TRATAREA TERMICA A DESEURILOR MUNICIPALE

PARTE SCRISA

1. Descrierea tehnologiilor
2. Deseurile care pot fi tratate
3. Date tehnice (capacitate nominala, consum de energie, randament, etc)
4. Costuri de investitii si de operare
5. Avantaje
6. Dezavantaje
7. Alte detalii

ANEXE :

ANEXA Nr. 1 - Incinerator tip MARTIN - Gratare orizontale - AVI Amsterdam, Olanda

ANEXA nr. 2- Incinerator tip MARTIN cu gratare cu actionare inversa - AVI Twente, Olanda

ANEXA Nr. 3 - Estimarea costurilor de incinerare a deseurilor municipale

ANEXA Nr. 4 - Costuri de incinerare a deseurilor municipale - Exemplu - INCINERATOR CU CAPACITATEA DE 10t/h (80.000 t/an) cu generare de energie pentru consum propriu si cu incinerarea de deseuri cu PCI de minim 2100 kcal/kg (fara adaos de combustibil suplimentar)

1. DESCRIEREA TEHNOLOGIILOR

INCINERAREA

Descrierea metodei

Scopul general al incinerarii deseurilor este:

reducerea la maxim posibil a potentialului de risc si poluare;

reducerea cantitatii si volumului;

conversia substantelor ramase intr-o forma care sa permita recuperarea sau depozitarea;

exploatarea energiei produse.

Oxidarea la temperaturi inalte schimba (transforma) componentii organici in oxizi gazosi specifici, care sunt mai ales bioxidul de carbon si apa. Componentii anorganici sunt mineralizati si transformati in cenusa.

Distrugerea deseurilor prin incinerare se poate asigura in conditiile respectarii, minim, a urmatoarelor conditii tehnice :

temperatura - trebuie sa fie suficient de mare pentru adistruge toate moleculele ; in general o temperatura de 900°C este suficienta ; totusi in unele cazuri, anumite molecule (ex. deseurile din industria chimica) pot fi distruse numai la temperaturi mai mari de 1,000°C sau chiar 1,200°C ; este cazul fenolilor, substantelor halogenate, etc ;

timpul de stationare - raportul intre volumul camerei de ardere si a debitului de gaze rezultate din incinerare - trebuie sa fie suficient de lung pentru a asigura oxidarea ; in general timpul de stationare este de la 2 la 4 secunde ;

turbulenta - trebuie sa asigure amestecarea continua si sa reduca riscul aparitiei de zone « reci » care pot reduce reactiile de oxidare.

Tipuri de incineratoare pentru deseuri municipale

Tipul incineratoarelor de deseuri depinde de tipul, cantitatea de deseuri si forma in care deseurile sunt livrate.

In cazul incineratoarelor pentru deseuri municipale este folosita aproape in mod exclusiv arderea pe gratare si in pat fluidizat.

Cuptor cu gratare

Un incinerator de deseuri municipale este alcatuit din:

- aparate de masura si control a cantitatilor de deseuri aduse pentru incinerare;

- statii de receptie si depozite temporare pentru deseuri;

- echipamente de incarcare;

- instalatia de incinerare (unitatea de incinerare);

- echipamente de recuperare a energiei;

- instalatii de tratare a apelor uzate si a gazelor reziduale;

- depozite temporare si statii de receptie pentru reziduuri;

- alte utilitati (ex. rezervoare de inmagazinare a apei de stins incendii).

Deseurile sunt primite in zona de receptie a incineratorului.

Dupa inspectia vizuala, vehiculele sunt directionate catre statiile de manipulare unde deseurile sunt descarcate in depozite temporare locale. Deseurile sunt dupa aceea incarcate in incinerator cu instalatii de incarcare in conformitate cu programul de incinerare. Pentru sistemul cu gratare instalatia de incinerare este alcatuit, in principal, din gratare, cuptor si camera de postcombustie; in cazul cuptoarelor rotative instalatia de incinerare este alcatuita din cuptorul rotativ si camera de postcombustie.

Dupa instalatia de incinerare este amplasat un generator de aburi in care energia din gazele reziduale este convertita in energie recuperata. Dupa racire, gazele reziduale sunt trecute in instalatii de epurare. Diferite procese sunt folosite pentru a separa pulberile si componentii gazosi din gazele reziduale. In procesul folosit in mod predominant de spalare a gazelor reziduale, apa uzata generata este de asemenea recirculata in curent fierbinte de gaze reziduale si evaporata (evaporare directa) sau post epurata in instalatii speciale (evaporare indirecta sau epurare).

Reziduurile obtinute in timpul procesului de incinerare, cum sunt pulberile, cenusile, pulberile de pe filtre si reziduurile din gazele reziduale si cele rezultate din epurarea apelor uzate sunt livrate ca materiale recuperabile sau eliminate.

Ca o regula generala, trebuie spus ca un incinerator pentru tratarea termica a diferitelor fractiuni de deseuri trebuie proiectat precis astfel incat sa asigure functionarea fara probleme in conformitate cu prevederile legale (H.G. nr. 128/29002). O importanta majora pentru stabilitatea si siguranta functionarii o are omogenitatea deseurilor introduse in incinerator si schimbarea maxima a parametrilor deseurilor in unitatea de timp. Instalatiile moderne sunt proiectate pentru un spectru larg de puteri calorifice inferioare si de compozitiii ale deseurilor. Chiar cresterea puterii calorice inferioare datorate unor anumite fractiuni ale deseurilor este luata in considerare la etapa de proiectare a incineratorului. Totusi, numai scurte fluctuatii in producerea de energie si poluanti pot fi contracarate in proiectarea instalatiilor de incinerare.

Ca urmare, omogenizarea deseurilor pentru incinerare (amestecarea in buncar) este de o mare importanta in functionarea incineratorului.

Factorul decisiv pentru proiectarea din punct de vedere termic a unui incinerator este cantitatea de caldura produsa in mod continuu la functionarea la capacitate maxima (capacitatea termica proiectata). Chiar daca acesta productie termica suplimentara este numai pe scurta durata depasita, are loc schimbarea profilelor temperaturilor in diferite puncte ale instalatiei la valori mai mari ceea ce are ca efect producerea de pagube ireversibile materialelor de constructie folosite.

Daca deseuri cu diferente majore ale valorilor puterii calorifice inferioare sunt incinerate in unul si acelasi incinerator, aceasta impune o variatie larga corespunzatoare a capacitatii termice a incineratorului.

Incarcarea termica minima nu trebuie sa fie mai mica de 60% din incarcarea raportata.

Folosind sisteme moderne de gratare racite, sisteme de aer primar si secundar controlabile si un control efectiv a capacitatii termice este posibil sa se respecte cerintele de functionare legale.

Incineratoarele pentru deseurile municipale folosesc aproape in exclusivitate sistemul de incinerare avand focar cu gratar. Aceste sisteme sunt alcatuite in principal, din urmatoarele componente: instalatii de incarcare, incinerator cu gratar, sistem de extragere a cenusei, sistem de combustie a aerului, cuptor, zona de post-ardere si arzator auxiliar.

Aceste componente sunt proiectate pentru o compatibilitate reciproca.

Scopul gratarelor incineratorului este sa transporte deseurile prin cuptor, sa intretina focul si sa alimenteze aerul de combustie, al carui sens este din partea inferioara prin spatii in gratar la stratul de combustibil, sa transporte cenusa la sistemul de extractie al cenusii si sa previna caderea materialelor prin gratare.

Principalele caracteristici a gratarelor incineratorului pentru deseurile municipale sunt:

avand in vedere debitul masic total de aer, aerul primar este reglabil in mai multe zone independente una de alta cu scopul de a permite adaptarea distributiei aerului la procesul de combustie;

procentul de alimentare al gratarelor este reglabil independent in diferitele sectiuni (ex. zona de aprindere, zona de combustie, zona de post-combustie) astfel incat dimensiunea peliculei de combustibil si pozitia zonei principale de combustie sa poata fi controlata;

miscarea gratarelor are un efect bun in ceea ce priveste intretinerea focului si transferul deseurilor, ceea ce este esential pentru o buna ardere;

fantele si orificiile pentru aer din invelisul gratarelor asigura o distributie uniforma de aer chiar sub incarcari mecanice si termice fata de cele proiectate;

aerul de combustie alimentat prin gratare este folosit simultan si pentru racirea acestora cu o alegere corespunzatoare a materialelor si a circuitului aerului. Cerinta de aer de racire nu depaseste in nici o situatie de functionare cerinta de aer primara. In sistemele proiectate special, gratarele pot fi racite cu apa fiind astfel posibila eliminarea dependentei intre cerinta de aer de racire si cerinta de aer primar.

Aceste caracteristici sunt impartite prin diferite metode de proiectare a gratarelor. O distinctie poate fi facuta intre principiile de alimentare continuue (gratare fixe, gratare mobile) si discontinuu (gratare supraincarcate).

Cuptoare cu pat fluidizat

Cuptoarele cu pat fluidizat sunt alcatuite, in principal, dinr-o placa de distributie a aerului ovala cu combustie cilindrica sau o camera cu strat fluidizat deasupra cu o camera depost-combustie dedesubt. Patul fluidizat este alcatuit dintr-un strat de nisip cu inaltimea de aproximativ 1 m (marimea granulelor 0,5-3 mm).

Pentru functionare, in anumite situatii aerul de combustie preincalzit este introdus prin

placa de distributie a aerului in camera de combustie sau camera de pat fluidizat prin fluidizarea stratului de nisip si crearea stratului fluidizat adecvat.

Namolul de canalizare deshidratat este introdus la partea superioara a cuptorului si in mod normal, distribuit peste sectiunea transversala a camerei de combustie.

Namolul de canalizare este intai uscat si apoi degazeificat si gazeificat, iar in final oxidat si ars.

Gazele reziduale rezultate continand produsi din degazeificare si gazeificare ajung in camera de post-combustie unde acesti compusi volatili sunt arsi.

Temperatura in stratul fluidizat este de cca. 850⁰ C si chiar mai mare. In camera de post-combustie temperatura trebuie sa depaseasca 850⁰ C, iar timpul de stationare pentru gazele reziduale trebuie sa fie de cel putin 2 secunde.

Arderea are loc sub punctul de topire a cenusii. Schimbul de caldura si substante in stratul fluidizat este aproape ideal si se obtine o buna ardere completa.

Caldura gazelor reziduale poate fi folosita pentru generarea de abur in boilere conventionale si folosita ulterior pentru generarea de electricitate sau agent termic.

Partea necombustibila din namolul de canalizare - cenusa- este indepartata impreuna cu gazele reziduale si separata in final, in unitati de filtrare.

In conditii favorabile (nereducerea valorii calorifice datorate fermentarii, o buna preincalzire a aerului) o autosustinere a incinerarii namolului de canalizare este posibila fara combustibili suplimentari. Altfel, trebuie adaugata combustibili suplimentari (motorina sau gaze naturale). Oricum, este de asemenea posibila pentru uscarea partiala a namolului a aburului generat prin recuperarea caldurii din gazele reziduale si continuarea autosustinerii incinerarii cu acest namol preuscat.

Sistemul de de alimentare cu aer de combustie

Masurarea debitului de aer de combustie este adaptat la procesul de combustie in timp si spatiu. Deoarece compozitia deseurilor variaza in limite largi si amestecarea inainte de incinerare nu asigura omogenizarea totala a deseurilor, miscarea gratarelor si masurarea aerului de combustie este mereu adaptata la situatia de functionare a cuptorului. Aceasta situatie este stabilita prin analizarea gazelor reziduale (CO, O₂) si masurarea temperaturii.

Excesul de aer este mai mare decat cel pentru combustibili omogeni (carbuni).

Debitul volumetric al aerului de combustie este reglat pentru a optimiza continutul de monoxid de carbon din gazele uzate si temperatura cuptorului. In acest scop, trebuie sa fie posibila reglarea debitului volumetric de aer primar in diferite zone, folosind elemente de control corespunzatore; reglarile pot fi inlesnite folosind senzori pentru curentii de aer.

Sistemele de aer dupa combustie si de aer secundar sunt folosite suplimentar pentru alimentarea cu aer. In acest fel, aerul pentru oxidarea suplimentara este aprovizionat in zonele unde gazele reziduale rezultate din arderea combustibilului nu au ars suficient.

Suplimentar, sistemele de aer secundar pot asigura prin efectele lor de amestecare, arderea completa a gazelor reziduale.

Aerul secundar este, in mod normal, injectat prin duze cu o viteza mare de iesire. Se poate renunta la aprovizionarea cu aer secundar numai daca eficienta de ardere a gazului este asigurat cu alte mijloace (ex. introducerea de abur, recircularea gazelor reziduale etc.)

Datorita complexitatii acestor procese este recomandabila instalarea unui sistem de control automatizat al arderii. Prin valorile masurate a debitului de gaze reziduale, temperatura gazelor reziduale, continutul de oxigen si CO din gazele reziduale si debitul masic de abur este posibila stabilirea unui procent optim al distributiei si proportiei debitului aerului de combustie si stabilirea functionarii gratarelor cu un sistem integrat de control.

Cuptorul

Geometria cuptorului afecteaza traiectoria urmata de gazele reziduale si prin aceasta perioada de stationare a gazelor reziduale si a curentilor partiali de gaze reziduale in campul de temperatura. Trebuie facuta o distinctie intre sistemele in echicurent, incrucisat si contracurent, termenii depinzand de debitul de gaze reziduale in relatie cu directia de alimentare cu deseuri.

Sistemele in echicurent prezinta avantajul ca o parte din gazele reziduale din zona de ardere au un timp de stationare mai lung si trebuie sa treaca prin zona de temperatura maxima. Poate fi necesar si folosirea de aer primar preincalzit pentru inlesnirea arderii daca deseurile au o valoare scazuta a puterii calorice.

In sistemul in contracurent arderea deseurilor cu valori ale puterii calorifice inferioare, se realizeaza efectiv datorita faptului ca uscarea si arderea deseurilor este imbunatatita de gazele reziduale fierbinti, care circula, in zona de ardere in sens invers circuitului deseurilor.

O atentie speciala trebuie acordata, astfel incat, odata cu evacuarea gazelor reziduale sa nu fie evacuati si curenti continand fragmente de deseuri nearse. In general, sistemele in contracurent necesita o larga participare de aer secundar.

Sistemul de curent incrucisat reprezinta un compromis pentru un domeniu larg de valori calorice.

Aici de asemenea, este important ca toate fractiunile de curenti de gaze reziduale sa fie bine amestecate cu ajutorul de profile generatoare de turbulenta sau/si introducerea de aer secundar.

Campul de temperatura din cuptor poate fi modificat prin proiectarea peretilor cuptorului. Exista structuri ale peretilor cu sau fara racire. Materialele folosite trebuie sa fie refractare la aderarea zgurii pe suprafata lor si suficient de rezistente la eroziune, iar daca este posibil sa previna difuzia compusilor sublimabili din gazele reziduale.

Racirea peretilor cuptorului este redusa intr-o asemenea masura, incat sa previna formarea turtelor de zgura, cu scopul de a permite temperaturi ridicate ca un mijloc de a optimiza arderea.

Zona de post-combustie

Cuptorul este unit cu zona de post-combustie. Pentru a asigura la maxim arderea completa a gazelor reziduale cu amestecarea uniforma a gazelor de combustie cu aerul de combustie, trebuie mentinute o temperatura minima adecvata, un timp de stationare si o concentratie in oxigen in conformitate cu prevederile din H.G. nr. 128/2002, capitolul 2, paragrafele 2.1. si 2.2.

Instalatia de evacuare a cenusii

Scopul instalatiei de evacuare a cenusii este de a indeparta si reduce temperatura reziduurile solide rezultate de la instalatia de incinerare si de a asigura o inchidere ermetica pentru gratare si cuptor.

In mod obisnuit, sunt folosite instalatii cu evacuare umeda a cenusii (screpere si pompe de apa cu piston).

Instalatia trebuie sa fie corespunzatoare pentru alimentarea cu cenusa fin granulata la fel ca si cu obiectele voluminoase; sa asigure suficient aer pentru cuptor, o racire si amestecare a cenusei si o separare adecvata a apei folosite pentru racire de cenusa din materialul extras.

Vaporii de apa rezultati sunt reintrodusi in cuptor sau in boiler.

Arzatoare auxiliare

Pentru a asigura o temperatura suficient de inalta chiar in conditiile extreme de combustibili si incarcare, trebuie instalate arzatoare suplimentare.

Este important ca acestea sa functioneze cu un nivel redus de emisii. Arzatoarele auxiliare trebuie sa fie puse in functiune, daca aceasta reprezinta singura posibilitate de mentinere a temperaturii minime impuse, aceasta in cazul in care cantitatea de caldura introdusa (cantitatea de deseu multiplicata cu valoarea calorica inferioara) coboara sub limita minima proiectata.

La pornirea instalatiei de incinerare, arzatoarele auxiliare sunt folosite pentru a crea o zona fierbinte cu temperatura minima prescrisa, prin care gazele reziduale trec din zona furnalului in zona post-combustie.

Pentru proiectarea arzatorului aceasta este starea de functionare critica. Urmatorii factori sunt foarte importanti pentru calcularea productiei de caldura a arzatorului:

absorbtia de caldura a peretilor cuptorului;

absorbtia de caldura a boilerului;

pierderea de radiatie;

procentul debitului de aer de pornire;

La inchidere, arzatoarele intra in functiune in momentul in care limita minima proiectata pentru aprindere coboara rapid cauzand scaderea valorii temperaturii sub temperatura minima prescrisa. Arzatoarele raman in functiune pana cand nu mai sunt deseuri in cuptor.

Racirea gazelor reziduale si recuperarea caldurii

Deseurile fac parte din resursele energetice secundare combustibile. Resursele energetice secundare (r.e.s.) reprezinta cantitatile de energie sub toate formele (inclusiv sub forma de deseuri combustibile) care contin inca un potential energetic ce poate fi utilizat in trei directii: termica, electroenergetica si combinata.

Recuperarea sub aspect termic are loc prin utilizarea aburului sau a apei calde obtinute in instalatiile recuperatoare de caldura pentru alimentarea cu caldura a proceselor: tehnologice, de incalzire, ventilatie, climatizare, frig a unor consumatori industriali, cat si alimentarea cu apa calda menajera a consumatorilor urbani.

Cantitatea de energie recuperata este data de produsul dintre masa deseurilor tratate (M), puterea calorica inferioara a acestora (PCI) si randamentul termic al ansamblului cuptor incinerare-cazan recuperator (h_CR

kWh

unde h_CR poate lua valori in intervalul 0,5 - 0,75 in functie de puterea calorica a deseurilor.

Cantitatea de abur produsa in cazanul recuperator se determina cu relatia:

kg abur/kg deseuri menajere

unde:    PCI reprezinta puterea calorica inferioara a deseurilor, in kJ/kg

h_CR - randamentul termic al ansamblului cuptor incinerator-cazan recuperator

DI - diferenta intre entalpia aburului produs in cazan si entalpia apei de alimentare, in kJ/kg.

In figura urmatoare se prezinta schema generala a utilizarii caldurii gazelor de ardere rezultate fie din incinerarea deseurilor pentru alimentarea cu caldura atat a consumatorilor industriali cat si urbani.

Utilizarea caldurii gazelor de ardere pentru alimentarea cu caldura.

Schema de alimentare cu caldura cu principalele sale elemente componente este realizata in doua variante, din punct de vedere al naturii agentului termic primar din reteaua de distributie:

agentul termic primar este aburul cu parametrii cuprinsi in domeniul presiunii de 10 - 32 bar cu o supraincalzire de 10 - 30°C

agentul termic din reteaua de distributie este apa fierbinte cu temperaturi de 130 - 180°C. Aceasta este produsa fie direct intr-un cazan de apa fierbinte, fie intr-un schimbator de caldura abur-apa fierbinte.

Pentru alegerea sistemului de proiectare a generatorului de abur sau apa calda (boiler), urmatoarele criterii sunt importante:

o fiabilitate ridicata cu o uzura redusa;

o buna posibilitate de curatire pe durata exploatarii si intretinerii;

o admisie redusa de aer nejustificat in exploatare prin sistemul de evacuare a zgurii si cenusii si ferestrele de inspectie;

functionare sigura pe perioada fluctiatiilor in alimentarea cu caldura.

Boilerele din incineratoarele de deseuri au sisteme de racire a gazelor reziduale sub temperatura de topire a cenusii (schimbatoare de caldura) iar scaderea temperaturii la nivelul tuburilor schimbatoarelor sub 400 ^oC reduce nivelul de coroziune datorat clorului. Racirea corespunzatoare a gazelor reziduale este absolut esentiala pentru eliminarea pericolului de coroziune si a nivelului acestuia.

Aburul este generat, in principal, cu sisteme de circulatie naturala dar se pot folosi si sisteme cu circulatie fortata. Caldura poate fi folosita in cadrul statiei de incinerare, furnizata ca atare in exterior sau folosita pentru producerea de energie electrica.

Epurarea gazelor reziduale

Dupa arderea completa, epurarea gazelor de ardere este cea mai importanta posibilitate de a controla nivelul emisiilor evacuate din incinerator.

Pentru separarea substantelor din gazele reziduale evacuate din camerele de ardere a incineratorului sau de la boiler pot fi folosite mai multe procedee pentru alegerea si proiectarea carora trebuie luate in considerare urmatoarele elemente:

substantele poluante specifice din gazele reziduale;

tipul, volumul si schimbarile continutului gazelor reziduale;

concentratiile maxime admisibile ale poluantilor in gazele epurate;

evitarea, minimizarea si epurarea apelor uzate evacuate din instalatii;

probleme in functionare (coroziune, uzura, murdarirea instalatiilor);

temperatura gazelor la evacuarea din cosul de dispersie;

evitarea, recuperarea si depozitarea reziduurilor;

disponibilitati de suprafete pentru depozitarea reziduurilor.

Aparatura de urmarire a instalatiilor

Aparatura de urmarire este necesara pentru monitorizarea exploatarii corecte a arderii, producerii de abur si nivelului de epurare a gazelor reziduale si pentru prevenirea aparitiei de situatii neprevazute in functionare.

Nivelul de monitorizare si urmarire a acesteia depinde de tipul de deseu incinerat si de cerintele legale.

Dupa alegerea aparaturii si a punctelor de amplasare a aparaturii trebuie acordata atentie reproductibilitati adecvate si fiabilitatii functionale necesare a aparaturii.

COINCINERAREA

De cand deseurile si combustibilii inlocuitori, sau combustibilli secundari produsi de acestea au fost acceptati ca surse de energie, sunt folositi tot mai mult ca inlocuitori in procesele industriale, in principal, in centralele electrice, fabricile de ciment si otelarii.

Deseurile municipale nu sunt, de regula, considerate materie prima pentru sistemele industriale de ardere si sunt folosite numai in calitate de combustibili inlocuitori.

Datorita densitatii lor precum si proprietatilor fizice si chimice, un mare numar de deseuri de productie sunt folosite, in special, in sistemele de ardere industriala. Uneori, datorita proprietatilor fizice si chimice, justifica investitii pentru facilitarea folosirii lor in arderea industriala. De exemplu un deseu des utilizat de centralele electrice, este namolul de epurare municipal.

Folosirea deseurilor in sistemele de ardere industriala (coincinerare) tine cont de faptul ca acestea din urma nu sunt, in mod normal, proiectate pentru a asigura si controlului emisiilor de metale grele volatile (in special Hg). Ca urmare, folosirea deseurilor in procesul de coincinerare trebuie analizata de la caz la caz.

Centrale electrice

Centralele electrice ca uzine producatoare de electricitate sunt proiectate pentru folosirea eficienta a combustibililor conventionali. Chiar si acestea sunt problematice in multe cazuri si pe durata procesului cauzeaza degradare si corodare care tind a fi accentuate apoi prin utilizarea combustibililor alternativi.

Folosirea deseurilor si a combustibililor inlocuitori derivati din deseuri este limitata de urmatoarele elemente:

- posibilitatile de depozitare ale centralelor electrice;

- cerintelele de pretratare a deseurilor pentru a le aduce intr-o forma utilizabila sistemelor de ardere particulare in instalatiile de ardere folosite;

- comportarea deseurilor pe durata procesului de combustie, respectiv reducerea procesului de combustie prin depunerea pe peretii cuptorului, aparitia coroziunii si influentarea sistemelor de epurare a gazelor uzate;

- efectele la nivelul emisiilor de poluanti in ceea ce priveste reziduurile din procesul de combustie si reziduurile din sistemele de epurare a gazelor reziduale.

Efectele asupra arderii

Din punct de vedere teoretic, capacitatea de topire a carbunelui reprezinta un factor important pentru alegerea si functionarea sistemelor de ardere.

In camera de topire a sistemului de ardere, schimbarile in capacitatea de topire a carbunelui poate provoca blocaje in dispozitivele de descarcare ale cuptorului si poate produce daune datorate topirii captuselii refractare daca vascozitatea este redusa.

Capacitatea de topire poate mari riscul de degradare al statiei, datorita aderarii particulelor de cenusa provenite din gaze pe suprafete din camera de topire si din sistemele de ardere uscata. Datorita acesor depuneri functionarea sistemului de ardere cu pat fluidizat poate fi afectata.

In timpul incinerarii componentele volatile anorganice sunt eliberate in mediul gazos. Continutul unor asemenea componente - in principal saruri - este de obicei semnificativ mai mare, datorita deseurilor decat datorita combusibililor conventionali. Cand aceste componente se condenseaza pe suprafete incalzite, produc de multe ori coroziune si degradare puternica, datorita tendintei lor de a adera la cavitati si pori.

Efectele asupra sistemelor de epurare ale gazelor reziduale

Tipurile compusilor clorinati din deseuri sunt mai multe si mai diversificate decat cele din combustibilii conventionali. Acesti compusi pot fi separati prin instalatii de desulfurare a gazelor reziduale dar numai pentru valori ale concentratiilor nu foarte ridicate.

Sistemele de epurare a gazelor reziduale in centralele electrice au o eficienta ridicata in ce priveste substantele necarbonice si neuleioase de tip asociat. Aceasta inseamna ca emisiile de poluanti ce le depasesc pe cele din combustia combustibililor standard sunt greu detectabile datorita proportiei mici comparativ cu cantitatea totala a gazelor reziduale. Totusi deoarece sistemele de separare-epurare a gazelor reziduale din centralele electrice nu sunt destinate deseurilor, exista inevitabil substante ce necesita o atentie speciala. Acestea includ mercurul, a carui concentratie in combustibilii secundari (deseuri) putand conditiona coincinerarea acestora in centralele electrice. Pe de alta parte, PCDDs/Fs nu ridica probleme deoarece principalul combustibil contine de regula o cantitate suficienta de sulfura pentru a preveni reactii ale compusilor aromatici slab clorinati.

Principalii poluanti din sistemul de apa uzata sunt componentii solubili (saruri) prezenti in cantitati si concentrati mari.

Efectele asupra cenusii

Cenusa din sistemele de ardere a carbunelui este reutilizata la scara larga. Este improbabila impunerea de restrictii in folosirea cenusii rezultate din arderea deseurilor, datorita poluarii ce rezulta din coincinerarea deseurilor. In prezent cenusa este folosita, in principal in producerea de beton si in industria de ciment; ca urmare cenusa trebuie sa indeplineasca conditiile de calitate solicitate, de aceea cenusa este verificata individual la fiecare statie de incinerare. Obtinerea autorizarii pentru folosirea cenusii in procesele de coincinerare este de aceea foarte importanta, dat fiind marile cantitati de cenusa implicate.

Fabrici de ciment

Un aspect esential in fabricarea cimentului il reprezinta producerea clincherului in cuptorul rotativ. Materia prima pentru producerea clincherului din ciment este uscata si incalzita la cca 1400⁰ C si datorita reactiilor chimice ce au loc se formeaza clincherul de ciment.

Cuptoarele rotative folosite se bazeaza pe sistemul de uscare cu cicloane preincalzitoare. Productia de clincher poate fi realizata in anumite cazuri folosind sistemul de semiuscare. Indiferent de metoda de fabricare, obtinerea clincherului este de fapt, un proces de conversie in care materialele folosite (combustibili si materii prime) sunt consumate ssau integrate in produsul final.

Datorita temperaturile inalte in cuptorul de ciment, continutul organic al combustibililor secundari este distrus in totalitate. Caracteristicile tehnice ale procesului de fabricare a clincherului, in cazul folosirii combustibililor secundari, sunt urmatoarele:

- timp de stationare al gazelor reziduale in cuptorul rotativ de cca 8 sec la temperaturi de peste 1200⁰C;

- timp de stationare a gazelor reziduale in al doilea focar de ardere de minim 2 sec la o temperatura de peste 850⁰C;

- sorbtia componentilor gazosi cum ar fi HF, HCl si SO₂ in reactivi alcalini si o puternica fixare a particulelor de metale grele;

- folosirea combustibilului "cenusa" ca parte componenta a clincherului cu alte materiale si utilizarea energiei inglobate;

- fixarea din punct de vedere chimic si mineralogic in clinker a elementelor aflate in concentratii foaret mici (urme);

Caracteristicile combustibililor secundari folositi in producerea clincherului trebuie sa fie cat mai precis masurabile, la fel ca si cele ale materiilor prime si combustibililor conventionali. In anumite cazuri aceasta necesita o etapa de procesare premergatoare procesului de producere a cimentului.

Scopurile etapei de procesare premergatoare procesului de producere a cimentului sunt:

- indepartarea impuritatilor, cum ar fi metale, sticla, si alte substante minerale care pot dauna la producerea cimentului; in acelasi timp se obtine o reducere a poluarii;

- imbunatatirea manevrabilitatii;

- marirea uniformitatii;

- adaptarea la cerintele particulare ale procesului de incinerare, de exemplu prin cresterea valorii calorifice sau a reactivitatii.

Efectele incinerarii deseurilor asupra modului de emisie a gazelor reziduale

Incinerarea deseurilor nu are efect asupra emisiilor de praf pe timpul procesului de producere a clincherului. Emisiile de metale grele pe durata productiei de clincher depind de comportamentul diferitelor metale grele in cuptorul rotativ, gradul de incarcare si eficienta separarii sistemului de desprafuire.

In practica utilizarea deseurilor poate duce la o crestere sau micsorare a cantitatii de anumite elemente introduse in cuptor.

Datorita puternicei tendinte a schimbatorului de caldura precum si a sistemului de epurare a gazelor reziduale de a retine un numar mic de particule de metale grele, efectele folosirii deseurilor asupra emisiilor de metale grele sunt nesemnificative. Mercurul indepartat prin instalatiile de desprafuire este prezent sub forma de particule sau vapori in functie de temperatura gazelor reziduale. Pentru limitarea emisiilor de mercur prin gazele reziduale ar putea fi necesara limitarea cantitati de mercur din deseurile introduse in instalatiile cuptorului.

Compusii anorganici din gazele reziduale - NO_x, HCl si HF - nu depind de alegerea combustibililor si, din informatiile actuale, nu sunt semnificativ afectati de utilizarea deseurilor. Acelasi lucru este valabil si pentru alte elementele componente ale emisiilor, ex. SO₂, CO si TOC, daca deseul este incinerat in scopul producerii de energie.

Incinerarea in cuptorul rotativ asigura concentratie scazuta de dioxine si furani in emisiile de gaze reziduale. Deseurile ce pot contine impuritati relevante de substante organice persistente, ex. uleiuri uzate continand PCB, sunt introduse in focarul principal de ardere.

Efectele incinerarii deseurilor asupra calitatii produsului final

Deseurile folosite in producerea clincherului pot schimba concentratia anumitor elemente in produsul final.

Otelarii

Spre deosebire de cele doua procese enumerate mai sus, combustibilul utilizat in industria otelului are atat functia de producere de caldura cat si de limitare a oxigenul din minereu la carbonul prezent reducand astfel efectul. De aceea folosirea deseurilor si a combustibililor secundari este considerata atat o valorificare termica cat si materiala.

In otelarii deseul si combustibilul inlocuitor (de obicei deseuri din plastic)este incarcat impreuna cu uleiul de cocserie.

O parte din impuritatile si poluantii continuti de deseuri si combustibilii secundari este inglobata in produsul final (otel) si o alta parte evacuata in emisii si reziduuri. Aceste doua elemente definesc limitele utilizarii combustibilului inlocuitor.

ALTE TEHNOLOGII

Diferitele procese termice pot fi clasificate, in functie de actiunea de oxidare specifica, in urmatoarele grupuri:

procese de incinerare in care compusii organici sunt oxidati in totalitate in carbon organic si apa; procese de piroliza si gazificare care au loc din punct de vedere spatial si simultan intr-o singura camera de combustie;

procese de degazificare/piroliza in care este necesara adaugarea de caldura si eliminarea oxigenului astfel incat compusi cu structura moleculara complexa sunt redusi la compusi cu structuri simple; produsii obtinuti urmeaza sa fie tratati in continuare;

Deseu Co + H₂ + . . .

Post combustie

sau

uscare Valorificare gaze

Q piroliza

racirea cenusii

Reziduu Gaz de piroliza

procese de gazificare in care volume controlate de gaze continand oxigen sunt adaugate pentru oxidarea partiala a matricei organice a deseului.

In general procesele sunt combinate, procesele de piroliza si gazeificare avand loc in cadrul unui proces de incinerare in contracurent.

Procesele de hidrogenare reprezinta o varianta de tratare termica speciala in cadrul carora se adauga hidrogen la temperaturi inalte pentru a se produce reactia. Oricum, ceea ce au in comun toate procesele mentionate este necesitatea epurarii gazelor rezultate si a gazelor de ardere.

CONTROLUL EMISIEI PRIN EPURAREA GAZELOR REZIDUALE

Gazele provenite din cuptor sau din instalatiile de racire a gazelor reziduale contin substante care pot fi clasificate, in functie de proprietatile lor fizice si chimice si de echipamentul folosit in proces pentru separarea lor de gazele reziduale, astfel:

- pulberi totale;

- gaze si vapori;

- monoxid de carbon si substante organice;

- hidrogen clorid, hidrogen fluorid, oxid de sulf si compusi de mercur;

- oxid de azot.

Statiile de epurare a gazelor reziduale pentru controlul emisiilor din incinerarea deseurilor cuprind un sistem de instalatii de reducere a pulberilor totale, vaporilor si substantelor gazoase din gazele reziduale In functie de procesele de epurare folosite (fizice si/ sau chimice), instalatiile de separare folosite in epurarea gazelor reziduale pot fi diferentiate dupa cum urmeaza:

reducerea emisiilor de pulberi totale:

separare gravitationala;

separare prin filtrare;

precipitare electrostatica;

precipitare prin metode umede.

reducerea emiiilor de vapori si gaze

separare prin adsorbtie;

separare prin absorbtie;

separare prin procese catalitice.

In incineratoarele de deseuri, instalatiile din statiile de epurare a gazelor reziduale folosite depind de compozitia gazelor reziduale, de valorile extreme estimate ale concentratiilor poluantilor si de fluctuatiile concentratiilor polunatilor din gazele reziduale.

Reducerea emisiilor de particule

Alegerea instalatiilor de precipitare a pulberilor totale din gazele reziduale se bazeaza in principal pe tipul pulberilor, pe distributia diametrelor particulelor dar mai poate depinde si de posibilitatile de exploatare a instalatiilor de precipitare si de depozitare a reziduurilor.

Concentratiile impuse pentru pulberile totale din gazele evacuate in atmosfera dupa epurare se pot obtine prin precipitarea electrostatica cu precipitatori electrostatici sau alte diferite sisteme de filtrare.

Precipitatorii electrostatici asigura o foarte buna si constanta separare a particulelor indiferent de marimea lor. Eficienta precipitatorilor electrostatici depinde, insa, in buna masura de de resistenta electrica a prafurilor. Daca rezitenta specifica a stratului de praf creste in exces la 10¹¹ si 10¹² Ωcm va fi dificil de obtinut o separare satisfacatoare a prafului.

Rezistenta specifica a pulberilor finale ce trebuie epurate din gazele de ardere depinde printre altele de compozitia deseului. Se poate schimba rapid in functie de compozitia deseului incinerat, in special in cazul incinerarii deseurilor periculoase. Sulfura ce se gaseste in deseuri, se transforma prin ardere in SO₂, SO₃ si se regaseste in gazele reziduale, reduce frecvent rezistenta stratului de praf si faciliteaza astfel precipitarea in campul electric.

Dispozitivele ce consolideaza actiunea campului electric prin formarea de picaturi in gazele reziduale (condensare in partea superioara si precipitatori electrostatici uscati, precipitatori electrostatici cu condensare, epurator Venturi , scruber "spray" ionizant, etc), ajuta in precipitarea prafului foarte fin si a aerosolilor.

Teoretic, filtrele au un grad de separare constant indiferent de marimea particulelor. O conditie esentiala pentru obtinerea unei concentratii legal admise a gazului rezidual dupa filtrare, o reprezinta alegerea unui filtru echipat cu materiale compatibile cu pulberile separate, proprietatile fizice si chimice ale acestora si conditiile de functionare. Costurile pentru service, energie si intretinere a filtrelor depind atat de rezistenta mecanica si termica, cat si de eficienta metodei de epurare folosita. La functionarea continua, filtrele pot prezenta - indiferent de eficienta teoretica a epurarii - o scadere ferma a acesteia datorita particulelor fine ce sunt retinute in materialul filtrului. Separarea uscata are limita de compatibilitate pentru particulele care devin higroscopice si lipicioase la temperatura cuprinsa intre 300-600⁰C.

In instalatia de separare, aceste pulberi formeaza depuneri ce nu pot curatate prin tehnici de curatare uzuale, pe durata functionarii, ci se pot curata numai cu nisip de sablare. Exemple de astfel de prafuri: praf de polisaruri sau saruri complexe (din deseuri ce contin fosfor, sulf, silicon).

Separatori umezi compatibili sunt scruberele Venturi sau rotative, cu o singura treapta sau mai multe trepte.

Conform principiului de functionare, incarcatura de deseuri prafoase este antrenata intr-un lichid fin dispersat. Pulberile fine in contact cu picaturile de lichid, se umezesc si se precipita cu lichidul.

Scruberele umede pot functiona eficient doar daca particulele se pot umezi. Scruberele rotative au pierderi relativ scazute de presiune si functioneaza independent de fluctuatiile gazelor reziduale prelucrate in proces.

Scruberele Venturi - in special daca se urmareste obtinea unei eficienta ridicate de separare a pulberilor foarte fine - au pierderi ridicate de presiune si reactioneaza semnificativ la fluctuatii. Se incearca indepartarea acestor dezavantaje printr-o proiectare corespunzatoare. La pierderile inalte de presiune, performanta separarii scruberelor Venturi o poate depasi pe cea a scruberelor rotative. In separarea particulelor din gazele reziduale trebuie tinut cont de depunerea reziduurilor obtinute. Reziduurile obtinute prin separare uscata, posibil dupa pretratare, trebuie sa fie recuperare sau depozitate la depozitul de deseuri.

Apa uzata rezultata din separarea umeda va fi epurata.

Reducerea emisiilor de HCl, HF si SO_x si a compusilor de mercur.

Substantele gazoase sunt separate prin adsorbtie pe un material solid sau intr-un mediu lichid. In general, materialele adsorbante vin in contact cu gazul rezidual si in functie de proces, produsii reactiei se obtin sub forma de saruri dizolvate sau saruri uscate. In procesele de adsorbtie uscata, adsorbantul (hidroxid de calciu, oxid de calciu sau carbonat de calciu) este introdus in reactor sub forma de pulbere. Deoarece, de cele mai multe ori, fluctuatiile mari din compozitia gazului rezidual depind de compozitia deseului si pentru a contracara cresterile inevitabile de concentratie din gazul rezidual, cantitatea de adsorbant trebuie sa fie mai mare decat cantitatea calculata stoichiometric (de la 2 la 4 ori pentru substantele separate). Astfel, se pot respecta valorile de emisie admise si se obtine o cantitate marita de reziduuri. Particulele constituente ale gazului rezidual sunt de asemenea adsorbite, daca nu exista o separare preliminara, dar compozitia reziduurilor uscate face utilizarea sau eliminarea mai dificila. Cand concentratiile de gaz netratat sunt mari nu se poate asigura un nivel de emisie admis. Datorita acestor dificultati procesul de adsorbtie uscata este folosit in mod exceptional pentru epurarea gazelor reziduale dupa incinerarea deseurilor periculoase. In procesul de absorbtie prin pulverizare, adsorbantul este injectat intr-un reactor cu pulverizare in suspensie sau in solutie in curentul fierbinte de gaz rezidual. Acest proces foloseste caldura din gazul rezidual pentru a evapora solventul (apa) si ca urmare produce substante de reactie solide, ce trebuie separate ca si pulberile din gazul rezidual, printr-un proces ulterior de separare. In aceste procese este necesara supradozarea adsorbantului la factori stoichiometrici cuprinsi intre 1,5-2,5. Problemele mentionate mai sus, sunt aplicabile si aici. Reducerea emisiilor de HCl, HF si SO_x prin procesele de epurare umeda a gazului rezidual se face prin absorbtie cu scrubere de diferite tipuri cum ar fi: scrubere cu jet, scruber rotativ, scruber Venturi sau scruber cu coloana. In acestea, un grad ridicat de separare a HCl, HF si a SO₃ este obtinut cu apa sub forma de solutie de spalare. Aceasta este puternic acida, datorita acizilor formati pe durata procesului de separare. Separarea dioxidului de sulf este scazuta in acest mediu acid. O separare satisfacatoare se poate obtine intr-o faza usor alcalina de spalare a gazelor in care hidroxidul de sodiu sau laptele de var sunt adaugate in lichidul de spalare. Din motive tehnice aceasta separare se face intr-o alta faza de spalare a gazelor de ardere in care HCl si HF sunt in continuare separate. Produsii din combustie ai unor elemente precum clorul, bromul, iodul, fosforul, azotul si sulful pot forma aerosoli in gazele reziduale. Pentru deseurile cu continut de brom si iod, aceste elemente pot fi separate din curentul de gaze arse, daca deseurile ce contin sulf sunt incinerate simultan. Aceasta produce compusi ce contin sulf, saruri de iod si saruri de brom solubile in apa care pot fi separate prin procese de epurare umeda a gazelor arse ce contin SO₂.

Separarea bromului si iodului poate fi imbunatatita prin utilizarea in mod controlat a fazelor reductive de spalare a gazelor (solutie de sulfit sau bisulfit). Este important de stiut de la inceput daca deseurile contin iod sau brom. Daca laptele de var este folosit ca agent de neutralizare in epurarea umeda a gazelor, sulfatii (gips, carbonati si fluoride) apar ca deseuri insolubile in apa.

In mod normal, continutul de saruri din apa uzata se poate reduce cu usurinta prin precipitarea particulelor solidelor. Sarurile insolubile cresc riscul de depunere in procesul de spalare in scruber. Acest risc nu apare daca se foloseste o solutie cu o concentratie mai mare de hidroxid de sodiu si cand produsii reactiei sunt solubili in apa.

Scruberele cu hidroxid de sodiu sunt cele recomandate, iar costurile de intretinere sunt mai reduse. Daca se utilizeaza NaOH, CaCO₃ se poate forma o solutie cu duritate mare care are ca efect aparitia de depuneri in scrubere. Aceste depuneri trebuie indepartate discontinuu prin corectie de pH (acidificare). Pentru mentinerea performantelor scruberului si prevenirea depunerilor in scrubere o parte din solutia de spalare trebuie indepartata din circuit. Aceasta parte din curentul de solutie trebuie supusa unui tratament special (neutralizare, precipitarea metalelor grele), inainte de satisfacerea cerintelor pentru evacuare. O atentie deosebita trebuie acordata mercurului. Compusii volatili de mercur cum sunt H_gCl₂, condenseaza cand gazul rezidual se raceste si se dizolva in apa de spalare formand in prezenta compusilor de reducere (SO₃^2-) mercur elementar. Acest proces poate avea ca efect aparitia fenomenului de coroziune (datorita amestecului format) in circuit si poate periclita sanatatea personalului ce opereaza curatarea si intretinerea scruberului.

Pentru a contracara un atac reductiv, mercurul dizolvat este transformat intr-o solutie slab solubila cu substante chimice adecvate, ca de ex. sulfit sau TMT 15 (trimercaptotriazin),

Reducerea emisiilor de NO_x

Pentru reducerea emisiilor de NO_x se iau aceleasi masuri secundare ca cele folosite in sistemele de ardere a combustibililor conventionali. Acestea sunt reductia catalitica selectiva si reductia necatalitica selectiva. Amoniacul sau ureea sunt folositi in general, ca agenti de reductie. Cu reductia catalitica selectiva (RCS) catalizatorii pot fi intotdeauna amplasati in diverse sectiuni din sistemul de epurare a gazelor reziduale. Se cer masuri de siguranta adecvate in toate cazurile, pentru protejarea catalizatorilor de reactii necontrolabile ce implica gaze inflamabile. Cand TiO₂/V₂O₅ - catalizatori ceramici supradozati sunt folositi dupa sistemul de epurare al gazelor arse, gazul rezidual trebuie reincalzit din temperatura de saturare la 180-350⁰ C, si la 120-170⁰ C daca se foloseste drept catalizator carbunele activ. Se poate combina procesul de RCS pentru reducerea oxidului de azot prin procesul de pat mobil/cocs activat cu catalizator de oxidare pentru reducerea dioxinelor, dar costurile de investitie si suprafetele necesare sunt foarte mari. Sodiul (din scruberele de NaOH), arsenicul si alti compusi trebui mentionati ca fiind toxici.

Oricum, conform studiilor asupra incineratoarelor de deseuri periculoase sodiul este periculos in situatiile in care catalizatorul este impregnat cu saruri solubile in apa, ce contin sodiu. Daca catalizatorul este mentinut uscat dezactivarea ramane in limitele normale ale circuitului de epurare a gazelor. Nivelul inferior de functionare al unui astfel de catalizator in cadrul unitatilor de incinerare a deseurilor periculoase poate atinge un timp de functionare de 10.000 de ore fara a se inregistra vreo descrestere semnificativa a activitatii din punct de vedere a eficientei. Producatorii de catalizatori ofera o durata de functionare cuprinsa intre 3-5 ani. Datorita temperaturii ridicate de functionare ceruta, gazele reziduale trebuie sa fie reincalzite dupa spalarea gazelor.

Pentru aceasta se folosesc gazele arse, schimbatorii de caldura ai gazelor arse sau preincalzitorii de gaze regenerative. Se foloseste echipament rezistent la coroziune dupa spalarea umeda a gazelor arse, cand limita de temperatura a echipamentului este sub punctul de condensare. Gazul rezidual emis de catalizator constituie sursa de caldura. Pentru mentinerea temperaturii de lucru a catalizatorului se folosesc arzatoare cu gaz natural.

La temperaturi scazute ale catalizatorului (sub 250⁰ C) se pot folosi, de asemenea, instalatii de preincalzire cu aburi. Catalizatorii cu temperatura scazuta tind sa devina material suport pentru depozite de saruri si in acest caz sarurile trebuie curatate prin incalzire sau spalare. In procesul de reductie selectiva necatalitica, amoniacul, solutia de amoniac sau alti compusi ce contin azot trivalent se injecteaza in curentul de gaz rezidual, la o temperatura cuprinsa intre 850-900⁰ C. Aceasta metoda impune un sistem special de amplasare al ejectoarelor in boiler si un mod special de functionare al unitatii de incinerare. Probleme de siguranta in functionarea pot apare in ceea ce priveste inmagazinarea amoniacului necesar pentru reductia monoxidului de azot. Este bine ca acesta sa fie sub forma de solutie de amoniac dar sa se tina cont de faptul ca solutia de amoniac se incadreaza in clasa a doua a substantelor periculoase (Numarul de identificare a pericolelor- numarul lui KEMLER - emanatie de gaz rezultata dintr-un recipient sub presiune sau dintr-o reactie chimica).

Metodele pentru reducerea emisiilor de monoxid de azot descrise mai sus nu sunt alternative sau echivalente si trebuie sa fie stabilite pentru fiecare caz in parte in functie de conditiile specifice de aplicare (limitele de emisie a substantelor poluante, statie de incinerare noua sau deja existenta, suprafete de teren disponibile, modul de epurare a gazelor reziduale cu sau fara descarcare de apa uzata, depozitarea reziduurilor, etc).

Reducerea emisiilor de monoxid de carbon

Eliminarea fortata, geometria cuptorului, volumul aerului secundar alimentat si amestecarea gazului din sistemul de ardere cu gratar au un efect important in reducerea emisiilor de monoxid de carbon. La alimentarea continua cu deseuri a cuptorului, emisiile de monoxid de carbon din incineratoarele de deseuri periculoase sunt scazute si de aceea au o importanta redusa. Incarcarea discontinua a deseurilor cu o valoare calorica ridicata pot cauza cresteri mari de CO. In functie de temperatura de lucru si reactivitatea materialelor folosite, procesele pentru o epurare completa folosind cocs/carbune activ duc la aparitia de monoxid de carbon suplimentar datorita reactiei cu carbonul de pe straturile filtrului.

Reducerea emisiilor de compusi organici ai carbonului

Compusii organici ai carbonului includ produsi ce apar doar in cantitati neglijabile dar care solicita, totusi, o atentie speciala datorita toxicitatii si efectelor cancerigene.

Gazele reziduale din incineratoarele de deseuri sunt analizate pentru stabilirea valorilor concentratiilor in:

hidrocarburi aromatice polihalogenate;

hidrocarburi aromatice policiclice (PAH);

benzen, toluen si xilen,

pentru ca anumite substante din aceste grupe sunt printre altele cancerigene.

Dibenzodioxinele policlorinate (PCDD) si dibenzofuranii (PCDF) se pot forma din compusi initiali dupa ardere. Acestia pot fi bifenili policlorinati (PCB), difenilimetani policlorinati (PCDM), clorobenzen si clorofenoli. PCDD si PCDF se formeaza si in reactiile carbonului sau compusilor de carbon cu compusi anorganici clorinati in prezenta oxizilor de metal (oxid de cupru, nou format sau de novosinteza). Aceste reactii au loc in special la pulberile in suspensie sau filtrele de praf la temperaturi cuprinse intre 200-400⁰ C.

Arderea totala eficienta a gazelor reziduale in statia de incinerare distruge acesti compusi initiali si ca urmare se stopeaza formarea de PCDD/PCDF din compusii initiali. Din punct de vedere tehnic eficienta arderii totale depinde de temperatura de combustie, timpul de stationare si turbulenta gazelor reziduale.

Formarea carbonului si a compusilor acestuia din reactiile catalitice poate fi controlata printr-o buna ardere totala a pulberilor in suspensie si prin reducerea lor.

Limita emisiei pentru dioxinele totale si furani este de 0,1ngI-TEQ/m³ (factor international echivalent de toxicitate). Pentru atingerea acestei limite se folosesc procesele de adsorbtie (reactoare cu pat fix sau mobil) si catalizatorii de oxidare.

Cateva dintre substantele mentionate mai sus au dovedit potential cancerigen. Exemple sunt benzopiren si dibenzoantracen a caror concentratie masica in gaze reziduale nu trebuie sa depaseasca 0,1 mg/s³. Conform informatiilor actuale in statiile de incinerare a deseurilor valoarea este mult sub aceasta limita. Datorita potentialului de impact emisiile de componente speciale trebuie intotdeauna minimizate.

Procese secundare de epurare

Procesele secundare de epurare sunt folosite cand valorile limita ale emisiilor pentru dioxine, furani si mercur nu pot fi obtinute folosind procesele de control ale emisiei prezentate mai sus.

Exista patru procese tehnologice de baza pentru epurarea secundara, toate folosind adsorbtia substantelor poluante pe medii adsorbante:

procesul cu strat mobil de cocs activat, respectiv cu strat mobil de zeoliti;

procesul cu strat de antrenare (strat filtru) cu cocs sau zeoliti activati;

procesul cu strat fluidizat de circulatie cu cocs sau zeoliti activati;

catalizatori de oxidare (DeNO_x) .

Prin aceste procese se obtin eficiente de epurare de 93-99%.

TRATAREA REZIDUURILOR

Scopul principal al tratarii termice a deseurilor prin incinerare este descompunerea termica si mineralizarea deseurilor. Suplimentar, fata de emisiile de pulberi totale si gaze, prin incinerarea deseurilor se elimina urmatoarele tipuri de reziduuri solide si lichide:

cenusa/zgura;

praf din sistemul de epurare a gazelor;

produsi de reactie din sistemul de epurare a gazelor;

materiale adsorbante epuizate;

mase catalitice epuizate;

apa uzata;

alte reziduuri.

Compozitia si cantitatea reziduurilor variaza foarte mult in functie de tipul deseurilor incinerate. Suplimentar exista o relatie foarte stransa intre masurile tehnice pentru epurarea gazelor, concentratia in poluanti a gazelor epurate si cantitatea de reziduuri rezultata. Procesul de epurare a gazelor reziduale trebuie astfel ales incat sa genereze cantitati cat mai mici de reziduuri ale caror caracteristici sa permita recuperarea maxima a materialelor recuperabile, iar daca nu este posibila recuperarea, sa asigure o eliminare in conditii de siguranta maxima pentru mediul inconjurator.

Apele rezultate din proces trebuie epurate intr-o statie de epurare a apelor industriale iar anumite reziduuri (ex. cenusa, saruri din statia de epurare) trebuie sa fie recuperate.

Cantitatile de reziduuri rezultate de la o statie de incinerare a deseurilor municipale in cadrul careia epurarea emisiilor din gazele reziduale se realizeaza prin: precipitatoare electrostatice, scrubere umede, epurare secundara, corectie de pH cu lapte de var, precipitarea metalelor grele si evaporare, reprezinta:

zgura/cenusa - 200 - 350 kg/tona de deseu incinerat;

praf rezultat de la boiler si de la instalatia de epurare a gazelor reziduale - 25 - 40 kg/tona de deseu incinerat;

saruri din procesul de evaporare a apei - 30 - 50 kg/tona de deseu incinerat.

Cantitatile de reziduuri rezultate de la o statie de incinerare a deseurilor periculoase in cadrul careia epurarea emisiilor din gazele reziduale se realizeaza prin doua trepte de scrubere umede si corectie de pH cu lapte de var, reprezinta:

zgura/cenusa - 150 - 200 kg/tona de deseu incinerat;

praf rezultat de la boiler si de la instalatia de epurare a gazelor reziduale - 25 - 35 kg/tona de deseu incinerat;

namol cu continut de gips rezultat de la epurarea apelor uzate - 5 - 15 kg/tona de deseu incinerat;

namol cu continut de metale grele - 4 - 6 kg/tona de deseu incinerat;

clorura de calciu din instalatia de evaporare a apei - 40 - 60 kg/tona de deseu incinerat.

Zgura/Cenusa

Zgura rezultata din incinerarea deseurilor muncipale se compune, in principal, din parti minerale (ex. sticla, nisip, ceramica), materii feroase si neferoase si parti neincinerate ale deseurilor. Prin sinterizarea deseurilor, in conditiile unei bune arderi, se reduce continutul in suspensii fine si eluabile din zgura ceea ce asigura o buna recuperare si un tratament mecanic usor a zgurii.

Scopul tratarii zgurii este recuperarea substantelor care pot fi reincluse in circuitul comercial (ex. in construirea de drumuri, sosele si autostrazi). Forma de tratare aleasa depinde de folosinta finala dar trebuie sa ia in considerare si considerente economice, tehnice si de protectie a mediului.

Daca din considerente economice nu este posibila refolosirea zgurii, atunci se iau in considerare conditiile impuse pentru depozitare controlata. Daca este posibila refolosirea, sistemul de tratare trebuie proiectat si echipat incat sa sigure atat tratarea (depozitarea pe o perioada de minim 3 luni, separarea pe diametre - 0-16mm, 16-32 mm, 6-32 mm, micsorarea diametrelor, amestecare conform retetei, depozitare in vederea transportului) cat si incadrarea in conditiile de protectie a mediului.

Zgura rezultata din incinerarea deseurilor periculoase, datorita temperaturii de incinerare ridicate (900 ^oC - 1300 ^oC), poate fi depozitata controlat fara o tratare prealabila. Recuperarea se foloseste numai in cazuri speciale datorita calitatii zgurii in ceea ce priveste dimensiunile granulelor si compozitia chimica.

Cantitatile de zgura si cenusa rezultate din incinerarea namolurilor municipale variaza in functie de procesul de incinerare folosit, nivelul de ardere a deseurilor, cantitatea de aer de combustie folosita si, nu in ultimul rand, de compozitia namolului incinerat. Posibilitatea de refolosire ca material de constructie trebuie analizata pentru fiecare caz in parte, solutia utilizata frecvent fiind compactarea folosind aditivi si depozitarea in celule special amenajate in depozitele de deseuri menajere.

Pulberile rezultate din incinerarea deseurilor

In timpul incinerarii pulberile sunt evacuate din boiler si instalatiile de desprafuire si trebuie indepartate si tratate separat de zgura si cenusa. Fara o tratare prealabila aceste reziduuri pot fi amestecate cu nisip, pietris si folosite ca materiale de umplutura pentru inchiderea minelor. Pentru reducerea nivelului de poluanti organici (hidrocarburi aromatice) care in cazul depozitarii duce la poluarea mediului se studiaza, in prezent, vitrificarea lor prin tratare termica suplimentara si includerea lor in produse de sticla. Datorita consumului energetic mare, 0,6 kWh/kg de pulbere, aceasta tratare nu este considerata economica.

Apele uzate rezultate din incinerarea deseurilor

Volumele de ape uzate rezultate din incinerarea deseurilor pot fi reduse prin folosirea de sisteme uscate de epurare a gazelor reziduale. In cazul sistemelor umede de epurare a gazelor reziduale se folosesc doua nivele de scrubere pentru eliminarea separata a HCl (pH<1) si a SO₂ (pH de la 2 la 3). Deoarece apele sunt recirculate ele se incarca in poluanti si pentru asigurarea unei eficiente functionari a scruberelor, periodic volume de apa sunt evacuate din sistem si trimise la statia de epurare. Scopul epurarii este separarea metalelor grele prin neutralizare si precipitare. Apele uzate sunt poluate, in principal, cu:

compusi halogeni (fluor, iod, clor, brom);

sulfati, sulfuri sub forma de saruri sau acizi;

metale grele;

fosfor.

Nivelul de epurare solicitat depinde de destinatia prevazuta pentru apa uzata si de "calitatea" impusa prin sistemului de eliminare ce urmeaza a fi folosit.

Se pot realiza multiple combinatii de procese tehnologice pentru epurare, iar dintre acestea se prezinta in continuare cele folosite in mod curent.

Epurarea apelor uzate cu circuit inchis se realizeaza in doua etape, prima de neutralizare folosind solutie de soda sau lapte de var si a doua de precipitare a metalelor grele, in flux continuu, folosind un reactiv de precipitare pe baza de sulf. Precipitarea se realizeaza in doua etape si anume:

in prima etapa se ridica valoarea pH-ului apei acide evacuate de la scrubere la 8 - 9 prin adaugarea de reactivi (lapte de var, soda); in aceasta etapa are loc precipitarea metalelor grele sub forma de hidroxizi;

deoarece unele metale grele, ex. mercurul, nu precipita sub forma de hidroxizi este necesara o a doua treapta de tratare cu reactivi de precipitare pentru a se putea obtine precipitarea sub forma de compusi de sulfuri.

Alegerea reactivului de precipitare si a conditiilor de desfasurare a procesului de epurare (valoarea pH, temperatura) trebuie astfel stabilite si intretinute pentru a se preveni formarea inversa de compusi volatili de mercur in uscator.

In cazul sistemului cu evaporarea apei evacuata din scrubere, se aplica inainte de evaporare - cristalizare neutralizarea si precipitarea metalelor grele. Daca se urmareste refolosirea sarurilor cristalizate este necesara separarea prin filtrare a metalelor grele precipitate si a gipsului. Prin controlarea proceselor se pot obtine saruri si compusi de metale grele de mare puritate.

Epurarea apelor uzate ce urmeaza a se evacua in mod direct sau indirect in apele de suprafata se face prin neutralizare, precipitarea si filtrarea metalelor grele. Suplimentar se iau masuri pentru reducerea valorii temperaturii, a continutului de fluoruri si sulfati prin aerare si separare si a substantelor organice prin epurare biologica secundara. Statia de epurare trebuie prevazuta cu echipamente de masurare a debitului, pH-ului si temperaturii. Valorile concentratiilor finale trebuie sa corespunda celor impuse prin H.G. nr. 188/2002.

Reziduurile de la epurarea gazelor reziduale

Din epurarea gazelor reziduale rezulta:

namol de sedimentare din circuitul scruberelor;

namol de la precipitarea metalelor grele.

Namolul de sedimentare contine, in principal, gips iar recuperarea pentru refolosire se face prin spalare in scrubere.

Namolul rezultat de la precipitarea metalelor grele se poate depozita controlat.

Daca apa uzata evacuat din sistemul de separare a HCl este evaporata intr-o instalatie de evaporare separata se poate obtine un amestec de saruri continand cloruri. In functie de reactivul de neutralizare folosit se obtine clorura de sodiu sau clorura de calciu. Clorura de sodiu pretratata poate fi folosita pentru producerea de soda in instalatii de electroliza. Clorura de calciu nu poate fi refolosita datorita productiei ridicate pe piata mondiala.

Daca adaugarea reactivilor de neutralizare in sistemul de separare a HCl se face in doua trepte (treapta intai pentru HCl si treapta a doua pentru separarea SO₂) este posibila obtinerea de acid clorhidric prin conversie intr-o instalatie speciala. Se poate obtine acid sulfuric cu concentratie de 30% si cu puritate la nivelul specificat in industria chimica. Totusi obtinerea unui produs vandabil este foarte rar economica in cazul incinerarii deseurilor si este asociata cu dificultati tehnice considerabile.

Adsorbanti, catalizatori

Materialele adsorbante de tipul carbunelui activ, amestecat in unele cazuri cu granule de tuf vulcanic si piatra de var, sunt folosite pentru separarea substantelor organice (dioxine si furani) si a metalelor grele prezente in forma gazoasa (mercur). Materialele epuizate pot fi reintroduse in cuptor si incinerate concomitent cu distrugerea dioxinelor si furanilor la temperaturi inalte. Daca nu pot fi reintroduse in cuptor solutia de eliminare este depozitarea in depozite subterane.

Catalizatorii pe baza de titan si wolfram se folosesc pentru distrugerea compusilor organici. Catalizatorii epuizati sunt depozitati controlat deoarece, in prezent, recuperarea lor este neeconomica.

Alte reziduuri   

Alte tipuri de reziduuri se produc in statia de incinerare la perioade diferite de timp si in diferite instalatii:

namol din instalatia de extractie a cenusii din boiler, care este tratat in statia de epurare si apoi depozitat sau incinerat;

ape uzate poluate cu produse petroliere de la spalarea rezervoarelor si a autovehiculelor;

materiale refractare de la repararea cuptorului si a camerei de postcombustie care pot fi depozitate controlat sau refolosite in industria materialelor de constructie;

materiale care au fost folosite la curatirea suprafetelor cuptorului si boilerului si care trebuie tratate si depozitate controlat.

2. DESEURILE CARE POT FI TRATATE TERMIC

Deseurile municipale sunt formate, in general, dintr-un amestec de deseuri menajere, deseuri comerciale similare celor menajere, deseuri din piete, parcuri si gradini, deseuri stradale, deseuri din demolari, namol, materii fecale si namol fecal, etc.

Caracterizarea deseurilor municipale se poate face, in principal, prin:

- greutatea specifica kg/m³

- umiditate

- puterea calorica kJ/ kg sau kcal/kg

- raportul carbon / azot C/N

Deseurile solide sau/si lichide sunt incinerate, cu sau fara adaos de combustibil suplimentar, in functie de puterea calorica inferioara (PCI) conform tabelului urmator:

^x Valorile sunt in kJ/kg

3. DATE TEHNICE

Incineratoarele folosind tehnologia MARTIN sunt urtilizate in special pentru tratarea termica a deseurilor municipale in peste 25 de tari, numarul total al statiilor fiind de 322 si volumul total de deseu incinerat fiind de 179600 tone pe zi.

Incinerator MARTIN cu gratare orizontale

Incineratorul MARTIN cu gratare orizontale se bazeaza pe principiul transportului si amestecului deseurilor folosind gratare fixe au mobile cu 1 pana la 6 linii. Gratarele sunt realizate sub forme de module, fiecare modul avand sistem propriu de transport, de alimentare cu aer si de compensare termomecanica. Lungimea modulelor este fixa, iar latimea poate fi realizata in functie de cerinte (configuratia standard este cu 3 module)

Avantaje:

asigura reducerea volumul deseurilor sub 10% din volumul initial;

eficienta ridicata in stocarea, circulatia si transportul deseurilor;

emisiile gazelor reziduale sunt sub limitele impuse;

zgura si cenusa reciclata prin materiale de constructie;

costuri de intretinere reduse.

Dezavantaje:

costuri ridicate de operare in cazul in care PCI este sub 2.100 kcal/kg;

costuri ridicate de tratare a emisiilor pentru incadrarea in H.G. nr. 128/2002;

probleme speciale ridicate de depozitarea finala a reziduurilor

flow