Valorificarea deseurilor prin incinerare

VALORIFICAREA DESEURILOR PRIN INCINERARE

Incinerarea este o metoda de eliminare a deșeurilor prin arderea lor. Este una din metodele de tratare termica a deșeurilor. In urma incinerarii se obțin caldura, gaze, abur și cenușa. Incinerarea poate fi practicata in instalații mici, individuale, sau la scara industriala. Pot fi incinerate atat deșeurile solide, cat și cele lichide sau gazoase. Metoda este preferata in locurile unde nu se dispune de teren pentru rampe, de exemplu in Japonia, și la eliminarea anumitor deșeuri periculoase, cum sunt cele biologice provenite din activitați medicale, insa la nivel industrial este controversata, din cauza poluanților gazoși, in special dioxine (dibenzodioxine policlorinate — PCDD și benzofurani policlorinați — PCDF) produși prin ardere. Instalațiile de incinerare sunt cuptoare prevazute cu focare cu gratar cu impingere directa sau rasturnata, cuptoare rotative, cuptoare verticale, focare cu ardere in strat fluidizat sau cu ardere in suspensie Ele pot trata (arde) deșeuri cu putere calorifica mica, de doar 10 MJ/kg. In ultima perioada se discuta despre coincinerarea deseurilor. In acest caz deșeurile sunt arse in focarele marilor cazane energetice sau in cuptoarele de ciment, in amestec cu combustibilul uzual al acestora. Ponderea deșeurilor in amestecul combustibil este de cca. 10 %. Termenul de „coincinerare” se aplica in cazul in care arderea amestecului combustibil care conține și deșeuri nu deturneaza instalația de ardere de la utilizarea sa obișnuita.

1.Metode de tratare termica

In managementul modern al deseurilor, incinerarii deseurilor ii revine sarcina de a trata deseurile reziduale ce nu mai pot fi 424e44e valorificate, astfel incat sa se ajunga la:

• inertizarea deseurilor reziduale, minimizand emisiile in aer si apa;

•distrugerea materialelor nocive organice, respectiv concentrarea materialelor anorganice;

• reducerea masei de deseuri de depozitat, in special a volumului;

• folosirea valorii calorifice a deseurilor reziduale in vederea protejarii resurselor de energie;

• transferarea deseurilor reziduale in materii prime secundare in vederea protejarii celorlalte resurse

1.1Preluarea deseurilor

La preluarea deseurilor are loc mai intai o cantarire in vederea stabilirii cantitatii de deseuri livrate. Anumite deseuri pot fi indreptate catre locuri de descarcare prestabilite, in functie de tipul de deseu, respectiv catre o pretratare inainte de a fi incinerate. De asemenea, este necesar un control vizual pentru fiecare autovehicul cantarit. In cazul primirii unor deseuri noi sau in cazul unor suspiciuni este indicata realizarea unor teste in laborator pentru: continut de metale grele, pH, pietre de calcinare, putere calorica, punct de aprindere, clor, sulf si altele. Cantarirea vehiculelor se poate face mecanic sau electromecanic. Sistemele electromecanice s-au impus deoarece inlesnesc o transpunere simpla a valorilor masurate. Pentru vehiculele ce livreaza des deseuri li se pot elibera cartele magnetice, unde sunt salvate greutatea vehiculului gol (in cazul utilajelor cu suprastructura fixa), numarul de inmatriculare si datele privind destinatarul facturii.

Figura 1. Vedere zona de descarcare a  Figura 2. Rampa de descarcare a uleiului uzat deseurilor la incinerator

Pentru stabilirea cantitatii de deseuri livrate de catre vehiculele ce nu detin o astfel de cartela, mai trebuie efectuata inca o cantarire dupa descarcare. In cazul vehiculelor particulare care livreaza deseuri sau a vehiculelor cu containere de schimb este mereu necesar un al doilea procedeu de cantarire in vederea stabilirii cantitatii de deseuri livrate.

Zona de descarcare a deseurilor, dupa cum se poate vedea din figurile 1 si 2, trebuie sa asigure posibilitatea descarcarii oricaror tipuri de masini de colectare sau transport a deseurilor. Un incinerator poate accepta diferite tipuri de deseuri pentru incinerare, de la deseuri solide la deseuri semilichide si chiar lichide. De aceea, in functie de tipurile de deseuri acceptate zona de descarcare trebuie sa prevada toate accesoriile necesare descarcarii acestor deseuri.

1.2.Stocarea temporara, prelucrarea

Pentru deseurile livrate trebuie sa existe un loc de stocare temporara, deoarece livrarea deseurilor are loc discontinuu, iar alimentarea unei instalatii de incinerare a deseurilor trebuie sa fie continua. Buncarul de deseuri serveste pe de o parte drept tampon pentru cantitatea de deseuri, iar pe de alta parte aici pot fi detectate materialele neadecvate pentru incinerare si sortate, sau pot fi indrumate catre o pretratare.

In plus, in buncar are loc o omogenizare a deseurilor. Prelucrarea deseurilor municipale se poate realiza prin intermediul sortarii, astfel deseurile ce nu ard (materialele neadecvate incinerarii, cum ar fi materialele inerte, metalele feroase si neferoase) sunt eliminate, astfel incat functionarea instalatiei sa nu poata fi intrerupta, iar componentele voluminoase incinerabile trebuie maruntite inaintea incinerarii. Maruntirea deseurilor voluminoase inseamna o reducere de volum si astfel o mai buna folosire a spatiului disponibil din buncar si o incinerare mai eficienta a acestor deseuri. Daca in palnia de alimentare a unitatii de incinerare trec deseuri voluminoase nemaruntite , se poate ajunge la formarea unor dopuri si la nefunctionarea instalatiei.

La maruntirea deseurilor voluminoase se pot utiliza mori cu ciocane sau mori de taiere, care pot fi prevazute la nevoie cu instalatii de aspirare. Maruntirea poate avea loc intr-o zona a buncarului rezervata in acest scop sau chiar inaintea intrarii deseurilor in buncar. Aici pot fi tratate pe de o parte materialele care trebuie excluse din deseurile municipale, pe de alta se pot sorta deseurile declarate ca fiind voluminoase la preluare. Vezi brosura privind “Tratarea mecanica a deseurilor”! Capacitatea de prelucrare a instalatiei de maruntire va fi adaptata cantitatii de deseuri voluminoase receptionate anual.In hala de descarcare si in buncarul de deseuri trebuie mentinuta o presiune mai joasa comparativ cu zona invecinata, pentru a evita imprastierea emisiilor si a prafului. Aerul aspirat ori se incinereaza ori se dezodorizeaza printr-un filtru biologic. Alimentarea in camera de incinerare Palniile de umplere sunt de regula astfel gradate, incat sa asigure o functionare continua prin preluarea capacitatii de productie pe ora a unitatii de incinerare.

Figura 3. Vedere palnie si put de alimentare cu deseuri a camerei de incinerare

Deseurile din palnia de umplere ajung printr-un put de umplere in instalatia de alimentare asa cum se poate vedea din figura 3 . Putul de umplere este prevazut cu o clapeta ce inchide palnia de umplere, pentru a evita palpairea flacarii din camera de incinerare. Instalatiile de alimentare sunt supuse unei presiuni mecanice puternice prin transportul de deseuri si unei presiuni termice prin alinierea directa la gratarul de incinerare.

1.3.Incinerarea propiu-zisa

Pentru incinerarea deseurilor se folosesc, de regula, instalatiile de ardere cu gratar si instalatiile cu cuptor rotativ.

Procesul de incinerare la instalatiile cu gratar

Indiferent de sistemul cu gratar folosit, structura de baza a cuptorului este caracterizata de un gratar de ardere la baza, peretii camerei de ardere si in partea superioara un plafon. Gratarul poate fi orizontal sau putin inclinat. In cazul gratarului inclinat cea mai intalnita versiune este acea a cuptorului cu gratar cu actiune inversa. In ambele cazuri, barele gratarului sunt miscate continuu pentru a asigura arderea completa a deseurilor si transferul acestora in cuptor. Barele gratarului pot fi racite cu aer sau cu apa.

Procedeul de incinerare se imparte in 5 faze:

• uscarea: in partea superioara a gratarului deseurile se incalzesc pana la peste 100 oC prin intermediul iradierii cu caldura sau a convectiei, astfel avand loc indepartarea umezelii.

• degazarea: prin continuarea procesului de incalzire pana la temperaturi de peste

250 oC se exclud materiile volatile. Acestea sunt in primul rand umezeala reziduala si gazele reziduale. Procesul de piroliza are loc la presiune atmosferica scazuta si la cresterea temperaturii.

• arderea completa: in cea de-a treia parte a gratarului se atinge temperatura de ardere completa a deseurilor.

• gazarea: numai o mica parte din deseurile arse sunt oxidate in procesul de piroliza. Cea mai mare parte a deseurilor se oxideaza in partea superioara a camerei de incinerare la 1000 oC.

• post-combustia: pentru minimizarea gazelor reziduale ramase neincinerate si a CO din emisii exista mereu o camera de post-combustie.

Procesul de incinerare la instalatiile cu cuptor rotativ

Cuptorul rotativ, vazut ca in schema numarul 4, este intalnit in industria cimentului, de aici fiind preluat si pentru incinerarea deseurilor. In cazul incinerarii cu cuptor rotativ temperatura atinsa in camera de ardere este mult mai ridicata fata de incineratoarele cu gratar.

1-camera de rotativa, 2- partea inferioara, 3- partea superioara, 4- aprinzator si dispozitiv 5- alimentara primara aer, 6- arzator automat pentru cenusa de intretinere a flacarii,

7- camera pentru cenusa, 8- dispozitiv de rotire a cuptorului, 9- alimentare deseuri

10- deseuri lichide, pastoase, lichide, etc 11- dispozitiv de eliminare a cenusii ,

12- gaz rezidual spre camera de post-combustie

Figura 4. Vedere schema principiului de functionare a unui cuptor rotativ

In functie de tipul instalatiei de alimentare, deseurile solide trebuie maruntite inainte de introducerea acestora in cuptor. In cazul deseurilor voluminoase, acestea intotdeauna trebuie maruntite inainte de incinerare pentru o ardere completa a acestor deseuri.

Datorita rotirii continue si inclinatiei usoare a cuptorului, transferul deseurilor dintr-un capat in altul a cuptorului este realizat usor. In functie de temperatura de ardere, dispozitivul de ardere a cenusei poate fi necesar sau nu. In cazul unor temperaturi de 1150 sC cenusa este aglomerata, iar la temperaturi de 1300 sC cenusa este topita si vitrifiata. De asemenea, cenusa de fund si cenusa recuperata din filtre pot fi reintroduse in cuptorul rotativ pentru aglomerare sau vitrifiere. Deoarece temperaturiile de ardere intr-un cuptor rotativ sunt cu mult mai ridicate instalatiilesecundare, cum ar fi camera de post-combustie, sau echipamentele de recuperare a energiei, trebuie proiectate pentru a rezista la astfel de temperaturi ridicate.

Indiferent de cuptorul ales pentru incinerarea deseurilor, urmatoarele trepte intalnite in procesul de incinerare a deseurilor, cum ar fi eliminarea cenusei, tratarea emisiilor, recuperarea energiei, etc. sunt asemanatoare.

In figura 5a este prezentata o fabrica de ardere a deseurilor cu cuptor rotativ, iar in schema 5b este reprezentata mecanismul de combustie a deseurilor cu o diagrama termica in fiecare etapa a procesului.

Figura 5a . Fabrica de incinerare cu cuptor rotativ

Fig. 5b Schema incinerarii cu cuptor rotativ a deseurilor

Tratarea, respectiv eliminarea cenusei reziduale

Cenusa reziduala rezulta in urma incinerarii. Ea consta in principal din material neincinerabil cum ar fi silicati nedizolvabili in apa, oxizi de aluminiu si fier.

Trecerea de la o faza la alta depinde de compozitia si valoarea calorica a deseurilor de incinerat.Pentru pornirea instalatiei este necesara preincalzirea spatiului de ardere. In acest scop sunt instalate arzatoare ce functioneaza cu gaz, ulei, praf de carbune sau orice alt tip de combustibil, ce au rolul de a preincalzi camera de ardere si de a intretine flacara in cazul unei compozitii mai dificile a deseurilor. Cand camera de ardere a atins temperatura corespunzatoare, atunci deseurile pot fi aprinse cu ajutorul arzatoarelor de aprindere, instalate in camera de ardere.

Alimentarea cu aer se face atat prin barele gratarului de jos in sus (alimentarea primara), cat si cu ajutorul unor dispozitive suplimentare prevazute in camera de ardere (alimentarea secundara). Masurarea debitului de aer de combustie este adaptat la procesul de incinerare in timp si spatiu.

Deoarece compozitia deseurilor varaiaza in limite largi si amestecarea inainte de incinerare nu asigura omogenizarea totala a deseurilor, miscarea gratarelor si masurarea aerului de combustie sunt mereu adaptate la situatia de functionare a cuptorului.

2 Politica Uniunii Europene si a tarilor vecine in directia sporirii eficientei energetice si a resurselor regenerabile de energie

2.1 Uniunea Europeana

Uniunea Europeana (UE) si majoritatea tarilor din componenta ei se afla printre tarile cu cea mai mare eficienta energetica, intensitatea energetica constituind cca. 10 MJ/Euro, sau cca. 7,75 MJ/US$, ceea ce este de peste 3 ori mai putin decat in RM - 31,7 MJ/US$ in anul 2006. Inca de la inceputul anilor 1990 UE s-a amplasat in pozitia de lider mondial in administrarea mediului. Consiliul UE considera ca peste 70 % din reducerea emisiilor de gaze cu efect de sea. (GES) de la arderea combustibililor poate fi obtinuta pe contul sporirii eficientei energetice, valorificarii SRE si trecerea la combustibilii alternativi.

In ultimii ani de catre Consiliul UE au fost adoptate urmatoarele Directive in domeniu:

- Directiva 2001/77/EC cu privire la promovarea electricitatii produse din surse regenerabile de energie;

- Directiva 2002/91/EC cu privire la caracteristicile energetice ale cladirilor;

- Directiva 2003/30/EC cu privire la promovarea biocombustibilului in transport;

- Directiva 2004/8/EC cu privire la promovarea cogenerarii;

- Directiva 2006/32/EC cu privire la eficacitatea consumului final de energie si

serviciile energetice s.a.

In martie 2007 Consiliul UE si-a luat angajamentul de a reduce catre anul 2020 emisiile de GES cu 20 % de la nivelul anului 1990.

Potentialul de economisire a energiei catre anul 2020 pe sectoare este apreciat de CE la nivelul urmator:

cladiri (reziden.iale, comerciale etc.) - 28 %;

transport - 26 %;

industrie - 25 %.

2.2 Romania

Consumul intern brut de energie al Romaniei la nivelul anului 2005 era de 1588 PJ (37,9 mil.) , ceea ce constituie 75,4 GJ pe cap de locuitor, adica de 2,6 ori mai mult decat in Republica Moldova. Independenta energetica a Romaniei este in prezent de circa 70%, evolutiile inregistrate in ultimii ani in sectorul de producere a resurselor energetice primare evidentiind descresterea acesteia. Structura consumului este: carbuni - 23 %, gaze naturale - 36,4 %, titei si produse petroliere - 24,2 %, hidro si altele - 16,4 %.

Pentru realizarea tintelor de eficienta energetica, se vor avea in vedere urmatoarele masuri:

- Cresterea eficientei in utilizarea energiei electrice si a gazelor naturale in industrie,

realizarea unor proiecte demonstrative pentru atragerea de investitii destinate modernizarii echipamentelor si utilajelor tehnologice;

- Continuarea investitiilor pentru reabilitarea sistemelor de alimentare centralizata cu energie termica din orase si reducerea pierderilor de energie;

- Realizarea Programului national de reabilitare termica a cladirilor de locuit existente aprobat de Guvern;

- Sustinerea Programului national de crestere a eficientei energetice pentru perioada

2006-2010, asociat cu un mecanism de acordare a sprijinului financiar de la bugetul de stat si bugetele locale;

- Impunerea unor standarde de eficienta energetica in industrie, transporturi, constructii, agricultura, servicii si in sectorul rezidential;

- Sustinerea programelor de eficienta energetica prin alocare de fonduri de la Fondul Roman pentru Eficienta Energetica;

- Realizarea de proiecte si zone demonstrative de eficienta energetica;

- Crearea cadrului legislativ necesar dezvoltarii pietei concurentiale de servicii energetice;

- Promovarea tranzactionarii certificatelor albe pentru stimularea investitiilor in cresterea eficientei energetice, in conditiile dezvoltarii unei practici europene in acest sens;

- Promovarea actiunilor de tip DSM (Demand Site Management);

- Acordarea de stimulente fiscale si financiare pentru realizarea proiectelor de crestere

a eficientei energetice, cu respectarea conditiilor legale privind ajutorul de stat;

In Diagrama de mai jos sunt expuse metodele de finantare pentru solutionarea deficientei energetice.

Fig.6 Finantarea investitiilor cu obiectivul de crestere a eficientei energetice

Obiectivele generale ale Strategiei de valorificare a surselor regenerabile de energie constau in urm.toarele:

- integrarea surselor regenerabile de energie in structura sistemului energetic national;

- diminuarea barierelor tehnico-functionale si psiho-sociale in procesul de valorificare a surselor regenerabile de energie, simultan cu identificarea elementelor de cost si de eficienta economica;

- crearea conditiilor de participare a Romaniei la piata europeana de 'Certificate verzi' pentru energie din surse regenerabile.

3.Metode de epurare a gazelor de ardere

3.1. Purificarea gazelor evacuate intr-un sistem umed

Fig. 7 Sisitem de epurare umed

Epurarea gazelor de ardere este determinata de deseurile care urmeaza sa fie eliminate si reglementarile locale. In figura 7 este prezentat un sistem umed de epurare a gazelor emise in urma combustiei deseurilor. Un spalator umed cu doua sau mai multe etape este conectat in mod normal in serie pentru o gama vasta de deseuri cat si pentru cele necunoscute sau in cazul prezentei unor concentratii ridicate de poluanti. Fluorurile de clor si hidrogen spre deosebire de metalele grele, sunt in mare parte spalate in prima faza cu o solutie acida cu pH-ul cuprins intre 1-3 si SO2 in etapa a doua de solutie alcalina cu pH-ul intre 7-8. Poluantii sub forma de particule de praf,saruri si metale grele sunt spalate in urma reactiei chimice si sunt preluati de procesele de tratare corespunzatoare si eliminati sub forma concentrata.

3.2. Purificarea gazelor evacuate intr-un sistem uscat

Fig. 8 Sisitem uscat de epurare gazelor

In figura de mai sus este reprezentata schema unui sistem uscat de epurare a gazelor de ardere a deseurilor. Epurarea gazelor in cadrul sistemului uscat este determinata asemanator cazului sistemului umed. In cele mai multe cazuri epurarea uscata a gazului este suficienta conform principiului de uscare prin sorbtie. Sistemul consta dintr-un proces de dozare si injectare, un reactor,un furtun de filtru si dispositive de reglare si control. Varul sau bicarbonatul si carbonul activatsunt folositi pentru adsorbtie.Acestea pot fi amestecate sau adsorbanti gata facuti Hovalit sau Sorbalit proiectat special pentru diverse aplicatii.

Rezultatele epurarii date de cele doua sisteme sunt date in tabelul 1, de mai jos.

Tabelul 1. Efectele purificarii

3.3.Purificarea gazelor evacuate intr-un sistem combinat

Fig. 9 Sisitem mixt de epurare a gazelor

In schema numarul 9 este tratat sistemul combinat de epurare a gazelor de ardere. Epurarea gazelor arse se face dupa aceleasi reguli ca a celor doua sisteme descrise mai sus. Urmatorul sistem de uscare montat in serie se comport ca un filtru de polite si este utilizat pentru recombinarea dioxinelor si furanilor dar si a metalelor grele usor volatile.

In tabelul 2 sunt sintetizate toate categoriile sistemelor de purificare a gazelor rezultate in urma arderii deseurilor, concentratiile emisiilor cat si avantajele aduse de fiecare sistem.

Tabelul 2. Sinteza sistemelor de purificare a gazelor rezultate in urma arderii

Concluzii

Bibliografie

1.B.Bilitewski,G.Hardtle, Kmarek, A Weissbach,H Boeddicker: „Waste Management” – Springer Edition;

2.F.McDougall, P.White, M.Franke, P.Hundle: „Integrated Solid Waste Management: a Life Cycle Inventory” – Blackwell Science Edition;

3. INCDPM- ICIM Bucuresti: ”Studiul privind metodele si tehnicile de gestionare a deseurilor”

4. https://www.jeag.com/eng/company/overview.htm