CZ2004795A3 - Způsob energetického využívání čistírenských kalů a zařízení - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká likvidace čistírenských kalů a jejich energetického využití. Dále se týká technologického zařízení, které umožňuje energetické využití čistírenských kalů.

Dosavadní stav techniky

Kaly z čistíren odpadních vod představují celosvětově závažný problém pro životní prostředí. Z celkového vyprodukovaného množství kalů v Evropské Unii se podstatná část, asi 4Q^/o₍ukládá na skládky, protože nevyhovuje limitním hodnotám rizikových prvků, 37^/o se využívá k přímé aplikaci v zemědělství, 15 % se spaluje, se ukládají v jiné formě, ^/o se převádělo do moře (zákaz od roku 1999) a pro í% existují jiné způsoby využití, jako například solidifikace a následné spalování

Vzhledem k legislativním úpravám v Evropské Uniijze očekávat, že od roku 2005 nebude možné skládkovat odpady s vyšším podílem organické složky a nebude možné je využívat pro přímou aplikaci v zemědělství.

Počítá se též s rozšířenou možností využití čistírenských kalů v lesnictví a k sanaci půdy. Budou však současně zavedeny přísnější limity pro obsah těžkých kovů jako jsou olovo, zinek, kadmium, měď, nikl, kobalt, chrom, rtuť, arsen molybděn a pro obsah určitých organických sloučenin, například polychlorovaných bifenylů nebo dioxinů.

Další zpracování nebo likvidace kalů anaerobním nebo aerobním rozkladem, y mechanickým odvodňováním nebo spalováním představují až 50j% nákladů na čistění komunálních vod.

Dalším problémem je hledání a využití obnovitelných surovin jakožto zdroj energie. Řeší se možnosti spalováni a likvidace čistírenských kalů ve směsi * » s hnědým uhlím či další biomasou. Problémem těchto řešení je vysoký obsah škodlivin v emisích a vysoké náklady.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob energetického využívání čistírenských kalů podle vynálezu, který spočívá v tom, že se stabilizovaní čistírenské kaly smísí s městským zeleným odpadem a s lokálně dostupným biologickým materiálem, který je rostlinného a/nebo živočišného původu, je odpadem a/nebo produktem zemědělství a/nebo průmyslu, přičemž podíl sušiny čistírenských kalů tvoří 20 až 50 % hmotn., vztaženo na sušinu výsledné směsi, rozdrcená a zhomogenizovaná směs se fermentuje 1 až 5 dnů při teplotě do 55 °C, pojté se směs suší, směs obsahující 15 až 30 % hmotn. vody se fluidně spaluje, teplo vzniklé při procesu fluidního spalování se předává prostřednictvím termooleje pracovnímu organickému teplosměnnému mediu v organickém Rankinově cyklu k výrobě tepla a elektrické energie.

Směs obsahující 15 až 30 % hmotn. vody se před fluidním spalováním granuluje.

Čistírenské kaly se s výhodou stabilizují ve vTyhnívací nádrži, z níiž se vznikající Ί J b λ bioplyn zachycuje a využívá se k pohonu kogenerační jednotky tj . plynového motoru nebo mikroturbiny.

Bioplyn se spaluje se vzduchem předehřátými spalinami. Spaliny pohání plynový motor nebo mikroturbinu a získává se elektrická energie. Spaliny procházející mikroturbinou předávají své teplo jednak vzduchu pro spalovací proces a do procesu sušení zfermentované směsij nebo se teplo spalin využije k ohřevu vyhnívací nádrže nebo při fermentaci.

Zařízení k provádění způsobu energetického využívání čistírenských kalů podle vynálezu spočívá v tom, ž§ obsahjjje homogenizační jednotku navazující na fermentační linku a susJóíTSus^o je propojena s fluidním kotlem, který je spojen s první jednotkou na výrobu tepla a elektrické energie, pracující na principu organického Rankinova cyklu.

Sušfoa je s výhodou s fluidním kotlem spojena přes granulační linku, kde se sušená směs granuluje pro lepší spalování ve fluidním kotli.

Stabilizovaný čistírensky kal se tvoří ve vyhnívací nádrži, která je s výhodou opatřena druhou jednotkou pro výrobu bioplynu^^íter^je propojená^ kogenerační jednotkou^ tvořenou mikroturbínou a/nebo motorem pro výrobu tepla a souča^pě elektrické energie. Kogenerační jednotka je s výhodou propojena se suškou/ fermentační linkou a s vyhnívací nádrží.

Kogenerační jednotka je s výhodou propojena též s první jednotkou na výrobu tepla a elektrické energie, pracující na principu organického Rankinova cyklu.

Fluidní kotel umožňuje spalovat palivo při nižších teplotách a tak se netvoří ox.'oLj__

NC^ dioxiny a furany a zároveň dochází k dokonalému vyhoření paliva díky tomu, že se pohybuje ve vznosu a je obaleno přebytkem kyslíku.

Použití termooleje jako teplosměnného média, ohřívaného pouze na teplotu 300°C, umožňuje provoz kotlů bez tlaku a vysokých teplot, bez kontrolních přístrojů, používaných u parních kotlů a bez povinnosti pravidelných kontrol, což především znamená nižší pořizovací cenu kotle a zároveň nižší náklady na provozní údržbu.

Teplo vyrobené ve fluidním kotli spalováním biomasy je termoolejovým okruhem přivedeno na výparník organického Rankinova cyklu (ORC-zařízení). Ve výparníku se odpařuje pracovní teplosměnné organické médium (silikonový olej) při nízkých teplotách a tlacích. Páry pracovního teplosměnného organického média se potom rozpínají až do vakua v pomaloběžné protitlaké turbíně, která pohání generátor. Za turbínou umístěný regenerátor předá část zbytkového tepla pracovnímu teplosměnnému organickému médiu a následným zkapalněním v kondenzátoru přejde kondenzační teplo do topného okruhu. Cirkulace ORC se uzavře po zvýšení tlaku a předehřátí pracovního teplosměnného organického média v regenerátoru a jeho přivedením zpět na výparník.

Celková účinnost ORC procesu (bez fluidního kotle) činní 97|%, z toho je 79 %

Λ přivedeného tepla předáno dálkovému vytápění.

* » »

Výhodou řešení podle vynálezu je, že se kaly z čistírenských odpadních vod (se) využívají jako alternativní zdroj energie ve formě paliva, které vyhovuje emisním limitům. Smísením kalů s biomasou, jejích dezintegrací a fermentací se získá vyhovující palivo. Fluidní spalování s olejovým termálním cyklem navazujícím na organický Rankinův cyklus umožňuje nejen optimalizaci energeticky náročných procesů přípravy směsi biomasy s kalem, jeho fermentací a sušení ale je schopné dodávat energii i do veřejné sítě v podobě tepla nebo elektrické energie.

Příklady provedení.

Ϊ,

Linka podle vynálezu zpracuje 2700 tun čistírenského kalu o sušině 24j% hmotný

1200 tun dřevní štěpky o sušině 70|% hmotný 2000 tun pomerančové kůry o sušině 3oj% hmotnpOOO tun zeleného odpadu o sušině 40 % hmotn. ročně.

Na obr. 1 je znázorněno schéma zařízení.

^estává se z vyhnívací nádrže 6, do níž se přivádí kal z čističky odpadních vod. -í vyhnívací nádrže 6^^(přívádi^^řebytečný kal] do hopiogenizační jednotky I spojené přes fermentační linku 2 se suskou 3. Ze sůsky 3)|ep>měs- palivo dále n Z, r Λ, // i ' forméígranulí na granulátoru a dopra^fí^Fk fluidnímu kotli 4. Kotel 4 je spojený přes olejový výměník s první jednotkou 5/ pracující na principu ^organického Rankinova cyklu.

Vyhnívací nádrž 6 je opatřena druhou jednotkou 7 pro výrobu bioplynu, která je propojena s kogenerační jednotkou ČL-tvořenou mikroturbínou pro výrobu tepla a/nebo elektrické energie. Kogenerační jednotka 8 je propojena se sudkou 3, fermentační linkou 2 a s vyhnívací nádrží 6 a dále může být propojena i s první jednotkou 5^pracující na pripcipu organického Rankinova cyklu.

Sus^gf3 je s fluidním kotlem 4 spojena přes granulační linku 9.

Čistírenský kal se stabilizuje ve vyhnívací nádrži 6. Stabilizovaný čistírenský kal se mísí s dřevní štěpkou^ pomerančovou kůrou a zeleným odpadem v homogenizační jednotce 1. Dezintegrovaná homogenní směs o vlhkosti cca 60 % hmotn. je soustavou dopravních pásů dopravována do fermentační linky 2^. tvořené žlaby a tam je postupně vrstvena a překopávána. Ihned je bez jakýchkoliv » « « * e · dalších přísad zahájen proces fermentace. Směs se postupně zahřívá spalinami z kogenerační jednotky 8 až na teplotu 55 °C a současně dochází k vývoji vodní páry. Po 2 až 5 dnech se směs po fermentací suší. Poté dochází ke granulaci, při níž odchází dalších 10 % vlhkosti ze směsi a palivo^! tvarově stabilizjjwanqř pro kvalitní vyhoření ve fluidním kotli. Směs obsahující 15 až 3d% hmotn. vlhkosti se spaluje přímo ve fluidním kotli 4,

Hmotnost vstupujících surovin je 6900 tun^, z toho je 3935 tun vody. Během fermentace se ztratí 1035 tun vody. Během granulace 587 tun vody a během sušení 1869 tun vody.

K fermentací a při granulaci se spotřebuje 153 439 kWh a k sušení 4397 CSJ. Získá se 3 410 tun biopaliva, jehož vlhkost je 15 % hmotn. a výhřevnost 11 GJ/t.

Průmyslové využití

Způsob energetického využívání čistírenských kalů podle vynálezu lze využít při likvidaci komunálních odpadů.

Claims (9)

1. Patentové nároky

   1. Způsob energetického využívání čistírenských kalů, vyznačující se tím, že se stabilizovantíčistírenské kaly smísí s městským zeleným odpadem a s lokálně dostupným biologickým materiálem, který je rostlinného a/nebo živočišného původu, je odpadem a/nebo produktem zemědělství a/nebo průmyslu, přičemž podíl sušiny čistírenských kalů tvoří 20 až 50 % hmotn., vztaženo na sušinu výsledné směsi, rozdrcená a zhomogenizovaná směs se fermentuje 1 až 5 dnů při

   Π V teplotě do 55 C, pojté se směs suší, směs obsahující 15 až 30 % hmotn. vody se fluidně spaluje^teplo vzniklé při procesu fluidního spalování se předává prostřednictvím termooleje pracovnímu organickému teplosměnnému mediu v organickém Rankinově cyklu k výrobě tepla a elektrické energie.
2. 2. Způsob podle nároku 1j vyznačující se tím, že směs obsahující 15 až 30 % hmotn. vody se před fluidním spalováním granuluje.
3. 3. Způsob podle nároku 1| vyznačující se tím, že pracovním organickým teplosměnným mediem je silikonový olej.
4. 4. Způsob podle nároku 1 {vyznačující se tím, že čistírenské kaly se stabilizují ve vyhnívací nádrži, z níž se vznikající bioplyn zachycuje a stává se pohonným médiem kogenerační jednotky k výrobě tepla a elektrické energie.
5. 5. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 1j vyznačující se tím, že obsahuje homogenizační jednotku (1) spojenou přes fermentační línku (2) se suškou (3), která je připojena kfluidnímu kotli (4), fluidní kotel (4) je spojen s první jednotkou CEO na výrobu tepla a elektrické energie,., pracující na principu organického Rankinova cyklu.
6. 6. Zařízení podle nároku 5j vyznačující se tím, že vyhnívací nádrž (6), která je zdrojem stabilizovaného čistírenského kalu pro homogenizační jednotku (1), je opatřena druhou jednotkou (7) pro výrobu bioplynu, která je propojena s kogenerační jednotkou (8), tvořenou mikroturbínou nebo motorem pro výrobu tepla a/nebo elektrické energie.
7. 7. Zařízení podle ngjoků 5 a 6jvyznačující se tím, že kogenerační jednotka (8) je propojena se sus^oií ( 3) a/nebo s fermentační linkou (2) a/nebo s vyhnívací nádrží (6).
8. 8. Zařízení podle nároku 6 a ^vyznačující se tím, že kogenerační jednotka (8) je propojena s první jednotkou (5) na výrobu tepla a elektrické energie, pracující na principu organického Rankinova cyklu.
9. 9. Zařízení podle nároků 5 až 8j vyznačující se tím, že su^ka^(3) je sfluidním kotlem (4) spojena přes granulační linku (9).