ΤΕΧΝΙΚΗ ΕΚΘΕΣΗ ΚΑΥΣΗΣ

Transcript

1 ΤΕΧΝΙΚΗ ΕΚΘΕΣΗ ΚΑΥΣΗΣ 1. Επωνυμία Έργου Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από σταθμό βιομάζας ισχύος 1,0 MW στο Δήμο Ρήγα Φεραίου, νομού Μαγνησίας 2. Είδος έργου Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από σταθμό βιομάζας με καύσιμο γεωργικά υπολείμματα βιομάζας ισχύος 1,0 MW στο αγροτεμάχιο 525 της συμπληρωματικής διανομής του αγροκτήματος Κοκκίνας, του Δήμου Ρήγα Φεραίου στην περιφερειακή ενότητα Μαγνησίας 1

2 Περιεχόμενα Τεχνικής Έκθεσης 1. ΟΝΟΜΑΣΙΑ ΚΑΙ ΕΙΔΟΣ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΗΣ Η ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΟΣ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΗ ΘΕΣΗ ΣΥΝΟΠΤΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ ΕΙΔΟΣ ΠΟΣΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΚΑΥΣΙΜΟΥ Είδος και ποσότητα του καυσίμου που χρησιμοποιείται ή θα χρησιμοποιηθεί σε κάθε παραγωγική διαδικασία χωριστά ή δραστηριότητα Ιδιότητες του καυσίμου που χρησιμοποιείται ή θα χρησιμοποιηθεί σε κάθε παραγωγική διαδικασία χωριστά ή δραστηριότητα Ιδιότητες του καυσίμου που χρησιμοποιείται ή θα χρησιμοποιηθεί σε κάθε παραγωγική διαδικασία χωριστά: [μέση θερμογόνος δύναμη (Kcal/kg), περιεχόμενο θείο (%), τέφρα καυσίμου (%), σημείο ανάφλεξης ( C), περιεχόμενα πτητικά (%), είδη και ποσότητες τοξικών ενώσεων ή βαρέων μετάλλων που περιέχονται στο καύσιμο] ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΥΣΗΣ Διαδικασία - περιγραφή του τρόπου καύσης του χρησιμοποιουμένου καυσίμου Γεωμετρία και γεωμετρικά χαρακτηριστικά του θαλάμου καύσης Θερμοκρασία καύσης του καυσίμου Χρόνος παραμονής των προϊόντων καύσης του καυσίμου στη θερμοκρασία καύσης (χρόνος μετάκαυσης) ΕΚΠΟΜΠΕΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΤΙΡΡΥΠΑΝΣΗΣ ΤΥΧΟΝ ΣΥΜΠΛΗΡΩΣΗ ΕΙΔΙΚΩΝ ΕΝΤΥΠΩΝ ΠΟΥ ΧΟΡΗΓΟΥΝΤΑΙ ΑΠΟ ΤΙΣ ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ. 30 2

3 1. ΟΝΟΜΑΣΙΑ ΚΑΙ ΕΙΔΟΣ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΗΣ Η ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΟΣ Παρατίθενται στοιχεία όπως, επωνυμία και είδος εγκατάστασης, μέγεθος, διεύθυνση έδρας, αρμόδιος για θέματα σχετικά με το περιεχόμενο της Τεχνικής Έκθεσης. Α/Α ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ 1. Επωνυμία Έργου Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από σταθμό βιομάζας ισχύος 1,0 MW στο Δήμο Ρήγα Φεραίου, νομού Μαγνησίας 2. Είδος έργου Ηλεκτροπαραγωγή από σταθμούς καύσης βιομάζας, 3. Εμβαδόν γηπέδου 8188,00 m 2 4. Μέγεθος Σταθμός βιομάζας εγκατεστημένης ισχύος 1,0 MW ΚΑΙ μέγιστης ισχύος παραγωγής 0,946 MW με καύσιμο, αποτελούμενος από μονάδα καυστήρα -ηλεκτρογεννήτριας των εταιριών MIMSAN (καυστήρας) και Turboden (ηλεκτρογεννήτρια, 1 MW) 5. Διεύθυνση έδρας ΚΑΠΑ ΣΥΜΜΕΤΟΧΩΝ Α.Ε. ΠΥΛΑΙΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ, ΛΑΕΡΤΟΥ 22 Α.Φ.Μ Δ.Ο.Υ. Φ.Α.Ε. ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΝΟΜΙΜΟΣ ΕΚΠΡΟΣΩΠΟΣ: ΦΙΛΗΜΩΝ-ΜΕΝΕΛΑΟΣ ΚΑΤΣΑΡΚΑΣ, 6. Αρμόδιος για θέματα Ζαφόλιας Γεώργιος, Μηχανικός Χωροταξιας, Πολεοδομίας και σχετικά με το Περιφερειακης Αναπτυξης,Καλαματα 3, Τρικαλα, περιεχόμενο της Τηλ./Fax: , Κιν.: Τεχνικής Έκθεσης gezafolia@yahoo.gr 3

4 2. ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΗ ΘΕΣΗ Ακολουθεί περιγραφή της γεωγραφικής θέσης, με πληροφορίες για την περιοχή που βρίσκεται η εγκατάσταση, το τοπωνύμιο της θέσης και τη διοικητική υπαγωγή της. Η θέση εγκατάστασης του σταθμού βιομάζας βρίσκεται στην τοπική κοινότητας Κοκκίνας (Δημοτική Ενότητα Φερών) του Δήμου Ρήγα Φεραίου στο νομό ή την περιφερειακή ενότητα Μαγνησίας. Ο νομός Μαγνησίας υπάγεται στην Περιφέρεια Θεσσαλίας (νομοί Καρδίτσας, Λάρισας, Μαγνησίας και Τρικάλων), η οποία έχει έδρα την Λάρισα. Στο πλαίσιο σύστασης της Αποκεντρωμένης Διοίκησης (Πρόγραμμα Καλλικράτης), ο νομός και η περιφέρεια υπάγονται στην Αποκεντρωμένη Διοίκηση Θεσσαλίας - Στερεάς Ελλάδας, η οποία εκτείνεται στα όρια των περιφερειών Θεσσαλίας και Στερεάς Ελλάδας με έδρα την Λάρισα. Οι Δήμοι του Νομού Μαγνησίας σύμφωνα με το Ν. 3852/ (Νέα Αρχιτεκτονική της Αυτοδιοίκησης και της Αποκεντρωμένης Διοίκησης Πρόγραμμα Καλλικρότης), παρουσιάζονται στον πίνακα που ακολουθεί (πηγή ΥΠ.ΕΣ.Δ.Δ.&Α.). Πίνακας 2.1: Δήμοι Νομού Μαγνησίας Δήμοι Νομού Μαγνησίας Δήμος Βόλου Δήμος Ρήγα Φεραίου Δήμος Ζαγοράς - Μουρεσίου Δήμος Αλμυρού Δήμος Νότιου Πηλίου Ο Δήμος Ρήγα Φεραίου αποτελείται από τους πρώην δήμους (νυν δημοτικές ενότητες) Φερών, Κάρλας και της Κοινότητας Κεραμιδιού, οι οποίοι έχουν καταργηθεί με το Ν. 3852/ Έδρα του Δήμου Ρήγα Φεραίου είναι το Βελεστίνο, το οποίο απέχει 13 περίπου χιλιόμετρα από τον Βόλο, την πρωτεύουσα του νομού. Απέχει σε ευθεία απόσταση 35 χιλιόμετρα νοτιοανατολικά από την Λάρισα, 68 χιλιόμετρα ανατολικά από την Καρδίτσα και 58 χιλιόμετρα βορειοανατολικά από τη Λαμία. Το γήπεδο εγκατάστασης του σταθμού βιομάζας βρίσκεται στο νότιο τμήμα του Δήμου σε απόσταση 1,85 χιλιομέτρων νοτιοανατολικά του οικισμού Αερινό και 2,80 χιλιομέτρων νότια του οικισμού Κοκκίνα. 4

5 Ο Δήμος Ρήγα Φεραίου βρίσκεται στο κεντρικό δυτικό τμήμα του νομού Μαγνησίας και συνορεύει: Βόρεια με τις Δ.Ε. Αγιας και Μελιβοίας, Δήμου Αγιας, Βορειοανατολικά με το Αιγαίο Βορειοδυτικά με τις Δ.Ε. Αρμενίου και Κιλελέρ, Δήμου Κιλελέρ Δυτικά με τη Δ.Ε. Πολυδάμαντα, Δήμου Φαρσάλων, Νοτιοδυτικά με τη Δ.Ε. Αλμυρού, Δήμου Αλμυρού, Νότια με τη Δ.Ε. Νέας Αγχιάλου και ανατολικά με τη Δ.Ε. Μακρινίτσης και τις Δ.Ε. Νέας Ιωνίας και Αισωνίας, Δήμου Βόλου Ανατολικά με τη Δ.Ε. Ζαγοράς, Δήμου Ζαγοράς - Μουρεσίου, όπως φαίνεται και στην εικόνα του χάρτη που ακολουθεί. Εικόνα 2.1: Χάρτης Προσανατολισμού - Διοικητικών ορίων Η έκταση των 8188,00 m 2 του γηπέδου εγκατάστασης του σταθμού βιομάζας βρίσκεται στο νότιο πεδινό τμήμα της Δ.Ε. Φερών. Το γήπεδο εγκατάστασης του σταθμού απέχει σε ευθεία απόσταση: 5

6 2,85 χιλιομέτρων ανατολικά από τον οικισμό Κοκκίνα της Δ.Ε. Φερών του Δήμου Ρήγα Φεραίου, 1,85 χιλιομέτρων νότια του οικισμού Αερινό της Δ.Ε. Φερών του Δήμου ΡήγαΦεραίου 2,80 χιλιομέτρων ανατολικά του οικισμού Αγ. Δημήτριος της Δ.Ε. Φερών του Δήμου Ρήγα Φεραίου, 9,10 χιλιόμετρα βορειοδυτικά από την κωμόπολη της Ν. Αγχιάλου της Δ.Ε.Ν. Αγχιάλου του Δήμου Βόλου και 8,60 χιλιόμετρα νοτιοδυτικά από τον οικισμό Σέσκλο της Δ.Ε. Αισωνίας του Δήμου Βόλου. Το γήπεδο συνορεύει βόρεια και νότια με ιδιοκτησίες, δυτικά με χέρσα έκταση και ανατολικά συνορεύει με αγροτικό δρόμο, όπως φαίνεται και στη δορυφορική εικόνα που ακολουθεί. Εικόνα 2.2: Δορυφορική εικόνα ορίων γηπέδου εγκατάστασης σταθμού βιομάζας (πηγή: Google Earth) Η ευρύτερη περιοχή στην οποία έχει χωροθετηθεί ο σταθμός καθώς και τα όρια του γηπέδου εγκατάστασης παρουσιάζονται στους χάρτες και στα σχέδια της Μ.Π.Ε. Η περιοχή του γηπέδου εγκατάστασης οριοθετείται από τις κορυφές με αριθ. Α, Β, Γ,Δ,Ε, Ζ και Η εντός των οποίων χωροθετείται ο σταθμός. Οι συντεταγμένες των κορυφών του πολυγώνου που σχηματίζουν το γήπεδο εγκατάστασης στο σύστημα ΕΓΣΑ '87 παρουσιάζονται στον πίνακα που ακολουθεί. 6

7 Πίνακας : Συντεταγμένες κορυφών γηπέδου εγκατάστασης σταθμού Α Β Γ Δ Ε Ζ Η X= Y= X= Y= X= Y= X= Y= X= Y= X= Y= X= Y= ΣΥΝΟΠΤΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ Ο σταθμός βιομάζας εγκατεστημένης ισχύος και μέγιστης ισχύος παραγωγής 5,0 MW θα χρησιμοποιεί ως καύσιμο γεωργικά υπολλείματα βιομάζας προερχόμενες από καλλιέργειες σίτου, καλαμποκιού, υπολείμματα βαμβακίου, αγριαγκινάρας και θρυμματισμένα υπολείμματα ξύλου από έλατο (wood chips) ποσότητας 978 kg/h. Θα αποτελείται από μονάδα καυστήρα - ηλεκτρογεννήτριας των εταιριών MIMSAN (καυστήρας) και Turboden (ηλεκτρογεννήτρια, 1 MW). Ο σταθμός θα αποτελείται από τα εξής επιμέρους υποσυστήματα: o Λέβητα - καυστήρα o Σύστημα καθαρισμού - απαγωγής απαερίων o Ηλεκτρογεννήτρια o Αερόψυκτος πύργος ψύξης o Μετασχηματιστής ανύψωσης τόσης 6,3kV/20kV Επιγραμματικά η παραγωγική διαδικασία του σταθμού περιλαμβάνει τα εξής στάδια: 1. Προμήθεια και αποθήκευση βιομάζας 2. Μεταφορά βιομάζας στον καυστήρα 3. Καύση βιομάζας 4. Μεταφορά λαδιού από το τροφοδοτικό δοχείο στην ηλεκτρογεννήτρια ORC 5. Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στην ηλεκτρογεννήτρια ORC 6. Ψύξη ηλεκτρογεννήτριας ORC με αερόψυκτους πύργους ψύξης Η βιομάζα, σε μορφή τριμάτων, θα μεταφέρεται από τις αποθήκες με τη βοήθεια ιμάντων μεταφοράς, 7

8 στη χοάνη τροφοδοσίας από όπου θα τροφοδοτείται ο καυστήρας σε ολοήμερη βάση. Ο λέβητας - καυστήρας που θα χρησιμοποιηθεί είναι της εταιρείας MIMSAN, που εδρεύει στην Αυστρία και είναι σχεδιασμένος ειδικά για τις απαιτήσεις του συγκεκριμένου έργου. Θα χρησιμοποιηθεί ηλεκτρογεννήτρια της εταιρείας Turboden που εδρεύει στην Ιταλία, ονομαστικής ισχύος 1 MW. Στην έξοδο της ηλεκτρογεννήτριας τοποθετούνται κατάλληλοι μετασχηματιστές για την ανύψωση της τάσης στα 20kV και την παροχή του ηλεκτρικού ρεύματος στο Δίκτυο. Η ηλεκτρογεννήτρια ORC είναι σχεδιασμένη να παίρνει την θερμική ενέργεια από τον καυστήρα-λέβητα και με την τεχνολογία ORC να παράγει ηλεκτρικό ρεύμα συχνότητας 50Hz, στα 6,3kV. Η παραγόμενη τάση θα μετασχηματιστεί σε 20 KV για να δοθεί στο δίκτυο. Ο υπόλοιπος εξοπλισμός, όπως ο μετασχηματιστής δικτύου, ο διακοπτικός εξοπλισμός κλπ, διαστασιολογούνται με βάση την προαναφερθείσα τάση. Ο σταθμός θα συνδεθεί με το υπάρχον ηλεκτρικό δίκτυο (Γραμμή Μεταφοράς Μέσης Τάσης τύπου ACRS-95) Μ.Τ. προδιαγραφών της ΔΕΗ. Η σύνδεση του σταθμού βιομάζας με την υπάρχουσα γραμμή θα γίνει με νέα υπόγεια γραμμή μέσης τάσης. Το ακριβές σημείο σύνδεσης, ο τρόπος και οι απαραίτητες μετρητικές διατάξεις θα καθοριστούν επακριβώς από το Διαχειριστή του Δικτύου με την έκδοση της Προσφοράς Σύνδεσης. Δε θα γίνεται αποθήκευση ενέργειας σε μπαταρίες αλλά η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια θα διοχετεύεται απευθείας στο δίκτυο. Τον τύπο του μετρητικού εξοπλισμού θα τον ορίσει ο διαχειριστής του Δικτύου, σύμφωνα με του όρους της Σύμβασης Πώλησης Ηλεκτρικής Ενέργειας που θα υπογραφεί μεταξύ αυτού και του παραγωγού. Όπως αναφέρθηκε ο σταθμός Θα αποτελείται από μονάδα καυστήρα ηλεκτρογεννήτριας. Η μονάδα θα λειτουργούν παράλληλα και θα συνδέονται στον ίδιο μετασχηματιστή. 8

9 4. ΕΙΔΟΣ ΠΟΣΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΚΑΥΣΙΜΟΥ 4.1. Είδος και ποσότητα του καυσίμου που χρησιμοποιείται ή θα χρησιμοποιηθεί σε κάθε παραγωγική διαδικασία χωριστά ή δραστηριότητα Ως πρώτη ύλη (καύσιμο) για την λειτουργία του σταθμού θα χρησιμοποιηθούν γεωργικά υπολλείματα βιομάζας ποσότητας προερχόμενες από καλλιέργειες καπνού, σίτου, καλαμποκιού και αγριαγκινάρας. Πιο συγκεκριμένα, η καύσημη ύλη θα αποτελείτε από τις εξής ποσότητες: 40 % Θρυμματισμένα υπολείμματα ξύλου Τα wood - chips φτιάχνονται από τα απόβλητα ξύλα των δασών. Τα δέντρα πρέπει να επεξεργαστούν για να χρησιμοποιηθούν για εμπορική ξυλεία (δοκάρια, σανίδες, υλικά επιπλοποιίας). Τα wood - chips είναι λοιπόν ένα φυσικό απόβλητο των δασοκομικών επιχειρήσεων. Τα απόβλητα ξύλα (μικρά κλαδιά, γλοιός, άχρηστα μέρη) κόβονται σε μηχανικούς κοπτήρες. Το μέγεθος και το σχήμα των κομματιών εξαρτάται από τη μηχανή κοπής, στην πλειοψηφία τους έχουν περίπου 1 cm πάχος και 2 έως 5 cm μήκος. Η υγρασία που περιέχουν τα πρόσφατα κομμένα ξύλα είναι περίπου το 50% του βάρους τους. Αυτό το ποσοστό μειώνεται σημαντικά κατά την ξήρανση. Σε πολλές χώρες όπως στη Δανία τα wood - chips που παράγονται καταναλώνονται σε περιφερειακούς σταθμούς θερμότητας. Η μεταφορά τους γίνεται οδικός με τη χρήση φορτηγών οπότε χρειάζονται σκεπαστές αποθήκες αποθήκευσης όταν πρόκειται να χρησιμοποιηθούν σε αυτόματα καυστήρα. 20 % υπολλείματα σιτιρών Τα άχυρα σιτηρών χρησιμοποιούνται εκτενώς στην βιομάζα. Είναι το κατάλοιπο από το στέλεχος και τα φύλλα σιτηρών μετά το αλώνισμα και τον αποχωρισμό του καρπού. Ανήκουν στην κατηγορία των υπολειμμάτων των αγροτικών φυτειών. Αποτελεί λιγνινοκυτταρινικό υλικό(όπως και τα ξυλώδη στελέχη βαμβακιού, καπνού, ηλίανθου και αραβόσιτου, κλαδιά οπωροφόρων δένδρων) με σύνθεση 16-21% Λιγνίνη,38-46 % κυτταρίνη Α, 5-9 % Ανόργανα συστατικά και 3-7 % Πυρίτιο. Η χρήση τους ως βιομάζα γίνεται σε μέσω ιδιαίτερων και εξειδικευμένων τεχνικών εγκαταστάσεων. Οι ποσότητες που διατίθενται είναι άμεσα συνδεδεμένες με την παραγωγή των σιτηρών. 20% υπολείμματα βαμβακιού Στη χώρα μας καλλιεργούνται στρέμματα με βαμβάκι και παράγονται τόνοι σύσπορο βαμβάκι. Από την εκκόκκιση του σύσπορου βάμβακος παράγονται τόνοι απορρίμματα στα εκκοκκιστήρια ήτοι τόνοι ισοδύναμου πετρελαίου. Το βάρος της βιομάζας που παραμένει στα χωράφια μετά την συλλογή του βαμβακιού (στελέχη βαμβακιού) είναι 350 kg ανά στρέμμα με θερμογόνο ισχύ 3400 kcal/kg. Η ολική βιομάζα από τα στελέχη του βαμβακιού είναι τόνοι δηλαδή τόνοι ισοδύναμου πετρελαίου 10 % υπολλείματα καλαμποκιού 9

10 Το καλαμπόκι ή αραβόσιτος είναι ένα από τα πιο ισχυρά καύσιμα που υπάρχουν στη φύση: μπορεί να μετακινηθεί και να αποθηκευτεί εύκολα. Οι κόκκοι του Αραβοσίτου εξασφαλίζουν καθαρή και ουδέτερη καύση, καλύτερη από τα ορυκτά καύσιμα (όπως το πετρέλαιο, ντίζελ, μαζούτ και τον άνθρακα). Ο αραβόσιτος, προϊόν β ποιότητας, από πλευράς βρώσιμης χρήσης, είναι απολύτως οικολογικός & μια από τις καλύτερες Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας: Η τιμή του είναι από τις χαμηλότερες από πλευράς καυσίμων, με κόστος μόνον 0,15 0,24 / kg. Στην Ελλάδα καλλιεργούνται στρέμματα με καλαμπόκι κάθε χρόνο και η βιομάζα που παράγεται είναι 1200 έως 1500 kg ανά στρέμμα. Συνολικά παράγονται τόνοι ξηρής βιομάζας (καταστρέφεται από τους αγρότες με καύση) δηλαδή τόνοι ισοδύναμου πετρελαίου. 10% από καλλιέργεια αγριαγκινάρας. Η αγριαγκινάρα είναι ένα σημαντικό φυτό κατάλληλο για ενεργειακή αξιοποίηση, το οποίο προσαρμόζεται θαυμάσια στις ελληνικές συνθήκες. Είναι φυτό πολυετές, με υψηλές αποδόσεις της τάξεως των 2,5-3 τόνων/στρέμμα. Το κυριότερο όμως, πλεονέκτημα του είναι ότι η ανάπτυξη του λαμβάνει χώρα από τον Οκτώβριο έως τον Ιούνιο και, συνεπώς, αναπτύσσεται με το νερό των βροχοπτώσεων (δηλαδή δεν απαιτεί άρδευση). Η παραγόμενη από την αγριαγκινάρα βιομάζα μπορεί να αξιοποιηθεί σε μονάδες εσωτερικής καύσης, για την παραγωγή θερμότητας και ηλεκτρικού ρεύματος. Η μεταφορά τους στον χώρο αποθήκευσης θα γίνεται με φορτηγά οχήματα. Η αποθήκευση θα γίνεται στον περιβάλλοντα χώρο του εργοστασίου και σε άμεση σύνδεση με την μονάδα παραγωγής, όπου μέσω αυτόματου κυλιόμενου διαδρόμου μεταφοράς θα τροφοδοτείται απευθείας ο καυστήρας Ιδιότητες του καυσίμου που χρησιμοποιείται ή θα χρησιμοποιηθεί σε κάθε παραγωγική διαδικασία χωριστά ή δραστηριότητα Η πρώτη ύλη θα θρυμματίζεται σε μικρά κομμάτια που μπορούν εύκολα να αποθηκευτούν στους αποθηκευτικούς χώρους, από όπου μεταφέρονται αυτόματα για την καύση τους σε σύγχρονους καυστήρες (π.χ. ενεργοποίηση με χρήση κινητού τηλεφώνου) με την επιθυμητή ροή. Η βιομάζα θα έχει υγρασία < 10 % και θερμική αξία με μέσω όρο περί τα 4,697 KWh/kg, Τα βασικά τους χαρακτηριστικά φαίνονται στον πίνακα που ακολουθεί. Πίνακας: Βασικά χαρακτηριστικά Είδος καυσίμου Wood Chips (40%) Υγρασία Θερμογόνος δύναμη (KWh/kg) < 10% 4,944 Σιτάρι (20%) < 10% 4,828 Βαμβάκι (20%) Καλαμπόκι (10%) < 10% 4,053 < 10% 4,723 10

11 Αγριαγκινάρα (10%) < 10% Μέσος όρος 4,697 Στη μεγάλη πλειοψηφία των Ευρωπαϊκών χωρών, συμπεριλαμβανομένης και της Ελλάδας, δεν υπάρχουν νόμοι και πρότυπα που καθορίζουν την ποιότητα της βιομάζας. Στην παρούσα φάση μόνο μερικά Ευρωπαϊκά κράτη, όπως η Αυστρία, η Σουηδία, η Ιταλία και η Γερμανία έχουν επίσημα πρότυπα αποκλειστικά για την συμπιεσμένη βιομάζα (όπως είναι τα pellets) Ιδιότητες του καυσίμου που χρησιμοποιείται ή θα χρησιμοποιηθεί σε κάθε παραγωγική διαδικασία χωριστά: [μέση θερμογόνος δύναμη (Kcal/kg), περιεχόμενο θείο (%), τέφρα καυσίμου (%), σημείο ανάφλεξης ( C), περιεχόμενα πτητικά (%), είδη και ποσότητες τοξικών ενώσεων ή βαρέων μετάλλων που περιέχονται στο καύσιμο] Βάσει της υπάρχουσας διεθνούς βιβλιογραφίας και στοιχείων από χημικές αναλύσεις διαφόρων φορέων (ΚΑΠΕ, Τμήμα Χημικών Μηχανικών ΑΠΘ κ.ά.), την ηλεκτρονική βάση δεδομένων phyllis [ και το διαδίκτυο [ ],[ ] για βιομάζα, η αντιπροσωπευτική κ.β. σύσταση του καυσίμου σε ξηρή βάση παρουσιάζεται στον πίνακα που ακολουθεί. Πίνακας: Χημική σύσταση καυσίμου Στοιχείο Ατομικό Βάρος (gr/mol) Καλαμπόκι 10% Σιτάρι 20% Περιεκτικότητα % κ.β. Βαμβάκι 20% Αγριαγκιναρα 10% Wood chips 40% Κατ' αναλογια C 12 44% 42,80% 44% 43,70% 46,54% 44,74% Η 2 1 5,40% 5,10% 4,20% 6,00% 6,02% 5,40% S 32 0,10% 0,21% 0,33% 0,05% 0,01% 0,12% Ν 14 0,62% 0,68% 1,30% 1,80% 0,08% 0,67% O ,90% 37,90% 31,50% 40,90% 42,65% 38,92% CI 35 0,25% Πτητικά - 76,00% 68,70% 73,70% 71,80% 82,79% 76,37% Τέφρα - 4,70% 7,10% 8,40% 6,90% 0,43% 4,43% Η υγρασία του καυσίμου ανέρχεται περίπου σε 10%. Η θερμοκρασία ανάφλεξης της βιομάζας με βάσει τις μέσες φυσικές και χημικές ιδιότητες της βιομάζας εκτιμάται σε C. Για τα στερεά και υγρά καύσιμα, μια εναλλακτική λύση στη θερμιδομετρία, η οποία ωστόσο επίσης στηρίζεται 11

12 στη αντιπροσωπευτική δειγματοληψία, είναι η στοιχειομετρική ανάλυση του καυσίμου. Αυτό απαιτεί τον προσδιορισμό της περιεκτικότητας του καυσίμου σε άνθρακα, υδρογόνο, θείο, οξυγόνο και άζωτο. Η ανάλυση που προκύπτει μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί με μια εμπειρική αναλυτική σχέση για τον υπολογισμό της ανώτερης θερμογόνου δύναμης του καυσίμου σε ξηρή βάση HHVdry). Μια τέτοια αναλυτική σχέση, η οποία έχει υιοθετηθεί ευρέως για τα βιοκαύσιμα, έχει δημοσιευτεί στο βιβλίο Coal Conversion Systems: Technical Data Book (1978) από το Αμερικάνικο Ινστιτούτο Τεχνολογίας Φυσικού Αερίου (US Institute of Gas Technologies - IGT). Παρόλο που η αναλυτική σχέση αρχικά προήλθε από στοιχεία σχετικά με τον άνθρακα, έχει δώσει αποδεκτά αποτελέσματα για ένα ευρύ φάσμα ανθρακούχων υλικών, συμπεριλαμβανομένης της βιομάζας και άλλων καυσίμων. HHVdry, MJ/kg = 0,341C + 1,322H 0,12(O+N) + 0,0686S - 0,0153Ash = 17,58 MJ/kg Όπου: HHVdry, = ανώτερη θερμογόνος δύναμη του καυσίμου σε ξηρή βάση C = περιεκτικότητα κατά βάρος (%) του ξηρού καυσίμου σε άνθρακα H = περιεκτικότητα κατά βάρος (%) του ξηρού καυσίμου σε υδρογόνο O = περιεκτικότητα κατά βάρος (%) του ξηρού καυσίμου σε οξυγόνο N = περιεκτικότητα κατά βάρος (%) του ξηρού καυσίμου σε άζωτο S = περιεκτικότητα κατά βάρος (%) του ξηρού καυσίμου σε θείο Ash = περιεκτικότητα κατά βάρος (%) του ξηρού καυσίμου σε τέφρα. Για τα στερεά εναλλακτικά καύσιμα, ιδιαίτερα τη βιομάζα, υπάρχει δημοσιευμένος ένας τεράστιος όγκος δεδομένων. Η Ερευνητική Επιτροπή Βιομηχανικών και Αστικών Αποβλήτων του Αμερικάνικου Συλλόγου Μηχανολόγων Μηχανικών (American Society of Mechanical Engineers - ASME) δημοσίευσε δύο εκθέσεις το 1974 και το Η εργασία αυτή επεκτάθηκε το 1986 υπό την αιγίδα και χρηματοδότηση του Γραφείου Τεχνολογίας Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ, παρέχοντας πληροφορίες για περισσότερες από 600 ουσίες στην έκθεση με τίτλο Thermodynamic Data for Biomass Conversion and Waste Incineration από το Επιστημονικό Ινστιτούτο Ηλιακής Ενέργειας (Solar Energy Research Institute), που δημοσιεύθηκε αργότερα από την ASME. Η έκθεση αυτή μπορεί να βρεθεί στο Γραφείο Επιστημονικής και Τεχνικής Πληροφόρησης (OSTI) του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ στο ως έγγραφο Το Ενεργειακό Ερευνητικό Κέντρο της Ολλανδίας (ECN) διατηρεί τη βάση δεδομένων PHYLLIS με στοιχεία για τη βιομάζα και τα απόβλητα ( Η βάση αυτή περιλαμβάνει στοιχεία για περίπου ουσίες, συμπεριλαμβανομένης της θερμογόνου δύναμης που βασίζεται στη θερμιδομετρία και υπολογίζεται από τη στοιχειομετρική ανάλυση. Η βάση χρησιμοποιεί την αναλυτική σχέση του IGT, που αναφέρθηκε λίγο πριν, (αναφέρεται ως αναλυτική σχέση Milne, από το όνομα ενός από των συντακτών των εκθέσεων του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ) για τον υπολογισμό της θερμογόνου δύναμης. 12

13 Η ανώτερη θερμογόνος δύναμη σε συνθήκες καύσης (as fired) (HHVaf), λαμβάνει υπόψη την περιεκτικότητα του καυσίμου σε υγρασία στα όρια της εγκατάστασης. Συχνά χρησιμοποιείται ο όρος ανώτερη θερμογόνος δύναμη παραλαβής (as-received) (HHVar), εννοώντας την ανώτερη θερμογόνο δύναμη του δείγματος του καυσίμου που παραλαμβάνεται στο εργαστήριο (πριν από κάθε επεξεργασία) και που λαμβάνει υπόψη την περιεκτικότητα αυτού σε υγρασία. Αν θεωρήσουμε ότι δεν υπάρχει καμία διαφορά στην περιεκτικότητα σε υγρασία μεταξύ των αποθεμάτων και του δείγματος του εργαστηρίου, οι δύο τιμές της θερμογόνου δύναμης είναι πανομοιότυπες. Για λόγους συνέπειας με την υπόλοιπη βιβλιογραφία, η παραπάνω θεώρηση αναγνωρίζεται ως σωστή και θα γίνεται χρήση της σύντμησης HHVar (ανώτερη θερμογόνος δύναμη παραλαβής ) αντί για HHVaf. (ανώτερη θερμογόνος δύναμη σε συνθήκες καύσης ) Η πλειονότητα των αναλυτικών προσδιορισμών για τα στερεά καύσιμα πραγματοποιούνται σε δείγματα που έχουν υποστεί ξήρανση με αέρα μέχρι να φθάσουν σε ισορροπία με την ατμόσφαιρα του εργαστηρίου. Αν και τα εν λόγω αποτελέσματα αναφέρονται σε συνθήκες ξήρανσης με αέρα (air-dried ad), σε πολλές περιπτώσεις είναι αναγκαίο να μετατραπούν σε άλλες βάσεις, όπως για παράδειγμα σε ξηρή βάση (dry), σε ξηρή βάση χωρίς τέφρα (dry ash-free daf) ή, σπάνια για τη βιομάζα, σε ξηρή βάση χωρίς ανόργανες ουσίες (dry mineral matter-free dmmf). Η ανώτερη θερμογόνος δύναμη παραλαβής (HHVar ) μπορεί να υπολογιστεί αν είναι γνωστή η ανώτερη θερμογόνος δύναμη σε ξηρή βάση (HHVdry ) ή σε ξηρή βάση χωρίς τέφρα (HHVdaf ) ως εξής: HHVar = HHVdry (100 m) / 100 HHVdry = HHVdaf (100 - Ashdry) / 100 Όπου: m = περιεκτικότητα κατά βάρος (%) του καυσίμου σε υγρασία ( παραλαβή ) = 100 βάρος υγρασίας / (βάρος ξηρού καυσίμου + βάρος υγρασίας) Ashdry = περιεκτικότητα κατά βάρος (%) του καυσίμου σε τέφρα (σε ξηρή βάση) Επειδή, όμως, η νομοθεσία απαιτεί την χρήση της κατώτερης θερμογόνου δύναμης (LHV), πρέπει να καθίσταται δυνατή η μετατροπή των τιμών από τη μία βάση στην άλλη. Έτσι έχουμε: HHVdry = LHVdry + (2,442 8,936 Hdry) / 100 LHVdry = HHVdry - (2,442 8,936 Hdry) / 100 = MJ/kg Όπου: HHV = ανώτερη θερμογόνος δύναμη, MJ/kg LHV = κατώτερη θερμογόνος δύναμη, MJ/kg 13

14 Hdry = περιεκτικότητα κατά βάρος (%) του καυσίμου σε υδρογόνο (σε ξηρή βάση) 2,442 = λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης του νερού στους 25 C, MJ/kg 8,936 = kg νερού που σχηματίζεται από την καύση 1-kg υδρογόνου Βάσει των παραπάνω η κατώτερη θερμογόνος δύναμη του καυσίμου υπολογίζεται σε kj/kg. Σύμφωνα με τα στοιχεία της ενεργειακής μελέτης για την παραγωγή 1 MW el με ηλεκτρικό βαθμό απόδοσης 24,3% η κατανάλωση καυσίμου ανέρχεται σε 978 kg/h (0,271 kg/s), ήτοι 8144,78 tn /έτος. 5. ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΥΣΗΣ 5.1. Διαδικασία - περιγραφή του τρόπου καύσης του χρησιμοποιουμένου καυσίμου Η διαδικασία καύσης της βιομάζας και παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας παρουσιάζεται στο σχήμα που ακολουθεί. Σχήμα 5.1.1: Διάγραμμα ροής και τρόπος καύσης για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με ενεργειακή αξιοποίηση βιομάζας 14

15 Μεταφορά βιομάζας στον καυστήρα: Η βιομάζα, οδηγείτε με ιμάντες μεταφοράς στη τροφοδοσία που βρίσκεται δίπλα στο κέντρο της καύσης και από κει προωθείται η καύσιμη ύλη σε έναν κεκλιμένο χώρο, μέσω ενός παλλόμενου ή κοχλιωτού μεταφορέα (με οθόνη καυσίμου 2-1/2") με εναλλασσόμενες σταθερές και κινούμενες σειρές, χωρισμένες σε 3 ή 4 ζώνες για ξήρανση, καύση και εξάντληση του καυσίμου (απαραίτητο για τις περιόδους που θα υπάρχει παύση της παραγωγικής διαδικασίας λόγω βλάβης ή συντήρησης του εξοπλισμού). Η ξήρανση θα γίνεται αποκλειστικά με ενέργεια εξοικονομούμενη από την κάμινο, με την προώθηση αέρα καύσης από κάτω από τις κυλιόμενες σχάρες. Στο τελευταίο στάδιο της μεταφοράς πρέπει να εξασφαλίζεται απόλυτα η αδυναμία μεταφοράς της φλόγας στο σιλό αποθήκευσης του υλικού. Τοποθετείται περιστρεφόμενος αεροφράκτης (rotary air lock) της εταιρείας Hurst Boiler Co. o οποίος εμποδίζει σε μεγάλο βαθμό το να εισαχθεί ο αέρας καύσης στην περιοχή των σιλό την ώρα που προωθούνται οι πελέτες στον καυοτήρα. Καύση βιομάζας: Οι μπάρες κινούν την βιομάζα και εξασφαλίζουν την άμεση επαφή της με τον αέρα καύσης που εγχέεται κάτω από κάθε ζώνη. Ο ίδιος ο καυστήρας διατηρείται σε αρνητική πίεση (-1/4 εώς -1 % στήλη νερού) μέσω ενός ID (inducedfan) ανεμιστήρα, ο οποίος ελέγχεται από ένα πιεζοστατικό/μανομετρικό ελεγκτή (photoheliccontroller). Διατηρώντας τον καυστήρα σε πίεση κατώτερη της ατμοσφαιρικής αποφεύγεται το φαινόμενο της αναστροφής της φλόγας (blowback). Η φλόγα που δημιουργείται θερμαίνει μέχρι την κατάσταση κορεσμού την ποσότητα νερού που κυκλοφορεί μέσα στα υδατοστεγή διαμερίσματα του σώματος του λέβητα (boiler), τα οποία μάλιστα είναι προστατευμένα με μία πυρίμαχη ζώνη απέναντι στη διάβρωση και στις πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Παράλληλα, τα απαέρια (καυσαέρια) ακολουθούν μια διαδρομή, η οποία τα υποχρεώνει γυρνώντας δύο φορές μέσα στο λέβητα, να αφήσουν όλες τους τις θερμίδες στο νερό. Διέρχονται μέσα από τον οικονομητήρα (economizer), τον υπερθερμαντήρα (superheater), καθώς και τον προθερμαντήρα αέρα καύσης (LUVO) και ακολούθως απομακρύνονται Γεωμετρία και γεωμετρικά χαρακτηριστικά του θαλάμου καύσης Η καύση θα γίνει σε καυστήρα κινούμενης εσχάρας, την παλαιότερη και πιο διαδεδομένη τεχνική για την ενεργειακή αξιοποίηση βιομάζας. Μία τομή ενός τυπικού καυστήρα τύπου εσχάρας παρουσιάζεται στην εικόνα που ακολουθεί. 15

16 Εικόνα 5.2.1: Τομή ενός τυπικού καυστήρα εσχάρας 16

17 Ο λέβητας - καυστήρας που θα χρησιμοποιηθεί είναι της εταιρείας MIMSAN και είναι σχεδιασμένος ειδικά για τις απαιτήσεις του συγκεκριμένου έργου. Τα τεχνικά στοιχεία του (γεωμετρία, γεωμετρικά χαρακτηριστικά θαλάμου καύσης, κλπ) παρουσιάζονται στο επισυναπτόμενο προσπέκτους στο Παράρτημα II της Μ.Π.Ε Θερμοκρασία καύσης του καυσίμου Σύμφωνα με την ως τώρα εμπειρία σχετικά με την προαναφερθείσα τεχνολογία, η θερμοκρασία του θαλάμου καύσης κυμαίνεται από C, ενώ η καύση λαμβάνει χώρα σε περίσσεια οξυγόνου 50% - 60% Χρόνος παραμονής των προϊόντων καύσης του καυσίμου στη θερμοκρασία καύσης (χρόνος μετάκαυσης) Ο χρόνος παραμονής είναι συναρτήσει των γεωμετρικών χαρακτηριστικών του θαλάμου καύσης και του συνολικού σχεδιασμού του συστήματος. 6. ΕΚΠΟΜΠΕΣ Η καύση θα πρέπει να εξασφαλιστεί ότι θα είναι στοιχειομετρική, δηλαδή ότι θα παρέχεται στον καυστήρα όσο ακριβώς οξυγόνο χρειάζεται για να είναι τέλεια η καύση. Στην πραγματικότητα, για να γίνει αυτό απαιτείται περίσσεια αέρα (άρα και οξυγόνου στα καυσαέρια) που είναι ανάλογα τόσο μεγαλύτερη όσο οι συνθήκες ανάμειξης του οξυγόνου με το καύσιμο, είναι δυσμενέστερες. Στην τέλεια καύση συμβάλλει και η μεγαλύτερη επαφή του αέρα με την καύσιμη ύλη, έτσι ώστε να βελτιστοποιείται η ταχύτητα της αντίδρασης. Ο λόγος της πραγματικά χρησιμοποιούμενης ποσότητας αέρα κατά την καύση προς εκείνη που απαιτείται θεωρητικά συμβολίζεται με n. Ο αέρας αποτελείται κατά προσέγγιση από 21% 0 2 και 79% Ν 2 κατ' όγκο (και κατά mol) και 23,21% 0 2 και 76,79% Ν 2 κατά βάρος. Στην περίπτωση της περίσσειας οξυγόνου, αν ο υπολογιζόμενος αέρας για στοιχειομετρική καύση είναι (kg αέρα/kg καυσίμου),τότε η πραγματικά χρησιμοποιούμενη ποσότητα αέρα είναι: 17

18 Στα καυσαέρια ανιχνεύεται οξυγόνο σε κατά βάρος συγκέντρωση ίση με: Με βάση την ήδη υπάρχουσα εμπειρία για καύση βιομάζας σε εσχάρα, η καύση θα πραγματοποιηθεί με περίσσεια αέρα της τάξης του 55% που αντιστοιχεί σε συντελεστή (λ) περίσσειας οξυγόνου ίσο με 7%. Τα ποσοστά πρωτογενούς και δευτερογενούς κύματος αέρα θα είναι 70 και 30% αντίστοιχα. Η ελάχιστη στοιχειομετρικά απαιτούμενη ποσότητα οξυγόνου για τέλεια καύση δίνεται από την εξίσωση: ενώ η πραγματική απαίτηση σε οξυγόνο υπολογίζεται από τη σχέση: όπου: m min_o : στοιχειομετρική ποσότητα οξυγόνου kg/s) ΜΒ 02 : Μοριακό βάρος0 2 (32 g/mol) ΑΒ i : Ατομικό βάροςαντίοτοιχου συστατικού i (g/mol) C, Η, S, Ν, Ο: Περιεκτικότητα της βιομάζας στο αντίστοιχο συστατικό 978 kg/h = 0,271 kg/s (3) Βάσει των παραπάνω και τα στοιχεία του πίνακα 4.3.2, έχουμε: 0,3394 kg/s 0,3632 kg/s (4) (5) Ο συνολικός εισερχόμενος αέρας υπολογίζεται βάσει της κατά βάρος σύστασης του αέρα σε οξυγόνο : m air = m O2 / X O2 = 0,3632/ 23,21% = 1,654 kg/s = 5954,4 kg/h 18

19 Με βάση το ισοζύγιο μάζας του εισερχόμενου αέρα, του καυσίμου και της άκαυστης τέφρας, τα εξερχόμενα καυσαέρια θα είναι: όπου inc: η κ.β σύσταση σε άκαυστα τέφρα (4,43%) Έτσι, έχουμε: 1,912 kg/s (8) Οι κυριότεροι ρύποι που περιέχονται στα καυσαέρια είναι το διοξείδιο του άνθρακα (από την καύση του άνθρακα), το διοξείδιο του θείου (από την καύση του θείου που είναι χημικά δεσμευμένο στο καύσιμο) και τα οξείδια του αζώτου. Οι εκπομπές οξειδίων του αζώτου στο θάλαμο καύσης οφείλονται στη θερμική δέσμευση του μοριακού αζώτου που περιέχεται στον αέρα καύσης που οδηγεί στην παραγωγή NOx (Thermal NOx) και επιπλέον στη χημική αντίδραση του χημικά δεσμευμένου στο καύσιμο στοιχειακού αζώτου που οδηγεί στην παραγωγή ΝΟχ (Fuel NOx). Οι εκπομπές ΝΟχ στα απαέρια του λέβητα αποτελούνται σε ποσοστό μεγαλύτερο του 90% από μονοξείδιο του αζώτου και σε ποσοστό μικρότερο του 10% από διοξείδια του αζώτου. Ο σχηματισμός των οξειδίων που παράγονται από τη θερμική δέσμευση του αζώτου λαμβάνει χώρα σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες των C και σε παρουσία περίσσειας αέρα. Στην περίπτωση καύσης σε κινούμενη σχάρα, η θερμοκρασία του θαλάμου καύσης κυμαίνεται μεταξύ C, γεγονός το οποίο σε συνδυασμό με τη δυνατότητα ρύθμισης των συνθηκών καύσης εξασφαλίζει πολύ χαμηλές εκπομπές οξειδίων του αζώτου (Thermal NOx). Οι ποσότητες των αεριών ρύπων(c0 2, S0 2 ) υπολογίζονται βάσει της στοιχειομετρίας των αντιδράσεων σχηματισμού μέσω των εξισώσεων της μορφής: (9) (10) Για τα Ν0 Χ οι αντίστοιχες εξισώσεις υπολογισμού των εκπομπών λόγω οξείδωσης του περιεχόμενου αζώτου στο καύσιμο είναι: (11) (12) 19

20 Βάσει των παραπάνω υπολογίζονται οι μαζικές και μοριακές ροές των αερίων ρύπων: 10,103 mol/s (14) 0,01 mol/s (13) 444,53 g/s (15) 0,64 g/s (16) 0,064 mol/s (17) 3,84 g/s (18) Εκτός από τους παραπάνω ρύπους τα καυσαέρια θα περιέχουν επίσης υδρατμούς (οι οποίοι προέρχονται από την καύση του υδρογόνου και την περιεχόμενη υγρασία στο καύσιμο), το άκαυστο άζωτο και το οξυγόνο. Το Άζωτο προέρχεται από το άκαυστο άζωτο του αέρα καύσης και από το άκαυστο άζωτο της πρώτης ύλης. Με δεδομένη την βελτιστοποίηση της καύσης, το άκαυστο άζωτο προέρχεται κυρίως από τον αέρα καύσης. Η ποσότητα του νερό των καυσαερίων υπολογίζεται βάσει της στοιχειομετρίας της αντίδρασης σχηματισμού υδρατμών και της υγρασίας του καυσίμου μέσω των εξισώσεων: (19) (20) Για το άκαυστο άζωτο και το οξυγόνο οι μαζικές και μοριακές ροές υπολογίζονται βάσει της σύστασης και της ποσότητας αέρα μέσω των εξισώσεων: (21) 20