Energetické zpracování odpadů Návrh nového zákona o odpadech stanovuje jako prioritu využívání odpadů, včetně jejich energetického využití, před zneškodňováním. Rovněž specifikuje podmínky, za nichž lze spalování odpadů za energetické využití považovat. Těmito podmínkami jsou zejména následující...
Energetické zpracování odpadů
Návrh nového zákona o odpadech stanovuje jako prioritu využívání odpadů, včetně jejich energetického využití, před zneškodňováním. Rovněž specifikuje podmínky, za nichž lze spalování odpadů za energetické využití považovat.
Těmito podmínkami jsou zejména následující požadavky:
[*] použitý odpad by po vlastním zapálení neměl k dalšímu spalování potřebovat podpůrné palivo,
[*] v průběhu spalovacího procesu musí být překročena nejmenší výhřevnost vnášených odpadů stanovená zákonem, a to bez přidání podpůrného paliva,
[*] účinnost spalování by měla být vyšší, než je hodnota stanovená zákonem,
[*] získaná energie by měla být prokazatelně využita.
Většinu spalitelných odpadů je však nutno považovat za méněhodnotná paliva, jejichž spalování se často setkává se značnými obtížemi. Plynou z nehomogenity a značné různorodosti termofyzikálních i termochemických vlastností spalovaných odpadních materiálů a především z vysokého obsahu vlhkosti. Platí to zejména o komunálním odpadu, který je velmi různorodým materiálem s rozdílnými vlastnostmi a rozměry. Podle svého látkového složení se vyznačuje rozdílnými požadavky na technologii spalování a konstrukci spalovacího zařízení.
Splnění výše uvedených podmínek lze často zabezpečit pouze za předpokladu vhodného složení spalované odpadní směsi, vyhovující jak z hlediska dostatečné výhřevnosti, tak i z hlediska vhodné zrnitosti výsledné vsázky. Další podmínkou je dodržení základních technologických požadavků pro spalovací procesy v základních typech spalovacích pecí.
TECHNOLOGIE SPALOVÁNÍ
Spálením hořlavých odpadů jsou nebezpečné látky v nich obsažené přeměněny na relativně neškodné produkty. Uvedená metoda není konečným způsobem odstranění. Při spalování vznikají vedlejší produkty, jako je popel (struska) a plynné zplodiny obsahující škodlivé plynné i pevné částice.
Samotné spalování tuhých odpadů probíhá poměrně složitým způsobem. Je podmíněno předchozím vysušením a ohřevem na zápalnou teplotu, k němuž dochází jednak sáláním žhavých spalin a zdiva pece, jednak konvencí spalin nebo předehřátého vzduchu.
K vysušení odpadu dochází za teplot 50 řC až 150 řC. Za vyšších teplot pak v důsledku rozkladných procesů dochází k uvolnění tzv. prchavé hořlaviny. Rozumíme tím část celkové hořlaviny odpadu, která se při zahřátí uvolňuje ve formě těkavých látek. Zbývající tuhý materiál je dále zplyňován a po dosažení zápalné teploty je postupně spalován. Zápalná teplota představuje minimální teplotu, při jejímž dosažení palivo dále hoří bez přívodu tepla zvenčí.
K tomu, aby další spalování odpadu probíhalo požadovaným způsobem za vzniku plynných látek o kontrolovatelném složení, je nutno zajistit určité základní podmínky:
[*] dostatečné množství spalovacího vzduchu, který by měl být přiváděn s přebytkem 1,5 až 2,5 vůči stechiometrii spalovacích reakcí,
[*] spalování odpadu o určité minimální výhřevnosti, zabezpečující při spalování dostatečný vývin tepla, nezbytný ke krytí ztrát tepla do okolí a k udržení minimální technologické teploty v reakční komoře (závisí na druhu spalovaného odpadu),
[*] zajištění zdržení spalin v komoře dodatečného spalování (při dostatečné teplotě v rozmezí 850 řC až 1200 řC) po dobu minimálně 1 až 2 sekund.
DOKONALÉ SPALOVÁNÍ
Stechiometrie dokonalého spalování jakéhokoliv tuhého či kapalného odpadu je založena na souhrnné rovnici, která vyjadřuje oxidaci jednotlivých hořlavých složek spalovaného odpadu.
Lze očekávat, že pokud odpadní materiály obsahují prvky jako Cl, F, S a N ve svých hořlavých složkách, dochází při jejich spalování ke tvorbě HCl, HF, SO2 + SO3 a NO + NO2. Je zřejmé, že odpadní spaliny sestávají především z dusíku ze spalovacího vzduchu, oxidu uhličitého, vodní páry a přebytečného kyslíku. Ostatní plynné látky lze považovat za stopové kontaminanty, na jejichž obsahu budou záviset požadavky na technické zabezpečení spalovny zařízením k čištění spalin.
Účinné zneškodnění všech škodlivin ve spalovaných odpadech bude ve značné míře záviset na zvoleném spalovacím režimu. U spalovací pece na odpad tím rozumíme průběh tepelných toků, teploty spalovaného odpadu, spalin a pece a těmto teplotám odpovídající procesy v závislosti na čase, tj. době pobytu odpadu ve spalovacím zařízení. Tento spalovací režim bude zásadně určen jednak charakterem práce (tedy skutečností, zda pec pracuje periodicky či kontinuálně), jednak vlastním konstrukčním provedením spalovací pece na odpad.
ODLIŠNÉ REŽIMY
Vzhledem k tomu, že pro spalování odpadu různého původu a vlastností byla vyvinuta celá řada konstrukčních typů spalovacích zřízení, setkáváme se často se značně odlišnými režimy spalování.
U převážné většiny spalovacích pecí na odpad zahrnuje spalovací režim pět postupně probíhajících (v závislosti na teplotě v reakčním prostoru) základních fází: sušení, odplyňování, zapálení, odhořívání a hoření.
Tepelná práce spalovacích pecí na odpad je zásadně ovlivněna zvolenou technologií spalování, tedy jejich spalovacím režimem. Při jeho návrhu nutno důsledně vycházet ze znalosti základních charakteristik spalovaného odpadu (zejména elementární složení, výhřevnost, teplota rozkladu, zápalná teplota, spalná teplota, granulometrické složení, chemické složení plynné fáze).
S přihlédnutím k typu spalovací pece možno stanovit potřebné teploty a doby pobytu daného odpadu v reakční komoře, nezbytné pro jeho spolehlivé zneškodnění (teploty a doby setrvání plynných produktů v komoře dodatečného spalování jsou taxativně stanoveny vyhláškou č. 117/97 Sb., k zákonu o ovzduší).
Uvedené podmínky nutno stanovit s určitou bezpečností. Spalování tuhých odpadů probíhá v převážné většině spalovacích pecí jako spalování ve vrstvě, představující nejméně příznivý případ spalování paliv. Dosažitelný stupeň rozkladu škodlivin je ovlivněn nejen teplotou, ale rovněž charakterem prostředí, v němž proces probíhá.
Z uvedených skutečností nutno vycházet i při hodnocení tepelné práce spalovacích pecí na odpad. Tento problém je v současnosti metodicky upraven normou ČSN 063090 "Zařízení pro termické zneškodňování odpadů". Je v ní řešena otázka tepelné účinnosti spalovacích pecí na odpad a to na základě sestavení a vyhodnocení rovnice tepelné bilance pro sledovaný proces.
TEPELNÝ TOK
Při stanovení užitečného tepelného toku, potřebného pro technologický proces zneškodnění odpadu spalováním, nutno vycházet z požadavku zadaných technologicky nezbytných teplot v jednotlivých fázích procesu. Z tohoto hlediska (v závislosti na různém technologickém určení a konstrukčním provedení) může tepelný tok zahrnovat:
[*] tepelný tok potřebný na odpaření vody a ohřev vzniklé vodní páry na teplotu odcházejících spalin,
[*] tepelný tok potřebný pro termický rozklad odpadu související s uvolněním prchavé hořlaviny,
[*] tepelný tok potřebný k zahřátí odpadu na zápalnou teplotu,
[*] tepelný tok potřebný pro ohřev vzniklých produktů spalování na teplotu, jejíž dosažení v reakční komoře je nutné z hlediska spolehlivého zneškodnění odpadu,
[*] tepelný tok potřebný pro ohřátí spalin vzniklých v reakční komoře na požadovanou teplotu v komoře dodatečného spalování,
[*] tepelný tok potřebný pro ohřátí přebytečného množství vzduchu v komoře dodatečného spalování (nutné ke zvýšení obsahu kyslíku ve spalinách na výsledných minimálně 6 % objemových),
[*] tepelný tok získaný rekuperací tepla odpadních spalin (k předehřevu spalovacího vzduchu, k výrobě páry, teplé užitkové vody).
Celkový užitečný tepelný tok je pak dán součtem dílčích užitečných tepelných toků.
Po matematickém vyjádření dostáváme pro účinnost spalovací pece na odpad (není uvažován tepelný tok získaný využitím tepla spalin) matematický vztah. Zahrnuje hodinový hmotnostní tok spalovaného odpadu, hmotnostní podíl vody (vlhkosti) v odpadu, teplotu odpadu na vstupu do reakční komory, zápalnou teplotu spalovaného odpadu, teplotu spalin v reakční komoře (nebo v komoře dodatečného spalování), měrnou tepelnou kapacitu odpadu (nebo vody), měrnou tepelnou kapacitu spalin v reakční komoře, objem vlhkých spalin vzniklých spálením hmotnostní jednotky odpadu, objem vlhkých spalin v komoře dodatečného spalování připadající na hmotnostní jednotku odpadu včetně dodatečného množství vzduchu, výhřevnost odpadu, výhřevnost podpůrného paliva a hmotnostní nebo objemový průtok podpůrného paliva.
EXPERIMENTY
Uvedený způsob stanovení účinnosti spalovacích pecí na odpad byl ověřen měřeným experimentem v rámci zpracování diplomových prací na Spalovně nebezpečných odpadů v ŽDB, a. s., Bohumín.
Je zřejmé, že vzhledem k rozdílným vlastnostem spalovaných odpadů bude výsledná hodnota tepelné účinnosti spalovací pece funkcí celé řady proměnných parametrů a nelze ji tedy stanovit na podkladě pouhého odborného odhadu.
Proto byl zcela nevhodný původní návrh věcného záměru zákona o odpadech z října 1999, který předpokládal stanovení minimální účinnost spalovacích pecí zákonem (například ve výši 75 %), a to bez bližšího vymezení způsobu vyjádření této veličiny. Stejně tak uvažovaná hodnota minimální požadované výhřevnosti odpadu ve výši 11 000 kJ/kg by vyloučila z kategorie energeticky využitelných odpadů značný podíl tuhého domovního odpadu, jehož průměrná výhřevnost obvykle uvedeného limitu nedosahuje.
Přesto spalování domovního odpadu o nižší výhřevnosti (v rozmezí 8000 až 11 000 kJ/kg) bez podpůrného paliva obvykle nečiní obtíže, v literatuře se přitom uvádí jako limitní hodnota výhřevnost domovního odpadu 5000 kJ/kg.
(Úplné znění k dispozici v redakci)
KAREL OBROUČKA,
katedra ochrany životního
prostředí v průmyslu
Vysoké školy báňské, Ostrava
