Ανάκτηση θερμότητας για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από την εγκατάσταση αποτέφρωσης επικίνδυνων ιατρικών αποβλήτων του Ε.Σ.Δ.Κ.Ν.Α

Abstract

Στο πρώτο μέρος της εργασίας γίνεται γνωριμία με το πρόβλημα που προκαλείται από την παραγωγή Επικίνδυνων Ιατρικών Αποβλήτων (Ε.Ι.Α.) από υγειονομικές μονάδες και τονίζεται η αναγκαιότητα αντιμετώπισής του, μέσω συντονισμένου προγραμματισμού. Ακολουθεί μια σύντομη περιγραφή της κατάστασης που επικρατεί στην Ελλάδα και παρουσιάζεται το νομοθετικό πλαίσιο αντιμετώπισης, εθνικό και κοινοτικό-ευρωπαϊκό. Στη συνέχεια περιγράφονται συνοπτικα οι κυριότερες εφαρμοσμένες τεχνικές αντιμετώπισης των ιατρικών αποβλήτων -ενδονοσοκομειακά και εξωνοσοκομειακά- καθώς και η αναδυόμενη τεχνολογία πλάσματος. Έμφαση δίνεται στην αποτέφρωση, η οποία είναι και η επικρατέστερη και χαρακτηριζόμενη ως βέλτιστη διαθέσιμη τεχνική –BAT- από την ευρωπαϊκή ένωση. Ιδιαίτερο βάρος δίδεται στα γενικά χαρακτηριστικά του αποτεφρωτήρα περιστρεφόμενης κλιβάνου, ο οποίος ενδείκνυται για την αντιμετώπιση ιατρικών αποβλήτων. Λόγω της ευρείας εφαρμογής της μεθόδου της αποτέφρωσης, συμπληρωματικά στο πρώτο μέρος αυτής της εργασίας παρουσιάζονται εν συντόμω και οι τεχνολογίες αντιρρύπανσης για την αντιμετώπιση των παραγόμενων ρύπων από τη διεργασία της καύσης. Ένας τέτοιος αποτεφρωτήρας είναι εγκατεστημένος στο σταθμό διαχείρισης απορριμμάτων του Ε.Σ.Δ.Κ.Ν.Α., του οποίου την μετατροπή σε σταθμό ανάκτησης θερμικής ενέργειας και παραγωγής ηλεκτρικής θα μελετήσουμε στο επόμενο μέρος της εργασίας. Το δεύτερο μέρος της εργασίας έχει ως γενικό θέμα την ανάκτηση ενέργειας από τη θερμική επεξεργασία αποβλήτων και την αναβάθμιση του χαρακτήρα τέτοιων εγκαταστάσεων σε σταθμούς παραγωγής «Ενέργειας-από-Απόβλητα –Energy-form-Waste (EfW)», όπως ορίζει η οδηγία 2008/98/EC. Εξειδικεύεται δε στην ανάκτηση της θερμότητας των καυσαερίων που παράγονται από την αποτέφρωση Ε.Ι.Α. στον αποτεφρωτήρα του Ε.Σ.Δ.Κ.Ν.Α. στα Άνω Λιόσια. Η ανακτώμενη θερμότητα προτείνεται να χρησιμοποιηθεί αποκλειστικά για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.Για το σκοπό αυτό περιγράφονται εν συντομία η σημερινή διάταξη της εγκατάστασης αποτέφρωσης Ε.Ι.Α. του Ε.Σ.Δ.Κ.Ν.Α., και η γραμμή παραγωγής. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται οι βασικές αρχές λειτουργίας των κύριων στοιχείων που συνθέτουν το σύστημα ανάκτησης θερμότητας (Σ.Α.Θ.) όπως είναι ο ατμοπαραγωγός, ο ατμοστρόβιλος, ο συμπυκνωτής, η ηλεκτρογεννήτρια, και τα βοηθητικά τους συστήματα. Παρατίθενται βασικές έννοιες και ορισμοί της θερμοδυναμικής του ατμού, αναλύεται ο θερμοδυναμικός κύκλος Clausius-Rankine, ο οποίος αποτελεί τη βάση για την υλοποίηση του Σ.Α.Θ., και παρουσιάζονται τεχνικοί τρόποι βελτίωσης του βαθμού θερμικής απόδοσης του κύκλου. Το τελευταίο κεφάλαιο αποτελεί την κορωνίδα της εργασίας, καθώς οι θερμοδυναμικές έννοιες και αρχές των προηγούμενων κεφαλαίων εφαρμόζονται στην περίπτωση του αποτεφρωτήρα Ε.Ι.Α. του Ε.Σ.Δ.Κ.Ν.Α. Τα αποτελέσματα της θερμοδυναμικής ανάλυσης και η τιμή του δείκτη ενεργειακής απόδοσης R1 της οδηγίας 2008/98/EC, καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι δεν είναι δυνατή η αναβάθμισης της εν λόγω εγκατάστασης σε σταθμό παραγωγής «Ενέργειας-από-Απόβλητα».

Medical waste production and treatment is the main subject of the first part of this thesis. National and European legislation define the problem and the necessity to establish the framework for a responsible medical waste treatment planning. National legislation is presented in short. The main applied technologies for the treatment and disposal of medical waste are described in short. Emphasis is layed on incineration, the most commonly used technique, also characterized by IPPC as Best Available Technique (BAT). Rotary kiln incinerator is considered the most appropriate for medical waste destruction, thus its technical operation is desctribed in short. Waste incineration is not considered apart from flue gas cleaning systems, so state-of-the-art advances are presented. The first part ends with a short reference on plasma technology and its utilization on medical waste treatment. The second part of this thesis is oriented to heat recovery from the thermal treatment of waste. According to directive 2008/98/EC, waste incineration plants ought to upgrade in the hierarchy of waste management from disposal to recovery, the so called Energy-from-Waste (EfW) plants or Waste-to-Energy Centers (WTEC). Particularly, the possibility to recover the thermal energy of flue gas produced by the incineration of medical waste in the medical waste incineration plant of E.S.D.K.N.A. in Ano Liosia, is investigated. To this end, the current layout and production line of this plant, and the operation of the main parts of a Heat Recovery System to be integrated, are described in short. The necessary knowledge on steam thermodynamics and Clausius-Rankine cycle is also presented in short, along with technical possibilities for efficiency increase. The thermodynamic analysis of the heat recovery system is presented in the last chapter. The conclusion is that the energy efficiency according to formula R1 of the directive 2008/98/EC is not fulfilled. Thus the waste incineration plant of E.S.D.K.N.A. in Ano Liosia can not be upgraded from disposal to recovery.