Ugrás a tartalomhoz

Újrahasznosítási ismeretek

Dr. Nagy Béla (2011)

Szent István Egyetem

5. fejezet - Hulladék hasznosítás technológiai megoldásai

5. fejezet - Hulladék hasznosítás technológiai megoldásai

5.1 A hulladék termikus hasznosítása és technika feltételrendszere

A hulladékégetés a hulladékok ártalmatlanításának termikus módszere, mely világszerte a környezetvédelmi vizsgálatok központjában áll, számos előnyének illetve hátrányának komplex értékelése mellett.

A hulladékégetés előnyei:

  • a keletkező hulladékok térfogatát és tömegét jelentősen csökkenti (ezáltal kisebb anyagmozgatás, kisebb elhelyező terület, földhasználat szükséges)

  • az égetés energiatermeléssel jár, a keletkezett hő hasznosítható,

  • az eljárás közegészségügyi szempontból a leghatékonyabb, mivel a kórokozók elpusztulnak.

A hulladékégetés hátrányai:

  • az égetés másodlagos környezetszennyezéssel jár (légszennyezés, pernye, salakelhelyezés problémái)

  • ökológiai szempontból kedvezőtlen, mivel a termikusan bontott anyag kikerül a természetes körforgásból,

  • beruházási és üzemeltetési költségei lényegesen magasabbak a hagyományos eljárásoknál (komposzt, biogáz, lerakás)

A hulladékégetés exoterm folyamat. Az égetés során a hulladék szervesanyag komponensei a levegő oxigénjével reagálva gázokká, vízgőzzé alakulnak és füstgázként távoznak a rendszerből. Az éghetetlen szervetlen anyag salak, ill. pernye alakjában marad vissza.

A hulladékégetés során a gyakorlatban a legkülönfélébb típusú és kémiai összetételű anyagokat kell elégetni. Ez az égetési viszonyokat nagymértékben bonyolulttá, az égési reakciót pedig rendkívül heterogénné teszi.

Németországban megváltozott a települési hulladékok termikus hasznosításának törvényi szabályzása. A jövőben az ilyen berendezések létesítését nem a hulladéktörvény, hanem az emmisszióvédelmi törvény szabályozza. A korszerű termikus maradványhulladék kezeléstől a következő célok megvalósulását várják:

  • hulladéklerakók méretének csökkenése,

  • a maradványhulladékban visszamaradó káros szerves anyagok elbomlása,

  • a szűrőkben koncentrálódnak a szervetlen káros anyagok, így azok megfelelő kezelése, elhelyezése révén a bioszféra ezektől az anyagoktól a továbbiakban mentesül,

  • lehetővé válik a maradványhulladékok kb. 90 %-ának hasznosítása,

  • a keletkező hőenergia többféle módon hasznosítható

A várakozás szerint az integrált hulladékgazdálkodás keretében a települési hulladékok teljes mennyiségének mintegy 50 %-a kerülhet termikus hasznosításra (32. ábra)

A kifogástalan elégetéshez

  • megfelelő hőmérséklet,

  • megfelelő áramlási viszonyok,

  • tartózkodási idő,

  • valamint a szokásosnál nagyobb mennyiségű levegő bevezetése szükséges.

32. ábra. Az integrált hulladékgazdálkodási folyamat tömegmérlege

A kívánt minimális tűztérhőmérséklet 850 °C, a légfelesleg-tényező értéke 1,5–2,5, a füstgázoknak a tűztérben való tartózkodási ideje 2–3 s szilárd hulladékok és 0,5–1 s folyékony hulladékok égetésekor, a minimális oxigéntartalom eközben 6%. A megfelelő áramlási viszonyok egyrészt mechanikai eszközökkel (mozgó rostélyok, forgó kemence, bolygató szerkezet), másrészt aerodinamikai módszerekkel (gázáramok irányított mozgatása) teremthetők meg.

A legtöbb hulladékégetőben a szervetlen maradékok (salak, pernye) lágyulás-olvadási jellemzői miatt a tűztéri hőmérséklet nem haladja meg az 1050–1100 °C-ot. Az égetés 1200–1700 °C-on is végezhető, ekkor beszélünk salakolvasztásos hulladékégetésről. Ekkor a szilárd maradék olvadékként távozik az égéstérből.

Az égetés szilárd maradékanyagának mennyisége az elégetett hulladék típusától függ. Szilárd települési hulladék égetésekor a maradék mennyisége kb. 10 tf. % valamint 30–35 (salakolvasztásos tüzelésnél 15–25) tömeg %, folyékony és iszaphulladék égetésekor pedig átlagosan 2–10 tömeg %.

A hulladékégetéses ártalmatlanításhoz a következők ismerete szükséges:

  • halmazállapot (folyékony, pasztás, szilárd, ill. kevert);

  • elemi analízissel megállapított kémiai összetétel (szén-, hidrogén-, oxigén-, nitrogén-, kén-, víz-és hamutartalom);

  • gyors analízissel megállapított összetétel (fix szén-, illóanyag-, víz-és hamutartalom);

  • fűtőérték;

  • sűrűség;

  • a hamu olvadási jellemzői;

  • szilárd hulladék esetében szemcseméret-eloszlás, maximális darabnagyság, valamint anyagfajták szerinti összetétel;

  • folyékony hulladék esetében viszkozitás, gyulladás-és lobbanáspont, valamint szilárd szennyezőanyag-tartalom és annak legnagyobb szemcsemérete, továbbá a kémhatás;

  • halogénanyag-tartalom (kloridok, fluoridok, bromidok);

  • nehézfémtartalom (ólom, kadmium, higany, réz, vanádium stb.);

  • egyéb fémtartalom (vas, kalcium, nátrium stb.);

  • egyéb mérgezőanyag-tartalom (PCB);

  • egyéb specifikus anyagi tulajdonságok szükség szerint (pl. fertőző tulajdonság, hőmérséklet stb.);

  • mennyiségi adatok (szélső határok és átlagértékek).

Tüzeléstechnikai szempontból elsősorban a kalorikus tulajdonságok fontosak (fűtőérték, éghetőanyag-tartalom, víztartalom és hamutartalom). Ezek egymástól nem függetlenek, erős kölcsönhatás van közöttük (30. ábra). Az ábrán a vastagon bekeretezett rész jelöli az önálló éghetőség tartományát.

Tüzeléstechnikai szempontból nem elhanyagolhatók a hulladék egyéb fizikai és kémiai tulajdonságai sem (szemcseméret, korrozív hatás, gyulladás és lobbanáspont, viszkozitás stb.). Ezek ismerete nemcsak a berendezés kialakításához fontos, hanem az előkezelő és a betáplálási folyamatok műszaki megoldása szempontjából is.

A hulladékégetők anyag-és energiamérlegének kiszámításához ismerni kell:

  • a hulladék kémiai összetételét és fűtőértékét;

  • a hulladék égethető komponenseinek égésére vonatkozó égésegyenleteket;

  • az égéslevegő és füstgáz mennyiségét és összetételét;

  • tapasztalati mérési adatokat a maradékanyagok mennyiségére és összetételére;

  • a tüzelőberendezés működési jellemzőit.

Az energiamérleg összeállításához a következő gyakorlati szempontok ajánlottak:

  • az elégetett tüzelőanyag hőtartalmának 70–80%-át lehet gőztermelésre hasznosítani;

  • a füstgázokkal távozó hővesztesség nagysága 16–30%;

  • a salak kiégetlen alkotórészeivel távozó hővesztesség 1,5–3%;

  • a salakkal kihordott hővesztesség 1,5–3%;

  • a kazán sugárzási vesztesége 1–2%.

Hő-hasznosítás hiányában a füstgázokkal távozó hővesztesség 92–95%.

A hulladékégető berendezés kapacitását a tüzelőberendezés konstrukciójától függő legnagyobb hőteljesítmény figyelembevételével, lényegében az égetendő hulladék fűtőérték-tartománya határozza meg (a hulladék legnagyobb és legkisebb fűtőértéke (33. ábra).

33. ábra. A hulladékok fontosabb kalorikus jellemzői közötti összefüggés

34. ábra. A kommunális hulladék átlagos összetétele

A 34. ábrán a válogatás nélkül gyűjtött települési hulladék átlagos összetételét láthatjuk, míg a 13. táblázatban a hulladék legfontosabb összetevőinek és hagyományos tüzelőanyagoknak égéshőjét.

13. táblázat. Egyes hulladékok égéshője

A 34. ábra és 13. táblázat szerint az átlagos vegyes hulladék égéshője megfelel a gyenge barnaszén, vagy lignit égéshőjének. természetesen figyelembe kell venni az év különböző szakaszaiban a hulladék összetételben bekövetkező kedvezőtlen változásokat, a nyári-őszi szerves zöld hulladékrész növekedését, így az égéshő csökkenést.