Köztisztasági Egyesülés Szakmai ismeretterjesztő füzetek a települési hulladékgazdálkodással foglalkozók számára. A települési szilárdhulladék termikus kezelése Szerző: Olessák Dénes 4. füzet 1
Tartalomjegyzék Oldal Bevezetés 3 1.A hulladékégetés helyzete az EU tagállamokban és Magyarországon, szerepe és jelentősége a települési hulladékgazdálkodásban 3 2. A termikus hasznosítás fejlesztési irányai és gyakorlati eredményei Európában 9 2.1. A hulladékégetés előnyei, hátrányai 9 2.2. A termikus hasznosítás egyéb módszereinek fejlesztési eredményei 10 3.A hulladékégetés technológiai, műszaki megoldásai 12 3.1.Általános alapelvek 12 3.2.A hulladékégetés technológiája, műszaki megoldások 13 3.2.1. A hulladék átvétele, tárolása, adagolása 14 3.2.2. Tüzelőberendezések 15 3.2.3. Füstgázhűtés, hő hasznosítás 17 3.2.4. Az égetés szilárd maradékainak kezelése 21 3.2.5. Füstgáztisztítás 23 3.2.6. A hulladékégetők szennyvizeinek kezelése 31 4.A hulladékégetés beruházási és üzemeltetési költségei 31 5. A hulladékégetés jogi, műszaki szabályozásának előírásai 34 6. A hulladékégető mű létesítésének előkészítése, a döntés előkészítés értékelési szempontjai, alkalmazási és telepítési feltételek 35 7. A hulladékégetés hazai alkalmazási lehetőségei, a regionális létesítmények szükségessége 39 2
Bevezetés A hulladékok hasznosítása alapvetően kétféle módon történhet, egyrészt anyagában (másodnyersanyagkénti hasznosítás), másrészt energiatartalmának kinyerésével (termikus hasznosítás). A termikus hasznosítás célja a hulladék energiatartalmának lehető leghatékonyabb kinyerése az egyre szigorodó környezetvédelmi követelmények maradéktalan behatása mellett, az eljárás okozta környezeti kockázatok minimalizálásával. A termikus hasznosítás lehetséges módozatai: 1. A hulladékégetés (a hulladék szerves anyag tartalmának teljes értékű oxidatív lebontása széndioxiddá, és vízzé oxigénfelesleg biztosításával). 2. A hőbontás, melynek változatai: pirolízis (a hulladék szerves anyag tartalmának reduktív lebontása oxigén kizárásával). gázosítás (a hulladék szerves anyag tartalmának részleges oxidációval történő lebontása szintézisgázzá - szénmonoxid, hidrogén, szén-dioxid, vízgőz - számított sztöchiometriai mennyiségű oxigén adagolásával). 3. A plazmatechnika (a hulladék szerves anyag tartalmának plazmaállapotban történő teljes értékű oxidatív lebontása - hasonlóan az égetéshez -, illetve a szervetlen anyagtartalom reduktív közegű plazmaállapotban történő feldolgozása másod nyersanyagkénti hasznosítás céljából). A három eljárásváltozat körül ez ideig több évtizedes fejlesztés eredményeképpen, a települési szilárd hulladékok termikus hasznosítására a gyakorlatban kizárólag a hulladékégetés módszere alkalmazott és terjedt el világszerte. A másik két eljárás gyakorlati alkalmazása - néhány nagyüzemi bevezetésre érett gázosítási technológiai megoldás kivételével - jelenleg műszakilag kiforratlan, viszont ezek az égetéssel szemben a jövőben reális alternatívát jelenthetnek. Ezt természetesen a tervezett referencia üzemek tapasztalatai lesznek hivatottak igazolni. 1. A hulladékégetés helyzete az EU tagállamokban és Magyarországon, szerepe és jelentősége a települési hulladékgazdálkodásban. A hulladékégetés műszakilag kiforrott, változatos műszaki megoldásokat - gazdag referencia háttérrel - alkalmazó, igen hatékony és tökéletesen higiénikus hulladékkezelési eljárás, amely jól 3
kapcsolható más hulladékfeldolgozási eljárásokhoz és alapvető eleme a korszerű, komplex hulladékgazdálkodási rendszereknek. Megfelelő üzemvitellel és alkalmas füstgáztisztítási, valamint maradékanyag kezelési módszerekkel ma már a legszigorúbb környezetvédelmi követelményeket is teljesíteni tudja. Az EU tagállamokban a másod nyersanyagkénti hasznosítás előnyt élvez ugyan a termikus hasznosítással szemben, azonban számos ország szabályozása ezt a prioritást a piaci kondíciók, a hulladékkezelési ráfordítások, valamint az egyes eljárások ökomérlegének függvényében korlátozza. A nagy fűtőértékű műanyag hulladékok esetében például több ország az energetikai hasznosítást részesíti előnyben. Az EU hulladéklerakásra vonatkozó irányelvét (1999/31. EK direktíva) figyelembe véve, azzal összhangban, a hazai hulladékgazdálkodási törvény (2000. évi XLIII. törvény a hulladékgazdálkodásról) célul tűzi ki a lerakásra kerülő hulladék biológiailag bontható szerves anyag tartalmának fokozatos csökkentését (az 1995-ben képződött tömeghez képest 2005-ig 75 %-ra, 2008-ig 50 %-ra, 2014-ig 35 %-ra). Hazai relációban a jelen gazdasági adottságok alapján ez látszólag túlzottan ambiciózus célkitűzés, azonban a várható gazdasági fejlődésünk figyelembevételével nem tűnik teljesíthetetlennek. Egyébként azok az országok, amelyek 1995- ben a képződő települési szilárd hulladék több mint 80 %-át lerakással ártalmatlanították,- ilyen hazánk is - a fenti kötelezettséget legfeljebb négy évvel később is teljesíthetik. Ezt a célt kétféleképpen lehet a gyakorlatban elérni: a biológiailag bontható szerves anyag tartalom szelektív gyűjtésével és biológiai módszerekkel (döntően komposztálással) történő hasznosításával, a szerves hulladékok termikus hasznosításával. A legtöbb országban, értékelve és elfogadva a környezetvédelmi aggályokat eloszlató technológiai fejlesztéseket, jelentősen javult a termikus hulladékhasznosítás társadalmi elfogadottsága. Az elmúlt évek tapasztalatai azt mutatják, hogy a nagyobb városok, sűrűn lakott régiók számára egyértelműen a hulladékégetés kínálja a legkedvezőbb alternatívát. Európában (a volt szocialista országok nélkül) egy 1996-os állapotot tükröző felmérés szerint, 485 kommunális hulladékégető mű működik, több mint 43 millió tonna/év feldolgozási kapacitással (1.sz.táblázat). A 2. sz. táblázat a települési szilárd hulladék kezelés főbb módszereinek alkalmazási arányát mutatja be az egyes európai országokban, a teljes kezelt 4
hulladékmennyiségre vonatkoztatva. Ennek alapján jól látható, hogy azokban az országokban magasabb a másod nyersanyagkénti hasznosítás mértéke, ahol a termikus hasznosítás is egyre dominálóbb (pl. Svájc, Dánia, Németország, Hollandia, Svédország). A jelzett országos átlagoktól természetesen egyes régiókban, városokban igen eltérő értékek tapasztalhatók, amit alapvetően az adott terület gazdasági struktúrájának, az ott élők fogyasztási szokásainak, életszínvonalának és életmódjának sajátosságai magyaráznak. 5
1.sz.táblázat Szemétégetőművek Európában (Közép- és Kelet-Európa nélkül) Ország Égetők száma Égetési kapacitás Hőhasznosítás aránya égetők számára égetési kapacitásra vetítve ezer tonna/év (%) (%) Ausztria 2 340 100 100 Belgium 24 2240 46 64 Svájc 30 2840 80 90 Németország 49 12020 100 100 Dánia 30 2310 100 100 Spanyolország 15 740 27 73 Franciaország 225 11330 42 70 Olaszország 28 1900 64 76 Luxemburg 1 170 100 100 Norvégia 18 500 28 83 Hollandia 10 3150 90 97 Svédország 21 1860 100 100 Finnország 1 70 100 100 Egyesült Királyság 31 3670 16 32 Európa 485 43140 56 82 6
2.sz.táblázat Települési szilárd hulladékok kezelése Európában (Közép- és Kelet-Európa nélkül) Ország Hulladék mennyiség Égetés Lerakás Komposztálás Újrahasznosítás ezer t/év % % % % Ausztria 2800 11 65 18 6 Belgium 3500 54 43 0 3 Svájc 3700 59 12 7 22 Németország 25000 36 46 2 16 Dánia 2600 48 29 4 19 Spanyolország 13300 6 65 17 13 Franciaország 20000 42 45 10 3 Görögország 3150 0 100 0 0 Olaszország 17500 16 74 7 3 Írország 1100 0 97 0 3 Luxemburg 180 75 22 1 2 Norvégia 2000 22 67 5 7 Hollandia 7700 35 45 5 16 Portugália 2650 0 85 15 0 Svédország 3200 47 34 3 16 Finnország 2500 2 83 0 15 Egyesült Királyság 30000 8 90 0 2 Európa 140880 24 63 6 8 7
Európában a települési szilárd hulladékok kb. 24 %-át ártalmatlanítják égetéssel és ezen belül 82 %-ban az égetés hő hasznosítással történik. A tervek szerint 5-7 éven belül a hő hasznosítás aránya el fogja érni a 100 %-ot, új létesítmények kizárólag hő hasznosítással kerülnek megvalósításra. Több európai nagyvárosban a hulladék gyakorlatilag teljes mennyisége másodnyersanyagként vagy energiahordozóként kerül hasznosításra, a lerakást csak a maradékok elhelyezésére alkalmazzák. Ezekben a városokban több égetőmű üzemel (pl. Bécsben, Münchenben, Zürichben, Oslóban, Hamburgban 2-2 db, Párizsban 3 db). Magyarországon jelenleg kizárólag Budapesten üzemel egy 330-350 ezer t/év átlagos kapacitású hulladékégető mű, amely a főváros települési szilárd hulladékának kb. 65-67 %-át dolgozza fel és ezzel a budapesti hulladékgazdálkodás alappillérét, képezi. A négy, egyenként 15 t/h égetési teljesítménnyel dolgozó kazán által termelt hőenergiát (kazánonkénti gőzteljesítmény 40 t/h, gőzparaméterek 35 bar, 400 o C) villamos energiatermelésre és táv hő ellátásra hasznosítják (turbina-generátor teljesítmény 24 Mw el, táv hő kiadási teljesítmény 42 MW th ). A létesítmény mintegy 100 ezer lakos éves villamos energia fogyasztását és 25 ezer lakos távfűtését képes a hasznosított hőenergiával biztosítani (az előállított energia kevesebb, mint 20 %-át a létesítmény és kiszolgáló egységei használják fel). Szemben a hulladékból kinyert másodnyersanyagok ingadozó piaci értékével, illetve esetenként bizonytalan értékesítési lehetőségeivel, az égetésnél termelt villamos - és táv hő-energia stabil felvevőpiaccal és folyamatosan növekvő értékesítési árral rendelkezik. A fővárosi hulladékhasznosító mű létesítése idején megfelelt az akkor hatályos hazai környezetvédelmi előírásoknak. Az üzembe helyezés óta eltelt több mint másfél évtized alatt lényegesen szigorodtak Európában és Magyarországon egyaránt a környezetvédelmi követelmények. Ezért a következő két év során a létesítményt új, korszerű füstgáztisztító és a kapcsolódó maradékanyag kezelő rendszerrel egészítik ki, elvégezve egyúttal az időközben szükségessé váló rekonstrukciós feladatokat is. Ezek a munkálatok tervezetten kb. 20 milliárd Ft nagyságrendű fejlesztési költségigénnyel járnak. 8
2. A termikus hasznosítás fejlesztési irányai és gyakorlati eredményei Európában. 2.1. A hulladékégetés előnyei, hátrányai, fejlesztési eredmények A hulladékégetést úgy kell tekinteni, mint az integrált, zárt körforgalmú hulladékgazdálkodás (lásd 1.sz. füzetben kifejtettek) egyik súlyponti elemét, melynek alkalmazhatóságát mindenkor a konkrét helyi viszonyok, adottságok és a szóba jöhető alternatívák alapos mérlegelése, műszaki és gazdasági elemzése, továbbá nem utolsósorban a finanszírozási (beruházási és működtetési költségek egyaránt) lehetőségek alapján kell eldönteni. A hulladékégetés alkalmazását az alábbi fő előnyei indokolják: a jelentős mértékű térfogat és tömegcsökkentés, az égetés folyamán a hulladékok mineralizálódnak és inertizálódnak, a kezelés higiéniai szempontból tökéletes, a keletkező hőenergia hasznosítható és értékesítése nincs kitéve a piaci bizonytalanságoknak, a korszerű, hatékony égetési és füstgáztisztítási technológiák biztosítják a környezet eredményes védelmét, a tapasztalatok szerint ennél az eljárásnál a legmagasabb szintű a kiszolgálás biztonsága. Hátrányos viszont az eljárás relatíve nagy beruházási és üzemeltetési költsége, amit a nagyobb teljesítményű berendezések telepítésével és a kapcsolt hő hasznosítással részben kompenzálni lehet. A komplikált berendezésekben számos hibalehetőséggel kell számolni, különösen a belső korróziós jelenségek rontják az üzembiztonságot. A hulladék heterogén jellemzői miatt a megfelelő tüzeléstechnikai paraméterek eléréséhez különféle anyag előkészítési műveletek beiktatására lehet szükség. Ökológiai szempontból kedvezőtlen, mivel a termikusan bontott anyag kikerül a természetes körforgásból. A hulladékégetéssel szembeni fenntartások és ellenvetések az elmúlt időszakban elsősorban az égetéskor keletkező füstgázok légszennyező hatásával kapcsolatban jelentkeztek. Éppen ezen hátrányos jellemzők csökkentése, illetve kiküszöbölése érdekében indult meg az elmúlt tíz év során olyan széles körű és dinamikus léptékű fejlesztés, amelyet a hulladékkezelés terén ez ideig nem lehetett tapasztalni. Ezek a fejlesztések az automatizáltság növelésére, az üzembiztonság fokozására, a jobb hatásfokú hő hasznosítás elérésére és nem utolsósorban az égetés másodlagos környezetszennyező hatásának (emissziók, maradékanyagok kezelése) csökkentésére irányultak. 9
Ma már biztonsággal állítható, hogy a korszerű tüzeléstechnikai, füstgáztisztítási, valamint maradékanyag kezelési eljárások alkalmazásával eleget lehet tenni a legszigorúbb környezetvédelmi előírásoknak is. 2.2. A termikus hasznosítás egyéb módszereinek fejlesztési eredményei. A hulladékégetés energetikai és környezetvédelmi hatékonyságát növelő, az eljárást tökéletesítő fejlesztési munkával párhuzamosan igen intenzív kutatási-fejlesztési tevékenység folyik a másik két termikus hasznosítás területén is. Az alacsony hőmérsékletű hőbontási eljárásokkal (pirolízis 450-550 o C hőmérséklettartományban, oxigénmentes körülmények között, energetikailag vagy másodnyersanyagként hasznosítható folyékony, gáznemű és szilárd termékek kinyerése céljából) a települési szilárd hulladékok hasznosítása az eddigi fejlesztési eredmények ellenére a gyakorlatban nem megoldott. Ez ideig csupán bizonyos homogén anyagi jellemzőkkel rendelkező termelési hulladékok (pl. gumiabroncs, műanyag hulladékok, fa- és cellulózhulladékok, savgyanta) feldolgozására állnak rendelkezésre megfelelő referenciával rendelkező műszaki megoldások. A magas hőmérsékletű hőbontási eljárásoknál (gázosítás 850-1700 o C hőmérséklettartományban, segédanyag-oxigén, levegő, vízgőz - bevezetésével és a szerves anyag tartalom parciális elégetése mellett az energetikailag hasznosítható gázkihozatal maximalizálása érdekében) hasonló megállapítás tehető, azaz a települési szilárd hulladék termikus hasznosítására kiforrott műszaki megoldás nincs a jelenlegi gyakorlatban. Ugyanakkor azonban úgy tűnik, sikerrel kecsegtetnek azok a fejlesztések, amelyek a hőbontás valamelyik változatát és a hőbontási produktumok elégetését kombinálják, egymástól elválasztott termikus reaktorokban. Ezek az eljárások lényegében kétfokozatú termikus kezelést valósítanak meg, biztosítva ezzel az egyes részfolyamatok jobb szabályozhatóságát és hasznosítva az égetés és hőbontás előnyeit, azok hátrányainak csökkentése mellett. A cél a korszerű égetési technikákkal az energetikai hatásfok és a környezetvédelmi hatékonyság szempontjából egyaránt versenyképes új termikus módszerek kidolgozása. Ez ideig a legsikeresebb fejlesztések: a pirolízis és a pirolízis termékek nagy hőmérsékletű égetésének kombinációja (Siemens-eljárás), a gázosítás és a gázosítási termékek nagy 10
hőmérsékletű égetésének kombinációja (Lurgi-eljárás), a pirolízis és a pirolízis termékek szintézisgázzá konvertálásának kombinációja (Noell-eljárás), valamint a pirolízis és a pirolízis termékek olvasztásos üzemű gázosítása szintézisgázzá (Thermoselect-eljárás). Ezek a fejlesztés alatt álló eljárások alkalmasak a település szilárd hulladék feldolgozására is, bár a Thermoselect-eljárás kivételével csak meghatározott előkezelést (rendszerint legalább aprítást) követően. A kombinatív eljárások végterméke nagyhőmérsékletű füstgáz, amelynek hőtartalma gőz és/vagy villamos energia előállítására, illetve szintézisgáz, amely vegyipari nyersanyagként (metanol előállítás) hasznosítható, valamint a nagy hőmérsékletű átalakítás eredményeképpen keletkező inert szilárd, üvegszerű salakolvadék. Megjegyzendő, hogy a gáztermékek minden esetben azonos tisztítási módszerekkel kezelendők, mint a hulladékégetésnél. A kombinált eljárások környezetvédelmi előnyei az alábbiak: az égetéshez képest kisebb tisztítandó gázmennyiségek, a nagy molekulájú szénhidrogének, főként az ártalmas klórtartalmú vegyületek nagy hőmérsékletű lebontása a dioxinok és furánok redukáló atmoszférával gátolt képződésével, az üvegszerű salak granulátum előállításával (nehézfémek megkötésével) a szilárd maradékok másodlagos környezetszennyező hatása minimalizálódik, egyúttal könnyebben hasznosítható végtermék nyerhető (hasonlóan a salakolvasztásos égetéshez), a tiszta gáztermék előállítása, amely többcélúan (energianyerés, szintézisgáz) hasznosítható. Az említett négy kombinált eljárásváltozat mindegyike nagyüzemi megvalósításra érett. Németországban négy, egyenként kb. 100 ezer t/év kapacitású referenciaüzem építése tervezett ezen eljárások gyakorlati megfelelőségének igazolására. Mind a négy létesítmény települési szilárd hulladék feldolgozását hivatott biztosítani. Előzetes becslések szerint a várható beruházási és működtetési költségek a hasonló kapacitású égetőművek költségeihez hasonló nagyságrendűek lesznek. Az eddigi eredmények ellenére úgy véljük, hogy a kombinált termikus hasznosítási eljárások hatékonyságát és eredményességét csak a gyakorlati üzemelési tapasztalatok birtokában lehet érdemben megítélni. Mindazonáltal úgy tekintjük ezeket a fejlesztéseket, amelyek a jövőben az égetéssel szemben a települési szilárd hulladékhasznosítás reális alternatíváját jelenthetik. 11
A plazmatechnika üzemi alkalmazásának műszakilag kiforrott eljárásait elsősorban a nagy fémtartalmú szervetlen ipari hulladékok feldolgozására (reduktív plazmaeljárások nyersanyag visszanyerés céljából), valamint meghatározott - szokásos termikus módszerekkel körülményesen kezelhető - veszélyes hulladékok ártalmatlanítására (oxidatív plazmaeljárások energetikai hasznosítással) használják. Ezeken a területeken a módszer számos jól működő referenciával rendelkezik. A települési szilárd hulladék termikus hasznosítására a gyakorlatban is bevált és eredményes plazmaeljárást alkalmazó megoldások még nem állnak rendelkezésre. 3. A hulladékégetés technológiája, műszaki megoldásai 3.1. Általános alapelvek A hulladékégetés exoterm folyamat. Az égetés során a hulladék szerves anyag komponensei a levegő oxigénjével reagálva gázokká, vízgőzzé alakulnak, és füstgázként távoznak a rendszerből. Az éghetetlen szervetlen anyag salak, ill. pernye alakjában marad vissza. A hulladékégetés során a gyakorlatban a legkülönfélébb típusú és kémiai összetételű anyagokat kell elégetni. Ez az égetési viszonyokat nagymértékben bonyolulttá, az égési reakciót pedig rendkívül heterogénné teszi. A kifogástalan elégetéshez megfelelő hőmérséklet, megfelelő áramlási viszonyok és tartózkodási idő, valamint a szokásosnál nagyobb mennyiségű levegő bevezetése szükséges. A kívánt minimális tűztérhőmérséklet 850 o C, a légfelesleg-tényező értéke 1,5-2,5, a füstgázoknak a tűztérben való tartózkodási ideje 2-3 sec. szilárd hulladékok égetésekor, a minimális oxigéntartalom eközben 6 %. A megfelelő áramlási viszonyok egyrészt mechanikai eszközökkel (mozgó rostélyok, forgó kemence, bolygató szerkezet, másrészt aerodinamikai módszerekkel (gázáramok irányított mozgatása) teremthetők meg. A legtöbb hulladékégetőben a szervetlen maradékok (salak, pernye) lágyulás-olvadási jellemzői miatt a tűztéri hőmérséklet nem haladja meg az 1050-1100 o C-ot. Az égetés 1200-1700 o C-on is végezhető, ekkor beszélünk salakolvasztásos vagy nagyhőmérsékletű hulladékégetésről. Ekkor a szilárd maradék olvadékként távozik az égéstérből. Az égetés szilárd maradékanyagának mennyisége az elégetett hulladék típusától függ. Szilárd települési hulladék égetésekor a maradék mennyisége max. 30-32 tömeg % (salakolvasztásos tüzelésnél 15-20 tömeg %). 12
A hulladékégetéses alkalmazásához a következő anyagi jellemzők ismerete szükséges: halmazállapot (folyékony, pasztás, szilárd, ill. kevert); elemi analízissel megállapított kémiai összetétel (szén-, hidrogén-, oxigén-, nitrogén-, kén-, víz- és hamutartalom); gyors analízissel megállapított összetétel (fix szén-, illóanyag-, víz- és hamutartalom); fűtőérték; sűrűség; a hamu olvadási jellemzői; szilárd hulladék esetében szemcseméret-eloszlás, maximális darabnagyság, valamint anyagfajták szerinti összetétel; folyékony hulladék esetében viszkozitás, gyulladás- és lobbanáspont, valamint szilárd szennyezőanyag-tartalom és annak legnagyobb szemcsemérete, továbbá a kémhatás; halogénanyag-tartalom (kloridok, fluoridok, bromidok); nehézfémtartalom (ólom, kadmium, higany, réz, vanádium, stb.); egyéb fémtartalom (vas, kalcium, nátrium, stb.); egyéb mérgezőanyag-tartalom (PCB); egyéb specifikus anyagi tulajdonságok szükség szerint (pl. fertőző tulajdonság); mennyiségi adatok (szélső határok és átlagértékek). Tüzeléstechnikai szempontból elsősorban a kalorikus tulajdonságok fontosak (fűtőérték, éghetőanyag-tartalom, víztartalom és hamutartalom). Ezek egymástól nem függetlenek, erős kölcsönhatás van közöttük. Tüzeléstechnikai szempontból nem elhanyagolhatók a hulladék egyéb fizikai és kémiai tulajdonságai sem (szemcseméret, korrozív hatás, gyulladás- és lobbanáspont, viszkozitás, stb.). Ezek ismerete nemcsak a berendezés kialakításához fontos, hanem az előkezelő és a betáplálási folyamatok műszaki megoldása szempontjából is. 3.2. A hulladékégetés technológiája, műszaki megoldások A hulladékégetés technológiája a következő részfolyamatokra tagolódik: átvétel (fogadás) és tárolás, anyag előkészítés és adagolás, égetés és hő hasznosítás, füstgázhűtés és tisztítás, salak- és pernyekezelés. Az általános technológiai folyamatot az 1. ábra szemlélteti. 13
1. ábra. A hulladékégetés általános technológiai folyamata. 1. anyagátvétel, tárolás 2. anyag előkészítés, 3. adagolás, 4. égetés, 5. póttüzelőanyag, 6. levegő, 7. füstgázhűtés, 8. hő hasznosítás, 9. füstgáztisztítás, 10. szennyvízkezelés, 11. kémény, 12. pernyeleválasztás, 13. salakgyűjtés- és kihordás, 14. salak- és pernyetárolás. 3.2.1. A hulladék átvétele, tárolása, adagolása A hulladék átvétele mennyiségi és minőségi átvételt jelent. A mennyiségi átvétel a beszállított hulladék mérlegelésével, míg a minőségi átvétel minimálisan szemrevételezéssel, illetve meghatározott rendszerességgel, szabványos módszerekkel, reprezentatív mintavételezéssel és gyorsanalízisekkel történik. A települési szilárd hulladékot alkalmasan kialakított tárolóterekben ( bunkerekben) tárolják. A bunkereken belüli mozgatást és adagolást polipmarkolós híddaruk 14
végzik. A tárolóterek kapacitását az égetőmű óránkénti teljesítménye, az üzemidő és a hulladék térfogattömege határozza meg. A folyamatos, akadálymentes üzemelés érdekében min. 3-5 napos feldolgozási teljesítménynek megfelelő hulladékmennyiség tárolását kell biztosítani. Magas- és mélybunkereket különböztetünk meg aszerint, hogy a bunker fenékszintje milyen mélyen helyezkedik el a külső terepszinthez képest. Gyakoribbak a magas bunkerek, amelyekbe a gépjárművek magasított ürítőtérről (rámpáról) ürítenek. A bunkerek készülhetnek osztatlan és osztott (kazettás) belső térkialakítással. A bunkerek az ürítéskor keletkező por, valamint a tárolási bűzös gázok kiáramlásának megakadályozása céljából enyhe szívás alatt állnak. Az esetleges bunkertüzek gyors elfojtása érdekében a tárolótereket hatékony félautomata tűzoltó berendezésekkel szerelik fel. A bunkereken belül a hulladékot többnyire polipmarkolós vagy serleges híddarukkal mozgatják, keverik és adagolják a tűztérbe. Az adagolás egyenletessége lényegesen kihat az égésfolyamat minőségére, a tűztér közel állandó hő terhelésére, ezért a kezelőszemélyzet szakértelme, figyelme különösen fontos a jó minőségű üzemelés szempontjából. A kevert, homogenizált hulladékokat a daru az adagológaratba táplálja. Az adagológarat kettős zárrendszere megakadályozza a füstgáz és láng kicsapódását, illetve hamis levegőnek az égéstérbe kerülését. A garatokat általában vízzel hűtik és izotópos szintjelzővel látják el. A garatból a hulladék gravitációsan csúszik az adagolóberendezésbe. Az adagolók folyamatosan juttatják a hulladékot a mindenkori tüzeléstechnikai és terhelési viszonyoknak megfelelő mennyiségben és ütemben a tűztérbe. 3.2.2. Tüzelőberendezések A hulladékégetők legfontosabb része a tüzelőberendezés. Megkülönböztetünk rostélytüzelésű és rostély nélküli hulladékégető berendezéseket. A rostélytüzelésű berendezéseket főleg települési szilárd és termelési szilárd hulladék és bizonyos korlátozásokkal iszap halmazállapotú termelési hulladék égetésére alkalmazzák. A rostély nélküli hulladékégetők főleg folyékony és pasztás termelési hulladék, valamint iszap égetésére használatosak, azonban némelyik megoldás szilárd hulladék kezelésére is megfelelő. 15
A legáltalánosabban használt rostélytípusok: hengerrostély visszatoló rostély, előtoló lengőrostély, ellenáramú előtoló rostély. A rostélyok egyrészt biztosítják a heterogén hulladék állandó keverését, mozgatását, másrészt lehetővé teszik az égéságy megfelelő levegőztetését. A levegő hozzávezetést részben a tüzelőanyag ágyon, azaz a rostélyon keresztül (primer levegő), részben a rostély fölötti tűztérbe vezetve (szekunder levegő) biztosítják. A primer levegő (a tüzelőanyagágyba vezetett alsó légáram és az oldalfalakról bevezetett levegő) az összes levegőszükségletnek kb. 70-80 %-a. Ez egyben a rostély hűtését is biztosítja. Az égésgázok levegővel keveredése és kiégetése a tűztérben történik. A füstgáz és a levegő áramlási iránya szerint egyenáramú, ellenáramú és kombinált áramú tűztérformák különböztethetők meg (2. ábra). Az egyenáramú tüzelés során a kis fűtőértékű tüzelőanyag kiszárítása és begyújtása nehezebb. Ezt a gondot az égéshez használt levegő előmelegítésével csökkentik. Az ellenáramú tüzelés esetében ilyen problémák nem jelentkeznek, viszont hátránya, hogy a gyulladási tartományból rész gázáramok kerülhetnek az első huzamba anélkül, hogy kényszerítetten átáramolnának a legforróbb zónán. A két megoldás közötti áthidaló megoldás a kombinált áramú tüzelés. Ez utóbbiban az egyenáramú - szárítási és gyulladási zónából származó rész gázáramot elterelik és a turbulencia zónában a fő égési zónából érkező forró gázárammal és a befúvott szekunder levegővel, összekeverik a tökéletes kiégetés érdekében. A nagyobb fűtőértékű hulladékok esetében a forró zónán való biztos áthaladás miatt az egyenáramú tűztérmegoldásokat részesítik előnyben. Erősen ingadozó fűtőérték tartomány esetén előnyösebbek a turbulencia zónájú kombinált áramú tűztérformák. 16
2.ábra. Tűztérváltozatok a. egyenáramú; b. ellenáramú; c. kombinált áramú. A szekunder levegő részarányát célszerű kis értéken tartani. A nagyobb részarány nem optimális tüzelésre utal. A kisebb részarány főként egyenáramú tüzeléssel valósítható meg és részben a kombinált áramú tüzeléssel (a forró zónán át kényszerített gázáramban az égéstermék bomlási maradékai kevesebb levegő bekeverésével érhetők el). A tűztérfalazat a tüzelőberendezés egyik legkritikusabb része, amelyet úgy kell kialakítani, hogy egyensúly legyen a túlzott mértékű hőelvonást és a tűztérfalazat elsalakosodását okozó tűztérhőmérséklet között. Fontos a megfelelő szilárdság és a koptatóhatással szembeni ellenállás, valamint a hőingadozásokkal és a kémiai hatásokkal szembeni rezisztencia. A kevésbé igénybe vett tűztérfalazathoz samott típusú bélést, az erősebben igénybe vett részekhez pedig szilíciumkarbid és műkorund anyagú falazatot készítenek. Az égetendő anyag fűtőértékének ingadozása miatt gyakorlatilag nem nélkülözhető a póttüzelés, amihez olaj- vagy gázégőket használnak. A póttüzelés célja és az égők beépítési helye szerint megkülönböztetünk stabilizáló- és teljesítményégőket. A tűztérhőmérséklet az égéslevegő mennyiségével és hőmérsékletével, valamint a szükség szerinti póttüzeléssel a kívánt határok között tartható. A rostélytüzelésű égetőket is folyamatosan fejlesztik. Ennek célja a hatékonyabb tüzelés, a biztonságosabb üzemelés fokozása és a másodlagos környezetszennyezés csökkentése. A rostély nélküli hulladékégetők főként a tűztér kialakításában különböznek a rostélyos berendezéstől. A rostély nélküli hulladékégetők tűztere általában hengeres, ezáltal majdnem kétszeresére növelik a hősugárzás intenzitását. Ez kisebb veszteséget okoz. Ezek a berendezések típustól függően salakolvasztásos üzemmódban is üzemeltethetők. Lényegesebb típusaik: forgódobos kemencék, égetőkamrák, emeletes kemencék, fluidizációs kemencék, egyéb speciális tűzterek. Alkalmazásukra döntően különböző termelési hulladékok hasznosításánál kerül sor, ezért itt ismertetésükre nem térünk ki. 3.2.3. Füstgázhűtés, hő hasznosítás 17
A hulladékégetés füstgázai a tűztérből 900-1000 o C-on vagy ennél nagyobb hőmérsékleten távoznak és azokat a tisztítóberendezések hő tűrő képessége miatt és a harmatponti korrózió elkerülésére 250-350 o C -ra le kell hűteni. A füstgáz hűthető közvetlen és közvetett módszerrel. A közvetlen módszer esetében a füstgázt levegő befúvással vagy vízgőz bepermetezéssel hűtik, a közvetett módszernél pedig hőcserélőket (rekuperátorokat, melegvíz és gőzkazánokat) alkalmaznak. Az egyes lehetőségek között a következők ismeretében lehet választani: a termelt melegvíz, gőz vagy villamos energia hasznosíthatósága, a hulladék fűtőértéke, az égetőmű teljesítménye és a beruházási. ill. üzemeltetési költségek. A kis kapacitású, kis hő teljesítményű hulladékégetők esetében alkalmazzák általában a közvetlen füstgázhűtési megoldást. Ilyenkor természetesen a füstgáz hőtartalmát nem hasznosítják, tehát ez a módszer nem jelent termikus hasznosítást. Általános tapasztalat szerint 15-20 GJ/h hő teljesítmény felett célszerű a füstgázok hőtartalmát hasznosítani. A hulladékégetők kazánjai általában természetes vagy kényszeráramlásúk, 3-5 huzamúak. Ritkábban alkalmazzák a kényszer keringtetésű (pl. La-Mont rendszerű) kazánt, mégpedig általában a tűztér után kapcsolt megoldással. A 3. ábra települési szilárd hulladékégető tipikus kazán kialakítását mutatja be. 3. ábra. Tűztérbe épített meredekcsöves kazán 1. tárolóbunker; 2. adagolás; 3. rostély és tűztér; 4. salakkihordás; 5. kazán; 6. elektro-filter; 5. füstgázventilátor A kazán tervezésekor néhány sajátos szempontot kell figyelembe venni. A füstgázok nagy portartalma és a pernye olvadási jellemzői miatt különös gondot kell fordítani a lerakódások csökkentésére. Ezért a szokásosnál nagyobb csőosztásokat kell választani és lehetőleg párhuzamos áramlási viszonyokat, kell biztosítani. A többhuzamú kazánmegoldás is ezt segíti elő. 18
A hulladékégetők kazánjaiban külön problémát okoz a főleg halogének miatt bekövetkező tűzoldali korrózió. Ennek elkerülésére a korszerű kazánokban nem alkalmaznak 400-450 o C-nál magasabb túlhevítési hőmérsékletet, még turbinás üzemben sem. A harmatponti korrózió elkerülése érdekében szükséges, hogy a hőcserélők ne dolgozzanak 200-220 o C hőmérséklet alatt. A tűztérben elhelyezett sugárzó hőnek kitett fűtőfelületet szilícium-karbid kifalazással is védik. A korszerű hulladékégető kazánok hatásfoka 80-85 %. Kondenzációs turbinás üzemben a hatásfok 15-20 %. A hő-, ill. gőzleadási teljesítmény ingadozása a kazánok esetében +/- 20 %, ami automatizált szabályozással és a hulladék fokozott homogenizálásával mintegy felére csökkenthető. Éppen ez a terület - azaz a hulladékégetés előtti jobb minőségű homogenizálási módszereknek kidolgozása - a hulladékégetők továbbfejlesztésének egyik fő iránya. Az égetés területén a tűzvitel, a hő terhelés egyenletesebbé tétele végett törekednek az automatizált szabályozási rendszer kialakítására. A cél az, hogy a teljes folyamat a vezérlőközpontból csekély kézi beavatkozással irányítható legyen. A tűzvitelt a tűztér falába beépített tv-kamerák és a vezénylőbe telepített monitorok ellenőrzik. A korszerű égetőművekben a gőztermelő folyamat jellemzői közül a tűztérből kilépő füstgázhőmérsékletet választják szabályozott jellemzőnek, vezető jellemzőként figyelembe veszik még a gőztermelést. Beavatkozó jellemző a tüzelőanyag adagolás mennyiségi jele. Szabályozás során változik a feladott hulladék mennyisége és ennek megfelelően állítható be a primer levegő, ill. a szekunder levegő mennyisége. Korrigáló jellemző a füstgázban mért oxigén és szén-monoxid mennyisége, nehogy az égésredukáló tartományba kerüljön. A hő hasznosítás lehetősége és módja a hulladék mennyiségének, jellemzőinek, valamint a helyi hő értékesítési feltételek ismeretében határozható meg. A nagy teljesítményű települési- és iparhulladék égetők felszabaduló hőenergiájának hasznosítására főleg a következő kapcsolási rendszereket használják: Fűtőműves változat. A fűtőműves rendszerben kisnyomású gőzt termelnek és a termelt gőzmennyiséget távhőszolgáltatásra, vagy ipari gőzszolgáltatásra hasznosítják. Ipari üzemeknek és infrastrukturális létesítményeknek a hőátadás kiegyenlítettebb éves hő fogyasztást jelent, mint a távfűtés. Tájékoztatásul 1 t hulladékból 2,5-3,5 t gőz állítható elő. Fűtőerőműves változat. Hasonló az előző megoldáshoz azzal a kiegészítéssel, hogy a hulladékégető műben ellennyomásos erőgép létesül. Az ellennyomásos erőgép létesítésének gazdaságossági feltétele, hogy legalább 8-10 t/h gőztermelés biztosított legyen. 19
Kondenzációs erőműves változat. Ebben az esetben a hő hasznosítást kondenzációs turbina létesítésével érik el, tehát a gőzt villamos energiatermelésre hasznosítják. Ez a megoldás biztosítja a legnagyobb mennyiségű villamos energiát, azonban a nagyobb beruházási költségek és a nagy fajlagos gőzfogyasztás miatt ez a változat hő hasznosítás szempontjából nem kedvező. Tájékoztatásul: 1 t hulladékból max. 350-450 kwh villamos energia termelhető. Fűtőerőműves változat elvételes kondenzációs turbinával. Az elvételes kondenzációs turbina lehetőséget ad arra, hogy a hulladékégető mű gőzkiadása a hő fogyasztók változó igényéhez igazítható legyen. Ezt a változatot ott célszerű alkalmazni, ahol viszonylag kisebb a hő fogyasztói körzet és nincs lehetőség hagyományos tüzelésű fűtőművel való kooperációra. Gazdasági szempontból az első két változat részesítendő előnyben. A hulladékégető művekben szükségkondenzátorok segítségével megoldható, hogy a hő hasznosító rendszer ideiglenes kiesése (pl. karbantartás) esetén ne kelljen szüneteltetni a hulladék égetését. A szükség kondenzátorokban a kazánok által termelt gőz kondenzálását hűtővízzel vagy léghűtéssel oldják meg. A szükség kondenzátorokat általában a legnagyobb gőzteljesítmény 50 %-a körüli értékre méretezik. A szükség kondenzátorok lehetővé teszik a többletgőz visszahűtését is abban az esetben, ha a gőztermelést és a hő fogyasztók igényeit az év folyamán nem sikerül teljesen összhangba hozni. Az égetőmű energetikai jellemzőinek, a kazánnyomásnak és a gőz hőmérsékletének a kiválasztását lényegében hasonló szempontok szerint végzik, mint más erőművekben. Ebben az esetben azonban figyelembe kell venni a korróziós problémákat, amelyek miatt a gőz hőmérsékletét nem célszerű 400-450 o C-nál nagyobbra növelni. Ezért viszont kisebb gőznyomást kell alkalmazni. Célszerű tehát forró vizet vagy kisnyomású, max. 2-2,5 bar nyomású gőzt termelni. Ez különösen a kisebb teljesítményű ipari hulladékégetőkre érvényes. A korróziós kérdésektől függetlenül természetesen figyelembe kell venni azt, hogy az egység nagyságához (teljesítményéhez) mekkora nyomásérték gazdaságos. Alapelv az, hogy akkora erőművekben, amelyekben már villamos energiatermelés is lehetséges, a nagyobb kazánnyomást kell választani (a gyakorlatban alkalmazott nyomástartomány 4-8 bar). Nagyobb égetőművekben a nagyobb gőznyomás és a gőzhőmérséklet a gazdaságosabb. Ha fűtőművel kapcsolják össze, az égetőmű kazánnyomása lényegében meghatározott. Minden 20
esetben - az alkalmazandó hő hasznosítási változattól függően - részletes gazdaságossági számításokkal kell eldönteni a rendszer kazán paramétereinek konkrét értékeit. Különleges esetekben - szennyvíztisztító mű közelében telepített hulladékégetőben - a termelt hőenergia részben vagy teljesen a szennyvíziszap termikus kezelésére hasznosítható. Ilyenkor kétféle megoldást alkalmaznak. Az egyikben a forró füstgázokat közvetlenül az iszapszárító egységbe viszik, ahol az iszap termikus kezelése közvetlen vagy közvetett hő közlés révén megy végbe. A folyamat végén a füstgázt és a szárítóból származó bűzös, páradús gázterméket az égetőmű tűzterébe visszavezetik. Az iszapszárító egység többnyire ellenáramú rendszerű forgódobos szárítókemence vagy ütőcsapos kivitelű forró gázos szárítómalom. A másik megoldásban az égetőmű által termelt gőzt hasznosítják az iszap termikus hőkezelésére, ill. szárítására. A hőkezelést közvetlen gőz befúvással autoklávokban vagy hőcserélőkben végzik. Ennek célja a víztelenítés megkönnyítése. 3.2.4. Az égetés szilárd maradékainak kezelése A szilárd égési maradékok (salak és pernye) anyagi tulajdonságaik miatt környezetet nem károsító módon kizárólag rendezett, ill. rendezett biztonságos lerakókon helyezhetők el. A maradékok mennyisége és összetétele a hulladék jellemzőitől és a tüzelőberendezés üzemmódjától függ. Ez, mint jeleztük, általában max. 300-350 kg/t elégetett hulladék, amelyből kb. 50-70 kg/ tonna elégetett hulladék a pernye és az egyéb füstgáztisztítási maradék együttes mennyisége. A salak szemcseeloszlása elsősorban a hulladék darabosságától függ, valamint a tüzelőberendezés és a tűzvitel szabályozásának megoldásától is. Erősen változó összetételű, olvadási tartománya 1100-1600 o C. Kötelező feltétel, hogy összes szerves szén-tartalma legfeljebb 3 tömeg % lehet, vagy az izzítási veszteség kevesebb legyen, mint a száraz súly 5 tömeg %-a. A pernye a salak mennyiségének 15-20 tömeg %-a. Lényegesen szélsőségesebb tulajdonságai vannak, mint a salaknak. Abszorpciós képessége miatt ként, fluoridokat, kloridokat és nehézfémeket (ólom, cink, kadmium, ón, stb.) tartalmaz néhány tized százaléktól néhány százalékig. Vízoldható anyag-tartalma igen nagy, átlagosan 8-10 tömeg %, de elérheti akár a 35 tömeg %-ot is. Lerakása a salakénál is különösebb figyelmet követel, azaz kizárólag veszélyes hulladéklerakóban helyezhető el. A hulladék alkotóelemeinek az égési maradékokban jellemző 21
megoszlási arányait (salak-pernye-füstgáz) a 3.sz. táblázat adatai szemléltetik (települési szilárd hulladék égetése). 3. sz. táblázat Az egyes hulladékalkotók jellemző megoszlása a füstgázban, a salakban és a pernyében. Elemek Hulladékban Salakban Pernyében Füstgázban (g/kg) (%) (%) (%) Szén 260 1,0 0,5 98,5 Kén 5,0 35 25 40 Fluor 0,2 35 40 25 Klór 7,0 10 20 70 Vas 70 99 1 - Réz 0,4 90 10 - Cink 1,0 50 50 - Ólom 0,8 60 35 5 Kadmium 0,01 10 80 10 Higany 0,004-25 70 A salakot a tűztér végén kialakított nedves rendszerű salakeltávolítóban hűtik le és hordják ki a salakbunkerba vagy átmeneti tárolóba (ez kisebb berendezéseknél lehet zárt konténer is). A salakot levegővel csak kis teljesítményű berendezésekben hűtik, mert ez erőteljesen növeli a hűtés levegőigényét és fokozza a rendszer hő veszteségeit is. A nedves rendszerű salakhűtők megoldásuk szerint lehetnek lengőlapátos, acéllemez hevederes és kaparóláncos kihordók. A salak hűthető átfolyó és elpárologtató üzemmódban. Átfolyó rendszerben a készülék túlfolyó hűtővizét az esetek többségében - közbenső salakülepítés után - recirkuláltatják. Az elhasznált hűtővizet a közcsatornába bocsátás előtt ülepítéssel és semlegesítéssel utó kezelik. Az átfolyó rendszernél az 1 t salakhoz felhasznált vízmennyiség 3,5-6 m 3, az elpárologtató rendszernél ezzel szemben csak kb. 0,3-0,4 m 3. Az utóbbi megoldás kivitelezése körülményesebb, azonban ez által a salak víztartalma jelentősen csökkenthető. A salakeltávolítóból kikerült salak térfogattömege 1,5 2,5 t/m3, a száraz pernyéé 22
0,6 1 t/m3. Az elektrofilterek alatt összegyűlő és a huzamokból származó pernye kezelése attól függ, hogy milyen salak elhelyezési (esetleg hasznosítási) módot választanak. A salakbunkereknek megfelelő vízelvezetése van, így a salak víztartalma csökkenthető. A salak bunkerben való mozgatására elsősorban csészés markolóval felszerelt híddarukat használnak. Ha nem vonnak ki vasat a salakból, a daru a salakot közvetlenül a szállítójárműre rakja. Ha vasat vonnak ki belőle, akkor a salakot először szállítószalag feletti mágneses szeparátorok alatt vezetik el, amelyek segítségével kinyerik a vas nagy részét. A vas bálázás után értékesíthető, bár minősége meglehetősen rossz. A vashulladék nagymértékben tartalmaz salakszennyezőt, amelynek mennyiségét bálázás előtt célszerű vibrációs rostálással csökkenteni. Kis teljesítményű égetőkben a salakot átmenetileg a szállítóeszközben (pl. konténerben) célszerű tárolni. A települési hulladékégetők salakját jelenleg egyedül az útépítésben hasznosítják. Ilyen esetben a salakot megfelelő módon elő kell készíteni. Az előkészítés aprításból, mágneses vasleválasztásból és rostálásból áll. Az ilyen salakfeldolgozó alrendszer jelentősen drágítja az üzemet és csak akkor érdemes az égetőműhöz telepíteni, ha a salakfeldolgozó technológia üzemelési költségeit a salak eladási árbevétele fedezi. Az égéstérből visszamaradó salak egyéb anyagtartalmának (nem vas fémek, üveg) visszanyerésére is végeznek kísérleteket, azonban ezeknek az eljárásoknak a fejlesztése még folyamatban van. Hasonló fejlesztési munka folyik a salak káros komponenseinek termikus utókezeléssel történő immobilizálása terén (pl. üvegesítés, zsugorító olvasztás, plazmaolvasztás). A káros anyagok (PAH, PCDD, PCDF vegyületek, illékony fémvegyületek) zömét tartalmazó, ezért veszélyes hulladékként kezelendő pernye környezetkárosító hatása minimalizálható beágyazással, reduktív közegű termikus-katalitikus lebontással és savas extrakcióval. Ez utóbbi két eljárás gyakorlati bevezetés alatt áll. A pernyét a füstgáztisztítás szilárd maradékaival együtt jelenleg vagy eredeti állapotban ártalmatlanítják veszélyes hulladéklerakón, vagy valamilyen beágyazási - rendszerint cementalapú, ill. meszes-pernyés - módszerrel előkezelve, műszaki védelemmel ellátott nem veszélyes hulladék lerakóhelyeken helyezik el. 3.2.5.Füstgáztisztítás 23
Környezetvédelmi szempontból a hulladékégetés egyik legjelentősebb problémája a kibocsátott füstgázok által okozott légszennyezés és annak a megengedett érték alá csökkentése. A hulladékégetés távozó füstgázainak szennyező anyagtartalma (mennyisége, minősége) az elégetett hulladék anyagi tulajdonságaitól, az égető berendezés szerkezeti kialakításától, valamint az üzemeltetési paraméterektől függően változik. A hulladékégetők füstgázainak károsanyagtartalma ennek megfelelően igen széles koncentráció tartományban ingadozik. A fontosabb szennyezőkre a következő értéktartomány a jellemző: por 5-15 g/m 3, kéndioxid 1000-3000 mg/m 3, hidrogén-klorid 2000-8000 mg/m 3, hidrogén-fluorid 20-100 mg/m 3, nitrogénoxid 500-1500 mg/m 3, szén-monoxid 500-1000 mg/m 3. A füstgázokban található egyéb jelentősebb szennyezők a különböző nehézfémek (főként higany, kadmium, ólom, cink, arzén, bárium, szelén, nikkel, króm és réz), valamint a szerves szénvegyületek (főként policiklusos aromások és dioxin, ill. furánvegyületeik). A nehézfémek oxidok, kloridok alakjában részben a salakban megkötődnek, részben pedig a füstgázokban jelennek meg. Régebben arra törekedtek, hogy ezek a szennyező anyagok - főként a nehézfémek - a salakban koncentrálódjanak. Ma viszont a megfelelő tüzeléstechnikai paraméterek beállításával azt kívánják elérni, hogy az illékony komponensek a füstgázba kerüljenek. Így viszonylag ártalmatlan salak keletkezik, a füstgázt pedig nagy hatékonyságú berendezésekkel a kívánt mértékig meg tudják tisztítani. A szennyező anyagok elsősorban a szálló pernyében dúsulnak fel. Ennek az az oka, hogy a gőz halmazállapotú szennyezők a füstgázok lehűlése következtében koncentrálódnak a szilárd részecskék felületén. A pernyére kondenzálódott szennyezők a pernye leválasztásával a füstgázból eltávolíthatók. Fémenként változik az, hogy mennyi kötődik meg a salakban, mennyi kondenzálódik a szálló poron és mennyi marad a tisztítandó füstgázban (lásd a 3.sz. táblázat). Mindezek figyelembe vételével a tűztérből távozó füstgázok nehézfémtartalma általában néhány tized milligrammtól néhány tíz milligrammig terjed. A szerves szénvegyületek mennyisége a füstgázban a szerves anyag kiégetési hatásfokától függ, ami a korszerű égetőkben jelenleg többnyire 99,99 %-os értéken tartható. Nagyon fontos az elégetlen szerves kötésű szén mennyiségének csökkentése a szálló porban, mivel ez a paraméter meghatározható jelentőségű a dioxinok és furánok keletkezése szempontjából. A klórtartalmú vegyületek és a policiklusos aromás vegyületek jelenlétében képződő poliklórozott dibenzdioxinok (PCDD) és poliklórozott dibenzfuránok (PCDF) emissziója igen széles tartományban változik. Átlagosan 300-500 ng/m 3 PCDD és PCDF - ez szélsőséges esetben 24
elérheti a 2500-3500 ng/m 3 értéket is - keletkezésével lehet számolni a települési hulladékégetők esetében. A PCDD- és PCDF-vegyületek keletkezésének oka nem teljesen tisztázott. A tapasztalatok szerint a berendezések szokásos kialakításával és megfelelő üzemeltetésével (pl. 850-1100 o C tűztérhőmérséklet, 8-12 % oxigéntartalom a füstgázban, megfelelő tűztér geometria a turbulens áramláshoz, redukáló füstgázpászmák elkerülése) az ilyen vegyületek keletkezése minimálisra csökkenthető. Egyre több ismeret halmozódik a dioxin- és furánvegyületek keletkezéséről. Rekombinációjuk a kazánok kis hőmérsékletű (300-400 o C-os) részeiben szén, szervetlen kloridok és réz(ii)-klorid jelenlétében, katalitikus reakcióban, az oxigén és vízgőz koncentrációjától függően megy végbe. Ezek ismeretében keletkezésük mérsékelhető. A füstgázok portartalma 99 %-nál nagyobb hatásfokkal leválasztható száraz vagy nedves elektrofilterek, ill. nagy hatékonyságú szövetszűrők alkalmazásával. A gázállapotú szennyező anyagok leválasztására leginkább a füstgázmosási eljárásokat használják. A távozó vizes fázis tartalmazza az oldott reakciótermékeket, ezért a mosófolyadékot tisztítani kell (semlegesítés, nehézfém-eltávolítás). A füstgáztisztítás berendezéseinek részletesebb ismertetésétől eltekintve a hulladékégetésnél alkalmazott füstgáztisztítási rendszerek áttekintésére szorítkozunk. Gyakorlatilag három komplex füstgáztisztítási rendszert használnak, ezek: száraz szorpciós eljárások, félszáraz tisztítási eljárások, nedves tisztítási eljárások A száraz szorpciós eljárások képviselik készülékoldalról a legegyszerűbb technológiát, amelyet még a viszonylag kevésbé szigorú emissziós előírásokra dolgoztak ki. Viszonylag alacsony nyersgáz szennyezettségi értékeknél és kisebb füstgázmennyiségeknél alkalmazható. Az eljárás lényege, hogy a szennyező komponens csökkentésére szolgáló adalékanyagot száraz porként fújják be a reaktorba, a reakció hőmérséklet-tartománya a víz harmatpont felett helyezkedik el és maradékanyagként száraz por keletkezik (reakciótermékek és pernye keveréke). A 4. ábra szemlélteti egy tipikus száraz szorpciós eljárás vázlatát. 4.ábra Száraz füstgáztisztítás folyamata 25
1. szennyezett füstgáz, 2. tisztított füstgáz, 3. elpárologtató hűtő, 4. vízbefecskendezés, 5. zsákos szűrő, 6. ventilátor, 7. leválasztott maradékanyag szállító rendszer, 8. víz, 9. keverő egység, 10. adalékanyag siló, 11. maradékanyag lerakásra A csökkentett füstgázhőmérséklet azonban lényegesen az adiabatikus telítési érték felett marad. A kondicionált füstgázba bázikus adalékanyag, általában mészhidrát - Ca/OH 2 - finomszemcsés porát fújják be és valamilyen statikus keverővel a füstcsatorna keresztmetszetében finoman eloszlatják. A megfelelő átkeverés következtében a savas kémhatású szennyező komponensek a füstcsatornában reakcióba lépnek az adalékanyaggal. Zsákos porszűrő alkalmazása esetén további kémiai reakciókra ad alkalmat a szűrőszöveten képződő szilárd anyag réteg, melynek pórusain keresztül áramlik a füstgáz. A savas füstgázkomponensek és a bázikus adalékanyag szemcsék közötti reakciók eredményeképpen szilárd sók keletkeznek. A képződő reakcióterméket a többlet adalékanyaggal együtt mind az elektrofilterekből, mind a zsákos szövetszűrőkből mechanikusan eltávolítják. A szilárd maradékanyagként jelentkező pernye-só-adalék anyag keverék egy részét visszaforgatják, hogy a fel nem használt adalékanyag még reakcióba hozható legyen, nagyobb részét azonban veszélyes hulladékként ártalmatlanítani kell. Annak érdekében, hogy a HCI-nél 90-95 %-os, az SO 2 -nél 60-65 %-os hatásfokú leválasztást tudjanak elérni, a sztöchiometrikus adalékanyag mennyiség 1,7-2,5-szörösét kell felhasználni. A félszáraz füstgáztisztítási eljárásnál az adalékanyagot folyadékként (mésztej, nátronlúg) juttatják be a füstgázáramba. Az előzőhöz hasonlóan ez az eljárás is a vízharmatpont feletti hőmérsékleti tartományban működik és maradékanyagként száraz por keletkezik. Az eljárás egyik alapváltozatát az 5. ábrán vázoltuk. A permetező rendszerű abszorpciós reaktorban bázikus szuszpenzió befecskendezésével biztosítják a szükséges reakciófelületet. A reaktorban elpárolgó 26
vizes fázis és a savas szennyezőanyag a kristályosodó abszorbenssel reakcióba lépnek. A reakcióterméket alkalmas porleválasztóban választják le. Előszeretettel használják a zsákos porleválasztókat, mert azokban nemcsak a hatékony leválasztást tudják elérni, hanem alkalmazásuk azzal az előnnyel is jár, hogy a szűrőszövetre rakódott rétegeken az abszorpciós reakciók folytatódnak, ill. befejeződnek. Az abszorbens mennyiségét alapvetően a füstgáz hőmérséklete, a megkívánt leválasztási hatásfok és a tisztított gázban elvárt szennyezőanyag koncentrációk határozzák meg. Nagy leválasztási hatásfok nagy abszorbens felesleget igényel. A sztöchiometrikus adalékanyag mennyiséghez képest ennek megfelelően a gyakorlatban rendszerint 1,5-2-szeres abszorbensmennyiségre van szükség. A reaktorba a füstgáz alternatív módon alulról vagy felülről áramolhat be. Az abszorbens befecskendezése többnyire egyenáramban történik. Az abszorbenst sűrített levegő segítségével, speciális fúvókákon keresztül porlasztják be a füstgázáramba. Abszorbensként általában mésztejet használnak, ami olcsóbb, mint az előbbi száraz szorpciós eljárásoknál alkalmazott mészhidrát. A gyorsan mozgó folyadékrészecskék felületén nagy sebességgel mennek végbe a reakciók. A megszáradt reagens (pl. CaO) egy részét a reaktor alján távolítják el és a leválasztóból származó maradék és pernye keverékkel együtt veszélyes hulladékként kezelik, ill. részben recirkuláltatják. 27
5. ábra. Félszáraz füstgáztisztítás folyamat 1. szennyezett füstgáz, 2. tisztított füstgáz, 3. permetező abszorber, 4. porlasztófejek, 5. zsákos szűrő, 6. ventilátor, 7. porszállító rendszer (recirkuláció), 8. visszakeringtetett reagens tároló, 9. mésztejtartály, 10. víz, 11. porlasztó levegő, 12. mészpor tároló siló, 13. mészoltó egység, 14. maradékanyag lerakása. Az eljárás eszközigénye valamivel nagyobb, mint a száraz szorpciós technikáké, viszont lényegesen kisebb, mint a nedves eljárásoké. Beruházási költségek a félszáraz eljárásnál kissé magasabbak, mint a száraz módszernél. A nedves rendszerű füstgáztisztítási eljárásoknál rendszerint először egy elektrofilterben leválasztják a pernyét, majd az első mosófokozatba való belépéskor a füstgázt harmatpontra hűtik és ezt követően egy-, két-, vagy többlépcsős mosással leválasztják a szennyező komponenseket. Általában mésztejet vagy nátronlúgot alkalmaznak abszorbensként és ezeket közel sztöchiometrikus mennyiségben, adagolják. A nedves eljárások két nagy csoportra oszthatók: szennyvízkeletkezéssel, ill. szennyvízkeletkezés nélkül működő módszerekre. A létesítmények központi egysége(i) a mosó(k), amelyek egyaránt szolgálnak a gáz hűtésére és a szilárd, valamint gáznemű szennyezők leválasztására. Az egyfokozatú mosókat kezdetben célzottan a savas gázkomponensek (HCl, HF) és higany leválasztására alkalmazták. Ezeknél a technológiáknál a mosófolyadékot meghatározott 28