BACA GAZI ARITMA TEKNOLOJİLERİ(MEVCUT EN İYİ TEKNOLOJİLER) Prof. İTÜ Çevre Müh. Böl. kalp@itu.edu.tr
Sunum Programı 1. Giriş 2. Kentsel katı atıkların yakılması 3. Kentsel katı atık yakma emisyonları 4. Kentsel katı atık yakma tesisleri emisyonlarının kontrolü 5. Yeni gelişmeler 6. Sonuçlar
K. Giriş Kentsel katı atıkların(kka) yönetimi, azaltım çabaları, yeniden kullanım ve geri kazanım uygulamalarına yönelik ciddi gayretlere rağmen modern toplumların en büyük problemlerinden birini oluşturmaktadır. Günümüzde KKA ın, Atıktan Enerji Üretimi(Waste to Energy,WtE) uygulamaları kapsamında yakılması(incineration) gelişmiş ülkeler için en önemli yönetim alternatiflerden birisi konumundadır. Gelişmiş ülkelerde KKA yakma tesislerinden enerji geri kazanımı teknolojileri uzunca bir zamandan beri olgunlaştırılmıştır. Ciddi miktarlarda oluşan hava kirleticilerin kontrolü için çok kısıtlayıcı olarak oluşturulmuş emisyon limitlerinin sağlanması sofistike kontrol ekipmanları sayesinde mümkün olabilmektedir.
Avrupa Birliği Düzenlemeleri Landfill Directive(1999/31/EC) KKA ın biyolojik ayrıştırılabilir kısımlarının düzenli depolamaya gönderilmesinin azaltılması hedefleri*(1995 yılına göre); 2006 da % 75 e azaltımı 2009 da % 50 e azaltımı 2016 da %35 e azaltımı 1995 de KKA ın %80 den fazlasının düzenli depolamaya gönderildiği üye ülkelerde 4 yıllık uzatma muhtemeldir. 2015 de önerilen «circular economy» paketine göre Landfill Direktifinde değişim Üye ülkeler 2030 yılında üretilen KKA nın landfile gönderilen kısmının %10 a düşürülmesi için gerekli tedbirleri almak zorundadırlar. Estonya, Yunanistan, Hırvatistan, Malta, Romanya ve Slovakya için ilave 5 yıl verilecektir.bu ülkeler 2030 da %20 hedefini sağlamalıdırlar.
Atıktan Enerji Üretimi Tesislerinin Gelişimi Günümüzde dünya ölçeğinde 2200 den fazla «Atıktan Enerji Üretimi(WtE)» tesisi faaliyettedir. Bu tesislerin kapasitesi 300 milyon ton atık/yıl dır. 2011-2015 yılları arasında 80 milyon ton atık/yıl kapasiteli toplam 280 WtE tesisi faaliyete geçirilmiştir. 2025 yılına kadar kapasiteleri 170 milyon ton atık/yıl olacak 600 yeni WtE tesisinin yapımının gerçekleştirileceği tahmin edilmektedir. Kaynak:https://www.ecoprog.com/publikationen/abfallwirtschaft/waste-to-energy.htm
Kişi Başı Milli Gelir ve KKA Üretimi
WtE Teknolojileri Yetersiz Hava Fazla hava KKA + Hava miktarını arttırma Hava yok Kısmi miktarda hava Fazla hava Piroliz Gazlaştırma Yakma Ürünler: Gaz- Katı- Sıvı- H2, CO, Hidrok., H2O, N2 kül, kömür Piroliz yağı ve H2O H2, CO, CO2,CH4 H2O, N2 Cüruf, kül CO2, H2O, O2, N2, Cürüf, kül Yakma için stokiyometrik hava ihtiyacı
Bir Izgaralı WtE Tesisi ve Atık Miktarları
Akışkan yataklı WtE Atık Miktarları
WtE Tesisleri Hava Kirletici Parametreleri Kirleticiler Partiküller Asit gazlar:so2,hcl,hf Azot oksitler:nox(no+no2) Karbon monoksit(co) ve Karbon dioksit(co2) Organik Karbonlu Bileşikler Civa(Hg) Diğer Ağır metaller: Cd ve Tl, Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni+V Dioksin ve Furanlar
KKA Yakma Tesisleri İçin Genel Kütle Dengesi KKA (1 ton) Enerji geri kazanımı (400-700 kwh elektrik) Hava (4000-4500 Nm 3 ) Kimyasal reaktanlar KKA yakma prosesi Gaz emisyonlar 4500-6000 Nm 3 Dip Külü ( 300kg) Sıvı artıklar Hava kirliliği kontrol kalıntıları ( 30 kg)
KKA Yakma Tesisleri(KKAYT) Baca Gazlarındaki Bazı Kirleticilerin Emisyonları 11-19 gr toz 40-50 gr SO2 800-900 gr NOx 30-40 gr HCl 5-40 mg Hg KKA (1 ton) KKAYT
Baca gazı arıtma sistemleri için gerekli Kirletici Arıtılmamış Arıtılmış atıkgazda Gerekli arıtım yüzdesi Atıkgazdaki Kirletici kabul edilebilir (%) Konsantrasyonları, (mg/nm 3 ) maksimum kons.lar,(mg/nm 3 ) Uçucu Kül 1500-2000 10 99,9 HCl 300-2000 10 >99 SO 2 200-1000 5 99,5 NO x 200-500 70 86 HF 2-25 1 96 Hg 0.2-0,8 0,01 99 Cd + diğer metaller 2-15 0,05 >99,5 Dioksinler (ng I TEQ/Nm 3 ) verimlilik oranları 0,5-5 0,1 98
Bref Dokümanları Tablo 5.2 ye göre Atık yakma Madde tesisleri için ulaşılabilir emisyon seviyeleri Devamlı olmayan numuneler Yarım saatlik ortalama değer Günlük ortalama değer Notlar Toz 1-20 1-5 Torbalı filtrelerle daha düşük seviyeler elde edildi HCl 1-50 1-8 Islak işlemlerin kullanımı tercih edilir SO2 1-150 1-40 Islak işlemlerin kullanımı tercih edilir Seçiçi Katalitik 40-250 40-100 Ek enerji ihtiyacı ve masrafı indirgeme ile NOx Seçiçi Katalitik indirgeme ile NOx 30-250 120-180 Yüksek ham gaz NOx seviyelerinde, NH3 kayması hesaba katılmalıdır, tercih edilen yöntem ıslak işlemlerle birlikte uygulanmalıdır TOK 1-20 1-10 Optimum yanma koşulları gerekmektedir CO 5-100 5-30 Optimum yanma koşulları Hg <0,05 0,001-0.03 0,001-0,02 Giriş kontrolü, karbon tabanlı adsorpsiyon işlemleri PCDD/PCDF (ng ITEQ/Nm3) 0,01-0,1 Optimum yanma koşulları, sentezi önlemeye yönelik sıcaklık kontrolü, karbon tabankı adsorpsiyon işlemleri
Gaz arıtımında işlem kombinasyonları ile tipik kirleticiler için verim aralığı Kirletici İşlem basamakları Giderim (%) SO 2 Islak yıkayıcı veya kuru multi siklon 50-90 HCl Islak ya da yarı kuru yıkayıcı 75-95 NO x Seçici katalitik indirgeme 10-60 Ağır metaller Kuru yıkayıcı + elektrostatik çöktürme 70-95 Uçucu Kül * Elektrostatik çöktürme + kumaş filtre 95-99,9 Dioksinler & Furanlar Aktif karbon + kumaş filtre 50-99,9
Ekipman Uçucu kül ve aktif karbonun tutulması için Uçucu kül için tipik verimlilik gerekli verimler Aktif karbon için tipik verimlilik Tipik basınç düşme aralığı Maksimum çalışma sıcaklığı Parçacık boyutları aralığı Siklonlar %80 e kadar %50 ye kadar 10 ile 1000 Pa 1300 o C 20 μm Elektrostatik Çöktürme %99 a kadar %80 e kadar 50 ile 300 Pa 450 o C 0,08 den 20 μm ye Kumaş filtre %99 a kadar %99 a kadar 500 ile 200 Pa genellikle güçlendirici fan ile 240 o C 0,04 ten 50 μm ye
Kirletici Yanma sonrası çıkan temel kirleticilerin arıtılması Partiküller Asit gazları (HCl, HF, SO X,..) Doğrudan kükürt giderme Nitrojen oksitler (NOx) Hg Diğer ağır metaller Organik karbonlu bileşikler Sera gazları (CO2, N2O) Hava Kirliliği Kontrolü kalıntıları Taban külü için uygulanabilir en önemli teknikler Teknik Elektrostatik çöktürücüler Islak elektrostatik çöktürücüler Yoğunlaştırmalı elektrostatik çöktürücüler İyonlaştırmalı ıslak yıkayıcılar Siklonlar ve multi siklonlar Islak yıkayıcı Yarı-kuru yıkayıcı (ör. kireç süspansiyonu) + torbalı filtre Kuru yıkayıcı (ör. Kireç [kalsiyum oksit] veya sodyum bikarbonat) Adsorbanların (ör. kalsiyum bileşikleri) direkt olarak yakma odasına enjekte edilmesi Birincil teknikler: Hava ve sıcaklık kontrolü, baca gazı devridaimi, İkincil teknikler: Seçici katalitik indirgeme ve seçici katalitik olmayan indirgeme Birincil teknikler: Ayrı toplama, kirlenmiş atıkların alınmasıyla ilgili kısıtlamalar İkincil teknikler: Oksidant ilave edilmiş yıkayıcı, aktif karbon, linyit kömürü ve zeolitler Uçucu olmayan oksitlere dönüştürülür ve uçucu kül haline getirilir, partikülleri gidermeye yönelik tüm teknikler uygulanabilir. Yıkayıcı ünitelerine aktif karbon enjekte edilir. Aktif karbonda adsorpsiyon. NOx için kullanılan seçici katalitik indirgeme. Katalitik torbalı filtreler Statik yataklı filtreleri Baca gazının hızlı soğutulması NOx için kullanılan tüm teknikler. Enerji geri kazanım verimliliğini artırılması Arıtılır (örneğin, katılaştırma / stabilizasyon ve çöpe atma) Isıl işlem (vitrifikasyon, eritme, sinterleme) Ekstraksiyon ve ayırma Kimyasal stabilizasyon Metal ayrımı Eleme ve parçalama
Arıtma öncesi ve sonrası gaz emisyonlarının konsantrasyonları ve yasal sınırlar Ref.1 Achternbosch and Richers (2002), *set on Directive 2000/76/EC, #for nominal capacity 6 ton/h or new incineration plants. Arıtma öncesi (BREF, 2006) Ref.1 Arıtma sonrası (BREF, 2006) Yasal limitler* Toz (mg/nm 3 ) 1000-5000 2000-10000 0,1-4 10 CO (mg/ Nm 3 ) 5-50 2-45 50 TOC (mg/ Nm 3 ) 1-10 0,1-5 10 HCl (mg/ Nm 3 ) 5000-2000 400-1500 0,1-6 10 HF (mg/ Nm 3 ) 5-20 2-20 0,01-0,1 1 SO 2 (mg/ Nm 3 ) 200-1000 200-800 0,2-20 50 NO+NO 2 (mg/ Nm 3 ) 250-500 200-400 20-180 200 # NO (mg/ Nm 3 ) <40 Belirlenmemiş Hg (mg/ Nm 3 ) 0,05-0.5 0,3-0,8 0,0002-0,05 0,05 Cd,Tl (mg/ Nm 3 ) <3 3-12 0,0002-0,03 0,05 Diğer ağır metaller (Sb, As, Pb, Cr, Co, Cu, Mn, Ni, V) <50 0.0002-0,05 0,5 Dioksinler ve furanlar (ng I- TEQ/ Nm 3 ) 0,05-10 <1-5 0,0002-0,08 0,1 CO 2 %5-10 Belirlenmemiş H 2 O %10-20 Belirlenmemiş
Modern KKA Yakma Tesislerinde PCDD/PCDF Kütle dengeleri (McKay, 2002). Yanma odası Kazan külü HKK kalıntısı
Isıl Kapasitesi 100 MW olan Farklı Tesisler için Günlük Ortalama emisyon değerleri, mg/m 3 (%11 O2 ve kuru bazda)
Baca Gazı Arıtma Teknolojileri ( Mevcut En İyi Teknolojiler)
WtE Atıkgaz Arıtma Tesisi Maliyetleri Maliyet Bileşeni Arıtma Ünitesi /Kimyasallar Maliyetler Birim İlk Yatırım bedeli Torbalı Filtre 2,405,000 Avro Elektrostatik çökeltici 2,040,000 Avro Kimyasallar Ca(OH)2 80 Avro/t NaHCO3 240 Avro/t Yakma kalıntılarının bertarafı Depolama 200 Avro/t Brine geri kazanımı 200 Avro/t Elektrik 0.07 Avro/KWh Basınçlı hava 0.01 Avro/m3 Torbalı filtre torba değişimi 360,000 Avro Bakım ve tamir Torbalı filtre Ekipman fiyatının %1 i+ işçilik maliyeti(20 Avro/h) Elektrostatik Çöktürücü Ekipman fiyatının %1 i+ işçilik maliyeti(20 Avro/h)
WtE Tesisi Maliyet Bileşenleri
Enerji Üretim Teknolojileri ve Yatırım Maliyetleri
WtE Tesisleri Maliyetleri
WtE Tesislerinde Baca Gazından Asidik Gazların Arıtımında Alternatifler
WtE Tesisleri Baca Gazlarında Nano Partikül Kontrolü deneme Baca Gazı Arıtma Teknolojileri ( Mevcut En İyi Teknolojiler)
Teşekkürler deneme