1

Incinerarea deeurilor

1. Aspecte generale

Definiie

Incinerarea deeurilor = ultima faz din procesul de gestionare a

deeurilor i are ca scop principal reducerea volumului deeurilor ce

trebuie depozitate i astfel reducerea impactului acestora asupra

mediului. Dac aceste deeuri au i o putere calorific ridicat, atunci

procesul devine i rentabil.

Procesul de ardere a deeurilor este un proces complex deoarece

materiile combustibile sunt ntr-o cantitate relativ mic, deeurile sunt

umede, conin elemente care particip la combustie dar i elemente care

pot polua mediul.

Fig. 1. Compoziia deeurilor incinerate

Deeuri incinerate

Elemente combustibile: Carbon, Hidrogen.

Elemente ce ntrein arderea: Oxigen.

Surse de poluare: Clor, Sulf.

Elemente neutre dar care pot deveni elemente de poluare n urma arderii: Azot.

2

n urma procesului de ardere elementele se combin rezult

urmatoarele: CO, CO2, H2O (sub form de vapori), SO2, SO3, NO, NO2.

Combustia carbonului se desfoar conform reaciilor:

- reacie complet: C+O2=CO2+393,12 kJ pe mol de carbon

- reacie incomplet: C+1/2O2=CO+110,4 kJ pe mol de

carbon, urmat de combustia monoxidului de carbon, dac

este suficient aer, deci oxigen: CO+ 1/2O2=CO2+282,73

kJ pe mol de CO.

Deci pentru a avea o combustie maxim a carbonului este necesar

s se asigure o cantitate suficient de aer.

n practic, reacia de ardere este incomplet la nivelul gratarului

de ardere din incinta cuptorului deoarece monoxidul de carbon nu este

n CO2 i se impune introducerea de aer secundar care s asigure n

continuare combustia monoxidului de carbon rezidual.

Combustia hidrogenului:

H2+1/2O2=H2O+238,26 kJ pe mol de H2.

Deeurile mai conin i alte substane care n urma arderii pot

produce substane foarte toxice.

Exemplu: Clorul provine din cloruri metalice (CaCl, NaCl sau

clorur de polivinil) i prin combustie se elibereaz Cl2 care apoi ntr n

combinaie cu H2 i se produce acid clorhidric HCl.

Sulful provine din combustia materialelor plastice, a sulfailor, a

cauciucului, etc.

Combustia sulfului se realizeaz prin intermediul urmtoarelor

reacii:

S+O2=SO2 + 296,78 kJ pe mol de sulf

3

SO2+1/2O2=SO3+94,88 kJ pe mol de SO2

Azotul provine n principal din aerul de combustie i poate duce,

n cazul unor temperaturi foarte ridicate, la formarea oxidului de azot,

conform reaciei:

N2+O2=2NO,

Dar care se poate oxida parial conform reaciei:

NO+1/2O2=NO2.

Cantitatea de NO2 ce se formeaz crete cu temperatura aerului i

de aceea se recomand realizarea combustiei n pat fluidizat la

temperaturi joase (850 C).

Se recomand ca excesul de aer, necesar la combustia complet a

carbonului, s fie limitat pentru a nu favoriza crearea de NO i NO2 care

se vor regsi n gazele de ardere.

2. Instalaii de incinerare

n practic se utilizeaz o mare varietate de tipuri de incineratoare,

fiecare avnd un anumit specific. Cu toate acestea s-au impus doar dou

tipuri de incineratoare pentru deeurile menajere:

- Incineratoare cu grtar,

- Incineratoare cu ardere n strat fluidizat,

2.1. Incineratoare cu grtar

n incineratoarele cu grtar procesul de ardere a deeurilor

cuprinde urmtoarele faze:

4

- Faza de uscare a deeurilor. n aceast faz deeurile pierd

umiditatea datorit contactului direct dintre deeuri, gazele

calde i aerul prenclzit, care este insuflat prin partea de

jos a grtarului,

- Faza de ardere. Acest faz cuprinde dou etape

importante, aprinderea i respectiv arderea deeurilor.

La nceputul aprinderii se produce degajarea materiilor volatile din

deeuri ca efect al ridicrii temperaturii.

Pentru a asigura o ardere complet este important ca aceast faz

s se produc ct mai rapid i constant n toat masa deeului. Aceasta

presupune ca i uscarea s fie realizat n prealabil n mod uniform i

complet.

Temperatura de aprindere a deeurilor variaz, n funcie de

compoziia deeurilor, n jurul valorii de 650 C n zona focarului

incineratorului.

Procesul de ardere const n arderea substanelor volatile, care n

prealabil se vor descompune n molecule simple, care apoi se vor oxida

i respectiv n arderea cocsului.

Pentru ca aceste procese s fie posibile este necesar realizarea

unei temperaturi, n zona central a focarului, de minim 750 C.

Temperatura minim necesar pentru disocierea compuilor de

erdere volatili, care sunt ru mirositori este cuprins ntre 1050 C i

1100 C.

Nu trebuie depit temperatura de 1100 C deoarece poate duce la

fuziunea zgurii rezultate din arderea deeurilor menajere, dar i topirea

cenuii care se gsete n suspensie n gazele de ardere. Astfel poate

5

avea loc o topire a cenuii i depunerea ei pe suprafaa de schimb de

cldur din cadrul generatorului de abur; formnd un strat care

mpiedic transferul normal de energie termic de la gazele de ardere la

apa din recuperatorul de energie termic i astfel va scdea randamentul

transferului termic i va duce la deteriorarea rapid a suprafeelor

schimbtorului de cldur aferent incineratorului.

n vederea asigurrii unei arderi ct mai complete este necesar ca

aerul de combustie s fie ct mai uniform difuzat n masa

combustibilului, eventual cu o preamestecare i astfel se evit formarea

de bulgri i de zgur topit care ar putea ngloba i materiale care nu au

ars, ceea ce va duce n mod inevitabil la scderea randamentului arderii.

Gazele volatile i combustibile care se degaj din masa de deeuri

trebuie s ard complet, deoarece n caz contrar gazele eliminate pe co

vor conine monoxid de carbon, precum i mici particule de carbon.

Din aceste considerente trebuie s se asigure, n focarul de ardere,

un exces de aer de ardere.

Schema de funcionare unui incinerator cu grtar:

- Focarul este alimentat cu deeuri printr-o plnie de

ncrcare aferente unui buncr,

- Din buncr deeurile sunt introduse n focarul de ardere cu

ajutorul unui alimentator-dozator cu disc,

- Arderea deeurilor are loc pe un dispozitiv de ardere ce

asigur concomitent deplasarea deeurilor precum i

combustia acestora utiliznd aer primar de ardere,

- Cenua i zgura rezultat n urma arderii sunt evacuate cu

ajutorul unui transportor continuu cu band metalic.

6

Clasificarea incineratoarelor n funcie de modul de asigurare a

deplasrii deeurilor n incinta incineratorului i n funcie de modul de

amestecare a deeurilor:

- Incinerator cu grtar ce are micare de translaie,

- Incinerator cu grtar cu micare continu,

- Incinerator cu grtar cu micare discontinu,

- Incinerator cu micare basculant a unor sectoare de

grtare,

- Incineratoare rotative,

- Incineratoare combinate.

Cele mai cunoscute incineratoare cu grtar sunt urmtoarele:

Incineratorul STEINMLLER

La acest tip de incinerator dispozitivul n care ard deeurile este

format din mai multe grtare realizate, fiecare, dintr-o serie de trepte

fixe i mobile i a cror micare asigur att mpingerea deeurilor ct i

o rsturnare a acestora

Fig. 2. Schema funcional a incineratorului STEINMLLER.

7

Introducerea deeurilor se face cu ajutorul unui mpingtor plasat

la partea inferioar a buncrului de alimentare.

Dispozitivul de acionare a mpingtorului acioneaz simultan

treptele mobile ale grtarului, prin intermediul unor prghii.

Acest tip de incinerator are capacitate relativ mic de incinerare a

deeurilor, de pn la 10 t/h.

Incineratorul MARTIN

Specific acestui tip de incinerator este grtarul n trepte, care sspre

deosebire de cel anterior, are treptele nclinate la un anumit unghi fa de

orizontal.

Fig. 3. Schema funcional a incineratorului MARTIN.

La acest tip de incinerator barele mobile sunt aezate alternativ n

raport cu barele fixe. Barele mobile au o micare glisant ntr-o anumit

caden ce poate fi reglat.

8

Acestea realizeaz, pe lng deplasarea deeurilor, o rsturnare i o

sfrmare a acestora.

Viteza de deplasare, precum i nlimea stratului de deeuri sunt

reglate prin intermediul unui tambur rotativ care este amplasat n zona

final a grtarului.

Incineratoarele de acest tip sunt utilizate mult att n Europa ct i

n Statele Unite ale Americii.

Capacitatea de prelucrare prin incinerare depinde de mrimea

instalaiei i variaz ntre 4 t/h i 50 t/h.

Incineratorul ALBERTI

Particularitatea acestui incinerator const n faptul c este prevzut

cu un singur grtar, motiv pentru care debitele de ardere a deeurilor

sunt mai mici, de pn la 5 t/h. Ultima treapt a grtarului de ardere

asigur evacuarea zgurii i a cenuii.

Incineratorul VAN ROLL

Acest tip de incinerator este considerat de specialiti ca fcnd

parte din categoria incineratoarelor complexe. Particularitatea acestui tip

de incinerator rezid din faptul c s-au asociat n cascad mai multe

grtare sau chiar mai multe cuptoare. Ideea unui astfel de incinerator s-a

datorat rezultatelor unor experimentri i analize constructive i

funcionale privind arderea deeurilor n diferite condiii. S-a constatat

c pentru o ardere ct mai complet a deeurilor i cu un consum ct mai

mic de combustibil este necesar ca fiecare faz a procesului, respectiv

uscarea, aprinderea, arderea propriu zis i arderea final s se

9

desfoare n condiii optime din punct de vedere al regimului de

temperatur. Realizarea acestui deziderat este practic greu de obinut n

regim de flux continuu i ca urmare s-a decurs la delimitarea mai multor

spaii separate, n care sunt stabilite i meninute condiii termice optime

corespunztoare fazei de lucru respective.

Astfel de cercetri au fost realizate de specialitii de la firmele

VAN ROLL din Elveia i VOLUND din Danemarca care au construit

n mod independent instalaii de incinerare cu focare complexe.

Incineratorul VAN ROLL se compune dintr-o camer de

combustie de mare dimensiune n care sunt plasate grtare n cascad;

dup aceste grtare este plasat un pu vertical care este rcit permanent i

care este denumit generator de zgur i n care se realizeaz cu un exces

de aer post-arderea deeurilor. Zgura format i acumulat n partea de

sus a puului este eliminat cu ajutorul unui transportor cu band rulant

metalic.

Datorit dimensiunilor mari a camerei principale radiaia termic a

bolii cuptorului este diminuat sensibil i de aceea pentru a obine o

uscare rapid a materialelor ce se incinereaz este necesar s avem o

bun recirculare a gazelor de ardere. Gazele recirculate sunt rcite,

aspirate i evacuate prin co.

Incineratorul VAN ROLL se deosebete din punct de vedere

constructiv de incineratorul MARTIN prin faptul c n camera de ardere

sunt plasate trei grtare de tip MARTIN ce delimiteaz zonele cu

funciuni distincte. Fiecare grtar poate fi acionat independent, ceea ce

permite o adaptare mai bun a incineratorului la variaia calitii

deeurilor ce vor fi incinerate.

10

Capacitatea de incinerare a acestui tip de incineratoare variaz n

limite foarte largi cuprinse ntre 2-20 t/h.

Incineratorul WIDMAR (ABB)

Este un incinerator cu grtar orizontal a crui camer de ardere i

de post-ardere sunt construite din ajutaje protejate cu materiale

refractare.

Deeurile introduse pentru incinerare se deplaseaz relativ pe

grtarul orizontal datorit micrii alternative a barelor care asigur un

aport continuu de produse. Un astfel de incinerator realizat de firma

ABB a fost pus n funciune la sfritul anilor 80 avnd o capacitate

foarte mare de incinerare a deeurilor, de peste 100 t/h.

Incineratorul STEIN INDUSTRIE (SITY 2000)

Este produs de firma STEIN INDUSTRIE i este cunoscut sub

denumirea de incinerator SITY 2000. Instalaii de acest tip au fost

produse la nceputul anilor 90 i au capaciti de incinerare cuprinse

ntre 5-20 t/h.

Grtarul incineratorului este inclinat la 24. Este construit dintr-o

perdea de bare fr discontinuiti i este realizat n trepte. O parte din

bare sunt fixe, iar o parte mobile. Barele mobile sunt antrenate ntr-o

micare de translaie reversibil ce asigur deplasarea deeurilor precum

i rsturnarea acestora de-a lungul grtarului.

Zonele cele mai importante ale incineratorului i care sunt bine

delimitate sunt:

- zona de uscare i combustie a deeurilor,

11

- zona de post-combustie i rcire a zgurii rezultate n urma

incinerrii deeurilor.

Fiecare zon dispune de un sistem independent de reglare a vitezei

de deplasare a grtarului i respectiv a debitului de aer de combustie.

Barele ce alctuiesc grtarul sunt din font refractar ce conine 18%

crom ceea ce le confer mare rezisten la ocuri termice i la uzur

abraziv.

Aerul de combustie este suflat prin intermediul unor orificii

orizontale dispuse n spatele barelor grtarului. Aceste orificii sunt

situate ntr-o zon de presiune sczut, ceea ce asigur o distribuie

omogen de aer n zona de uscare i combustie a deeurilor.

Incineratorul LAURENT BOUILLET

n cazul acestui tip de incinerator deeurile sunt introduse n

incinerator cu ajutorul unui alimentator i sunt depuse ntr-un tambur

oscilant de form cilindric unde sunt separate. n aceast zon are loc i

un proces de gazeificare parial a deeurilor ca efect al nclzirii

acestora de la gazele calde care circul n contra curent cu deeurile.

Tamburul oscilant realizeaz o deplasare a deeurilor spre zona de

combustie, care are o form conic, aerul pentru combustie este suflat

deasupra stratului de deeuri prin duzele de distribuie a aerului.

Particularitatea acestui incinerator const n faptul c poate trata

att deeurile menajere ct i pe cele industriale.

Gazele rezultate din camera de post-combustie sunt rcite fie prin

intermediul unui schimbtor de cldur, n cazul n care se urmrete

recuperarea energiei termice n urma arderii, fie c gazele sunt rcite

12

prin diluie cu aer rece n cazul n care nu se recupereaz energia

termic, dup care gazele sunt filtrate, epurate i evacuate n atmosfer.

Incineratorul oscilant LAURENT BOUILLENT poate fi construit

ntr-o mare varietate de capaciti de producie cuprinse ntre 1 i 10 t/h.

Fig. 4. Incineratorul oscilant LAURENT BOUILLET

Incineratoare n strat fluidizat

Pentru realizarea unui pat fluidizat este necesar meninerea n

suspensie a particulele solide introduse n cuptor. Meninerea n

suspensie se face cu ajutorul unui curent de gaze calde cu o anumit

presiune i vitez care pot varia ntre dou valori limit, n funcie de

densitatea materialelor granulate.

Stratul fluidizat este un amestec de particule i gaze i are

urmtoarele proprieti:

Stratul fluidizat se comport ca un lichid care fierbe, n sensul c

masa de particule este n permanen strbtut de jos n sus de

bule de gaz.

13

Coeficienii de transmisie a cldurii ntre gaze i particulele solide

sunt foarte mari; se asigura o uniformizare a temperaturii.

Pentru a asigura aprinderea i arderea complet a particulelor

solide din strat este suficient s se sufle aer i s se plaseze o flacr

deasupra stratului.

n cazul n care particulele solide au o putere caloric relativ

redus, insuficient pentru a asigura arderea independent a deeurilor

(n general dac puterea caloric este sub 3600 kJ/kg) se poate introduce

n strat o data cu aerul un combustibil auxiliar lichid, sau unul gazos

(care este preferat) sau crbune mcinat.

Viteza fluidelor trebuie s fie cuprins ntre limite foarte precise

deoarece n caz contrar exist urmtoarele riscuri:

La viteze prea mici stratul granular se depune pe grtar,

La viteze prea mari particulele pot fi antrenate de gaze n afara

stratului de material.

Din punct de vedere teoretic viteza medie a gazelor care sa asigure

suspensia materialului granular depinde de urmtorii factori:

Mrimea particulelor,

Masa lor specific,

Forma particulelor,

Masa specific a combustibilului auxiliar introdus.

Datele de specialitate confirm c toate deeurile menajere

indiferent de umiditate i de puterea caloric pot fi arse ntr-un astfel de

incinerator. n practic se folosesc mai multe tipuri constructive de

incineratoare; dintre cele mai utilizate, amintim:

Incineratoare cu pat fluidizat dens;

14

Incineratoare cu pat fluidizat rotativ (LFR);

Incineratoare cu pat fluidizat circular.

Dintre toate aceste tipuri cel mai modern este cel cu pat fluidizat

rotativ. Patul fluidizat se realizeaz cu ajutorul nisipului aflat n

suspensie n aer. Nisipul se nclzete uor i atinge temperatura de

combustie a deeurilor. Fiecare granul de nisip are diametrul mediu de

aproximativ 1 mm. Granula de nisip particip la formarea suprafeei

termice de contact, fapt ce mrete enorm suprafaa de schimb de

cldur spre granulele de deeuri care ard rapid i cu o mare eficacitate

termic. Datorit efectului cldurii degajate n urma reaciei de

combustie nisipul rmne fierbinte i astfel se poate elimina folosirea

combustibilului de adaos folosit n cazul deeurilor cu putere calorific

mic.

Procedeul utilizat cu pat fluidizat rotativ cu recuperare de energie

presupune mrunirea deeurilor n prealabil la dimensiuni mai mici de

300 mm. Aerul primar este folosit pentru fluidizarea nisipului, iar aerul

secundar este introdus n camera de post-combustie pentru creterea

turbulenei i pentru a finaliza combustia.

15

Fig. 5. Instalaia de incinerare n strat fluidizat

Acest procedeu de incinerare funcioneaz destul de bine i n

cazul deeurilor menajere cu un coninut ridicat de umiditate i putere

caloric mai sczut i se poate recomanda pentru viitoarele centrale de

incinerare a deeurilor menajere din Romnia.

Aceast tehnologie de incinerare este superioar tehnologiilor de

incinerare clasice pentru c asigur un randament de ardere foarte bun i

nu este pretenioas din punct de vedere al calitii deeurilor menajere.