Możliwości wykorzystania paliw alternatywnych w Polsce

(1)

Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska

ISSN 1733-4381, vol. 18, issue 1 (2016), p. 33-44 http://awmep.org

Possibilities for application of alternative fuels in Poland

Martyna NOWAK1, Mateusz SZUL2

1_{Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, ul. Zamkowa 1, 41-803 Zabrze, tel.: 32 621 65 48, e-mail:} mnowak@ichpw.pl

2 _{Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, ul. Zamkowa 1, 41-803 Zabrze, tel.: 32 621 65 45, e-mail:} mszul@ichpw.pl

Abstract

The article presents possibilities for application of alternative fuels in Poland. Terms such as alternative fuel, its physical and chemical characteristics and application in cement and power plants have been described in details. Presented work also considers current legislation concerning waste management, production of alternative fuels as well as the amount of alternative fuels produced per voivodship in Poland. Utilization of alternative fuels in one of available thermochemical conversion technologies, i.e. a gasification of SRF in GazEla reactor has been presented.

Keywords: alternative fuels, gasification, waste management

Streszczenie

Możliwości wykorzystania paliw alternatywnych w Polsce

W artykule przedstawiono możliwości wykorzystania paliw alternatywnych w Polsce. Zdefiniowano pojęcie paliwo alternatywne, jego właściwości fizyko-chemiczne oraz możliwości wykorzystania w cementowniach i przemyśle energetycznym. Przedstawiono również akty prawne dotyczące gospodarki odpadami, producentów paliw alternatywnych oraz ilości wytworzonych paliw w polskich województwach. Autorzy artykułu opisali również instalację zgazowania z reaktorem GazEla, która jest przykładem termicznego przekształcania paliw alternatywnych.

Słowa kluczowe: paliwa alternatywne, zgazowanie, gospodarka odpadami.

1. Wstęp

W 2014 r. w Polsce wytworzono ponad 141 mln ton odpadów, w tym ponad 10 mln ton odpadów komunalnych. Zebrano ponad 10 mln ton odpadów komunalnych (268 kg/mieszkańca), w tym większość przeznaczono do składowania (Rys. 1). W Polsce znajdują się 394 czynne składowiska odpadów komunalnych, o łącznej powierzchni 1927,0 ha [1].

(2)

3

344 AArrcchhiivveessooffWWaasstteeMMaannaaggeemmeennttaannddEEnnvviirroonnmmeennttaallPPrrootteeccttiioonn,,vvooll..1188iissssuuee11((22001166))

Rys. 1.1. Formy przetwarzania zebranych odpadów komunalnych w 2014 r. [1].

Jak wynika z rysunku 1.1, więcej niż połowa (53%) wszystkich zebranych odpadów komunalnych jest składowana, 21% odpadów jest poddawanych procesom recyklingu, 15% przetwarzaniu termicznemu, a 11% kompostowaniu lub fermentacji.

1 stycznia 2016 r. wszedł w życie załącznik nr 4 rozporządzenia Ministra Gospodarki w sprawie dopuszczania odpadów do składowania na składowiskach [2], według którego określone odpady (w tym odpady komunalne), których ciepło spalania przekroczy 6 MJ/kg suchej masy, nie mogą być składowane na składowisku odpadów innych niż niebezpieczne i obojętne.

Ustawa z dnia 14 grudnia 2012 r. o odpadach [3] określa hierarchię sposobów postępowania z odpadami, według której najbardziej pożądane jest zapobieganie powstawaniu odpadów i przygotowanie do ponownego użycia, natomiast unieszkodliwianie (w tym składowanie) jest najmniej pożądane.

Według Krajowego Planu Gospodarki Odpadami 2014 planuje się zmniejszenie ilości składowisk odpadów innych niż niebezpieczne i obojętne oraz zmniejszenie ilości odpadów kierowanych na składowiska, a także podniesienie stawek opłat za składowanie odpadów, w szczególności zmieszanych odpadów komunalnych oraz odpadów ulegających biodegradacji [4].

Powyższe uregulowania prawne oraz aktualny sposób gospodarowania odpadami wymuszają zmiany w gospodarce odpadami. Obiecującym sposobem zagospodarowania odpadów wydaje się ich zgazowanie i spalanie powstałego syngazu, w celu kogeneracji energii elektrycznej oraz ciepła.

2. Paliwo alternatywne

Termin „paliwo alternatywne” pojawia się w praktyce gospodarczej i stosowany jest dla określenia paliwa powstałego wskutek przekształcenia odpadów. Jednak termin ten nie jest definiowany prawnie, a obowiązujące akty prawne nie zawierają definicji niniejszego odpadu. Nie oznacza to, że określenie to nie pojawia się w ogóle – w rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r. w sprawie katalogu odpadów, pod kodem

(3)

19 12 10 znajdują się odpady palne (paliwo alternatywne). Odpady te znajdują się w grupie 19 12 – odpady z mechanicznej obróbki odpadów (np. obróbki ręcznej, sortowania, zgniatania, granulowania) nieujęte w innych grupach [5].

W dokumencie referencyjnym dotyczącym wykorzystania najlepszych dostępnych technik w dużych zakładach spalania (BREF LCP). paliwa te określono terminem paliwa wtórne („secondary fuels”). Według niniejszego dokumentu paliwa wtórne to paliwa posiadające wystarczająco wysoką wartość opałową, do zastosowania ich do spalania lub współspalania z paliwem konwencjonalnym. Wyróżnia się trzy rodzaje paliw wtórnych: gazowe, płynne i stałe. Wtórne paliwa stałe wymagają wstępnego przetworzenia przed spalaniem. Proces ten obejmuje m.in. oddzielenie części palnych, sortowanie i rozdrabnianie [6].

We wprowadzonej normie PN-EN 15375:2011 [7] pojawia się definicja SRF (Solid Recovered Fuel) i jest to paliwo stałe, wytworzone z odpadów innych niż niebezpieczne, przetwarzane poprzez odzysk energii w odpowiedniej instalacji. W polskiej wersji normy, SRF przetłumaczono jako stałe paliwa wtórne. Tak zdefiniowany SRF musi spełniać wymagania klasyfikacji i specyfikacji przedstawione w normie PN-EN 15359:2012 [8]. System klasyfikacji jest oparty na trzech kluczowych parametrach, tj.: wartości opałowej, zawartości chloru oraz rtęci. Parametry te wpływają na ocenę wartości użytkowej paliwa pod względem ekonomicznym, technologicznym i środowiskowym. Istnieją również normy określające zawartość popiołu (PN-EN 15403:2011), siarki (PN-(PN-EN 15408:2011) oraz węgla i wodoru (PN-(PN-EN 15407:2011), a także pierwiastków śladowych (PN-EN 15411:2011) w stałych paliwach wtórnych.

W literaturze [9] pojawia się również określenie RDF (Refuse Derived Fuel), które dotyczy nośnika zwiększającego odzysk surowca z odpadów komunalnych i jest rozwiązaniem priorytetowym w krajach uprzemysłowionych. RDF to materiał o wysokiej wartości opałowej oraz homogenicznym rozmiarze cząstek.

2.1. Skład elementarny

W Instytucie Chemicznej Przeróbki Węgla (IChPW) przeprowadzono analizę laboratoryjną szeregu próbek dostępnego na polskim rynku SRF. Przebadane paliwo musiało spełniać kryterium dostępności, a próbka miała być miarodajna dla ogółu produkcji danego wytwórcy. W tabeli 2.1 przedstawiono wyniki analizy elementarnej i technicznej zgazowywanych zrębków drzewnych. Badania zostały wykonane zgodnie z procedurami technicznymi IChPW Q/LP/18/A:2011, Q/LP/28/A:2011, Q/LP/21/A:2011, Q/LP/22/A:2011, Q/LP/23/A:2011 [10], dotyczącymi stałych paliw wtórnych i odpadów. W niniejszej tabeli przedstawiono również właściwości RDF (RDF 1, RDF 2) wykorzystywanych w procesie zgazowania z wykorzystaniem pary wodnej [9].

Wyniki analizy wskazują na różnice pomiędzy poszczególnymi próbkami SRF, co wynika z heterogenicznego charakteru wykorzystywanych odpadów. Zawartość wilgoci całkowitej waha się od 8% do prawie 25%, natomiast wilgoć całkowita w zrębkach drzewnych wynosi 14,6%. W przypadku próbki RDF 1, zawartość wilgoci jest najniższa i wynosi 3,2% [9]. Zawartość popiołu w badanych paliwach alternatywnych jest znacznie wyższa (11-24,3%) niż w przypadku zrębek (0,5%). Zawartość części lotnych w próbkach SRF waha się w przedziale 59,89-76,43% i jest nieco niższa niż w przypadku zrębek (78,97%). Zawartość części lotnych w próbce RDF (84,7%) jest znacznie wyższa niż w przypadku próbek SRF oraz zrębek. Zawartość siarki w zrębkach drzewnych (0,02%) jest znacznie niższa niż w przypadku próbek SRF (0,12-0,76%). Zawartość węgla w paliwach alternatywnych wynosi 51,9%, 37,01% i 49,02% dla poszczególnych próbek. Zawartość wodoru w próbkach paliw alternatywnych mieści się w zakresie 5,25-6,58%. Najwięcej azotu (5,25%) znajduje się próbce SRF 2, a najmniej w próbce SRF 1 (0,70%). Zawartość węgla, wodoru oraz azotu w próbkach RDF jest porównywalna z zawartością tych pierwiastków w próbkach SRF. Zawartość tlenu w próbkach RDF (44,1 i 47,2%) jest znacznie wyższa niż w przypadku próbek SRF (22-28-27,82%) oraz w zrębkach drzewnych (40,15%) Ciepło spalania próbek SRF 1 i SRF 3, odpowiednio 23 080 J/g i 22 104 J/g, jest wyższe niż w przypadku zrębek drzewnych (19 084 J/g), natomiast ciepło spalania próbki SRF 2 wynosi 15 806 J/g.

(4)

3

Tabela 2.1. Właściwości fizykochemiczne paliw alternatywnych i zrębki drzewnej [opracowanie własne], [9] Nazwa

oznaczenia Symbol Jednostka SRF 1 SRF 2 SRF 3

Zrębki drzewne RDF 1 RDF 2 Zawartość wilgoci całkowitej Wtr % 13,02 8,0 24,8 14,6 3,2 9,5 Zawartość popiołu Aa % 11,0 24,3 18,5 0,5 - - Zawartość części lotnych Va % 76,43 59,89 67,94 78,97 84,7 77,0 Zawartość siarki całkowitej Sta % 0,12 0,76 0,34 0,02 0,5 0,7 Zawartość węgla Cta % 51,9 37,01 49,02 48,5 46,7 44,0 Zawartość wodoru Ht a _% _6,58 _5,25 _6,38 _5,75 _6,2 _5,7 Zawartość azotu N a _% _0,70 _5,01 _1,11 _0,19 _1,2 _1,4 Zawartość tlenu (obliczona) Oda % 27,82 22,32 22,28 40,15 44,1 47,2 Ciepło spalania Qs a _J/g _{23 080} _{15 806} _{22 104} _{19 084} _- _- Wartość opałowa Qia J/g 21 595 14 530 20 650 17 709 - -

Właściwości fizykochemiczne paliw alternatywnych zależą od rodzaju odpadów, z jakich zostały wytworzone. Paliwo alternatywne obecnie w Polsce wytwarza się z frakcji nadsitowej odpadów (80-100 mm), o wartości opałowej roboczej na poziomie 16-20 MJ/kg. Głównymi składnikami tych paliw są tworzywa sztuczne, papier, tekstylia, odpady kompozytowe i drewno. Wysokiej jakości paliwa alternatywne, otrzymywane są z materiałów o wysokiej wartości opałowej i niskiej wilgotności, np. tworzyw sztucznych. Dodatkowe ograniczenie stanowi zawartość chloru, siarki oraz metali ciężkich. Główny problem związany z utrzymaniem wysokiej wartości opałowej dotyczy wilgotności odpadów, która zależy od warunków otoczenia [11].

2.2. Wykorzystanie paliw alternatywnych

Obecnie paliwa alternatywne są źródłem energii cieplnej w cementowniach. 80% instalacji cementowych w Europie stosuje paliwa alternatywne. RDF na bazie odpadów komunalnych stanowi główne paliwo alternatywne w cementowniach w Polsce. Wykorzystywane są również odpady takie jak zużyte opony i odpady gumowe, odpady z flotacyjnego wzbogacania węgla, osady ściekowe, odpady z elektrowni i inne. W 2014 r. w cementowniach zużyto ok. 1,2 mln ton paliwa alternatywnego. Energia cieplna, odzyskana z ich spalenia, stanowiła ok. 47% całkowitej energii zużytej na wypalanie klinkieru. W nadchodzących latach przemysł cementowy planuje zwiększenie udziału paliw alternatywnych – przewiduje się zapotrzebowanie na poziomie ok. 1,6 mln ton paliwa rocznie [12]. Odpady te są poddawane kontroli, w szczególności bada się ich wartość opałową (powyżej 18 MJ/kg s.m.), zawartość wody, chloru, siarki i fosforu oraz analizuje się popiół po spaleniu. Jakość paliw alternatywnych w dużym stopniu wpływa na proces, emisje oraz końcowy produkt. Proces produkcji musi być dokładnie kontrolowany i monitorowany, aby uzyskać klinkier i cement spełniający normy. Również znaczącym parametrem wpływającym na możliwość wykorzystania odpadów w cementowniach jest ich rozdrobnienie – zbyt duże kawałki, np. tworzyw sztucznych, drewna powodują zablokowanie transportu. Elementy metalowe zawarte w odpadach mogą natomiast uszkadzać precyzyjne dozowniki [13].

Paliwa alternatywne znajdują coraz szersze zastosowanie przemysłowe, również w sektorze energetycznym. Niemniej jednak w Polsce wykorzystanie paliw alternatywnych do produkcji energii elektrycznej i ciepła jest

(5)

dotychczas znikome. Przyczynę takiego stanu rzeczy stanowią bariery formalno-prawne i techniczne [14]. Zagadnienia te, związane są głównie ze spełnieniem wymagań określonych w rozporządzeniach przedstawionych w kolejnym rozdziale. Zagrożenia technologiczne obejmują szereg kwestii, ale dotyczą m.in. występowania niepożądanych zjawisk korozyjno-erozyjnych instalacji. Efektem zastąpienia paliwa pierwotnego paliwem alternatywnym jest zmiana składu chemicznego strumienia spalin oraz parametrów wpływających na intensywność konwekcyjnej wymiany ciepła, a także inna skala emisyjności spalin. Najistotniejszym ograniczeniem w wykorzystaniu paliw alternatywnych w przemyśle energetycznym jest ich formalny status – są zakwalifikowane jako odpad, a nie jako paliwo [14].

W związku z wejściem w życie zapisu rozporządzenia Ministra Gospodarki z dnia 16 lipca 2015 r. w sprawie dopuszczania odpadów do składowania na składowiskach [2], pewne grupy odpadów, w tym odpady komunalne (m.in. surowce do produkcji paliw alternatywnych), o cieple spalania powyżej 6 MJ/kg, nie będą mogły być składowane. Oznacza to, że należy zagospodarować te odpady, np. w przemyśle energetycznym lub poddać procesom odzysku lub recyklingu.

3. Analiza prawna wykorzystania SRF

Jak wspomniano wcześniej, paliwo alternatywne znajduje się w katalogu odpadów, pod kodem 19 12 10, a więc należy je traktować jako odpad i stosować akty prawne dotyczące odpadów. Paliwo alternatywne to odpowiednio przygotowany lub spełniający pewne cechy odpad, wymagający termicznego przekształcania, na zasadach przewidzianych przepisami dotyczącymi przetwarzania odpadów, w szczególności ich termicznego przekształcania. W chwili obecnej brak jest podstaw do uznania tak rozumianego paliwa alternatywnego za produkt niepodlegający regulacjom dotyczącym postępowania z odpadami [5].

Najważniejsze akty prawne związane z termicznym przekształcaniem odpadów to:

 Ustawa z dnia 14 grudnia 2012 r. o odpadach (Dz. U. 2013 poz. 21 z późn. zm.).

 Ustawa z dnia 13 września 1996 r. o utrzymaniu czystości i porządku w gminach (Dz. U. 1996 nr 132 poz. 622 z późn. zm.)

 Rozporządzenie Ministra Rozwoju z dnia 21 stycznia 2016 r. w sprawie wymagań dotyczących procesu termicznego przekształcania odpadów oraz sposobów postępowania z odpadami powstałymi w wyniku tego procesu (Dz. U. 2016 poz. 108)

 Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 30 października 2014 r. w sprawie wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody (Dz. U. 2014 poz. 1542).

 Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2014 r. w sprawie standardów emisyjnych dla niektórych rodzajów instalacji, źródeł spalania paliw oraz urządzeń spalania lub współspalania odpadów (Dz. U. 2014 poz. 1546).

Ustawa o odpadach określa podstawowe definicje odpadów, procesów odzysku i unieszkodliwiania, w tym odzysku energii oraz określa zasady postępowania z odpadami, w tym podczas termicznego przekształcania odpadów. Ustawa nakłada również obowiązki na posiadacza odpadów. Zgodnie z art. 163 pkt. 2a, jeżeli gaz powstały w wyniku procesu zgazowania lub pirolizy „są oczyszczone w taki sposób, że przed spaleniem nie stanowią już odpadów i nie mogą spowodować emisji większych niż w wyniku spalania gazu ziemnego” [3], to taka instalacja zgazowania lub pirolizy nie jest traktowana jako instalacja termicznego przekształcania odpadów. Ustawa o utrzymaniu czystości i porządku w gminach [15] przekazuje zarządzanie odpadami komunalnymi gminom oraz określa warunki wykonywania działalności w zakresie odbierania odpadów komunalnych od właścicieli nieruchomości i zagospodarowania tych odpadów. Ustawa stwarza warunki dla zapewnienia stabilnego strumienia odpadów do przetwarzania

Rozporządzenie z dnia 21 stycznia 2016 r. [16] określa wymagania dotyczące prowadzenia procesu termicznego przekształcania odpadów oraz sposoby postępowania z odpadami powstałymi w wyniku termicznego przekształcania odpadów. Proces termicznego przekształcania odpadów prowadzi się w taki sposób, aby temperatura gazów powstających w wyniku spalania utrzymywana była przez o najmniej 2 sekundy i wynosiła nie mniej niż 850°C (dla odpadów zawierających do 1% związków chlorowcoorganicznych) lub 1100°C (dla

(6)

3

odpadów zawierających powyżej 1% związków chlorowcoorganicznych). Całkowita zawartość węgla organicznego lub części palnych w żużlach i popiołach paleniskowych, powstających w spalarni odpadów, nie może przekraczać odpowiednio 3% i 5%. Rozporządzenie określa również wyposażenie instalacji lub urządzenia do termicznego przekształcania odpadów oraz sposoby postępowania w przypadku zakłóceń pracy instalacji oraz możliwości wykorzystania pozostałości po procesie.

Rozporządzenie z dnia 30 października 2014r. [17] określa wymagania w zakresie pomiarów wielkości emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody, do których prowadzenia są zobowiązani prowadzący instalację oraz użytkownik urządzenia. W sposób ciągły należy mierzyć następujące substancje lub parametry: pył ogółem, SO2,

NOX, CO, HCl, substancje organiczne, HF, O2, prędkość przepływu lub ciśnienie dynamiczne gazów

odlotowych, temperaturę oraz ciśnienie statyczne lub bezwzględne gazów odlotowych oraz wilgotność bezwzględną lub stopień zawilżenia gazów odlotowych. Pomiary okresowe dotyczą metali ciężkich oraz dioksyn i furanów. Dla każdego parametru lub substancji określono odpowiednią metodykę referencyjną.

Rozporządzenie z dnia 4 listopada 2014 r. [18] określa standardy emisyjne w zakresie wprowadzania gazów lub pyłów do powietrza. W tabeli 3.1 przedstawiono standardy emisyjne dla instalacji i urządzeń spalania odpadów. Tabela 3.1. Standardy emisyjne dla instalacji spalania odpadów [18]

Nazwa substancji

Standardy emisyjne w mg/m3u (dla dioksyn i furanów w ng/m 3

u)

przy zawartości 11% tlenu w gazach odlotowych

średnie dobowe średnie trzydziestominutowe

A B

pył 10 30 10

substancje organiczne w postaci gazów i par

wyrażone jako całkowity węgiel organiczny 10 20 10

chlorowodór 10 60 10

fluorowodór 1 4 2

dwutlenek siarki 50 200 50

tlenek węgla 50 100 150

tlenki azotu, dla instalacji o zdolności przetwarzania > 6 Mg/h lub dla nowych instalacji

200 400 200

tlenki azotu, dla instalacji o zdolności

przetwarzania do 6 Mg/h 400 - -

metale ciężkie średnie z próby o czasie trwania od 30 minut do 8 godzin

kadm+tal 0,05

rtęć 0,05

antymon + arsen + ołów + chrom + kobalt + miedź + mangan + nikiel + wanad 0,5

dioksyny i furany średnia z próby o czasie trwania od 6 do 8 godzin 0,1

4. Rynek SRF

Na rysunku 4.1 przedstawiono rozmieszczenie wytwórców SRF. Dane pozyskano z raportów wojewódzkich z lat 2013 i 2014 oraz udostępnionych decyzji lub pozwoleń zintegrowanych instalacji. W Polsce istnieje prawie 200 wytwórców odpadów o kodzie 19 12 10 (paliwo alternatywne). Najwięcej (34) wytwórców paliwa alternatywnego znajduje się w województwie śląskim i w województwie wielkopolskim (21). Najmniej (4) wytwórców paliwa alternatywnego znajduje się w województwach: zachodniopomorskim, świętokrzyskim, podlaskim i opolskim. W województwach północnych (zachodniopomorskie, pomorskie, warmińsko-mazurskie i podlaskie) jest najmniej wytwórców SRF – 19, natomiast najwięcej (62) wytwórców zlokalizowanych jest w województwach centralnych (wielkopolskie, kujawsko-pomorskie, mazowieckie, łódzkie).

(7)

Rys. 4.1. Rozmieszczenie wytwórców SRF w Polsce [19, 20]

Na rysunku 4.2 przedstawiono ilości wytworzonych odpadów o kodzie 19 12 10 w poszczególnych województwach w 2013 r. i 2014 r. Dla województwa zachodniopomorskiego nie przedstawiono danych, gdyż nie ma raportów wojewódzkich dla lat 2013-2014. Według raportu wojewódzkiego dla województwa mazowieckiego w 2014 r. nie wytworzono tam paliwa alternatywnego. W 2013 r. łącznie we wszystkich województwach wytworzono ponad 1,5 mln ton paliw alternatywnym, a w 2014 r. wartość ta wzrosła do prawie 2 mln ton W 2013 r. najwięcej odpadów o kodzie 19 12 10 wytworzono w województwie dolnośląskim – ponad 21 tys. Mg, natomiast w 2014 r. najwięcej odpadów wytworzono w województwie kujawsko-pomorskim – ponad 1 mln Mg. Najmniej paliw alternatywnych wytwarza się w województwie pomorskim – w 2013 r. ponad 5,5 tys. Mg, a w 2014 r. tylko ok. 870 Mg. W 2013 r. Największymi polskimi wytwórcami paliw alternatywnych są firmy NOVAGO Sp. z o.o., oddział w Żninie (w latach 2013-2014 wyprodukowano łącznie ponad 124 tys. ton paliwa alternatywnego), WEXPOOL Sp. z o.o. ze Zbąszynka (w latach 2013-2014 wyprodukowano łącznie ponad 102 tys. ton) oraz Kom-Eko Sp. z o.o. z Lublina (w latach 2013-2014 wyprodukowano łącznie ponad 99 tys. ton).

(8)

4

Rys. 4.2. Ilość wytworzonych odpadów o kodzie 19 12 10 w Polsce w 2013 r. i 2014 r. [19, 20]

Na rysunku 4.3 przedstawiono wydajności wybranych wytwórców paliw alternatywnych w porównaniu z ilością wytworzonych przez nich odpadów w 2013 r. Dane dotyczące mocy przerobowych instalacji pochodzą z Wojewódzkich Planów Gospodarki Odpadami. Największą wydajność (235 000 Mg/rok) mają firmy: SITA Starol z Chorzowa, Euro-Eko Sp. z o.o. z Mielca (216 800 Mg/rok) oraz ALBA S.A. z Wrocławia (210 000 Mg/rok). We wszystkich przedstawionych instalacjach, wydajność jest znacznie wyższa niż ilość wytwarzanego paliw alternatywnego.

(9)

Rys. 4.3. Roczne zdolności przerobowe wybranych instalacji wytwarzania paliw alternatywnych i ilości wytworzonych odpadów w 2013 r. w tych instalacjach [19, 20]

5. Technologia zgazowania SRF

Intensywne prace legislacyjne w zakresie ochrony środowiska prowadzone w UE od lat 90 stanowiły motor napędowy dla zmian w systemach zarządzania, przetwarzania, odzysku materiałów i energii z odpadów wprowadzanych w państwach członkowskich. Tym samym, Polska po wstąpieniu do struktur wspólnoty zobowiązała się wprowadzić szereg przepisów mających na celu dostosowanie polskiego prawodawstwa w kwestii gospodarowania odpadami i ich energetycznego wykorzystania, do regulacji ustanowionych na szczeblu europejskim.

Jedną z metod zamknięcia łańcucha procesu przetwarzania odpadów jest tzw. odzysk energii z odpadów, których nie da się przetworzyć bądź, z których odzysk materiałów jest technicznie nieuzasadniony. Do grupy ww. metod należą m.in. technologie termicznego przetwarzania odpadów, w skład których zaliczyć można spalanie, pirolizę lub zgazowanie. Wszystkie z wymienionych powyżej procesów pozwalają na produkcję energii w postaci ciepła/zimna i/lub energii elektrycznej. Technologie umożliwiające ko- lub tri- generację (produkcja ciepła i energii elektrycznej lub ciepła, zimna i energii elektrycznej) stanowią najefektywniejsze metody odzysku energii z paliw odpadowych. Od ponad 30 lat na całym świecie prowadzone są prace badawcze dotyczące zgazowania odpadów komunalnych. W efekcie tych badań powstało kilkanaście technologii, pracujących w fazie pilotowej, m.in. instalacja zgazowania SVZ Schwarze Pumpe [21]. Poniżej przedstawiono opis opracowanej przez IChPW technologii zgazowania SRF w generatorze gazu GazEla. Schemat blokowy instalacji przedstawiono na rys. 5.1. Instalacja zgazowania zawiera cztery podstawowe bloki technologiczne:

 układ podawania oraz dozowania paliwa,

 generator gazu ze złożem stałym,

(10)

4

 układ kogeneracyjny z silnikiem tłokowym.

Rys. 5.1. Schemat blokowy instalacji zgazowania SRF z generatorem gazu GazEla [opracowanie własne]

Pierwszy blok instalacji stanowi układ podawania paliwa do generatora gazu. Paliwo zmagazynowane w bliskiej odległości od instalacji podawane jest do leja zasypowego, który poprzez zsyp kieruje je do zbiornika pośredniego, a następnie do głównego zbiornika paliwa. Pomiędzy zbiornikami umieszczony jest układ szczelnego zamknięcia (zasuwy nożowe). Z głównego zbiornika paliwo transportowane jest za pomocą dozownika ślimakowego do górnej części generatora gazu.

Drugim elementem instalacji jest 3-strefowy generator gazu GazEla. Jest to opatentowana przez IChPW konstrukcja reaktora ze złożem stałym. O jej innowacyjności świadczy fakt odbioru gazu procesowego bezpośrednio ze strefy zgazowania, przez co możliwy jest uzysk gazu procesowego o niskiej zawartości substancji smolistych i wysokiej wartości opałowej. Podgrzana do temperatury 200°C mieszanina powietrza z parą wodną stanowi wykorzystywany w procesie czynnik zgazowujący [22, 23]. Istnieją również rozwiązania technologiczne, w których czynnikiem zgazowującym jest para wodna [9].

Kolejnym węzłem technologicznym związanym z końcowym wykorzystaniem gazu procesowego w silniku tłokowym jest układ oczyszczania. IChPW opracowało dedykowany dla zgazowania odpadów układ oczyszczania pozwalający spełnić rygorystyczne normy jakości paliwa gazowego, stawiane przez producentów silników gazowych. Pierwszym elementem układu jest rozprężacz inercyjny służący zawróceniu cząstek paliwa porwanych ze złoża z powrotem do reaktora. Następnie gaz procesowy trafia do wysokoskutecznego filtra wysokotemperaturowego, w którym następuje jego dogłębne odpylenie (skuteczność usuwania zanieczyszczeń pyłowych > 99,9%). Funkcję odbioru ciepła oraz oczyszczenia gazu z zanieczyszczeń organicznych oraz wody spełnia zespół skrubera olejowego oraz chłodnicy płaszczowo-rurowej [24].

Oczyszczony gaz procesowy w temperaturze 40-50°C trafia do układu kogeneracyjnego celem produkcji ciepła i energii elektrycznej. Układ kogeneracyjny zastosowany w technologii IChPW oparty jest na gazowym silniku tłokowym, który połączony jest z generatorem prądu. Źródłem ciepła użytecznego produkowanego w instalacji zgazowania odpadów są układy chłodzenia gazu procesowego, spalin z silnika oraz oleju silnikowego. Instalację ponadto, wyposażono w komorę spalania gazu procesowego, która wykorzystywana jest w czasie rozruchu instalacji i odstawienia silnika tłokowego [25].

6. Wnioski

W 2014 r. zebrano ponad 140 mln ton odpadów, w tym 10 mln ton odpadów komunalnych. Najczęściej odpady te kierowane są na składowiska odpadów [1]. 1 stycznia 2016 r. wszedł w życie zakaz składowania odpadów komunalnych o cieple spalania powyżej 6 MJ/kg, które wymusza inny sposób zagospodarowania tych odpadów. Możliwym zagospodarowaniem odpadów o cieple spalania w zakresie 6-18 MJ/kg jest ich termiczne przekształcanie w przemyśle energetycznym. Z odpadów komunalnych, tworzyw sztucznych, papieru, tekstyliów i innych odpadów palnych wytwarza się paliwo alternatywne (stałe paliwa wtórne, SRF, RDF). Właściwości fizykochemiczne takiego paliwa są zmienne, ze względu na heterogeniczny charakter stosowanych odpadów. Obecnie paliwa alternatywne o wartości opałowej powyżej 20 MJ/kg są wykorzystywane w przemyśle cementowym. Natomiast w przemyśle energetycznym ich wykorzystanie jest znikome, ze względu na ograniczenia formalno-prawne i techniczne, związane z klasyfikacją paliwa alternatywnego jako odpadu o kodzie 19 12 10.

(11)

W Polsce istnieje prawie 200 wytwórców paliwa alternatywnego – najwięcej firm znajduje się w województwach śląskim i wielkopolskim. W 2013 r. w Polsce wytworzono ponad 1,5 mln ton SRF, natomiast w 2014 r. wartość ta wzrosła do prawie 2 mln ton [19]. Jednak nie są wykorzystywane w pełni moce przerobowe instalacji wytwarzających SRF, ze względu na to, że odbiorcami tego paliwa są tylko cementownie.

Interesującym kierunkiem wykorzystania paliw alternatywnych może być ich zgazowanie. W związku z brakiem dostępnych, dojrzałych technologii wytwarzania energii z odpadów, Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla opracował technologię zgazowania SRF w generatorze gazu GazEla dla rozwoju energetyki rozproszonej opartej na zgazowaniu paliw wtórnych.

Literatura

1. GUS, Departament Badań Regionalnych i Środowiska, Ochrona Środowiska 2015, Warszawa 2015.

2. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 16 lipca 2015 r. w sprawie dopuszczania odpadów do składowania na składowiskach (Dz. U. 2015 poz. 1277).

3. Ustawa z dnia 14 grudnia 2012 o odpadach (Dz. U. 2013 poz. 21, z późn. zm.).

4. Uchwała Nr 217 Rady Ministrów z dnia 24 grudnia 2010 r. w sprawie „Krajowego Planu Gospodarki Odpadami” (M. P. 2010 Nr 101 poz. 1183).

5. Górski M., „Paliwo alternatywne” w regulacjach prawnych dotyczących odpadów. W: Zabawa. S., Zarządzanie Gospodarką Odpadami, Poznań 2015, s. 59-68.

6. Reference Document on Best Available Techniques for Large Combustion Plants, Seville, July 2006. 7. Norma PN-EN 15375:2011 Stałe paliwa wtórne – Terminologia, definicje i określenia.

8. Norma PN-EN 15359:2012 Stałe paliwa wtórne – Wymagania techniczne i klasy.

9. A. K. Dalai, N. Batta, I. Eswaramoorthi, G. J. Schoenau, Gasification of refuse derived fuel in a fixed bed reactor for syngas production, Waste Management 29/2009, s. 252-258.

10. Procedury techniczne IChPW Q/LP/18/A:2011, Q/LP/28/A:2011, Q/LP/21/A:2011, Q/LP/22/A:2011, Q/LP/23/A:2011.

11. den Boer E., Jak zwiększyć kaloryczność RDF, Przegląd Komunalny, Zeszyt Specjalny nr 3/2013, s. 8-9. 12. Kraszewski A., Rynek paliw alternatywnych wytwarzanych na potrzeby przemysłu cementowego w Polsce,

11 Seminarium Co-processing paliw alternatywnych w cementowniach, Kraków 07.10.2015 r.

13. Radzięciak T., 20 lat co-processingu paliw alternatywnych w cementowniach w Polsce, 11 Seminarium Co-processing paliw alternatywnych w cementowniach, Kraków 07.10.2015 r.

14. Wasielewski R., Tora B., Zastosowanie paliw wtórnych w energetyce, Przegląd Komunalny, Zeszyt Specjalny nr 3/2013, s. 14-17.

15. Ustawa z dnia 13 września 1996 r. o utrzymaniu czystości i porządku w gminach (Dz. U. 1996 nr 132 poz. 622 z późn. zm.)

16. Rozporządzenie Ministra Rozwoju z dnia 21 stycznia 2016 r. w sprawie wymagań dotyczących procesu termicznego przekształcania odpadów oraz sposobów postępowania z odpadami powstałymi w wyniku tego procesu (Dz. U. 2016 poz. 108)

17. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 30 października 2014 r. w sprawie wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody (Dz. U. 2014 poz. 1542). 18. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2014 r. w sprawie standardów emisyjnych dla

niektórych rodzajów instalacji, źródeł spalania paliw oraz urządzeń spalania lub współspalania odpadów (Dz. U. 2014 poz. 1546)

19. Raporty wojewódzkie, dostępne na stronach internetowych urzędów marszałkowskich, dostęp dnia 16.12.2015 r.

(12)

4

20. Wojewódzkie Plany Gospodarki Odpadami, dostępne na stronach internetowych urzędów marszałkowskich, dostęp dnia 16.12.2015 r.

21. Wielgosiński G., Przegląd technologii termicznego przekształcania odpadów, Nowa Energia, 01/2011, s. 55-67.

22. Kotowicz J., Sobolewski A., Iluk T., Energetic analysis of a system integrated with biomass gasification, Energy, 52/2013, s. 265-278.

23. Kotowicz J., Iluk T., Instalacja zgazowania biomasy zintegrowana z silnikiem spalinowym, Rynek Energii, 3, 94/2011, s. 47-52.

24. Iluk T., Sobolewski A., Stelmach S., Oczyszczanie gazu procesowego pochodzącego ze zgazowania biomasy w celu wykorzystania go w silnikach tłokowych, Przemysł Chemiczny, 4/2015, s. 464-468.

25. Sobolewski A., Iluk T. Wykorzystanie gazu ze zgazowania biomasy do napędu spalinowego silnika tłokowego, Rynek Energii, 3, 100/2012, s. 76-81.

Podziękowania:

Informacje przedstawione w niniejszej publikacji zostały zebrane i poddane analizie w ramach umowy 23_2011_IP19_CoalGas pomiędzy IChPW i KIC, a podstawą prawną dla wykonania pracy jest zatwierdzony projekt badań i rozwoju 21.11.002 „Wykorzystanie technologii zgazowania SRF w układach CHP”.