Kotle pro energetické využití odpadu: Princip a technologie

Nový fluidní kotel umožní obcím ekonomicky a ekologicky nakládat s komunálním odpadem. 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 nahradí dva stávající kotle v areálu bývalé Teplárny Tábor, které spalují hnědé uhlí, topný olej a hnědouhelný dehet. 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).

Investiční záměr ctí principy tzv. cirkulárního hospodářství: počítá pouze s využitím odpadů, které nelze opětovně využít nebo recyklovat. 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. Nový kotel umožňuje dlouhodobý a efektivní provoz i na nižší než uvedený výkon, a poskytuje flexibilitu v poměru spalovaných odpadů.

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. Kč.

„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.

Čtěte také: Zlepšení ovzduší Dolní Domaslavice

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.

Technologie fluidních kotlů

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.

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.

Čtěte také: Zkušenosti s ekologickou vložkou Viadrus: Co říkají uživatelé?

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.

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.

Čtěte také: Podmínky pro Získání Kotlíkové Dotace

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. 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. 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.

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.

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.

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.

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.

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.

Zařízení pro energetické využití odpadu (ZEVO)

Zatímco běžná spalovna slouží pouze k likvidaci odpadů, ZEVO vyrábí z našich odpadů tepelnou a elektrickou energii. Tuto energi je možné využít v domácnostech pro vytápění a ohřev teplé užitokové vody a jako zdroj elektriké energie. V ZEVO dojde k redukci objemu odpadu o 90 %. Odpad se přemění na teplo a elektrickou energii. Emisní limity pro ZEVO jsou přísnější, než limity pro konvenční uhelné zdroje. Ze škváry vzniklé spalováním odpadu v ZEVO budou vytřděny kovy.

Jde o technologicky sofistikovaná zařízení, která řízeně spalují odpad při vysokých teplotách a uvolněná energie z tohoto procesu se dále využívá k výrobě páry, která roztáčí lopatky turbíny a následně je generována elektrická energie. Část páry se odvádí jako teplonosné médium do soustavy centrálního zásobování teplem obcí a měst, nebo do výměníkové stanice k ohřevu vody, která opět slouží jako teplonosné médium pro horkovody. Provoz je řízen z centrálního velína.

Vstupním objektem pro vozidla dovážející odpad do spalovny je váhovna s detekčním systémem gama záření. Detektory mají za cíl odhalit zdroje ionizujícího záření nebo radioaktivní látky při nelegálním a nežádoucím transportu těchto látek s přiváženým odpadem a omezit tak následky nehod, které by mohly nastat únikem těchto zdrojů do životního prostředí. Z váhy jsou odpady nasměrovány buď na tříďovací linku, jde-li o materiálově využitelné složky komunálního odpadu ze systému separovaného sběru zavedeného obcí, nebo k zásobníku odpadů určených k energetickému využití.

Obsluha na příjmu kontroluje dovážený odpad a v případě nesrovnalostí ho nepovolí vysypat do zásobníku odpadů. Zásobník odpadů je železobetonová stavba, ve které lze uložit až tisíce tun směsného komunálního odpadu, což vytváří při maximálním výkonu provozní zásobu na několik dní. V zásobníku se udržuje trvale mírný podtlak z důvodu odsávání vzdušniny, která se využívá ve spalovacím procesu jako primární vzduch. Zároveň je tak zabráněno i šíření zápachu a prašnosti do bezprostředního okolí spalovny.

Obsluha jeřábu polypovým drapákem odebírá dovezený odpad od vstupních skluzů, provádí homogenizaci odpadů v zásobníku a plní násypky jednotlivých kotlů. ZEVO mají jeden a více kotlů. Odpad ze vstupní násypky kotle prochází spádovou šachtou a pomocí podávacího zařízení s hydraulickým pohonem se dávkuje na spalovací rošt kotle. Odpad na roštu se posunuje a obrací pohybem roštnic „proti“ sklonu roštu a pohybu odpadů, čímž se zajistí dokonalé vyhoření spalitelných složek odpadu.

Technologie umožňuje nastavení spalovacího režimu v rámci širokého rozsahu výhřevnosti spalovaných odpadů. Ve spalovací komoře je zajištěno rovnoměrné rozložení teplotního pole s dosažením minimální teploty spalin 850 °C po dobu několika sekund pro zajištění dokonalé oxidace biogenních prvků - dusíku, uhlíku, vodíku i síry. Vysoká teplota zároveň zajišťuje dokonalé dohoření organických látek tak, aby se nemohly následně rekombinovat za vzniku termostabilních látek, které by byly škodlivější než původní organické látky v odpadu. Při oxidačním procesu dochází k exotermické reakci za uvolnění maximálního množství tepelné energie.

Kotel je navržen takovým způsobem, aby byla zajištěna dostatečně dlouhá doba zdržení spalin ve spalovací komoře kotle pro dokonalé vyhoření spalitelných složek odpadů při současné produkci nízkých emisí oxidu uhelnatého a oxidů dusíku. Konstrukčně jsou kotle řešeny tak, aby se zajistilo maximální snížení průtočných rychlostí spalin výhřevnými plochami se snahou o docílení maximálního parního výkonu kotle při minimalizaci zanášení jeho vnitřních prostor.

Pro najíždění ze studeného stavu je nutné spalovací komoru nejprve vyhřát pomocí hořáku na zemní plyn. Odpad přiložený do takto předehřáté spalovací komory okamžitě vzplane a pro další proces hoření již nepotřebuje přídavné palivo. Pára se odvádí na parní odběrovou kondenzační turbínu, kde expanduje a vykonává mechanickou práci pohonem lopatkového rotoru.

Rotor je spojen s převodovkou a generátorem, který mechanickou práci transformuje na elektrickou energii. Při průchodu turbínou pára snižuje svůj tlak i teplotu a je odváděna tzv. regulovaným odběrem do středotlakého rozdělovače a poté do soustavy centrálního zásobování teplem. Rovněž obvykle slouží k vytápění obslužných prostor spalovny, k udržování vakua v kondenzátoru, k ohřevu teplé užitkové vody a k předehřevu primárního spalovacího vzduchu.

Nevyužitá pára po výstupu z turbíny je vedena do vzduchem chlazeného kondenzátoru, kde se mění její skupenství zpět na vodu a využívá se opětovně v procesu výroby páry. Turbosoustrojí může obvykle být provozováno v tzv. ostrovním režimu.

Napájecí vodu pro kotle tvoří především vratný kondenzát ze sítě CZT, čistý kondenzát ze vzduchem chlazeného kondenzátoru a voda z chemické úpravny vody, kde se používá hlavně pitná voda z veřejné vodovodní sítě a dále voda z hydrogeologických vrtů umístěných v areálu spalovny. Na chemické úpravně vody je instalována demineralizační stanice se dvěma linkami o celkovém výkonu 40 t/hod. demineralizované vody. Demineralizace je založena na protiproudé ionexové technologii, která se vyznačuje menší měrnou spotřebou regeneračních činidel a vyšší kvalitou upravené vody. Upravená demineralizovaná voda je akumulována ve dvou nádržích. Odpadní vody z chemické úpravny vody po neutralizaci a další technologické úpravě vody se shromažďují v retenční nádrži. Každý kotel je vybaven zařízením pro snižo­vání koncentrace znečišťujících látek. Spaliny pak obsahují pouze kolem 0,0009 % těchto látek. Vytříděné železo i hliník se jako druhotné suroviny odvážejí k dalšímu využití.

Energetické využití odpadu je pro mnohé stále neznámé téma. Každý původce odpadu - je povinen předcházet vzniku odpadů a pokud odpad vznikne, soustřeďovat jej odděleně, aby mohl být předán oprávněným osobám k využití nebo odstranění.

Energetické využití směsného komunálního odpadu (SKO) v zařízení ZEVOzajišťuje maximální využití energetického potenciálu z SKOšetří primární neobnovitelné zdroje surovin a energiípřispívají k energetické bezpečnosti v dané obci s CZT tím, že omezují závislost na dovozu fosilních paliv pro výrobu tepla a el. energienaplňuje významné části environmentálních závazků ve vztahu k omezování využívání fosilních paliv, produkce fosilního CO2 a dalších skleníkových plynů.

SKO se v ZEVO v důsledku chemické termo-oxidační reakci přeměňuje přímo na tepelnou energii, následně i na elektrickou energii, přičemž se minimalizuje riziko šíření patogenů. Na konci spalovacího procesu se ze škváry separují feromagnetické i neferomagnetické kovy zbavené organických zbytků, etiket, barviv, lepidel a ochranných vrstev konzerv, které mají vyšší kvalitativní parametry než kovy vytříděné z SKO, a jsou následně předávány k materiálovému využitíškvára jako inertní anorganický materiál má potenciál využití ve stavebnictví.

Provozovatelé zařízení pro energetické využívání odpadů mají nastaveny kontrolní mechanizmy, jak předejít přijetí nevhodného a nežádoucího odpadu, ale není v jejich silách důsledně kontrolovat, že SKO (82 %) neobsahuje materiály vhodné k recyklaci.

Ze sídlištního SKO lze z poloautomatické dotřiďovací linky na SKO získat cca 10 % materiálově využitelných složek (sklo, papír, plasty, kovy). Při technologické úpravě a sušení se odstraní cca 15 % vlhkosti, 10 % inertního podílu se odstraní skládkováním, a 65 % SKO se přemění na alternativní palivo (TAP) pro spalování v multipalivových kotlích.

Zařízení spalující paliva TAP musí mít integrované obdobné systémy čištění spalin a plnit stejné emisní limity pro legislativně vyjmenované znečišťující látky jako ZEVO. Logisticky a technologicky je proces složitější, ekonomicky i environmentálně náročnější a celkově méně efektivní než přímé energetické využití odpadů v ZEVO.

Z výsledků jediné třídící linky na SKO v ČR, je zřejmé, že v SKO neobsahuje tak významný podíl materiálově využitelných složek, jak některé organizace deklarují, přičemž jejich vytřídění je technologicky, energeticky, ekonomicky, environmentálně náročné, tedy ve svém důsledku neefektivní.

Škvára ze ZEVO

Škvára ze ZEVO je minerální anorganický materiál s dlouhodobě sledovaným chemický složením. Obsahy těžkých kovů ve škváře jsou stabilní a mají v čase klesající trend. Dioxiny, PCB i bromované dioxiny se ve škváře nevyskytují v detekovatelném množství. PFAS/PFOS v aplikovaných formách komunálních odpadů jsou při spalování prakticky zcela rozloženy a produkty jejich rozkladu jsou fixovány do stabilních forem. Mikroplasty se v rámci spalovacího procesu za vysokých teplot zcela rozloží. Na základě dostupných vědeckých dat a dlouhodobého monitoringu není důvod vylučovat škváru ze stavebního využití.

Hlavní složku škváry tvoří hlinitokřemičitany vápenaté a železitan vápenatý. Přítomnost volného hydroxidu vápenatého ve škváře způsobuje její alkalickou reakci. Po odloučení kovů a odležení (imobilizaci) jde o stabilní inertní anorganický materiál.

Obsahy těžkých kovů ve škváře jsou v zařízení ZEVO dlouhodobě monitorovány. Data z posledních 30 let prokazují trvalý pokles koncentrací sledovaných těžkých kovů např. Pb, Ni, Cd, Cr a Hg, a to na úroveň běžnou v životním prostředí. Další významné snižování jejich koncentrací již nelze reálně očekávat.

Směsný komunální odpad obsahuje dioxiny v rozmezí 50-250 ng TEQ/kg, zatímco ve škváře jsou všechny sledované kongenery dioxinů pod mezí detekce akreditovaných analytických metod. Podle vyhlášky č. 273/2021 Sb. příl. č. 6 se hodnoty pod mezí detekce považují za nulové. Totéž platí pro koncentrace PCB kongenerů ve škváře.

Koncentrace bromu v SKO jsou až 1000× nižší než chloru. Poměr brom/chlor ve spalinách odpovídá jejich poměru v přijímaných odpadech. V důsledku nízkých koncentrací bromu ve spalinách je přímo úměrně omezena možnost jeho rekombinace za vzniku bromovaných dioxinů. Ve škváře nebyly bromované dioxiny prokázány.

PFAS se rozkládají při teplotách nad 600 °C, přičemž ošetřené textilie fluortelomery (goretex) při teplotách 725 °C dosahují účinnosti destrukce > 99,9 %. Spalováním PFOS/PFAS nevede k jejich zpětné rekombinaci ani k emisím těchto látek, ale ke vzniku plynů (CF₄, C₂F₆). Díky přítomnosti Ca(OH)₂ při spalovacím procesu přechází organické sloučeniny fluoru v stabilní fluorid vápenatý (CaF₂).

Plasty se při teplotách kolem 100- 460 °C na roštu zcela rozkládají, rychlost jejich rozkladu souvisí s velikostí a tloušťkou materiálu a na typu polymeru. Teploty na roštu dosahují hodnot 900 °C a ve spalovací komoře ještě vyšší. Mikroplasty se ve škváře ani v emisích nebyly detegovány.

Legislativa a kontrola spalování odpadů v domácnostech

Při spalování odpadů v domácích topeništích je blízké okolí zdroje zamořeno emisemi škodlivých látek, což má za následek obtěžování sousedních obyvatel zápachem, poškozování jejich majetku, a v horším případě újmy na jejich zdraví (např. respirační choroby). Z důvodu zamezení emisí těchto nežádoucích látek došlo ke změně legislativy ochrany ovzduší, dovolující za určitých podmínek provést kontrolu podezřelé domácnosti.

tags: #kotle #pro #energeticke #vyuzivani #odpadu #princip

Oblíbené příspěvky:

• Znečištění ovzduší v ČR
• Teploty a srážky v různých klimatech
• Témata environmentální výchovy
• Odpadkové koše z kartonu Žďár
• Recyklace v domácnosti: průvodce