Fluidní Spalování Odpadu: Princip a Výhody

Spalování odpadů je nejradikálnější a hygienicky nejúčelnější způsob odstraňování odpadů. Spalování odpadů je řízené exotermické slučování hořlavých složek odpadů s kyslíkem za stechiometrických nebo nadstechiometrických podmínek. Dalším často používaným způsobem spalování odpadů je spalování v rotační peci, konstruovaných tak, aby odpad mohl postupovat prostorem spalovací pece. Množství spalovacího vzduchu jsou závislá na konstrukci spalovací pece.

Fluidní kotle využívají principu spalování paliv ve fluidní vrstvě (fluidním loži). Technologie fluidních kotlů tak představuje nejdokonalejší způsob spalování paliv jak z ekologického tak i z ekonomického pohledu. Principy hoření paliva ve fluidní vrstvě poskytují rovněž vhodné podmínky pro spalování široké škály paliv jako uhlí, biomasa, kaly z ČOV, separovaný komunální odpad, a další. Spalování paliva probíhá ve fluidní vrstvě.

Fluidní vrstva se při teplotách kolem 825˚C chová jako vroucí kapalina. U fluidní vrstvy dochází k hoření paliva v celém jeho objemu bez plamene, který je typický pro spalování paliva v topeništi roštového kotle. Spalované palivo plave ve fluidní vrstvě přičemž odhořelé palivo je z povrchu zdrcováno a jako úletové částice opouštějí fluidní vrstvu spolu se spalinami.

Nový Kotel v Plané nad Lužnicí

Společnost C-Energy Planá dlouhodobě směřuje ke snížení uhlíkové stopy, kterou produkuje výroba energií pro Táborsko. Díky nejmodernějším technologiím mohla společnost C-Energy již v srpnu 2022 v Plané nad Lužnicí zcela opustit spalování uhlí. Nový kotel v Plané nad Lužnicí proto nahradí technologie na využití fosilních paliv v areálu bývalé Teplárny Tábor: kotel na hnědé uhlí (s označením K 1.7) a kotel na topný olej nebo hnědouhelný dehet (K 1.4).

Ten by měl od roku 2027 umožnit získávat energii ze směsného komunálního odpadu a odpadní dřevní hmoty s původem v blízkém okolí energetického zdroje v Plané nad Lužnicí. Zařízení počítá s roční kapacitou 80 kilotun odpadu, který bude rovným dílem rozdělen mezi směsný komunální a dřevní odpad. Investiční záměr ctí principy tzv. cirkulárního hospodářství: počítá pouze s využitím odpadů, které nelze opětovně využít nebo recyklovat.

Čtěte také: Ekologické fluidní spalování

Nový kotel umožňuje dlouhodobý a efektivní provoz i na nižší než uvedený výkon, a poskytuje flexibilitu v poměru spalovaných odpadů. Díky dostatečné flexibilitě bude zdroj v Plané nad Lužnicí připraven i na situaci, kdy by například v důsledku zlepšení třídění odpadů produkovaly obce v okolí menší objem směsného komunálního odpadu než dnes. V případě včasného získání všech potřebných povolení plánuje C-Energy Planá zahájit zkušební provoz nového kotle v roce 2026. Běžný provoz by pak zařízení mohlo zahájit v roce 2027. Investiční náklady do realizace záměru dosáhnou 2,1 mld.

„Pečlivá příprava projektu a detailní diskuse s obcemi a svozovými společnostmi v regionu vyústila v podpis desítek memorand, na jejichž základě by měla C-Energy vytvořit dotčeným obcím koncovku pro využití odpadu po ukončení dnešního modelu skládkování. Občanům tak záměr zajistí udržitelný poplatek za nakládání s komunálním odpadem. Směsný komunální odpad z táborského regionu dnes převážně končí na skládkách v Želči, Hrádku u Pacova a ve Voticích. Pro minimalizaci dopravní zátěže v táborské aglomeraci již vybudovala C-Energy novou komunikaci, která spojuje průmyslovou zónu v Plané nad Lužnicí s přivaděčem od dálnice D3.

Součástí dokumentace EIA je tzv. svozová studie, kterou vypracoval tým odborníků z Vysokého učení technického v Brně. Výpočet dopravního zatížení regionu počítá s využitím stávající logistiky ve svozových lokalitách skládek Želeč (6 km od energetického zdroje C-Energy v Plané nad Lužnicí), Hrádek u Pacova (33 km) a Votice (37 km) a s přímým dovozem odpadu z města Pelhřimova.

Ochrana Ovzduší a Ekologická Přeměna

Teplárna Komořany od své výstavby prošla dvěma zásadními obnovami, které výrazně přispěly ke zlepšení životního prostředí v regionu. V letech 1987-1993 proběhla generální oprava elektrostatických odlučovačů popílku, která přinesla snížení imisní zátěže tuhých látek. V souladu se zpřísněnými požadavky na snížení emisí proběhla v 90. letech významná ekologizace zdroje, která spočívala v náhradě stávajících roštových kotlů za kotle s fluidní technologií. V té době šlo v České republice o ekologické řešení zcela ojedinělé.

Retrofit kotlů probíhal za plného provozu zdroje, tj. bez přerušení dodávek tepla do měst Mostu a Litvínova a kromě nahrazení roštů za fluidní lože spočíval i v úpravě tlakových systémů, vybavení kotlů účinnějšími látkovými filtry tuhých látek, v osazení kotlů systémem kontinuálního měření emisí plynných a tuhých látek a ve výstavbě dalších potřebných podpůrných technologických systémů.

Čtěte také: Propan-butan a jeho vliv na ovzduší

Princip stacionární fluidní technologie spalování spočívá v dávkování mletého vápence přímo do fluidního lože společně s uhlím, kdy je využívána jeho schopnost vázat síru, čímž dochází k odsíření. Tato moderní technologie dále přispívá k významnému snížení nejen oxidů síry, ale i oxidů dusíku a tuhých látek. Celková investice této rekonstrukce dosáhla 4,5 miliard Kč.

Životnost teplárny Komořany se prodloužila o další desítky let, což představuje rovněž významný stabilizační faktor na trhu práce v regionu. Provoz teplárenské výroby tak plně dostojí požadavkům jak směrnic Evropské Unie na provozování nejlepších dostupných technologií, tak dalšímu zpřísnění české legislativy na ochranu ovzduší. Teplárně Komořany bylo vydáno v r. 2004 Integrované povolení, kde se společnost dobrovolně zavázala k přísnějším emisním limitům oxidů síry, než ji ukládají platné právní předpisy ochrany ovzduší.

Pro ochranu ovzduší má teplárna Komořany stanoveny emisní limity, emisní stropy a je zdrojem zahrnutým do Přechodového národního plánu ČR. Emisní stropy jsou plněny a zejména u tuhých látek dochází k minimalizaci příspěvku imisní koncentrace ústeckého regionu. V současné době probíhá technologická příprava provozu teplárna na další zpřísněné emisní limity od 1. 7. 2012.

Nakládání s Odpady

Největší objem odpadů vzniká ze spalovacího procesu teplárny Komořany. Proto v letech 1998-2002 proběhla certifikace tohoto využitelného materiálu na výrobky, které jsou velmi žádané nejen ve stavebnictví, silniční a železniční dopravě, ale i pro zahlazení důsledků povrchového dobývání a revitalizaci krajiny regionu. Tento certifikovaný výrobek - zejména jeho aktivní složka popelovin z fluidního spalování teplárny Komořany se stal i významnou obchodní komoditou.

Součástí systému řízení ochrany životního prostředí ve společnosti je prevence. Používáním ekologických prostředků pro odmašťování, mazadel a olejů, dochází ke vzniku menšího množství nebezpečných odpadů a tím i ke snížení nákladů na jejich odstranění. Společnost má zavedený systém třídění žádoucích složek z komunálního odpadu. Zaměstnanci tyto odpady odkládají do nádob pro separovaný odpad. Tříděním odpadů je omezováno množství odpadů ukládaných na skládky.

Čtěte také: Energie z biomasy: dopady na ekologii

Při odstraňování odpadů jsou upřednostňována zařízení na úpravu a využití odpadů. Recyklace, kompostování, materiálové a termické využití jsou upřednostňovány před skládkováním, což má i ekonomický přínos. Společnost je oprávněna užívat značku Ekologické firmy za zodpovědný přístup k životnímu prostředí, zpětnému odběru výrobků a třídění odpadů.

Technologie Valmet pro Energetické Využití Odpadů

Valmet Technologies OY v současnosti buduje či přestavuje ve středoevropském regionu několik kotelen pro energetické využití odpadů - mj. v Rakousku, Německu nebo České republice. Hlavní hnací silou těchto investic je odklon od uhlí s maximálním energetickým využitím odpadů. Při projektování kotlů je brána v úvahu celá škála faktorů.

První kotle na odpady s touto technologií byly dodány Valmetem již v roce 1979 a doposud bylo uvedeno do provozu celkem 200 kotlů o výkonu 10-400 MWth a z toho 23 jednotek s výkonem 20-50 MWt, které spalují 50-150 tisíc tun odpadu ročně. Výše uvedené parametry, především pak primární emise, vysoké vyhoření paliva a flexibilita materiálu jsou dosaženy rovněž inovacemi ve spodní části topeniště.

Jednou z posledních dodávek Valmetu je nový BFB kotel pro Veolia Energie ČR a.s. o parametrech páry 42 bar(g) / 420 °C, 52 t/h, navržený pro spalování TAP v rozsahu 0 - 100 %, biomasy v témže rozsahu a čistírenských kalů do 5 % palivové směsi. Součástí dodávky je rovněž systém čištění spalin, renovace stávající ocelové konstrukce a její úprava, elektro část, měření a regulace a modernizace stávajícího řídícího systému. Kotel v sobě kombinuje vysokou účinnost spalování různých tuhých paliv a nízké emise při použití paliva s naprosto odlišnými kalorickými hodnotami.

Kotle jsou dostupné v široké škále od 50 do 1200 MW tepelného výkonu. Hlavní výhodou kotle je jeho vynikající flexibilita z pohledu paliva. Většina z více než 95 referencí po celém světě jsou kotle, které spalují společně biomasu/odpady a fosilní paliva v neustále se měnících vzájemných poměrech. 10 z nich jsou provozovány výhradně na odpady.

U technologie CFB cirkulující ložový materiál proudí společně se spalinami spalovací komorou, po jejímž opuštění je v cyklónu oddělen od plynu a vracen do spodní části topeniště. Tato technologie poskytuje rovnoměrný teplotní profil spalování, což je optimální pro použití široké škály paliva, lišící se výhřevností, vlhkostí, obsahem popela a složením popelovin. Technologie také zajišťuje nízké primární emise s vysokou účinností spalování a vysoké využití vápence pro odsíření.

Při použití odpadů jako paliva se podobně jako u BFB kotlů využívá konstrukce prázdného tahu, na němž se zachytí nálepy, které se pravidelně omývají. Tím zůstává zachována plná funkce následujících výměníků. Tepelná účinnost CFB kotle je při použití odpadů jako paliva 91 až 92 % i v případě, kdy tepelný příkon v palivu je poměrně nízký.

Vysoká účinnost je dána nízkým přebytečným kyslíkem, mimo jiné zabezpečujícím nízké primární emise a méně spalin vstupujících do procesu jejich čištění, a konstrukcí cyklonu chlazeným vodou, který zajišťuje vysokou separaci pevných částí a minimalizuje množství přenosu nespáleného paliva do filtru. U tohoto řešení nejsou potřeba těžké žáruvzdorné konstrukce nebo dilatační spoje.

Parametry páry u CFB kotle Valmetu mohou být 520 °C/ 90 bar, což znamená vyšší energetický výstup v porovnání se standardním cyklem u roštového kotle, kdy rozdíl v čisté účinnosti je 3-5 %, znamenajících o 10-15 % vyšší výrobu elektrické energie. Vysokých parametrů páry při použití odpadů je dosaženo umístěním koncového přehříváku v sifonovém uzávěru, kde je přehřívák uložen v písku a oddělen od spalin. Tímto řešením se snižuje vysokoteplotní koroze.

CAPEX je nižší u CFB kotle a čím větší jednotka, tím je rozdíl větší, přičemž cena CFB v sobě zahrnuje dodatečnou úpravu paliva a čištění spalin. Je to dáno tím, že CFB kotel je navržen jako jeden kompaktní celek. Pro tutéž kapacitu v parním výkonu je roštová technologie prostorově mnohem náročnější a rozdíl v zastavěné ploše je enormní. To znamená více stavebních prací u roštového kotle. V případě vysokého spalného tepla odpadů musí být rošt kotle konstruován jako vodou chlazený, což znamená vysoké náklady.

Samotné čištění spalin je investičně mnohem levnější u CFB vzhledem k menšímu množství spalin díky nižšímu přebytku vzduchu při provozu a nízkým primárním emisím NOx. Jelikož CFB konstrukce využívá více vyzdívek, je roční potřeba výměny teplosměnných ploch nižší, dále pak zde nejsou žádné pohyblivé elementy v oblasti podlahy CFB kotle.

V případě CFB je vyšší vlastní spotřeba energie, o něco vyšší podíl úletového popílku z před separátoru a méně popílku z čištění spalin. Je zde příjem z prodeje recyklovaných kovů. U roštového kotle je celkové množství popele větší a v případě větších závodů je potřeba dvou i více kotlů a tím i více obslužného personálu.

Další možností, kterou Valmet nabízí pro energetické využití odpadů, je jejich zplyňování. Technologie zplyňování vychází z koncepce cirkulujícího fluidního lože a byla vyvinuta pro zákazníky požadující maximální účinnosti cyklu při výrobě elektrické energie a pokud možno využití stávající infastruktury závodu jako je např stávající kotel a čištění spalin. Tímto řešením je možno dosáhnout účinnost cyklu při výrobě el. energie 40 a více procent.

Zplyňovací jednotky jsou dodávány v rozsahu výkonu 40-140 MWth, ve vývoji jsou jednotky s vyšším výkonem až do 300 MWth. Jako palivo je možné použít odpady nebo biomasu. Zplyňovacím médiem je vzduch, provozní teplota je udržována mezi 850-900 °C při provozním tlaku 5-30 kPa(g). Produkční plyn je pak ochlazen na přibližně 400 °C, kdy dojde k přechodu všech korozivních látek jako alkalichloridy, PB a Zn do pevné fáze, které jsou zachyceny na keramickém filtru, takže plyn je čistý a připraven ke spálení v plynovém či jiném kotli. Zachycení rtuti se provádí po kotli klasickým způsobem.

Závod v Lahti je největší elektrárnou založenou na zplyňování odpadů na světě. Ročně zpracuje 250 kt odpadů (TAP a kontaminované demoliční dřevo) k výrobě 50 MW elektrické energie a 90 MW tepla pro centrální vytápění. Je více než osm let v provozu a vyznačuje se stabilním provozem, jednoduchým řízením a dosahováním plného výkonu i při kolísajících parametrech vstupního paliva. Pro provoz není potřeba podpůrné palivo a nebyla doposud zjištěna koroze zařízení. V prvním roce provozu byly zaznamenány problémy s provozuschopností, jež byly vyřešeny změnou provozních podmínek horkého filtru.

Řešení společnosti Valmet pro energetické využití odpadů přináší řadu výhod. Spalování odpadů je nejradikálnější a hygienicky nejúčelnější způsob odstraňování odpadů. Proces spalování tuhých látek je velmi složitý a je souhrnem více reakcí. Spalování tuhých odpadů je podmíněno jejich vysušením a ohřevem na zápalnou teplotu, k němuž dochází jednak sáláním žhavých spalin a zdiva pece, jednak konvekcí spalin nebo předehřátého vzduchu.

V první fázi dochází k vysušení odpadu za teplot 50 °C až 150 °C. Za vyšších teplot pak v důsledku složitých rozkladných procesů dochází ke vzniku těkavých látek; tyto jsou obecně hořlavé a po jejich vznícení dochází ke vzniku plamene. Zápalná teplota představuje minimální teplotu, při jejímž dosažení dochází ke spontánnímu hoření odpadu v důsledku uvolnění velkého množství tepla na krytí ztrát do okolí. Zajištění zdržení spalin v komoře dodatečného spalování, případně v prostoru dodatečného spalování při teplotě 850 ºC respektive 1100 °C pro odpady s obsahem halogenových sloučenin stanovených jako chlor větším než 1 hm.

Ostatní uvedené plynné látky lze považovat za stopové kontaminanty a ve výpočtech ke stanovení spotřeby spalovacího vzduchu a množství vznikajících spalin s nimi obvykle není uvažováno. Na jejich obsahu však budou záviset požadavky na technické zabezpečení spalovny k čištění spalin.

tags: #fluidní #spalování #odpadu #princip

Oblíbené příspěvky:

• Koně v české přírodě
• Původ odpadu v mořích
• Hygienické odpadkové koše
• Drtiče kuchyňského odpadu: Recenze
• VŠB-TUO a environmentální technologie