טיפול תרמי והשבת אנרגיה מפסולת עירונית

מתקני הטיפול בפסולת עירונית הינם מתקנים משיבים אנרגיה מפסולת - פל"א. ברוב המתקנים והמדינות, האנרגיה מושבת לייצור חשמל לרשת. ההערכה באירופה על סמך הניסיון כיום היא, שבטיפול תרמי בכלל הפסולת העירונית השיורית בפל"א, ניתן לספק לרשת חשמל ארצית כ-5% מצריכת האנרגיה

 

מתקני הטיפול הינם משיבים אנרגיה מפסולת - פל"א מתקני הטיפול הינם משיבים אנרגיה מפסולת - פל"א

פסולת לאנרגיה – פל"א

הטיפול התרמי בפסולת עירונית, קיים ומקובל בעולם מעל ל-100 שנה. בעוד שמשרפות הפסולת הראשונות היו מדורה בקצה העיר, הרי כיום מתקני הטיפול הינם משיבים אנרגיה מפסולת - פל"א (פסולת לאנרגיה = WTE Waste To Energy). מדובר במתקני תהליך טכנולוגיים מתקדמים, בעלי ערך מוסף למשק האנרגיה ומערכות לצמצום זיהום אוויר.
הכוח המניע במדינות המודרניות בשנות ה-80 וה-90 לכניסה מסיבית לתחום הפל"א, היה הכורח לצמצם את נפח הפסולת הנותרת להטמנה. הטיפול התרמי בפסולת יקר משמעותית מכל טיפול אחר, בסדרי גודל של 60-100 אירו\טון ולכן מיושם על השאריות, לאחר הפעלת אמצעים אחרים. לפי מדרג הטיפול בפסולת, על פי מדיניות המשרד להגנת הסביבה, השבת אנרגיה וטיפול תרמי הינם המדרגה אחרונה לפני הטמנה (ראה איור 1).

 

מתקני טיפול
קיימים בעולם כ-2,200 מתקני טיפול תרמי מסחריים בפסולת עירונית בגדלים וטכנולוגיות שונים, מחציתם במדינות המערב והשאר ביפן ובמזרח אסיה. המתקנים ממוקמים ליד ערים גדולות וריכוזי אוכלוסייה, באופן שמשאיות אשפה עירוניות מגיעות בקלות. תהליכי שריפת פסולת מצמצמים את הנפח מעל 90% ואת המשקל מעל 75%. בכל המתקנים קיימים מתקני טיפול בגזים הנפלטים לקבלת אוויר פליטה ברמות המותרות במדינה ולפי רישיון המתקן. עקב ריבוי מזהמי האוויר הנפלטים, קו הטיפול באוויר כולל 5-3 שלבים בטכנולוגיות מגוונות מותאמות לאתר, ולעיתים תופס את רוב הנפח במתקן (ראה איור 2).

איור 2: משריפת פסולת, קופנהגן דנמרק


באיור ניתן לראות סכמת זרימה טיפוסית לטיפול תרמי בפסולת: הפסולת הגולמית מוזנת לבור קבלה ע"י משאיות הפינוי ומוזנת לשריפה ע"י מנופים. מערך ההזנה מחמם, מייבש ומעביר את הפסולת באופן רציף ומבוקר באמצעות מסועים אל תא הבעירה. גזים בטמפ' כ-1200-800 מ"צ נפלטים דרך דוד להשבת חום בדומה לתחנות כוח פחמיות, אל מערך טיפול בגז. האפר בתא הבעירה והדוד מנוקז לתחתית ומוצא לסילוק (ראה איור 3).

איור 3: מתקן שריפה והשבה מפסולת עירונית טיפוסי (דבלין, אירלנד, באדיבות HZI)

יעילות השבת אנרגיה

הפרמטרים העיקריים להשבת אנרגיה מפסולת הינם ערך ההיסק והרטיבות:

  1. ערך ההיסק (הערך האנרגטי) הממוצע של פסולת עירונית מעורבת בעולם המערבי הוא כ-2,000 עד 3,000 קק"ל\ק"ג, כשליש מפחם או רבע מדלק. ערך ההיסק הממוצע של פסולת בישראל, לפי סקר הרכב הפסולת 2012, הינו 2399 קק"ל\ק"ג.
  2. רטיבות הינה תכולת המים בפסולת, בישראל כ-40%-35%. בתהליכי שריפה של הפסולת נדרשת חלק מהאנרגיה הזמינה לייבוש ואיוד המים על חשבון יעילות אנרגטית פוטנציאלית להשבה.

ברוב המתקנים והמדינות, מושבת האנרגיה לייצור חשמל לרשת. הנצילות לייצור חשמל הינה כ-25%-20% במתקנים בסיסיים ועד כ-30% במתקנים חדישים עם מחזור משולב. ההערכה באירופה על סמך הניסיון כיום היא, שבטיפול תרמי בכלל הפסולת העירונית השיורית בפל"א, ניתן לספק לרשת חשמל ארצית כ-5% מצריכת האנרגיה.
שימוש אחר הרלוונטי לארצות צפוניות קרות, הינו העברת חום לרשתות הסקה מרכזיות. ייצור חום הינו בעל נצילות גבוה יותר משמעותית (עד כ-70% מערך ההיסק - תלוי בטכנולוגיות) אך ההכנסה עבורו נמוכה יותר.


טכנולוגיות נפוצות לטיפול תרמי בפסולת עירונית
הטכנולוגיות הנפוצות לתאי בעירה כמעט בכל המתקנים בעולם הינן:
1. שריפה ברשת נעה (Moving Grate Incineration - MG), הוותיקה והנפוצה ביותר בעולם בכ-2000 התקנות פעילות במשך עשרות שנים.
2. בעירה במצע מרחף (Fluidized Bed Combustion - FB), טכנולוגיה חדישה יותר בתפוצה של כ-100 מתקנים, רובם מהעשור האחרון ובמגמת גידול.
טכנולוגיות בעירה נוספות (כגון כבשן סובב Rotary Kiln) וטכנולוגיות תרמיות כגון גזיפקציה ופירוליזה, לא מצאו את מקומן בשוק הטיפול התרמי בפסולת במדינות המתועשות ברמה טכנית-כלכלית. קיימים רק מתקני הדגמה בודדים כאלו, ובדרך כלל בשילוב זרמים נוספים לפסולת העירונית, כגון ביומסה עצים או פסולת תעשייתית. בשנים האחרונות לא נבנו מתקנים חדשים בטכנולוגיות אלו באופן משמעותי.
שריפה ברשת נעה (Moving Grate Incineration - MG)
שיטת שריפה זו (Moving Grate), הינה הבסיסית והוותיקה אך עדיין מיושמת ברוב המתקנים החדשים, עקב פשטות הנדסית ותהליכית המקנה אמינות גבוהה ותחזוקה נוחה. השכלולים במתקנים החדישים נוגעים לשיפור הנצילות האנרגטית, הפרדת האפר ומערך הנעת החומר. האלמנט המרכזי בתהליך הטיפול בפסולת הינה הרשת המניעה את החומר תוך כדי שריפה בתא הבעירה. הרשת נעה כמסוע ומעבירה את החומר בזמן קצר לאזור בטמפרטורות גבוהות של כ-800-700 מ"צ ושם מתרחשת פירוליזה חלקית, על מנת ליעל את השריפה. בהמשך התהליך על גבי הרשת המסיעה, החומר עובר שריפה לאורך מספר מטרים בטמפרטורה עד כ-1000 מ"צ. אל הגזים המשתחררים מעל הרשת מוזרם אוויר משני (Secondary air) לאפשר בעירה מלאה (ראה איור 4).

איור 4: רשת נעה במשרפת פסולת

יתרונות הטכנולוגיה:

  1. אין צורך בטיפול מוקדם.
  2. ניסיון טכנולוגי תפעולי וסביבתי מעל 100 שנה בכ-2000 מתקנים.
  3. ניסיון בקיבולת גדולה עד 4,300 טון\יום (סינגפור).
  4. טמפרטורת בעירה גבוהה.
  5. גמישות להרכב פיסי של הפסולת – גודל וקושי.

חסרונות הטכנולוגיה:

  1. רגישות לשינויים בערך הסק ורטיבות.
  2. בעירה פחות מושלמת מטכנולוגיות אחרות.

 

טכנולוגיית בעירה במצע מרחף (Fluidized Bed Combustion - FB)
טכנולוגיה זו קיימת כ-50 שנה בתחומי זיקוק דלקים והחלה להתפתח כחלופה מסחרית לטיפול בפסולת בתנאים מסויימים.
מבנה המערכת מבוסס על תא בעירה שבחלקו התחתון מילוי מצע מרחף גרנולרי כגון חול או אלומינה, אשר נח על גבי רשת תחתית. הרשת מאפשרת לאוויר לעבור מלמטה אך מחזיקה את חומר המצע שלא יירד. הפסולת מוזנת כחלקיקים גרוסים או נוזלים (כגון בוצות) בהזרקה ישירה למצע. במתקנים הבסיסיים האוויר המרחיף נע במהירות 2-1 מטר\שניה כלפי מעלה, במתקנים מודרניים יותר עם סחרור, המהירויות גבוהות עד 9-3 מטר\שנייה, דבר המאפשרת נצילות גבוהה יותר וצמצום של כמות האפר המרחף (חומר המצע מהאוויר מופרד בציקלונים בזרם הסחרור).
בעת הפעולה, האוויר המגיע מתחת לרשת מספק את הערבוב וההרחפה של המצע עם הפסולת המוזרקת ומתקיימת שריפה בטמפרטורות כ-900-850 מ"צ. חימום עזר לבעירה מתקבל מחימום עקיף של מיכל הריאקטור או מהזרקה ישירה של דלק לתוך המצע. הבעירה מתרחשת בסביבת עודף אוויר בין 25% ל-75%.
מרכיב הליבה בתהליך הינו ריאקטור ההרחפה. במתקנים מודרניים מצויד הריאקטור במערכת סחרור, המאפשרת עבודה בתנאי הזרמת אוויר משופרים כמפורט לעיל - מהירויות גבוהות פי 3 ויותר, המייצרות בעירה יעילה יותר לרבות שיפור נצילות אנרגטית וצמצום האפר המרחף. תהליך זה מושג ע"י מערכת סחרור הכוללת תיעול של האוויר מחוץ לריאקטור אל מערכת העברת חום ובהמשך להפרדה מחומר המצע באמצעות ציקלונים. יחס הסחרור במערכת הוא פי 20-10 מזרם הפסולת הנכנסת (ראה איור 5).

איור 5: תרשים ריאקטור מצע מרחף

יתרונות הטכנולוגיה:

  1. גמישות לשינויים בהרכב ההזנה, ערך ההיסק והרטיבות, לרבות עבודה בהיסק נמוך ורטיבות גבוהה (מה שהביא ליישום הטכנולוגיה בעשרות מתקנים בסין שם הרטיבות כ-65%-50% עם ערך היסק נמוך ומשתנה).
  2. פחות זיהום אוויר בגזי הפליטה מתא הבעירה (לפני טיפול).
  3. אפר תחתי פחות מזוהם במתכות כבדות וחומרים נוספים לעומת בעירה ברשת.

חסרונות הטכנולוגיה:

  1. ניסיון עולמי מוגבל בהקף כמות מתקנים (עשרות) וקיבולת ריאקטור (עד 200 טון\יום).
    צורך בטיפול מוקדם גריסה והוצאת מתכות.
    בעיות תפעוליות – הזנת חומר עדינה, טיפול במצע והחלפתו לאורך זמן.


יואב ינון ניהול הנדסה טכנולוגיה
This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

הדפסה הורדה

לשאלות ופרטים נוספים

נא מלאו את פרטיכם ונציגינו ייצרו עמכם קשר בהקדם