Valorificarea Potentialului Energetic al Deseurilor Urbane In Centrale de Mica Si Medie Putere Utilizand Instalatii de Turbine cu Abur

Este bine cunoscut faptul că societatea modernă în care trăim este una a creșterii economice și a dezvoltării. Fără îndoială, dezvoltarea presupune o ascensiune a întregului sistem social, economic, politic, cultural etc. Tot atât de clar este și faptul că progresele care se vor a fi realizate într-unul dintre domeniile enumerate depind de rezultatele din celelalte domenii; cu alte cuvinte, există o foarte strânsă relație de interdependență între componentele progresului social generalizat și o verigă lipsă sau cu o dimensiune aflată sub nivel, ce atrage consecințe asupra ansamblului.

Însă toată această dezvoltare continuă a socității presupune și o protecție adecvată a mediului, în scopul asigurării unei dezvoltări durabile a acesteia. Mediul este suportul și izvorul vieții. A-l polua și a-l distruge este sinonim cu a submina existența umană. Tocmai de aceea, [NUME_REDACTAT] a Sănătății a ajuns la ideea că "menținerea sănătății și bunăstării cer un mediu înconjurător propice și armonios în care toți factorii fizici, psihologici, sociali și estetici își au locul bine definit. Mediul va trebui, în această situație, să fie tratat drept resursă, în scopul îmbunătățirii condițiilor de viață și bunăstării".

Lumea resurselor fizice și a forței de muncă este una finită, iar dacă modul de creștere economică fundamentat pe baze clasice continuă, mai devreme sau mai târziu viitorul va fi pus sub un major semn de întrebare. Dintre numeroasele probleme de mediu existente, fără îndoială că deșeurile reprezintă una dintre problemele majore. Cantitățile de deșeuri generate se află pe un trend puternic ascendent de la an la an, iar impactul pe care îl au asupra mediului, implicit asupra comunității, este din ce în ce mai mare.

Gestionarea deșeurilor urbane reprezintă o responsabilitate majoră în primul rând pentru autoritățile administrațiilor publice, dar și pentru populație. În mod normal, gestionarea deșeurilor urbane se realizează prin trei etape principale: colectarea amestecată a deșeurilor, transportul acestora către depozitul de deșeuri și depozitarea deșeurilor.

În mod contrar față de situația întâlnită în majoritatea statelor dezvoltate din [NUME_REDACTAT], cantitatea de deșeuri generată în România este în general depozitată, dorar un procent de 2% reprezentând deșeurile reciclate. Din totalul deșeurilor urbane, cea mai mare parte o reprezintă deșeurile menajere și asimilabile. Acestea provin din gospodării, respectiv de la unități economice, birouri, instituții, unități sanitare. Compoziția acestora a prezentat variații în ultimii ani, ponderea cea mai mare având-o totuși deșeurile biodegradabile.

Obiectivul general al prezentei lucrări îl constituie identificarea unei soluții optime de gestionare integrată a deșeurilor urbane și analiza posibilității de valorificare a acestora în vederea obținerii unei surse alternative de energie, în condițiile unui impact favorabil asupra mediului.

Studiul bibliografic al tehnologiilor pentru arderea deșeurilor solide în amestecuri eterogene

1.1 [NUME_REDACTAT] sunt acele substanțe sau obiecte de care deținătorul se debarasează, are intenția sau obligația de a se debarasa. În general, deșeurile reprezintă ultima etapă din ciclul de viață al unui produs (intervalul de timp între data fabricației produsului și data când acesta devine deșeu). Printre definițiile date deșeurilor dea lungul timpului se regăsesc următoarele:

„Deșeu, pl. deșeuri = partea din materia primă sau dintr-un material care rămâne în cursul fabricării produselor semifabricate sau al produselor finite și care nu mai poate fi valorificată prin prelucrare în același produs de fabricație;deșeuri sunt considerate și resturile rezultate în urma unor procese chimice sau metalurgice cu conținut în oxizi, sulfuri etc., care pot fi valorificate ulterior, ele având o valoare foarte mare. Deșeurile pot fi recuperabile sau nerecuperabile”.

„Deșeu, deșeuri (DEX) = rest dintr-un material rezultat dintr-un proces tehnologic de realizare a unui anumit produs, care nu mai poate fi valorificat direct pentru realizarea produsului respectiv (din fr. dechet)”.

„Deșeul, în general, semnifică o valoare economică negativă, care se consideră că variază în spațiu și timp. În ceea ce privește deșeurile solide, acestea sunt considerate ca fiind substanțe nediluate în apă sau în aer, pe care deținătorul dorește sau trebuie să le elimine”.

Deșeurile sunt, în conformitate cu [NUME_REDACTAT] nr. 137/1995 ,,acele substanțe care rezultă în urma unor procese biologice sau tehnologice și care nu mai pot fi folosite ca atare, dar dintre care unele sunt refolosibile”.

„Deșeurile sunt acele substanțe sau obiecte care sunt eliminate sau urmează a fi eliminate sau este necesar să fie eliminate în conformitate cu legislația națională”.

Deșeurile municipale reprezintă totalitatea deșeurilor generate în mediul urban și rural din gospodării, unități comerciale, instituții, agenți economici (deșeuri menajere și asimilabile), deșeuri stradale colectate din spațiile publice, străzi, parcuri, spații verzi, deșeuri rezultate din construcții-demolări, generate în gospodării și colectate de operatorii de salubritate, precum și nămoluri de la epurarea apelor uzate orășenești.

1.2. Deșeuri urbane solide

1.2.1. Clasificarea deșeurilor

Deșeurile pot fi clasificate fie după natura lor (materialele din care sunt formate), fie în funcție de originea acestora (activitățile care le-au generat).

În funcție de natura deșeurilor, putem deosebi următoarele patru categorii:

Deșeuri menajere și asimilate;

Deșeuri inerte;

Deșeuri speciale;

Deșeuri ultime.

Deșeurile menajere și asimilate cuprind deșeurile de menaj și deșeurile industriale banale (DIB) provenite de la întreprinderi. Acestea din urmă nu sunt toxice și au caracteristici de fermentare.

Deșeurile inerte sunt fără miros, nu sunt fermentabile și nici toxice; nu reprezintă riscuri pentru om sau pentru mediul înconjurător. În general, ele sunt reprezentate de: dărâmături de la clădiri, moloz, deșeuri minerale din activitățile de minerit, etc.

Deșeurile speciale conțin elemente nocive într-o cantitate mai mică sau mai mare; prezintă mari riscuri pentru mediul înconjurător, trebuie să fie eliminate cu mari precauții. Din această categorie fac parte deșeurile toxice în cantități dispersate (DTQD) produse de întreprinderile industriale, precum și deșeurile menajere speciale (DMS) rezultate în urma activităților de menaj, precum: solvenți, vopseluri, hidrocarburi, pile, etc.

Deșeurile ultime nu fac obiectul unei valorificări, iar aici putem cita: reziduurile de epurare a gazelor de ardere din uzinele de incinerare a deșeurilor (REFIOM).

În funcție de originea deșeurilor, putem stabili următoarele categorii:

Deșeuri municipale;

Deșeuri din agricultură și industrie alimentară;

Deșeuri din activități industriale și comerciale;

Deșeuri din activitatea medicală;

Deșeuri nucleare.

Deșeurile municipale sunt formate în principal din: deșeuri menajere (provenite din activitatea casnică, de construcții aferente gospodăriilor, de grădinărit, aparate de menaj scoase din uz, resturi de solvenți, vopseluri, deșeuri provenite de la automobile, etc.), deșeuri ale colectivităților (provenite din întreținerea spațiilor verzi publice, a străzilor și drumurilor), deșeuri plutitoare (deșeuri solide ce plutesc la suprafața apelor, cum ar fi: lemnul, plastice , resturi vegetale, resturi de cadavre) și alte deșeuri din activitățile economice asimilabile deșeurilor menajere, cum ar fi: activitățile de artizanat și comerț, unităților de învățământ, baze sportive, etc.

Deșeuri din activitățile industriale și comerciale cuprind toate deșeurile produse de întreprinderi de a căror eliminare sunt direct răspunzătoare.

Se disting în acest sens: deșeurile inerte, deșeurile industriale banale (DIB) și deșeurile industriale speciale. Putem adăuga deasemenea și deșeurile toxice în cantități dispersate (DTQD). Acestea din urmă sunt deșeuri industriale speciale produse de întreprinderi, artizani, agricultori, de laboratoare sau organizații de sănătate.

Deșeuri din agricultură și industria alimentară: deșeuri asimilabile deșeurilor industriale speciale (DIS), cum ar fi produsele fitosanitare (pesticide, ierbicide) și deșeuri agricole sau agroalimentare propriu-zise, care sunt organice și care necesită procedee de colectare și tratamente particulare (dejecții animale, reziduuri din industria alimentară, subproduse ale culturilor și pădurilor, etc.);

Deșeuri din activitatea medicală: deșeuri spitalicești, deșeuri provenite din cadrul organizațiilor medicale (cabinete particulare), deșeuri ale laboratoarelor medicale și ale laboratoarelor veterinare.

Deșeuri nucleare: provin de la generatoarele de radiații X, de la sursele de cobalt, cesium, de la clișee provenite din unitățile medicale, etc.

Deșeurile urbane reprezintă o însumare a cantităților de:

deșeuri menajere – deșeuri provenite din sectorul casnic sau sectoare asimilabile cu acesta, (inclusiv deșeurile periculoase conținute), și care pot fi preluate cu sistemele curente de precolectare sau colectare din localități);

deșeuri asimilabile cu deșeurile menajere – provenite de la mica sau marea industrie, din comerț, din sectorul public sau administrativ, care prezintă compoziție și proprietăți similare cu deșeurile menajere și care poti fi colectate, trasportate, prelucrate și depozitate împreună cu acestea;

deșeuri din servicii municipale – deșeuri specifice căilor de circulație publică, deșeuri provenite din activitatea cotidiană a populației, de la spații verzi, grădini, parcuri, animale, deșeuri rezultate din depunerea de substanțe solide din atmosferă.

Compoziția merceologică a deșeurilor urbane

Cantitatea de deșeuri generată în fiecare an de țările europene este în continuă creștere, ajungând în prezent la peste 2000 de milioane tone, din care aproximativ 200 milioane tone de deșeuri menajere, tot atât cât reprezintă fluxul anual de deșeuri urbane la nivelul SUA, adică aproape o cincime din cantitatea anuală de deșeuri urbane la nivel global.

Deșeurile urbane sunt formate, în general, dintr-un amestec de deșeuri menajere, deșeuri din comerț similare celor menajere, deșeuri stradale, deșeuri din piețe, parcuri și grădini, deșeuri din demolări, nămol municipal, materii fecale, etc.

Un studiu inițiat de [NUME_REDACTAT] arată că rata de generare a deșeurilor este de două-trei ori mai ridicată în țările industrializate, comparativ cu țările în curs de dezvoltare; principala caracteristică ce a fost luată în discuție este umiditatea, în funcție de compoziția chimică și proveniență, situație prezentată în tabelul 1.

Tabelul 1 Caracteristicile deșeurilor urbane solide în uncție de nivelul de industrializare

Astfel, țările vest-europene, comparativ cu țările est-europene, produc o cantitate mare de deșeuri solide, industriale și urbane, ultimele fiind într-o proporție ridicată materiale de împachetare a bunurilor de consum (ambalaje) și într-o proporție mică de natură organică, biodegradabile. Două treimi din componența deșeurilor urbane sunt reprezintate de deșeurile menajere.

Se estimează că la nivel global se produc anual peste un miliard de tone de deșeuri menajere, acestea având o compoziție variabilă, în funcție de nivelul de dezvoltare economică, tabelul 2.

Tabelul 2 Compoziția deșeurilor urbane solide în uncție de nivelul de industrializare

De asemenea, cantitativ semnificative sunt și deșeurile prevenite din construcții și demolări, precum și cenușa și zgura din sistemul de termoficare, acolo unde sunt utilizați combustibili solizi. În contrast cu țările industrializate, compoziția deșeurilor urbane solide din țările în curs de dezvoltare deține în proporție ridicată resturi de natură vegetală și un procent redus de hârtie și articole nealimentare. O categorie aparte în compoziția deșeurilor urbane solide o constituie deșeurile periculoase, cum ar fi bateriile auto uzate, aparatură electrică și electronică uzată (îndeosebi telefoane mobile, calculatoare – așa numitele e-dechet, adică „deșeuri cibernetice”), care conțin o serie de elemente nocive, și anume plumb, mercur, crom, difenil-eter etc. și care sunt caracteristice în principal țărilor industrializate, unde acumularea acestora cunoaște un ritm anual de creștere de 18%.

În raport cu populația urbană, România este o țară cu producție medie de deșeuri urbane. Referitor la indicele de producere a lor, se poate compara cu țările vest-europene (1 kg/persoană/zi). În structura deșeurilor, ponderea majoră este deținută de deșeurile menajere rezultate din locuințe, instituții și diverse alte entități economice, tabelul 3.

Compoziția procentuală a deșeurilor menajere, atât global, cât și la nivelul municipiului București, este prezentată în tabelul 4.

Tabelul 4 Compoziția deșeurilor menajere,

Tabelul 3 Structura deșeurilor urbane global și pentru municipiul [NUME_REDACTAT] o corectă gestionare a deșeurilor urbane, este important de cunoscut nu doar cantitatea produsă, colectată și evacuată prin depozitare, ci și caracteristicile acestora, de ambele elemente depinde în egală măsură alegerea soluției de eliminare sau depozitare pe termen mediu sau lung.

Compoziția chimică a deșeurilor urbane

Informațiile privind compoziția chimică a componenților care constituie deșeurile urbane solide sunt importante în evaluarea proceselor alternative și a opțiunilor de recuperare.

De exemplu, proprietățile de combustie depind de compoziția chimică a deșeurilor solide. Deșeurile urbane pot fi considerate ca o combinație de combustibili semiumezi și materiale necombustibile și combustibile.

 Din punct de vedere chimic, substanțele care intră în compoziția deșeurilor sunt clasate pe grupe, și anume:

Substanțe celulozice;

Substanțe albuminoide și proteinice;

Substanțe grase;

Substanțe minerale;

Materiale plastice.

Proporția medie a acestor grupe în deșeurile menajere este aproximativ cea din tabelul 5.

Tabelul 5 Compoziția deșeurilor menajere pe grupe de substanțe chimice

Compoziția chimică a deșeurilor menajere este prezentată în tabelul 6.

Tabelul 6 Compoziția chimică a deșeurilor menajere

Substanțe periculoase

Detergenții, cum ar fi înălbitorii, clorul, substanțele folosite la deblocarea țevilor, vopseaua, bateriile portabile, produsele pentru eradicarea gândacilor, medicamentele și alte produse pe bază de substanțe chimice fac parte din categoria substanțelor periculoase.

Unele dintre acestea sunt toxice și ne pot otrăvi, altele pot lua foc cu usurință sau pot distruge materialele cu care intră în contact. Aruncate în natură, poluează solul și pânza freatică.

Deocamdată, doar o parte dintre aceste deșeuri periculoase sunt  colectate separat și reciclate. Este vorba despre uleiul de motor, bateriile telefoanelor mobile, bateriile auto. Producătorii, importatorii și firmele care comercializează ulei de motor și baterii auto, precum și rețelele de  telefonie mobilă asigură colectarea acestor tipuri de deșeuri. Restul, cum ar fi medicamentele, vopselele, ierbicidele, pesticidele, nu sunt deocamdată colectate  separat.

În orașele care au facilități de sortare, aceste deșeuri sunt separate pe categorii la groapa de  gunoi. Aceste deșeuri trebuie plasate la gropi de gunoi pentru deșeuri periculoase, cum ar fi rampa de  gunoi înființată pentru acest tip de deșeuri, la Slobozia. Alte gropi de gunoi similare se află în construcție în  momentul de față.

Ce efecte au ele asupra noastra? Otrăvesc deopotrivă solul și pânza freatică. Ne dăunează și nouă, pentru că se pot infiltra în apa de la fântană sau de la robinet.

Copiii pot intra în contact cu deșeurile periculoase aruncate necontrolat (sprayuri cu  resturi de insecticide, medicamente expirate).

Un litru de ulei de motor uzat aruncat la întâmplare în natură contaminează un milion de litri de apă.

Metalele grele (de exemplu plumbul) aflate în bateriile auto uzate pot afecta sănătatea mentală a copiilor. O baterie de telefon mobil poate polua 600 000 de litri de apă cu metale grele. Produsele chimice corozive pot strica țevile de scurgere sau canalele colectoare.

O importanță deosebită în tratarea deșeurilor menajere este constituită de conținutul în metale grele. Acestea sunt nocive, având un impact negativ asupra mediului, din care motiv se urmărește ca ponderea lor atât în deșeurile menajere, cât și în cea a subproduselor lor, cenușă sau compost, să fie cât mai mică. .

Este prezentată, în tabelele 7 și 8, originea metalelor grele din deșeurile menajere și distribuția acestora în cazul țării noastre.

Tabelul 7 Originea metalelor grele în deșeurile menajere

Tabelul 8 Conținutul în metale grele a deșeurilor menajere din România

O atenție deosebită se acordă deasemenea cantităților de gaze acide prezente în deșeurile menajere și care au un rol nefast în formarea acizilor, precum: HCl, H2SO4, etc, cu un impact negativ asupra mediului înconjurător. În tabelul 9 este sintetizată distribuția gazelor acide din deșeurile menajere.

Tablelul 9 Distribuția constituenților gazelor acide în deșeurile menajere

Modalități de caracterizare a deșeurilor urbane

Cantitatea și calitatea deșeurilor menajere depind deopotrivă de:

1) nivelul de industrializare și tehnicitate atins de comunitatea umană, cu influențe atât asupra cantității, cât și calității (structurii) deșeurilor produse;

2) nivelul de trai și civilizația populației; cantitatea de deșeuri crește proporțional cu acestea;

3) noile metode de condiționare a mărfurilor (modul de ambalare și livrare către consumatorii finali); crescând nivelul de condiționare se constată o creștere a calității deșeurilor (crește aportul materiilor cu putere calorică mare, cum ar fi hârtia și plasticul);

4) climatul preponderent și anotimpurile;

5) mișcarea sezonieră și ocazională a populației în perioadele de concedii, vacanță, sărbători, sfârșit de săptămână;

6) mișcarea permanentă a populației între diferite localități, care ține de sfera de atracție a localităților urbane mari asupra populației rurale sau din localitățile urbane mici.

De exemplu, analizele statistice au evidențiat faptul că în București, pe lângă populația stabilă ce plasează în jurul valorii de 2300000 de locuitori, zilnic trec prin București un număr de aproximativ 300 – 400 de mii de persoane.

Estimarea producției de deșeuri se face cu formula lui E.V. Peterson, în care este considerat că această producție estedependentă de gradul de industrializare, de creștere a populației și de eficacitate a măsurilor de control.

Formula nu dă cifre absolute, ci valori de referință față de un an de bază:

W (1 ht) [(1 b) egt b] ert (1.1)

unde:

w – funcția ratei de producție a deșeurilor;

h – rata dezvoltării industriale, depinde de productivitatea pe cap de locuitor în anul de bază;

b – producția de deșeuri pe cap de locuitor în anul de bază;

g – factori ce exprimă eficiența măsurilor de control și limitare a poluării;

r – rata creșterii populației;

t – timpul în ani față de anul luat ca bază de calcul.

Cunoașterea cantității de deșeuri menajere produse într-o comunitate urbană într-o perioadă determinată (de regulă 1 an) are o importanță deosebită atât pentru determinarea filierelor de tratare a deșeurilor, cât și pentru evaluarea efortului financiar și social pe care comunitatea trebuie să-l depună. De obicei, cunoașterea cantității totale de deșeuri este rezultatul unor măsurători.

Pentru estimarea cantităților de deșeuri se folosesc adesea doi indicatori:

a) cantitatea medie anuală, exprimată în kg/loc.an;

b) cantitatea medie zilnică, exprimată în kg/loc.zi.

În cazul României la nivelul anului 2003, valoarea indicelui mediu de producere a deșeurilor urbane a fost q = 0,95 kg/loc. zi, în timp ce al țarilor din [NUME_REDACTAT], q = 0.9-1.4 kg/loc.zi.

Compoziția deșeurilor menajere

Principala caracteristică a deșeurilor menajere este heterogenitatea, cu variații de la o localitate la alta în funcție de anotimp, poziția geografică, gradul de dezvoltare a societății, specificul și nivelul vieții, etc. Totodată, compoziția fizico-chimică a deșeurilor este variabilă în timp, făcând necesară determinarea unei compoziții medii pe an, sezoane, etc., mai ales când se pune problema valorificării acestora.

Deșeurile menajere se compun din materialele amintite la subcapitolele anterioare. O astfel de grupare a părților componente ale deșeurilor permite ca pe baza ponderii cu care intervine fiecare categorie, să se stabilească direcțiile către care trebuie îndreptate eforturile în vederea valorificării superioare a acestora. Trebuie ținut cont în mod deosebit de schimbarea în timp a compoziției deșeurilor menajere. Această schimbare care o perioadă foarte lungă s-a efectuat în direcția scăderii procentului de materiale organice fermentabile și a creșterii ponderii de materiale combustibile, momentan cunoaște o oarecare încetinire și uneori chiar inversare de sens, ca urmare a tendințelor generale de introducere a reciclării și colectării diferențiate a hârtiei, plasticelor, cartoanelor și textilelor.

În laborator, deșeurile prelevate pentru probe se usucă într-o etuvă la 105 C, obținându-se umiditatea totală prin diferența de greutate. Din deșeurile uscate se separă astfel materialele sterile (metale, pietre, etc.) care nu aduc aport caloric. Se macină apoi partea rămasă cu o moară cu cuțite până se ajunge la un material cu aspect lânos. Din aceste materiale se separă 10 kg de deșeuri amestecate în prealabil, care măcinate într-o moară cu bile apar ca un produs pulverulent, din care este separată o cantitate de 1kg ce urmează a fi măcinat într-o moară prevăzute cu cuțite cu ochiuri foarte fine. Acest material servește pentru efectuarea analizelor chimice și a puterii calorifice. După arderea într-un cuptor de laborator a acestui material măcinat fin, se determină greutatea procentuală a cenușii. Prin scăderea procentului de cenușă și umiditate se obține cantitatea de material uscat. În continuare se fac analize de laborator pentru obținerea carbonului, hidrogenului, clorului, azotului, sulfului, potasiului, etc. După efectuarea mai multor analize de laborator, se consideră bune doar cele care nu diferă cu mai mult de 2%.

Masa specifică a deșeurilor menajere este definită ca raportul dintre masa și volumul deșeului. Datorită formelor multiple în care se regăsesc deșeurile, se determină masele specifice: în recipient, în autogunoiere, în depozit cu sau fără tasare, etc. Masa specifică stabilită în stare afânată, înainte ca deșeurile menajere să mai sufere o modificare este definită și masa specifică de referință:

(1.2)

unde: γ – masa specifică a deșeurilor menajere, exprimată în kg/m3 ;

Gd – masa deșeurilor menajere, în kg;

Vd – volumul deșeurilor menajere, în m3.

Masa specifică de referință are în momentul actual o tendință de scădere, datorită creșterii continue a procentului deșeurilor cu masă specifică mică (hârtie, plastice, cartoane, ambalaje diverse) și scăderea procentajului de materiale inerte (zgură, cenușă, pământ, moloz) ca urmare a îmbunătățirii gradului de confort al locuințelor.

Umiditatea deșeurilor menajere. Pe lângă influența pe care o are asupra masei specifice, umiditatea influențează direct și puterea calorifică și procesele de fermentare, când acestea sunt destinate formării compostului. Umiditatea este direct influențată de clima regiunii respective, variind de la un anotimp la altul.

În tabelul 10 sunt prezentate valorile umidităților părților componente ale deșeurilor menajere.

Tabelul 10 Valori pentru umiditate și masă specifică a deșeurilor menajere

Umiditatea relativă este dată de conținutul de apă ce se poate îndepărta prin evaporarea în aer liber la o temperatură de 16-20 ºC și cu o umiditate relativă a aerului de circa 50 %. Umiditatea higroscopică (sau absolută), reprezintă conținutul de apă din deșeuri care nu poate fi îndepărtat decât prin uscarea în etuva de laborator, la o temperatură de 105 ºC, timp de 24 ore. Umiditatea totală a deșeurilor menajere variază între 25 – 60 %; este mai mare vara datorită procentului mare de vegetale. Umiditatea deșeurilor menajere românești are valori cuprinse între 49 – 52 %, față de 25 – 30 % cât se înregistrează în țările [NUME_REDACTAT].

Dimensiunile componentelor pot fi definite prin următoarele relații:

(1.3)

(1.4)

(1.5)

(1.6)

(1.7)

unde: Sc – dimensiunea componentei, în mm;

l – lungime, în mm;

w – lățime, în mm;

h – înălțimea, în mm.

Se prezintă în tabelul 11 dimensiunile elementelor componente ale deșeurilor menajere.

Tabelul 11 Distribuția dimensiunilor componentelor deșeurilor menajere

Se poate observa că valoarea medie a acestora este în jur de 15 – 18 cm.

[NUME_REDACTAT] / Azot (C/N). Acest raport este un parametru care permite aprecierea aptitudinii deșeurilor menajere de a se biodegrada. În cadrul compostării deșeurilor,cu acest parametru se poate măsura gradul de maturitate al compostului.

Raportul C/N se situează între limitele următoare:

Deșeu menajer proaspăt C/N = 20 – 35;

Compost C/N = 10 – 25;

Un bun compost C/N = 15 – 18;

Un bun sol de cultură C/N = 10.

Proprietăți fizico-chimice ale deșeurilor urbane

Dacă deșeurile solide sunt utilizate drept combustibili, trebuie să fie cunoscute: compoziția chimică, temperatura de prelucrare, conținutul de energie a deșeurilor, care se pot determina prin:

1.     Analiza chimică (rapidă);

2.     Punctul de topire al zgurii;

3.     Analiza chimică finală (a tuturor elementelor);

4.     Puterea calorică.

1.2.6.1. Analiza rapidă (aproximativă)

Analiza rapidă pentru componenții combustibili ai DMS, include următoarele teste:

Determinarea umidității, adică pierderile de umiditate când are loc încălzirea la 105 0C timp de o oră;

Determinarea materialelor combustibile volatile, ce reprezintă pierderile suplimentare de greutate la aprindere, respectiv la 950 0C, în creuzete acoperite;

Analiza carbonului fix, reprezentat de reziduul combustibil rămas dupa îndepărtarea materialelor volatile;

Determinarea compoziției chimice a zgurii care reprezintă reziduul rămas după arderea în creuzet deschis.

Este important de menționat că testele utilizate la determinarea materialelor combustibile volatile prin analizele rapide sunt diferite de testele solidelor volatile utilizate în determinările biologice.

1.2.6.2. Punctul de topire al zgurii

Punctul de topire al zgurii este definit ca fiind valoarea temperaturii la care zgura rezultată prin arderea deșeurilor va forma un clinker (solid), prin fuziune și aglomerare. Temperaturile tipice de fuziune pentru formarea clinckerului pornind de la desșeurile solide variază în domeniul 110 0C la 12000C.

1.2.6.3. Analiza finală a componenților deșeurilor solide

Compoziția chimică a deșeurilor menajere este foarte variabilă, fiind astfel necesară determinarea unei compoziții medii pe ani, sezoane, mai ales cînd se pune problema valorificării sau depozitării acestora prin metode ecologice.

Deșeurile municipale se compun din: hartie, cartoane, textile, lemn, plastic, cauciuc, oase, sticla, ceramice, metale, resturi alimentare, pământ, cenușă, zgură. Aceste materiale componente sunt grupate după caracteristicile lor principale, astfel:

materiale combustibile (hârtie, cartoane, textile, lemn, plastic, cauciuc, oase);

materiale în special fermentabile (resturi alimentare, fructe, legume, carne);

materiale inerte (sticlă, ceramice, metale);

materiale cu granulație fină (pământ, cenușă, zgură).

O astfel de grupare a părților componente ale deșeurilor dă posibilitatea ca pe baza ponderii cu care intervine fiecare categorie să se stabileasca direcțiile către care trebuie îndreptate eforturile în vederea proiectării raționale a platformelor de depozitare ecologică a deșeurilor municipale.

Tabelul 12 Compoziția medie a deșeurilor municipale (%) din România comparativ cu alte țări, în anul 2008

În țara noastra, pe baza unor analize efectuate în orașele mari (Brașov, Cluj – Napoca, Iași, [NUME_REDACTAT], Oradea, Galați, Târgoviște) compoziția medie a deșeurilor municipale prezintă limite de variație, prezentate în tabelul 13.

           Tabelul 13 Compoziția fizică a deșeurilor municipale din orașe mari din Romania

1.2.6.4. Puterea calorică a deșeurilor menajere

Prin puterea calorică a deșeurilor se întelege cantitatea de caldură degajată prin arderea unui kg de deșeuri brute și se exprimă în kJ/kg. Ca orice alt combustibil, deșeurile au o putere calorică superioară (Hs) și o putere calorică inferioara (Hi).

Puterea calorică superioară presupune că vaporii de apă au fost condensați și au restituit căldura prin evaporare. Deoarece în instalațiile de incinerare vaporii de apă formați sunt evacuați la coș împreună cu gazele de ardere, fără a restitui căldura respectivă de evaporare, rezultă că ceea ce caracterizează de fapt deșeurile menajere este puterea calorică inferioară (Hi).

Aceasta putere calorică este destul de greu de determinat, pentru că deșeurile menajere au o compoziție foarte eterogenă și variază în mod cu totul aleatoriu în funcție de numeroși factori.

Pentru determinarea unei valori medii cât mai apropiate de realitate se folosesc mai multe metode, care conduc la rezultate acceptabile.

Metodele cele mai folosite pentru determinarea puterii calorice sunt următoarele:

a)     Măsurarea directă a puterii calorice cu ajutorul calorimetrului;

Această metoda de determinare a puterii calorice inferioare are dezavantajul de a fi făcută pe eșantioane mici;

b)   Calculul puterii calorice medii pe baza puterii calorice a componenților deșeurilor municipale.

Aceasta metodă permite calcularea rapidă a puterii calorice prin efectuarea mediei tuturor componenților deșeurilor menajere care aduc aport caloric.

Tehnologii de ardere a deșeurilor solide

Printre procedeele termice din cadrul tratării deșeurilor se numără incinerarea deșeurilor, piroliza deșeurilor, coincinerarea deșeurilor și procedeul de uscare. Pe departe, cel mai important procedeu termic la ora actuală este incinerarea deșeurilor.

În managementul modern al deșeurilor, incinerării deșeurilor îi revine sarcina de a trata deșeurile reziduale care nu mai pot fi valorificate, astfel încât să se ajungă la:

Inertizarea deșeurilor reziduale, minimizând astfel emisiile în aer și apă;

Distrugerea materialelor nocive organice și concentrarea materialelor anorganice;

Diminuarea masei de deșeuri de depozitat, dar în special a volumului;

Folosirea valorii calorifice a deșeurilor reziduale în scopul protejării resurselor de energie;

Transferarea deșeurilor reziduale în materii prime secundare, în vederea protejării celorlalte resurse materiale.

Punctele de mai sus sunt enumerate în funcție de prioritatea lor în managementul deșeurilor. O instalație optimă de tratare a deșeurilor reziduale trebuie să îndeplinească cel puțin primele trei puncte.

Pe lângă criteriile enumerate mai sus se va ține cont și de următoarele aspecte:

Siguranța în funcționare;

Necesarul de investiții;

Necesarul de spațiu;

Cantitățile prelucrate posibile, respectiv viabile.

În cadrul pirolizei, deșeurile organice se transformă prin descompunere termică sub reținerea aerului în produse ce pot fi valorificate energetic datorită conținutului mare de energie, respectiv depozitate în cantități mult mai reduse.

Coincinerarea reprezintă valorificarea energetică a anumitor tipuri de deșeuri din industrie, cum ar fi de exemplu valorificarea anvelopelor uzate sau a combustibilor alternativi în cuptoare de ciment.

Deșeurile ce pot fi tratate termic sunt deșeurile municipale, nămolul orășenesc, deșeurile de producție periculoase și nepericuloase.Totuși, pentru fiecare tip de deșeu în parte există niște caracteristici tehnice bine definite.

1.3.1. [NUME_REDACTAT] principale ale incinerării deșeurilor sunt reducerea la maximum a potențialului de risc și poluare, diminuarea cantității și volumului de deșeuri, conversia substanțelor rămase într-o formă care să permită recuperarea sau depozitarea acestora, transformarea și valorificarea energiei produse.

Incinerarea este o metodă de distrugere termică a deșeurilor, iar în afara posibilității de valorificare a căldurii gazelor obținute prin ardere, oferă avantajul conversiei deșeurilor într-un reziduu practic nepoluant, puțin voluminos și redus ca pondere în raport cu materia primă inițială.

Prin incinerare pot fi distruse anumite tipuri de substanțe periculoase, imposibil de efectuat prin alte metode. În plus, este mai rapidă decât multe alte metode. Acest fapt se poate dovedi util de exemplu atunci când o zonă poluată trebuie rapid curățată, pentru a preveni afectarea oamenilor sau mediului ambiant. Incinerarea se poate folosi și pentru reducerea cantităților de deșeuri depozitate în deponee.

Pe de o parte, incinerarea prezintă următoarele avantaje: se reduce cantitatea de deșeuri, necesită o suprafață redusă și se poate amplasa în mediul urban, diminuând cheltuielile de transport.

Pe de altă parte, incinerarea reprezintă doar o permutare ce se petrece în mediul înconjurător, deoarece avem iluzia că deșeurile dispar, dar în realitate ele reapar sub diverse alte forme. Așadar, înainte de îngroparea sau incinerarea deșeurilor, trebuie să ne asigurăm că s-au luat toate măsurile necesare pentru reducerea și reciclarea acestora.

Principala problemă care se pune în cazul incinerării este poluarea atmosferică. Incinerarea deșeurilor generează o gamă largă de poluanți atmosferici, precum: dioxine, furanii, oxizi de azot, compuși organici volatili, bioxid de carbon, metale grele (Hg, Pb, Cd).

Pentru incinerarea deșeurilor menajere este nevoie de un combustibil auxiliar utilizat permanent sau doar pentru amorsarea procesului de ardere.

Arderea deșeurilor necesită anumite condiții tehnologice:

1.Uscarea prealabilă a deșeurilor până la o umiditate de 15%;

2.Aprinderea lor, care are loc la o temperatură de circa 650°C în focar;

3.Realizarea în camera de combustie a temperaturii de 800-1000°C, necesară pentru

disocierea compușilor de ardere volatili, toxici și rău mirositori;

4.Temperatura maximă în focar nu va depăși 1050°C pentru a evita fenomene ca: formarea de blocuri de zgură în masa reziduurilor (ceea ce face ca arderea să nu mai fie completă), vitrificarea zgurii pe grătare, transformarea cenușii într-o pastă care se solidifică pe canalele de fum, dar și pe țevile cazanului;

5.Temperatura gazelor de ardere la ieșirea din cuptor este de circa 600C și necesită măsuri speciale de răcire, precum:

– recuperarea energiei termice din gaze;

– recircularea gazelor de ardere, astfel încât cu ajutorul lor să se asigure uscarea și

încălzirea prealabilă a deșeurilor;

– răcirea la temperatura mediului exterior, cu injecție de aer sau apă pulverizată la

ieșirea gazelor din focar.

Tehnicile actuale de ardere și de curățire a gazelor ce rezultată din ardere permit amplasarea instalațiilor de incinerare chiar în zone populate, ceea ce conduce la costuri reduse de transport al deșeurilor.

Procesele de tratare termică a deșeurilor reprezintă o opțiune fezabilă dacă este efectuată după variantele de valorificare (colectare, sortare, reciclare) și înaintea depozitării controlate.

Procedeul de incinerare se împarte în 4 faze, ce se întrepătrund în mare măsură:

uscarea: în partea superioară a grătarului se încălzesc deșeurile până la peste 100ºC prin intermediul iradierii cu căldură sau a convecției, având astfel loc îndepărtarea umezelii;

degazarea: prin continuarea procesului de încălzire până la temperaturi de peste 250ºC se exclud materiile volatile. Acestea sunt îndeosebi umezeala reziduală și gazele reziduale. Procesul de piroliză are loc la presiune atmosferică scăzută și la  temperatură ridicată;

arderea completă: în a treia parte a grătarului se atinge temperatura de ardere completă a deșeurilor;

gazarea: numai o mică parte din deșeurile arse sunt oxidate în cadrul procesului de piroliză. Cea mai mare parte a deșeurilor se oxidează în partea superioară a camerei de incinerare, la aproximativ 1000ºC.

Post-combustia: pentru diminuarea gazelor reziduale rămase neincinerate și a CO din emisii există mereu o cameră de post-combustie. Aici este adăugat aer sau gaz rezidual desprăfuit în vederea realizării incinerării complete. Timpul de păstrare în această zonă este de minim 2 secunde la o temperatură de 850 ºC.

COMPONENTELE ȘI SCHEMA UNEI INSTALAȚII DE INCINERARE

O instalație de incinerare cuprinde:

sistemul de recepție, depozitare și prelucrare locală a deșeurilor;

sistemul de alimentare cu deșeuri, 

 aer și combustibil suplimentar a cuptoarelor și sistemul de recuperare a energiei;

cuptorul, boilerul și sistemul de recuperare a energiei;

dispozitive de tratare a gazelor de ardere, de tratare a apei uzate și de depozitare a deșeurilor.

Incinerarea de deșeuri solide poate folosi:

deșeuri nesortate, caz în care se utilizează arderea în masă; 

combustibil derivat din deșeuri.

Elementele componente ale unei stații de incinerare sunt evidențiate în fig.1.

Figura 1 [NUME_REDACTAT] cântărire, deșeurile sunt descărcate într-o cuvă având capacitatea calculată pentru a înmagazina deșeurile pe durata a două zile. Lățimea cuvei depinde de numărul de autovehicule care descarcă simultan deșeuri în ea. În depozit există un pod rulant pe care se deplasează o macara cu cupă greifer care alimentează cuptorul de ardere cu deșeuri. Prin pâlnia și canalul dealimentare, deșeurile ajung în cuptor, pe grătarele de ardere.

Aerul necesar arderii poate fi introdus  pe sub grătare sau pe deasupra acestora, cu debite calculate astfel ca să poată fi controlate temperatura în cuptor și rata combustiei. În procesul de ardere, în camera de combustie se degajă diferite particule organice mici care ard la temperaturi de peste 900°C. Căldura gazelor fierbinți este recuperată folosind tuburi pline cu apă ce formează pereții camerei de combustie sau cu un boiler situat în partea de sus a camerei de combustie.

Figura 2 Pâlnie și puț de alimentare cu deșeuri a camerei de incinerare

Incinerarea implică dezvoltarea de temperaturi mari (850 – 1500ºC), în prezența flăcărilor, pentru oxidarea diferitelor substanțe.

Există trei tipuri de tehnologii de incinerare a deșeurilor:

Grătare mobile (sau paturi);

Paturi fluide;

Cuptoare.

[NUME_REDACTAT], peste 90% din incinerarea deșeurilor are loc prin intermediul sistemelor cu grătare mobile.

În principiu, schema generală a focarului de ardere a incineratoarelor cu grătar este prezentată în figura 3 și are următoarele caracteristici de bază:

alimentarea cu deșeuri menajere se face printr-o pâlnie (buncăr) de încărcare;

din pâlnie deșeurile sunt introduse în focar cu ajutorul unui dispozitiv de alimentare;

arderea deșeurilor are loc pe un dispozitiv de ardere ce asigură atât avansarea deșeurilor, dar și combustia lor (amestecul cu aerul primar de ardere);

cenușa și zgura rezultate din ardere sunt evacuate de un transportor cu baie de apă.

Figura 3 Schema generală a focarului de ardere

Timpul de așteptare pe grătare a deșeurilor nu depășește 60 de minute. Sursa primară de aer asigură combustia directă a deșeurile în vreme ce sursa secundară de aer incearcă să efectueze amestecul turbulent al deșeurilor cu scopul unei combustii complete. Pentru obținerea unei combustii complete a gazelor e necesar ca temperatura minimă a gazelor să fie de 850ºC.

Utilizarea căldurii generate (combustia este un proces exotermic) este făcută în general prin generarea unui abur cu mare presiune și foarte fierbinte din schimbul de căldură dintre emanațiile toxice (care absoarbe majoritatea căldurii produse) și circuitul de apă-abur din boiler. Aburul cu presiune ridicată este condus într-o turbină și într-un set generator.

Conținutul de energie al aburului este transformat în energie kinetică, care prin generator este apoi convertită în electricitate. Căldura în exces a aburului cu presiune ridicată este fie transformată în apă fierbinte într-un condensator și folosită pentru încalzire, fie este răcită.

După modul de avansare și amestecare a deșeurilor în funcție de mișcarea barelor componente ale grătarelor, se pot distinge următoarele tipuri de incineratoare:

Incineratoare cu grătar având mișcare de translație;

Incineratoare cu grătar având mișcare continuă;

Incineratoare rotative;

Incineratoare cu sectoare basculante;

Incineratoare mixte.

În continuare vor fi prezintate cele mai reprezentative incineratoare ce fac parte din categoria incineratoarelor cu grătar:

Incineratorul STEINMÜLLER (fig. 4) la care dispozitivul de ardere este format din mai multe grătare realizate fiecare dintr-o serie de trepte fixe și mobile, din a căror mișcare relativă se obține atât o împingere a deșeurilor cât și o răsturnare a lor. Introducerea de deșeuri are loc cu ajutorul unui împingător aflat la partea inferioară a buncărului de alimentare, acționarea acestuia simultană cu mișcarea treptelor mobile realizându-se printr-un sistem de pârghii.

Incineratoarele de acest tip au debite mici, de până la 10 t/h și au fost puse în funcțiune la începutul anilor ‘70.

Figura 4. Incineratorul STEINMULLER.

Incineratorul ALBERTI (Fig.5) se deosebește de incineratorul STEINMÜLLER prin faptul că este prevăzut cu un singur grătar, astfel debitele realizate sunt mai mici, de până la 5t/h.

Ultima treaptă este destinată căderii zgurii și cenușii.

Figura 5. Incineratorul ALBERTI

Incineratorul MARTIN este compus în principal dintr-un grătar în trepte care, spre deosebire de soluțiile precedente, are treptele înclinate la un anumit unghi față de orizontală. Barele mobile, așezate alternant cu barele fixe, au o mișcare de glisare într-o cadență reglabilă și realizează nu doar o deplasare, ci și o răsturnare a materialului și o zdrobire a acestuia. Viteza de înaintare și înălțimea patului de material sunt ajustate cu ajutorul unui tambur cu rotație lentă (extractor de cenușă) amplasat în zona finală a grătarului.

Incineratoarele de acest tip au o largă răspândire în Europa și în [NUME_REDACTAT] ale Americii, prelucrând de la 4 t/h la 50 t/h. După acest principiu sunt construite uzine cu debite mari cum sunt: ISSI les MOULINEX (4 linii a 20 t/h) și IVRY (2 linii de 50 t/h) din Paris.

Acest tip de incinerator este prezentat în fig.6.

Figura 6. Incineratorul MARTIN

Incineratorul VAN ROLL face parte de asemenea din cadrul incineratoarelor cu focare complexe. Ideea de a asocia în cascadă mai multe grătare sau chiar mai multe cuptoare a apărut în urma experimentării incinerării deșeurilor în diferite condiții de ardere.

S-a constatat astfel că pentru a obține o ardere completă, cu un consum cât mai mic de combustibil ajutător e necesar ca fiecare fază de ardere, și anume uscarea, aprinderea, arderea propriu-zisă și arderea finală, să fie efectuate în condiții optime în special din punctul de vedere al temperaturilor. Întrucât este mai dificil să se obțină condiții optime pentru toate fazele în același spațiu de ardere și cu aceeași circulație de aer, s-a recurs la adoptarea a variantei cu mai multe spații separate în care sunt stabilite și menținute condiții diferite. Cercetări de acest gen au făcut în special firma elvețiană VAN ROLL și cea daneză VOLUND, care au construit unele focare complexe.

Sistemul VAN ROLL este compus dintr-o cameră de combustie cu volum mare în care se găsesc grătare în cascadă, urmate de un puț vertical răcit în permanență, denumit generator de zgură, în care se produce post-arderea într-un curent continuu de aer. Zgura adunată în fundul puțului este extrasă cu un transportor cu bandă rulantă.

Întrucât camera principală a incineratorului are dimensiuni mari, radiația bolților scade sensibil, astfel că pentru a obține o uscare rapidă e necesar să se facă o recirculare a gazelor de ardere.Ulterior, gazele de ardere răcite sunt aspirate și evacuate printr-un coș. Acest incinerator de tip VAN ROLL se deosebește de cel MARTIN prin faptul că în camera de ardere se găsesc trei grătare de tip MARTIN ce delimitează zonele cu funcțiuni distincte. Fiecare grătar este acționat independent, permițând o adaptare mai bună a incineratorului la variația calității deșeurilor prelucrate. Pe acest principiu sunt construite în Europa incineratoare cu debit de 2.4 – 20 t/h.

Incineratorul WIDMAR (ABB) este un incinerator cu grătar orizontal, a cărui camere de ardere și post-ardere sunt constituite din ajutaje protejate de materiale refractare.

Deșeurile introduse avansează pe grătarul orizontal datorită mișcării alternative a barelor care asigură un aport continuu de astfel de produse.

Un astfel de incinerator a fost realizat de firma ABB la sfârșitul anilor ’80 și are o capacitate de minim 100 t/h.

Incineratorul STEIN INDUSTRIE – SITY 2000, produs de grupul STEIN INDUSTRIE și cunoscut sub denumirea de incineratorul SITY – 2000, a fost pus la punct la începutul anilor ‘90, permițând incinerarea unor cantități de deșeuri menajere de ordinul a 5 t/h la 20 t/h pe linie de cuptor.

În acest fel, camera de combustie poate fi constituită din 1 până la 5 piste de grătare. Fiecare pistă de grătar este echipată cu alimentatorul său de deșeuri. Grătarul este tip recul, înclinat la 24º. El este constituit dintr-o perdea de bare fără discontinuități și este realizat în trepte. O parte din bare sunt fixe, iar celelalte mobile (una din două) și acestea din urmă sunt antrenate într-o mișcare de dute-vino ce asigură avansarea și răsturnarea deșeurilor dea lungul grătarului.

Două zone sunt delimitate cu precizie în cadrul incineratorului: zona de uscare și combustie a deșeurilor și zona de post-combustie și răcire a zgurii rezultate în urma incinerării deșeurilor. Fiecare zonă dispune de un sistem independent de reglare a vitezei de deplasare a grătarului și respectiv a debitului de aer de combustie.

Barele ce alcătuiesc grătarul sunt realizate din fontă cu 18% crom ceea ce la conferă un grad mare de rezistență la șocuri și abraziune. Aerul de combustie este suflat prin intermediul orificiilor orizontale dispuse în spatele barelor ce alcătuiesc grătarul. Aceste orificii sunt situate într-o zonă de presiune scăzută, ceea ce va face să se asigure prin folosirea lor o distribuție omogenă de aer în zona de uscare și combustie a deșeurilor.

Incineratorul LAURENT BOUILLET. Deșeurile sunt introduse în incinerator printr-un alimentator. Ele cad apoi într-un tambur oscilant de formă cilindrică unde se separă, având loc o gazeificare parțială sub efectul gazelor calde ce circulă în contracurent (figura 7). Deșeurile avansează apoi în zona de combustie care are formă conică, aerul de combustie fiind suflat, prin duzele de distribuție, deasupra patului de deșeuri. Una din particularitățile acestui tip de incinerator este că pot fi tratate deopotrivă atât deșeurilor menajere, cât și cele industriale.

La ieșirea din camera de post-combustie, gazele sunt răcite fie prin intermediul unui schimbător de căldură în cazul când incineratorul recuperează energia termică obținută prin arderea deșeurilor, fie prin diluție în cazul inexistenței recuperării înainte de a fi filtrate și evacuate în atmosferă.

Figura 7 Incineratorul LAURENT BOUILLET

Incineratorul oscilant LAURENT BOUILLET este utilizat pentru debite cuprinse între 1 și 10 t/h, dar poate fi folosit și pentru capacități din gama 2 -5 t/h.

Există și o variantă a incineratorului LAURENT BOUILLET a cărui rotație este permanentă și care are prevăzută evacuarea gazelor arse în imediata apropiere a lăcașului de introducere a deșeurilor în incinerator.

Producătorii oferă o gamă largă de grătare. Aceste sisteme s-au impus și oferă posibilități corespunzătoare de stabilire a geometriei camerei de ardere și a camerei de ardere secundare în vederea reducerii emisiilor și putând asigura capacități de incinerare mari (până la 40t/h, în funcție de proiect).

Capacitatea cuptorului este funcție de suprafața grătarului și volum. Volumul cuptorului este calculat în funcție de cantitatea de căldură degajată, de 178000 Kcal/m3 și capacitatea calorifică a deșeurilor, de 2777Kcal/Kg, la un flux orar de 64 kg/m3. De obicei se asigură 0.85-0.99m3 volum incinerator pentru fiecare tonă de deșeu incinerabilă pe zi.

În funcție de caracteristicile de ardere ale deșeurilor este stabilit unghiul de înclinare al grătarului (între 10 și 30 grade). Procentul de materiale nearse este între 0.3-2%, în funcție de calitatea întreținerii utilajului. Pentru diminuarea uzurii se folosesc grătare răcite cu apă care, în 1996 fiind demonstrat că după 42000 ore de funcționare nu s-a înregistrat o uzură semnificativă. Figura 8 Incinerator de deșeuri în Suedia

1.3.2. Cuptoare cu strat fluidizat

Cuptoarele cu strat fluidizat se caracterizează printr-o ardere în suspensie. Acest tip de cuptor constă dintr-o incintă căptușită cu cărămidă refractantă, divizată în trei compartimente suprapuse. Compartimentul de bază servește ca plin de aer cald insuflat, al doilea compartiment conține agregatele, nisipul și pietrișul care sunt ținute în suspensie prin aerul insuflat, al treilea compartiment folosește ca și cameră de combustie. Agregatele cu o temperatură de aproximativ 800 C 0 și menținute în suspensie, intră în contact cu deșeurile introduse prin partea superioară.

Există un număr mare de astfel de instalații pentru deșeurile menajere în Japonia și Suedia, dar se găsesc câteva și în S.U.A.

Această tehnologie este încă în plină dezvoltare și promite să aibă utilizări diversificate.

Folosit ca incinerator, acest tip de cuptor se folosește pentru o gamă largă de deșeuri solide, lichide și gazoase, în special nămoluri de canalizare, deșeuri petroliere, deșeuri din industria hârtiei și celulozei. Diametrul interior al unui astfel de cuptor este de aproximativ 8 m, cu o înălțime de 10 m. Temperatura este menținută între 760 și 870ºC cu ajutorul unor arzătoare situate dedesubtul și deasupra patului.

În figura 9 este prezentat modul de funcționare a unui incinerator cu ardere în strat fluidizat.

Procedeele de incinerare în strat fluidizant se clasifică după domeniile de viteză a gazelor de ardere prin camera de ardere sau prin ordonarea duzelor din partea inferioară a acesteia.

Astfel, se pot deosebi trei mari categorii de cuptoare cu strat fluidizat:

– Strat fluidizat staționar- la presiune atmosferică și alimentat sub presiune materialul e deplasat cu viteză foarte mică;

– Strat fluidizat circulant- se lucrează cu viteze mari, combustibilul nears fiind recirculat;

– Strat fluidizat rotativ- funcționează similar cu stratul fluidizat staționar, dar se ating timpi de staționare mai mari în zona de ardere, deoarece prin aranjarea duzelor de la partea inferioară se produce o mișcare de rotație; Figura 9 Incinerator cu ardere în strat fluidizat

Întrucât funcționează la o temperatură relativ scăzută a gazului și cu un exces de aer mic, incinerarea în strat fluidizat reduce conținutul de oxizi de azot. Pentru neutralizarea gazelor acide se poate introduce var alături de deșeuri.

Incineratoarele cu pat fluidizat prezintă nenumărate avantaje față de incineratoarele convenționale, printre care:

– ușurință în exploatare, datorată unui necesar minimizat de cheltuieli de întreținere, dar și posibilitatea de a fi automatizat ușor;

– combustie eficientă, în sensul reducerii emisiilor atmosferice și al reducerii procentului de materii nearse;

– compactitate;

– absența pieselor mecanice în mișcare;

– o mare inerție termică datorată patului de nisip;

– o bună îndeplinire a principalelor trei condiții fundamentale pentru incinerare: temperatură, timp de staționare și turbulență.

Procedeul incineratoarelor cu pat fluidizat rotativ este una dintre tehnicile cele mai avansate de distrugere a deșeurilor menajere. A fost dezvoltat de societatea japoneză EBARA CORPORATION pentru incinerarea acestor tipuri de deșeuri.

Patul fluidizat constă într-o masă de nisip în suspensie în aer. De îndată ce încălzim această masă, fie prin preîncălzirea aerului, fie arzând deșeurile imersate, nisipul atinge rapid temperatura de combustie.

Fiecare grăunte de nisip, cu un diametru de aproximativ 1 mm, participă la formarea suprafeței termice de contact care este net superioară suprafețelor de contact de la incineratoarele cu grătar. Odată imersate în patul fluidizat, deșeurile ard foarte rapid și cu o mare eficacitate. Datorită efectului căldurii degajate în urma reacției de combustie, nisipul rămâne cald, putându-se renunța la folosirea unui combustibil de adaos.

În cadrul procedeului cu pat fluidizat rotativ de incinerare a deșeurilor menajere cu recuperare de energie, deșeurile sunt în prealabil reduse la dimensiuni mai mici de 300 mm. Aerul primar este folosit pentru fluidizarea nisipului, iar aerul secundar este injectat în camera de postcombustie pentru creșterea turbulenței și pentru a finaliza combustia.

În tabelul 13 este comparat sistemul de incinerare cu pat fluidizat rotativ cu sistemul de incinerare cu grătar.

Tabelul 13 Comparație între procedeul de incinerare cu grătar și procedeul cu pat fluidizat rotativ

Dat fiind faptul că acest procedeu funcționează bine în cazul deșeurilor menajere cu un conținut ridicat de umiditate și putere calorifică scăzută, se recomandă pentru viitoarele centrale de incinerare a deșeurilor menajere românești.

Acest sistem este superior celui clasic: focar cu grătar și în ceea ce privește valorile emisiilor de noxe, după cum se observă în tabelul 13.

Analiza procesului de ardere al deșeurilor municipale

Calculul disponibilului de energie sub formă de deșeuri municipale pentru un amplasament țintă

Soluție pentru conversia în energie. Bilanț energetic

Impactul asupra mediului (estimarea fluxurilor de emisii poluante).