Komunalne osady ściekowe jako paliwo odnawialne

wydany w Czysta Energia – 2006-11
  DRUKUJ
– droga do współspalania w energetyce zawodowej

Możliwość wykorzystywania odpadów pochodzenia organicznego, takich jak osady ściekowe, mączka zwierzęca czy wydzielone frakcje odpadów komunalnych dla celów energetycznych, została zauważona w krajach Unii Europejskiej, m.in. Austrii, Belgii, Niemczech i Danii.


Warunkiem uznania energii wytworzonej w procesie współspalania ww. odpadów za energię odnawialną jest często spełnienie dodatkowych wymagań. W warunkach polskich np. proces współspalania osadów ściekowych z węglem w istniejących kotłach energetycznych wydaje się w najbliższych latach najbardziej obiecującym sposobem zagospodarowania tego rodzaju odpadów.
Jest to związane nie tylko z tym, iż w obliczu stale rosnącego strumienia osadów ściekowych nieuniknione staje się zastosowanie metod termicznych, w tym głównie spalania, ale także z brakiem specjalistycznych instalacji przemysłowych do spalania samych osadów.
Przez współspalanie utylizuje się duże ilości osadów ściekowych w krajach Europy Zachodniej – przede wszystkim w Niemczech, ale również na terenie Belgii, Holandii czy Austrii. Wśród niemieckich elektrowni spalających ponad 10 tys. Mg s.m. osadów ściekowych rocznie można wymienić elektrownie Duisburg H. Stadtwerke, Franken II Bayernwerke, Heilbronn EnBW, Weiher II SaarEnergie czy Zolling Bayernwerke. Udział masowy osadów ściekowych w spalanej mieszance paliwowej z reguły nie przekracza 10%. Dotychczasowe doświadczenia eksploatacyjno-ruchowe zebrane w tych obiektach w zakresie parametrów energetycznych i emisyjnych wykazują brak istotnych odchyleń w funkcjonowaniu kotłów w porównaniu do ich eksploatacji z wykorzystaniem samego węgla. Odnotowano jedynie nieznaczny wzrost wskaźników emisji niektórych substancji gazowych oraz wzrost zawartości metali ciężkich w popiołach lotnych.
Pozytywne doświadczenia zagraniczne skłaniają do podjęcia podobnych działań w Polsce. Oprócz niewątpliwych zalet istnieją jednak pewne bariery, związane głównie z koniecznością przestrzegania przepisów dotyczących gospodarki odpadami.

Wymagania techniczne
W świetle aktualnie obowiązującego prawa ochrony środowiska osady ściekowe traktowane są jako odpad. W szczególności ustabilizowane komunalne osady ściekowe zakwalifikowano pod oznaczeniem kodowym 19 08 05 jako odpady inne niż niebezpieczne. Proces ich współspalania z węglem kamiennym jest procesem przekształcania termicznego odpadów innych niż niebezpieczne, a instalacja przemysłowa, w której proces ten zachodzi, jest instalacją współspalania odpadów. Przywołana kwalifikacja współspalanej substancji oraz klasyfikacja procesu technologicznego współspalania osadów ściekowych determinuje konieczność spełnienia przez instalację, w której proces ma być prowadzony, odpowiednich wymagań, zarówno formalnoprawnych, jak i technicznych, zawartych przede wszystkim w trzech aktach prawnych.
Są to Rozporządzenie Ministra Gospodarki z 21 marca 2002 r. w sprawie wymagań dotyczących prowadzenia procesu termicznego przekształcania odpadów (DzU nr 37, poz. 339, z późn. zm.) oraz dwa rozporządzenia Ministra Środowiska: z 23 grudnia 2004 r. w sprawie wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów emisji (DzU nr 283, poz. 2842) i z 20 grudnia 2005 r. w sprawie standardów emisyjnych z instalacji (DzU nr 260, poz. 2181).
W rozporządzeniu w sprawie standardów w rozdziale 2, §16 ust. 3 zapisano, że jeżeli w instalacji wraz z paliwami spalane są odpady inne niż niebezpieczne w ilości nie większej niż 1% masy tych paliw, to nie stosuje się do niej przepisów dotyczących tego rozdziału. W praktyce oznacza to możliwość stosowania dla takich instalacji dotychczas wymaganych standardów emisyjnych dla paliw, jakie w niej spalano. Przepis ten jednak nie ma swojego odpowiednika w dyrektywie 2000/76/WE i z tego powodu może zostać w przyszłości odrzucony ze względu na konieczność unifikacji przepisów krajów członkowskich UE. Należy także zauważyć, że w przypadku przekroczenia udziału 1% m/m osadów ściekowych w paliwie obowiązują znacznie ostrzejsze standardy emisyjne, wyznaczane wg tzw. reguły mieszania opisanej w zał. nr 8 do omawianego rozporządzenia. Te standardy emisyjne są trudne do dotrzymania dla wielu istniejących instalacji energetycznych, szczególnie w zakresie SO2 i NOx, gdzie dla dużej grupy kotłów o mocy pomiędzy 100 a 300 MW wynoszą one poniżej 200 mg/m3.
Należy zauważyć, że instalacje współspalające osady ściekowe w krajach zachodnich wyposażone są często w bardzo rozbudowane systemy oczyszczania spalin oraz monitoring emisyjny i technologiczny, co ułatwia spełnienie wysokich wymagań środowiskowych.

Testy współspalania w EC Wybrzeże
Pierwsze w kraju przemysłowe testy współspalania wysuszonych komunalnych osadów ściekowych z węglem kamiennym przeprowadzono w Elektrociepłowni Wybrzeże w Gdańsku przy udziale Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu. W kotle pyłowym OP-230 podczas kilkudniowych badań spalono ok. 25 Mg osadów ściekowych, pochodzących z Oczyszczalni Ścieków „Gdańsk-Wschód”, wysuszonych do poziomu zawartości wilgoci poniżej 10%. Testy energetyczno-emisyjne przeprowadzono porównawczo dla spalania węgla oraz mieszanki paliwowej zawierającej ok. 1% m/m wysuszonych osadów ściekowych, przy zbliżonych obciążeniach kotła.
Podczas badań nie stwierdzono zasadniczych problemów technicznych w pracy układu dozowania osadów oraz kotła. Minimalny poziom temperatury gazów spalinowych, wynoszący 850oC, był dotrzymany z dużym nadmiarem w całym rozpatrywanym obszarze komory spalania. Jednocześnie jednak średnie wartości czasów przebywania spalin w strefie po ostatnim doprowadzeniu powietrza (dysze OFA) nie spełniały wymaganego legislacyjnie warunku (minimum dwie sekundy). Uzyskane wartości były praktycznie o połowę mniejsze i wynikały ze zbyt krótkiego odcinka drogi przepływu spalin.
Badany kocioł spełniał aktualne standardy emisyjne dla wszystkich zanieczyszczeń objętych decyzją o dopuszczalnej emisji, zarówno przy spalaniu węgla, jak i przy jednoprocentowym udziale osadów ściekowych w paliwie (tabela). Spadek sprawności kotła podczas współspalania osadów ściekowych był przy tym praktycznie niezauważalny.

Wyniki testów energetyczno-emisyjnych współspalania osadów ściekowych w kotle pyłowym OP-230 EC Wybrzeże w Gdańsku
Substancje
Emisja dopuszczalna**
Emisja wyznaczona
jednostka
0% osadów
1% osadów
02
6
%obj.
6
6
NOx
500
mg/m3n
476,7
471,8
SO2
1553
mg/m3n
1305,5
1144,6
CO
225
mg/m3n
14,9
13,6
Pył
350
mg/m3n
32,0
36,4
HCl
-
mg/m3n
< 0,21
0,57
HF
-
mg/m3n
< 0,35
< 0,35
TOC
-
mg/m3n
7,6
27,6
Hg
-
mg/m3n
0,0062
0,0064

* liczona jako sprawność energetyczna (brutto)
** wg decyzji o dopuszczalnej emisji


Biorąc pod uwagę krajowe wymagania jakościowe dotyczące żużli i popiołów pochodzących ze współspalania odpadów, określające dopuszczalny udział części palnych w żużlach i popiołach paleniskowych na 5%, stwierdzono, że warunek ten jest możliwy do dotrzymania.

Osady ściekowe jako OZE
Barierą do upowszechniania tego sposobu utylizacji osadów ściekowych w Polsce jest m.in. brak jednoznacznej decyzji o zakwalifikowaniu części energii pochodzącej ze współspalania do energii ze źródeł odnawialnych. Aktualny stan prawny jest jednoznaczny jedynie w odniesieniu do wymagań stawianych energetycznemu wykorzystaniu biomasy drzewnej pierwotnej, czyli niezawierającej jakichkolwiek zanieczyszczeń wynikających z procesów przetwórczych. Działania zmierzające do uregulowania „statusu” wybranych grup odpadów biodegradowalnych (lub ich frakcji) – w tym także komunalnych osadów ściekowych – poprzez jednoznaczne uwzględnienie ich jako biomasy w aktach wykonawczych Ministra Gospodarki mają jednak szansę powodzenia. Wpływa na to konieczność zapewnienia rosnącego udziału energii odnawialnej w sprzedaży energii przez przedsiębiorstwa energetyczne (zobowiązania wynikające z Traktatu Akcesyjnego) oraz stopniowe „przekierowywanie” producentów energii na energetyczne wykorzystanie „biomasy innego rodzaju” (Rozporządzenie Ministra Gospodarki z 19 grudnia 2005 r. w sprawie szczegółowego zakresu obowiązków uzyskania i przedstawienia do umorzenia świadectw pochodzenia, uiszczenia opłaty zastępczej oraz zakupu energii elektrycznej i ciepła wytworzonych w odnawialnych źródłach energii – DzU nr 261, poz. 2187 oraz Polityka energetyczna Polski do 2025 r. – dokument przyjęty przez Radę Ministrów 4 stycznia 2005 r.). przydatne będzie także zdefiniowanie wybranych grup odpadów (w tym osadów ściekowych) jako biomasy w aktach wykonawczych w zakresie handlu uprawnieniami do emisji ditlenku węgla (Rozporządzenie Ministra Środowiska z 12 stycznia 2006 r. w sprawie sposobu monitorowania wielkości emisji substancji objętych wspólnotowym systemem handlu uprawnieniami do emisji – DzU nr 16, poz. 124). „Status” wybranych grup odpadów może też zostać uregulowany dzięki preferencjom, jakie przewidziane są dla spalania biodegradowalnej frakcji odpadów komunalnych, zgodnie z art. 44 ust. 8 i 9 znowelizowanej 29 lipca 2005 r. ustawy o odpadach (DzU nr 175, poz. 1448). Przyjęcie analogicznego rozwiązania dla komunalnych osadów ściekowych na pewno zwiększyłoby zainteresowanie współspalaniem wysuszonych osadów w energetyce zawodowej.
Możliwość zaliczenia odpowiedniej części energii elektrycznej (lub/i ciepła) wytwarzanej w procesie współspalania paliw podstawowych (konwencjonalnych) i „paliwa alternatywnego” (m.in. wyprodukowanego na bazie osadów ściekowych) wymaga spełnienia określonych wymagań technologicznych, organizacyjnych i formalnych w tym zakresie. Niewątpliwie kluczowym zagadnieniem jest opracowanie wiarygodnych procedur określania zawartości frakcji biodegradowalnej w paliwach alternatywnych. Prace w tym zakresie, prowadzone przez Europejski Komitet Normalizacyjny (CEN), są już na ukończeniu. Niewątpliwie powinno to rozszerzyć listę odpadów biodegradowalnych wykorzystywanych jako „paliwa alternatywne” w energetyce.
Podsumowując, należy stwierdzić, że proces współspalania wysuszonych osadów ściekowych w kotłach pyłowych opalanych węglem kamiennym przy udziale w paliwie do 1% m/m nie sprawia technicznych i technologicznych problemów. Proces ten nie stwarza także nadmiernych zagrożeń środowiskowych wynikających z podwyższenia emisji zanieczyszczeń.
Proces współspalania osadów ściekowych powinien być realizowany tylko w instalacjach kotłowych umożliwiających dotrzymanie formalnych wymagań technicznych odnośnie współspalania odpadów.

Źródła
  1. Disposal and Recycling Routes for Sewage Sludge. Scientific and technical subcomponent report. European Comission. 23.10.2001.
  2. Werther J., Ogada T.: Sewage sludge combustion. “Progress in Energy and Combustion Science” 25/1999.
  3. Richers U., Scheurer W., Seifert H., Hein K.R.G.: Present Status and Perspectives of Co-combustion in German Power Plants. Forschungszentrum Karlsruhe GmbH. Karlsruche 2002.
  4. Sobolewski A., Wasielewski R.: Paliwa alternatywne jako potencjalne źródło produkcji zielonej energii – część I. „Czysta Energia” 1/2006.
  5. Sobolewski A., Wasielewski R.: Paliwa alternatywne jako potencjalne źródło produkcji zielonej energii – część II. „Czysta Energia” 2/2006.
  6. Krawczyński M., Świerczewska A.: Technologia współspalania paliw konwencjonalnych z biomasą i biogazem. „Biuletyn URE” 1/2006.


dr inż. Sławomir Stelmach
Ryszard Wasielewski
dr inż. Jarosław Zuwała
dr inż. Aleksander Sobolewski
Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze

Ten artykuł jest dostępny dla wszystkich

Z prenumeratą cyfrową lub papierową uzyskasz
bezpłatny dostęp do wszystkich treści.

Sprawdź ofertę prenumeraty

Zaloguj się  |  Prenumerujesz? – otrzymaj dostęp

comments powered by Disqus