ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΚΑΙ ΖΩΙΚΩΝ ΥΠΟΠΡΟΪΟΝΤΩΝ

Transcript

1 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΚΑΙ ΖΩΙΚΩΝ ΥΠΟΠΡΟΪΟΝΤΩΝ Ν. Αχ. Φιλιππόπουλος 1, Ζ. Σαμαράς², Δ. Καμίδης 1, Γ. Κουφοδήμος 2 1 Νικόλαος Αχ. Φιλιππόπουλος, Εξοπλισμός Ενεργειακής Αξιοποίησης Βιομάζας, 1 ο χλμ. Νεοχωρούδας-Θεσσαλονίκης. Τ.Κ , Τ.Θ. 301, Θεσσαλονίκη, info@nphilippopoulos.gr ²Εργαστήριο Εφαρμοσμένης Θερμοδυναμικής, Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, T.K , Τ.Θ. 458, Θεσσαλονίκη, gkouf@auth.gr ΠΕΡΙΛΗΨΗ Αντικείμενο της εργασίας είναι η παρουσίαση δύο εγκατεστημένων μονάδων καύσης και ενεργειακής αξιοποίησης στερεών, μη συμβατικών καυσίμων, οι οποίες σχεδιάστηκαν και κατασκευάστηκαν από την τεχνική εταιρεία Νικόλαος Αχ. Φιλιππόπουλος (ΕΔΕ/Η-Μ). Οι δύο μονάδες είναι εν λειτουργία, εξασφαλίζοντας ενεργειακή αυτοδυναμία, σε δύο εγχώριες βιομηχανικές μονάδες, με σημαντική παρουσία η καθεμία στον κλάδο της. Η πρώτη μονάδα εγκαταστάθηκε σε εργοστάσιο επεξεργασίας και παραγωγής ξυλείας, και αφορά την ενεργειακή αξιοποίηση υπολειμμάτων κορμοπλατείας (ξυλείας). Για τη λειτουργία της αξιοποιείται ένα βιομηχανικό υποπροϊόν βιομάζας άνευ εμπορικής αξίας, αντικαθιστώντας σημαντικές ποσότητες ορυκτών καυσίμων. Η δεύτερη μονάδα εγκαταστάθηκε σε εργοστάσιο σφαγής πτηνών και παραγωγής τροφίμων, και αφορά την ενεργειακή αξιοποίηση μεταποιημένων υπολειμμάτων πτηνοσφαγείου (πτηνάλευρο). Για την υλοποίηση της πρωτοποριακής αυτής εφαρμογής καύσης πτηναλεύρου, πραγματοποιήθηκαν εργαστηριακές αναλύσεις για τον προσδιορισμό των φυσικοχημικών ιδιοτήτων του καυσίμου και των προϊόντων καύσης. Επίσης για την αξιολόγηση της εφαρμοζόμενης τεχνολογίας διεξήχθησαν μετρήσεις σύστασης καυσαερίου για τον προσδιορισμό των εκπεμπόμενων ρύπων και των συγκεντρώσεων διοξινών και φουρανίων σε κατάσταση λειτουργίας. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι δραστηριότητες των ανεπτυγμένων και αναπτυσσόμενων χωρών για ενεργειακή αυτοδυναμία, προστασία του περιβάλλοντος και μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα από ορυκτές πηγές ενέργειας, έχουν ενταθεί σημαντικά τα τελευταία χρόνια. Το γεγονός αυτό σε πολιτικό και νομοθετικό επίπεδο γίνεται αντιληπτό από: α) την επιβολή ολοένα αυστηρότερης περιβαλλοντικής νομοθεσίας σχετικά με τη λειτουργία μονάδων παραγωγής ενέργειας, β) τη θέσπιση του διοξειδίου το άνθρακα ως εμπορικού προϊόντος και τη δημιουργία χρηματιστηρίου ρύπων παρέχοντας δυνατότητες διεθνούς οικονομικής συναλλαγής μεταξύ παραγωγών και γ) από τη διαμόρφωση οικονομικών κινήτρων σε επενδύσεις αξιοποίησης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και παραγωγής εναλλακτικών καυσίμων. Σε βιομηχανικό επίπεδο, η υιοθέτηση παραγωγικών διαδικασιών χαμηλού κόστους και φιλικών περιβαλλοντικά, φαίνεται ότι είναι μονόδρομος για την παραγωγή ανταγωνιστικών προϊόντων. Η δυνατότητα αντικατάστασης των καταναλισκόμενων ορυκτών καυσίμων με ισοδύναμες ποσότητες στερεών αποβλήτων σε βιομηχανίες στις οποίες παράγονται υποπροϊόντα κατάλληλα για ενεργειακή εκμετάλλευση, μπορεί να αποτελέσει ανταγωνιστικό πλεονέκτημα. Απαραίτητη προϋπόθεση είναι η εφαρμογή της κατάλληλης τεχνολογίας ενεργειακής αξιοποίησης και ο κατάλληλος σχεδιασμός των διατάξεων για την επίτευξη αποδοτικής, ενεργειακά και περιβαλλοντικά, λειτουργίας.

2 Από τις εφαρμοζόμενες μεθόδους θερμικής επεξεργασίας και ενεργειακής αξιοποίησης αποβλήτων, η πιο διαδεδομένη και τεχνολογικά ώριμη είναι η καύση. Παρόλα αυτά, η κατασκευή εγκαταστάσεων καύσης μη τυποποιημένων καυσίμων, όπως είναι τα κάθε λογής φυτικής και ζωικής προέλευσης βιομηχανικά παραπροϊόντα, αποτελεί αντικείμενο υψηλού επενδυτικού κινδύνου, λόγω της σημαντικής διακύμανσης των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων των καυσίμων αυτών. Η ελαχιστοποίηση του επενδυτικού ρίσκου και της πιθανότητας κατασκευαστικής αστοχίας απαιτεί γνώση, εμπειρία και ιδιαίτερη αντιμετώπιση της κάθε περίπτωσης. Η ανάλυση λειτουργίας των εγκαταστάσεων και η εκτίμηση της ενεργειακής και περιβαλλοντικής επίδοσης τους, είναι απαραίτητες για την αξιολόγηση υφιστάμενων μονάδων και για τη βελτιστοποίηση του σχεδιασμού των μελλοντικών. 2. ΜΟΝΑΔΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΥΠΟΛΕΙΜΜΑΤΩΝ ΞΥΛΕΙΑΣ Σε βιομηχανίες επεξεργασίας προϊόντων φυτικής, αγροτικής και δασικής προέλευσης, η ύπαρξη ενεργειακού δυναμικού βιομάζας επαρκούς για την κάλυψη των θερμικών αναγκών της παραγωγικής διαδικασίας, αποτελεί σημαντικό κίνητρο για την υλοποίηση έργων ενεργειακής αξιοποίησης βιομάζας. Τέτοιου είδους επενδύσεις παρουσιάζουν εξαιρετικά μικρό χρόνο απόσβεσης, καθώς τα οικονομικά οφέλη είναι άμεσα και προκύπτουν από την αντικατάσταση των ισοδυνάμων καταναλισκόμενων ποσοτήτων ορυκτών καυσίμων. Η μονάδα επεξεργασίας ξυλείας της Alfa Wood Πίνδος Α.Ε.B.E. στους Μαυραναίους Γρεβενών, επεξεργάζεται ποσότητες ξυλείας για την παραγωγή ινοσανίδας μέσης πυκνότητας (MDF). Οι ποσότητες απορριμμάτων ξυλείας οι οποίες προκύπτουν κατά τη στοίβαξη και εν συνεχεία τη μεταφορά της ξυλείας προς επεξεργασία, αποτελεί σημαντική πηγή ενέργειας για την πλήρη κάλυψη των θερμικών φορτίων της βιομηχανίας. Η σημαντική ανομοιομορφία σε μέγεθος και σχήμα της καύσιμης ύλης, καθώς και η ύπαρξη αδρανών υλικών (πέτρες, σίδερα κλπ.) προϋποθέτει καταρχήν την ανάπτυξη κατάλληλου συστήματος διαχωρισμού και αυτόματης και συνεχούς τροφοδοσίας καυσίμου. Τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά της καύσιμης ύλης δίνονται στον Πίνακα 1. Πίνακας 1: Φυσικοχημικά χαρακτηριστικά απορριμμάτων κορμοπλατείας Ανώτερη θερμογόνος δύναμη [kj/kg] (σε ξηρή βάση) Υγρασία [% κ.β.] (σε υγρή βάση) 50 % Τέφρα [% κ.β.] (σε υγρή βάση) 10 % Καύσιμη ύλη [% κ.β.] (σε υγρή βάση) 40 % Από την απεικόνιση των φυσικών χαρακτηριστικών (υγρασία, τέφρα και καύσιμη ύλη) στο διάγραμμα Tanner αυτοδιατηρούμενης καύσης (Εικόνα 3), γίνεται φανερό ότι η επίτευξη συνεχούς καύσης χωρίς την έγχυση συμπληρωματικού καυσίμου είναι μόνον οριακά εφικτή. Τα υψηλά ποσοστά υγρασίας και τέφρας, καθιστούν αναγκαία την εφαρμογή της ανάλογης γεωμετρίας και τεχνολογίας εσχάρας και θαλάμου καύσης, έτσι ώστε να επιτυγχάνεται ξήρανση του καυσίμου πριν την καύση, καθώς και αυτόματη, συνεχής απομάκρυνση της παραγόμενης τέφρας. Η τροφοδοσία του απαιτούμενου αέρα καύσης και η επαρκής ανάμιξη του με το στερεό καύσιμο, είναι επίσης κρίσιμοι παράγοντες για την επίτευξη αποτελεσματικής ενεργειακής και περιβαλλοντικής λειτουργίας. Για την κάλυψη των θερμικών αναγκών της παραγωγικής διαδικασίας της βιομηχανίας, εγκαταστάθηκε μονάδα καύσης απορριμμάτων ξυλείας κορμοπλατείας με λέβητα διαθερμικού ελαίου, θερμικής ισχύος 7,5 MW (Εικόνα 1). Ως εφεδρεία εγκαταστάθηκε μονάδα καύσης μαζούτ με λέβητα διαθερμικού ελαίου, θερμικής ισχύος 4,6 MW. Για την ανάκτηση του θερμικού περιεχομένου των καυσαερίων του λέβητα βιομάζας, εγκαταστάθηκε οικονομητήρας καυσαερίου νερού, θερμικής ισχύος 1,0 MW (Εικόνα 2).

3 Εικόνα 1: Λέβητας διαθερμικού ελαίου 7,5 MW με καύσιμο απορρίμματα ξυλείας Εικόνα 2: Λέβητας διαθερμικού ελαίου 4,6 MW με καύσιμο μαζούτ (αριστερά), οικονομητήρας καυσαερίου νερού (δεξιά) Η μονάδα εγκαταστάθηκε στο πλαίσιο εκσυγχρονισμού του βιομηχανικού εξοπλισμού του εργοστασίου, το οποίο βρίσκεται ακόμα στη φάση υλοποίησης των έργων αναβάθμισης. Η μονάδα ετέθη σε δοκιμαστική λειτουργία στις 20 Ιανουαρίου 2006 και πιστοποιήθηκε η απρόσκοπτη λειτουργία της. Το εργοστάσιο και κατ επέκταση η μονάδα καύσης, αναμένεται να τεθεί σε κανονική λειτουργία το Φεβρουάριο του 2006, οπότε και θα πραγματοποιηθούν οι απαραίτητες μετρήσεις για την ενεργειακή και περιβαλλοντική αξιολόγηση της μονάδος. 3. ΜΟΝΑΔΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΖΩΙΚΩΝ ΥΠΟΠΡΟΪΟΝΤΩΝ Η διάθεση των ζωικών αποβλήτων αποτελεί ένα ζήτημα το οποίο ανέκυψε πρόσφατα, μετά την εφαρμογή του Κανονισμού 1774/2002 του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου της 3ης Οκτωβρίου 2002 [1]. Βάσει του κανονισμού αυτού, τα μεταποιημένα ζωικά απόβλητα απαγορεύεται πλέον να διατίθενται ως ζωοτροφές σε ζώα τα οποία αποτελούν μέρος της διατροφικής αλυσίδας του ανθρώπου (χοίρους, βοοειδή, πουλερικά κλπ). Η εφαρμογή του κανονισμού οδήγησε στη συρρίκνωση της αγοράς διάθεσης των ζωικών αποβλήτων και στην επακόλουθη πτώση της εμπορικής τους αξίας, με άμεσο αντίκτυπο στις μονάδες σφαγής ζώων και πτηνών, στις οποίες παράγονται σημαντικές ποσότητες ζωικών αποβλήτων, ως υποπροϊόντα της παραγωγικής διαδικασίας. Ο Αγροτικός Πτηνοτροφικός Συνεταιρισμός Ιωαννίνων «Η Πίνδος», διαθέτει μονάδα πτηνοσφαγείου και παραγωγής τροφίμων στο Ροδοτόπι Ιωαννίνων, δυναμικότητας σφαγής πτηνών ανά ώρα [2]. Στο πτηνοσφαγείο γίνεται θερμική επεξεργασία των μερών των πτηνών τα οποία δεν διατίθενται για κατανάλωση για την παραγωγή πτηνάλευρου, που αποτελεί βασικό συστατικό παραγωγής ζωοτροφής. Οι νομοθετικοί περιορισμοί ώθησαν το Συνεταιρισμό στην αναζήτηση λύσης διάθεσης του πτηνάλευρου, η οποία δόθηκε από την τεχνική εταιρία Ν. Αχ. Φιλιππόπουλος (ΕΔΕ/Η-Μ), με την εγκατάσταση μονάδας καύσης και ενεργειακής αξιοποίησης πτηνάλευρου, για την κάλυψη των θερμικών καταναλώσεων του σφαγείου και των βοηθητικών εγκαταστάσεων. Η τεχνολογία της καύσης για την ενεργειακή αξιοποίηση ζωικών αποβλήτων δεν έχει τύχει ευρείας εφαρμογής σε διεθνές επίπεδο, με αποτέλεσμα να μην υπάρχουν κατευθυντήριες βιβλιογραφικές αναφορές σχετικά με την ενεργειακή και περιβαλλοντική απόδοση τέτοιου είδους μονάδων. Η καταλληλότητα της καύσιμης ύλης και η δυνατότητα εφαρμογής της υπάρχουσας τεχνογνωσίας ενεργειακής αξιοποίησης, αξιολογήθηκαν μετά από διεξαγωγή σχετικής έρευνας. Αρχικά διερευνήθηκε το ενεργειακό προφίλ του καυσίμου με την πραγματοποίηση αναλύσεων για τον προσδιορισμό των φυσικοχημικών ιδιοτήτων (Πίνακας 2).

4 Πίνακας 2: Φυσικοχημικά χαρακτηριστικά πτηνάλευρου Ανώτερη θερμογόνος δύναμη [kj/kg] σε ξηρή βάση Υγρασία [% κ.β.] σε υγρή βάση 6,61 Τέφρα [% κ.β.] σε υγρή βάση 6,75 Καύσιμη ύλη [% κ.β.] σε υγρή βάση 86,64 Από την απεικόνιση των φυσικών χαρακτηριστικών στο διάγραμμα Tanner της αυτοδιατηρούμενης καύσης (Εικόνα 4), φαίνεται η καταλληλότητα του πτηνάλευρου ως καύσιμο. Εικόνα 3: Διάγραμμα Tanner απορριμμάτων κορμοπλατείας Εικόνα 4: Διάγραμμα Tanner πτηνάλευρου Το γεγονός ότι το πτηνάλευρο δεν λογίζεται ως βιομάζα αλλά ως απόβλητο, βάσει της οδηγίας 2000/76 [3], κατέστησε αναγκαία την περαιτέρω έρευνα και τον καθορισμό μιας κρίσιμης ιδιότητας της ύλης (ποσοστό αλογονούχων οργανικών ενώσεων εκφραζόμενες ως χλώριο), και ορισμένων κρίσιμων δεδομένων της διεργασίας της καύσης (θερμοκρασία στο θάλαμο καύσης, σύσταση καυσαερίου, επίπεδα εκπομπών διοξινών και φουρανίων, ανάλυση βαρέων μετάλλων τέφρας). Το ποσοστό των αλογονούχων οργανικών ενώσεων εκφραζόμενεων σε χλώριο, προσδιορίστηκε ίσο με 0,32% κ.β., μετά τη διεξαγωγή αναλύσεων στο Εργαστήριο Φασματομετρίας Μάζας και Ανάλυσης Διοξινών, του ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος [4]. Για τον προσδιορισμό των συγκεντρώσεων διοξινών και φουρανίων, και την ανάλυση βαρέων μετάλλων της τέφρας, πραγματοποιήθηκε πειραματική καύση 7 τόνων πτηνάλευρου, προερχόμενο από τον ΑΠΣΙ «Η Πίνδος», σε εγκατεστημένη μονάδα καύσης ξυλείας, κατασκευής Ν. Αχ. Φιλιππόπουλος, στη βιομηχανία επεξεργασίας και παραγωγής ξυλείας Shelman A.E. στη βιομηχανική περιοχή Κομοτηνής. Οι συγκεντρώσεις διοξινών και φουρανίων προσδιορίστηκαν μετά από δειγματοληψία καυσαερίου από το Εργαστήριο Περιβαλλοντικών και Ενεργειακών Διεργασιών, του Ινστιτούτου Τεχνικής Χημικών Διεργασιών, του Εθνικού Κέντρου Έρευνας και Τεχνολογικής Ανάπτυξης (ΙΤΧΗΔ/ΕΚΕΤΑ). Η δειγματοληψία πραγματοποιήθηκε στον αγωγό καυσαερίου, πριν την είσοδό του στην καπνοδόχο, ούτως ώστε να πληρούνται οι συνθήκες ισοκινητικής δειγματοληψίας, σύμφωνα με τον κανονισμό VDI 3499 για μέτρηση διοξινών και φουρανίων, με χρήση του προγράμματος MRU 4000 για δειγματολήπτη ψυχόμενου σωλήνα [5]. Η πειραματική καύση διήρκεσε 10 ώρες κατά τις οποίες καταναλώθηκαν 7 τόνοι πτηνάλευρου, ενώ η δειγματοληψία διήρκεσε 6 ώρες, αφού προηγουμένως είχαν επέλθει σταθερές συνθήκες καύσης και λειτουργίας του συστήματος. Τα δείγματα αναλύθηκαν στο

5 εργαστήριο διοξινών του Ινστιτούτου Οικολογικής Χημείας, στο ερευνητικό κέντρο GSF στο Μόναχο της Γερμανίας. Όπως προκύπτει από τα αποτελέσματα των αναλύσεων, οι τιμές των τοξικών ουσιών στο καυσαέριο κυμάνθηκαν στα 0,032 ng I-TEQ/Nm³, σαφώς κάτω του ανώτατου επιτρεπτού ορίου της νομοθεσίας (0,1 ng I-TEQ/Nm³) [3]. Το γεγονός αυτό οφείλεται στην επικράτηση καλών συνθηκών καύσης (τροφοδοσία αέρα, βαθμός ανάμιξης αέρα καυσίμου, χρόνος παραμονής στερεού καυσίμου), με αποτέλεσμα τη μειωμένη δημιουργία άκαυστου άνθρακα, η παρουσία του οποίου ευνοεί το σχηματισμό διοξινών και φουρανίων. Επιπλέον η αναπτυσσόμενη θερμοκρασία στο θάλαμο καύσης η οποία κυμαινόταν μεταξύ 850 C και 900 C, και ο χρόνος παραμονής των καυσαερίων στο θάλαμο καύσης, συνέτειναν προς τη μείωση σχηματισμού τοξικών ουσιών [5]. Η κατανομή των διαφορετικών ισομερών διοξινών και φουρανίων στο δείγμα παρουσιάζονται στις Εικόνες 5 και 6. Η στοιχειακή ανάλυση, καθώς και η περιεκτικότητα του πτηναλεύρου και της τέφρας σε βαρέα μέταλλα (Πίνακας 3), προσδιορίστηκαν με την ανάλυση δειγμάτων, τα οποία ελήφθησαν από το σύστημα τροφοδοσίας πτηναλεύρου, και το σύστημα εξαγωγής τέφρας θαλάμου καύσης αντίστοιχα, και αναλύθηκαν σε ανιχνευτή πλάσματος (Inductively Coupled Plasma- Atomic Emission Spectrometry) [5]. Συγκέντρωση PCDD [pg/nm³] TCDD PeCDD HxCDD HpCDD OCDD Συγκέντρωση PCDF [pg/nm³] TCDF PeCDF HxCDF HpCDF OCDF Εικόνα 5: Κατανομή ισομερών διοξινών στα απαέρια καύσης πτηναλεύρου Εικόνα 6: Κατανομή ισομερών φουρανίων στα απαέρια καύσης πτηναλεύρου Πίνακας 3: Στοιχειακή ανάλυση και ανάλυση βαρέων μετάλλων πτηνάλευρου και τέφρας Πτηνάλευρο Τέφρα καύσης πτηνάλευρου Στοιχειακή ανάλυση C (% κ.β.) 50,67 1,13 H (% κ.β.) 7,14 0,22 N (% κ.β.) 10,65 0,18 S (% κ.β.) 0,76 0,0 Ανάλυση βαρέων μετάλλων Na (ppm) 3236,63± ,63±100 Al (ppm) 90,47± ,25±60 Cu (ppm) 15,3±4 42,5±3 Fe (ppm) 414,15± ,75±120 K (ppm) 4374,5± ±50 Mg (ppm) ± ,13±300 Η ανάκτηση του ενεργειακού περιεχομένου του πτηνάλευρου πραγματοποιείται σε λέβητα ατμού στερεών καυσίμων, θερμικής ισχύος 7,5 MW και ατμοπαραγωγής kg/h σε

6 πίεση 10 barg (Εικόνα 7). Η μονάδα καύσης είναι εφοδιασμένη με δύο καυστήρες μαζούτ, εφεδρικής λειτουργίας και μετάκαυσης, οι οποίοι τίθενται αυτόματα σε λειτουργία όταν υπάρχει αυξημένη ζήτηση. Για τον καθαρισμό του καυσαερίου εγκαταστάθηκε συγκρότημα φυγοκεντρικών κυκλωνίων για την κατακράτηση των σωματιδίων ιπτάμενης τέφρας μέσου μεγέθους 10 μm, και συστοιχία σακκόφιλτρων για την κατακράτηση σωματιδίων μέσου μεγέθους 1 μm. Πριν την είσοδο στα σακόφιλτρα το καυσαέριο αναμιγνύεται αναλογικά με ατμοσφαιρικό αέρα και ψύχεται ελεγχόμενα στους 140 C, διασφαλίζοντας την προστασία των φίλτρων. Εικόνα 7: Εστία καύσης και λέβητας ατμού μονάδος καύσης πτηνάλευρου Εικόνα 8: Δειγματοληψία προσδιορισμού συγκέντρωσης διοξινών και φουρανίων Για τον προσδιορισμό της σύστασης του καυσαερίου και της συγκέντρωσης διοξινών και φουρανίων πραγματοποιήθηκε μέτρηση και δειγματοληψία καυσαερίου σε συνθήκες κανονικής λειτουργίας στην εγκατεστημένη μονάδος καύσης. Ως καύσιμη ύλη χρησιμοποιήθηκε μείγμα πτηνάλευρου διαφορετικής περιεκτικότητας σε λίπος, το οποίο έχε ως αποτέλεσμα τη διακύμανση των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων του καυσίμου (θερμογόνος δύναμη, υγρασία, τέφρα). Επιλέχθηκε σημείο μέτρησης στον αγωγό απαγωγής καυσαερίου πριν την αναρρόφηση του απορροφητήρα και την τελική έξοδο μέσω της καπνοδόχου στην ατμόσφαιρα (εικόνα 8). Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση φορητού αναλυτή καυσαερίου Horiba PG-250. Επίσης πραγματοποιήθηκε μέτρηση αιθάλης στην κλίμακα Bacharah. Η μέτρηση της θερμοκρασίας του καυσαερίου στο σημείο δειγματοληψίας πραγματοποιήθηκε με θερμοστοιχείο τύπου Κ. Κατά τη διάρκεια των μετρήσεων δοκιμάστηκαν διάφορες ρυθμίσεις των παροχών πρωτογενούς και δευτερογενούς αέρα καύσης, για την επίτευξη βέλτιστων συνθηκών ανάμιξης αέρα καυσίμου και μετάκαυσης καυσαερίου. Σε δύο στάδια των μετρήσεων η ροή των καυσαερίων παρέκαμψε τα σακόφιλτρα (by-pass) περνώντας απευθείας από τη συστοιχία των κυκλώνων στον απορροφητήρα και εν συνεχεία στην καπνοδόχο. Σε ένα στάδιο τέθηκε σε λειτουργία ο καυστήρας, ο οποίος λειτούργησε βοηθητικά έως ότου η πίεση ανήλθε στο επίπεδο ρύθμισης. Οι προαναφερθείσες ρυθμίσεις πραγματοποιήθηκαν προκειμένου να διερευνηθεί η επίδρασή τους στη σύσταση του καυσαερίου. Η καταγραφή των συγκεντρώσεων των μετρούμενων ρύπων πραγματοποιήθηκε σε έξι διαστήματα λειτουργίας διάρκειας πέντε λεπτών έκαστο. Σε κάθε ένα από τα έξι διαστήματα καταγεγραμμένης λειτουργίας επικρατούσαν συνθήκες, οι οποίες υποδηλώνονται στο διάγραμμα της εικόνας 9. Στην πρώτη φάση και ενώ είχαν ρυθμιστεί οι παροχές πρωτογενούς και δευτερογενούς αέρα και η ροή του καυσαερίου διερχόταν κανονικά από τα σακόφιλτρα, πραγματοποιήθηκε

7 παράκαμψη της συστοιχίας (ένδειξη χωρίς φίλτρα ), όπου η θερμοκρασία καυσαερίου ανήλθε στους 170 C. Στη συνέχεια επανήλθε η ροή μέσω των σακόφιλτρων (ένδειξη με φίλτρα ) και η θερμοκρασία των καυσαερίων μειώθηκε (λόγω της ανάμιξης και ψύξης) στους 140 C Χωρίς φίλτρα Με φίλτρα Ρύθμιση αέρα καύσης Χωρίς φίλτρα Καυστήρας ON Παύση λειτουργίας Ρύθμιση καυσίμου NOx, SO2, CO, [ppm], Tκαυσ [C] O2, CO2 [vol %] Χρονική εξέλιξη μέτρησης NOx [ppm] SO2 [ppm] CO [ppm] Tκαυσ [C] CO2 [vol%] O2 [vol%] Εικόνα 9: Διάγραμμα αποτελεσμάτων μέτρησης σύστασης καυσαερίου Στη δεύτερη φάση πραγματοποιήθηκε διαφορετική ρύθμιση των παροχών πρωτογενούς και δευτερογενούς αέρα καθώς και των χρόνων εμβολισμού της παλινδρομικής εσχάρας καύσης. Οι παλινδρομικές κινήσεις της εσχάρας γίνονται αντιληπτές από τη στιγμιαία αύξηση της συγκέντρωσης του CO. Στην τρίτη φάση λειτουργίας πραγματοποιήθηκε ξανά παράκαμψη της συστοιχίας των σακόφιλτρων καθώς και αύξηση της συχνότητας των εμβολισμών της εσχάρας. Στη συνέχεια τέθηκε σε λειτουργία ο καυστήρας μαζούτ (ένδειξη καυστήρας ON ), του οποίου η λειτουργία είχε εμφανή επίδραση στην αύξηση της συγκέντρωσης του SO 2 λόγω της περιεκτικότητας του καυσίμου σε θείο και της μείωσης της συγκέντρωσης σε CO, λόγω της μετάκαυσης του καυσαερίου. Στην συνέχεια διεκόπη η τροφοδοσία καυσίμου λόγω εξίσωσης της πίεσης λειτουργίας με την πίεση ρύθμισης και στο τελευταίο διάστημα καταγραφής επανήλθε το συγκρότημα σε κατάσταση τροφοδοσίας. Οι μέσες τιμές των συγκεντρώσεων των ρύπων, τόσο του συνόλου των καταγεγραμμένων τιμών όσο και των δύο επιμέρους καταστάσεων λειτουργίας (συνεχούς τροφοδοσίας πτηνάλευρου και με τον καυστήρα σε λειτουργία) δίνεται στον πίνακα 4. Πίνακας 4: Αποτελέσματα μετρήσεων θερμοκρασίας και σύστασης καυσαερίου ΝΟ [ppm] SO 2 [ppm] CO [ppm] CO 2 [% vol] O 2 [% vol] Μέση τιμή συνολικής καταγραφής 88,2 150,5 202,1 4,3 14,8 Μέση τιμή κατάστασης χωρίς καυστήρα 85,2 147,0 220,0 4,1 15,1 Μέση τιμή κατάστασης με τον καυστήρα σε λειτουργία 103,9 168,5 109,4 5,4 13,2 Θερμοκρασία περιβάλλοντος 4 C

8 Από τη χρονική εξέλιξη των μετρήσεων, κατά τη διάρκεια των οποίων πραγματοποιούνταν ρυθμίσεις συνθηκών της καύσης, είναι εμφανής η τάση μείωσης της διακύμανσης των συγκεντρώσεων των ρύπων. Ανασταλτικοί παράγοντες ως προς την επίτευξη σταθεροποιημένης απόδοσης ήταν τόσο η διακύμανση των ιδιοτήτων του καυσίμου όσο και η μειωμένη ζήτηση θερμικής ενέργειας από τις καταναλώσεις. Σημειώνεται ότι οι μετρήσεις ποιοτικού προσδιορισμού της αιθάλης κυμάνθηκαν από 2 έως 3 της κλίμακας Bacharach. Οι οριακές τιμές ατμοσφαιρικών εκπομπών ορίζονται στην ευρωπαϊκή οδηγία 2000/76/ΕΚ για την αποτέφρωση των αποβλήτων [3], εκφρασμένες είτε ως μέσες τιμές ημερήσιας καταγραφής, είτε ως μέσες τιμές ημίωρης λειτουργίας, είτε ως μέσες τιμές δεκάλεπτων περιόδων λειτουργίας. Ενδεικτικά αναφέρονται για τους υπό μέτρηση ρύπους τα οριακά επίπεδα εκπομπής των καταγεγραμμένων τιμών κατά τη διάρκειας ημίωρης συνεχούς λειτουργίας τα οποία είναι ΝΟ: 400 mg/m 3, SO 2 : 200 mg/m 3, CO: 100 mg/m 3. Η επίτευξη εναρμονισμένης με την οδηγία λειτουργίας, επιβάλλει την εφαρμογή μετάκαυσης, η οποία απαιτείται και από την οδηγία, με χρήση καυσίμου χαμηλής περιεκτικότητας σε S. Η αντικατάσταση του μαζούτ με φυσικό αέριο ή υγραέριο είναι πλέον επιβεβλημένη. Τα αποτελέσματα της δειγματοληψίας για τον προσδιορισμού συγκέντρωσης διοξινών και φουρανίων της εγκατεστημένης μονάδος καύσης, αναμένονται στις αρχές Απριλίου του Η μονάδα καύσης έχει αντικαταστήσει πλήρως τις υπάρχουσες μονάδες ατμοπαραγωγής, οι οποίες κατανάλωναν ετησίως 1400 τόνους μαζούτ. Η βιομηχανική μονάδα έχει αποκτήσει ενεργειακή αυτοδυναμία καθώς η ημερήσια παραγωγή σε πτηνάλευρο επαρκεί για την πλήρη κάλυψη των ενεργειακών αναγκών. Η καταναλισκόμενη ποσότητα πτηνάλευρου σε ημερήσια βάση ανέρχεται στους 10 με 12 τόνους. Συνεκτιμώντας τη μείωση δαπανών κατανάλωσης ορυκτών καυσίμων, τη μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων από την παύση λειτουργίας των μονάδων μαζούτ, και την εξεύρεση λύσης στο πρόβλημα διάθεσης του πτηναλεύρου, η επένδυση αξιολογείται ως βιώσιμη! ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ [1] Επίσημη Εφημερίδα των Ευρωπαϊκών Κοινοτήτων, Κανονισμός (ΕΚ) αριθ. 1774/2002 του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου, της 3 ης Δεκεμβρίου 2002, για τον καθορισμό υγειονομικών κανόνων σχετικά με τα ζωικά υποπροϊόντα που δεν προορίζονται για κατανάλωση από τον άνθρωπο, Λουξεμβούργο 3/10/2002 [2] [3] Επίσημη Εφημερίδα των Ευρωπαϊκών Κοινοτήτων, Οδηγία 2000/76 του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου, της 4ης Δεκεμβρίου 2000, για την αποτέφρωση των αποβλήτων, Βρυξέλλες 4/12/2000 [4] Εργαστήριο Φασματομετρίας Μάζας και Ανάλυσης Διοξινών, Αποτελέσματα χημικών αναλύσεων δείγματος πτηνάλευρου, Εθνικό Κέντρο Φυσικών Επιστημών Δημόκριτος, Αθήνα 11/10/2004 [5] Εργαστήριο Περιβαλλοντικών και Ενεργειακών Διεργασιών, Μέτρηση τοξικών εκπομπών κατά τη διάρκεια καύσης πτηνάλευρου παραγωγής της Α.Π.Σ.Ι. ΠΙΝΔΟΣ σε καυστήρα της εταιρίας SHELMAN, Τεχνική έκθεση αποτελεσμάτων, ΕΚΕΤΑ / ΙΤΧΗΔ, Θεσσαλονίκη 27/12/2004

9 ENERGY AND ENVIRONMENTAL EVALUATION OF WOOD RESIDUE AND ANIMAL BY-PRODUCTS ENERGY UTILIZATION UNITS N. Ach. Philippopoulos 1, Z. Samaras², D. Kamidis 1, G. Koufodimos 2 1 Nikolaos Ach. Philippopoulos, Equipment for Energy Utilization of Biomass 1 st km Neochroudas Thessaolinkis, GR 57008, P.O.B. 301, Thessaloniki, Greece info@nphilippopoulos.gr ²Laboratory of Applied Thermodynamics, Mechanical Engineering Department, Aristotle University of Thessaloniki, GR 54124, P.O.B. 458, Thessaloniki, Greece gkouf@auth.gr ABSTRACT Object of this work, is the presentation of two incineration units, designed and installed by the technical company N. Ach. Philippopoulos, for the energy utilization of unconventional solid fuels. The incineration units are in operation, providing energy self-dependency, in two industries. First unit is installed in a wood processing industry, providing energy utilization of wood waste, substituting considerable fossil fuel quantities. Second unit is installed in a poultry slaughterhouse, providing energy utilization of processed poultry waste. In order to evaluate the applicability of the developed technology for the efficient combustion and energy utilization of poultry waste, laboratory scale and in-site research was conducted. Laboratory scale experimental analysis took place for the determination of poultry waste physical and chemical properties. The environmental impact of combustion unit s operation determined through the conduction of flue gas emission measurements, including determination of dioxins and furans concentration, during an experimental operation in an installed combustion unit.