Transformace energetiky v podobě přechodu od pevných fosilních paliv na jiné typy paliv v teplárenství se v České republice jeví jako nezvratný děj, který je v současnosti iniciován především nárůstem cen emisních povolenek. Odpady jako obnovitelný zdroj mohou částečně vykrýt spotřebu pevných fosilních paliv. Jedním ze zdrojů odpadů může být tříděný komunální odpad případně čistý nekontaminovaný průmyslový odpad z textilní, papírenské nebo jiné podobné výroby. Další výhodou náhrady fosilních paliv odpadem je jeho faktická likvidace.
Řešením je vývoj zařízení pro likvidaci směsného komunálního odpadu a tříděného komunálního odpadu v podmínkách větších střediskových obcí. Na odpad a tříděný komunální odpad je v tomto smyslu třeba pohlížet jako na obnovitelný zdroj, který bude i nadále vznikat a spíše lze předpokládat, že objem tohoto odpadu bude narůstat.
Dosavadní skládkování je neřešitelnou formou likvidace, a tak jedinou přijatelnou zůstává termická likvidace v zařízeních k tomu určených. Základním cílem je vývoj a instalace zařízení pro termickou likvidaci na bázi katalytické mineralizace materiálu, kde v procesu termického zahřívání dojde k destilaci veškerých organických spalitelných látek a zůstatkem po tomto procesu je inertní materiál s výrazně zmenšeným objemem a hmotností, který je možné řízeně ukládat na skládku. Vývoj tohoto zařízení započal cca před 20 lety a stále pokračuje, protože trvale dochází ke zpřísňování emisních limitů a omezování jakýchkoliv forem emisí. Na zařízení bude tedy nutno pohlížet jako na spalovnu, které bude muset splňovat veškeré současné přísné emisní limity.
Minimální svozová vzdálenost
Jedním z podstatných hledisek je svozová vzdálenost, kdy velké spalovny v současné době nejsou schopny pokrýt celé území České republiky a nepředpokládá se v dohledné době masová výstavba těchto zařízení v centrech velkých (krajských) měst ani na úrovni větších okresních měst. Délka výstavby velkých zařízení neumožňuje rychlé a operativní řešení těchto problémů. Jednou z možností je instalace menších zařízení s roční kapacitou 5 až 10 kt instalovaných v rámci větších obcí a sídelních celků. Tímto odpadají náklady na svoz materiálu, který má z hlediska objemu velmi nízkou hustotu a zbytečně zatěžuje dopravní náklady.
Smyslem je likvidace tříděného komunálního odpadu s minimální svozovou vzdáleností a energetické využití potenciálu obsaženého v tomto materiálu ve formě paliva. Tento způsob likvidace je plně v souladu s využíváním tříděného komunálního odpadu. Příklady můžeme nalézt ve vyspělých státech EU, zejména ve Spolkové republice Německo, Itálii, Švýcarsku a Rakousku.
V současné době jsou v praxi ověřovány technologie fungující na principu zplyňování s následným katalytickým spalováním vzniklého plynu. Zařízení je určeno pro zplynění a následné spálení organické hmoty včetně biomasy, plastů a ostatních spalitelných materiálů.
ZPLYŇOVACÍ A SPALOVACÍ ZAŘÍZENÍ SE SKLÁDÁ Z NÁSLEDUJÍCÍCH KOMPONENTŮ (s krátkým popisem funkce v zařízení):
Reakční komory
Jedná se o vsázkové zařízení pracující se systémem dvou reakčních komor. V horní části každé reakční komory je násypka s uzávěrem, která slouží pro přívod paliva (odpadu) do reakční komory. Reakční komora je uzavřena závěsnými vraty z přední části. Vrata i stěny komory jsou obloženy žáruvzdorným a izolačním materiálem. Komora je vybavena dvoustupňovým plynovým hořákem s maximálním výkonem 160 kW, který dokáže vyhřát komoru na teplotu 450 až 650°C. Uvnitř reakční komory je koš z děrovaného nerezového plechu o objemu 1,5 m3. V tomto koši se nachází za provozu materiál v různém stupni proreagování. Tento materiál je sálavým teplem ze stěn a horkými spalinami prohříván na reakční teplotu do 550 °C. Z materiálu se postupně uvolňují těkavé organické plyny, které dále postupují do systému čistění a následné oxidace. Procesem mineralizace dochází k vysušení materiálu a jeho následnému rozkladu. Vzniklá vodní pára, následně vodík, uhlovodíky a dále oxid uhelnatý a další složky odcházejí z reakční komory jako směs plynů při teplotě cca 500 až 600°C. Obsah kyslíku v reakčních komorách je za provozu a v uzavřeném stavu kolem 3 %. Dvojice reakčních komor se periodicky doplňuje materiálem a na dně košů uvnitř reakčních komor se shromažďuje nehořlavý inertní mineralizovaný materiál jako tuhý zbytek po zplyňování. Po naplnění koše inertním materiálem, což může být za 12 až 24 hodin, podle typu materiálu, se reakční komora po vychlazení otevře a tuhý zbytek po zplyňování je následně dopraven do kontejneru na popel.
Vysokoteplostní filtrace
Vysokoteplotní filtrace je kolona naplněná výplní vhodných tělísek, na kterých dochází k záchytu prachových částic z plynu vystupujícího z reakčních komor. Současně dochází ke kondenzaci organických plynných složek ve formě dehtů. Výplň je tvořena Raschigovými nebo Pallovými kroužky. V koloně po vysokoteplotní filtraci se sníží teplota plynů z reakčních komor z 550 na 400°C. Zachycené prachové a zkondenzované látky je nutno v určité periodě čistit vypráním náplně vložené ve filtru. Čištění probíhá tlakovou vodou nebo mechanicky.
Pěticestný ventil
Pěticestným ventilem se usměrňuje proud plynu na výstupu z reakční komory na další navazující technologii katalytického dopalování plynu.
Katalytické reaktory
V katalytických reaktorech dojde k další oxidační reakci plynných organických složek plynu z reakčních komor se vzdušným kyslíkem, který je obsažen nebo je přiveden do proudu plynu na vstupu do dopalovacích komor. Oxidační reakce probíhá na povrchu katalytických výplní reaktorů. Dopalovací reakcí se zvýší teplota plynu ze 400 °C na cca 600 °C. Katalytické reaktory jsou dva a pracují v periodickém provozním režimu, kdy v oxidačním režimu je vždy jen jeden. Katalytické reaktory pracují periodicky a přepínají se pěticestným ventilem v režimu souproud nebo protiproud. Perioda pracovní změny dopalovacích komor je cca 90 sekund. Zahřátí katalytických vrstev v katalytických reaktorech je provedeno elektroohřevem o příkonu 6,6 kW v každé komoře. Za plného provozu již není potřeba katalytické vrstvy ohřívat. Následně je plyn, v tomto případě už spíše spaliny, zavedeny do výměníku tepla č. 1.
Katalytický dopalovač
Katalytický dopalovač slouží k dočistění spalin po katalytické reakci. Výměna katalytické vrstvy se provádí periodicky podle opotřebení katalytické plochy.
Recirkulační ventilátor
Recirkulační ventilátor slouží pro transport tepla obsaženého ve spalinách za katalytickým dopalovačem k ohřevu reakčních komor.
Výměník tepla č. 1
Výměník tepla č. 1 slouží k ochlazení plynu na výstupu z katalytické dopalovací komory z teploty cca 600 °C na teplotu cca 220 °C. Jedná se trubkový výměník spaliny voda. Teplo předané vodě se dosud maří a ohřívá prostor zkušební haly, nebo je zavedeno v podobě horké vody do kanalizace.
Katalytická denitrifikace
Pro snížení koncentrace NOx ve spalinách je za výměník tepla č. 1 zařazena katalytická denitrifikace kde se snižuje obsah NOx ve spalinách.
Pračka spalin (Scrubber)
Po katalytické denitrifikaci vstupují spaliny do pračky plynů, kde dochází k odloučení kyselých plynných složek SO2, SOx, HCl a HF v louhové pračce. Spaliny jsou sprchovány roztokem louhu draselného. Vypráním spalin se sníží koncentrace kyselých plynů na požadovanou emisní úroveň.
Výměník tepla č. 2
Ve výměníku tepla č. 2 dojde ke snížení teploty na výstupu z mokré pračky spalin z teploty cca 60 °C na teplotu 35 °C. Tím dojde ke kondenzaci vodní páry ve spalinách. Na 1 tunu odpadu připadá cca 600 litrů vzniklé vody.
Spalinový ventilátor
Spalinový ventilátor slouží k vytvoření podtlaku v celém systému zplyňování a čistění spalin a zároveň slouží k dopravě spalin do komína. Jedná se o radiální nízkotlaký ventilátor s letmo uloženým oběžným kolem.
Adsorbér
V adsorbéru dojde k odloučení některých těžkých kovů - zejména rtuti - na vrstvě aktivního uhlí, zároveň dojde k odloučení pachů ze spalin.
Přínosy zařízení
Po ukončení celého procesu je výsledkem snížení objemu původní vsázky odpadu v závislosti na složení o 80 - 99 %, a to ve formě jemného minerálního prášku, který má další možnosti svého využití například ve stavebnictví.
Dopad na životní prostředí je prakticky nulový. Na konci zařízení je instalovaný komín, do kterého odchází už pouze vodní pára.
Další možným přínosem zařízení je využití odpadního tepla, vznikajícího v průběhu celého procesu. A to buď pro vytápění, výrobu elektrické energie, pokud se instaluje vhodná turbína, nebo kombinaci obojího.
Milan Smékal
