ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΜΟΝΑΔΑΣ

Ενεργειακή αξιοποίηση βιομάζας των αποβλήτων

Στόχος της παρουσίασης αυτής είναι ο περιορισμός του όγκου, της ποικιλότητας και της επικινδυνότητας των ελληνικών στερεών απορριμμάτων/αποβλήτων, η διάθεση των οποίων απαιτεί την ανάπτυξη στρατηγικών για την επαναχρησιμοποίηση και την προεπεξεργασία τους με τις ελάχιστες δυνατές περιβαλλοντικές και κοινωνικές επιπτώσεις καθώς και την καλύτερη κατανόηση της ενεργειακής διαχείρισής τους. Η Ε.Ε με την ‘’Λευκή Βίβλο για τις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας’’ (WhitePaperinRenewables) περιγράφει την πολιτική της Ε.Ε και τη στρατηγική της για τις ΑΠΕ.

Η ενεργειακή αξιοποίηση των Ελληνικών βιομηχανικών και αστικών στερεών απορριμμάτων/αποβλήτων με μεγάλο οργανικό φορτίο – βιομάζα – ως ανανεώσιμη πηγή ενέργειας (ΑΠΕ) έχει άμεση σχέση με την στρατηγική της Ε.Ε, την ποιότητα ζωής και χρήζει σοβαρής αντιμετώπισης στη χώρα.

Η ενεργειακή διάθεση των απορριμμάτων/αποβλήτων συνίσταται στο ό,τι αυτά δίνουν τη δυνατότητα να αξιοποιηθεί ενεργειακά το οργανικό κλάσμα τoυς το οποίο δεν ανακυκλώνεται ή/και δεν επαναχρησιμοποιείται.

Αναφερόμενοι στην αξιοποίηση των απορριμμάτων/αποβλήτων για παραγωγή βιοενέργειας, το εγχείρημα αποβλέπει στη ενίσχυση των προσπαθειών για την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών αιχμής στη χώρα. Επίσης έμφαση δίνεται στη δημιουργία δικτύων συνεργασίας και στην εξεύρεση και δημιουργία αγορών για τα προϊόντα τα οποία προέρχονται απο ολοκληρωμένη διαχείριση των απορριμμάτων/αποβλήτων. Στο θέμα αυτό η χώρα ακολουθώντας τη στρατηγική της Ε.Ε σχετικά με τη διαχείριση των απορριμμάτων/αποβλήτων έχει εκδώσει Νόμους και Υπουργικές Αποφάσειςόσον αφορά εγκαταστάσεις καύσης και αποτέφρωσης αστικών απορριμμάτων.

Η αύξηση των ποσοτήτων των απορριμμάτων/αποβλήτων έως και 50% στην Ε.Ε τα επόμενα 5 χρόνια εκφράζεται στις Οδηγίες της Ευρωπαϊκής Επιτροπής για την σύγχρονη εφαρμογή μεθόδων ανακύκλωσης των υλικών των απορριμμάτων και για τη χρήση των ΧΥΤΑ (δηλ. δύσκολα χωροθετούνται, δύσκολα αποκαθίστανται και εύκολα γεμίζουν). Στα πλαίσια αυτά το ΥΠΕΧΩΔΕ με τον Νόμο 2939/01 έθεσε στόχο ανακύκλωσης των υλικών συσκευασίας των απορριμμάτων/αποβλήτων τουλάχιστον στο 50% έως το έτος 2005. Η καθυστέρηση της εφαρμογής του Νόμου 2939/01 μέχρι σήμερα (Ιανουάριος 2013) είναι μια απόδειξη ότι «τα απορρίμματα πράγματι κρύβουν χρυσό» και για αυτόν τον λόγο καθυστερεί η εφαρμογή του πλαισίου διαχείρισης του συστήματος της ανακύκλωσης των απορριμμάτων/αποβλήτων. 

Οι κυριότερες τεχνολογίες και μέθοδοι αξιοποίησης απορριμμάτων, αποβλήτων και βιομάζας που εφαρμόζονται διεθνώς είναι:

        1.      Απλή καύση (grate firing) και/ή αποτέφρωση (incineration),

        2.      Θερμοχημική επεξεργασία (fluidized bed combustion)
  3.      Προηγμένη θερμική αεριοποίηση/εξαερίωση (fluidized bed gasification) για παραγωγή ενέργειας, η τεχνολογία της καταλυτικής αεριοποίησης,
    4.      Αργή πυρόλυση για παραγωγή ξυλάνθρακα, υγρών (bio-oils) –  αναβάθμισητων υγρών για παραγωγή καυσίμων και χημικών προϊόντων

 

 

 

Σχήμα 3. Ο εσωτερικός χώρος της - υπό κατασκευή - μονάδας.

 

Σχήμα 4. Hμονάδα χωροθετείται κοντά στη πόλη.

 

Τα δοσομετρούμενα απορρίμματα/απόβλητα υφίστανται κοσκίνιση, ώστε να επιτευχθεί ο διαχωρισμός του ξηρού απο το υγρό κλάσμα. Το ξηρό κλάσμα υφίσταται ελάττωση μεγέθους και αφού εμπλουτισθεί με υλικά υψηλής θερμογόνου δυνάμεως συμπιέζεται και δεματοποιείται προκειμένου να διατεθεί ως καύσιμο (RDF). Το υγρό κλάσμα υφίσταται επίσης ελάττωση μεγέθους, διαχωρισμό βάσει μεγέθους, ώστε να απομακρυνθούν τα άχρηστα υλικά και εν συνεχεία το οργανικό υλικό προαιρετικά αναμειγνύεται με βιομηχανικές λάσπες. 

 

Σχήμα 5. Εσωτερικός χώρος της - υπό κατασκευή - μονάδας.

 

Ακολούθως το μείγμα αυτό και το RDF οδηγείται προς ενεργειακή αξιοποίηση. Κατά μήκος της γραμμής επεξεργασίας του ξηρού κλάσματος αφαιρούνται το γυαλί τα σιδηρούχα και τα αλουμινούχα και οδηγούνται στους αντίστοιχους συμπιεστές προς δεματοποίηση. 

  

  

 

Η απαιτούμενη μεταφορά της θερμότητας πραγματοποιείται απο την κλίνη του αντιδραστήρα προς την καύσιμη ύλη. Η κλίνη μπορεί να είναι ρευστοποιημένη ή σταθερή και αποτελείται απο αδρανές υλικό (sand) ή/και δολομίτη, κλπ. Το είδος του υλικού της κλίνης μπορεί να επηρεάσει την αεριοποίηση. Η θερμότητα δεσμεύεται στο μεγαλύτερο μέρος της κλίνης του αντιδραστήρα. Ανάλογα με τον οξειδωτικό παράγοντα που χρησιμοποιείται κατά την αεριοποίηση, την θερμοκρασία των αντιδράσεων που λαμβάνουν μέρος και την πίεση στον αντιδραστήρα, παράγεται ένα αέριο καύσιμο προϊόν με θερμογόνο δύναμη απο 4 μέχρι 20 ΜJ/mn3. Ο τύπος της κλίνης του αεριοποιητή της εγκατάστασης μπορεί να χαρακτηρίσει την θερμογόνο δύναμη του παραγόμενου αέριου καυσίμου.

 

Σχήμα 13. Εξωτερικός χώρος της - υπό κατασκευή - μονάδας. 

 

Η έννοια της ρευστοποιημένης κλίνης ή “Fludized Bed (FB)” είναι μια παλαιά διεργασία η οποία χρησιμοποιείται σε μια σειρά διαδικασιών ιδιαίτερα στην χημική βιομηχανία. Αρχικά το FB χρησιμοποιήθηκε το 1920 στην Γερμανία απο την Badische Anilin & Soda Fabriken (BASF). Στις δεκαετίες του 40, 50 και 60 χρησιμοποιήθηκε για την διάσπαση βαρέως τύπου πετρελαίων και στη βιομηχανία παρασκευής του χάλυβα..

 

 

 

Εμπλουτισμός των στερεών βιοκαυσίμων σε οργανικά στοιχεία προσδιορίζει την αναγκαιότητα της διαδικασίας προεπεξεργασίας των απορριμμάτων/αποβλήτων σε RDF, μπριγκέτες, κλπ, για τη μείωση των ποσοτήτων των υπολειμμάτων “ash” και “slag”. Είναι άξιο να σημειωθεί ότι κατά τη διαφορική ρευστοποιημένη κλίνη (Differential Fluidized Bed, DFB) μειώνονται οι απαιτήσεις για προεπεξεργασία των απορριμμάτων/αποβλήτων προσφέροντας μεγαλύτερες ανοχές όσον αφορά το ειδικό βάρος και την κοκομμετρία των τεμαχίων της τροφοδοσίας του καυσίμου στην κλίνη.

Το παραγόμενο αέριο απο τον αντιδραστήρα περιέχει σωματίδια, στάχτες, χημικά αέρια προϊόντα και πισσώδεις ενώσεις και/ή πισσασφαλτούχα στοιχεία σε θερμοκρασία 600-700 ˚C. Το αέριο προϊόν διέρχεται απο κυκλώνια όπου συγκρατούνται το μεγαλύτερο μέρος απο τις στάχτες και τις σκόνες. Το αέριο προϊόν είτε επαναφέρεται στον αντιδραστήρα είτε καθαρίζεται απο τις πίσσες διερχόμενο διάφορα στάδια. Η ψύξη του επιτυγχάνεται μέσω εναλλακτών θερμότητας ή ατμογεννήτριας για ανάκτηση ενέργειας.

Η μετατροπή του στοιχειακού άνθρακα των στερεών βιοκαυσίμων και των πισσωδών ενώσεων σε αέριο καύσιμο προϊόν (CO2, CH4, H2, CO, CyHx, κλπ), χρήζει εφαρμογών σε μονάδες παραγωγής θερμότητας και ηλεκτρισμού σε συνδυασμένο κύκλο (Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC), χρησιμοποιώντας δύο θερμοδυναμικούς κύκλους διαφορετικών θερμοκρασιών σε συνδυασμό αεροστροβίλου/ατμοστροβίλου. H ενέργεια μπορεί να αξιοποιηθεί για συμπαραγωγή με συνδυασμένη (cogeneration ή combined) παραγωγή ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας, Combined Heat and Power (CHP). Τα πιο διαδεδομένα συστήματα είναι τα ακόλουθα:

  • Συστήματα αεροστρόβιλου (Βryton) ανοικτού ή κλειστού κύκλου;
  • Συστήματα με παλινδρομική μηχανή εσωτερικής καύσης (Diesel ή Otto);
  • Συστήματα συνδυασμένου κύκλου αεροστροβίλου/ατμοστροβίλου ή κινητήρα Diesel ή Otto – ατμοστροβίλου;
  • Κύκλοι βάσης για ατμοστρόβιλους (Rankine);

Η τεχνολογία της αεριοποίησης είναι μια απο τις σημαντικότερες θερμοχημικές διεργασίες για την αξιοποίηση στερεών καύσιμων υλικών π.χ. άνθρακα, βιομάζα, λιγνίτη, κλπ. Σε μια σύγχρονη ενεργειακή μονάδα αεριοποίησης η παραγόμενη πίσσα (υδρογονάνθρακες με μικρό ή μεγάλο μοριακό βάρος) μετατρέπεται ή/και διασπάται σε πολύτιμα ελαφρότερα αέρια προϊόντα, κυρίως υδρογόνο, μεθάνιο και σε άλλα ολεφινικά αέρια με διάφορα άτομα άνθρακα. 

 

 

 

 

 

        5.      Παραγωγή μεθυλεστέρα και άλλων χημικών προορισμένα για χρήση σε ΜΕΚ,
                κλπ,
        6.      Ζύμωση,
        7.      Υδρόλυση,
        8.      Επεξεργασία με πλάσμα.
 

Οι επικρατέστερες μέθοδοι ταχείας θερμοχημικής μετατροπής χαμηλού θερμιδικά περιεχομένου στερεών καυσίμων για την παραγωγή θερμικής (ατμός) ή/και ηλεκτρικής ενέργειας είναι η καύση (gratefiring), αποτέφρωση (incineration), η αεριοποίηση ή/και προηγμένη εξαερίωση (advancedfluidizedbedgasification) και η πυρόλυση. Η τεχνολογία της προηγμένης αεριοποίησης που θεωρείται περισσότερο εξελιγμένη της θερμοχημικής επεξεργασίας (fluidizedbedcombustion) υπερτερεί σε σχέση με την καύση, την αποτέφρωση και την πυρόλυση, ως προς την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, εκπεμπόμενων ρύπων, κλπ.

Η Ελλάδα δεν διαθέτει βιομηχανικές (μεγάλης κλίμακας) εγκαταστάσεις ταχείας θερμικής μετατροπής απορριμμάτων και δεν εφαρμόζεται η διαδικασία της θερμικής αεριοποίησης. Αυτό δεν σημαίνει ότι η πολιτική του ΥΠΑΝ και του ΥΠΕΧΩΔΕ απορρίπτει αυτές τις τεχνολογίες.

Η μοναδική μονάδα μικρής κλίμακας θερμοχημικής επεξεργασίας (fluidizedbedcombustion) στερεών αποβλήτων λειτούργησε στα μέσα της δεκαετίας του 1980 στη Ζάκυνθο, αλλά λόγω εσφαλμένης κατασκευής και υπολογισμών έπαυσε τη λειτουργία της.

Λόγω της αποτυχίας του αποτελέσματος η χρησιμότητα της τεχνολογίας άφησε άσχημο αντίκτυπο στη χώρα και μέχρι σήμερα έχουν απορριφθεί διάφορες προτάσεις. 

 

Υφιστάμενη κατάσταση ενεργειακής αξιοποίησης των αποβλήτων

 

Οι τεχνολογίες της ταχείας θερμικής μετατροπής απορριμμάτων αναπτύχθηκαν τα τελευταία 30 χρόνια στην Σκανδιναβία για συμπληρωματική παραγωγή ενέργειας στην βιομηχανική παραγωγή του χαρτιού εκμεταλλεύοντας διάφορα παραπροϊόντα των διεργασιών. Εκτιμάται ότι μέχρι σήμερα στη Σουηδία μόνον έχουν κατασκευαστεί περισσότερες απο 30 μονάδες με ισχύ που ποικίλλει. Στη διαδικασία της διάθεσης των απορριμμάτων/αποβλήτων μπορούν να περιληφθούν οι ενέργειες παραγωγής ηλεκτρικής ισχύος, εξαιτίας της υψηλής προστιθέμενης αξίας της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. 

 Η εξέλιξη της τεχνολογίας της προηγμένης εξαερίωσης στερεών καυσίμων έχει φθάσει σε ένα υψηλό επίπεδο ωριμότητας και αξιοπιστίας και γι΄ αυτό η αεριοποίηση καυσίμων χαμηλής θερμιδικής ποιότητας αποτελεί, όχι μόνον στην Σκανδιναβία, αλλά και παγκοσμίως μια ελκυστική μέθοδο για την παραγωγή βιοενέργειας.

Πράγματι σήμερα, η επέκταση της χρήσης της βιομάζας για παραγωγή ηλεκτρισμού απο τα στερεά απορρίμματα για ενεργειακούς σκοπούς (ψύξη, ηλεκτροπαραγωγή, θερμότητα, βιοντήζελ, αλκοολούχα προϊόντα όπως αιθανόλη, μεθανόλη, κλπ) σημαίνει την εξέταση όλων των δυνατοτήτων μετατροπής των σε περισσότερο εύχρηστα καύσιμα.

 

 

 

 

Σχήμα 6. Το σύστημα μεταφοράς των απορριμμάτων.

 

Σχήμα 7. Εσωτερικός χώρος της - υπό κατασκευή - μονάδας.

 

Οι εγκαταστάσεις των μονάδων ενεργειακής επεξεργασίας των απορριμμάτων μπορεί να τοποθετηθούν πλησίον του τόπου παραγωγής των απορριμμάτων και δεν παρουσιάζονται δυσκολίες χωροθέτησης τέτοιων μονάδων όχι μόνον κοντά αλλά ακόμα και μέσα σε μεγάλα αστικά κέντρα, χωρίς να υπάρχουν αντιδράσεις απο πλευράς των κατοίκων (Σχήμα 4).

H ενεργειακή αξιοποίηση των αποβλήτων/απορριμμάτων εφαρμόζεται επί σειρά ετών στη Γερμανία, Αυστρία, Δανία, Φιλανδία, Νορβηγία, κ. ά. Η κατάρτιση του νομοθετικού πλαισίου της Οδηγίας 94/67/EC είχε καθοριστεί απο την ισχύουσα νομοθεσία αδειοδότησης Σουηδικών μονάδων θερμικής επεξεργασίας απορριμμάτων στα τέλη της δεκαετίας του 80. 

 

Σχήμα 8. Το “Bunker” της μονάδας.

 

Σχήμα 9. Εσωτερικός χώρος της - υπό κατασκευή - μονάδας.

 

 

Κατά την δεκαετία του 70 και τα τελευταία 30 χρόνια το μεγαλύτερο ενδιαφέρον του FBεπικεντρώθηκε στην αεριοποίηση στερεών καυσίμων υλικών εξαιτίας πρώτον των μειωμένων αέριων εκπομπών σε SOX και ΝΟX, δεύτερον της διαθεσιμότητάς του για καύσιμα με μεγάλη περιεκτικότητα σε αδρανή στοιχεία, υγρασία και ανομοιογένεια και τρίτον διότι η μέθοδος “ταιριάζει” στην αεριοποίηση καυσίμων υλικών με φτωχό θερμιδικό περιεχόμενο (βλέπε σκουπίδια).

 

Σχήμα 14. Εξωτερικός χώρος της - υπό κατασκευή - μονάδας.

 

 

Σχήμα 15. Εξωτερικός χώρος της μονάδας.

 

Υπάρχουν  διάφορες τεχνικές αεριοποίησης στερεών καύσιμων που διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τις πρώτες ύλες και την ταχύτητα του οξειδωτικού παράγοντα ρευστοποίησης (αέρας, ατμός, κλπ) δια μέσου της κλίνης.

 

 

Η διάσπαση της παραγόμενης πίσσας επιφέρει την αύξηση της ενεργειακής απόδοσης του αντιδραστήρα και κατ’ επέκταση της μονάδας. Αυτό επιτυγχάνεται με την καλύτερη μετατροπή των πισσώδων και πισσασφαλτούχων στοιχείων. Τα αέρια προϊόντα μπορούν να καούν σε αεροστρόβιλο και η θερμότητα να αξιοποιηθεί σε ατμοστρόβιλο, δημιουργώντας ένα ολοκληρωμένο συνδυασμένο κύκλο με υψηλή ενεργειακή απόδοση (η=85%). Στο στάδιο της ανάπτυξης βρίσκονται μονάδες παραγωγής ενέργειας με κυψέλες καυσίμου (Fuel Cells) ή μηχανές Stirling.

Οι ρύποι που παράγονται απο τις διεργασίες αεριοποίησης στερεών βιοκαυσίμων είναι συγκεντρωμένοι στην παραγωγική μονάδα και μπορούν εύκολα να αντιμετωπισθούν. Η παραγωγή ενός ‘’καθαρού’’ αέριου καύσιμου προϊόντος έχει θερμιδικές ιδιότητες στο ½ του φυσικού αερίου (39 ΜJ/mn3). Πράγματι, η χρησιμότητα της αεριοποίησης έγκειται στο γεγονός ότι τα καύσιμα αέρια που παράγονται με συγκεκριμένη θερμογόνο δύναμη μπορούν να χρησιμοποιηθούν με μεγάλο ενεργειακό βαθμό απόδοσης σε διάφορες μηχανές παραγωγής ηλεκτρικού και θερμικού έργου. Για να χρησιμοποιηθούν τα αέρια καύσιμα προϊόντα χρειάζεται είτε να γίνει μετατροπή του συστήματος τροφοδοσίας στις μηχανές παραγωγής ηλεκτρικού και/ή θερμικού έργου είτε να κατασκευαστούν μηχανικά συστήματα ειδικά για τέτοια καύσιμα. Σε κάθε περίπτωση συνιστάται η εξέταση της απομάκρυνσης της παραγόμενης πίσσας προκειμένου να εξασφαλισθεί η επαρκής καθαριότητα του αερίου που εισάγεται στον αεροστρόβιλο ή σε μηχανές εσωτερικής καύσης, σε μηχανές Stirling ή και σε μονάδες με κυψέλες καυσίμου (Fuel cells), κλπ.

Συμπερασματικά μπορεί κανείς να παρατηρήσει ότι οι προτεινόμενες τεχνολογίες διαχείρισης απορριμμάτων/αποβλήτων όπως οι XYTA, οι κοινές χωματερές και η ενεργειακή διάθεσή τους, κλπ βασίζονται στις βελτιώσεις του βαθμού απόδοσης συστημάτων καθαρισμού της υγρής, της αέριας και της στερεάς φάσης τους.

 

Η μονάδα στα πλαίσια Ε&ΤΑ της Ε.Ε

 

Η παρουσίαση εστιάζεται και γύρω από τις κεντρικές δράσεις: καθαρότερα συστήματα ενέργειας συμπεριλαμβανομένων των ανανεώσιμων μορφών ενέργειας, οικονομική και αποδοτική ενέργεια για μια ανταγωνιστική Ευρώπη όπως υποδομή και εγκαταστάσεις Ε&ΤΑ του έκτου και του έβδομου προγράμματος-πλαισίου της Ε.Ε. Οι δραστηριότητες Ε&ΤΑ στον τομέα του περιβάλλοντος και της ενέργειας είναι στενά συνδεδεμένες, έχουν επίσης και τις δικές τους χαρακτηριστικές ιδιαιτερότητες και κύκλο ενδιαφερομένων.

 

 

 

 

 

Σχήμα 1. Ο παρακείμενος χώρος κατασκευής της μονάδας

Σχήμα 2. Η κατασκευή της μονάδας αρχίζει

 

Στη Σκανδιναβία κοινοπραξίες μεταξύ ιδιωτικών εταιρειών παροχής ηλεκτρικής ενέργειας και Τοπικής Αυτοδιοίκησης (Σχήματα 1 έως και 17) θερμοχημικά επεξεργάζονται ή/και ενεργειακά αξιοποιούν εκατομμύρια τόνους αστικών αποβλήτων, βιομηχανικής λάσπης, κ.λ.π με σκοπό την εκμετάλλευση της παραγόμενης ηλεκτρικής και θερμικής ισχύoς υπολογισμένη πάνω απο 11.1 ΤWh/έτος. Οι μονάδες απαρτίζονται απο την υποδοχή των τροφοδοτούμενων απορριμμάτων/αποβλήτων. 

Τα απορριμματοφόρα εισέρχονται στη μονάδα, ζυγίζονται και καθορίζεται αυτόματα η θέση εκκένωσής τους. Τα απορρίμματα εκκενώνονται εντός κλειστού χώρου σε μεγάλες δεξαμενές (Bunkers) και εν συνεχεία τροφοδοτούνται μέσω αρπαγών σε χοάνες απ’ όπου δοσομετρούνται. Το μέτωπο τροφοδοσίας της βιομηχανικής λάσπης είναι το ίδιο με αυτό των απορριμμάτων. Η γραμμή τροφοδοσίας βιομηχανικής λάσπης αναπτύσσεται σε παράλληλες γραμμές δοσομέτρησης. 

    

 

Διεργασίες αεριοποίησης βιομάζας

 

Η μέθοδος της θερμικής αεριοποίησης (fluidizedbedgasification) συνίσταται στη χημική αντίδραση των στοιχείων (ανθρακούχων ενώσεων) των στερεών καυσίμων με σχετικό εμπειρικό τύπο (CxHψOω)m) και τον οξειδωτικό παράγοντα (ατμός, αέρας, οξυγόνο, CO2, κλπ) προς παραγωγή αέριου καυσίμου προϊόντος με συγκεκριμένη θερμογόνο δύναμη (lowheatingvalue (LHV) – ΜediumΗeatingValue (MHV). Η μέθοδος συνδυάζει τις φυσικοχημικές διαδικασίες της θερμικής πυρόλυσης και της χημικής οξείδωσης και βασίζεται στο γεγονός ότι επιτυγχάνεται ταυτοχρόνως μια θερμική διάσπαση και μία ελεγχόμενη χημική οξείδωση του στοιχειακού άνθρακα της καύσιμης ύλης. Κατά την αεριοποίηση επιδιώκεται πρώτον η αποφυγή της παραγωγής στερεού (τέφρας) και δεύτερον της καύσης. 

 

Σχήμα 10. Σύστημα μεταφοράς του αντιδραστήρα.

 

Η καύσιμη ύλη τροφοδοτείται στον αντιδραστήρα διασκορπιζόμενη μέσα στην ρευστοποιημένη κλίνη η οποία εμφυσούμενη απο τον οξειδωτικό παράγοντα συμπεριφέρεται σαν ρευστό (ρευστοποιημένη κλίνη). Η υδροδυναμική κίνηση της καύσιμης ύλης μέσα στην ρευστοποιημένη κλίνη χαρακτηρίζεται μαθηματικά ως εναλλασσόμενη, ταχεία και περίπλοκη. 

 

Σχήμα 11. Εξωτερικός χώρος της - υπό κατασκευή - μονάδας.

 

Σχήμα 12. Εξωτερικός χώρος της μονάδας.

 

   

 

  • α) Σταθερή κλίνη (Stationary Fluidized Bed, SFB),
  • β)Ανακυκλοφορούμενη κλίνη (Circulating Fluidized Bed, CFB),
  • γ) Πολυκλίνη (MultiBed, MBC),
  • δ)Διαφορική ρευστοποιημένη κλίνη (Differential Fluidized Bed, DFB) και
  • ε) Κλίνη υπο πίεση (Pressurized Fluidized Bed, PFB).

Η διεργασία της αεριοποίησης και της θερμοχημικής επεξεργασίας με ρευστοποιημένη κλίνη μπορούν να θεωρηθούν ότι περιλαμβάνουν τα ακόλουθα στάδια:

  1. Το σύστημα τροφοδοσίας του καυσίμου,
  2. Το σύστημα θέρμανσης του αντιδραστήρα,
  3. Τροφοδοσία αδρανούς υλικού, δολομίτη στην κλίνη, κλπ,

Μέσα στον αντιδραστήρα περιλαμβάνονται οι διαδικασίες:

  1. Η ξήρανση, απελευθέρωση δηλ. της υγρασίας του καυσίμου υπό μορφή ατμού,
  2. Η πυρόλυση, η παραγωγή αερίου, ατμών, πισσωδών ενώσεων και στερεού ανθρακούχου υπολείμματος (char),
  3. Μεγάλος αριθμός θερμοχημικών (συμμετοχή μεγάλου αριθμού ελεύθερων χημικών ριζών, κλπ) αντιδράσεων,
  4. Αεριοποίηση, οξείδωση του στερεού ανθρακούχου υπολείμματος (char της πυρόλυσης, των πυρολυτικών πισσών (tar) και των πτητικών αερίων προϊόντων (ΝΜVOC)..

Είναι επίσης δυνατόν να χρησιμοποιηθούν διάφορες πιέσεις και θερμοκρασίες και αδρανή αέρια σε εφαρμογές όπου δεν είναι επιθυμητή η οξείδωση της καύσιμης ύλης. Οι μονάδες αεριοποίησης είναι συμπαγείς και ευέλικτα συστήματα ώστε, με απλές ρυθμίσεις στις συνθήκες λειτουργίας τους - θερμοκρασία, πίεση λειτουργίας, και αναλογία οξειδωτικού παράγοντα και βιοκαυσίμου – είναι δυνατόν να επιτευχθούν οι άριστες εκείνες συνθήκες για την επεξεργασία κάθε είδους οργανικού αποβλήτου και με υψηλό περιεχόμενο υγρασίας.

Ο έλεγχος της αεριοποίησής τους επιτυγχάνεται προσαρμόζοντας την λειτουργία της εγκατάστασης ως προς την ξήρανση και την οξείδωση της οργανικής ύλης τους. Τα οργανικά συστατικά των στερεών βιοκαυσίμων αεριοποιούνται κατά >90 % σε επιθυμητά πτητικά στοιχεία και παράγεται ως παραπροϊόν στερεά στάχτη (ash) και σκωριοειδές υπόλοιπο (slag). Η ποσότητα των υπολειμμάτων εξαρτάται απο τα ενδογενή και αδρανή στοιχεία του στερεού καυσίμου. 

 

 Σχήμα 16. Αυτοματοποιημένη συλλογή της τέφρας ή/και στάχτης.

 

Προγράμματα εργασίας της Ε.Ε

Η παρουσίαση αυτή βασίζεται και σε προηγούμενες εμπειρίες, ιδίως του έβδομου προγράμματος - πλαισίου (FP 7)Ε&ΤΑ της Ε.Ε, ενώ ταυτόχρονα λαμβάνει υπόψη την καινοτομία που απαιτείται για την αντιμετώπιση των διαφοροποιημένων ή των νέων προκλήσεων για το έκτο πρόγραμμα-πλαισίου (FP7. 2006 - 2013)Ε&ΤΑ, όπως:

# Αποδοτικότερες διεργασίες ή κύκλοι μετατροπής ενέργειας, συμπεριλαμβανομένης της απόδοσης καύσης. Οι βραχυπρόθεσμοι (και μακροπρόθεσμοι) στόχοι για τη βελτίωση της απόδοσης της παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος από στερεά καύσιμα υπερβαίνουν τις 3 (5) εκατοστιαίες μονάδες. Οι αρχικές επενδυτικές δαπάνες πρέπει να μειωθούν κατά >10% (20)% με μια αξιοπιστία της τάξης του 95% (97%). Στόχος είναι η μείωση των εκπομπών ρύπων κατά τη διαδικασία της καύσης.  Ένας μακροπρόθεσμος στόχος για τη μείωση των εκπομπών NOx συνίσταται στον περιορισμό του συντελεστή μετατροπής του δεσμευμένου στο καύσιμο αζώτου κάτω του 5% για τον γαιάνθρακα.

#Υψηλότερη ενεργειακή απόδοση των αεροστρόβιλων. Οι στόχοι για την απόδοση της μετατροπής της ενέργειας είναι >60% (μεσοπρόθεσμα) και >65% (μακροπρόθεσμα) χαμηλότερη θερμογόνος δύναμη για συνδυασμένα κύκλοι ή άλλοι κύκλοι αεροστρόβιλων προηγμένης τεχνολογίας, άνω του 50% για τα ανοικτά συστήματα (αεροστρόβιλοι προηγμένης τεχνολογίας), άνω του 35% για τους αεροστρόβιλους μικρής κλίμακας, με περιορισμένη συντήρηση, στοχεύοντας σε ένα ποσοστό διαθεσιμότητας >90% και ένα ποσοστό αξιοπιστίας 95% (σε ετήσια βάση) βραχυπρόθεσμα και μεσοπρόθεσμα, και ένα ποσοστό αξιοπιστίας 97% μακροπρόθεσμα. Στόχος είναι επίσης η δυνατότητα της χρήσης καυσίμων με LHV <25% από εκείνη του φυσικού αερίου και επίπεδα εκπομπών κάτω των 20ppmv (NOx) μεσοπρόθεσμα έως μακροπρόθεσμα. 

 

Σχήμα 17. Σουηδική μονάδα παραγωγής ενέργειας

από βιομάζα. 

Δρ. Μηχ., Γεώργιος Ταραλάς