Καινοτόμεσ μζκοδοι ενεργειακισ αξιοποίθςθσ απορριμμάτων 1 θ Θμερίδα με Θζμα «Παραγωγι, χαρακτθριςμόσ και αξιοποίθςθ Στερεϊν Ανακτθκζντων Καυςίμων»-Παρουςίαςθ Ζργου ENERGY WASTE 25-04-2013. Καρζλλασ, Επικ. Κακθγθτισ ΕΜΠ Εργαςτιριο Ατμοκινθτιρων και Λεβιτων Σχολι Μθχανολόγων Μθχανικϊν Εκνικό Μετςόβιο Πολυτεχνείο Θρϊων Πολυτεχνείου 9, 15780, Ηωγράφου Email: sotokar@mail.ntua.gr URL: www.lsbtp.mech.ntua.gr
Περιεχόμενα Ειςαγωγι Μζκοδοι Ενεργειακισ Αξιοποίθςθσ Ενεργειακι Αξιοποίθςθ Σφμμεικτων Απορριμμάτων Ενεργειακι Αξιοποίθςθ Στερεϊν Ανακτθκζντων Καυςίμων Παραγωγι, τυποποίθςθ, ιδιότθτεσ Αξιοποίθςθ μζςω αποτζφρωςθσ/ςυναποτζφρωςθσ Αξιοποίθςθ μζςω αεριοποίθςθσ
Αςτικά τερεά Απόβλθτα Ενεργειακι Αξιοποίθςθ (1/2) Αςτικά Στερεά Απόβλθτα Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants X.Y.T.A. Αποτζφρωςθ Μθχανικι Βιολογικι Επεξεργαςία/ Διαλογι ςτθ πθγι οργανικοφ κλάςματοσ Διαλογι ςτθν πθγι K.Δ.Α.Υ. Βιοαζριο από Χ.Υ.Τ.Α. Αναερόβια Χϊνευςθ ςτο οργανικό κλάςμα Βιοαζριο Στερεά Ανακτθκζντα Καφςιμα ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΝΑΚΣΗΗ (υμπαραγωγι θλεκτριςμοφ και Θερμότθτασ)
Αςτικά τερεά Απόβλθτα Ενεργειακι Αξιοποίθςθ (2/2) Αποτζφρωςθ Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΝΑΚΣΗΗ (υμπαραγωγι) Πυρόλυςθ Αεριοποίθςθ Συμβατικοί ρφποι CO, NOx SO 2 Ιπτάμενθ τζφρα Διαχείριςθ Αποβλιτων / Εξζταςθ Περιβαλλοντικϊν Παραμζτρων Αζριεσ Εκπομπζσ Στερεά Απόβλθτα Μθ ςυμβατικοί ρφποι Βαρζα μζταλλα HCl, HF Διοξίνεσ/Φουράνια Απόδοςθ τθσ Εγκατάςταςθσ Εκπομπζσ Θορφβου Υγρι Τζφρα πυκμζνα Ιπτάμενθ τζφρα Γφψοσ από αποκείωςθ
ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΞΙΟΠΟΙΗΗ ΤΜΜΕΙΚΣΩΝ ΑΠΟΡΡΙΜΜΑΣΩΝ
Ιςτορία Πρϊτοι αποτεφρωτιρεσ England 1874 Hamburg Bullerdeich 1896 Πθγι: Vehlow, ITC-TAB
ιμερα -Tokyo-Minato (Ιαπωνία) 3 ςειρζσ εςχάρων καφςθσ με δυναμικότθτα κακεμίασ 300 t/θμζρα Πθγι: Μartin
Wien Spittelau Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants 2 x 360 t/d Rückschub-Rost Πθγι: Martin
χθματικό Διάγραμμα Εργοςταςίου αποτζφρωςθσ ΑΑ
τοιχεία ςυςτιματοσ αποτζφρωςθσ με εςχάρεσ Σύζηημα ηροθοδοζίας [Martin] Σύζηημα εκροής ηης ηέθρας [Martin] Ειζαγωγή πρωηεύονηος αέρα [Martin] Ειζαγωγή δεσηερεύονηος αέρα [Martin]
Αποτζφρωςθ ςε ρευςτοποιθμζνθ κλίνθ Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants Έλα ζύζηεκα απνηέθξωζεο κε ξεπζηνπνηεκέλε θιίλε απνηειείηαη από : ύζηεκα πξνεπεμεξγαζίαο θαη ηξνθνδνζίαο απνβιήηωλ. ύζηεκα πξνεηνηκαζίαο ηωλ ρεκηθώλ αληηδξαζηεξίωλ ηεο θιίλεο (πρ.cao). ύζηεκα πξνζαγωγήο ηνπ αέξα θαύζεο. Ρεπζηνπνηεκέλε θιίλε. ύζηεκα απαγωγήο ηεο ηέθξαο. Κπθιωληθόο δηαρωξηζηήο ζωκαηηδίωλ (γηα ηελ πεξίπηωζε ξεπζηνπνηεκέλεο θιίλεο κε αλαθπθινθνξία). Καηεγνξίεο Ρεπζηνπνηεκέλεο θιίλεο (α) Αναβράδοσζα ρεσζηοποιεμένε κλίνε [Austrian Energy] (β) Ρεσζηοποιεμένε κλίνε ανακσκλοθορίας [Austrian Energy] Πεδίο λειηοσργίας ρεσζηοποιεμένες κλίνες [Austrian Energy]
χθματικό Διάγραμμα Εργοςταςίου αποτζφρωςθσ ΑΑ Πθγι: CEWEP
χθματικό Διάγραμμα λζβθτα εςχάρασ για αποτζφρωςθ ΑΑ Πθγι: CEWEP
ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΞΙΟΠΟΙΗΗ ΣΕΡΕΩΝ ΑΝΑΚΣΗΘΕΝΣΩΝ ΚΑΤΙΜΩΝ
ΚΑΤΗ
ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΙΜΑ τερεά Ανακτθκζντα Καφςιμα: Παραγωγι Κζντρα Διαλογισ Ανακυκλϊςιμων Τλικϊν (Material Recycling Facilities) Μθχανικισ και Βιολογικισ Επεξεργαςίασ (Mechanical and Biological Treatment) Κύρια ζηάδια ηης διαδικαζίας παραγωγής ανακηηθένηων κασζίμων Κοςκίνιςμα Μείωςθ μεγζκουσ (άλεςθ ςε διαφόρουσ τφπουσ μφλων) Μθχανικόσ διαχωριςμόσ (αεροδιαχωριςμόσ, βαλλιςτικόσ διαχωριςμόσ) Διαχωριςμόσ με οπτικζσ μεκόδουσ (NIR) Ανάμιξθ διαφορετικϊν ρευμάτων ομογενοποίθςθ Ξιρανςθ και πελλετοποίθςθ (Προαιρετικό) Διαχωριςτισ NIR Οργανικό κλάςμα τερεό Ανακτθκζν Καφςιμο (Refuse Derived Fuel) Αερόβια χϊνευςθ Αναερόβια χϊνευςθ (Πηγή: www.titech.com)
τερεά Ανακτθκζντα Καφςιμα: Οριςμοί και Ονοματολογία Ο όροσ RDF (Refuse Derived Fuels) είναι γενικόσ και περιλαμβάνει όλα τα ανακτθκζντα καφςιμα Ανακτθκζντα ι δευτερογενι καφςιμα ι Refused Derived Fuels (RDF) Ορισμός Solid Recovered Fuels (SRF) «Καφςιμα που παράγονται από κλάςματα μθ επικίνδυνων αποβλιτων υψθλισ κερμογόνου ικανότθτασ και προορίηονται για ενεργειακι αξιοποίθςθ ςτθ βιομθχανία» Κατθγοριοποίθςθ SRF με βάςθ 3 παραμζτρουσ Θερμογόνοσ ικανότθτα οικονομικόσ δείκτθσ Cl τεχνολογικόσ δείκτθσ Hg περιβαλλοντικόσ δείκτθσ ύλζεηα; 12% Στερεά ανακτθκζντα καφςιμα - Solid Recovered Fuels (SRF) (CEN TC 343) Ύθαζκα; 11% Λνηπά, 5% Βιογενζσ μζροσ Υαξηί / ραξηόλη, 43% Αθξόο, 2% Ξύιν; 3% θιεξό Μαιαθό πιαζηηθό; 8% πιαζηηθό; 16% Σππηθή ζύζηαζε SRF από Αζηηθά ηεξεά Απόβιεηα
τερεά Ανακτθκζντα Καφςιμα: Tυποποίθςθ Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants Για το χαρακτθριςμό του ανακτθκζντοσ καυςίμου ωσ SRF, πρζπει να πλθροφνται οι προχποκζςεισ του προτφπου CEN/TC 343 Πρόςκετθ προτυποποίθςθ ςφμφωνα με εκνικά πρότυπα (π.χ. το γερμανικό πρότυπο RAL-GZ 724) τείνει να βελτιϊνει τθν ανταγωνιςτικότθτα του καυςίμου Διαδικαςία για το χαρακτθριςμό ενόσ ανακτθκζντοσ καυςίμου ωσ SRF
τερεά Ανακτθκζντα Kαφςιμα κατθγοριοποίθςθ Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants Η κατθγοριοποίθςθ των SRF λαμβάνει υπόψθ οικονομικζσ (KΘΙ), τεχνικζσ (% κ.β. Cl) και περιβαλλοντικζσ παραμζτρουσ (% κ.β. Hg), όπωσ ςτον παρακάτω πίνακα. Ιδιότθτα Ταξινόμθςθσ Κ.Θ.Ι. Χλϊριο (Cl) Υδράργυροσ (Hg) Στατιςτικι μζτρθςθ (μζςοσ όροσ) Στατιςτικι μζτρθςθ (μζςοσ όροσ) Μονάδεσ MJ/kg ωσ ζχει Κατθγορίεσ 1 2 3 4 5 25 20 15 10 % επί ξθροφ 0,2 0,6 1,0 1,5 3,0 Διάμεςοσ τιμι mg/mj 0,02 0,03 0,08 0,15 0,50 80 ο εκατοςτθμόριο ωσ ζχει 0,04 0,06 0,16 0,30 1,00 3 Η κατθγοριοποίθςθ του SRF διευκολφνει τθν αποδοχι του και τθν ανάπτυξθ βιϊςιμων εμπορικϊν εφαρμογϊν. Η προτυποποίθςθ του SRF αποτελεί ζνα ςθμαντικό κίνθτρο για τισ μονάδεσ μθχανικισ ανακφκλωςθσ και μθχανικισ-βιολογικισ επεξεργαςίασ-μβσ (βελτίωςθ προϊόντοσ).
τερεά Ανακτθκζντα Καφςιμα Άμεςθ/τοιχειακι Ανάλυςθ Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants RDF 1 RDF 2 TDF (Tyre Derived Fuel) Τγραςία % κ.β. ωσ ζχει 41,67 26,72 0,4 Σζφρα " 9,70 8,49 7,6 Πτθτικά " 46,26 59,97 68,7 Εξανκράκωμα " 2,37 4,83 23,3 C " 27,72 35,76 81,3 H " 3,70 4,66 7,3 N " 0,79 0,84 0,3 S " 0,09 0,16 1,5 O " 15,91 23,09 3,1 Cl " 0,41 0,28 - Κ.Θ.Ι. MJ/kg (ωσ ζχει) 10,87 13,43 Κ.Θ.Ι. MJ/kg (ξθρό) 20,40 19,31 35,76 -
τερεά Ανακτθκζντα Καφςιμα Ενεργειακι Αξιοποίθςθ - Χριςεισ Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants
Aυτόνομθ ενεργειακι αξιοποίθςθ RDF/SRF (1/3 ) H μονάδα ςυμπαραγωγισ RDF/SRF ςτο Industriepark Ηöchst Η μονάδα υλοποιείται ςτο Industriepark Ηöchst και κα αξιοποιεί 675.000 τόνουσ RDF/SRF ςε ετιςια βάςθ, παράγoντασ ~70 MWe (~250 kg ατμοφ/h). H μονάδα ςυμπαραγωγισ αξιοποιεί τθν τεχνολογία ρευςτοποιθμζνθσ κλίνθσ με εςωτερικι ανακυκλοφορία (ICFB) τθσ εταιρείασ EBARΑ. O προχπολογιςμόσ του ζργου εκτιμάται ςε ~300 Μ και οι κζςεισ εργαςίασ ςε 40.
Mικτι καφςθ SRF ςε λιγνιτικζσ μονάδεσ ςτθ Γερμανία (2/3) Εκτεταμζνεσ δοκιμζσ μικτισ καφςθσ SRF ςε λιγνιτικζσ μονάδεσ ζχουν γίνει ςτισ μονάδεσ τθσ RWE ςτο Berrenrath (CFB)-65.000 τόνοι/ζτοσ και ςτο Weisweiler (PC)-100.000 τόνοι/ζτοσ, ςτα πλαίςια του προγράμματοσ RECOFUEL (ςτοιχεία από ΕΜΠ). Από οικονομικισ πλευράσ, θ αντικατάςταςθ λιγνίτθ με SRF αναμζνεται να ζχει κετικά αποτελζςματα (από αυξθμζνα τζλθ διάκεςθσ και μείωςθ εκπομπϊν CO 2 ). Από τεχνικισ πλευράσ, το αυξθμζνο % Cl ςτα αζρια ειςόδου ςτο λζβθτα δεν αναμζνεται να δθμιουργιςει προβλιματα εφόςον θ περιεκτικότθτα του SRF δεν υπερβαίνει το 6% του καυςίμου του λιγνιτικοφ ςτακμοφ (ςε ενεργειακι βάςθ). Από περιβαλλοντικισ πλευράσ δεν διαπιςτϊκθκαν μεταβολζσ ςτισ εκπομπζσ των αερίων ρυπαντϊν ενϊ θ τζφρα πλθροί τισ προδιαγραφζσ για αςφαλι διάκεςθ. Το μόνο που απαιτείται είναι θ αναβάκμιςθ των ςυςτθμάτων αποκικευςθσ του SRF και τθσ τροφοδοςίασ του ςτθν εςτία καφςθσ.
Ενεργειακι αξιοποίθςθ οργανικϊν αποβλιτων, SRF και βιομάηασ ςτθν τςιμεντοβιομθχανία (3/3) Οι ποςότθτεσ οργανικϊν αποβλιτων και βιομάηασ (~63:37) που χρθςιμοποιοφνται ςτθν τςιμεντοβιομθχανία τετραπλαςιάςτθκαν μζςα ςε 15 ζτθ (1990-2005), από 3 ςε 12 εκατ. τόνουσ/ζτοσ (ςτοιχεία CSI, CEMBUREAU) με τθν EE να απορροφά το μεγαλφτερο μζροσ αυτισ τθσ αφξθςθσ. Το 50% του κερμικοφ φορτίου τθσ Γερμανικισ τςιμεντοβιομθχανίασ μόνο καλφπτεται από οργανικά απόβλθτα και βιομάηα. Περίπου 2 εκατ. τόνοι SRF απορροφϊνται ςτθν τςιμεντοβιομθχανία ςτθ Γερμανία ετιςια. Στθν Ελλάδα, το μεγαλφτερο πρόβλθμα για τθν ανάπτυξθ παρόμοιων εφαρμογϊν ςυνιςτά θ ζλλειψθ προτυποποίθςθσ, θ απουςία μακροπρόκεςμων ςυμβολαίων, το κεςμικό πλαίςιο και οι τοπικζσ αντιδράςεισ (δοκιμζσ ζχουν Μίγμα καυςίμων ςτθ Γερμανικι τςιμεντοβιομθχανία (Neovis, 2008) υλοποιθκεί τόςο ςτθν ΑΓΕΤ όςο και ςτθν ΤΙΤΑΝ).
Ανάλυςθ Κφκλου Ζωισ ύκκεηθηα Αζηηθά Απνξξίκκαηα Σφγκριςθ καφςθσ ΑΣΑ και καφςθσ SRF για θλεκτροπαραγωγι βάςει των αρχϊν τθσ Ανάλυςθσ Κφκλου Ηωισ ςχετικά με τθ ςυνολικι επίδραςι τουσ ςτο φαινόμενο του κερμοκθπίου Καύζε Μνλάδα Μεραληθήο θαη Βηνινγηθήο Επεμεξγαζίαο (SRF+Αλάθηεζε Τιηθώλ) Αλάθηεζε Μεηάιιωλ Καύζε SRF
Διάκριςθ ςφμφωνα με τισ κατθγορίεσ 1 θ Διάκριςθ (Emitted, Savings) εκπομπϊν Παρουςίαςθ αποτελεςμάτων βάςει των απευκείασ εκπομπϊν και των εκπομπϊν εξοικονόμθςθσ. 2 θ Διάκριςθ (Emitted*, Avoided, Savings) Παρουςίαςθ αποτελεςμάτων βάςει των απευκείασ εκπομπϊν (χωρίσ να περιλαμβάνονται εκείνεσ που αναφζρονται και ςτισ αποφευχκείςεσ), των αποφευχκειςϊν και των εκπομπϊν εξοικονόμθςθσ.
φγκριςθ εναρίων Ενεργειακισ Αξιοποίθςθσ (1) Ανά κατθγορία προζλευςθσ Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants
φγκριςθ εναρίων Ενεργειακισ Αξιοποίθςθσ (2) υνολικι Επίδραςθ
ΑΕΡΙΟΠΟΙΗΗ
Γιατί αεροποίθςθ; Πλεονεκηήμαηα Αεριοποίηζης: Αζριο ςφνκεςθσ ιδιαίτερα εφχρθςτο (αεριοςτρόβιλοι, παλινδρομικζσ ΜΕΚ, ςυνδυαςμζνοσ κφκλοσ) Δυνατότθτα επίτευξθσ υψθλϊν βακμϊν απόδοςθσ Μικρότερθ παροχι όγκου αερίου ςφνκεςθσ από ότι τα καυςαζρια και ςυνεπϊσ μικρότερθ διάταξθ κακαριςμοφ. Μειονεκηήμαηα Αεριοποίηζης: Τεχνολογία μθ ευρζωσ εμπορικά διακζςιμθ Υψθλό κόςτοσ εγκατάςταςθσ και λειτουργίασ
Διεργαςία Αεριοποίθςθσ Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants Η αεριοποίθςθ ορίηεται ωσ θ κερμοχθμικι μετατροπι ενόσ ςτερεοφ οργανικοφ υλικοφ ςε αζριο φορζα ενζργειασ με τθ βοικεια κάποιου μζςου αεριοποίθςθσ Ομεηδωηηθό κέζν αεξηνπνίεζεο 30-40 % του ςτοιχειομετρικά απαιτοφμενου Ασηοθερμική Αεριοποίηζη Αέξην + Πίζζεο+ Αλζξαθνύρν ππόιεηκκα Οργανικό σλικό Αλλοθερμική Αεριοποίηζη Αέξην + Πίζζεο+ Αλζξαθνύρν ππόιεηκκα Μέζν αεξηνπνίεζεο Υωξίο νμπγόλν Θερμόηηηα
Αυτοκερμικι αεριοποίθςθ Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants Αέριο ζύνθεζης Ξήρανζη Βηνκάδα > μεξή βηνκάδα + Η2Ο H 2 O Πσρόλσζη Βηνκάδα > αέξην ππξόιπζεο + άλζξαθαο Tar CH 4 Θερμόηηηα Καύζη C+O 2 -> CO 2 4H+O 2 -> 2H 2 O CO 2 H 2 O Αναγωγή C+CO 2 -> 2CO C+H 2 O -> CO + H 2 CO H 2
Stabilat : Fuel from nonhazardous municipal waste through Mechanical and Biological treatment to be used for energy recovery Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants Calorific value : 15-18 MJ/kg Water content : appr. 15 weight-% Percentage of total MSW input : appr. 53 weight-% noncombustible material (stones, glass, m etals) <1 weight-% other fossil energy sources (textiles, rubber, composites, etc. ) ~ 25 weight-% plastics ~ 9 Weight.-% renewable energy sources (paper, textiles, wood, organic material, loss on ignition of the fine particles) ~ 65 weight % General Stabilat gasification advantages: Post combustion cleaning Smaller gas cleaning equipment
Floc Trockenstabilat (soft pellets) Hard pellet Soft pellet 34
Comparison of the Stabilat fuel with other fuels Fuel Overall CO 2 - emission factor heating value specific Overall-CO 2 - emissions g CO 2 /MJ MJ/kg g CO 2 /kg regenerative energy contingent specific fossil CO 2 - emissions fossil CO 2 - emission factor %-energy contingent g CO 2 / kg g CO 2 /MJ Brown coal 111 8,6 955 0% 955 111 Hard coal 93 29,7 2.762 0% 2.762 93 Fuel oil 74 35,4 2.620 0% 2.620 74 Natural gas 56 31,7 1.775 0% 1.775 56 Stabilat 71 15 1.067 66,8% 354 24
Demonstration of a polygeneration unit with Stabilat gasification at the Osnabrück site Fluidised bed gasifier Fuel input Stabilat Cyclone Gas boiler (Combustion Chamber) Heating net Steam Turbine G M Pel Main purpose of the POLYSTABILAT project is the construction of a Demonstration plant for the gasification of ~ 750 kg/h of Stabilat. The results withh show the viability of the combination of MBT plants and Heatthe energy exploitation of the produced RDF/SRF fuel of 50.000 tn/a EU Project: TREN/FP7EN/219062 Herhof Recyclingcenter Osnabrück GmbH Free University of Brussels National Technical University of Athens University of Stuttgart Polystabilat
Gasification Plant CEN 343 Low quality SRF G Electricity Generation Heat Generation Biomass High quality Novel Fuel CEN 335? Fuel Markets Novel Solid Biofuels
Flow diagram of the gasification process in Osnabrück (750 kg/h)
Carbon matter ( %) Q ( %) 1 ο βιμα Μελζτθ διεργαςίασ Αεριοποίθςθσ Stabilat z CH XOY NZ wh O m O 3.76N n H n CO n CO n H O n CH 3.76m N 2 10 5 0-5 -10-15 -20-25 20 Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants 2 2 2 1 2 2 3 2 4 2 5 4 2 Heat losses 3% (+) λ 16 21 26 31 36 41 % 46 (-) Autothermal operation Θερμοκραςία διεργαςίασ 850 C. Αυτοκερμικι λειτουργία επιτυγχάνεται για λ>0.38 υποκζτοντασ κερμικζσ απϊλειεσ 3 %. Για λ>0.38 εξαςφαλίηεται μζγιςτθ μετατροπι άνκρακα. 15 10 Θερμογόνοσ δφναμθ αερίου ςτουσ 850 C: 3.8 MJ/kg 5 1% 0 λ 16 21 26 31 36 41 % 46
θ ex,g (%) θ cg (%) λ vv (%), N 2 free Επίδραςθ κερμοκραςίασ αεριοποίθςθσ 80 70 60 50 40 30 69 68 67 θcg 700 800 900 Gasification temperature C λ Προκζρμανςθ αζρα ςτουσ 100 C 0,6 0,55 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 35 30 25 20 15 10 5 0 Η 2 CO CO 2 Η 2 Ο CH 4 Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants 700 800 900 Gasification temperature C Περιςςότεροσ αζρασ απαιτείται για τθν αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ, αφξθςθ λ Ο ϋϋψυχρόσϋϋ βακμόσ απόδοςθσ μειϊνεται κακϊσ αυξάνεται το Ν2 ςτο αζριο Ο εξεργειακόσ βακμόσ ομοίωσ μειϊνεται 66 700 800 900 Gasification temperature C Προκζρμανςθ του αζρα αεριοποίθςθσ ευνοεί τόςο τον ψυχρό όςο και τον εξεργειακό βακμό απόδοςθσ, ενϊ μειϊνει το λ
Πιλοτικι μονάδα ενεργειακισ αξιοποίθςθσ Stabilat μζςω Αεριοποίθςθσ ενάριο Καταςκευισ Ψφξθ του αερίου όχι κάτω από τουσ 500 C για αποφυγι ςυμπφκνωςθσ πιςςϊν Steam Engine Additional firing Air M G Air Air Condesnser Stabilat Gasifier Cyclone Combustion Chamber Steam Boiler M Ζμφαςθ ςτθν αεριοποίθςθ του Stabilat Φκθνι καταςκευι εγκατάςταςθσ θλεκτροπαραγωγισ
Καταςκευι πιλοτικισ μονάδασ ενεργειακισ αξιοποίθςθσ Stabilat μζςω Αεριοποίθςθσ Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants Μθχανι ατμοφ (in): 25 bar g / 260 C Μθχανι ατμοφ(out): 0,5 bar g Παροχι ατμοφ: 4,5 t/h Μθχανικι ιςχφσ: 394 kw Ηλεκτρικι ιςχφσ: 365 MkWel Air Σάςθ γεννιτριασ: 400 V / 50 Hz Additional firing Steam Engine G Air Air Condesnser Stabilat Gasifier Cyclone Combustion Chamber Steam Boiler M
Καταςκευι πιλοτικισ μονάδασ ενεργειακισ αξιοποίθςθσ Stabilat μζςω Αεριοποίθςθσ Τπζρκερμοσ ατμόσ: 400 C Πίεςθ ςχεδιαςμοφ: 30 bar Πίεςθ λειτουργίασ: 27 bar Θερμοκραςία τροφοδ. νεροφ: 105 C Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants Steam Engine Additional firing Air M G Air Air Condesnser Stabilat Gasifier Cyclone Combustion Chamber Steam Boiler M
³ ³ ³ ³ ³ DN 100 Steam Collector DN 100 DN 100 DN 100 Steam Collector DN 100 DN 100 χεδιαςμόσ εγκατάςταςθσ Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants Σμιμα τροφοδοςίασ & προκζρμανςθσ αζρα Expansion Machine Σμιμα κακαριςμοφ & διαχείριςθσ αερίου To thermal use Σμιμα αντιδραςτιρα αεριοποίθςθσ & απομάκρυνςθσ τζφρασ Σμιμα τροφοδοςίασ καυςίμου & υλικοφ κλίνθσ Σμιμα ατμοθλεκτρικισ εγκατάςταςθσ
Προςομοίωςθ εγκατάςταςθσ ενεργειακισ αξιοποίθςθσ Stabilat ³ ³ ³ ³ ³ DN 100 Steam Collector DN 100 DN 100 AM B AM B AM B WAT Expansion Machine DN 100 Steam Collector DN 100 DN 100 To thermal use Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants F A PG P APP Προςδιοριςμόσ ροϊν μάηασ & ενζργειασ υπολογιςμόσ βακμοφ απόδοςθσ Διαςταςιολόγθςθ μονάδασ Stabilat Gasification Plant 1.001 2899.7 27 260 0.9954 2899.7 27 260 Steam Engine IPSEpro Vol % CH4 2.70 CO 10.76 H2 14.01 Stabilat (kg/s) 0.2083 Syngas (kg/s) 0.5593 Gas yield (kg/kg) 2.6844 Cold gas eff 0.7664 Rankine cycle eff (%) 0.1226 Plant eff (%) 0.1020!! Expression Error!! Heat Input (MW ) 2.92 0.005291 2899.7 27 260 0.9954 2567.4 1.5 111.35 324.2 Power Generation Air Cooled Condenser CO2 10.33 H2O 14.72 N2 46.79 HCl 0.02 Stabilat Mass_total[kg/h]nvolflow[Nm3/h] p[bar] t[ C] Gas energy content (MW ) 2.66 Chemical 1.99 sensible 0.67 3602.6 295.99 27 260 0.005291 2899.7 1.5 213.3 0.9954 454.14 1.4 108.29 0.9954 454.15 1.5 108.3 Water Tank Deaerator SILO 1.001 473.84 31 112.45 1.001 467.08 1.5 111.36 750 1.875 1.025 25 1433.3 1112 1.21 100 Gasifier Lambda 0.4021 35.07 49 1.025 850 2092.1 1808 1.025 850 Gas coolers 2127.2 1857 1.015 765.7 Supplementary cooler 2573.9 1997 1.16 100 2040.5 1857 1.005 594.6 Cyclone Combustion Chamber 4614.4 3639 0.995 1594 3602.6 3.7622 31 112.4 4614.4 3639 0.985 164.3 1.001 473.84 31 112.45 Feed Pump Water Inj ection Bag filter 4664.4 3701 0.985 138.7 4660.9 3701 1.006 141.8 Stack 1433.3 1112 1.006 10 2573.9 1997 1.006 10 1433.3 1112 1.22 36.75 2573.9 1997 1.16 29.63 64.9525 850 86.673 594.56 Gas/Air ratio 0.9296 APP PG P 3602.6 3.7622 31 112.4 151.625 711.42 50 0.05015 0.985 25 3.5284 137.31 155.154 699.56 ASH SILO
F A PG P APP Προςομοίωςθ εγκατάςταςθσ ενεργειακισ αξιοποίθςθσ Stabilat Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants tabilat Gasification Plant Αντιδραςτιρασ αεριοποίθςθσ Vol % Stabilat (kg/s) 0.2083 Rankine cycle eff (%) 0.1226 Plant eff (%) 0.1020 H4 Θερμοκραςία 2.70 Syngas (kg/s) αεριοποίθςθσ 0.5593 : 850 C!! Expression Error!! Gas yield (kg/kg) 2.6844 CO 10.76 Προκζρμανςθ Cold gas eff αζρα 0.7664 : 100 C H2 14.01 Heat Input (MW ) 2.92 Λόγοσ αζρα : 0.4 Μετατροπι άνκρακα : 95% O2 10.33 2O 14.72 Gas energy 2.66 content (MW ) N2 46.79 Chemical 1.99 HCl 0.02 Mass_total[kg/h]nvolflow[Nm3/h] t[ C] Περιεκτικότθτα πίςςασ ςτο αζριο: 10 g/nm³ Stabilat sensible 0.67 Περιεκτικότθτα εξανκρακϊματοσ ςτο αζριο : 3 g/nm³ SILO AM B AM B 1433.3 1112 1.006 10 2573.9 1997 1.006 10 750 1.875 1.025 25 1433.3 1112 1.21 100 1433.3 1112 1.22 36.75 2573.9 1997 1.16 29.63 Gasifier Lambda 0.4021 35.07 49 1.025 850 2092.1 1808 1.025 850 64.9525 Gas coolers 850 2127.2 1857 1.015 765.7 Supplementary cooler 2573.9 1997 1.16 100 86.673 594.56 Cyclone Gas/Air ratio 0.9296 3602.6 295.99 27 260 4614.4 3639 0.995 1594 3602.6 3.7622 31 112.4 0.005291 2899.7 1.5 213.3 APP PG P 3602.6 3.7622 31 112.4 151.625 1.001 2899.7 27 260 υςτατικό Vol (%) CH 4 0.005291 2899.7 27 260 2.70 CO 10.76 H 2 14.01 CO 2 10.33 H 2 O 14.72 N 2 46.79 HCl 1.001 473.84 31 112.45 0.02 Combustion Product Gas LHV Chamber 4.33 (MJ/Nm 3 ) 2040.5 1857 1.005 594.6 4614.4 3639 0.985 164.3 1.001 473.84 31 112.45 50 0.985 0.05015 25 711.42 0.9954 2899.7 27 260 0.9954 2567.4 1.5 111.35 0.9954 454.14 1.4 108.29 0.9954 454.15 1.5 108.3 1.001 467.08 1.5 111.36 Feed Pump Water Inj ection Bag filter 4664.4 3701 0.985 138.7 Steam Engine 324.2 Water Tank Deaerator 3.5284 4660.9 3701 1.006 141.8 137.31 Power Ge Air Cooled Condenser Stack WAT 155.154 699.56 ASH SILO AM B
F A PG P APP Προςομοίωςθ εγκατάςταςθσ ενεργειακισ αξιοποίθςθσ Stabilat Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants tabilat Gasification Plant Vol % H4 2.70 CO 10.76 H2 14.01 O2 10.33 2O 14.72 N2 46.79 HCl 0.02 AM B AM B Stabilat (kg/s) 0.2083 Syngas (kg/s) 0.5593 Gas yield (kg/kg) 2.6844 Cold gas eff 0.7664 Stabilat SILO 1433.3 1112 1.006 10 2573.9 1997 1.006 10 750 1.875 1.025 25 Rankine cycle eff (%) 0.1226 Mass_total[kg/h]nvolflow[Nm3/h] p[bar] t[ C] 1433.3 1112 1.21 100 1433.3 1112 1.22 36.75 2573.9 1997 1.16 29.63 Plant eff (%) 0.1020!! Expression Error!! Gasifier Lambda 0.4021 35.07 49 1.025 850 Heat Input (MW ) 2.92 Gas energy content (MW ) 2092.1 1808 1.025 850 2.66 Chemical 1.99 sensible 0.67 64.9525 Πίεςθ τροφοδοςίασ : 25 bar Θερμοκραςία τροφοδοςίασ: 260 C Πίεςθ εξόδου : 1.5 bar Gas coolers 850 2127.2 1857 1.015 765.7 Supplementary cooler 2573.9 1997 1.16 100 86.673 594.56 2040.5 1857 1.005 594.6 Cyclone Combustion Chamber Gas/Air ratio 0.9296 3602.6 295.99 27 260 4614.4 3639 0.995 1594 3602.6 3.7622 31 112.4 0.005291 2899.7 27 260 0.005291 2899.7 1.5 213.3 APP PG P 3602.6 3.7622 31 112.4 151.625 1.001 2899.7 27 260 1.001 473.84 31 112.45 50 0.985 0.05015 25 711.42 1.001 473.84 31 112.45 4614.4 3639 0.985 164.3 0.9954 2899.7 27 260 0.9954 2567.4 1.5 111.35 0.9954 454.14 1.4 108.29 0.9954 454.15 1.5 108.3 1.001 467.08 1.5 111.36 Feed Pump Water Inj ection Bag filter 4664.4 3701 0.985 138.7 Steam Engine 324.2 Water Tank Deaerator 3.5284 4660.9 3701 1.006 141.8 137.31 Power Ge Air Cooled Condenser Stack WAT 155.154 699.56 ASH SILO AM B
F A 3600 kg/h PG P APP Προςομοίωςθ εγκατάςταςθσ ενεργειακισ αξιοποίθςθσ Stabilat Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants tabilat Gasification Plant Vol % H4 2.70 CO 10.76 H2 14.01 O2 10.33 2O 14.72 N2 46.79 HCl 0.02 1112 Nm³/h AM B 1997 Nm³/h AM B Stabilat (kg/s) 0.2083 Syngas (kg/s) 0.5593 Gas yield (kg/kg) 2.6844 Cold gas eff 0.7664 Stabilat SILO 1433.3 1112 1.006 10 2573.9 1997 1.006 10 750 1.875 1.025 25 750 kg/h Rankine cycle eff (%) 0.1226 Mass_total[kg/h]nvolflow[Nm3/h] p[bar] t[ C] 1433.3 1112 1.21 100 1433.3 1112 1.22 36.75 2573.9 1997 1.16 29.63 Plant eff (%) 0.1020!! Expression Error!! Gasifier Lambda 0.4021 35.07 49 1.025 850 Heat Input (MW ) 2.92 Gas energy content (MW ) 1856 Nm³/h 2092.1 1808 1.025 850 Ψυχρόσ βακμόσ απόδοςθσ αεριοποίθςθσ : 76.64% Βακμόσ απόδοςθσ κφκλου νεροφ ατμοφ: 12.26% υνολικόσ βακμόσ απόδοςθσ εγκατάςταςθσ: 10.20% 2.66 Chemical 1.99 sensible 0.67 64.9525 Gas coolers 850 2127.2 1857 1.015 765.7 Supplementary cooler 2573.9 1997 1.16 100 86.673 594.56 2040.5 1857 1.005 594.6 Cyclone Combustion Chamber Gas/Air ratio 0.9296 3602.6 295.99 27 260 4614.4 3639 0.995 1594 3602.6 3.7622 31 112.4 0.005291 2899.7 27 260 0.005291 2899.7 1.5 213.3 APP PG P 3602.6 3.7622 31 112.4 151.625 1.001 2899.7 27 260 1.001 473.84 31 112.45 50 0.985 0.05015 25 711.42 1.001 473.84 31 112.45 4614.4 3639 0.985 164.3 3638 Nm³/h 0.9954 2899.7 27 260 0.9954 2567.4 1.5 111.35 0.9954 454.14 1.4 108.29 0.9954 454.15 1.5 108.3 1.001 467.08 1.5 111.36 Feed Pump Water Inj ection Bag filter 4664.4 3701 0.985 138.7 Steam Engine 324.2 Water Tank Deaerator 3.5284 305kW 4660.9 3701 1.006 141.8 137.31 Power Ge Air Cooled Condenser Stack WAT 155.154 699.56 ASH SILO 146 kg/h AM B
Εγκατάςταςθ ενεργειακισ αξιοποίθςθσ Stabilat Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants Αντιδραςτιρασ αεριοποίθςθσ Ψφκτθσ αερίου κυκλϊνιο Θάλαμοσ καφςθσ Λζβθτασ Μθχανι ατμοφγεννιτρια
F A PG PAPP Εναλλακτικό ςενάριο θλεκτροπαραγωγισ με ORC- Οργανικό μζςο MDM Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants t Gasification Plant Vol % Stabilat (kg/s) 0.2083 H4 2.70 Syngas (kg/s) 0.5593 Gas yield (kg/kg) 2.6844 CO 10.76 Cold gas eff 0.7664 H2 14.01 O2 10.33 2O 14.72 N2 46.79 HCl 0.02 ORC eff (%) 18.1829 Plant eff (%) 14.5371 Heat Input (MW) 2.92 Gas energy content (MW) 2.66 Βακμόσ απόδοςθσ ORC : 18.18% Total Heat Input 2331.8665 mass[kg/s] h[kj/kg] p[bar] t[ C] Turboden 4 (Split) 0.7261 HT Thermal oil loop υνολικόσ βακμόσ απόδοςθσ εγκατάςταςθσ: 14.53% 8.155 637.4 8.155 29.3 637.5 tn/h Heat input (HT Loop) 1769.3571 1.5 310 2 310 Heat input (LT Loop) 562.5094 Λζβθτασ διακερμικοφ ελαίου Oil Boiler 1.281 1379.7 0.995 1106.3 8.155 537.7 1.5 270 2.634 229.7 1.5 130 0 2014.8 0.995 1551.3 Economizer HT 1.281 633.05 0.995 544.11 Economizer LT 2.634 229.7 1.5 130-0.2025 1.281 193.78 0.995 175.14 8.155 637.5 2 310 8.155 420.4 1.5 220 LT Thermal oil loop 9.3 tn/h 2.634 229.6 1 130 9.513 133.98 6.1 205 2.5 133.98 6.1 205 2.634 443.2 1.5 230 9.513 320.04 6 241.24 1.1000 34 tn³/h 2.5-91.103 6.3 88.012 7.013 133.98 6.1 205 9.513-92.243 0.13 87.609 9.513 320.04 6 241.24 9.513 271.69 0.14 205.65 Recuperator 9.513 105.75 0.13 103.78 Turbine and Generator 424 kw Air Cooled Exhaust gas Bypass Stabilat Mass_total[kg/h] p[bar] nvolflow[nm3/h] t[ C] Mass_total[kg/h] p[bar] nvolflow[nm3/h] t[ C] 1.281 193.78 0.995 175.14 SILO 1.281 2014.8 0.995 1551.3 1.281 193.78 0.995 175.14 750 1.875 1.025 25 Lambda 0.4021 Combustion Chamber ORC Heat Input PG PAPP AM B 1433.3 1112 1.006 10 Gasifier 1433.3 1112 1.21 100 1433.3 1112 1.22 36.75 35.07 49 1.025 850 2092.1 1808 1.025 850 Gas coolers 2127.2 1857 1.015 765.7 Supplementary cooler 2573.9 1997 1.16 100 86.673 594.56 2040.5 1857 4614.4 3639 1.005 594.6 0.995 1594 Cyclone Gas/Air ratio 0.9296 4614.4 3639 0.995 1551 GAS GAS 4614.4 3639 0.995 175.1 50 0.05015 0.995 25 4664.4 3701 0.995 149.4 3.5284 147.93 4660.9 3701 1.006 151 AM B 2573.9 1997 1.006 10 2573.9 1997 1.16 29.63 64.9525 850 151.625 711.42 WAT 155.154 699.75 AM B ASH SILO
Ροι ενζργειασ 71.91% 10.41 % Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants 0.68 % Steam engine 14.5 % 83 % 8 % Exhaust gas losses 64.5 % Steam generartor 0.8 % Stabilat gasifier Combustor ORC System 100 % 70.1 % 91 % 79.8 % Thermal Oil boiler 11.2 % 22.9 % 0.85 % 1.71 % 2 % Stabilat gasifier Combustor 7 % 100 % 70.1 % 91 % 22.9 % 0.85 % 1.71 % 2 % 7 %
tnco 2 /tnmsw Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 Emitted (tn CO 2 /tnmsw) chemical agents construction of MBT plant construction of plant MBT_(electricity +LARA) glas_rec 0,1 0,05 0 SRF MSW NE_Rec FE_Rec Emitted emissions for two cases a)srf: Stabilat case b) MSW: direct incineration case
tnco 2 /tnmsw Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants Avoided + Savings (tn CO 2 /tn MSW ) construction of plant 0,1 0 MBT_(electricity+L ARA) -0,1 SRF MSW glas_rec -0,2 NE_Rec -0,3-0,4 FE_Rec -0,5 Electricity production -0,6 Avoided and saving emissions for two cases a)srf: Stabilat case b) MSW: direct incineration case