Procesy termiczne utylizacji odpadów
Jan NADZIAKIEWICZ, Krzysztof WACŁAWIAK, Sławomir STELMACH
rok wydania: 2012 (wyd.II, poprawione)
format: B5
oprawa: miękka
stron: 277
wydawnictwo: Politechnika Śląska
Podręcznik ma na celu przekazanie podstawowych informacji dotyczących termicznych metod utylizacji odpadów, tj. spalania, zgazowania i pirolizy. Jest on przeznaczony dla studentów Wydziałów Politechniki związanych z inżynierii środowiska oraz wydziałów energetycznych, a także dla inżynierów pracujących w przemyśle i gospodarce odpadami.
Na wstępie omówiono podstawowe właściwości paliw i odpadów wpływające na ich zachowanie się w procesach termicznych. Następnie omówiono proces spalania odpadów jako najpowszechniejszy proces termiczny stosowany do ich utylizacji. Omówiono również proces zgazowania, jako prowadzący do całkowitego unieszkodliwienia odpadów. Istotną rolę w opisie technologii utylizacji odpadów odgrywa ich oddziaływanie na środowisko i ten aspekt jest również poruszony w niniejszej książce.
SPIS TREŚCI:
1. WSTĘP 7
2. DEFINICJA PROCESÓW TERMICZNYCH 9
2.1. KLASYFIKACJA PROCESÓW TERMICZNYCH 11
2.2. SUBSTRATY I PRODUKTY PROCESÓW TERMICZNEJ UTYLIZACJI ODPADÓW 12
3. POCHODZENIE I WŁAŚCIWOŚCI PALIW I ODPADÓW 13
3.1. KLASYFIKACJA PALIW 13
3.1.1. Paliwa naturalne 13
3.1.2. Stale paliwa kopalne 14
3.1.3. Biologiczne paliwa odnawialne 15
3.1.4. Paliwa odpadowe 15
3.1.5. Odpady 16
3.1.6. Paliwa z odpadów 17
3.2. WŁAŚCIWOŚCI PALIW 19
3.2.7. Właściwości fizyczne 19
3.2.2. Ciepło spalania i wartość opałowa 20
3.2.3. Wzory empiryczne na wartość opałową i ciepło spalania odpadów 24
3.2.4. Temperatura zapłonu paliwa 26
3.2.5. Właściwości chemiczne 28
Literatura do rozdziałów 1-3 28
4. SPALANIE PALIW I ODPADÓW 30
4.1. DEFINICJA PROCESU SPALANIA 30
4.2. PRZEPŁYW SUBSTANCJI W PROCESIE SPALANIA ODPADÓW 30
4.3. STECHIOMETRIA SPALANIA 31
4.3.1. Skład paliw 31
4.3.2. Minimalna i rzeczywista ilość powietrza do spalania 35
4.3.3. Wewnętrzny i zewnętrzny stosunek nadmiaru tlenu 36
4.3.4. Ilość i skład spalin 39
4.3.5. Uproszczone wzory do obliczania ilości powietrza i spalin 43
4.3.6. Orientacyjny skład spalin ze spalania paliw 45
4.4. RÓWNOWAGOWY SKŁAD SPALIN 48
4.4.1. Stalą równowagi chemicznej 48
4.4.2. Dysocjacja termiczna 52
4.5. KINETYKA REAKCJI CHEMICZNYCH 52
4.5.1. Szybkość reakcji chemicznych 53
4.5.2. Zależność szybkości reakcji od temperatury i składu mieszaniny 54
4.5.3. Zmiana stężenia składników reakcji w czasie 55
4.6. BILANSOWANIE PROCESU SPALANIA 56
4.6.1. Bilans substancji procesu spalania 57
4.6.2. Bilans energii procesu spalania 57
4.6.3. Entalpie czynników biorących udział w spalaniu 58
4.6.4. Temperatura kalorymetryczna i temperatura spalania 60
4.6.5. Sprawność cieplna komory i sprawność pirometryczna procesu spalania 63
4.6.6. Optymalny stosunek nadmiaru powietrza 64
4.7. EMISJA SUBSTANCJI SZKODLIWYCH Z PROCESÓW TERMICZNYCH 68
4.7.1. Stężenie i emisja składników w gazach 69
4.7.2. Mechanizmy powstawania składników szkodliwych podczas spalania 73
4.7.3. Emisja gazów cieplarnianych przy spalaniu paliw i odpadów 81
4.8. ODDZIAŁYWANIE PROCESU SPALANIA NA ŚRODOWISKO NATURALNE 86
4.8.1. Jednostkowy wskaźnik uciążliwości procesu spalania 87
4.8.2. Całkowity wskaźnik uciążliwości 89
4.9. WARUNKI AUTOTERMICZNEGO SPALANIA PALIW STAŁYCH 91
4.9.1. Kryteria stabilnego spalania 92
4.9.2. Obliczanie temperatury spalania 95
4.10. PROCES SPALANIA STAŁYCH PALIW I ODPADÓW 99
4.10.1. Sposoby spalania stałych paliw i odpadów 99
4.10.2. Procesy zachodzące przy spalaniu ziarna 99
4.11. ZAPŁON PALIWA 107
4.11.1. Zapłon pojedynczego ziarna paliwa 108
4.11.2. Zapłon ziaren paliwa w warstwie 111
4.11.3. Opis matematyczny procesu zapłonu paliwa w warstwie 113
4.11.4. Model matematyczny procesu zapłonu w warstwie 116
4.12. PROCES SPALANIA PALIWA NA RUSZCIE NIERUCHOMYM 119
4.12.1. Opis procesu spalania paliwa w warstwie 120
4.12.2. Opis matematyczny spalania paliwa stałego w warstwie 125
4.12.3. Przykładowe wyniki obliczeń 131
4.13. SPALANIE PALIWA STAŁEGO NA RUSZCIE RUCHOMYM 133
4.13.1. Opis procesu spalania na ruszcie ruchomym 133
4.13.2. Model matematyczny procesu spalania w warstwie ruchomej 137
4.13.3. Model nieustalonego procesu spalania warstwy paliwa 142
4.14. KOMORY DOPALAJĄCE W INSTALACJACH SPALANIA ODPADÓW 150
4.14.1. Czas przebiegu reakcji w komorze dopalania 151
4.14.2. Reakcje rodnikowe w procesie dopalania 152
4.14.3. Przykładowe reakcje dopalania składników szkodliwych w spalinach 154
4.14.4. Dobór komór dopalających w instalacjach spalania odpadów 157
4.15. RÓWNOCZESNE SPALANIE ODPADÓW I PALIW STAŁYCH 159
4.15.1. Wartość opałowa mieszanki węgla z paliwem z odpadów i z odpadami 160
4.15.2. Ilość powietrza podawanego do spalania oraz ilość spalin 162
4.15.3. Składniki gazowe emitowane ze spalinami 162
4.15.4. Ilość i skład pyłu emitowanego ze spalinami 163
4.15.5. Wyniki badań współspalania węgla i odpadów 164
4.16. INSTALACJE SPALANIA ODPADÓW 165
4.16.1. Procesy zachodzące w instalacji 165
4.16.2. Schemat technologiczny spalarni odpadów 166
4.16.3. Spalarnia odpadów komunalnych 167
4.16.4. Spalanie odpadów niebezpiecznych 168
4.16.5. Spalanie osadów ściekowych 169
4.16.6. Technologie spalania odpadów medycznych 171
4.16.7. Technologie spalania odpadów z paleniskiem satelitarnym 171
4.16.8. Technologie współspalania odpadów z węglem 172
5. ZGAZOWANIE PALIW I ODPADÓW 179
5.1.PODSTAW9WE REAKCJE PROCESU ZGAZOWANIA 181
5.2. SPRAWNOŚĆ ENERGETYCZNA I STOPIEŃ KONWERSJI PROCESU ZGAZOWANIA 185
5.3. GAZ POWIETRZNY I POWIETRZNO-WODNY 186
5.4. GAZ WODNY 191
5.5. WPŁYW WARUNKÓW ZGAZOWANIA NA SKŁAD GAZU PROCESOWEGO 194
5.5.1. Przykładowe obliczenia równowagowe zgazowania biomasy 194
5.5.2. Przykładowe obliczenia równowagowe zgazowania odpadów komunalnych [16] 197
5.6. ODPADY NADAJĄCE SIĘ DO ZGAZOWANIA 202
5.6.1. Skład gazu i pozostałości stałej 203
5.7. TECHNOLOGIE ZGAZOWANIA ODPADÓW 208
5.7.1. Reaktory ze złożem przesuwnym 209
5.7.2. Reaktory współprądowe 211
5.7.3. Reaktory przeciwprądowe 212
5.7.4. Reaktory fluidalne 213
5.8. PRODUKTY UBOCZNE PROCESU ZGAZOWANIA 214
5.8.1. Reakcje uboczne procesu zgazowania 214
5.8.2. Zawartość smół w gazie z biomasy 215
5.8.3. Katalityczne zgazowanie biomasy 217
5.9. ZASTOSOWANIE PROCESU ZGAZOWANIA 218
6. PIROLIZA ODPADÓW 222
6.1. DEFINICJA PIROLIZY 222
6.2. MECHANIZM PIROLIZY 225
6.3. BILANS MASY I ENERGII PROCESU PIROLIZY 228
6.4. WYKORZYSTANIE PIROLIZY DO PRZERÓBKI ODPADÓW 235
6.5. BADANIA PROCESU PIROLIZY ODPADÓW 238
6.6. CHARAKTERYSTYKA PRODUKTÓW PIROLIZY ODPADÓW 242
6.7. WYBRANE TECHNOLOGIE PIROLIZY ODPADÓW 247
6.7.1. Piroliza zużytych opon - Anglo Unitek Environmental (Coalite) 248
6.7.2. Piroliza zużytych opon - Beven Recycling & United Kingdom Atomie Energy Authority 249
6.7.3. Proces R21 249
6.7.4. Proces EDDITh 251
6.7.5. Piroliza zintegrowana 253
6.7.6. Technologia AICHER-SLUDGE-RECYCLING-PROCESS 254
6.7.7. Technologie TiRec FUEL I TiRec COGEN 255
6.7.8. Proces TRAIDEC 256
6.7.9. Proces firmy Okadora 257
6.8. ZAGOSPODAROWANIE KARBONIZATÓ Z PIROLIZY ODPADÓW 260
6.8.1. Paliwo 260
6.8.2. Substytut sadzy 261
6.8.3. Prekursor adsorbentów 262
6.8.4. Surowiec w procesach metalurgicznych i odlewnictwie 262
6.8.5. Surowiec dla przemysłu materiałów ogniotrwałych 263
6.8.6. Skłądnik węglowej mieszanki koksowniczej 263
6.8.7. Inne sposoby 264
6.9. ODDZIAŁYWANIE PROCESU PIROLIZY NA ŚRODOWISKO 265
7. PODSUMOWANIE 272
