Megnövelt hatékonyságú feldolgozási és energetikai hasznosítási célú komplex technológiák kifejlesztése a települési szilárd hulladékokhoz
Pályázati azonosító:
2019-1.1.1-PIACI-KFI-2019-00200
Támogató:
Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal (NKFIH)
Futamidő:
2020. január 1. - 2022. december 31.
Témavezető (BME):
Dr. Pölöskei Kornél
Résztvevő kutatók (BME):
Dr. Pölöskei Kornél
Dr. Bárány Tamás
Konzorciumi partnerek (BME):
3B Hungária Kft. (Konzorciumvezető)
BME GPK Áramlástan Tanszék (BME témavezető)
BME GPK Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék
SAJTÓKÖZLEMÉNY (PROJEKTKEZDÉS)
Pályázat összefoglalója
Csak Magyarországon évente 2,7 millió tonna vegyes települési szilárd hulladék keletkezik, amely jelentős részben lerakásra kerül. A
Világbank adatai szerint pedig a Földön évente több mint 2 milliárd tonna települési szilárd hulladék (TSZH) keletkezik (0,75
kg/fő/nap), és ez a mennyiség egyre csak nő: 2050-re már évi 3,4 milliárd tonnát valószínűsítenek. A meglévő üzemekben
feldolgozott, jelentős energiatartalmú másodtüzelőanyag-frakciók hasznosítására nincs elég kapacitás, mely tovább rontja a hazai
helyzetet. A nemzetközi piacon szintén van igény olyan vegyesen begyűjtött települési szilárd hulladék (VTSZH, = háztartási
hulladék) feldolgozó rendszerekre, amelyek képesek rugalmasan alkalmazkodni az akár országonként is jelentősen eltérő hulladékösszetételhez,
melyet a szelektív gyűjtési gyakorlat időbeli változása tovább bonyolít a VTSZH-ba kerülő csomagolóanyagok
tekintetében. A VTSZH másodtüzelőanyagként történő energetikai hasznosítása számos feldolgozási lépést igényel: aprítás, szitálás,
mágneses és nem mágneses fémek leválasztása, inert összetevők elkülönítése, nem kívánt anyagok (pl. PVC) szeparációja. A
hulladékfeldolgozás során probléma, ha a hulladék anyaga és halmazállapota inhomogén. Ekkor a feldolgozás legelső lépéseként
azokat szét kell válogatni. Ha a sokféle anyag együttesen kerülne bálázásra a hulladékfeldolgozás során, akkor lehetetlen volna
újrahasznosítani. A szétválogatás rendkívül nagy energia-, illetve élőmunka-igényű, és jelenleg csak akkor érheti meg, ha a
szétválogatandó anyagok kellően nagy értékkel bírnak – homogén formában – az érintett feldolgozóipar számára. Olyan technológiát
fejlesztünk, ami kielégíti a kör-körös gazdaság, a lokális energetikai hasznosítás, valamint az EU lerakási elvárásait. A fejlesztés 3
kiemelt területe: 1)A beérkező hulladék automatizált szétválogatása: továbbfejlesztjük a hulladék egyes komponenseit célirányosan
szétválogató, sűrűség szerinti – légtechnikai elvű – osztályozást is magában foglaló szeparátor-technikát. Növeljük a szeparátor
feldolgozó kapacitását, fokozzuk az osztályozás pontosságát. Megoldjuk a légtechnikai osztályozásban felhasznált levegő szűrését, és
ez által elkerüljük a kiporzást. Az osztályozási folyamatot a kritikus pontokon az Ipar 4.0 stratégia irányait követő szenzorokkal látjuk
el, így pontosítva a gép működését, szabályozhatóságát. A továbbfejlesztett szeparátor-technika révén hatékonyan kiválasztjuk a
hulladékból a gazdaságba másodnyersanyagként visszaforgatható anyagokat. 2)A másodnyersanyagként visszaforgatható anyagok
kiválasztása után visszamaradó hulladékból, annak szárítása után, szilárd másodtüzelőanyagot tervezünk előállítani. Kidolgozzuk a
hulladék szárításának technológiáját, az elérhető leghatékonyabb energia-felhasználási mutatókkal. 3)A szilárd másodtüzelőanyagból
pedig termikus eljárással alapvetően nagyfűtőértékű gázt nyerünk ki, amelynek felhasználásával egyrészt a távhő-rendszerekben
való hasznosításra hőt, másrészt villamos áramot termelünk. Megoldjuk a gáz és a salak kezelését. A termikus eljárást úgy fejlesztjük
tovább, hogy a jelenlegi feldolgozó kapacitást nagyságrendileg megnöveljük nagyobb települések megbízható kiszolgálása
érdekében. A konzorciumvezető jelentős tapasztalatokkal rendelkezik hulladék feldolgozó üzemek létesítésében és fejlesztésében. Az
első válogatóművet Magyarországon 2001-ben építette. Az ezt követő 2001-2014 időszakban 64 db hulladékfeldolgozó üzemet
valósított meg, majd pedig 5 VTSZH előkészítő üzembe szállított technológiát. A 3BH konzorciális projekt-partnere a Budapesti
Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem. A BME együttműködő tanszékei ipar által is elismert szakmai tudással, laboratóriumi
infrastruktúrával rendelkeznek az alkalmazott folyamattechnika, méréstechnika és anyagtudomány területein. A BME hiánypótló
módon támogatja a projekt céljait a szeparátor-technika, a szárítás-technika, és a hulladékfeldolgozásból adódó tüzelőanyagot
hasznosító hő- és villamos energiatermelés terén.
Pályázat eredményei
1. munkaszakasz
2020. január 1. - 2020. december 31.
Energiafolyam diagramokat, energiamérlegeket dolgoztunk ki az RDF-ben rejlő energetikai potenciál értékelésére, a hasznosítás különféle gépészeti megoldásváltozataira, tekintetbe véve a melléktermék-hasznosítást is. Értékeltük a különféle megoldásváltozatokhoz kapcsolódó környezetterhelést, a károsanyag-kibocsátásra vonatkozó mérési igényt, különös tekintettel a pirolizálásra. Numerikus hő- és áramlástani modellezéssel feltártuk a pirolízis-reaktor belsejében lejátszódó folyamatok részleteit, és elvégeztük a hőközvetítő közegként alkalmazandó acélgolyó-sokaság hatásvizsgálatát. Reprezentatív RDF mintákon előkísérleteket végeztünk, melyek hozzájárulnak a jövőbeli pirolízis-üzem megtervezéséhez. Modelleztük az RDF kémiai átalakulását. Megalapoztuk a pirolízis-reaktor numerikus modellezésen alapuló üzemviteli optimalizálását.
Hulladékokon előkísérleteket végeztünk a fizikai jellemzők meghatározására. Numerikus áramlástani modellezést végeztünk a légtechnikai szeparáció részleteinek feltárására és hatékonyságnövelésére, különös tekintettel az újdonságtartalmú részletekre. A modellezés alapján javaslatot tettünk a résfúvóka sebességeloszlásának egyenletesítésére. A 2D termék / levegő elválasztást jelenleg szolgáló nagyméretű ülepítőkamra kiváltására két alternatív koncepciót alkottunk: vákuumszalagos illetve forgócellás technológia. Ezek SWOT szemszögű elemzésére kísérleti berendezéseket terveztünk, készítettünk és üzemeltettünk, amely eredményei nyomán a vákuumszalagos technológiát választottuk. Többszintű tervezési, valamint beszerzési munkafázisok alapján az új 5F kísérleti szeparátor-berendezés gyártása jelenleg folyik.
A szárítási koncepció megalapozására infrás, valamint légszárításos előkísérleteket végeztünk. Döntést hoztunk a légszárítási koncepció mellett. A kísérletek, valamint elméleti megfontolások, alapszámítások, empirikus összefüggések alapján elvégeztük a szárító berendezés koncepcionális és részlettervezését.
2. munkaszakasz
2021. január 1. - 2021. december 31.
A második mérföldkő feladatait, mint a csiga paramétereinek, üzemvitelének a részletes vizsgálata szimulációk segítségével, az előremutató mérési eredmények és üzemviteli tapasztalatok alapján beláttuk, hogy a keletkező pirolízisgáz a jelenlegi reaktorban az atmoszférikus viszonyokhoz képest megfelelő, a rendszer fejlesztésével számottevő javulás nem érhető el. A keletkező pirolíziskoksz hőtartalmát hasznosítani a 3BH jelenlegi berendezésszintű tervei alapján nem lehet, ehhez elgázosító szükséges. A gázégő által kibocsátott füstgáz károsanyag kibocsátása túlzó, mely nem felel meg semmilyen érvényes hazai és európai kibocsátási szabályozásnak. Az említett szimulációs eszköztárunk segítségével beláttuk, hogy a jelenleginél hatékonyabb, kifejezetten alacsony károsanyag kibocsátású égőrendszer készíthető, a gyártáshoz szükséges fő geometriai méreteket a 3BH-nak átadtuk. Így csak olyan komponensek leválasztására kell koncentrálni, melyek tökéletes égés esetén is keletkeznek, tehát az adott szennyezőanyagok az égéssel megsemmisülnek, illetve a nem megfelelő égés miatt nem keletkeznek.
A 3BH döntést hozott az ülepítőkamrás technika mellett. A kísérletek alapján számszerű irányelveket, empirikus adatokat származtattunk és működtetési tapasztalatokat gyűjtöttünk az üzemi 5F szeparátor berendezés légtechnikai kialakításához, a következő szempontokból: ülepítőkamra méret, befúvás és elszívás légtechnikai jellemzői, fúvóka-állásszög, szabályozási tartományok. Tapasztalataink alapján előkészítettük az üzemi 5F berendezés légtechnikai tervezését.
RDF specifikus számszerű adatokat gyűjtöttünk, és működési tapasztalatokat szereztünk az üzemi RDF szalagos szárító berendezés kialakításának megalapozására, melyet a 3BH rédleres konstrukcióban fog legyártani.
3. munkaszakasz
2022. január 1. - 2022. december 31.
A pirolízisreaktor teljesítményének javítása kettős célt szolgált. Az első a gázkihozatal növelése, mely magasabb üzemi hőmérsékletet tesz lehetővé. Az alkalmazott acélváz azonban az RDF-ből származó korrozív anyagok és a magas hőmérséklet miatt eredeti integritását nem tudta megtartani. Következtetésképp a szokásos hőtechnikai szempontokat meghaladó minőségű acélszerkezet szükséges azokra a helyekre, ami érintkezik RDF-fel. A reaktor hosszát megnöveltük, azonban ennek a vártnál jelentősen kisebb hatása volt az üzemvitelre. A korábban tervezett 200 kg/h RDF terhelés a kísérletek során nem tudott megvalósulni, melynek oka a technológia nemlineáris skálázódása. Mivel nem csak a reaktortérfogat növelése, hanem a fűtött felület növelése is szükséges, így az a következtetés született, hogy a nagyobb terhelést igénylő piaci hasznosításban többcsigás megoldást lesz szükséges alkalmazni, vagy több egységet kell párhuzamosan alkalmazni. Az egyenletes gáztermelés több reaktor esetén egy puffertartályt és visszacsapó szelepeket igényel. A legjobb hatásfokú energiatermelési megoldás gázmotor alkalmazásával érhető el, azonban ez esetben gondoskodni kell a gáztisztításról.
Az 5F szeparátor berendezéssel kapcsolatban elvégeztük a következő munkafázisokat: részvétel az üzemi kísérletek „B” ütemében a tényleges ipari üzem modellezésére, az üzemet minősítő számszerű adatok származtatására; befuvó oldali alkatelemek és az alkalmazott technológiai megoldások továbbfejlesztésében, véglegesítésében való részvétel; a Coanda-dob utáni légáramból történő termék-leválasztás ipari körülmények között releváns módjának kidolgozása: mérsékelt méretű ülepítőkamra célzott elszívással; a piacra vitelt megalapozó koncepció kidolgozásában való részvétel a légtechnikai műszerezés, szabályzás tekintetében.
Megvalósult az ipari alkalmazást megalapozó szárítási koncepcióterv; alternatív megoldások megvizsgálása; szárítási technológia kifejlesztése, az ipari alkalmazást megalapozó módon.
© 2014 BME Polimertechnika Tanszék - Készítette: Dr. Romhány Gábor