ENERGY WASTE Ημερίδα 21/11/2014 «Ενεργειακή Αξιοποίηση Κλάσματος Μη Ανακυκλώσιμων Αστικών Απορριμμάτων σε μία Βιώσιμη Αγορά Παραγωγής Ενέργειας από Απορρίμματα» Παρουσίαση έργου ENERGY WASTE Κατασκευή μονάδας αεριοποίησης Κωνσταντίνος Βεργανελάκης Mech-Eng, MSc WATT A.E.
Περιεχόμενα Εισαγωγή Περιγραφή έργου ENERGY WASTE Ανάλυση κατασκευής και ανέγερσης αεριοποιητή Σχεδιασμός διεργασίας Κατασκευή εξοπλισμού Εγκατάσταση και συναρμολόγηση Ανάλυση και αντιμετώπιση προβλημάτων Μετρητικά όργανα Δοκιμές Συμπεράσματα
Εισαγωγικά Στόχοι Χαρακτηρισμός παραγόμενου Στερεού Ανακτηθέντος Καυσίμου (RDF) σύμφωνα με Ευρωπαϊκά πρότυπα Σχεδιασμός και ανέγερση πιλοτικής μονάδας αεριοποίησης RDF Ανάλυση διεργασίας και αξιολόγηση απόδοσης Διάχυση αποτελεσμάτων Εταίροι Έργου Τεμαχισμένο RDF
Πακέτα εργασιών Π.Ε. 1 Ανάλυση τεχνολογιών αιχμής Εταίροι: ΕΚΕΤΑ/ΙΔΕΠ ΠΚΜ Π.Ε. 2 Δράσεις δικτύωσης Εταίροι: ΕΚΕΤΑ/ΙΔΕΠ ΠΚΜ EREF Π.Ε. 3 Παραγωγή και ανάλυση καυσίμου Εταίροι: ΕΚΕΤΑ/ΙΔΕΠ WATT Π.Ε. 4 Κατασκευή και ανέγερση αεριοποιητή ρευστοποιημένης κλίνης Εταίροι: WATT EKETA/ΙΔΕΠ Π.Ε. 5 Πιλοτικές δοκιμές και αξιολόγηση απόδοσης Εταίροι: WATT ΕΚΕΤΑ/ΙΔΕΠ Π.Ε. 6 Ανάλυση κύκλου ζωής Εταίροι: ΕΚΕΤΑ/ΙΔΕΠ Π.Ε. 7 Διάχυση αποτελεσμάτων Εταίροι: ΠΚΜ EREF WATT ΕΚΕΤΑ/ΙΔΕΠ
Κατασκευή και ανέγερση αεριοποιητή Γενικά χαρακτηριστικά Βήματα υλοποίησης Θερμοδυναμική ανάλυση διεργασίας Εργαστηριακές αναλύσεις με θερμοζυγό (TG) Ισοζύγιο μάζας και ενέργειας Διαστασιολόγηση Χαρακτηριστικά Πιλοτική μονάδα αεριοποίησης σε ρευστοποιημένη κλίνη με ανακυκλοφορία για παραγωγή αερίου σύνθεσης Αξιοποίηση στερεού ανακτηθέντος καυσίμου από το ΚΔΑΥ Κρωπίας της WATT Εισερχόμενη θερμική ισχύς (~100kW) Κατανάλωση καυσίμου (max: 30 kg/h) Διεργασία αεριοποίησης με αέρα υπό ατμοσφαιρική πίεση
carbon conversion (%) Heat (%LHV) % molar (wet basis) LHV (kj/nm 3 ) % molar (dry basis) Θερμοδυναμική ανάλυση διεργασίας Θερμοδυναμική ανάλυση στις παρακάτω παραμέτρους Θερμοκρασία Λόγος αέρα/καυσίμου λ Εύρεση αυτόθερμου σημείου Ποιότητα καυσίμου 60 50 40 30 20 H 2 CO 10000 LHV N 8000 2 6000 4000 10 CO 2 2000 H 2 O CH 4 0 0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 Equivalence Ratio, λ 40 30 CO 20 10 0 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 Equivalence Ratio, λ H 2 CH 4 40 30 CO 2 20 10 0 700 750 800 850 900 Temperature ( o C) 10 5 0 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55-5 T_air=25oC T_air=100oC T_air=150oC -10 Equivalence Ratio, λ
Σχεδιασμός διεργασίας Αντιδραστήρας αεριοποίησης Καύση αερίου Σύστημα τροφοδοσίας Εναλλάκτης ψύξης αερίου
Διάγραμμα ελέγχου διεργασίας
Κατασκευή κοχλία εκφόρτησης Τροφοδοσία με κοχλίες συνδεδεμένους σε inverters για έλεγχο στροφών και ακριβή τροφοδοσία καυσίμου
Κατασκευή εναλλάκτη θερμότητας για ψύξη αερίου Σχεδιασμός και κατασκευή εναλλάκτη για την ψύξη του αερίου σύνθεσης σε σημείο ανώτερο της συμπύκνωσης των πισσών Ταυτόχρονη θέρμανση αέρα που αξιοποιείται για την ξήρανση του RDF και την διεργασία
Συναρμολόγηση και ανέγερση εξαρτημάτων και ικριώματος Διαστάσεις ικριώματος Μήκος x Πλάτος x Ύψος ~ 4m / 2,4m / 6,4m
Κατασκευή εξοπλισμού σύστημα τροφοδοσίας 4 ζώνες ρύθμισης εισερχόμενης ποσότητας εισερχόμενου καυσίμου 2 κοχλίες μεταφοράς 2 ροταρικές βαλβίδες
Κατασκευή εξοπλισμού αντιδραστήρας με ανακυκλοφορία Κατασκευή ανακυκλοφορίας και σύνδεση riser και downcomer
Εγκατάσταση εξοπλισμού Ηλεκτρολογικός Πίνακας Έλεγχος κατανάλωσης ρεύματος Ελεγκτές αντιστάσεων (solid state) Ρυθμιστές στροφών Τοπικός ή απομακρυσμένος έλεγχος
Κατασκευή και εγκατάσταση θαλάμου καύσης αερίου σύνθεσης Θάλαμος καύσης αερίου σύνθεσης υποβοηθούμενο από καυστήρα υγραερίου Καυστήρας
Εγκατάσταση ηλεκτρικών αντιστάσεων Τύπος ηλεκτρικής αντίστασης Ποσότητα A. 114.3x245mm V400 W3900 14 B. 114.3x190mm V400 W3000 2 C. 114.3x70mm V230 W1200 1 D. 114.3x300mm V400 W4500 1 E. 219x300mm V400 W4500 1
Εγκατάσταση εξοπλισμού ηλεκτρικές αντιστάσεις E. Ring Ring Α. D. Ring C. Β.
Αρχικές δοκιμές και εύρεση τροποποιήσεων Μεθοδολογία Δοκιμές ψυχρής και θερμής ροής Αντιμετώπιση προβλημάτων Αρχικές δοκιμές Πρωτόκολλο ψυχρής λειτουργίας Έλεγχος τμημάτων εξοπλισμού για λειτουργία Έλεγχος αυτοματισμών και ελέγχου Έλεγχος οργάνων Έλεγχος παραμέτρων διεργασίας (ρευστοποίηση, ανακυκλοφορία, πτώση πίεσης κλπ) Αντιμετώπιση προβλημάτων
Κατασκευή εξοπλισμού έλεγχος ποιότητας για αστοχίες
Αλλαγές που προέκυψαν κατά την αντιμετώπιση προβλημάτων (1/2) Μεγέθυνση διαμέτρου downcomer για καλύτερη ανακυκλοφορία Αλλαγή συγκεκριμένων σημείων στήριξης της μονάδας για την απορρόφηση των τάσεων και των επιμηκύνσεων
Αλλαγές που προέκυψαν κατά την αντιμετώπιση προβλημάτων (2/2) Προσθήκη συστήματος ψύξης κοχλία τροφοδοσίας Προσθήκη συστήματος ευκολότερης εισαγωγής RDF προς τροφοδοσία
Δοκιμές ψυχρής λειτουργίας Δόκιμή λειτουργίας συστήματος τροφοδοσίας Πτώση πίεσης καθ ύψος της μονάδας
Ανάλυση προβλημάτων της ολοκληρωμένης μονάδας και θέση σε λειτουργία Βήματα Σύνταξη πρωτόκολλου ανάλυσης προβλημάτων Διορθωτικές αλλαγές για την αντιμετώπιση προβλημάτων Ολοκλήρωση και συστήματος καταγραφής δεδομένων και απομακρυσμένου ελέγχου Βαθμονόμηση οργάνων Ψυχρή λειτουργία για την διακρίβωση της λειτουργίας ολόκληρης της μονάδας
Αντιμετώπιση προβλημάτων και έναρξη της εγκατάστασης Βήματα Πολλαπλές δοκιμές διαρροών για την εύρεση ανοιγμάτων στο κέλυφος του αντιδραστήρα και των υπόλοιπων μερών Δοκιμή διαρροών μετά την 1 η λειτουργία των ηλεκτρικών αντιστάσεων Εγκατάσταση και έλεγχος των μετρητών πίεσης Εγκατάσταση και έλεγχος των θερμοστοιχείων Εγκατάσταση θερμομόνωσης Ολοκλήρωση καλωδιώσεων σύμφωνα με τις μετατροπές που υποδείχθηκαν κατά την αντιμετώπιση προβλημάτων Ολοκλήρωση και σύνδεση του καταγραφικού συστήματος με έλεγχο και βαθμονόμηση των οργάνων Έναρξη εγκατάστασης
Δοκιμές διαρροών Τυπικά σημεία διαρροής Σημεία συγκόλλησης και ένωσης τμημάτων του αντιδραστήρα
Πρώτη λειτουργία αντιστάσεων Δοκιμή Χρόνος θέρμανσης (min) Θερμοκρασία ( C) Επιμήκυνση (cm) Απόσταση από το έδαφος (cm) Έναρξη 0 32 0 20,6 Μέτρηση 1 5 126 2,6 18,0 Μέτρηση 2 8 220 - - Μέτρηση 3 10 250 5,1 15,0 Μέτρηση 4 12 325 5,8 14,8 Μέτρηση 5 15 390 7,2 13,4 Μέτρηση 6 18 420 Λήξη 21 480 500 8,1 12,5 Επιπλέον Μέτρηση +10 5,1 15,5 Επιπλέον Μέτρηση +180 0 20,6
Εγκατάσταση θερμοστοιχείων και μετρητών πίεσης Ring 12 μετρητές πίεσης - 8 στον αεριοποιητή - 2 στον εναλλάκτη θερμότητας - 2 στη γραμμή μέχρι τον θάλαμο καύσης Ring Η πίεση είναι το μάτι της ρευστοποίησης και δίνει δεδομένα για τη φάση της ρευστοποίησης και πιθανούς φραγμούς Ring 18 Θερμοστοιχεία - 7 στον αεριοποιητή - 6 στον εναλλάκτη θερμότητας - 5 στις αντιστάσεις Θερμοστοιχείο Fitting Σωλήνας Παρουσιάζουν δεδομένα για τη διεργασία και παρουσιάζουν πιθανές προβληματικές περιοχές
Εγκατάσταση παροχόμετρων N 2 Αέρας Αέρας
Εγκατάσταση μονώσεων και ολοκλήρωση καταγραφικού συστήματος Ολοκλήρωση συστήματος καταγραφής Μονώσεις
Καταγραφικό σύστημα
Ολοκληρωμένη μονάδα
Πρόγραμμα πειραμάτων και δοκιμές Μήτρα πειραμάτων Μεταβολή στην ποιότητα του RDF (moisture: 15% - 30%) Μεταβολές στον λόγο αέρα/καυσίμου λ (0,2 0,4) Θερμοκρασιακό εύρος (750 900) Αποτελέσματα Μέτρηση σύστασης αερίου σύνθεσης Ανάλυση σύστασης τέφρας Ανάλυση λειτουργίας και απόδοσης διεργασίας
Πειραματικές δοκιμές / αξιολόγηση Δοκιμή με πελλέτες ξύλου Παρόμοιες συνθήκες με RDF Θερμοκρασία Λόγος καυσίμου/αέρα Ανάλυση ταχύτητας σε σχέση με το μέγεθος των σωματιδίων αδρανούς υλικού για επίτευξη αναβράζουσας κλίνης Το παραγόμενο αέριο σύνθεσης αναλύθηκε για την συγκέντρωσή του στα παρακάτω αέρια CH 4 CO CO 2 H 2 Αξιολόγηση απόδοσης αεριοποιητή Αναλυτικά ισοζύγια μάζας και ενέργειας Ηλεκτρική και θερμική απόδοση Περιβαλλοντική απόδοση Οικονομική βιωσιμότητα
Mass fraction [%] Mass fraction [%] Χαρακτηρισμός αδρανούς υλικού 100 80 60 fr. Olivine (before atr. Test) fr. Olivine (after atr. Test) 40 20 0 0 200 400 600 Particle size [μm] Ανάλυση XRD στα δείγματα αδρανούς υλικού ολιβίνη πριν τις δοκιμές αεριοποίησης 100 80 60 40 20 0 cal. Olivine (before atr. test) cal. Olivine (after atr. test) 0 200 400 600 Particle size [μm] Ανάλυση κατανομής σωματιδίων του αδρανούς υλικού πριν και μετά τις δοκιμές εκτριβής
Συμπεράσματα Επιτυχής ολοκλήρωση μονάδας Απαραίτητο το πρωτόκολλο ψυχρής λειτουργίας το οποίο ανέδειξε τα προβλήματα και τις αλλαγές τις οποίες πρέπει να γίνουν στη μονάδα Συνεχείς δοκιμές για επίτευξη κανονικής λειτουργίας Ενθαρρυντικά πρώτα αποτελέσματα Μελλοντικές διερευνήσεις με ποιότητες καυσίμου και σε διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας
(www.energywaste.gr) Ιστοσελίδα έργου
Ευχαριστώ