Energia előállítása állati tetemekből húslisztet elégető erőműben

Átírás

1 KÖRNYEZETRE ÁRTALMAS HULLADÉKOK ÉS MELLÉKTERMÉKEK 7.6 Energia előállítása állati tetemekből húslisztet elégető erőműben Tárgyszavak: BSE; hulladékégetés; együttégetés; húslisztégetés; zsír elégetése; technológiai paraméterek ben jelentkezett először Dél-Angliában a szarvasmarhákon egy ismeretlen eredetű betegség, amely később az egész szigeten elterjedt. A szivacsos agyvelőgyulladás (BSE) néven ismertté vált, a szarvasmarhák agyában bekövetkezett szivacsos elváltozással járó esetek száma a 90-es évek elejéig évente folyamatosan növekedett. A járvány okaként a kórokozóval szennyezett húsliszttel történő táplálást azonosították, a kórokozót a BSE-ben megbetegedett szarvasmarhák tetemében is kimutatták. A nagy nyereséget hozó húslisztet az 1980-as évek eleje óta alkalmazzák a szarvasmarháknál táplálék-kiegészítőként. Hőkezelését csak 110 C-on végzik, a kórokozók inaktiválása és az értékes tojásfehérje-tartalmú táplálék megőrzése érdekében. Tapasztalatok Nagy-Britanniában Miután beigazolódott, hogy a húsliszt, illetve a benne található kórokozó az oka a BSE elterjedésének, július 18-án Nagy-Britanniában betiltották a kérődző állatok húsliszttel történő táplálását. Ennek következtében 1993-tól csökkent a BSE-megbetegedések száma. A BSE-megbetegedést patogén prionok okozzák, amelyek komplex fehérjeszerkezetük miatt különböző formákban léteznek. Fertőző formájuk más állatra (például egérre, birkára, kecskére, sertésre) is átvihető. Emberen a BSE-kórokozó egy változata Kreuzfeld-Jacobs megbetegedést okoz. A baktériumokhoz és a vírusokhoz viszonyítva a prionok különösen ellenállóak a kémiai és a fizikai hatásokkal szemben, fertőzőképességük például 100 C-on alig változik. Ha a kórokozót a húslisztet előállító körfolyamatból nem tudják eltávolítani, a húsliszt állati táplálékként történő felhasználása tilos. A hulladékoknál

2 szokásos 850 C felett történő elégetés során ugyanakkor a kórokozó fehérje szerkezete teljesen lebomlik. A BSE-kórokozók elpusztítása érdekében a brit kormány határozatot hozott minden 30 hónaposnál idősebb állat levágására. A levágott állati tetemet húslisztté és faggyúvá dolgozták fel. Ez 2000 év végéig 280 E t húsliszt és 150 E t faggyú előállítását jelentette, amit Nagy-Britanniában 14 helyen tároltak. Európában évente mintegy 1,5 M, 30 hónapnál idősebb szarvasmarhát vágtak le, ami a meglévő berendezésekkel nehezen volt végrehajtható. A húsliszt kezelésének lehetőségei A húsliszt és zsír forgalmazásának korlátozása miatt Németországban meg kellett oldani ezen anyagok kezelését, illetve értékesítését. Németországban 22 üzemben évente 800 E t húslisztet és zsírt állítanak elő, ezen túlmenően évente összesen 2 M t vágóhídi hulladék, melléktermék és állati tetem keletkezik. A húsliszt állati eredetű táplálékkiegészítőként történő felhasználásának leállítása után az alkalmazás alábbi lehetőségeit vizsgálták: Lerakóhelyen történő elhelyezés. Az EU előírásai tiltják a húsliszt lerakóhelyen történő elhelyezését, a talajvíz BSE-kórokozóval történő lehetséges szennyeződése miatt. Patkányok vagy más vadon élő állatok terjeszthetik a kórt. Trágyaként történő alkalmazása szintén tiltott, mert nagy a veszélye a talajvíz és a mezőgazdasági termények BSE-kórokozóval történő szennyeződésének. Patkányok vagy más vadon élő állatok itt is terjeszthetik a kórt. Legbiztonságosabb kezelési mód a húsliszt elégetése, mert a kórokozók az égetés során teljes mértékben elpusztulnak. El kell dönteni ugyanakkor, hogy a húslisztnek más tüzelőanyaggal a rendelkezésre álló berendezésekben (pl. széntüzelésű erőművek, háztartási hulladékot elégető berendezés, cementipari berendezések) együttesen történő elégetése kedvezőbb-e gazdaságilag és ökológiailag, vagy a húslisztet önmagában elégető berendezések alkalmazása. A húsliszt elégetése más tüzelőanyaggal együtt Németországban vizsgálták a húsliszt és zsír erőművekben más tüzelőanyaggal együtt történő elégetésének lehetőségét, és megállapították, hogy az együttes elégetés a kezelés egyik lehetséges megoldása lehet. A húsliszt és zsír értékes tüzelőanyag. Fűtőértékük 16, illetve 40 MJ/kg (összehasonlításul a barnaszén fűtőértéke 15 MJ/kg, a kőszéné 30 MJ/kg).

3 Háztartási hulladékot elégető berendezésekben történő alkalmazásuk során magasabb fűtőértékű tüzelőanyag kerül beadagolásra, mint a háztartási hulladék. 900 C feletti égetési hőmérsékleten biztosítható a jó kiégési hatásfok, lebomlanak a komplexebb tojásfehérje molekulák és elpusztulnak a BSEkórokozók. A veszélyesanyag-kibocsátás a húsliszt elégetése esetén kisebb, mint a hulladék vagy a szén elégetésekor, ezért a törvényben előírt emissziós határértékek a füstgáz tisztítása után betarthatók. Kivétel ezalól a nitrogén megnövekedett emissziója, amely a NO x -kibocsátás növekedéséhez és a törvényben előírt határértékek túllépéséhez vezethet. Ennek megakadályozása érdekében a füstgáztisztításra vonatkozó kiegészítő intézkedéseket kell tenni (pl. szelektív nem katalitikus redukció alkalmazása). A gyakorlati tapasztalatok alapján a hulladékégetőkben a kedvezőtlen terhelés (pl. a rostély üresjárata) miatt szükséges az égetési hatásfok felülvizsgálata, illetve a ki nem égett salak visszavezetése. Nagyobb mennyiségű húsliszt erőműben más tüzelőanyaggal együtt történő elégetésekor 20 ppm aminosav, illetve nyomokban protein-alkotórészek találhatók a hamuban. Nem kizárható, hogy ezekből a fehérjeszerkezetekből patogén prionok alakulnak ki. Járványtani szempontból a húsliszt és zsír égetőberendezésben tüzelőanyagként történő alkalmazása problémát okozhat, mert ez a két anyag nem felel meg a hagyományos tüzelőanyag specifikációknak, amelyekre az égetési folyamatok optimalizálásra kerültek. A húsliszt a tárolás során különleges kezelést igényel. Az erőművekben történő elégetés felveti a megnövekedett NO x - emissziók problémáját is. A szén felhasználására optimalizált kazán korrózióját okozhatja a betáplálás megnövekedett foszfát, CaO- vagy káliumtartalma. A fenti károk elkerülése érdekében a nem specifikált tüzelőanyagokból 5 20% alkalmazható csak a tüzelőanyag keverékekben. Az együttes elégetés előnye ugyanakkor a kis beruházási költség, a fentiekben ismertetett veszélyek azonban megkérdőjelezik ezt az előnyt. Az 1. táblázat a húsliszt és zsír kezelésére szolgáló termikus eljárásokat foglalja össze. A húsliszt és zsír elégetése önmagában Vizsgálták a húsliszt és zsír önmagában való elégetését annak eldöntése érdekében, hogy új kezelőberendezések telepítése szükséges-e, vagy átalakíthatók a már üzemelő hulladékégető berendezések. Utóbbi esetben az alkalmazásra kerülő tüzelőanyag, a termikus folyamatok és az égetés során keletkező gázok tisztítása szempontjából kell a berendezést és a technológiát optimalizálni (1. táblázat).

4 1. táblázat A húsliszt elégetésére szolgáló eljárások összehasonlítása Együttes elégetés hulladékégetőben Együttes elégetés erőműben Elégetés önmagában kiváló minőségű tüzelőanyag a húsliszt fűtőértéke 16 MJ/kg, a zsíré 40 MJ/kg, azaz nagyobb, mint a háztartási hulladéké veszélyes anyagok keletkezése a nitrogén kivételével a háztartási hulladéknál kisebb. A NO x -emisszió emelkedése várható kiváló minőségű tüzelőanyag a fűtőérték közel azonos az erőműben elégetésre kerülő tüzelőanyagok fűtőértékével (kőszén 30, barnaszén 15 MJ/kg) veszélyes anyagok keletkezése a nitrogén kivételével kisebb, mint a szén elégetése esetében. A NO x - emisszió emelkedése várható kiváló minőségű tüzelőanyag a nagy értékű és egyenletes fűtőérték ideális a kemence üzemeltetésére veszélyes anyagok keletkezése a törvényi határértékek betartását célzó intézkedések optimalizálhatók. jó elégethetőség a tojásfehérje molekulák lebomlása o C on megvalósítható a kiégés hatásfoka az el nem égett részecskéket viszszavezetik salak és agglomerátumok képződése helyi túlmelegedés és salakképződés lehet az inhomogén, darabos anyag, illetve magasabb (1000 C feletti) égetési hőmérséklet esetén jó elégethetőség a tojásfehérje molekulák lebomlása o C on megvalósítható a kiégés hatásfoka a hamuban aminosavat és nyomokban fehérjéket találtak salak és agglomerátumok képződése lehetséges magasabb (1000 C feletti) égetési hőmérséklet esetén jó elégethetőség a tojásfehérje molekulák lebomlása o C on megvalósítható a kiégés hatásfoka fluid ágyas rendszer alkalmazásával a hamu aminosavtartalma egy nagyságrenddel kisebb a törvényben előírt 50 ppm határértéknél salak és agglomerátumok képződése az égetési hőmérséklet megfelelő megválasztásával és az anyag égetés előtti darabolásával csökkenthető tárolhatóság tárolása hulladékbunkerben kis stabilitása miatt nem ajánlott korrózió és lerakódások képződése a kazántérben lehetséges, nagy foszfát-, CaO-, káliumtartalom jelenléte esetén tárolhatóság újonnan épített rendszerben lehetséges korrózió és lerakódások képződése a kazántérben lehetséges, nagy foszfát-, CaO-, káliumtartalom jelenléte esetén tárolhatóság újonnan épített rendszerben lehetséges korrózió és lerakódások képződése a kazán megfelelő kialakításával csökkenthető kis beruházási költség közepes beruházási költség nagy beruházási költség (új berendezés építése szükséges) Új berendezés tervezésekor figyelembe kell venni a tüzelőanyag (húsliszt vagy zsír) magas és közel azonos fűtőértékét. Az égetési folyamatok optimalizálásával a füstgázok mechanikus hamumentesítésének kivételével a 17. szövetségi immisszió ellenőrzési törvény és a vonatkozó EU-irányelvek előírá

5 sai további kiegészítő intézkedések nélkül betarthatók. A húsliszt elégetését C között végzik, ekkor biztosítható az anyag megfelelő kiégése, és lehetővé válik a BSE kórokozót hordozó tojásfehérje molekulák lebontása. Fluidizációs technika alkalmazásával a hamu aminosavtartalma egy nagyságrenddel kisebb a törvényben előírt 50 ppm-es határértéknél. Az égetőműbe beszállításra kerülő húslisztet az elégetés előtt tárolni kell. A tárolórendszerhez kapcsolódó feldolgozóegységgel biztosítható, hogy túl nagy, a hosszú ideig tartó, nyomás alatt történő tárolásnál keletkező konglomerátumok ne kerüljek az égetőbe. Ezen előkészítéssel és az égetési folyamat megfelelő kialakításával elkerülhető a kemencében a salakosodás és az agglomerátumok képződése. A mono-égetőberendezések telepítésekor nagyobb a beruházási költség, mert új berendezést kell építeni. Ezt a gazdasági hátrányt kiegyenlíti azonban a húsliszt teljes és biztonságos ártalmatlanításának lehetősége. Kockázatbecslési vizsgálatok szerint a patogén prionok elterjedésének kockázatát nem a szennyezett húsliszt más tüzelőanyaggal történő együttes elégetése jelenti, hanem a szállítás, a tárolás és az adagolás. A berendezések működése ugyanakkor jól ellenőrizhető, ezért Nagy-Britanniában jelenleg 5 mono-égetőberendezés üzemel illetve építésük folyamatban van. Égetési vizsgálatok 1999 elején a Lurgi Rt. frankfurti kutatóközpontja égetési vizsgálatokat hajtott végre fluidizációs félüzemi berendezésben. A vizsgált anyag 15 t ír és 2 t német csontliszt volt, amelyeket különböző vizsgálati körülmények között égettek el. A vizsgálatok célja az égetőberendezés optimális paramétereinek és a füstgáz veszélyesanyag-tartalmának (HF, HCl, SO 2, NO x, CO, dioxin) a meghatározása, valamint a keletkező hamu vizsgálata volt. A félüzemi berendezés kapacitása kg/h húsliszt. A méréseket folyamatos (24 órás) üzemvitelben, 5 napon át hajtották végre. A kapott eredmények az alábbiakban foglalhatók össze: a nagy (16 19 MJ/kg) fűtőértékű német és a csontban gazdag ír húsliszt (fűtőérték MJ/kg) tüzeléstechnikailag problémamentesen elégethető volt; a maximálisan megengedett CO 2 -emissziók betartása érdekében az égetési hőmérséklet 900 C-nál, a füstgáz O 2 -tartalma 6 %(V/V)-nál nagyobb volt. A gáz tartózkodási ideje nem lépte túl a 4 másodpercet; a NO x -emissziók betarthatók voltak. Ammóniának a kemence és a füstgáz tisztító közötti csatornába történő adagolásával a NO x - mennyiség csökkent, ezt a lehetőséget a nagyüzemi berendezések esetében is ajánlják; a SO 2 - (0,7 7,6 mg/m 3 ), HF- (0,05 0,19 mg/m 3 ) és HCl-(0,18 3,8 mg/m 3 ) emissziók az előírt határértékek alatt maradtak;

6 a kéményben mért dioxinkoncentráció 0,02 0,08 ng/nm 3 volt; a reaktorágyban, a hőcserélőben és a szűrőben vett hamu fehérjetartalma egyetlen esetben sem haladta meg az 50 mg/kg határértéket. A Lurgi Rt. Southamptonban üzemelő, húslisztet elégető erőműve 2001 közepén helyeztek üzembe Southampton közelében egy húslisztet elégető, stacionárius fluid ágyas égetőberendezést. A keletkező hulladékhőből áramot állítanak elő. A technológia lépései az alábbiak: A beszállító teherautók a húslisztet tárolóbunkerekbe öntik. A csont- és húslisztet összetörik. A tárolók zárt rendszerűek. Két párhuzamos, porszűrőből, kompreszszorból és szénszűrőből álló rendszer szívja el a szennyezett levegőt. A húsliszt tárolótartályon át kerül a kemencébe. A kemence égetőkamrája kerámiaborítású, membránfalú. Az égőtér alsó részében elhelyezett homokágyon át vezetik be az égetéshez felhasznált levegőt. A fluid ágyban kényszercirkulációs rendszerű elgőzölögtető csövek találhatók. A húslisztet közvetlenül a fluid ágyba táplálják, ahol végbemegy az autoterm égetés. A fluid ágyas égetés során a levegő bevezetése a kemence teljes keresztmetszetén át történik, ami biztosítja a homogén hőmérséklet-eloszlást. A rendszer indításakor a rendszert segéd-tüzelőanyaggal (pl. földgáz, olaj) 900 C-ra melegítik fel. Az örvényágy felett két égő található, a szabad tér 900 o C feletti hőmérsékletének biztosítása érdekében. Az égetőtérben a gyújtási hőmérséklet, illetve a kemencefejben a 900 C feletti hőmérséklet elérésekor megkezdik a húsliszt beadagolását. A keletkező gőzből a rendszerhez csatolt turbinában villamos energiát állítanak elő. A füstgáz 900 C hőmérsékleten hagyja el a rendszert, egy háromutas kazánban 200 C ra hűl, ahol 40 bar nyomású, 450 C hőmérsékletű gőz keletkezik. A füstgáztisztító rendszer részei: porszűrő, elszívó, kémény. (Regősné Knoska Judit) Solmaz, S.; Müller, D.: Regenerative Energie aus Tierkörpern durch Verwertung in einem Tiermehlheizkraftwerk. = VDI-Berichte, sz. p Ragnar, W.: Mitverbrennung von Tiermehl. = Umwelt, sz. p

7

8