1. Procesbeschrijving
1.1. Inleiding
De roosteroven is de meest gebruikte en meest klassieke verbrandingsinstallatie voor vast ongevaarlijk afval. De techniek wordt wereldwijd gebruikt voor de verbranding van huishoudelijk en niet gevaarlijk bedrijfsafval. In Vlaanderen bestaan de verbrandingsinstallaties voor huishoudelijk en niet-gevaarlijk bedrijfsafval allen uit een roosteroven. Het Vlaams Gewest telde in 2013 11 zulke verbrandingsinstallaties. Bij de 11 installaties gaat het om 8 intercommunaal uitgebate installaties en drie privéinstallaties (nv DALKIA te Knokke-Heist, nv INDAVER te Beveren en de Biostoom-installatie van BIONERGA nv in Oostende) (OVAM, 2014). Naast huishoudelijk afval wordt hier ook bedrijfsafval (en in mindere mate ook slib en niet risico-houdend medisch afval) verwerkt. In de roosteroven van BIONERGA (Biostoomcentrale) wordt biomassa-afval verwerkt.
Tabel 1 geeft een overzicht van de capaciteit van de 10 installaties en de aanvoer van afval in 2012. De totale theoretische verbrandingscapaciteit in Vlaamse huisvuilverbrandingsinstallaties bij een stookwaarde van 10 GJ/ton bedroeg in 2012 1 300 000 ton. Er werd in de 10 verbrandingsinstallaties 1 217 103 ton verbrand, zijnde 94 % van de theoretische capaciteit (OVAM, 2013).
Tabel 1. Aanvoer en capaciteit van de roosterovens (OVAM, 2013).
|
Installatie |
Capaciteit bij 10 GJ/ton (ton) |
Aanvoer (ton/jaar) |
% benutte capaciteit |
|---|---|---|---|
|
IVAGO, Gent |
99 500 |
101 261 |
102 |
|
IMOG, Harelbeke |
84 000 |
62 254 |
74 |
|
INDAVER, Beveren |
382 000 |
404 211 |
106 |
|
ISVAG, Wilrijk |
158 000 |
132 498 |
84 |
|
IVBO, Brugge |
206 500 |
156 377 |
76 |
|
IVM, Eeklo |
104 000 |
100 947 |
97 |
|
IVOO, Oostende |
77 000 |
64 315 |
84 |
|
MIROM, Roeselare |
68 000 |
65 835 |
97 |
|
DALKIA, Knokke-Heist |
33 000 |
33 670 |
102 |
|
BIONERGA, Houthalen-Helchteren |
89 000 |
95 936 |
108 |
|
BIONERGA Biostoom, Oostende |
180 000 |
153 810 |
85 |
|
Totaal |
1 480 000 |
1 370 913 |
93 |
1.2. Werkingsprincipe
Zoals in alle verbrandingsprocessen, wordt bij verwerking in een roosteroven de organische fractie van het afval bij hoge temperatuur en onder toevoeging van een overmaat lucht geoxideerd tot CO2 en water, met vrijgave van de verbrandingswarmte. Indien hetero-atomen zoals Cl, S en N aanwezig zijn, worden deze voornamelijk omgezet in gasvormig HCl, SOx en NOx.
De calorische waarde van de input kan variëren van 8-16 MJ/kg. Hoog calorisch vast afval (hout, papier, kunststoffen, ...) kan daarom enkel verwerkt worden na bijmenging van laag calorisch afval (slibs, plantaardig afval, ...). Verkleining van het afval kan worden opgelegd (bv. 60x60x60 cm).
Het afval wordt via een voedingstrechter in de oven gebracht. Specifiek voor een roosteroven is dat de toevoer niet via een kleppensysteem verloopt. Het afval zelf, dat in de trechter aanwezig is, sluit de oven af en zorgt er op die manier voor dat een onderdruk gehandhaafd kan worden en dat vlamterugslag voorkomen wordt. Een kleppensysteem is aanwezig, maar dit wordt enkel gebruikt bij het opwarmen van de oven tijdens de opstartfase en in noodsituaties.
De trechter stort het afval op een tafel, vanwaar het door een hydraulisch duwsysteemop het (lucht- of watergekoeld) verbrandingsrooster geduwd wordt. Op het rooster vindt de eigenlijke verbranding plaats. Hierbij worden 4 fases doorlopen. In een 1ste fase droogt het afval, in een 2de fase vindt vergassing plaats. Vervolgens ontvlammen de vervluchtigde koolwaterstoffen. Op het einde van het rooster brandt de asrest uit. Het verbrandingsrooster zorgt voor het transport van de vaste stoffen door de oven, meestal door middel van bewegende tegels. Dit verbrandingsrooster bestaat meestal uit een hellend rooster (bv. 6-30°). Een walsenrooster, waarbij geperforeerde cilinders in de voortgangsrichting draaien of een horizontaal rooster, waarbij enkel de beweging van de tegels zorgt voor het transport van het afval, zijn mogelijke varianten.
Onder het rooster zijn trechters opgesteld, voor opvang van de roosterdoorval. Daarnaast wordt de primaire verbrandingslucht via de trechters toegevoerd. De toevoer (bv. smoor- of regelkleppen) kan per trechter gestuurd worden, aan de hand van temperatuurmetingen die boven het rooster worden uitgevoerd. Hierbij wordt naar een compromis gezocht tussen een goede uitbrand en een daling van de rookgastemperatuur door te sterke verdunning.
De rookgassen worden door een naverbrandingskamer gevoerd, waar secundaire verbrandingslucht wordt toegevoerd. De warmte wordt uit de rookgassen gerecupereerd door middel van een stoomketel. De stoomketel is sterk in de roosteroven geïntegreerd, om een maximaal thermisch rendement te bereiken. De oventemperatuur wordt algemeen tussen 850-1050 °C gehouden. In de stoomketel wordt typisch oververhitte stoom van 400 °C geproduceerd.
Rookgassen worden vervolgens door allerlei nageschakelde technieken gezuiverd voor ze via de schouw worden geëmitteerd.
Figuur 1. Schematische weergave van een roosteroven (incl. stoomproductie en rookgasreiniging) (EEA, 2013).
1.3. Energierecuperatie
De roosterovens maken gebruik van energierecuperatie, door middel van een stoomketel. De rookgassen worden in de stoomketel gekoeld van 1.000 °C tot ongeveer 250 °C. Hierdoor kan tot ca. 72-88 % van de calorische waarde van het huishoudelijk afval gerecupereerd worden. Door de warmte die vrijkomt van de koeling van de rookgassen in de stoomketels, wordt het voedingswater omgezet in stoom. De stoom wordt meestal gebruikt voor elektriciteitsproductie aan de hand van een stoomturbine. Deze elektriciteit dient deels voor eigen behoeften, maar wordt voornamelijk op het elektriciteitsnet geplaatst. De vrijgekomen energie kan echter ook ingezet worden als proceswarmte voor eigen behoefte of als stoom of warm water voor externe afnemers.
1.4. Rookgasreiniging
Een belangrijk onderdeel van een verbrandingsinstallatie is de rookgasreiniging. Voordat de rookgassen worden geëmitteerd dienen deze te worden gezuiverd om aan de geldende emissiegrenswaarden te voldoen. De zuivering van de rookgassen gebeurt steeds in verschillende stappen. De opeenvolging van de luchtzuiveringstechnieken kan verschillen tussen de verbrandingsinstallaties, waaronder bijvoorbeeld:
- Halfnatte zuurverwijderingstrap: sproeireactor met injectie van kalkmelk, voor de verwijdering van zure componenten (SO2, HCl, ...);
- Elektrostatische stofafscheiding
- Actief kool-injectie: voor de verwijdering van dioxines, furanen en kwik;
- Doekfilter/mouwenfilter: voor verwijdering van stof, het kalkresidu en de actief kool;
- Een katalytische of een niet-katalytische reductie: voor de verwijdering van NOx.
Eventueel wordt de zuivering aangevuld met een natte gaswassing, voor verdere verwijdering van zure componenten.
Voor een technische beschrijving van deze technieken verwijzen we naar LUSS-tool (luchtzuiveringstechnieken) op de EMIS website.
2. Milieuaspecten en energie
Afvalwater kan onder meer ontstaan bij de zuivering van de rookgassen of in de vorm van ketelvoedingswater. De hoeveelheid en de kwaliteit hangen af van de gebruikte techniek. Vaak is het mogelijk het afvalwater te hergebruiken in het zuiveringsproces, bv. voor de aanmaak van kalkmelk, of als bluswater in de ontslakker, waardoor de installatie lozingsvrij kan functioneren. Afhankelijk van de bron van het afvalwater dient er een fysico-chemische afvalwaterzuiveringsinstallatie voorzien te worden.
Bij de verbranding ontstaan een aantal vaste afvalstoffen: bodem- en vliegassen en het residu van de rookgasreiniging. De bodemassen en vliegassen bevatten het grootste deel van de inerten en metalen, die in het afval aanwezig zijn. Het gehalte hangt af van de samenstelling van de asrest van het afval (laag voor hout, sterk variërend voor kunststoffen). Bij huisvuilverbrandingsinstallaties maken de bodemassen gemiddeld 10% van het volume en 20-30% van het gewicht van de afvalstoffen uit. De hoeveelheden vliegas zijn veel kleiner, meestal slechts enkele percenten (1-5 massa %). Deze verhoudingen zijn sterk afhankelijk van het type afval en het verbrandingsproces (EIPPCB, 2006). Vliegassen worden, na immobilisatie, gestort. Bodemassen kunnen verder opgewerkt worden. Dit houdt in dat ze door een opeenvolging van breek-, was- en zeefprocessen in maximaal valoriseerbare fracties gescheiden worden. In de praktijk gaat het om ferro- en non ferro-metalen (recyclage), een fijne fractie (storten) en een grove fractie (recyclage als bouwstof). Zoniet worden de bodemassen gestort.
Verbranding genereert inherent rookgassen. De rookgaskarakteristieken hangen samen met het type afval en met de processturing. Stoffen die vrijkomen bij de verbranding van afval zijn bv. CO, SO2, NOx, fijn stof, HCl, zware metalen, dioxines, PAK’s. Bij het exploiteren van een roosteroven wordt vooral gestreefd naar een stabiele thermische werking. Naast praktische problemen, kunnen temperatuurpieken immers aanleiding geven tot verhoging van de NOx-concentraties. Een te lage verwerkingstemperatuur kan daarentegen leiden tot onvolledige verbranding.
De rookgassen dienen steeds, in functie van de emissiegrenswaarden, gezuiverd te worden. Verschillende technieken en combinaties worden in de praktijk toegepast. De meest voorkomende technieken zijn bijvoorbeeld: een halfnatte zuurverwijderingstrap, droge rookgasreiniging, actief kool-injectie, doekfilter/mouwenfilter, selectieve katalytische reductie. Eventueel wordt de zuivering aangevuld met een natte gaswassing, voor verdere verwijdering van zure componenten. Voor een technische beschrijving van deze technieken verwijzen we naar LUSS-tool (luchtzuiveringstechnieken) op de EMIS website.
3. Kosten
Het tarief voor de verbranding van “huisvuil, grofvuil en gemeentevuil” bedroeg in 2012 gemiddeld 105,92 EUR/ton, variërend van 78 tot 142 EUR/ton. Voor huishoudelijke afvalstoffen die verbrand worden in een installatie van een intergemeentelijke vereniging zijn 2 soorten tarieven te onderscheiden, met name het tarief voor de gemeenten die vennoot zijn van de intergemeentelijke vereniging, en dat voor de gemeenten die niet tot de intergemeentelijke vereniging behoren (OVAM, 2013). Figuur 2 geeft de evolutie weer van de tarieven voor huishoudelijke afvalstoffen in verbrandingsinstallaties voor huishoudelijke afvalstoffen.
Figuur 2. Tariefevolutie voor huishoudelijke afvalstoffen in verbrandingsinstallaties voor huishoudelijke afvalstoffen (OVAM, 2013).
Binnen de verbrandingstarieven voor bedrijfsafvalstoffen onderscheidt men tarieven voor laagcalorisch afval, hoogcalorisch afval, tarieven voor vast, niet risico-houdend medisch afval, waterzuiveringsslibs en recyclageresidu's. Dit tariefverschil wordt door de exploitant zelf gehanteerd. Het gehanteerde tarief is o.a. afhankelijk van de aard, samenstelling, verontreiniging, uniformiteit, calorische waarde en hoeveelheid van het aangeboden afval.
4. Referenties
- EEA, 2013. Fact Sheet – Incineration of hazardous waste (draft). European Environment Agency.
- EIPPCB, 2006. Best Available Techniques Reference Document on Waste Incineration. European IPPC Bureau.
- OVAM, 2006. Inventaris van de Vlaamse afvalverbrandingssector.
- OVAM, 2013. Tarieven en capaciteiten voor storten en verbranden - Actualisatie tot 2012.