Rusztowa

Termiczne przekształcanie odpadów w kotłach rusztowych

Instalacje z paleniskami rusztowymi są najbardziej rozpowszechnioną grupą technologiczną używaną dla celów termicznego przekształcania odpadów komunalnych. Jest to obecnie najchętniej i najczęściej stosowane rozwiązanie w krajach UE. Technologia rusztowa, najbardziej dojrzała technologicznie, o znanych parametrach ekonomicznych budowy i eksploatacji, umożliwia przekształcanie wszystkich rodzajów stałych odpadów komunalnych w tym wysokoenergetycznej frakcji z odpadów, jak również na zasadzie współspalania - odwodnionych osadów ściekowych i niezainfekowanych odpadów medycznych. Pełne zintegrowanie rusztu, pieca i kotła jest najistotniejszym elementem dla instalacji aby pracowała wydajnie oraz przede wszystkim bezpiecznie dla środowiska.

Ruszt
Najważniejszy element pieca rusztowego stanowi jego ruszt. Każdy rodzaj rusztu musi spełniać określone wymagania dotyczące sposobu dostarczania powietrza pierwotnego pod ruszt, możliwości jego dodatkowego chłodzenia (wodą, gdy kaloryczność odpadów jest wysoka i chłodzenie powietrzem jest niewystarczające), szybkości przemieszczania się jak i mieszania odpadów. Czas przebywania odpadów na ruszcie wynosi zwykle nie więcej niż 60 minut.

Ruszty mogą być stałe lub ruchome, poziome lub pochylone, walcowe, posuwisto zwrotne. Najczęściej i najchętniej używanym jest ruszt posuwisto-zwrotny ze względu na jego niezawodność i bardzo dobre parametry techniczne. Jakość wypalenia odpadów jest bardzo wysoka. Ruszt ten składa się z ułożonych schodkowo rusztowin w sekcjach rozpiętych na szerokość pieca. Odpowiednie ruchy rusztowin zapewniają wymagany poziom wymieszania odpadów oraz oczyszczanie szczelin doprowadzających powietrze do procesu spalania (powietrze pierwotne, które spełnia także role czynnika chłodzącego ruszt). Przesuwanie się rusztowin w kierunku przeciwnym do ruchu przemieszczania się odpadów umożliwia tworzenie się jednolitej ich warstwy i wynoszenie na wierzch rusztu części rozżarzonej masy suszącej i zapalającej nowo dostarczane odpady. Występuje wiele odmian tego typu rusztów z dodatkowo poruszającymi się sekcjami i innymi kombinacjami.

W przypadku rusztu posuwisto zwrotnego, kształt rusztowin i dostarczanie powietrza pierwotnego powinny zapewnić zredukowanie do minimum ilości drobnej frakcji przesiewanej pod ruszt, tzw. przesiewów i zapewnić nie tylko wymaganą prawnie jakość żużli i popiołów paleniskowych, ale także regularne rozprowadzanie powietrza pierwotnego na całej powierzchni rusztu.

Komora paleniskowa
Proces spalania odbywa się powyżej rusztu w komorze paleniskowej. Jako całość komora składa się z rusztu usytuowanego w jej dolnej części, chłodzonych i nie chłodzonych bocznych ścian pieca oraz stropu górnego. Gazy generowane przy spalaniu odpadów komunalnych mają dużą lotność, dlatego sam proces spalania odbywa się ponad rusztem, a tylko niewielka jego część na samym ruszcie.

Przy projektowaniu komory paleniskowej zwraca się szczególną uwagę na następujące aspekty:

kształt, rozmiar i dopuszczalne obciążenie cieplne rusztu - decydują o wielkości przekroju komory paleniskowej,
wysoką turbulencję spalin - efektywne wymieszanie spalin jest istotne dla dobrego ich dopalenia,
wystarczającą objętość dla zapewnienia wymaganego prawnie czasu przebywania spalin w gorącej części pieca, o temperaturze tak dobranej, aby przez co najmniej 2 s nie spadła poniżej 850⁰C,
częściowe schładzanie spalin, aby uniknąć osadzania się gorącego, rozmiękłego lotnego popiołu na powierzchniach ogrzewalnych kotła; temperatura spalin nie może przekroczyć górnego limitu przy wyjściu z komory paleniskowej.

Przygotowanie odpadów
Odpady przeznaczone do termicznego przekształcania w piecach rusztowych nie muszą być wstępnie przygotowane i mogą być bezpośrednio podawane na ruszt.

Opis procesu
Odpady przywożone do zakładu wyrzucane są w hali rozładunkowej do fosy pełniącej funkcję zbiornika buforowego. Przy pomocy suwnic wyposażonych w chwytaki odpady podawane są do lejów zasypowych pieca i następnie rozprowadzane równomiernie na ruszcie poprzez dozownik odpadów. Odpady po trafieniu na ruszt są najpierw suszone, dalej spalane. Stałe pozostałości w formie żużla przemieszczane są do odżużlacza z zamknięciem wodnym.

Ze strefy wyładunkowej zasysane jest powietrze, które podawane do pieca jako powietrze pierwotne. Zapewnia to utrzymanie powietrza w hali wyładunkowej w podciśnieniu i przez to zerową emisję odorów z przestrzeni hali. Powietrze pierwotne nie pełni jedynie roli czynnika wymaganego do spalenia, ale również jest podawane zarówno w celu chłodzenia rusztu jak również suszenia odpadów. Powietrze wtórne zasysane jest z obszaru nad kotłem i nie wymaga wstępnego podgrzewania.

Odzysk energii
Odzysk energii odbywa się w kotle odzysknicowym, gdzie ciepło ze spalin wykorzystywane jest do produkcji pary. Procent odzysku energii z termicznego przekształcania odpadów w pełnej kondensacji, czyli przy produkcji samej energii elektrycznej, wynosi od 19 do 25%. W trybie skojarzonym (kogeneracji) przy produkcji ciepła i energii elektrycznej sprawność odzysku energii wynosi od 74 do 85%.

Pozostałości poprocesowe
W skład stałych produktów powstających w efekcie spalania, zwanych także odpadami poprocesowymi, wchodzą żużle (od 20 do 30% masy wprowadzanych do procesu odpadów komunalnych) i popioły (2 do 3% masy wprowadzanych do procesu odpadów komunalnych). Objętość odpadów zostaje zmniejszona do około 10%.

Zalety

termiczne przekształcanie odpadów komunalnych z odzyskiem energii jest dojrzałą, sprawdzoną i szeroko stosowaną technologią;
odzysk energii na wysokim poziomie do 85%, przy pracy instalacji w trybie skojarzonym z produkcji energii elektrycznej i cieplnej CHP (Combined Heat and Power);
możliwość termicznego przekształcania zmieszanych odpadów komunalnych (bez konieczności ich kosztownego przygotowania) jak również energetycznej frakcji odpadów RDF (Refused Derived Fuel);
redukcja od 20 do 30 % początkowej masy odpadów;
redukcja do około 10% początkowej objętości;
odzysk metali;
powstający żużel nie jest odpadem niebezpiecznym i po waloryzacji może być użyty jako materiał budowlany;

Wady