Προσομοιώση και τεχνικοοικονιμική μελέτη της αεριοποίησης πλάσματος για την επεξεργασία αστικών στερεών απορριμμάτων

Κασσάρα, Καλλιόπη; Kassara, Kalliopi

dc.contributor.author	Κασσάρα, Καλλιόπη	el
dc.contributor.author	Kassara, Kalliopi	en
dc.date.accessioned	2018-11-01T10:52:57Z
dc.date.available	2018-11-01T10:52:57Z
dc.date.issued	2018-11-01
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/47871
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.8888
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Παραγωγή και Διαχείρηση Ενέργειας”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Προσομοίωση	el
dc.subject	Αεριοποίηση	el
dc.subject	Επεξεργασία απορριμμάτων	el
dc.subject	Model	en
dc.subject	Solid waste	en
dc.subject	Gasification	en
dc.subject	Techical-Economic	en
dc.subject	Equilibrium	en
dc.title	Προσομοιώση και τεχνικοοικονιμική μελέτη της αεριοποίησης πλάσματος για την επεξεργασία αστικών στερεών απορριμμάτων	el
dc.title	Equilibrium model development for solid waste plasma gasification and technical-economic study	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-09-27
heal.abstract	Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία μελετάται η τεχνολογία αεριοποίησης πλάσματος για την επεξεργασία αστικών στερεών απορριμμάτων (ΑΣΑ) προς παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Αρχικά καταστρώνεται ένα θερμοδυναμικό μοντέλο χημικής ισορροπίας, με σκοπό την προσομοίωση της διεργασίας αεριοποίησης πλάσματος για την επεξεργασία αποβλήτων κυρίως οργανικής σύστασης. Από την επίλυση του προσδιορίζεται η σύσταση του παραγόμενου αερίου σύνθεσης στα προϊόντα της διεργασίας σε CO, H2, CH4, H2O, CO2, N2, S, H2S, Cl2 ΗCl. Η ανάπτυξη του θερμοδυναμικού μοντέλου ισορροπίας περιλαμβάνει διάφορα στάδια, όπως αυτά παρουσιάζονται αναλυτικά στην εργασία: α) την αξιολόγηση των διαθέσιμων βάσεων θερμοδυναμικών δεδομένων και την επιλογή της πλέον σύγχρονης και αξιόπιστης βάσης για το εύρος εφαρμογής του θερμοδυναμικού μοντέλου, β) την ανάπτυξη των εξισώσεων για τις σταθερές ισορροπίας των αντιδράσεων αεριοποίησης γ) την ανάπτυξη των ισοζυγίων μάζας και ενέργειας για την διεργασία αεριοποίησης πλάσματος και δ) την επίλυση του συστήματος εξισώσεων που προκύπτει με χρήση του προγράμματος MATLAB. Στο πρώτο μέρος παρουσιάζονται δεδομένα διαχείρισης αποβλήτων, με αναφορά στις εφαρμοζόμενες μεθόδους διαχείρισης και επεξεργασίας. Στην συνέχεια, εισάγεται η έννοια της θερμικής επεξεργασίας αποβλήτων και παρουσιάζονται οι πλέον σύγχρονες τεχνολογίες θερμικής επεξεργασίας και ενεργειακής αξιοποίησης αποβλήτων. Αναλύεται η τεχνολογία της αεριοποίησης, που είναι και το αντικείμενο μελέτης της παρούσας εργασίας. Δίνεται το διάγραμμα ροής της συνολικής διεργασίας και αναλύονται τα κύρια τμήματα του χρησιμοποιούμενου εξοπλισμού. Πιο συγκεκριμένα γίνεται περιγραφή του τομέα της αεριοποίησης (αντιδραστήρας αεριοποίησης, πυρσοί πλάσματος), των συστημάτων καθαρισμού και των συστημάτων ανάκτησης ενέργειας. Στο δεύτερο μέρος παρουσιάζεται η θερμοδυναμική ανάλυση της διεργασίας, η οποία αποτελεί τον πυρήνα της μελέτης της αεριοποίησης πλάσματος. Το μέρος αυτό επικεντρώνεται στον αντιδραστήρα και στις διεξαγόμενες σε αυτόν αντιδράσεις. Αρχικά πραγματοποιήθηκε αξιολόγηση των διαθέσιμων θερμοδυναμικών βάσεων δεδομένων. Τα θερμοδυναμικά δεδομένα που απαιτούνται για την ανάπτυξη του μοντέλου ισορροπίας για την αεριοποίηση είναι οι ενέργειες σχηματισμού Gibbs στους 298K, οι ενθαλπίες σχηματισμού στους 298 Κ και οι θερμοχωρητικότητες σταθερής πίεσης cp (heat capacity) οι οποίες αποτελούν συνάρτηση της θερμοκρασίας και απαιτούνται για τον υπολογισμό της μεταβολής των σταθερών ισορροπίας με τη θερμοκρασία. Στην συνέχεια, ξεκινώντας από την αρχή της ελαχιστοποίησης της ελεύθερης ενέργειας Gibbs και συνθέτοντας τα ισοζύγια μάζας και ενέργειας προκύπτει η επίλυση του θερμοδυναμικού μοντέλου ως προς τη σύσταση του παραγόμενου αερίου σύνθεσης και ως προς την καταναλισκόμενη ηλεκτρική ενέργεια. Ακολουθεί η παρουσίαση των αποτελεσμάτων και η επικύρωση του μοντέλου με βάση πειραματικά και θεωρητικά δεδομένα. Έπειτα, γίνεται παραμετρική ανάλυση ως προς τις βασικές μεταβλητές που εμπλέκονται στη διεργασία (θερμοκρασία, οξυγόνο, υγρασία). Οι κρίσιμες λειτουργικές παράμετροι που επιλέχθηκαν ήταν η ποσότητα του αέρα που χορηγείται στον αντιδραστήρα πλάσματος, η θερμοκρασία αεριοποίησης πλάσματος και η υγρασία του αποβλήτου υλικού κατά την τροφοδοσία. Η διεργασία της αεριοποίησης αναλύθηκε και στο Aspen Plus 11.1 καθώς αποτελεί ένα εξαιρετικά εύχρηστο και ισχυρό περιβάλλον για την ανάπτυξη και προσομοίωση διεργασιών. Το πρόγραμμα χρησιμοποιήθηκε για την αρχική εκτίμηση της συμπεριφοράς των κύριων αντιδράσεων αεριοποίησης με την θερμοκρασία. Στο τρίτο μέρος της εργασίας γίνεται η ενεργειακή ανάλυση της διεργασίας. Παρουσιάζονται τα ενεργειακά μεγέθη που εμπλέκονται και γίνεται ενεργειακή βελτιστοποίηση ως προς την καθαρή παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Πραγματοποιήθηκε ανάλυση ευαισθησίας των λειτουργικών παραμέτρων της διεργασίας, ώστε να εξαχθούν συμπεράσματα για το μέγεθος των επιπτώσεων των κύριων παραγόντων και των αλληλεπιδράσεων μεταξύ τους στην απόδοση του συστήματος. Οι ανεξάρτητες μεταβλητές του συστήματος είναι η θερμοκρασία, η υγρασία και η παροχή οξυγόνου. Αφού εκτιμήθηκε η σχετική σημασία των μεταβλητών, προσδιορίστηκαν οι τιμές των παραμέτρων που δίνουν την μέγιστη παραγωγή ενέργειας ανά τόνο απορρίμματος. Στο τέταρτο μέρος γίνεται η οικονομική αξιολόγηση της διεργασίας αεριοποίησης πλάσματος, χρησιμοποιώντας τα αποτελέσματα του τρίτου μέρους για τη διαστασιολόγηση του εξοπλισμού. Η οικονομική ανάλυση της εν λόγο διεργασίας γίνεται με την εκτίμηση του πάγιου κόστους της εγκατάστασης και του ετήσιου λειτουργικού κόστους ώστε να αξιολογηθεί η βιωσιμότητα επενδυτικού σχεδίου διαχείρισης ΑΣΑ.	el
heal.advisorName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	el
heal.committeeMemberName	Βλυσίδης, Απόστολος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	145 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true