7BP programos projekto ENERCOM tyrimų rezultatai Lietuvoje Doc. dr. Irina Kliopova Kauno technologijos universitetas (KTU) Aplinkos inžinerijos institutas (APINI) VII metinis Diskusijų Forumas Atliekų tvarkymas 2010 2010-09-23/24, Druskininkai
ENERCOM - 7BP programos projektas Pavadinimas: Polygeneration of energy, fuels and fertilizers from biomass residues and sewage sludge // Energijos, kuro ir trąšų gamyba (poligeneravimas) iš biomasės liekanų ir nuotekų dumblo Pagrindinis projekto tikslas - vystyti inovatyvią aukšto efektyvumo elektros ir šiluminės energijos, kieto kuro ir aukštos kokybės trąšų gamybos iš nuotekų dumblo ir žaliųjų (sodo) atliekų technologiją. Tinkami projekto kaštai 5,2 Mln. EUR; ES finansavimas 2,53 Mln. EUR.
Projekto partneriai Koordinatorius: IfaS (Institute for Applied Material Flow Management) (Vokietija), Soil-Concept (S.A įmonė, pagrindinis naudos gavėjas) (Liuksemburgas), L.E.E (Projektuotojai, projekte atsakingi už sistemos įdiegimą ir paleidimo priežiūrą) (Liuksemburgas), BISANZ (GmbH, privati įmonė, projekte atsakingi už gazifikavimo dalį) (Vokietija), BIOS (GmbH, Grazo technikos universiteto nepriklausomas padalinys, projekte atlieka degimo produktų (pelenų, šlako, kt.) cheminę ir fizikinę analizė) (Austrija), KTU APINI (Galimybių studijos rengėjas, vienas iš PAV rengėju, atgautojo kuro gamybos dalies įdiegimo priežiūrą, projekto rezultatų įtraukimas į magistrantūros programą) (Lietuva), KLF (Kuhbier sprl, teisininkai, projekte legalizuoja planuojamus gaminti produktus) - (Belgija), B.A.U.M (B.A.U.M. Consult GmbH, atsakingi už projekto rezultatų tęstinumą ES šalyse) (Vokietija)
Projekto esmė ir diegimo vieta Biologiškai skaidžių (BS) atliekų naudojimas produkto (trąšų, atgautojo kuro) bei alternatyvios ( žaliosios ) energijos gamybai; Atliekami darbai: laboratoriniai tyrimai, galimybių studijų rengimas, poveikio aplinkai vertinimas (PAV), PAV ataskaitos rengimas, derinimas su subjektais, gautų produktų legalizavimas, techninio projekto rengimas, ekspertizės, įdiegimas Liuksemburgo gamykloje Soil- Concept įmonėje bei tęstinumas Soil-Concept dumblo (buitinių nuotekų valymo įrenginių) bei žaliųjų atliekų tvarkymo įmonė - trąšų gamintojas.
Paraiškos rengimo metu iškelta prielaida, kad Tam tikros frakcijos dumblo ir ŽA mišinys gali būti panaudotas atgautojo kuro gamybai; Atgautojo kuro galimos komponentės: Dumblas + ŽA (kompostas) Dumblas + ŽA + pjuvenos Dumblas + ŽA + durpės Dumblas + ŽA + durpės + pjuvenos Atgautojo kuro savybėms pagerinti
Projekto principinė schema Buitinių nuotekų valymo įrenginiai Bio-dujos Kogeneravimas Šilumos energija Elektros energija dumblas Soil-Concept komposto gamybos įmonė Metanizavimas ŽA Kompostas (iki 10 mm frakcijos) Džiovinimas Šilumos energija nuosaviems tikslams Gazifikavimas PCG (poly-compostgasification) process Kogeneravimas Trąšų granulės Granuliavimas (iš liekanų: pelenų ir šlamo) Žalioji elektros energija Atgautasis kuras
Projekto kiekybiniai tikslai: Proceso įėjime: 11 400 t/m. stabilizuotas komunalinių nuotekų valymo įrenginių dumblas (iki 25-30 proc. SM); 6 600 t/m. miestų žalųjų atliekų (iki 40-50 proc. SM); iki 3 000 t/m. žievės arba kitų parkų, miškų tvarkymo medienos atliekų Proceso išėjime: Demonstracinėje gamykloje (Soil-Concept) turi būti gaminama: iki 2 GWh/m. elektros energijos; iki 4 GWh/m. šiluminės energijos; iki 3200 t/m. atgautojo kuro; iki 2300 t/m. pagerinto komposto Prieš naudojimą: sumaišymas ir tinkamas džiovinimas ( biological drying ) iki 60-65 proc. SM kompostavimo įrenginiuose
APINI atlikti darbai Atliktas briketų ir granulių gamybos iš Soil-Concept gamyklos komposto bei pjuvenų ir durpių mišinių galimybių įvertinimas (buvo koordinuojami atgautojo kuro gamybos darbai; sudaryti ir įvertinti visų gamybos procesų medžiagų ir energijos balansai); Nustatytos pagaminto atgautojo kuro pagrindinės charakteristikos (buvo koordinuojama kuro fizikinių ir cheminių savybių nustatymo laboratorinės analizės paslauga); Atlikti pagaminto atgautojo kuro deginimo bandymai; įvertinti pagrindiniai diegimo produktų išmetimai į aplinkos orą (buvo koordinuojamos išmetimų matavimo paslaugos); Parengta briketų ir granulių gamybos galimybių studijų ataskaita (įsk. poveikio aplinkai vertinimą kuro gamybos ir naudojimo metu; finansinių aspektų įvertinimą, palyginimą su durpėmis ir biokuru)
Granuliavimo / briketavimo testai (1) Atgautojo kuro gamybos metu įvertintos kuro formavimosi galimybes bei poveikis aplinkai. Eksperimento metu sėkmingai pagaminta 14 kietojo atgautojo kuro rūšių briketų ir granulių pavidale. Atgautojo kuro gamybos metu buvo naudojami įvairių kompozicijų mišiniai (komposto + pjuvenų + durpių).
Granulių gamyba Kompostas iš Liuksemburgo Komponentų maišymas rankiniu būdu Įvairių kompozicijų mišinių pakrovimas į granuliatorių
Granulių gamyba
Pagamintos įvairių kompozicijų granulės Granulės (10%K_90%P) Granulės (20%K_80%P)
Pagamintos įvairių kompozicijų granulės Granulės (40%K_60%P) Granulės (50%K_50%P)
Granulių natūralusis džiovinimas Granulės iš komposto ir durpių 100% kompostas Pakavimas
Briketavimo testai Atgautojo kuro žaliava (1. Kompostas, 2. Durpės, 3. Pjuvenos) Automatinis maišymais Briketavimo presas
Briketavimo testai Sumaišytos komponentės: 60%K_40%P Pirmieji briketai
Briketavimo testai Briketas: 80%K_20%P Briketas: 45%K_55%D
Granuliavimo / briketavimo testai (2) Nustatyti pagaminto atgautojo kuro pagrindiniai cheminiai ir fizikiniai parametrai: drėgnumas, kaloringumas natūralioje medžiagoje, kaloringumas sausoje medžiagoje, pelenai sausoje medžiagoje, sieros, azoto, anglies, chloro, sunkiųjų ir kitų metalų kiekis sausoje medžiagoje. Atgautojo kuro parametrai įvertinti Lietuvos žemdirbystės instituto Agrocheminių tyrimų centro analitinio skyriaus laboratorijoje. Naudojant laboratorinės analizės rezultatus, gauti parametrai buvo palyginti su kietojo atgautojo kuro klasifikacijos sistemoje (pagal CEN/TC 343) pateiktais. Išvada: Visas sėkmingai pagamintas kuras atitinka atgautojo kuro charakteristikas.
Atgautojo kuro standartizavimas Kietojo atgautojo kuro klasifikavimo sistema [CEN/TC 343] Kuro savybės Statistinis vertini mas vienetai Klasės 1 2 3 4 5 Kaloringumas gautoje medžiagoje Chloro (Cl) kiekis sausoje medžiagoje Gyvsidabrio kiekis (Hg) vidurkis MJ/kg (ar) 25 20 15 10 3 vidurkis % (d) 0.2 0.6 1.0 1.5 3 vidurkis mg/mj (ar) 0.02 0.03 0.08 0.15 0.5 Informacijos šaltiniai: -CEN/TC 343 kietojo atgautojo kuro techninė specifikacija (specifikacijos, klasės, biomasės kiekio nustatymas )
Pagaminto kietojo atgautojo kuro standartizacija Atgautojo kuro sudėtis, % 100% kompostas (10-20 mm frakcija) Atgautojo kuro forma Kaloringumas gautoje medžiagoje, MJ/kg Chloro (Cl) kiekis sausoje medžiagoje, % vertė granulės klasė 12 4 0,04 1 Gyvsidabrio (Hg) kiekis, mg/mj 0.1 4 Atgautasis kuras (granulės) atitinka 4 klasę pagal kaloringumą gautoje medžiagoje (MJ/kg), 1 klasę pagal chloro (Cl) kiekį sausoje medžiagoje bei 4 klasę pagal gyvsidabrio kiekį (mg/mj).
Rezultatas granuliatoriaus įdiegimas Liuksemburge Soil-Concept įmonėje Pirmieji testavimo (paleidimo derinimo) darbai 2010 m. pavasarį
Komposto džiovinimas kompostavimo aikštelėje Granuliavimo principinė schema Dulkių asperatorius 3 kw Komposto džiovinimas iki 14-15 % drėgnumo Komposto maišymas automatiniame įrenginyje 0.5 t/h, 18.5 kw Papildoma medžiaga Šilumos energija iš polygeneravimo proceso 1.5 kw Paradimas į malūną (metalo atskyrimas) Malūnas 500 kg/h 22 kw sraigtinis konvejeris 2.2 kw Screw to silo with scraper floor 1.5 kw sraigtinis konvejeris 3.5 kw Preso maitintuvas 0.55 kw Granulivimo presas 250 kg/h 22 kw 1.5 kw Grandininis konvejeris Džiovintuvas 3 kw Sijotuvas 0.2 kw Pakavimo / svėrimo įrenginys Oro tiekimas 0.75 kw Output belt conveyer 1.1 kw 0.55 kw Padavimas į mažąjį konvejerį Produktas atgautasis kuras
Atgautojo kuro gamybos poveikio aplinkai pagrindiniai aspektai Vertinant atgautojo kuro poveikį aplinkai gamybos metu buvo sudaryti kuro gamybos procesų medžiagų ir energijos balansai (Excel programoje sukurta duomenų bazė) bei įvertinti santykiniai aplinkos apsaugos indikatoriai, t.y. žaliavos, kitų papildomų medžiagų, energijos (t.y. srautų procesų įėjime) sąnaudos pagamintos produkcijos vienetui bei susidariusios taršos, atliekų (t.y. srautų procesų išėjime) kiekis produkcijos vienetui. Vienas iš labai aktualių šiai dienai indikatorių energijos sąnaudos produkcijos vienetui. Kadangi labai aktualų įvertinti ar nebus taip, kad kuro gamybos metu bus sunaudota daugiau energijos, negu pagaminta pačio kuro deginimo metu.
Poveikis aplinkos orui atgautojo kuro gamybos metu komposto granulių gamyboje į aplinkos orą išsiskiria nemažas kietųjų dalelių (C) kiekis: 2009 m. eksperimento metu Lietuvoje nustatyta, kad komposto maišymosi atveju kietųjų dalelių emisijų faktorius gali siekti 0,03 kg/t žaliavos, technologinių procesų metu iki 2 proc. nuo perdirbamos žaliavos; be komposto nuostolių, granuliavimo (briketavimo) metu gali susidaryti nemažas kiekis metalo; eksperimento metu Soil-Concept įmonėje nustatyta, kad prieš paduodant kompostą į smulkintuvą, reikalinga labai atidžiai jį išvalyti nuo galimų didelių priemaišų, pvz., metalų, akmenų, didesnių medienos dalelių ir pan., nuo kurių buvimo gali nukentėti technologinė įranga.
Atgautojo kuro gamybos tiesioginių procesų kaštų nustatymas (Lietuvos kainomis) (2010 m. pavasaris) Atlikus 1 t kuro gamybos tiesioginių procesų kaštų (be amortizacijos, atlyginimų bei administracinių išlaidų) įvertinimą, nustatyta, kad 1 t atgautojo kuro (komposto granulių) gamybos kaina (vertinant tik tiesioginius proceso kaštus) apie 156 Lt/t arba iki 4,70 cnt./kwh palyginimui: gamtinių dujų pirkimo kaina 10,2 cnt./kwh; 1 t durpių išgavimo kaina nuo 53 iki 103 Lt/t; 1 t durpių briketų gamybos kaina nuo 116 iki 166 Lt/t arba iki 3,98 cnt./kwh; atgautojo kuro gamybos analizuojamoje kainoje virš 60 proc. sudaro išlaidos elektros energijai.
Analizuojant atgautojo kuro naudojimo energijos gamybai technologinius procesus, nustatyta, kad Deginant kietąjį atgautąjį kurą nedideliuose KDĮ (<120 kw) daromas nemažas poveikis aplinkos orui: dėl nedidelės degimo temperatūros bei automatinio reguliavimo nebuvimo neįvyksta pilnas degimo procesas, dėl ko padidėja CO koncentracija išmetamuose dūmuose, NOx išmetimai viršija DLK. Todėl galima pateikti išvadą, kad atgautojo kuro deginimui (naudojimui) reikalingi sudėtingesni technologiniai sprendimai (pvz., deginimas verdančiame sluoksnyje) ir ekonominio atsiperkamumo požiūriu paprastai tai tikslinga daryti stambiose automatizuotose kurą deginančiuose įrenginiuose. Atliekant į aplinko orą išmetamų teršalų teorinį vertinimą, nustatyta, kad optimaliai deginant atgautąjį kurą, poveikis aplinkos orui turėtų būti mažesnis, negu deginant pjuvenas arba durpių briketus dėl mažesnių NOx (A), SO 2 (A), HCl išmetimų.
Išvada: Lietuvai (kaip ir kitoms ES šalims) šiuo metu yra labai aktualūs tokie klausimai, kaip alternatyvūs energijos šaltiniai ir biologiškai skaidomų (BS) atliekų tinkamas utilizavimas. ENERCOM projekte šie klausimai labai glaudžiai susieję ir gali būti sprendžiami vienu metu. Projekto įdiegimas leistų iš 21 tūkst. t/m. BSA pagaminti: iki 6 GWh/m. žalisios energijos; iki 2300 t/m. pagerinto komposto; jau šiuo metu gaminamas alternatyvus energijos šaltinis - kietasis atgautasis kuras (planas - iki 3200 t/m.)
Ačiū už dėmesį!!! Doc. dr. Irina Kliopova Kauno technologijos universitetas Aplinkos inžinerijos institutas (APINI) El.paštas irina.kliopova@ktu.lt