylo možné uložit objem opětovně cirkulovaných materiálů. Dosažené zisky pro životní prostředí Opětovná cirkulace činidel v rámci systému má následující výhody: • • snížení spotřeby činidel (oproti suchému a polosuchému systému) snížení produkce pevných zbytků (obsahuje méně nezreagovaných činidel) Snížení emisí do ovzduší je podobné již uvedenému v oddíle 4.4.3.3. Vlivy interakce médií U této metody jsou nevýznamnějšími vlivy interakce médií: • • produkce pevných zbytků (ačkoli méně než bez opětovné cirkulace) energetická spotřeba rukávového filtru V některých případech zaznamenáno zvýšené uvolňování Hg. Zvážení rychlostí vstupu Hg a poskytnutí dostatečné odstranění Hg může být tudíž zapotřebí, aby byl tento jev pod kontrolou. Provozní údaje Kritérium Složitost Flexibilita Faktory, které ovlivňují kritéria • nutná další provozní jednotka • kritické provozní aspekty • schopnost metody fungovat za různých vstupních podmínek Hodnocení (Vysoké/Střední/Nízké nebo údaje) V/S V/S Komentář • nutná opatrnost při zajišťování účinné cirkulace činidel a regulace vlhkosti • velký vyrovnávací objem cirkulujících činidel zvyšuje flexibilitu • není tak flexibilní s ohledem na vstupní koncentrace 456 Zkušenost • důležitá jsou další školení nebo požadavky na obsluhu S/N Tab. 4.53: Provozní údaje spojené s používáním opětovné cirkulace zbytků [57, Alston, 2003] [64, připomínky TWG, 2003] Vstřikování činidel a rychlost průsaku činidel vyžaduje optimalizaci, aby bylo předcházeno přetížení adsorbentu a případnému uvolnění nežádoucích látek (např. Hg a PCDD/F neadsorbované na uhlíku). Hladiny vlhkosti musí být sledovány a regulovány, aby byla udržena účinnost adsorpce plynů. Monitorování HCl může být použito k optimalizaci dávkování činidel a vody. Některé části systému čištění spalin musejí být z důvodu uložení materiálu na opětovnou cirkulaci objemnější. Použitelnost V níže uvedené tabulce je zhodnocena použitelnost této metody: Kritérium Typ odpadu Velikost zařízení Nové/Stávající zařízení Kompatibilita vnitřního procesu Klíčové faktory umístění Ohodnocení/Komentář • pro všechny typy odpadu kromě odpadů, u nichž se prudce mění vstupní koncentrace, např. komerční nebezpečné odpady • nyní se využívá u: KTO, paliva z odpadu, dřevěných odpadů • žádné omezení • žádná specifická omezení • díky umístění zbytků k opětovné cirkulaci musí být filtry větší než u jiných systémů • kromě mokrých systémů kompatibilní s dalšími systémy čištění spalin • potřeba prostoru z důvodu většího reaktoru Tab. 4.54: Zhodnocení použitelnosti opětovné cirkulace zbytků [57, Alston, 2003] [64, připomínky TWG, 2003] Alternativou k této metodě, která také snižuje spotřebu činidel a produkci zbytků, je použití účinných jednocestných systémů. To znamená, že v takto navrženém zařízení a provozu jsou používána činidla již velmi zreagovaná (tj. zbývá malé množství nezreagované látky), bez potřeby opětovné cirkulace. Aby byla určena množství zreagovaných a nezreagovaných činidel, může být provedena analýza zbytků z čištění spalin. Ekonomika Náklady na rukávové filtry jsou zvýšeny z důvodu větší kapacity, nutné pro opětovnou cirkulaci zbytků. Náklady jsou sníženy díky menší spotřebě činidel (zlepšená stechiometrie oproti suchým systémům) a snížení nákladů na odstraňování zbytků. 457 Hnací síla realizace Metoda je používána, pokud: • • je potřeba specificky snížit spotřebu činidel je potřeba snížit produkci zbytků Příklady zařízení Stávající provozy ve: Švédku, Norsku, Německu, Dánsku a Španělsku Reference [57, Alston, 2003], [64, připomínky TWG, 2003] 4.4.3.8 Přímé přidávání alkalických činidel do odpadu (přímé odsíření) Popis Tato metoda již byla popsána v oddíle 2.5.4.2. Obecně je použitelná pouze u pecí s fluidním ložem. Alkalické činidlo reaguje v peci s kyselými plyny a snižuje tak množství kyselých plynů, které procházejí následnými fázemi čištění plynů. Adsorpce v peci při vysokých teplotách je mnohem účinnější pro SO2 než pro HCl; hlavní využití je tudíž u procesů, které mají vysoký obsah SO2, např. spalování kalů. [74, připomínky TWG, 2004] Dosažené zisky pro životní prostředí Snížení některých látek v nezpracovaném plynu a snížení emisí a spotřeby spojené s pozdějším čištěním spalin. Vlivy interakce médií U této metody jsou nevýznamnějšími vlivy interakce médií: • • • spotřeba činidel v peci vliv na kvalitu pecního popela, jelikož jsou s ním smíšeny soli a přebytek činidla změna složení spalin (poměr SO2/HCl) může ovlivnit výkon následného systému čištění spalin, změnit profil PCDD/F a způsobit problémy s korozí v systému čištění spalin. Přídavek vápna ovlivní nejen kvalitu pecního popela, ale také složení a naředění popílku (tj. bude zde více Ca a sloučenin síry a vyšší naředění nečistot v rostoucím množství zbytků z čištění spalin). [64, připomínky TWG, 2003] Použitelnost Použitelné pouze u systémů s fluidními loži. Ekonomika Snížení nákladů na zpracování spalin je nutné porovnat s náklady na přidávání činidel v dřívější fázi. 458 Další kapitálové investice pro zavedení vstřikování do pece/odpadu. Hnací síla realizace Zavedení jako dodatečného vybavení ve stávajících zařízeních, kde je pouze omezená možnost zvýšení kapacity systému čištění kyselých plynů. Příklady zařízení Žádné informace. Reference [1, UBA, 2001] [64, připomínky TWG, 2003] 4.4.3.9 Použití sledování kyselinových par pro optimalizaci procesu čištění spalin Popis Použitím dynamického monitoringu plynného HCl ve směru nebo proti směru proudu suchých a polomokrých systémů na čištění spalin je možné přizpůsobit činnost systému čištění spalin tak, aby bylo optimalizováno množství použitého zásaditého činidla pro nastavenou hodnotu emisí procesu. Tato technika je obvykle využívána jako dodatečná metoda regulace extrémních koncentrací, s nahromaděnou vrstvou činidla na textilních filtrech, což má také důležitý pufrovací vliv (tlumící) na kolísání koncentrace činidla. Tato technika se netýká mokrých praček, jelikož pracím médiem je voda a dodávka vody do skrubru je regulována rychlostí výparu a vsakování, a ne koncentrací surového HCl. [64, Připomínky TWG, 2003] Někdy je prováděno také měření SO2. [64, připomínky TWG, 2003] Pouhé zabránění úniku HCl může podporovat zajištění dostatečného množství vhodného činidla, které se také podílí na regulaci SO2, a tudíž redukuje extrémní emise. Dosažený přínos pro životní prostředí • extrémní dávky surových plynů jsou očekávány, a proto se neprojeví zvýšenými emisemi do vzduchu • spotřeba neutralizačních činidel může být snížena přizpůsobením požadavkům • snížení množství nepoužitého činidla ve zbytcích Vliv interakcí médií Žádné významné vlivy. Údaje týkající se provozu Aby byl kontrolní signál doručen do zařízení pro dávkování činidla včas a aby byla zajištěna efektivní odpověď musí být reakční čas detektoru krátký. Jelikož jsou detektory umístěny v extrémně agresivním prostředí, je jejich odolnost vůči korozi zásadní. Dalším problémem může být znečištění. 459 Změny v dávkováni absorpční kapacity v zařízení na čištění spalin mohou být prováděny pomocí: • změny rychlosti toku pomocí rychlostních čepadel nebo dávkovacích ventilů s měnitelnou rychlostí • změny koncentrace činidla v polomokrých systémech – kdy menší objem mísící nádoby zlepší rychlost změny koncentrace Použitelnost Použitelnost této metody je zhodnocena v následující tabulce: Kritérium Typ odpadu Rozsah velikosti zařízení Nové/stávající Kompatibilita mezi procesy Klíčové faktory umístění Zhodnocení/komentář Zvláště vhodné pro suché, polomokré a přechodné procesy čištění spalin s vysokou variabilitou vstupních koncentrací kyselinových par. Menší spalovny mohou mít největší přínosy, jelikož vstupy nebezpečného odpadu mohou mít větší vliv na systémy s menší výkonností. Vhodné pro nové i již existující procesy, avšak zvláště vhodné pro modernizace, kde by měla být dále optimalizována regulace kyselinových par. Použitelné především pro suché a polomokré systémy. Žádné podstatné problémy. Tab. 4.55: Zhodnocení použitelnosti monitorování surových plynů pro optimalizaci čištění spalin Tato technika není obvykle nezbytná pro procesy s mokrými skrubry, díky jejich vyšší flexibilitě, týkající se vstupních koncentrací HCl. Méně použitelná je v případě, že jsou odpady homogenizovány a kvalita je podrobně kontrolována prostřednictvím selekce, míšení nebo předběžných úprav. Nejlépe je metoda použitelná pokud je omezena kontrola kvality odpadu při vstupu do pece. Ekonomika Informace nejsou k dispozici. Hnací síla pro realizaci Metoda byla použita jako zdokonalení stávajících spaloven tam, kde se objevovala překročení krátkodobých emisních limitů. Metoda je také zahrnuta v návrzích pro nové procesy. Příklady spaloven Použito v některých spalovnách ve Velké Británii a ve Francii. Odkazy na literaturu [17, ONYX, 2000], [64, Připomínky TWG, 2003] 460 4.4.4 Snižování emisí oxidů dusíku Pro snižování tvorby NOx na stupni spalování jsou obecně velmi důležitá primární opatření. Tato opatření byla v tomto dokumentu již popsána (viz. 4.1 a 4.2). Týkají se především managementu a přípravy odpadů a zejména použitých teplotních technik úpravy. Tato část referenčního dokumentu se zabývá metodami, které jsou používány ke snižování emisí NOx za použití sekundárních (dodatečných) technik. Obvykle jsou využívány kombinace primárních a sekundárních metod. 4.4.4.1. Selektivní katalytická redukce (SCR) Popis Technika již byla popsána v oddíle 2.5.5. Nejběžnější katalyzované reakce SCR jsou: 4 NO + 4 NH3 + O2 → 4 N2 + 6 H2O NO + NO2 + 2 NH3 → 2 N2 + 3 H2O 2 NO2 + 4 NH3 + O2 → 3 N2 + 6 H2O 6 NO2 + 8 NH3 → 7 N2 + 12 H2O Ve spalování odpadů je SCR obvykle používána po odstraňování prachu a po čištění kyselinových par (příklady použití této techniky pro vysoké obsahy prachu/nečištěných plynů jsou vzácné). Aby bylo dosaženo provozní teploty pro systém SCR (viz. dále), vyžaduje čištění spalin obvykle po prvních stupních opětovné zahřátí (obvyklé výstupní teploty u čištění spalin jsou 70 °C pro mokré systémy a 120 až 180 °C pro většinu rukávových filtrů). Umístění SCR přímo za horký systém na odstraňování prachu není obvyklé, je však v některých zařízeních v Evropě používáno a může odstranit potřebu jakéhokoli opětovného ohřívání spalin v průběhu linky na čištění spalin. [74, připomínky TWG, 2004] Rozsah provozních teplot systému SCR je zaznamenán [64, Připomínky TWG, 2003] mezi 180 a 450 °C. Pro systémy je však zdaleka nejběžnější provoz v rozpětí teplot od 230 do 320 °C. Nejnižší provozní teploty obvykle vyžadují čistší spaliny při vstupu do SCR. Koncentrace SO2 může být rozhodující a může způsobit jedovatost katalyzátoru. Látky účastnící se katalýzy se obvykle skládají z nosiče (TiO2) s přidanými aktivními látkami (V2O5 a WO3). Dosažený přínos pro životní prostředí Snižování emisí do vzduchu, obvykle následujícím způsobem: Látka/y NOx NH3 N2O Rozsah efektivity snižování emisí (%) > 80 % n/a n/a Dosažené rozpětí emisí Půlhodinový průměr (mg/Nm3) Denní průměr (mg/Nm3) Roční průměr (mg/Nm3) 15 - 22 15 – 100 < 10 15 - 100 Komentáře Specifické emise (kg/t vstupního odpadu) 0,15 – 0,60 nedodáno 461 Tab. 4.56: Hladiny emisí spojené s použitím SCR. Zdroj [1, UBA, 2001, 2, infomil, 2002, 13, JRC(IoE), 2001, 60, Reimann, 2002] Navíc, pokud je SCR speciálně navržena (zvláštní katalytická vrstva, vyšší provozní teplota), může také katalyticky ničit PCDD/F (viz. 4.4.5.3). Efektivity rozkladu jsou zaznamenány mezi 98 a 99,9 %, což zaručuje rozpětí emisí PCDD/F mezi 0,05 a 0,002 ng/Nm3 TEQ. Použití SCR má obvykle za následek nižší emise NOX než jiné techniky. Hlavními nevýhodami jsou vyšší kapitálové náklady a spotřeba energie požadované pro podporu opětovného ohřívání spalin na teplotu katalytické reakce (obvykle zemní plyn, lehký olej nebo pára o vysokém tlaku). Požadavek přidávání energie snižuje výběr systémů, které pracují efektivně při dolní hranici tohoto teplotního rozpětí, a použití tepelné výměny. Vliv interakcí médií Co se týká této techniky, je nejdůležitějším vlivem interakce médií požadavek dodávání energie pro ohřev spalin. Velikost tohoto vlivu však může být snížena, pokud je provozní teplota katalýzy nízká. V takovýchto případech je však poté potřeba dodatečné energie pro regeneraci katalyzátoru (která obvykle probíhá na jiném místě) sublimací vytvořené soli. [74, připomínky TWG, 2004] Energetický požadavek (a náklady) na opětovné ohřívání je obvykle značně snížen za použití tepelného výměníku, který na ohřev vstupu do SCR využívá teplo z ukončené selektivní katalytické redukce. Energetické ztráty, a tudíž i dodatečné požadavky, jsou poté sníženy na výměnu tepla a ztráty zářením. V případech, kdy existuje požadavek na středně horkou vodu, mohou být další úspory učiněny instalací dodatečného tepelného výměníku pro opětovné získání energie vystupující ze SCR. Takový systém byl použit v SYSAV v Malmö ve Švédsku. [64, připomínky TWG, 2003] Dvě následující schémata ukazují aplikaci SCR ve směru proudu ne-mokrých (tzn. suchých nebo polosuchých) a mokrých systémů na čištění spalin. Jsou zde udány teplotní profily. Můžeme vidět, že druhý systém (s mokrým čištěním spalin) v tomto případě zahrnuje dodatečný krok výměny tepla. Takovéto nastavení snižuje požadavek vkládání dodatečné energie, ale způsobuje, že vypouštěné konečné spaliny jsou chladnější. 462 Legenda: flue gas heating on a SCR de-NOX downstream from a non-wet FGT ohřívání spalin pomocí SCR odstraňující NOX ve směru proudu od ne-mokrého čištění spalin from scrubber - ze skrubru heat exchanger flue gas/flue gas - teplotní výměník spaliny/spaliny energy input + 20 °C - vstup energie 20 °C flue gas heater - ohřívač spalin ammonia solution storage - skladování roztoku amoniaku mixing - míšení SCR de-NOX tower - věž pro SCR na odstraňování NOX catalyst - katalyzátor fan - větrák stack - komín Obr. 4.7: Schéma systému SCR ve směru proudu ne-mokrého čištění spalin, udávající charakteristickou tepelnou výměnu a teplotní profily 463 Legenda: flue gas heating on a SCR de-NOX downstream to a wet FGT - ohřívání spalin pomocí SCR odstraňující NOX ve směru proudu mokrého čištění spalin from scrubber - ze skrubru heat exchanger flue gas/flue gas - teplotní výměník spaliny/spaliny energy input + 20 °C - vstup energie 20 °C flue gas heater - ohřívač spalin ammonia solution storage - skladování roztoku amoniaku mixing - míšení SCR de-NOX tower - věž pro SCR na odstraňování NOX catalyst - katalyzátor heat exchanger and desaturator - teplotní výměník a desaturační zařízení fan - větrák stack - komín Obr. 4.8: Schéma systému SCR ve směru proudu mokrého čištění spalin, udávající charakteristickou tepelnou výměnu a teplotní profily Tempo spotřeby činidla (obvykle roztok amoniaku) je s touto technikou obvykle nižší než se SNCR. Vlivy interakcí médií jsou udány v následující tabulce: Kritérium Požadavky energie Jednotky kWh/t vstupního Rozpětí hodnot 65 – 100 tepelná Připomínky Tepelná se vztahuje k 464 Spotřeba činidla Stechiometrie činidla odpadu 10 – 15 elektrická kg/t vstupního odpadu Poměr 3,2 (3,61) 1 – 1,1 kg/t vstupního odpadu l/t vstupního odpadu l/t vstupního odpadu 0,01 +/0/- - Zbytek – typ Zbytek – množství Spotřeba vody Produkce odpadních vod Vliv na viditelnost kouře opětovnému ohřívání, elektrická k dodatečnému poklesu tlaku v průběhu katalýzy 25% roztok amoniaku Čísla se vztahují k vstupní koncentraci nečistot Použitý katalyzátor, pokud je měněn Nesignifikantní Žádné Díky opětovnému ohřívání, používaného se SCR, je viditelnost snížená Poznámka: údaje v této tabulce se snaží poskytnout charakteristické rozpětí činnosti. Přesná množství zbytků a odpadních vod budou záviset na mnoha faktorech včetně koncentrace nečištěných kovů (ve vztahu k odpadu), rychlosti toku, koncentracích činidla atd. Tab. 4.57: Vlivy interakce médií spojené s používáním SCR [1, UBA, 2001, 2, infomil, 2002, 13, JCR(IoE), 2001, 60, Reimann, 2002] [74, připomínky TWG, 2004] Provozní údaje Kritérium Komplexita Flexibilita Požadavky na schopnosti Popis faktorů ovlivňujících kritéria • Potřeba přídatných provozních jednotek • Kritické aspekty provozu • Schopnost techniky působit za rozsahu vstupních podmínek • Důležité požadavky zvláštního školení Zhodnocení údajů Připomínky (vysoké/střední/nízké) V Požadovány přídavné provozní jednotky V Obvykle je dosahována vysoká míra snižování. Citlivé na vstupní koncentrace SO2, SO3 a P. Multifunkční snižování NOx a PCDD/F. V/S Tab. 4.58: Provozní data spojená s používáním SCR Teplota katalyzátoru má důležitý vliv na relativní rychlost reakcí. Optimální rozpětí teplot pro katalytickou redukci závisí na typu použitém katalyzátoru, ale obvykle se pohybuje mezi 200 465 a 350 °C. Ostatní typy katalyzátorů mají nižší optimální teploty. [2, infomil, 2002] [64, připomínky TWG, 2003] Obecně, nižší provozní teplota má za výsledek pomalejší tempo reakce (tempo reakce snižování NO je nižšími teplotami sníženo relativně více než tempo snižování NO2) a možný únik amoniaku. Vyšší teploty mají za následek zkrácení životnosti katalyzátoru a mohou vést k oxidaci NH3 a produkci nadbytečného NOx [2, infomil, 2002]. Systémy SCR s nižší teplotou jsou pro rozklad PCDD/F obvykle méně efektivní, což může vyvolat potřebu dodatečných vrstev katalyzátoru. Systémy s nižší teplotou vyžadují čistší vstupní spaliny – zvláště s nižšími hodnotami SO2. [64, připomínky TWG, 2003] Nízká provozní teplota SCR vyžaduje automatické zařízení na čištění spalin (např. ventilátor vzdušných sazí ). Pro zajištění odstranění amonných solí je nezbytná pravidelná regenerace. Frekvence regenerací systémů s nižší teplotou může být až jednou za 1000 hodin. Takováto frekvence může být provozně kritickou, jelikož může vést ke zvýšeným hladinám znečištění konečných spalin co se týče HCl a SO2. [74, připomínky TWG, 2004] Dosažené přínosy pro životní prostředí mohou záviset na umístění daného stupně v celkovém systému čištění spalin. Pokud SCR probíhá před praním, může být snížena efektivita snižování NOX, což vede k vyšším emisním hodnotám NOX, než jaké jsou uvedeny v tab. 4.47. [74, připomínky TWG, 2004] Katalyzátory: [2, infomil, 2002] Používaná kritéria určení typu katalyzátoru jsou: • teplota spalin • požadované snížení NOX • povolený únik amoniaku • povolená oxidace oxidu siřičitého • koncentrace nečistot • životnost katalyzátoru • požadavky na dodatečný rozklad plynných PCDD/F • koncentrace prachu ve spalinách. [74, připomínky TWG, 2004] Životnost katalyzátorů omezují následující typy rozkladů: • otrava: pokud kde je aktivní místo katalyzátoru blokováno silně vázanou látkou • zanesení: pokud jsou póry blokovány malými částečkami kondenzovaných solí, jako je hydrosíran amonný (NH4HSO4) – to může být omezeno snižováním vstupního SOX a proces může být částečně vratný opětovným zahřátím katalyzátoru • sintrace: pokud je mikrostruktura katalyzátoru zničena při příliš vysokých teplotách • eroze: díky fyzickému zničení způsobenému pevnými částečkami. Pro katalyzátory je udávána životnost mezi třemi a pěti lety. 466 Za kritický faktor, který zvyšuje tempo degradace katalyzátoru, jsou považovány kapičky při výstupu ze systému praní, které způsobují ukládání soli. Poznámka: Životnost katalyzátoru je počet hodin, po které katalýza poskytuje požadované snižování NOX bez přesažení povoleného maxima úniku amoniaku. A proto pokud se rozhoduje o použití techniky SCR, musí být zajištěny limitní hodnoty emisí NOX i NH3. Použitelnost Použitelnost této techniky je zhodnocena v následující tabulce: Kritérium Typ odpadu • Rozpětí velikosti zařízení • Nové / stávající • Kompatibilita mezi procesy • • • • Klíčové faktory umístění • Zhodnocení / komentář může být použito na jakýkoli typ odpadu může být použito pro zařízení všech velikostí, ale z ekonomických důvodů je nejčastěji používáno pro střední až velká zařízení často závěrečný proces, který může být použit jak pro nové, tak pro stávající provozy nejčastěji vyžaduje předběžné odstranění prachu ze spalin a může také vyžadovat odstraňování SO2/SO3, a dále HCl činnost vyžaduje minimální vstupní teploty použití SCR může dovolovat snižování emisí NOX bez dodatečných technik, pokud je použita mezní hodnota emisí. umístěni s vysokou citlivostí na NOX může mít prospěch z dodatečného snížení NOX, dosaženého touto technikou pro přídavné provozní jednotky je nutný další prostor v místě zařízení Tab. 4.59: Zhodnocení použitelnosti SCR Ekonomika Informace týkající se nákladů na techniku jsou ukázány v následující tabulce: Složka(y) čištění spalin Odhadované náklady na investice (miliony EUR) 2 1 – 1,5 7 Připomínky Textilní filtr Sušení rozprašováním Příklad typické kombinace SNCR / chlazení odparem / vstřikování činidla / textilní filtr 10 Příklad typické kombinace Chlazení odparem / vstřikování činidla / textilní filtr / SCR Odhadované náklady se vztahují na spalovnu komunálního tuhého odpadu s celkovou kapacitou 467 200 kt/rok Tab. 4.60: Odhadované náklady na investice vybraných složek typických polomokrých systémů na čištění spalin, používajících SCR a SNCR [12, Achternbosch, 2002] Výše uvedená tab. 4.60 ukazuje, zvýšené náklady na investice pro popsané zařízení (používající polomokrou technologii), pokud je místo SNCR použita SCR, a to v řádu 3 milionů EUR. Náklady na investice do SCR pro spalovnu tuhého komunálního odpadu se dvěma linkami a kapacitou 200 000 t/rok jsou odhadovány na 4 miliony EUR. Ve srovnání s tímto činí náklady na investice do SCR 1 milion EUR. [12, Achternbosch, 2002] Nedávná německá studie NOX ukázala, že kapitálové náklady na jednotku SCR pro zařízení s kapacitou 15 t/h (tj. 100 000 t/rok) se pohybují v rozpětí od 7,5 do 9,5 milionů EUR. [74, připomínky TWG, 2004] [2, infomil, 2002] Provozní náklady na odstranění jedné tuny NOX se pohybují mezi 1000 a 4500 EUR, přičemž mají tendenci klesat. Pokud jsou tyto náklady přiřazeny k provozním nákladům na tunu odpadu, odpovídá to 5 až 7,7 EUR. Provozní náklady SNCR jsou obecně o 25 – 40 % nižší než na SCR (v závislosti na činidle pro SNCR, teplotě SCR, předběžném zahřívání atd.). [13, JCR(IoE), 2001] [74, připomínky TWG, 2004] Velká zařízení s vyššími rychlostmi toku plynů a s mimořádnými úsporami lépe podporují dodatečné náklady na SCR, jelikož budou rozloženy na větší množství odpadu. K opětovné ohřívání SCR může být použita pára o vysokém tlaku. V zařízeních, kde z této energie (buďto ve formě tepla nebo převedené do elektřiny) plynou jen malé zisky, zahrnuje její využití pro opětovné ohřívání nižší ztráty zisků (tj. náklady), než pokud jsou výnosy vyšší. Z toho tedy vyplývá, že provozní náklady na SCR mohou být de fakto nižší u zařízení, kde jsou obdržovány nižší platby za frakce energie se středním a vysokým tlakem. Příklad: Nová linka spalovny tuhého komunálního odpadu v jižním Švédsku 2002/03: Kapitálové náklady na SCR pro novou linku spalovny tuhého komunálního odpadu (cena 2002) o kapacitě 25 t/h (tok plynu přibližně 150 000 m3/h) byly odhadnuty na 5 – 7 milionů EUR. Tyto náklady obsahují určitou míru nejistoty, jelikož SCR byla zakoupena jako součást celého komplexu stupňů čištění spalin. Pro tento příklad byla struktura nákladů pro rozhodování, zda používat SCR, odvozena z následujících výpočtů: Odstraněné výdaje Prostřednictvím snížení emisí se lze vyhnout placení daně za NOX (takovéto poplatky jsou používány ve Švédsku v poměru přibližně 4500 EUR/t NOX). Rozklad plynných PCDD/F může vést k úsporám týkajícím se dalších opatření na regulaci PCDD/F (viz. oddíl 4.4.5.3). [74, připomínky TWG, 2004] Přivozené náklady: 468 Financování vyšších nákladů na SCR + ztráta příjmu z tepla / páry použitých pro SCR, které by jinak byly prodány + jakékoli dodatečné náklady na spotřebu činidla nebo výměnu katalyzátoru. Hnací síla pro realizaci Tato technika byla realizována tam, kde: • • • • jsou povolené hodnoty pro NOX nastaveny pod 100 mg/Nm3 byla velká zařízení určena jako hlavní přispěvatelé k místním emisím NOX jsou daně na NOX určeny na úrovni, která zajišťuje ekonomickou výhodnost této techniky je pro opětovné ohřívání dostupná pára o vysokém tlaku (což snižuje provozní náklady, pokud jsou za vyrobenou energii získány nízké příjmy) Příklady zařízení SCR je ve spalovacím průmyslu široce využívána. Například v Německu, Rakousku, Nizozemsku, Belgii, Japonsku a jinde. Údaje poskytnuté FEAD ukazují, že nejméně 43 z přibližně 200 zkoumaných evropských spaloven tuhého komunálního odpadu používají SCR. SCR je také používána v komerčních a průmyslových spalovnách nebezpečného odpadu, zvláště v Německu. Reference [1, UBA, 2001, 2, infomil, 2002, 3, Rakousko, 2002, 13, JCR(IoE), 2001, 60, Reimann, 2002, 61, SYSAV, 2000] [64, připomínky TWG, 2003] 4.4.4.2 Selektivní nekatalytická redukce (SNCR) Popis Tato technika již byla popsána v oddíle 2.5.5.2.1. [2, infomil, 2002] V procesu SNCR jsou pro snižování emisí NOX vstřikovány do pece amoniak (NH3) nebo močovina (CO(NH2)2). NH3 reaguje s NOX efektivněji mezi 850 a 950 °C, kdežto v případě použití močoviny jsou efektivní teploty až kolem 1050 °C. Pokud je teplota příliš vysoká, vytváří konkurenční oxidační reakce nechtěný NOX. Pokud je teplota příliš nízká, nebo doba zdržení pro reakci mezi NH3 a NOX nedostatečná, snižuje se efektivita redukce NOX a emise zbytkového amoniaku se mohou zvyšovat. Tento jev je znám jako únik NH3. Díky chemii reakce se určitý únik amoniaku objevuje vždy. Dodatečný únik amoniaku může být způsoben jeho nadbytkem nebo špatným vstřikováním činidla. [74, připomínky TWG, 2004] Dosažené přínosy pro životní prostředí Snižování emisí do ovzduší je následující: Látka/y Dosažené rozpětí emisí Komentáře 469 NOX Rozpětí efektivity snižování (%) 30 – 75 % NH3 není k dispozici N2O není k dispozici 1/2hodinové 24hodinové roční specifické průměry průměry průměry emise (g/t (mg/Nm3) (mg/Nm3) (mg/Nm3) vstupního odpadu) 150 - 400 80 – 180 70 - 180 0,4 – 1,2 Liší se podle rychlosti dávkování, typu odpadu a typu spalovací komory. 5 – 30 Nejnižší za použití mokrých praček. Viz. poznámky k této tabulce. 10 - 30 Viz. poznámky k této tabulce. Poznámky: Při použití vyšších dávek činidel, požadovaných k dosažení obsahu NOX pod 120 mg/Nm3 se emise N2O rychle zvyšují. Emise N2O závisejí na teplotě reakce (spalování) a na činidle. Obecně jsou dosahovány vyšší emise N2O za použití močoviny než za použití amoniaku. Aby bylo dosaženo vyšších procentuálních efektivit snižování NOX, je nutné použít vyšší rychlost dávkování činidla, která může vést k vyššímu úniku NH3 – s mokrým čištěním spalin ve směru proudu může být poté NH3 absorbováno, jsou však nutná opatření týkající se jeho přítomnosti v odpadní vodě, např. vytěsňování NH3. Tab. 4.61: Hladiny emisí dosažené za použití SNCR [1, UBA, 2001, 2, infomil, 2002, 3, Rakousko, 2002, 12, Achternbosch, 2002, 60, Reimann, 2002] Hlavním zdrojem emisí N2O v SNCR je používání močoviny namísto amoniaku (což vede k 2 – 2,5krát vyšším emisím N2O, než v případě snižování za pomocí amoniaku). Pro snižování tvorby N2O je tudíž důležité optimalizovat výběr činidla (močoviny nebo amoniaku) a regulovat podmínky procesu (zvláště míšení plynů, teplotu a únik amoniaku) [64, připomínky TWG, 2003]. Udává se, že použití SNCR může také snižovat tvorbu PCDD/F (ačkoli kvantitativní důkazy pro to zatím nebyly předloženy) [64, připomínky TWG, 2003]. Vlivy interakcí médií Vlivy interakcí médií jsou udány v následující tabulce: Kritérium Energetické požadavky Spotřeba činidla Stechiometrie činidla Typ zbytku Množství zbytku Spotřeba vody Produkce odpadní vody Jednotky kWh/t přijímaného odpadu kg/t přijímaného odpadu poměr kg/t přijímaného odpadu l/t přijímaného odpadu l/t přijímaného odpadu Rozpětí Připomínky dosahovaných hodnot 45 – 50 teplotní chladící efekt vstřikování do pece 8,5 (9,51) 25% roztok amoniaku 2–3 Žádný Žádný Nepodstatný Žádná 470 +/0/- Viditelnost kouře O žádný podstatný vliv Tab. 4.62: Vlivy interakcí médií spojené s použitím SNCR [60, Reimann, 2002] Pro tuto techniku jsou nejdůležitějšími aspekty interakce médií: • • spotřeba energie (nižší než u SCR) možná produkce N2O (vyšší celkový potenciál oteplování) a v případě, že proces SNCR není dobře regulován únik amoniaku • spotřeba činidla (vyšší než u SCR) • únik amoniaku může kontaminovat zbytky a odpadní vodu; je možná regenerace amoniaku. V polosuchých, přechodných a suchých systémech čištění spalin, založených na vápenci, je únik amoniaku absorbován CaCl2, vytvořeným při odstraňování HCl. Pokud je tento zbytek následně vystaven vodě, bude uvolněno NH3. To může mít následky pro čištění zbytků ve směru proudu nebo stabilizaci cementu. Aby bylo vyhověno místním standardům týkajícím se vypouštění odpadní vody nebo aby bylo zajištěno optimální srážení, např. Cd a Ni z odpadní vody procesu může být u mokrých systémů vyžadováno zařízení k vytěsňování amoniaku. Přidáním tohoto procesu vzroste komplexita provozu a náklady. Provozní údaje Popis faktorů ovlivňujících kritéria Kritérium Komplexita • požadovány přídatné provozní jednotky • kritické provozní aspekty Zhodnocení (vysoké/střední /nízké) údajů S • • Flexibilita • schopnost techniky fungovat za rozpětí vstupních podmínek S • Požadavky na schopnosti • důležité je zvláštní školení nebo požadavky na obsluhu S • • Připomínky požadováno zařízení na vstřikování činidla, ne však samostatný reaktor (v porovnání se SCR) důležitá je optimalizace teploty a vstřikování činidla dobré snižování NOX napříč rozpětím vstupních koncentrací kritická je teplota je nezbytné věnovat pozornost regulaci a optimalizaci rychlosti vstřikování Tab. 4.63: Provozní údaje spojené s používáním SNCR [64, připomínky TWG, 2003] Hlavní faktory ovlivňující výkon jsou: • míšení činidel se spalinami 471 • • teplota a doba zdržení v příslušném teplotním okně. Zvyšování rychlosti dávkování činidla má obecně za následek snížení emisí NOX. To však může zvýšit únik amoniaku a emise N2O (zvláště s močovinou). Únik amoniaku je absorbován, pokud jsou používány mokré skrubry. Může také být odstraňován z proudu odpadní vody za použití zařízení k vytěsňování amoniaku – ačkoli toto přidává procesu na složitosti a zvyšuje kapitálové a provozní náklady [74, připomínky TWG, 2004]. Obnovený amoniak může být poté použit jako výchozí surovina pro proces SNCR (viz. také připomínky u vlivu interakce médií týkajícího se vypouštění odpadních vod, pokud je prováděno). Koncentrace N2O obecně vzrůstají s tím, jak klesají koncentrace NOX. Za nepříznivých podmínek mohou být dosaženy až hladiny přes 50 mg/m3, zatímco za příznivých podmínek mohou být emise pod 10 mg/m3. Aby byla snížena torba N2O, je tedy důležité optimalizovat a regulovat podmínky procesu. Množství vstřikovaného NH3 závisí na koncentraci nečištěných plynů NOX, stejně jako na požadovaném snížení NOX. NH3 je vpraven do spalin vstřikováním vodného roztoku amoniaku. Nejčastěji používanými roztoky jsou (koncentrované nebo zředěné) žíravý amoniak (NH4OH) nebo močovina (CO(NH2)2). Použití močoviny je efektivní pro relativně malé jednotky, jelikož močovina může být skladována v pevném stavu (v pytlích) a skladování amoniaku (včetně příslušných bezpečnostních opatření) není tedy nutné. Pro větší jednotky je obvykle efektivnější použití amoniaku. Pro dosažení vysoké efektivity odstraňování NOX je nezbytné efektivnější míšení činidel a NOX ve spalinách při optimální teplotě. Aby bylo dosaženo optimální teploty a kompenzovány její fluktuace, může být instalováno několik sad vstřikovacích trysek na různých úrovních pece, obvykle při prvním průchodu. V principu může být SNCR použito tam, kde je dostupné teplotní okno v rozpětí 850 až 1050 °C. Ve většině spaloven se toto okno nachází v horní části pece. Systémy SNCR pracují nejlépe za stálých provozních podmínek (rovnoměrná distribuce amoniaku a koncentrace NOX). Pokud provozní podmínky stabilní nejsou, mohou se objevit únik amoniaku (nadměrné emise amoniaku), nevhodná úprava NOX nebo tvorba N2O. Použitelnost Použitelnost této technikayje zhodnocena v následující tabulce: Kritérium Typ odpadu Velikost spalovny Nová/stávající Kompatibilita mezi procesy Zhodnocení/připomínka jakýkoli jakákoli V některých stávajících spalovnách může být problematické umístění vstřikovacích míst. Bez úniku amoniaku mohou být použity vyšší rychlosti dávkování (a tudíž nižší emise NOX), v případě, že je použito mokré praní ve směru proudu (které absorbuje nadbytečný amoniak). V takových případech může být pro snížení 472 hladin NH3 v odpadní vodě požadováno zařízení k vytěsňování amoniaku – vytěsněný amoniak může být znovu vstřikován do SNCR. Tab. 4.64: Zhodnocení použitelnosti SNCR Normální maximální efektivita redukce této techniky je přibližně 75 %. Pokud je vyžadováno vyšší procentuální snížení, není proto běžné použití SNCR, což se může týkat emisních hodnot NOX pod 100 mg/Nm3 (denní průměry). Vyšší rychlosti dávkování činidla vyžadované pro dosažení rychlosti snižování vyšší než 75 % způsobují, že dosažení úniku amoniaku < 10 mg/Nm3 může vyžadovat přídatná opatření, jako použití mokrého praní ve směru proudu, a stejně tak mohou být vyžadovány techniky na regulaci hladiny amoniaku v odpadní vodě, např. vytěsňovací metody [74, připomínky TWG, 2004]. Ekonomika Klíčové aspekty této techniky jsou: • • značně nižší kapitálové náklady než u SCR (viz. tab. 4.60) pokud je dodáváno zařízení k vytěsňování amoniaku, jsou kapitálové náklady stále o 10 až 30 % nižší než u SCR • náklady na spotřebu činidla jsou vyšší než u SCR • provozní náklady jsou nižší než u SCR, především díky sníženým energetickým požadavkům pro opětovné ohřívání spalin. Investiční náklady na SNCR pro spalovnu komunálního tuhého odpadu se dvěma linkami s kapacitou 200 000 t/rok jsou odhadovány na 1 milion EUR. V porovnání s tímto činí náklady na SCR 4 miliony EUR. [12, Achternbosch, 2002] Hnací síla pro realizaci Tato technika byla zavedena tam, kde: • • • jsou povolené mezní hladiny emisí nastaveny mezi 100 a 200 mg/Nm3 (denní průměry) není dostatek místa pro SCR jsou dostupná vhodná místa pro vstřikování činidla (včetně teplotních požadavků). Pokud je dovoleno vypouštění odpadní vody bohaté na amoniak, bude použití této techniky se systémem na mokré čištění spalin ekonomičtější, jelikož zde nebudou žádné požadavky na zařízení k vytěsňování amoniaku. To se netýká ostatních systémů na čištění spalin, které neprodukují odpadní vody. Příklady zařízení Široce používáno v celé Evropě. Reference [1, UBA, 2001, 2, infomil, 2002, 3, Rakousko, 2002, 12, Achternbosch, 2002, 60, Reimann, 2002] [64, připomínky TWG, 2003] 473 4.4.4.3 Optimalizace výběru činidla pro snižování NOX pomocí SNCR Popis Činidla používaná v SNCR jsou amoniak a močovina. Výhody a nevýhody jejich výběru jsou nastíněny v následující tabulce. Aby byl zajištěn optimální výběr pro dané zařízení musí být při výběru činidla brána v úvahu řada faktorů týkajících se provozu procesu, nákladů a výkonu. Výhody Činidlo Amoniak • • Močovina • • vyšší potenciál snižování extrémních koncentrací NOX (za dobré optimalizace) nižší emise N2O (10 – 15 mg/Nm3) • • širší efektivní teplotní rozpětí (540 – 1000 °C), regulace teploty je tedy méně kritická • nižší riziko při skladování a • nakládání • nižší náklady na tunu odpadu • Nevýhody užší efektivní rozpětí teplot (850 – 950 °C), požadována tudíž větší optimalizace • vyšší riziko při nakládání a skladování • vyšší náklady na tunu odpadu únik amoniaku přibližně 10 mg/Nm3 • zapáchající zbytky, pokud se dostanou do kontaktu s vlhkostí nižší potenciál snižování extrémních koncentrací NOX (v porovnání s optimalizovaným použitím amoniaku) vyšší emise N2O (25 – 35 mg/Nm3) a tudíž celkový potenciál oteplování (GWP) únik amoniaku přibližně 1 mg/Nm3 Poznámky: Nižší náklady na močovinu jsou významnější u relativně malých zařízení. Pro větší zařízení mohou být vyšší náklady na skladování amoniaku plně kompenzovány nižšími chemickými náklady. Tab. 4.65: Výhody a nevýhody použití močoviny a amoniaku pro SNCR [62, Tyseley, 2001] [64, připomínky TWG, 2003] Nové procesy mohou být navržené specificky pro dosažení stabilních a předvídatelných podmínek spalování a vybrání optimálního umístění vstřikování činidla, což poté zajistí využití výhod amoniaku (např. největší snižování extrémních koncentrací NOX a nejnižší emise N2O). Stávající procesy, které mají stabilní a dobře regulované spalování a teplotní profily v peci, budou také schopny maximalizovat tento zisk. Stávající procesy, které se potýkají s problémy se stabilizováním podmínek spalování (např. z důvodů návrhu, regulace nebo typu odpadu), mohou s menší pravděpodobností optimalizovat vstřikování činidla (umístění, teplotu, míšení) a mohou tudíž profitovat z použití močoviny. Pokud jsou však očekávatelné teploty kolem 1000 °C, bude produkce N2O za použití močoviny významnější. V případech, kdy jsou výhody a nevýhody jemně vyvážené, mohou mít na konečný výběr činidla větší dopad rizika spojená se skladováním a nakládáním. Dosažené zisky pro životní prostředí 474 Obě činidla způsobují snížení emisí NOX. Výběr činidla, které se nejlépe hodí ke spalovacím charakteristikám pece bude mít za následek nejefektivnější snížení emisí, tj. efektivní snížení NOX s minimálním únikem amoniaku a produkcí N2O. Vlivy interakce médií Optimalizace výběru činidla může vyústit v optimální snižování NOX s minimálním únikem amoniaku a uvolňováním N2O. Provozní údaje Základním předpokladem výběru činidla je dobré porozumění teplotním profilům ve spalovací komoře. Reakce močoviny s N2O velmi závisí na teplotě, při 1000 °C se až 18 % odstraněného NOX objevuje jako N2O (při 780 °C je toto množství zanedbatelné). Použitelnost Všude, kde dochází ke snižování NOX pomocí SNCR, je vhodné zvážit, jaké činidlo bude použito. Ekonomika Udává se, že amoniak je poněkud dražší než močovina. Požadavky na nakládání a skladování kapalného a plynného amoniaku a roztoku amoniaku jsou obecně přísné a tudíž nákladnější, než u močoviny, která může být skladována jako pevná látka, což přispívá k rozdílům v nákladech na tato dvě činidla. Skladování více než 50 tun plynného amoniaku je omezováno podle směrnice COMAH (Seveso II). To může způsobit další výdaje díky požadavkům místních úřadů a postupu při žádosti o povolení. Ve většině případů je amoniak používán jako roztok. Stále zde existují bezpečnostní požadavky, ale méně přísné, než u plynného nebo zkapalněného amoniaku. Nižší náklady na močovinu platí pouze pro relativně malá zařízení. Pro větší zařízení mohou být vyšší náklady na skladování plně kompenzovány nižšími chemickými náklady. Hnací síla pro realizaci Požadavky na efektivní snižování NOX bez zvýšeného uvolňování N2O, který má vysoký potenciál jako skleníkový plyn (310krát vyšší než CO2). Příklady zařízení SNCR je v Evropě široce využíváno. Reference [62, Tyseley, 2001] [64, připomínky TWG, 2003] 4.4.4.4 Nahrazení sekundárního vzduchu opětovně cirkulovanými spalinami Viz. oddíl 4.2.12 475 4.4.5 Snižování emisí PCDD/F U většiny odpadů není pro spalovny odpadů možné vyhovět mezním hodnotám emisí uvedených v EC 2000/76 (0,1 ng/Nm3) jen za použití primárních opatření (tj. těch, které se vztahují ke spalování). Sekundární (tj. snižovací) opatření jsou tudíž nezbytná. Dosažení takových hladin emisí obvykle zahrnuje použití kombinace primárních technik na snižování produkce PCDD/F a sekundárních opatření pro další snížení hladin emisí. [64, připomínky TWG, 2003] 4.4.5.1 Primární techniky předcházející PCDD/F Tato sekce (týkající se aspektů čištění spalin) se nezabývá primárními technikami, které jsou popsány jinde, jak bude uvedeno dále. Hlavní prevencí vzniku PCDD/F ve spalovnách odpadů je dobře regulovaný proces spalování, zabraňující vzniku prekurzorů. Techniky, které jsou použitelné pro zlepšení aspektů týkajících se spalování, a povedou k obecně lepšímu výkonu, včetně snížení rizika tvorby PCDD/F, jsou probírány v předchozích částech této kapitoly. Jedná se především o následující části: 4.1 Obecné praktické metody uplatňované před tepelnou úpravou Tato kapitola je významná z hlediska regulace a přípravy odpadu před jeho spalováním. Zlepšené vlastnosti spalování a znalosti o odpadu, které vyplývají z použití těchto technik, přispívají ke zlepšení následné regulace spalování, a tudíž snižují riziko tvorby PCDD/F. 4.2 Tepelné zpracování Jak již bylo zmíněno v předchozím odstavci, dobře regulované spalování přispívá k rozkladu PCDD/F a jejich prekurzorů, které mohou být již v odpadu, a zabraňuje tvorbě prekurzorů. Techniky uvedené v této části jako použitelné pro dotyčný odpad nebo zařízení, mají klíčovou důležitost pro primární snižování uvolňování PCDD/F do všech prostředí. 4.3 Využití energie V zónách využívání energie spalovacího zařízení je nejdůležitějším zájmem vzhledem k PCDD/F prevence jejich tvorby. Zvláště důležité je přítomnost látek a detailní návrh v teplotních zónách, které mohou zvyšovat riziko tvorby PCDD/F. Techniky zahrnuté v sekci této kapitol, týkající se využití energie, zahrnují zvážení aspektů týkajících se PCDD/F. Následující části (tj. uvedené v oddíle 4.4.5) se zabývají pouze aspekty týkajícími se PCDD/F, které jsou relevantní s ohledem na systém čištění spalin, zatímco primární opatření jsou, jak již bylo zmíněno, pojednávány jinde. [64, připomínky TWG, 2003] 4.4.5.2 Prevence tvorby PCDD/F v systému čištění spalin Popis Omezování doby zdržení plynů zatížených prachem v teplotní zóně 450 až 200 °C snižuje riziko tvorby PCDD/F a podobných sloučenin. 476 Pokud jsou použity stupně odstraňování prachu v tomto teplotním rozpětí, je doba zdržení popílku v tomto rozpětí prodloužena, což zvyšuje riziko tvorby PCDD/F. Zařízení na odstraňování prachu v zónách s vysokým obsahem prachu (obvykle elektrostatický odlučovač a některé rukávové filtry), pracující při teplotách nad 200 °C, zvyšují riziko tvorby PCDD/F. Teploty při vstupu do stupně odlučování prachu by tedy měly být udržovány pod 200 °C. Toho může být dosaženo: • dodatečným ochlazováním kotle (kotle navrhované pro rozpětí 450 – 200 °C by měly samy regulovat přítomnost prachu, aby se zabránilo prostému přenosu problému po směru proudu) • dodatečná rozprašovací kolona pro snížení teploty pod 200 °C při výstupu z kotle pro následující stupně odlučování prachu • celkové ochlazení ze spalovacích teplot na přibližně 70 °C – toto se děje v zařízeních, kde není žádné chlazení kotle, a obvykle pouze kde je zvýšené riziko dioxinů díky typu spalovaného odpadu (např. vysoký příjem PCB). Snižování teploty na 70 °C je běžné ve spalovnách nebezpečného odpadu, provozovaných chemickým průmyslem • dále může být zavedena tepelná výměna mezi plyny (plyn ze vstupu do skrubru / plyn z výstupu ze skrubru). [74, připomínky TWG, 2004] Dosažený přínos pro životní prostředí Snížené riziko produkce PCDD/F v procesu a tudíž i snížení následných emisí. Vlivy interakce médií Stávající zařízení s vysokoteplotními stádii odlučování prachu mohou využívat takové systémy, aby zachovala teplo ve spalinách, tak, že toto teplo může být následně použito pro nějaký další účel, např. přenos výměnou tepla do pozdějších systémů na úpravu spalin. Pokud jsou plyny chlazeny na teplotu pod 200 °C, může to vést k potřebě dodatečného dodávání tepla do spalin, aby byl udržen požadovaný teplotní profil pro tyto systémy provozované ve směru proudu spalin. Ztráty mohou být sníženy tím, že teplo, odebrané před stupněm odlučování prachu, bude použito pro opětovné ohřívání za použití systémů na výměnu tepla. Systémy plně aplikující šokové chlazení mají obvykle za následek omezené možnosti obnovení energie (kotle obecně nejsou nacházeny tam, kde je používáno celkové šokové chlazení). Vytvářejí také zamlžení s velmi vysokým obsahem vlhkosti, což zvyšuje viditelnost kouře a kondenzaci, a pro zajištění dostatečného chlazení horkých spalin vyžadují velkou rychlost vstřikování vody. Produkovaná odpadní voda může do určité míry opětovně cirkulovat, avšak vypouštění a čištění vody je obvykle nezbytné. Aby se zabránilo ztrátám v komínu a aby byl udržen provoz čištění spalin může opětovně cirkulovaná voda vyžadovat chlazení. Provozní údaje Je udáváno, že chladící systémy, používané v některých spalovnách nebezpečného odpadu, efektivně snižují tvorbu PCDD/F. [46, Cleanaway, 2002] Pokud jsou používány kotle na využití energie, ale je znemožněno odstraňování prachu v rozpětí 450 až 200 °C, jsou před odstraňováním/rozkladem dioxinů nacházeny koncentrace neupravovaných plynů v rozpětí 1 – 30 ng/Nm3 (TEQ). Pokud odstraňování prachu probíhá v rozpětí 450 až 200 °C, mohou plyny ve směru proudu obsahovat od 10 až >100 ng/Nm3 PCDD/F (TEQ). 477 Použitelnost Použitelnost této techniky je zhodnocena v následující tabulce: Kritérium Typ odpadu Rozsah velikosti zařízení Nové/stávající Kompatibilita mezi procesy Klíčové faktory umístění Zhodnocení/připomínky Zvláště problematický, pokud se jedná o PCB nebo jiný odpad, kde je vyšší riziko tvorby PCDD/F. Technika je vhodná pro zařízení o všech velikostech. Složitější je upravit stávající proces. Zvláště problematické, co se týká teploty. Tab. 4.66: Zhodnocení použitelnosti technik zabraňujících tvorbě PCDD/F Ve stávajících zařízeních mohou takové změny vyžadovat detailní přehodnocení procesu úpravy spalin, se zvláštním ohledem na distribuci a využití tepla. Ve stávajících zařízeních, kde již pevný odpad a spaliny procházejí následnou úpravou, která efektivně ničí vytvořené dioxiny (např. SCR pro plyn, plus tepelná úprava pro popílek), jsou výhody dosažitelné použitím této techniky sníženy. Ekonomika Pro nové procesy nemá tato technika žádný zásadní dopad, co se týče nákladů. U některých stávajících procesů mohou být na vyměnění kotle a systémů na čištění spalin požadovány velmi značné kapitálové investice. Pro takové změny mohou být nutné investice v řádu 10 – 20 milionů EUR. Snížení provozních nákladů může být pozorováno z: • • prodeje nadbytečné energie (tepla) využité v kotlích snížení nákladů díky odstraňování menšího množství pevných zbytků obsahujících PCDD/F (pokud je použita adsorpce) • sníženého obsahu dioxinů, který může mít pozitivní dopad na čištění spalin ve směru proudu: nižší rychlost aktivního uhlíku/menší objem katalyzátoru. [74, připomínky TWG, 2004] Hnací síla pro realizaci Tato technologie byla zavedena pokud: • • existují obavy týkající se možné produkce PCDD/F v procesu existují obavy týkající se koncentrace PCDD/F v absorbentech čištění spalin, vyžadujících likvidaci • typy spalovaných odpadů představují vysoké riziko pro produkci PCDD/F Příklady zařízení Chladící systémy jsou používány ve dvou spalovnách nebezpečného odpadu ve Velké Británii. 478 Kotle s nízkou výstupní teplotou a chlazení plynů následující po kotli je široce využíváno v celé Evropě. Reference [46, Cleanaway, 2002], [64, připomínky TWG, 2003], [74, připomínky TWG, 2004] 4.4.5.3 Rozklad PCDD/F za použití selektivní katalytické redukce (SCR) Popis Systémy SCR jsou používány především pro snižování NOX (viz. popis v oddíle 2.5.5.2.2 a 4.4.4.1). Prostřednictvím katalytické oxidace, pokud je dostatečně účinná, však mohou také ničit PCDD/F v plynné fázi. Aby bylo zajištěno společné snižování NOX a PCDD/F, jsou obvykle požadovány 2 až 3 vrstvy katalyzátoru. Je důležité poznamenat, že při spalování odpadů je většina PCDD/F ve vzduchu navázána na prach, s rovnovážným stavem v plynné fáze PCDD/F. Techniky odstraňující prach budou tedy odstraňovat i prachem unášené PCDD/F, zatímco SCR (a další katalytické metody) pouze rozkládají menší část v plynné fázi. Společné odstraňování prachu a rozklad obvykle dávají nejnižší celkové emise PCDD/F do ovzduší. Dosažený přínos pro životní prostředí Účinnost rozkladu pro plynnou fázi PCDD/F je udávána mezi 98 a 99,9 %, což dává (v kombinaci s dalšími technikami na čištění spalin) emise PCDD/F pod 0,1 ng/Nm3 TEQ, nařízené Směrnicí 2000/76/ES, častěji však v rozmezí 0,05 – 0,02 ng/Nm3 TEQ. Obvykle je SCR používána po počátečním odlučování prachu. Prach, který je odstraněn ve stupni předběžného odlučování prachu, stále unáší PCDD/F (což může být většina). Zbytky ze stupně předběžného odlučování prachu budou tedy kontaminovány PCDD/F stejně, bez ohledu na to, zda SCR je nebo není použita. Výhoda rozkladu pomocí SCR, vzhledem k snižování znečištění spalin, které zajišťuje, je tudíž omezena na případy, kde je použito také další přečištění od prachu ve směru proudu. Pokud bývají tyto zbytky z přečištění spalin vedeny na jiné místo, dojde k celkovému snížení vypouštění dioxinů ze zařízení do všech prostředí. Pokud jsou dioxinové zbytky sbírány odděleně (např. za použití uhlíku) od ostatních zbytků čištění spalin, a jsou, pokud je to dovoleno, v zařízení znovu spáleny, může být snížení všech výstupů získané za použití SCR jako dodatečné rozkladné metody méně významné. Aby bylo dosaženo velmi nízkých vypouštění NOX, je NOX v SCR upravováno společně s PCDD/F (viz. oddíl 4.4.4.1). Musí být poznamenáno, že v několika málo případech, kdy je SCR používáno před čištěním spalin, nemůže být v jednotce SCR upravována neplynná fáze PCDD/F (vázaná na prach), a pro její snížení je tudíž třeba následné odlučování prachu. Vlivy interakce médií Vlivy interakce médií jsou podrobně probrány v oddíle 4.4.4.1. Nejdůležitějšími aspekty, týkajícími se vlivů interakcí médií, jsou: 479 • • spotřeba energie na opětovné ohřívání spalin pro dosažení reakční teploty systému SCR jelikož se jedná o rozkladnou techniku, nejsou PCDD/F přenášeny do pevných zbytků (jako u některých adsorpčních procesů) Obecně je vhodné přenést rozklad do jiného prostředí. Rozsah výhod interakcí médií spojený s rozkladem, bude na rozdíl od adsorpce PCDD/F, záviset na zabránění riziku spojenému s následným vedením zbytků obsahujících PCDD/F ve směru proudu. Provozní údaje Provozní údaje jsou podány v oddíle 4.4.4.1. Jelikož většina PCDD/F je obvykle navázána na částečky pevné látky, je pro celkové snížení PCDD/F obvykle důležité, aby byly použito jak SCR, tak techniky na odlučování prachu. To zajistí, že PCDD/F vázané na prach, které by jinak nebylo v jednotce SCR rozloženo, bude ze spalin odstraněno. Zatímco jediná vrstva katalyzátoru může mít dramatický dopad na NOX, pro zajištění efektivního rozkladu PCDD/F je vyžadován větší rozsah. Čím více je vrstev katalyzátoru, tím větší vliv mají na rozklad PCDD/F. Použitelnost Použitelnost této techniky je zhodnocena v následující tab. 4.68: Kritérium Typ odpadu Rozsah velikosti zařízení • • Nové/stávající • • Kompatibilita mezi procesy • • Klíčové faktory umístění • Zhodnocení/připomínky může být použito na jakýkoli typ odpadu může být použito pro zařízení o jakékoli velikosti, ale s ohledem na náklady je nejvýhodnější pro velká zařízení pokud je použito jako koncová metoda (nejčastěji), může být systém přidán k jakémukoli procesu složitější je použití jako metody zlepšovací, která není koncová výhodné zejména pokud jsou současně požadována značná snížení NOX obvykle je pro dosažení provozního rozpětí SCR nutné opětovné zahřívání spalin pro reaktor SCR je nutný prostor Tab. 4.67: Zhodnocení použitelnosti SCR pro odstraňování PCDD/F Ekonomika Náklady na techniku jsou uvedeny v oddíle 4.4.4.1. Hnací síla pro realizaci Zavádění této techniky je výhodné pokud je požadována kombinace vysokého snížení NOX a další snížení PCDD/F pomocí SCR. Příklady zařízení 480 SCR je ve spalovacím průmyslu široce využívána. Příklady spaloven jsou nacházeny v Německu, Rakousku, Nizozemsku, Belgii, Francii, Japonsku i jinde. Údaje, které EIPPCB získal od FEAD, ukazují, že nejméně 43 z přibližně 200 zkoumaných evropských spaloven komunálního tuhého odpadu používá SCR, ačkoli není jasné, které z nich používají tuto techniku jak pro rozklad PCDD/F, tak pro snížení NOX. SCR je, zvláště v Německu, používána také v komerčních spalovnách nebezpečného odpadu,. Reference [1, UBA, 2001, 2, infomil, 2002, 3, Rakousko, 2002, 13, JRC(IoE), 2001, 27, Belgie, 2002, 61, SYSAV, 2002] [64, připomínky TWG, 2003] 4.4.5.4 Rozklad PCDD/F za použití katalytických rukávových filtrů Popis Tato technika je popsána v oddíle 2.5.8.3. Dosažený přínos pro životní prostředí Účinnosti rozkladu PCDD/F zavedením katalytických rukávových filtrů ve spalovnách komunálního tuhého odpadu jsou zaznamenávány kolem 99 %. Koncentrace emisí PCDD/F se z počátečních koncentrací kolem 1,9 ng/Nm3 sníží na 0,02 ng/Nm3 TEQ. [27, Belgie, 2002] Filtry zajišťují také odstraňován
Podobné dokumenty
BREF WTI-CAST E
Následující část popisuje techniky používané v sektoru čištění odpadních toků ke snížení, omezení
a prevenci emisí do ovzduší. Důraz je nutné klást na prevenci vzniku a substituci znečišťujících lá...
Azbest - docs.szw.nl
Azbestová vlákna mohou mít závažný dopad na zdravotní stav po jejich vdechnutí.
• Pevně vázaný azbest: jedná se o azbest, kdy jsou azbestová vlákna spojena s pevnými
materiály. Je-li materiál v dob...
1. Všeobecné informace ........................................................
ochrany ţivotního prostředí. Ty jsou všeobecně součástí vývoje a zlepšení celého procesu.
Investice do ochrany ţivotního prostředí a na zlepšení operace musí být obecně konkurenční i
v globální och...
souhrn
EVROPSKÁ KOMISE
GENERÁLNÍ ŘEDITELSTVÍ
SPOLEČNÉ VÝZKUMNÉ STŘEDISKO
Institut pro perspektivní technologické studie (Sevilla)
Technologie pro udržitelný rozvoj
Evropský úřad IPPC
Lascaux barvy a restaurátorské materiály, Beva produkty
v omezeném rozsahu i pro zvýšení pevnosti podkladů,např u narušených,zpráškovatělých omítek.Při
zpevňování starých,zkřídujících minerálních barev nebo nátěru vápennými barvami nutno pracovat velmi
...