Combatra spol. s r.o. | Tel: +420 602 492 852 | Email: info@combatra.cz


Výroba elektřiny zplynováním odpadů v elektrárnách

Elektřina z odpadů a biomasy

Evropský klimatický plán předpokládá, že bude 20% energie vyrobeno z obnovitelných zdrojů a emise skleníkových plynů budou sníženy o 20%

Mezi různými zdroji primarních obnovitelných energií mají odpad a biomasa podle údajů Eurostatu nejvyšší potenciál vzhledem k poměrně nízkým výrobním nákladům na MWh.

Toto je velká výzva pro hledání inovačních technologií, protože stávající technologie (kotle na biomasu, spalovny odpadů, anaerobní digestoře) nesplňují požadované parametry.

Lidé spolu s legislativci očekávají, že inovované technologie budou splňovat následující požadavky:

Elektrárny založené na principech zplynování splňují všechny tyto požadavky.

Zplynování

Zplynování je termální reakce, kde je palivo ohřáto v poměrně malých pecích v atmosféře s nizkým obsahem kyslíku. Organický odpad neshoří, protože zde není dostatek kyslíku, ale je rozložen na jednoduché elementy CO a H2 nazývané "bio-syngas". Bio-syngas svým chemickým složením zachovává veškerou energii původního paliva.

Tento bio-syngas je poté spálen v plynovém motoru na výrobu elektrické energie. Teplo syngasu se obyčejně využívá na sušení vstupujícího odpadu a na udržení zplynovaci reakce. Zbývající pára/teplo může být prodáno nebo se může zužitkovat v parní turbíně.

Zplynování je ověřená technologie, která se hojně využívala v 19. a 20. století na výrobu plynu z uhlí pro domácnosti a průmysl než byl zaveden zemní plyn.

V kontextu současního energetického zhodnocování se nabízí možnost znovuzavedení tohoto procesu a jeho aplikace na odpad a heterogenní biomasu s důrazem na následující:

Řešení v elektrárně na zplynování paliva

Popis procesu

Technologie elektrárny je založena na spojení ověřeného procesu zplynování s moderní technologií plasmových hořáků.

Na základě 15-leté zkušenosti s průmyslovou plasmou byl vyvinut robustní a efektivní plasmou zintenivněný zplynovací proces. Tento proces je výsledkem důmyslného seskupení jednotlivých modulů , které jsou niže popsány:

Proces v elektrárně se skládá ze 3 stupňů:

  1. Příprava paliva z odpadů: odpad a biomasa jsou rozemlety a roztříděny, čímž vznikne hodnotné palivo
  2. Výroba plynu z paliva:
    • zplynováním vzniká surový syngas a inertni popel k recyklaci
    • syngas je při 1200 stupních Celsia očištěn plasmou
    • vzniklé teplo je přes výměník využíváno při zplynování nebo ve formě páry v parní turbíně
    • čištěním syngasu získáme průmyslový plyn, který se využívá v plynových motorech na výrobu elektrické energie
  3. Výroba paliva z odpadů zahrnuje přípravu odpadů, recyklaci a skladování.Ze suroviny vzniká hodnotné palivo.

Tento proces je v elektrárně optimalizován tak, aby se získalo co nejvice energie. Optimalizace zahrnuje přeměnu surového odpadu a biomasy na hodnotné palivo ,které umožňuje vysokou efektivnost dalších procesů.

Technologie elektrárny umožńuje používat jakékoli palivo vyrobené z NE-nebezpečných odpadů a z biomasy.

Po prvotni vizuálni kontrole je vstupující odpad rozdrcen, větší inertní časti jsou vyseparovány, železo a neželezné kovy jsou vytříděny pro recyklaci. V případě , že odpad je příliš vlhký,je vysušen pomocí tepla z procesu.

Přeměna odpadu na palivo je základní krok pro celkovou energetickou účinnost elektrárny , protože umožnuje překonat rozdil mezi odpadem a požadavkem na palivo pro proces výroby elektrické energie.

Přeměna paliva na plyn zahrnuje zplynování paliva, čištění syngasu a využití tepla. Zde je palivo přeměněno v průmyslový plyn

Palivo je dodáno do 2-stupňového zplynovacího zařízení. Nejdříve je sušeno při 200 stupních C a potom je přeměněno na plyn při 650stupních C.

Surový bio-syngas se skládá hlavně kysličníku uhelnatého a vodíku, ale je doprovázen poměrně vysokým obsahem složek tvořících dehet – komplex komponentů HC. Tento dehet znemožňuje, aby se syngas používal v plynových motorech, protože by se zanesly a zastavily už po několika hodinách provozu.Proto je nezbytné dehet ze syngasu odstranit. Na druhou stranu dehet představuje poměrně vysoký energetický potenciál a jeho odstraněním by se snížila výhřevná hodnota plynu.

Toto dilema dokáže vyřešit turboplasma: Plasmová hořáková tryska vytvoří homogenní teplotu přes 1200stupňů ve všech frakcích bio-syngasu. Benefit je dvojnásobný: dehty jsou efektivně zničeny , ale podílí se na zvýšení výhřevní hodnoty syngasu.

Inovace spočívá hlavně v patentovaném zdvojeném zplynovacím zařízení.

Bio-syngas je potom ochlazen z 1200 stupňů asi na 200 stupňů C přes serii tepelných výměníků a boilerů. Získané teplo je zpětně využíváno pro autotermální zplynování a pára je využívána na výrobu elektřiny.

Když je syngas ochlazen, je fitrován ve filtačních vacích s vápnem, aby se odstranily chloriny, sírany a prach, který obsahuje.

Projekt subsystemu na čištění plynů závisí na charakteristice vstupujícího odpadu.

Zplynovací zařízení dokáže přijmout palivo s odchylkami a plasma dokáže vyrovnat nízkou kvalitu syngasu vyplývající z těchto odchylek.

K přeměnu plynu na elektřinu dochází v plynových motorech a parní turbíně, které realizují výrobu elektrické energie.

Syngaz, který byl očištěn od dehtů , zchlazen a přefiltrován, je nyní připraven k využití. Jeho výhřevná hodnota je mezi 4-6 MJ/Nm3.

Syngas je vstřikován do serie recipročních plynových motorů. Tyto motory aktivují alternátory, které generují elektřinu, která se dodává do sítě. Voda z chlazení motorů může být využita k vyhřívání domů nebo skleníků.

Teplo z výfukových plynů se využívá k výrobě páry, která se přidává k páře získané v boilerech při chlazení syngasu . Pára se využívá v interním cyklu parní turbíny na výrobu elektrické energie.

Princip přípravy paliva

Elektrárna představuje výrobní systém, který umí maximalizovat výrobu elektrické energie. Původní odpad je zpracován tak, aby byl přeměněn na hodnotné a homogenní palivo s následujícími parametry:

Jako palivo je přijatelná většina surovin:

Uvažovaný odpad musí být vyhodnocen inženýrským týmem elektrárny ve dvou stupních:

1. stupeň:

Nejdříve úroveň použitelnosti: charakteristika odpadu, složení materiálů, určení poměru výhřevnosti a vlhkosti všeobecně založené na existující databázi elektrárny. V případě absence dat je nezbytné otestování vzorků.

2. Stupeň:

Chemická analýza: identifikace a měření chemických složek odpadu. To je nezbytné pro základní projekt a projekt čištění syngasu a složení popela.

Níže uvedený seznam uvádí odpad, který by neměl být používán v elektráně:

Elektrárna na zplynování – prověřená technologie

Proces v elektrárně se skládá z následujících sub-systémů, která jsou již po řadu let technologicky prověřeny.

Proces přeměny odpadu na palivo využívá třídící a recyklační technologie , které se v Evropě využívají v odpadovém hospodářství více než 20 let. Existuje řada zkušených dodavatelů, kteří jsou schopni předložit řešení, které garantuje splnění požadavků na provedení.

Zplynovací komora byla vyprojektována zkušenou německou inženýrskou firmou a je založena na robustním pevném roštovém systému.

Plasma je klíčové zařízení v procesu, založené na know-how získané na 23 plasmových hořácích, které byly dodány a do teď uvedeny do provozu. Nejstarší je provozován od roku 1988. V naší pobočce provozujeme 3 plasmové hořáky v zařízení na likvidaci asbestu.

Plasma byla odzkoušena v 1 MW elektrárně , která zplynuje biomasu . Testy probíhaly od července do října 2009 a ukázaly, že dehty byly krakovány a že syngas lze používat v plynových motorech.

Využívání tepla se provádí v zařízeních projektovaných zkušenou firmou na kotle.

Filtrační system je založen na renomovaném filtračním zařízení upraveném tak, aby vyhovělo specifikaci znečištění syngasu.

Existují 3 renomovaní dodavatelé plynových motorů, které mohou používat syngas, kteří garantují provoz: Caterpillar, MWM (Deutz) a Jenbacher (GE).

Úspěch elektrárny záleží na jedné straně na projektu, ale na druhé straně 15-ti letá provozní zkušenost s vysokoteplotním plasmovým procesem je klíčovým faktorem.

Výhody technologie elektrárny

Technologie elektrárny poskytuje průlomové řešení pro proces získáváni energie z biomasy a energie z odpadů, čímž umožňuje snížení objemů odpadů na skládkách a eliminuje škodlivé emise ze spaloven, přičemž představuje významné kapacity obnovitelného zdroje energie.

Díky svým technologickými nákladům je schopná nabídnout doplňkovou a konkurenceschopnou alternativu k obnovitelným zdrojům energie jako jsou vítr a slunce.

Více energie

Surovina: spalování ....pára ....parní turbína.....elektrická energie
(tento proces má energetickou účinnost 18 – 22%)

Surovina: zplynování ...syngas....plynový motor....elektrické energie
(tento proces má elektrickou účinnost 35 – 40%)

Účinnost v elektrárně dosahuje 35 – 40%, což je 2x více než výkonnost dosahovaná spalovacími technologiemi a její využití zvyšuje ekonomii elektráren. Je to skutečné energetické zhodnocení.

Tak zvyšováním zisků z energie elektrárny poskytují lepší finanční podmínky pro využívání biomasy a paliva z odpadů.

Vliv na životní prostředí

Podmínky procesu(málo kyslíku, vysoká teplota) způsobují,že se netvoří dioxiny.

Nedochází ke spalování znečištěného paliva: syngas je vyčištěn před spálením v plynových motorech.

Popel z procesu je inertní a může být recyklován pro konstrukci silnic.

Jediný zbytek z procesu jsou filtrační činidla v množství menší než 1% původní suroviny, která musí být uložena.

Efektivní řešení odpadového hospodářství

Elektrárny na zplynování nepodporují produkci odpadů. Technologie elektrárny je v souladu s moderními technologiemi odpadového hospodářství, protože může být zásobována zbytkovou frakcí odpadů po vytřídění, kompostování nebo anaerobním procesu.

Elektrárny jsou kompaktní s hezkým vzhledem, aby byly pozitivně vnímány obyvatelstvem.

Ekonomika elektráren splňuje požadavky lokalního plánu odpadového hospodářství pro oblast s přijatelným počtem obyvatel.

Typická elektrárna na zplynování

Kapacity výkonu: btto12 MWe, netto10 Mwe

Až 15 MW tep. horké vody

Palivo: 55 000 – 75 000 tun/rok biomasy a/nebo NE-nebezpečného odpadu na výrobu 47 000 – 52 000 tun/rok paliva

Hlavní přípojky a spotřební materiál: elektřina, voda (uzavřený okruh), vápno (do vakových filtrů na čištění syngasu), zemní plyn (pro nastartování procesu)

Plocha: 10 000m2 – 15 000m2 podle druhu odpadu a paliva

Provoz: 7 500 h/rok rozložených do 340 dnů provozu při 92% využití prac. doby

Počet pracovníků na plný úvazek: 21

Investiční náklady: 35 – 45 000 000,- EUR dle místních podmínek a specifik

Doba výstavby: 18měsíců

Emise do ovzduší: dle předpisů EU

Ukázková elektrárna

1. elektrárna tohoto typu se staví ve Francii.

Tato elektrárny bude vyrábět 12 MW elektřiny po dobu 7 500 h/ročně, kterou bude dodávat do sítě EDF. Palivo se bude vyrábět z 51 000 t suroviny následujícího složení:

Toto složení umožňuje zařazení do francouzského tarifu pro biomasu.

Elektřina (90 000 MWh) bude prodávána po 15 let do sítě EDF s garantovanou výkupní cenou.

Zařízení bude dále produkovat 30 000 MWh horké vody, kterou bude odkupovat sousední skleník postavený na ploše 10 ha.

Oficiální povolení k výstavbě bylo vydáno 7.července 2009, výstavba byla zahájena ve 4.kv. 2010, provoz začne ve 4.kv. 2011, komerční provoz bude zahájen v 1.kv. 2012.

GROUP

Specializuje se na vysokoteplotní průmyslové procesy využívající plasmovou technologii, které aplikuje při likvidaci nebezpečného odpadu a výrobě elektřiny. Používané plasmové hořáky jsou založeny na know-how EADS, kde byly používány pro testování materiálů, které chrání vesmírná plavidla proti přehřátí při vstupu do atmosféry. Více než 15 let se angažujeme v technologiích udržitelného vývoje, čistých technologií a výrobě energie, provozuje jediný závod na světě na likvidaci asbestu, kde využívá 3 plasmové hořáky.

Specializujeme se na čisté technologie a čistou energii. Zaměstnáváme přes 200 zaměstnanců, kteří jsou odborníky na zhodnocování odpadů a zpracování plynových složek.

Výhradní zastoupení pro Českou republiku a Slovensko:

Kolomaznik spol. s r.o.

Ostružinová 34
106 00 Praha 10

Tel. 00420 602 492 852
Email: info@combatra.cz