نيروگاه زباله سوز

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق:

نيروگاه زباله سوز

زباله سوزي روشي جهت دفع بهداشتي زباله است . آناليز زباله هاي شهري و برآورد ارزش گرمايي آن و تعيين دماي شعله از موضوعات مورد بحث در اين مقاله هستند. در پايان تعيين آرايش يك نيروگاه زباله سوز نمونه و نحوه طراحي اجزاي مختلف آن از ديدگاه زيست محيطي و هم چنين بررسي اقتصادي آن انجام گرفته و نتايج ارائه شده است .

ازدياد حجم زباله هاي شهري و افزايش مشكلات دفع آن و همچنين كمبود زمين مناسب جهت دفن و مسائل زيست محيطي مبتلا به سبب رويكرد به روش زباله سوزي در جهان امروز شده است . نخستين بار در سال 1870 كشور انگلستان مبادرت به ساختن اولين كارخانه زباله سوز نمود . پس از آن كشورهاي ديگر از انرژي حاصل از سوزاندن زباله در موارد مختلف استفاده نموده اند . در كشور ما نيز براساس برآوردهاي انجام شده درحال حاضر روزانه حدود هفت هزار تن زباله شهري درتهران ، هزار و سيصد تن در مشهد و هزار و صد تن در شيراز و حدود هزار تن در اصفهان توليد مي شود ، اين حجم كلان زبالهها علاوه بر اثرات سوء زيست محيطي ، مشكلات شهرداري ها و مراكز بهداشتي را بدنبال دارد . نيروگاه زباله سوز به عنوان يك روش كارا در دفع بهداشتي زباله است و از سوي ديگر مولد انرژي مي باشد.

1- تركيب انرژي حرارتي زباله

زباله را مي توان به سه گروه زباله هاي شهري ، صنعتي و خطرناك تقسيم كرد . زباله هاي شهري را پسماند مواد غذايي ، كاغذ ، شيشه ، فلز و ضايعات ساختماني تشكيل مي دهند . از نقطه نظر ارزش حرارتي مي توان در تركيب زباله سه مشخصه در صد مواد قابل احتراق ، رطوبت و مواد غير قابل احتراق را در نظر گرفت . جدول (1) به عنوان نمونه با مقادير درصد جرمي اجزاي زباله شهري تهران را نشان مي دهد .

جدول (2)...... نيز مقادير جرمي تركيبات شيميايي زباله شهري تهران بر اساس 100Kg نمونه را نشان مي دهد . بر اين مبنا و با توجه به آنتالپي احتراق عناصر شيميايي ، مي توان ارزش حرارتي تقريبي زباله شهري را محاسبه كرد . محاسبات انجام گرفته نشان مي دهد كه ارزش حرارتي تقريبي زباله شهر تهران برابر با 8700 كيلوژول بر كيلوگرم است كه در مقايسه با زباله شهري كاليفرنيا كه برابر 13546 كيلوژول بر كيلوگرم مي باشد بمراتب كمتر خواهد بود . دليل عمده اين تفاوت ميزان رطوبت زباله شهري تهران مي باشد كه در حدود 5/2 برابر بيش از نمونه ياد شده است . مقادير اشاره شده نتيجه محاسبات انجام گرفته در مورد تعيين فرمول شيميايي زباله شهري تهران و با توجه به آناليز كمي انجام گرفته بر روي نمونه هاي آماري نتيجه شده مي باشد .

جدول (1) – مقايسه مقادير درصد جرمي اجزاي زباله شهري در تهران و كاليفرنيا ]2و3[

نوع مواد
درصد جرمي
تهران
كاليفرنيا
مواد قابل تبديل آلي
75-60
27
كاغذ و مقوا
14-8
50-40
پلاستيك
7-4
12-10
شيشه
4-2
3-1
منسوجات
4-2
4-2
چوب
3-1
7-4
فلزات
3-1
7-4
ساير مواد
4-1
4-1

جدول (2) - مقادير جرمی تركيبات شيميايي زباله شهري در تهران بر اساس100kg نمونه ( بر حسب كيلوگرم) ] 2[
مواد تشكيل دهنده زباله
جرم مرطوب
جرم خشك
كربن
هيدروژن
اكسيژن
نيتروژن
گوگرد
خاكستر

مواد قابل تبديل آلي
75
5/22
8/10
42/1
46/8
585/0
09/0
125/1
كاغذ و مقوا
11
45/10
59/4
616/0
66/4
03/0
02/0
522/0
پلاستيك
6
88/5
52/3
412/0
34/1
-
-
588/0
منسوجات
3
7/2
48/1
178/0
84/0
124/0
004/0
064/0
استخوان
3
55/2
23/1
165/0
95/0
056/0
0076/0
0127/0
چوب
2
6/1
79/0
096/0
915/0
0032/0
0016/0
024/0
جمع
100
68/45
41/22
915/9
94/16
798/1
123/0
45/2

با توجه به بالانس حرارتي ، ارزش حرارتي زباله و نرخ احتراق مي توان دماي محصولات احتراق را تعيين نمود . محاسبات نشان مي دهد كه محصولات احتراق زباله نمونه شهر تهران در محفظه احتراق برابر F 1275 ( 690 درجه سانتيگراد ) مي باشد .

2- نوع كوه زباله سوز

اصولاً از آنجاييكه احتراق يك پديده آني نيست ، فضاي كافي دركوره بايستي اجازه اقامت لازم جهت احتراق كامل را به سوخت و گازهاي قابل احتراق بدهد . اين فاكتوربا عنوان ” زمان اقامت ” ناميده مي شود و تابعي از دماي كوره و درجه توربولانس مي باشد. فاكتور توربولانس بيانگر رابطه فيزيكي سوخت و هوا در كوره است . نوع كوره براي زباله سوز غالباً با توجه به نوع شبكه بارگذاري آن انتخاب مي شود . به عبارت ديگر در صورت استفاده از شبكه بارگذاري متحرك آزادي بيشتري در آرايش كوره وجود دارد . كوره هاي زباله سوز چند محفظه اي غالباً به دو نوع عمده خطي و ديگي تقسيم
مي شوند .

جهت احتراق كامل و كاهش ذرات ناشي از احتراق از زباله سوز چند محفظه اي استفاده مي گردد. محفظه اوليه به منظور احتراق زباله جامد بكار ميرود . محفظه ثانويه جهت تضمين زمان اقامت كافي و احياناً تزريق سوخت اضافي به منظور احتراق كامل گازهاي نسوخته و باقيمانده قابل احتراق توليد شده درمحفظه اوليه در نظر گرفته شده است . كوره ديگي يك
زباله سوز مكعبي فشرده با بافلهاي چند گانه داخلي است . بافلها امكان چرخش 90درجه به گاز را در هر دو جهت عمودي و افقي مي دهند و در هر چرخش مقداري از خاكسترته نشين مي شود .

محفظه اوليه داراي شبكه براي بارگذاري زباله و منفذ جمع آوري خاكسترمي باشد . كوره با سيستم خطي معمولاً براي ظرفيتهاي بالاتر بكار مي روند . جريان گاز در آنها در طول زباله سوز مي باشد و تنها تغيير جهت به صورت عمودي دارد . غالباً در زباله سوز خطي از گاز طبيعي به عنوان سوخت كمكي استفاده مي شود . زباله روي شبكه بار مي شود كه مي تواند ثابت يا متحرك باشد در سيستم طراحي شده ، زباله سوز نوع خطي با شبكه بارگذاري اتوماتيك مد نظر مي باشد . سوخت اضافي مشعلها در محفظه اوليه به منظور اشتعال بكار ميرود در حالي كه در محفظه ثانويه سوخت مشعل جهت تأمين حرارت لازم براي سوختن كامل ذرات احتراق پذير ميباشد . كنترل دماي كوره توسط كنترل هواي اضافي و ياانتقال حرارت مستقيم بوسيله افزودن مواد جاذب حرارت درون كوره Spray water ) ) صورت مي گيرد . 70 % ازهواي وارد شده به سيستم بايستي به محفظه اوليه به عنوان هواي روي شعله ، 10 % به عنوان هواي زير شعله و 20% براي محفظه ثانويه مصرف گردد .

بارگذاري سطح شبكه در حدود ,Lb/hr.ft2 90-60 و نرخ احتراق در حدود Lb/hr 4 به ازاي حجم كوره خواهد بود . جرم ذرات معلق توليدي حدود 20% جرم زباله ورودي و حرارت جذب شده در ديواره هاي كوره 3% حرارت ورودي اختيار شده است .

جدول (3) – موازنه جرمي زباله سوز ( بر اساسLb 100 زباله ورودي )

ورودي

خروجي
زباله

دي اكسيد كربن

2/82
مواد قابل احتراق

هوا

سلولز
1/12

اكسيژن
64

روغن چربي
26
1/38
نيتروژن
553
7/6
رطوبت

3/54
رطوبت

ساير مواد غير قابل احتراق

4/6
زباله
3/54

جمع

100
حاصل از سوختن سلولز
325/8

هواي كلي

حاصل از سوختن هيدروژن
1/26

اكسيژن
147

در هوا
24/9

نيتروژن
553
700
آب پسماند
5
103
رطوبت در هوا

غير قابل احتراق

6/6
آب پسماند

5
غير قابل محاسبه

5
جمع كل 5/814

جمع كل 5/814

جدول (4) – موازنه حرارتي كوره براي زباله حرارت ورودي (Btu )
زباله
100
395000
رطوبت هوا
1050×24/9
9702
جمع

404702

حرارت خروجي(Btu )
حرارت گاز خشك 320×4/734
234080
حرارت در بخار آب (48-1680) 103
168100
حرارت ذرات معلق (80-1500) 25/0×2
710
حرارت درمانده (80-180) 25/0×7
175
حرارت ديواره هاي كوره (3% حرارت ورودي)
12141
غير قابل محاسبه
396
جمع
404702

جهت كنترل دماي كوره از طريق پاشيدن آب در محفظه پاشش بايستي با توجه به دماي درنظر گرفته شده براي دود خروجي ميزان آب رامحاسبه كرد . جدول (5). ميزان آب مورد نياز جهت كنترل دماي خروجي F600 را نشان مي دهد .

جدول (5) – موازنه حرارتي براي محفظه اسپري آب
ورودي در1275 درجه
حرارت گاز خشك
234080
حرارت بخار آب
168100
حرارت در ذرات معلق
710
برآورده نشده
396
جمع
403286
خروجيF 600

حرارت گاز خشك
64080
حرارت رطوبت هواي نشتي
1400
حرارت دفع شده از ديوار
12141
حرارت تبخير آب
29566
جمع
403286

Lb 299 = 48 - 1335/295665Total Moistate =

4- كنترل آلودگي و حذف ذرات

در طراحي يك زباله سوز شرايط مناسب جهت تخليه محصولات احتراق به اتمسفر بايستي در نظر گرفته شود . گازهاي حاصل از احتراق شامل مقاديري ذرات معلق مي باشد كه به منظور آلودگي بايستي بخش اعظم آن حذف گردد . كنترل آلودگي در كوره تابع تركيب زباله ، نرخ و شيوه بارگذاري ، نوع كوره ، شرايط مشعل و هواي اضافي مي باشد . مهمترين آلودگي زباله سوزها در تخليه به هوا ذرات كليريدها و سولفور اكسيد ميباشد . هم چنين Nox , Cox را نيز بايستي در طراحي سيستم های كنترل آلودگي مد نظر داشت . توزيع و ميزان ذرات معلق براي يك كوره زباله سوز چند محفظه اي در جدول (6) قبل از كنترل ارائه شده است . محدوده استاندارد قابل قبول از نظر زيست محيطي نشر ذرات تا Lb 85/0 به ازاي هر Lb 1000 گاز خروجي و يا Lb 6 به ازاي هر Lb 1000 زباله ورودي به كوره مي باشد .

جدول(6) – توزيع ذرات معلق در محصولات احتراق زباله سوز نمونه (tons/day 250 )
درصد وزني كوچكتر از سايز مشخصه
توزيع ذرات (µ)
4/40
30
6/34
20
1/31
15
8/26
10
8/24
8
3/22
6
2/19
4
6/14
2

دو روش عمده جهت حذف ذرات و آلوده كننده ها ازمحصولات احتراق خروجي روش مرطوب و خشك مي باشد . در روش مرطوب از ديواره بافلدار و مرطوب و هم چنين از ..... HEPA و يا .....هاي كميته اي استفاده مي شود در حاليكه روش خشك شامل استفاده ازسايكلون ياروش الكتروستانيك مي گردد و لازمه آن كاهش دماي گاز ورودي تا دماهاي زير F 600 ميباشد . هرچند در عمل تركيبي از اين دو، مورد استفاده قرار مي گيرد .

5 – بازيابي حرارت بصورت بخار يا الكتريسيته

در مولد هاي بخار بازياب براي حداكثر كردن توان بازيابي انرژي ، از دو يا چند سطح فشار و سيكل آب و بخار استفاده مي گردد و معمولاً نيازي به مصرف سوخت اضافي و احتراق كمكي نمي باشد . هرچند در عمل مي توان از سيستم احتراق كمكي استفاده كردو بدين منظور مشعلهايي در كانال دود نصب نمود . چنانچه در بخشهاي قبلي ارائه شد دماي آدياباتيك شعله برابر با 690 درجه سانتيگراد مي باشد و مي توان دماي محصولات احتراق خروجي را در 600 درجه فارنهايت كنترل نمود . آنتالپي محصولات احتراق در اين دما در حدود Btu/Lb 330 مي باشد و با احتساب تقريباً Lb8 دود خروجي به ازاي هر Lb زباله آنتالپي حاصل از سوختن هرLb زباله ورودي به مولد بخار بازياب Btu 2640 خواهد بود . محاسبات نشان مي دهد كه ميزان بخار توليد شده به ازاي هرLb زباله ورودي ، برابر با Lb 3/1 است كه نشانگر بهره وري نسبتاً پاييني مي باشد . هر چند با افزايش ارزش حرارتي زباله از طريق خشك كردن اوليه يا جداسازي پسماند غذايي ازساير اجزاي زباله كه منجر به كاهش رطوبت مي گردد مي توان ميزان توليد بخار را افزايش داد. كاهش ميزان درصد رطوبت به مقادير كمتراز25% سبب افزايش توليد بخار به نسبت 8/1 برابر مي گردد . هم چنين جهت دستيابي به نسبت هاي بالاتر بخار مي توان از سيستم احتراق كمكي استفاده كرد . معمولاً تفاضل دماي بين دود و بخار در حدود 15 درجه فارنهايت اختيار
مي شود و بويلر بازيافت بافشار حدودbar 10 طراحي مي گردد .

6- بررسي اقتصادي استفاده از كوره زباله سوز جهت بازيافت حرارت

به منظور ارزيابي اقتصادي طرح ، مبناي مقايسه را توليد بخار بافشار bar 10 و دماي 500 درجه فارنهايت در نظر
مي گيريم و هزينه هاي ثابت و جاري كوره زباله سوز و ديگ بازياب حرارت را با عمر مفيد 20 سال با ديگ مشعل با عمر مفيد 15 سال مقايسه مي كنيم ، ساعت كاركرد ساليانه ديگ بخار بازياب 75000 ساعت و هزينه نصب آن در حدود 12% قيمت تجهيزات مي باشد . سوخت مورد استفاده ديگهاي مشعلدار گازوئيل در نظر گرفته شده است . جهت بر آورد ارزش فعلي هزينه های درطول n سال ، با نرخ بهره i و نرخ تعديل e از فرمول زير مي توان استفاده كرد .

[IMG]file:///C:/Users/user-4/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif[/IMG]( 1 )

هزينه نگهداري ساليانه 5% هزينه نهايي نصب در نظر گرفته مي شود . بر اين مبنا و با در نظر گرفتن دو حالت مختلف براي نرخ سرمايه گذار ، تورم و نرخ رشد قيمت ، نتايج مقايسه اقتصادي در جدول (7) ارائه شده است .

جدول(7 ) – مقايسه اقتصادي سيستم زباله سوز و بويلر مشعلدار براي توليد 100 تن بخار و 50 درجه سوپر هيت
شرح
سرمايه گذاري اوليه
هزينه سوخت
جمع كل هزينه ها
استفاده از سيستم زباله سوز
8500 ميليون ريال
92200 ميليون ريال
98700 ميليون ريال
استفاده از ديگ مشعل دار
3000 ميليون ريال
185000 ميليون ريال
188000 ميليون ريال

7- نتيجه گيري

نيروگاه زباله سوز به عنوان يك راه حل قطعي جهت دفع بهداشتي زباله، خصوصاً براي نقاطي كه فاقد زمين كافي جهت دفن زباله باشند به شمار مي رود . به عنوان نمونه ، پس از بررسي ها و مطالعات انجام شده ، زباله تهران جهت توليد انرژي ، از ارزش حرارتي نسبتاًَ پاييني برخوردار است و اين به دليل رطوبت فراوان پسماند غذايي مي باشد . در صورت وجود طراحي جهت بازيابي انرژي از سوزاندن زباله بهتر است يا نسبت به جداسازي ویا پيش گرم كردن زباله جهت كاهش رطوبت آن اقدام كرد . استفاده ازاحتراق كمكي در كوره زباله سوز بستگي به ابعاد طرح مورد نظر دارد . با توجه به جدول (7) ، سرمايه گذاري اوليه زباله سوز نسبت به ديگهاي مشعل دار به هزينه بالاتري نيازدارد ولي با در نظر گرفتن نرخ رشد قيمت براي سوخت و عدم هزينه براي زباله و هم چنين در نظر گرفتن رفع مشكل دفع زباله و مسائل بهداشتي مبتلا به بررسي
جديتر طرح را ضروري مي نمايد .

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: فان پاتوق]

[مشاهده در: www.funpatogh.com]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 4060]