Wprowadzanie stałych paliw wtórnych do instalacji energetycznych - propozycja procedury przygotowawczej

Paliwa produkowane z odpadów znajdują coraz szersze zastosowanie przemysłowe w krajach Unii Europejskiej, w tym także w sektorze energetycznym. Odzysk energii z odpadów, prowadzony
w instalacjach energetyki zawodowej, jest wprawdzie w warunkach krajowych zagadnieniem nowym, jednakże w najbliższej przyszłości jego skala
i znaczenie będą rosły.

Wprowadzenie w krajach UE jednolitych zasad klasyfikacji stałych paliw wytwarzanych z odpadów, określanych nazwą SRF (Solid Recovered Fuels), co można przetłumaczyć jako „stałe paliwa odzyskane” lub „stałe paliwa wtórne” [1, 2] oraz metodyki badawczej dla określania jakości tych paliw, winno umocnić ich obecność na rynku nośników energii, a także ułatwić międzynarodowy obrót tym towarem.

Należy jednak pamiętać, że w myśl systemu klasyfikacji opracowanego przez Europejski Komitet Normalizacji (CEN), SRF jest nadal traktowane jako odpad i jego aplikacja
w skali przemysłowej powinna być poprzedzona odpowiednią procedurą przygotowawczą.

Według informacji zawartych w podstawowej Specyfikacji Technicznej CEN/TS 15359, stałe paliwo wtórne może być wytwarzane wyłącznie z odpadów innych niż niebezpieczne i stosowane tylko w instalacjach spełniających standardy emisyjne, wynikające z Dyrektywy 2000/76/EC, dotyczącej spalania odpadów [3]. Wynika z tego, że współspalanie odpadów (SRF) w skali przemysłowej możliwe jest wyłącznie w zgodzie z przepisami dotyczącymi gospodarki odpadami, ze szczególnym uwzględnieniem procesu termicznego przekształcania odpadów i po uzyskaniu stosownych zezwoleń (przede wszystkim na prowadzenie działalności w zakresie odzysku odpadów w procesie R1, a także pozwoleń: na wprowadzanie gazów lub pyłów do powietrza, wodno-prawnego na wprowadzanie ścieków do wód lub do ziemi, na wytwarzanie odpadów lub pozwolenia zintegrowanego).

Procedura przygotowawcza jest niezbędna również dla dostarczenia dodatkowej wiedzy dla operatora instalacji, gdyż mimo niewątpliwych korzyści ekologicznych płynących z wykorzystania tych paliw w energetyce, stwierdzono jednak występowanie niekorzystnych zjawisk korozyjno-erozyjnych.

Efektem wprowadzenia do kotła dodatkowego paliwa, jakim jest SRF, jest zmiana składu chemicznego strumienia spalin oraz zmiana parametrów wpływających na intensywność konwekcyjnej wymiany ciepła. Zmiana ilości i właściwości cząstek stałych unoszonych przez spaliny, spowodowana współspalaniem, powoduje również zmianę emisyjności spalin. Stwierdzono, że nawet przy niewielkich udziałach masowych współspalanych paliw typu SRF, można odnotować zmianę temperatury mięknienia i topnienia popiołu. Powoduje to szybszy przyrost osadów na powierzchniach ogrzewalnych, powiększenie ich rozmiarów w stosunku do spalania samego węgla, a także intensyfikuje procesy korozyjne. W konsekwencji oddziaływuje to na ilość ciepła przejętego przez poszczególne powierzchnie. W efekcie następuje zmiana rozkładów temperatury spalin i czynników ogrzewczych w kotle [4, 5].

Propozycję procedury poprzedzającej decyzję organu samorządowego o możliwości podjęcia współspalania SRF w warunkach ciągłej eksploatacji instalacji opracowaną w Instytucie Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu, przedstawiono schematycznie na rysunku 1.

Procedura składa się z czterech następujących po sobie etapów:

• etap I- audyt wstępny instalacji,
• etap II- test bazowy spalania paliwa podstawowego,
• etap III- krótkoterminowy test współspalania SRF,
• etap IV- długoterminowy test weryfikacyjny współspalania SRF.

Podczas wszystkich etapów niezbędna jest ścisła współpraca pomiędzy operatorem instalacji energetycznej podejmującej współspalanie, dostawcą SRF (producentem paliwa), niezależną jednostką kontrolną oraz stosownym organem samorządu.

Etap I

obejmuje przeprowadzenie audytu technologicznego instalacji, który winien wstępnie zweryfikować możliwość bezpiecznego współspalania odpadów. W trakcie audytu analizowane są w szczególności: warunki procesowe panujące w instalacji podczas spalania paliwa bazowego, charakterystykę SRF przewidzianego do współspalania, a także poziom wyposażenia technicznego instalacji niezbędnego dla kontroli przebiegu procesu oraz poziomu emisji. Na podstawie przeprowadzonego audytu określona zostaje możliwość dotrzymania technologicznych i emisyjnych wymagań dla procesu współspalania konkretnego SRF w konkretnym obiekcie. Podczas etapu I operator instalacji winien jednocześnie zbadać wiarygodność dostawcy SRF oraz przeanalizować wstępnie ekonomiczną opłacalność przedsięwzięcia. Pozytywne wyniki audytu stanowią podstawę dla operatora instalacji do wystąpienia do organu samorządowego o krótkoterminowe zezwolenie na działalność w zakresie odzysku odpadów w procesie R1 (przeprowadzenie badań współspalania odpadów).

Etap II

obejmuje przeprowadzenie przez operatora instalacji testu spalania paliwa podstawowego (zazwyczaj węgla). Podczas testu w sposób doświadczalny potwierdzone zostają możliwości dotrzymania w instalacji warunków niezbędnych dla termicznego przekształcania odpadów. Zostaje także wyznaczona charakterystyka energetyczno-emisyjna obiektu – w celu porównania procesu spalania paliwa bazowego i współspalania odpadów (w tym między innymi badania emisji zorganizowanej oraz ubocznych produktów spalania). Test zakończony jest raportem. Na podstawie zebranego materiału operator instalacji podejmuje decyzję o przystąpieniu do testu przemysłowego współspalania SRF.

Etap III

polega na przeprowadzeniu testu współspalania wytypowanego SRF. Test taki winien być przeprowadzony dla reprezentatywnej ilości SRF (zapewniającej zachowanie stabilności procesu współspalania) oraz przewidywanego udziału masowego odpadów w strumieniu paliwa podawanego do instalacji. Test winien być przeprowadzony zarówno dla minimalnej, jak i dla nominalnej mocy kotła. Podczas testu kontrolowane są procesowe warunki współspalania, określona jest także charakterystyka emisyjna obiektu. Test powinien potwierdzić eksperymentalnie możliwość przeprowadzenia bezpiecznego ekologicznie procesu współspalania paliwa bazowego i SRF. Test zakończony jest stosownym raportem, zawierającym między innymi porównanie pracy kotła w układzie paliwa bazowego bez oraz z dodatkiem SRF, a także omówienie uzyskanych wyników w świetle obowiązujących norm. Pozytywna ocena wyników testu przez operatora instalacji stanowi warunek złożenia wniosku o wydanie czasowego zezwolenia na wykonanie badań współspalania odpadów (przy wykorzystaniu SRF
w ilości powyżej 50 Mg).

Etap IV

oże rozpocząć się wyłącznie po uzyskaniu zezwolenia stosownego organu na wykonanie zaplanowanych badań współspalania odpadów. Test długoterminowy (zgodnie z decyzją) nie jest limitowany ilością przerabianych odpadów.
W praktyce test ten jest normalną eksploatacją obiektu w warunkach ciągłej i ustalonej pracy, z tym, że podczas testu prowadzone są zaplanowane badania energetyczno-emisyjne. Badania obejmują ponadto kontrolę właściwości ubocznych produktów współspalania, a także ocenę wpływu procesu na eksploatację instalacji (między innymi korozja urządzeń). Po zakończeniu badań (raport) operator instalacji może podjąć decyzję o wystąpieniu do stosownego organu samorządu z wnioskiem o zezwolenie na współspalanie odpadów – w tym przypadku SRF.

Wnioski

Przeprowadzenie opisanego powyżej postępowania w sytuacji dotrzymania stosownych standardów emisyjnych, a także innych wymagań niezbędnych dla prowadzenia procesu odzysku odpadów winno zaowocować pozytywną decyzją organu samorządowego i udzieleniem stosownego zezwolenia. Niewątpliwy wpływ na decyzję administracyjną będzie wywierała wiarygodność jednostki prowadzącej zaplanowane testy i pomiary. W tym względzie przewaga należeć będzie do uznanych jednostek dysponujących odpowiednim zapleczem technicznym i analitycznym (laboratoria akredytowane).

Jednocześnie nadmienić należy, że operator instalacji może na każdym etapie zrezygnować z kontynuacji, bądź zawiesić dalsze prace – zwłaszcza w sytuacji wystąpienia problemów eksploatacyjnych, względnie niedotrzymania stosownych wymogów emisyjnych.

Należy podkreślić, że często najtrudniejszym z warunków do spełnienia dla podjęcia współspalania SRF w warunkach ciągłych jest uzyskanie niezbędnej akceptacji społecznej.

Literatura:

[1] Refuse derived fuel, current practice and perspectives – Final Report, European Commission – Directorate General Environment, 2003.
[2] Van Tubergen J., Glorius T., Waeyenbergh E.: Classification of Solid Recovered Fuels, ORFA, 2005.
[3] Specyfikacja Techniczna CEN/TS 15359 „Solid recovered fuels – specifications and classes”.
[4] Sobolewski R., Wasielewski R.: „Uwarunkowania dla produkcji i wykorzystania paliw alternatywnych w Polsce”, Współspalanie biomasy i paliw alternatywnych w energetyce, Praca zbior. pod red. M. Ściążko, J. Zuwała, M. Pronobis, Wyd. IChPW Zabrze, 2007, s. 311-323.
[5] Wasielewski R., Tora B.: „Bariery stosowania paliw alternatywnych w energetyce”, Polityka Energetyczna, 10, 2, 2008, s. 129-138.