ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΤΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΥΣΑΕΡΙΩΝ ΑΠΟ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΟΥΣ ΑΤΜΟΠΑΡΑΓΩΓΟΥΣ ΣΤΗΝ ΕΥΡΥΤΕΡΗ ΠΕΡΙΟΧΗ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΙΩΑΝΝΗΣ ΓΡΗΓΟΡΙΑ ΗΣ Οργανισµός Ρυθµιστικού Σχεδίου και Προστασίας Περιβάλλοντος Θεσσαλονίκης Βασ. Όλγας 105, 546 43, Θεσσαλονίκη, τηλ.: 2310-886040,fax: 2310-825151, e-mail: org-ryth-thes@the.forthnet.gr ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην εργασία παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα της επεξεργασίας των µετρήσεων καυσαερίων βιοµηχανικών ατµοπαραγωγών, στα πλαίσια του προγράµµατος "Ποιοτική και ποσοτική αποτίµηση των εκπεµποµένων ρύπων από µεγάλες εγκαταστάσεις καύσης της Ευρύτερης Περιοχής Θεσσαλονίκης" που υλοποίησε ο Οργανισµός Ρυθµιστικού Θεσσαλονίκης (Ο.Ρ.Θ.). Το πρόγραµµα αφορούσε τις µεγαλύτερες, από άποψη κατανάλωσης καυσίµου βιοµηχανίες (περίπου 30), που χρησιµοποιούν καύσιµα: φυσικό αέριο, µαζούτ Νο 1 και µαζούτ Νο 3. Οι µετρήσεις διεξήχθησαν από τον Ιούλιο µέχρι τον Νοέµβριο 2000, µε φορητούς ηλεκτρονικούς αναλυτές καυσαερίων σταθερών εστιών καύσης, των εξής παραµέτρων: Θερµοκρασία καυσαερίων, θερµοκρασία περιβάλλοντος (Ο 2 ) και υπολογισµός (CO 2 ) και περίσσειας αέρα (λ), (CO), (NO), (NO 2 ), (SΟ 2 ), (HC), είκτη αιθάλης (R 2 ) της κλίµακας Bacharach, Ελκυσµός, Υπολογισµός Εσωτερικού Βαθµού Απόδοσης. Παράλληλα µε τις µετρήσεις συµπληρώνονταν και απογραφικό δελτίο µε πληροφορίες τεχνικών και λειτουργικών στοιχείων των εγκαταστάσεων. Οι συνδυασµένες πληροφορίες των µετρουµένων παραµέτρων παρουσιάζονται µε µορφή διαγραµµάτων και πινάκων και µας δίνουν µια συνολική εικόνα της ποιότητας της καύσης από ενεργειακή και περιβαλλοντική σκοπιά για κάθε είδος καυσίµου (φυσικό αέριο, µαζούτ Νο1 και µαζούτ Νο3) και συγκριτικά µεταξύ τους. 1.ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στην εργασία παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα της επεξεργασίας των µετρήσεων καυσαερίων βιοµηχανικών ατµοπαραγωγών, στα πλαίσια του προγράµµατος «Ποιοτική και ποσοτική αποτίµηση των εκπεµποµένων ρύπων από µεγάλες εγκαταστάσεις καύσης της Ευρύτερης Περιοχής Θεσσαλονίκης» που υλοποίησε ο Οργανισµός Ρυθµιστικού Θεσσαλονίκης (Ο.Ρ.Θ.). Ανάλογο, αλλά εκτενέστερο πρόγραµµα εκπονήθηκε από τον Ο.Ρ.Θ. το 1988-1990. Στόχος του προγράµµατος ήταν η επικαιροποίηση των δεδοµένων της κατάστασης λειτουργίας των ατµοπαραγωγών από περιβαλλοντική και ενεργειακή σκοπιά.. Η διείσδυση του φυσικού αερίου στις βιοµηχανίες της περιοχής, η οποία άρχισε ήδη, µας δίνει τα πρώτα δείγµατα των προσδοκώµενων ωφεληµάτων αλλά και των αναπάντεχων προβληµάτων που προέκυψαν. 2. ΙΕΞΑΓΩΓΗ - ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ ΤΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Οι µετρήσεις της περιόδου 2000 αφορούσαν τις µεγαλύτερες από άποψη κατανάλωσης καυσίµου βιοµηχανίες, που χρησιµοποιούν καύσιµα: φυσικό αέριο, µαζούτ Νο 1(1500 ) και µαζούτ Νο 3(3500 ) και διεξήχθησαν από τον Ιούλιο µέχρι τον Νοέµβριο 2000. Ο εξοπλισµός που χρησιµοποιήθηκε ήταν φορητοί ηλεκτρονικοί αναλυτές καυσαερίων, σταθερών εστιών καύσης των εξής παραµέτρων: Θερµοκρασία καυσαερίων (Τ g ), θερµοκρασία περιβάλλοντος (Τα), οξυγόνο (Ο 2 ) και υπολογίζει διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ) και περίσσεια αέρα (λ), µονοξείδιο του άνθρακα (CO), µονοξείδιο του αζώτου (ΝΟ), διοξείδιο του αζώτου (ΝΟ 2 ) µε ξεχωριστό αισθητήρα, διοξείδιο του θείου (SΟ 2 ), δείκτη αιθάλης (R z ) της κλίµακας Bacharah, ελκυσµό, υδρογονάνθρακες, υπολογισµό του εσωτερικού βαθµού απόδοσης (n). H µέθοδος µέτρησης για τα αέρια στηρίζεται στην αρχή του ηλεκτροχηµικού στοιχείου, της θερµοκρασίας καυσαερίων γίνεται µε θερµοζεύγος, της θερµοκρασίας περιβάλλοντος µε αισθητήριο πλατίνας, του ελκυσµού µε ηλεκτρικό αισθητήρα, των υδρογονανθράκων µε pellistor και του δείκτη αιθάλης µε τη µέθοδο ------------------------------------------------------------------------------ ιείσδυση του Φυσικού Αέριου στην αγορά ενέργειας. Αθήνα, ΤΕΕ, 4 Νοεµβρίου 2004 1
φίλτρου χαρτιού. Οι καυσαναλυτές βαθµονοµούνται αυτόµατα κατά την εκκίνηση λειτουργίας τους και µε πρότυπα αέρια περιοδικά. Το σηµείο δειγµατοληψίας των καυσαερίων και όλη η διαδικασία µέτρησης ήταν σύµφωνα µε τα σχετικά πρότυπα (Ε.Λ.Ο.Τ. 896 και Ε.Λ.Ο.Τ. 525-1)[1],[2]. Παράλληλα µε τις µετρήσεις συµπληρωνόταν και απογραφικό δελτίο µε πληροφορίες τεχνικών και λειτουργικών στοιχείων των εγκαταστάσεων.. Οι µετρήσεις έγιναν σε διάφορα φορτία λειτουργίας των εγκαταστάσεων.(µέγιστο, κανονικό, ελάχιστο ). 3.ΒΑΣΙΚΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΤΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΤΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ [3],[4] Οι 30 µεγαλύτερες βιοµηχανίες από άποψη κατανάλωσης καυσίµου (9 µε καύσιµο Φυσικό Αέριο) που µετρήθηκαν και απογράφηκαν, καταναλώνουν ετησίως 72572 ΤΙΠ (Τόνοι Ισοδύναµου Πετρελαίου),αντιστοιχούν στο 51,26% της συνολικής κατανάλωσης καυσίµου στο δευτερογενή τοµέα του Νοµού Θεσσαλονίκης.Το φυσικό αέριο συµµετέχει ήδη µε ένα ποσοστό και το Μαζούτ Νο1 και Νο3 µε και 38,5% αντίστοιχα. Η έλλειψη σε µεγάλο ποσοστό των εγκαταστάσεων,οργάνων παρακολούθησης της καύσης ( ιάγραµµα 2 ) και βιβλίου καταγραφής µετρήσεων ( ιάγραµµα 1 ) όπως η υπάρχουσα νοµοθεσία ορίζει [5],προδίδουν την µη συστηµατική παρακολούθηση της καύσης.έτσι µόνο οι µισές περίπου (51%) µετρήσεις εγκαταστάσεων µε καύσιµο Μαζούτ έχουν περίσσεια αέρα (CO2%) εντός των νοµοθετηµένων ορίων και µόνο το 15% αυτών το είκτη Αιθάλης (Rz) εντός ορίων[5].μάλιστα µόνο το 5% των εγκαταστάσεων λειτουργεί και µε τις δύο προαναφερθείσες παραµέτρους σύµφωνα µε τη νοµοθεσία. Όπως δείχνουν το ιάγραµµα 3 και ο ΠΙΝΑΚΑΣ, οι κατανοµές και οι µέσοι όροι των τιµών της περίσσειας του αέρα (λ) και του είκτη Αιθάλης (Rz) είναι σε απαράδεκτα υψηλά επίπεδα στις εγκαταστάσεις που καίνε Μαζούτ. Οι υψηλές εκποµπές SO2, όπως φαίνεται στον ΠΙΝΑΚΑ, οφείλονται στη χρήση Μαζούτ υψηλής περιεκτικότητας σε S (µέχρι 3,5% κατά βάρος).αυτό που είναι όµως αδικαιολόγητο, είναι οι µεγάλες εκποµπές SO2 σε κάποιες εγκαταστάσεις Φυσικού Αερίου, που είναι αποτέλεσµα, προφανώς, της µη τήρησης της προδιαγραφής (60mg S/m3 φυσικού αερίου). Οι µέσοι όροι των µετρηµένων τιµών (ΠΙΝΑΚΑΣ) αλλά και οι κατανοµές των παραµέτρων (στα ιαγράµµατα 3,4,5,6,7) των εγκαταστάσεων µε φυσικό αέριο, δείχνουν τα ενεργειακά και περιβαλλοντικά πλεονεκτήµατα του καυσίµου αυτού :µικρότερη περίσσεια αέρα (λ), χαµηλότερη θερµοκρασία καυσαερίων (Tg) και εποµένως υψηλότερο βαθµό απόδοσης (η), σηµαντικά µικρότερες εκποµπές (NOx), έλλειψη αιθάλης (Rz), ελάχιστες εκποµπές SO2. Η εικόνα αυτή όµως χαλάει από αρκετές περιπτώσεις οριακών ρυθµίσεων λειτουργίας των καυστήρων Φυσικού Αερίου (λ~1), που δίνουν εξαιρετικά υψηλές τιµές εκποµπών (CO) και (HC),όπως φαίνεται στα ιαγράµµατα 9 και 10 και στον ΠΙΝΑΚΑ (NG(B)). Αυτό έχει σαν συνέπεια και την µείωση του βαθµού απόδοσης η*<η. (η* είναι ο διορθωµένος βαθµός απόδοσης, που λαµβάνει υπ όψη του και τις απώλειες θερµότητας λόγω ατελούς καύσης που προκαλεί η παρουσία εύφλεκτων αερίων, (CO) και (HC),στα καυσαέρια ). Η µη ικανοποιητική κατάσταση λειτουργίας των βιοµηχανικών ατµοπαραγωγών στην Ε.Π.Θ. αναδεικνύει και τις µεγάλες δυνατότητες βελτίωσης που υπάρχουν, µε σωστή συντήρηση και ρύθµιση των εγκαταστάσεων. Η είσοδος του φυσικού αερίου στο ενεργειακό ισοζύγιο της περιοχής, θα αποδώσει τα αναµενόµενα ενεργειακά και περιβαλλοντικά οφέλη, µόνο µε παρακολούθηση και βελτιστοποίηση της καύσης, εκπαίδευση των τεχνικών όλων των βαθµίδων και χρήση της καλύτερης διαθέσιµης τεχνολογίας καύσης. ------------------------------------------------------------------------------ ιείσδυση του Φυσικού Αέριου στην αγορά ενέργειας. Αθήνα, ΤΕΕ, 4 Νοεµβρίου 2004 2
Μετρηµένες τιµές λ Ο2 (%) Tg (ºC) η (%) η* (%) CO (mg/m³) NOx (mg/m³) SO2 (mg/m³) HC (%) Rz Mαζούτ Νο1& Μαζούτ Νο3 58 1,702 7,964 240,2 86,4 86,3 87,4 345,4 2903,2 0,105 5,75 NG (A) 19 1,457 5,775 196,8 91,1 91,1 4,1 105,6 2,1 0,102 NG (B) 16 1,042 0,89 211,6 92,9 91,2 8329,4 120,3 566 1,607 Πίνακας Μέσοι όροι των µετρηµένων τιµών των παραµέτρων της καύσης για διάφορα είδη καυσίµων 3
ιάγραµµα 1: Βιβλίο καταγραφής µετρήσεων ΕΝ ΕΊΝΑΙ ΘΕΩΡΗΜΕΝΟ 6% ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΜΙΑ ΦΟΡΑ ΤΗΝ ΕΒ ΟΜΑ Α 6% ΥΠΑΡΧΕΙ 18% ΕΝ ΥΠΑΡΧΕΙ 7 ιάγραµµα 2: Οργανα παρακολούθησης της καύσης BRIGON 18% ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΣ ΚΑΥΣΑΝΑΛΥΤΗΣ 21% ΕΝ ΥΠΑΡΧΟΥΝ 61% ιάγραµµα 3: Κατανοµή περίσσειας αέρα (λ) κατά καύσιµο 5 45% 35% 25% 15% 5% λ<=1,1 1,1<λ<=1,3 1,3<λ<=1,5 1,5<λ<=2 2<λ<=3 λ>3 4
ιάγραµµα 4:Κατανοµή CO(mg/m3) κατά καύσιµο 10 9 8 7 6 5 CO<=50 50<CO<=150 150<CO<=1000 1000<CO<=5000 5000<CO<=10000 10000<CO ιάγραµµα 5: Κατανοµή θερµοκρασίας καυσαερίων Tg ( C ) κατά καύσιµο 8 7 6 5 M1 M3 Tg<=220 220<Tg<=260 260<Tg<=300 300<Tg ιάγραµµα 6:Κατανοµή βαθµού απόδοσης η (%) κατά καύσιµο 9 8 7 6 5 η<=75 75<η<=80 80<η<=85 85<η<=90 η>90 5
45% 35% 25% 15% 5% NOx<=100 ιάγραµµα 7:Κατανοµή NOx (mg/m3) κατά καύσιµο 100<NOx<=150 150<NOx<=200 200<NOx<=300 300<NOx<=400 400<NOx<=500 NOx>500 ιάγραµµα 8:Κατανοµή HC(%) κατά καύσιµο 10 9 8 7 6 5 HC<=0,3 0,3<HC<=0,5 0,5<HC<=0,8 0,8<HC<=1 1<HC<=2 2<HC<=5 M1 M3 25000 ιάγραµµα 9:Περίσεια αέρα (λ) συναρτήσει των εκποµπών CO(mg/m3) στο φυσικό αέριο ) Εκποµπές CO (mg/m3 20000 15000 10000 5000 0 0 1 2 3 4 5 6 Περίσεια αέρα (λ) 7 6
Εκποµπές HC(%) 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 ιάγραµµα 10:Περίσεια αέρα (λ) σε συνδυασµό µε εκποµπές HC(%) στο φυσικό αέριο 0 1 2 3 4 5 6 Περίσσεια αέρα (λ) 7 ΑΝΑΦΟΡΕΣ 1. Ε.Λ.Ο.Τ. 896, Μέθοδοι δειγµατοληψίας αερίων. 2. Ε.Λ.Ο.Τ. 525-1, Έλεγχος καυσαερίων σε εστίες πετρελαίου - Προσδιορισµός του δείκτη αιθάλης. 3. Gregoriadis Yiannis (2001) Exhaust gases produced by industrial steam generators in Greater Thessaloniki Area, Proc.7 th Int. Conf. Environmental Science and Technology,(T.Lekkas,editor),Syros,Greece,2001,Vol.c,pp.144-151. 4..Γρηγοριάδης Ιωάννης (2003) Επεξεργασµένα αποτελέσµατα των µετρήσεων καυσαερίων και της απογραφής των ατµοπαραγωγών στη Θεσσαλονίκη,Πρακτικά 4 ου ιεθνούς Συνεδρίου για την Τεχνολογία Περιβάλλοντος,HELECO 2003,(Εκδότης Τ.Ε.Ε),Αθήνα 2003, Τόµος Α, σελ.112-117. 5. Κ.Υ.Α. 11294/1993, Όροι λειτουργίας και επιτρεπόµενα όρια εκποµπών αερίων αποβλήτων από βιοµηχανικούς λέβητες, ατµογεννήτριες, ελαιόθερµα και αερόθερµα που λειτουργούν µε καύσιµο µαζούτ, ντίζελ ή αέριο 7