Sekajätteen polttokelpoisuus leijukattilassa

Abstract

Opinnäytetyön tavoitteena oli selvittää kotitalouksien sekajätteen polttokelpoisuutta leijukattilassa. Jätelain päämäärä on, että vuonna 2016 yhdyskuntajätteistä kierrätetään 50 %, hyödynnetään energiana 30 % ja kaatopaikalle siitä saa päätyä enintään 20 %. Jäteyhtiöt Savossa, Pohjois-Karjalassa ja Keski-Suomessa (Jätekukko Oy, Keski-Savon Jätehuolto, Puhas Oy, Ylä-Savon Jätehuolto Oy, Metsäsairila Oy, Savonlinnan Seudun Jätehuolto Oy ja Sammakkokangas Oy) ovat tehneet hankesuunnitelman uudesta jätteenpolttovoimalaitoksesta. Vuonna 2013 jäteyhtiöiden perustama Riikinvoima Oy:n rakentaminen Leppävirralle on alkuperäisten suunnitelmien mukaan suunniteltu alkavaksi vuoden 2014 aikana, jolloin käyttöönotto tapahtuisi vuoden 2015 lopussa.

Lajittelematon kotitalouksien sekajäte ei sovellu leijupolttoon. Sekajätteestä tulee syntypaikkalajittelun avulla poistaa metallit, lasi, sähkö- ja elektroniikkaromut, suurikokoiset romut, muut kuin kierrätyskelpoiset muovit ja minimoida biojätteen osuus. Syntypaikkalajitellusta sekajätteestä valmistetaan kierrätyspolttoainetta leijupolttoa varten repimällä jäte leijupolton vaatimaan palakokoon. Kierrätyspolttoaine on hyvinkin lajiteltuna huonolaatuinen polttoaine, mutta sitä voidaan käyttää polttoaineena sitä varten suunnitellussa voimalaitoksessa.

Sekajätteestä valmistetun kierrätyspolttoaineen haitallisia alkuaineita leijukattilapoltossa ovat mm. kloori (biojäte, PVC-muovit, tekstiilit, nahka), lyijy (patterit, lasi, sähkölaitteet, hehkulamput, PVC-muovit), sinkki (kupari, värjätty lasi, PVC-muovit), elohopea (kalvomuovi, PVC-muovi, jotkut kartongit ja pahvi), alumiini (foliovuoratut pakkaukset, purkit, mehutölkit, kahvipaketit), bromi (palonsuojakäsittelyaineet, sähkölaitteet, elektroniikka, tekstiilit), kadmium (kovat muovit, nahka, kumi), kalium (biojätteet, hygieniatuotteiden virtsa) ja natrium (biojätteet, hygieniatuotteiden virtsa).

Puhas Oy:n toiminta-alueella Joensuun seudulla kesä-elokuussa 2013 tehdyissä sekajätteen lajittelututkimuksissa selvitettiin kerättävän syntypaikkalajitellun sekajätteen sisältöä. Lajittelututkimuksista selvisi, että jätteitä lajitellaan huonosti. Lähes puolet tällä hetkellä sekajätteessä olevista jätejakeista tulisi syntypaikkalajitella ennen niiden käyttämistä leijupolttoon. Tehtyjen alkuaineanalyysien mukaan sekajäte sisälsi leijupolton kannalta haitallisia alkuaineita. Nykyisiä ohjeita noudattamalla biojäte, vaaralliset aineet, sähkö- ja elektroniikkaromut, lasit ja metallit tulisivat lajiteltua jätteen syntypaikalla. Biojätteen lajittelua tulee tehostaa.

Kierrätyspolttoaineita polttavan voimalaitoksen on täytettävä valtioneuvoston asetuksen määräykset jätteen polttamisesta. Asetuksen määräykset lämpötiloista, varajärjestelmistä, savukaasumittauksista ja päästörajoista on huomioitava voimalaitosta suunnitellessa. Voimalaitos mitoitetaan ja varustellaan kierrätyspolttoaineille sopivaksi. Polttoaineen laatuun, käsittelyyn ja sen syöttöön on kiinnitettävä erityistä huomiota. Kierrätyspolttoaineiden sisältämät haitalliset alkuaineet ovat likaavia ja ne aiheuttavat korroosiota. Lämmönsiirtopintojen sijoittelussa, nuohouksessa ja materiaalivalinnoissa pyritään löytämään tehokkain ja kestävin ratkaisu. Polttoaineen sisältämät raskasmetallit (esim. Pb, Zn, Cd, Al) vaikeuttavat tuhkan loppusijoitusta. Jätteenpolttolaitoksessa on oltava jatkuvatoimiset savukaasumittaukset.

The goal of the thesis was to find out if municipal solid waste (MSW) is combustible in a circulating fluidized bed (CFB) power plant. The law for waste management requires that by year 2016 50% of municipal waste will be recycled, 30% utilized as energy and 20% can end up in the landfill site. The waste management companies in Savo, North Karelia and Central Finland (Jätekukko Oy, Keski-Savon Jätehuolto, Puhas Oy, Ylä-Savon Jätehuolto Oy, Metsäsairila Oy, Savonlinnan Seudun Jätehuolto Oy and Sammakkokangas Oy) have made plans for a new waste-fired boiler using CFB technology. The waste management companies have together founded a company Riikinvoima Oy. According to their original plans the construction of Riikinvoima Oy power plant in Leppävirta will start during 2014 and it will start running in the end of 2015.

The unsorted municipal solid waste is not combustible in a CFB power plant. The waste has to be sorted according to the origin by removing all harmful contents: metals, glass, electrical appliances, big pieces of scrap, nonrecyclable plastics and the content of organic waste must be minimized. The solid recovered fuel (SRF) is prepared of properly sorted waste. It is torn into pieces suitable for CFB usage. The waste derived fuel is low quality fuel even if well sorted and properly handled, but it can be used as fuel in a power plant designed specifically for it.

The most harmful elements in the waste derived fuels are Cl (organic waste, PVC plastics, textiles, leather), Pb (batteries, electrical appliances, bulbs, PVC plastics), Zn (copper, colored glass, PVC plastics), Hg (plastic foils, PVC plastics, some cardboards), Al (foil, tins, juice and coffee cartons), Br (flame retardants, electrical appliances, tex-tiles), Cd (hard plastics, leather, plastics), K (organic waste, urine) and Na (organic waste, urine).

Puhas Oy had done a waste sorting study in its area of activity in Joensuu region in June-July 2013. The aim of the study was to find out what origin sorted municipal waste consists of. The result of the study was that the waste is poorly sorted. Almost half of the waste fractions should have been sorted out before the waste could have been used as a raw material for the waste derived fuel. The waste included several elements harmful for CFB combustion. By following existing instructions and rules all organic waste, dangerous contents, electrical appliances, glass and metals would have been sorted where the waste was originally created. It is important to improve the quality of organic waste sorting quality in the households.

Waste-fired boilers have to follow regulations given by government for waste incineration. The regulations for temperatures, substitute systems, flue gas measuring and exhaust limits have to be taken into consideration when designing the power plant. The power plant is sized and equipped for waste-derived fuels. Extra attention has to be paid to fuel quality, handling and feeding. The waste derived fuel includes harmful elements which cause fouling of the heat exchangers and furthermore corrosion. It is very important to locate heat exchangers optimally, have effective soot blowing systems and choose correct materials. The heavy metals in the fuel (e.g. Pb, Zn, Cd, Al) make final placement of the fly and bottom ash demanding. The waste-fired boilers have to have continuous flue gas measuring equipment.