Συμπαραγωγικά συστήματα αξιοποίησης παραγόμενου αερίου από στερεό δευτερογενές καύσιμο

Abstract

Η διαχείριση των αστικών απορριμμάτων και η σημερινή παγκόσμια κατάσταση όσον αφορά την κρίση στις ενεργειακές πηγές αποτελούν σημαντικά προβλήματα. Η τεχνολογία θερμικής αξιοποίησης, που εφαρμόζεται στα αστικά απορρίμματα θεωρείται ως μία από τις καλύτερες προσεγγίσεις για να μειωθούν οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις από την ταφή τους σε χωματερές , ενώ παράλληλα η ανάκτηση ενέργειας από αυτά συμβάλλει στην εξοικονόμηση φυσικών πόρων. Παρόλο που η καύση είναι η πιο διαδεδομένη μέθοδος θερμικής αξιοποίησης, άλλες τεχνολογίες όπως η πυρόλυση και η αεριοποίηση έχουν αναπτυχθεί στον τομέα της ανάκτησης ενέργειας από βιομάζα και υπολείμματα. Η τεχνολογία της αεριοποίησης έχει εφαρμοστεί στη βιομάζα τόσο σε πιλοτική όσο και σε εμπορική κλίμακα με επιχορηγήσεις από διάφορα κράτη , αφού η βιομάζα θεωρείται ανανεώσιμη πηγή ενέργειας. Η εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας, παρόλα αυτά, δεν έχει προοδεύσει στον τομέα των απορριμμάτων, καθώς υπάρχουν ανησυχίες για την αξιοπιστία του συστήματος καθαρισμού του παραγόμενου αερίου, αλλά και για την οικονομική βιωσιμότητα ενός τέτοιου συστήματος. Το στερεό ανακτηθέν καύσιμο (SRF ή RDF)που λαμβάνεται ύστερα από μηχανική και βιολογική επεξεργασία των απορριμμάτων με σκοπό τη βελτίωση των φυσικών ιδιοτήτων και των ιδιοτήτων καύσης, μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε ως απευθείας στερεό καύσιμο , είτε να υποστεί αεριοποίηση όπου το αέριο σύνθεσης (syngas) μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αέριο καύσιμο σε αντίστοιχες μηχανές. Το βασικό πλεονέκτημα της μετατροπής του RDF σε αέριο καύσιμο σε σύγκριση με την απευθείας καύση του είναι η χρήση του σε υψηλού βαθμού απόδοσης ηλεκτροπαραγωγικό σύστημα. Στην παρούσα διπλωματική έγινε μια προσπάθεια δημιουργίας ενός απλού μοντέλου αεριοποίησης του στερεού δευτερογενούς καυσίμου Stabilat® της εταιρίας Herhof GmbH στηριγμένο στη χημική ισορροπία με βάση βιβλιογραφικές αναφορές. Εν συνεχεία ακολούθησε η σύζευξη αυτού του μοντέλου με συστήματα παραγωγής ενέργειας με κύκλο ατμού και με χρήση μικροστρόβιλου. Τέλος πραγματοποιήθηκε και μια εξεργειακή ανάλυση των παραπάνω συστημάτων.

The management of municipal solid waste (MSW) and the current status of world energy resources are important problems. The technology of thermal treatment that is applied in MSW is considered to be one of the best approaches in order to be reduced the environmental impacts from their land filling, while the energy recovery contribute to energy resources saving. Although incineration is the most widespread method concerning the thermal treatment of MSW other approaches such as pyrolysis and gasification have been developed in the field of energy recovery from biomass and residues. Technology of biomass gasification has been tested in demonstration and commercial scale in many countries, as biomass is considered a renewable energy source. But the application of this technology in MSW does not have a significant progress because of the concerns that are raised about the reliability of the gas cleaning system and the financial feasibility of such system. Solid recovered fuel (SRF or RDF) that produced after the mechanical and biological treatment of waste can be used directly as solid fuel or can be gasified in order to produce gaseous fuel. The main advantage of conversion of RDF in gaseous fuel ,comparatively with its direct combustion, is its use in higher efficiencies energy production systems. In this diploma thesis a thermodynamic equilibrium model for the gasification of solid recovered fuel Stabilat®, based on equilibrium constants according to the literature ,was developed. Then an integration of that model with energy production systems was tried. Finally an exergetic analysis of the above systems was implemented.