Spaľovanie

   Princíp

Spaľovanie patrí medzi najvyvinutejšie a najrozšírenejšie metódy spomedzi sanačných metód, ktoré sa dnes používajú. Likvidácia halogénovaných a iných žiaruvzdorných organických látok prebieha za prítomnosti kyslíka pri teplote 850 – 1 700 ºC. Použitím horáka a pridaním paliva pri extrémne vysokej teplote sa tieto látky oxidujú na oxid uhličitý a vodu. Správne navrhnutá spaľovňa spĺňa najprísnejšie kvóty pre emisie plynov. Na odstránenie pevných častíc, neutralizáciu a odstránenie kyselín slúžia systémy kontroly vzduchu (Teer et al., 1993; FRTR, 2008).

   Použiteľnosť

Metóda spopolňovania (incinerácia) sa používa pri sanácii pôd znečistených výbušninami a nebezpečným odpadom, chlórovanými uhľovodíkmi, PCB a dioxínmi (FRTR, 2008).

Spaľovanie má najvyššiu účinnosť (až 99,99 %) pri sanáciách materiálov kontaminovaných prchavými a poloprchavými uhľovodíkmi, halogénovanými a organickými zložkami, palivami a výbušninami (Reis et al., 2008).

Incineračné procesy pri vysokej teplote v rozpätí od 870 do 1 200 °C sa používajú na volatilizáciu a spaľovanie (za prístupu kyslíka) halogénových a iných ťažko rozložiteľných organických látok v nebezpečnom odpade. V procese iniciácie a udržiavania spaľovacieho procesu sa využívajú prídavné palivá. Efektivita správne riadenej incinerácie (destruction and removal efficiency – DRE) prekračuje úroveň 99,99 % z požiadaviek kladených v prípade nebezpečného odpadu a môže byť riadená až do úrovne takmer 100 % na základe požiadaviek kladených v prípade PCB a dioxínov. Vzniknuté plyny a zvyšok po spaľovaní obyčajne vyžadujú ďalšiu úpravu (FRTR, 2008).

   Základná charakteristika

Od ostatných tepelných technológií sa spaľovanie odlišuje v tom, že oxiduje obrovské množstvá kontaminantu v tuhej aj kvapalnej fáze. Medzi bežné typy spaľovacích metód patria (Tang, 2003):

•      spaľovanie v rotačných peciach,

•      infračervené spaľovanie,

•      spaľovanie v cirkulačných komorách,

•      spaľovanie kvapalín.

Rotačná pec predstavuje jemne naklonený rotujúci valec so žiaruvzdorným vnútrom (obr. 4.1.35). Cyklický pohyb zabezpečuje dvíhanie a klesanie pevných častíc odpadu (Roberts et al., 1998). Povrch odpadu a jeho kvapalné súčasti sú takto vystavené tepelným účinkom horenia prídavného paliva. Čerpateľné kaly sa do komory vpúšťajú cez dýzy. Teplota horenia sa pohybuje v intervale 700 – 1 300 ºC, pričom niekedy je teplota nižšia, aby sa predišlo troskovateniu odpadových materiálov. Rovnomerná distribúcia tepla k všetkým materiálom vnútri pece predstavuje dokonalé premiešanie spaľovaných zložiek. Pec je primárna spaľovacia komora, v ktorej sa pri vpustení kyslíka organické zložky odpadu odparujú a oxidujú. Nespálené prchavé látky prejdú spolu s horúcimi produktmi spaľovania z primárnej do sekundárnej spaľovacej komory. V nej prebehne úplné spálenie paliva, odpareného aj kvapalného odpadu. Plyny opúšťajúce pec sa pomocou špeciálnych zariadení (Venturiho plynová práčka, mokrý elektrostatický odlučovač) očistia od jemných častíc a kyslých plynov (HCl, NO_x, SO_x).

Obr. 4.1.35. Princíp spaľovania v rotačnej peci.

 

Infračervené spaľovanie tvorí mobilný termický systém fungujúci na princípe zahrievania organického odpadu tyčami z karbidu kremíka napájanými elektrinou. Odpad sa dávkuje do primárnej komory, kde je vystavený infračervenému tepelnému žiareniu s teplotou do 1 000 ºC z tyčí umiestnených nad dopravníkovým pásom. Kontrola oxidačného procesu odpadového materiálu prebieha pomocou dúchadla pozdĺž pásu. Všetky zvyškové horľavé látky sa nakoniec spália v dohorievacej komore (FRTR, 2008), tzv. prídavnej spaľovni.

Cirkulačná spaľovacia komora prostredníctvom rýchlo prúdiaceho vzduchu zachytáva cirkulujúce pevné častice a vytvára vysoko turbulentnú spaľovaciu zónu, v ktorej sa likvidujú toxické uhľovodíky. Prevádzková teplota je nižšia ako pri bežných spaľovaniach (750 – 900 ºC). Vysoká turbulencia vytvára okolo spaľovacej komory a horúceho cyklónu rovnomernú teplotu. Počas spaľovania sa odpadový materiál úplne premieša. Premiešanie spolu s relatívne nízkou teplotou spaľovania znižuje prevádzkové náklady a potenciálne emisie plynov, ako napríklad oxidov dusíka a oxidu uhoľnatého (FRTR, 2008).

Spaľovanie kvapalného odpadu prebieha v ohňovzdorných komorách valcovitého tvaru. Okrem primárnej komory bývajú v systéme zapojené aj sekundárne dýzy na odpad s vysokou vlhkosťou. Kvapalina je po rozprášení dýzami vystavená vysokej teplote palivového horáka, odparí sa, prehreje a zmieša so vzduchom v turbulentnej zóne, kde dosiahne teplotu medzi 1 000 – 1 700 ºC. Čas zotrvania v spaľovacej komore závisí od toku spaľovaných látok (paliva, vzduchu a kvapalného odpadu) v metroch kubických za sekundu (pohybuje sa v rozpätí 0,5 – 2,5 s). Organické zložky odpadu oxidujú na oxid uhličitý, vodnú paru, kyslík, dusík a kyslé plyny. Kyslé plyny sa odstraňujú na konci procesu v mokrej práčke plynu.

Odpadové plyny z incinerátora vyžadujú úpravu v kontrolnom systéme, kde sa odstraňujú častice a kyslé plyny (HCl, NO_x a SO_x). Zariadenia na filtráciu prachu, odsírovacie zariadenia a vlhké elektrostatické precipitátory odstraňujú častice, práčky plynov a sprejové sušiče odstraňujú kyslé plyny (obr. 4.1.36).

 

Obr. 4.1.36. Typický príklad mobilného spaľovacieho procesu pri vysokej teplote v rozpätí od 870 do 1 200 °C (za prístupu kyslíka) halogénovaných a iných ťažko rozložiteľných organických látok v nebezpečnom odpade (FRTR, 2008).

Vysvetlivky: 1 – odpad, 2 – kotol, 3 – E-filter, 4 – priemyselný (textilný) filter, 5,6 – šetrič, 7 – čistý plyn, para, 8 – saturovaná para, 9 – superzohriata para, 10 – turbína, 11 – generátor, 12 – elektrina, 13 – chladiaca voda, 14 – norit + vápenec, 15 – usadený popol, 16 – popol z kotla, 17 – popolček, 18 – zvyšok, zostatok, 19 – dočisťovacie zariadenie na plyn v prostredí HCl, 20 – chlorid vápenatý, 21 – dočisťovacie zariadenie na plyn v prostredí SO₂, 22 – sádrovec, 23 – dočisťovacie zariadenie, 24 – voda, 25 – komín

   Výhody a limitácie

Prednosťou metódy spaľovania oproti iným tepelným technológiám je, že v procese spaľovania oxiduje obrovské množstvo kontaminantu v tuhej aj kvapalnej fáze.

Ekonomické nároky na metódu spaľovania sú vysoké, v prípade potreby je nutné pred samotným spaľovaním odstrániť z materiálu ťažké kovy (arzén, kadmium, olovo, ortuť), ktoré by mohli zostať vo vysokej koncentrácii v tuhom zvyšku alebo uniknúť so spalinami. Pri spaľovaní chlórovaných uhľovodíkov môžu vznikať produkty nedokonalého horenia, okrem iného aj dioxíny a furány. Kovy môžu pri dávkovaní odpadu reagovať s inými prvkami (chlór, síra) a vytvoriť toxickejšie a prchavejšie zlúčeniny. Sodík a draslík tvoria popol s nízkym bodom tavenia, ktorý reakciou s tehlovým murivom produkuje mazľavú hmotu upchávajúcu plynovody (Reis et al., 2008).

   Trvanie čistenia a účinnosť

Faktory ovplyvňujúce efektivitu výkonu spaľovacieho zariadenia sú prahová teplota, tlak, intenzita zmiešavania, čas zotrvania a prísun vzduchu.

Spaľovanie má najvyššiu účinnosť (až 99,99 %) pri sanáciách materiálov kontaminovaných prchavými a poloprchavými uhľovodíkmi, halogénovanými a organickými zložkami, palivami a výbušninami (Reis et al., 2008).

 

© Atlas sanačných metód environmentálnych záťaží

Autori: Jana Frankovská, Jozef Kordík, Igor Slaninka, Ľubomír Jurkovič, Vladimír Greif,

Peter Šottník, Ivan Dananaj, Slavomír Mikita, Katarína Dercová a Vlasta Jánová

Štátny geologický ústav Dionýza Štúra, Bratislava 2010, 360 s,

ISBN    978-80-89343-39-3