η εξοικονόµηση ενέργειας ως παράµετρος σχεδιασµού και λειτουργίας συστηµάτων αντιρρύπανσης Γιάννης. Κάργας Μηχανολόγος Μηχανικός ΕΜΠ, MSc Συνέδριο ΤΕΕ Ενέργεια: Σηµερινή Εικόνα - Σχεδιασµός - Προοπτικές 8-10 Μαρτίου 2010
Συστήµατα Αέριας Αντιρρύπανσης από Πτητικές Οργανικές Ενώσεις (VOC), Οσµές και ιοξίνες ρύποι που περιέχονται σε απαέρια διεργασιών όπως: παραγωγή χηµικών προϊόντων εκτυπώσεις συσκευασία επεξεργασία µετάλλων επεξεργασία ξύλου επίχριση και επικάλυψη επιφανειών επεξεργασία δέρµατος φαρµακευτικά προϊόντων απόσµηση βιολογικών καθαρισµών ξήρανση λυµατολάσπης Όρια Απαιτούµενων Συγκεντρώσεων VOC: 20-150 mg/nm 3 Οσµές: 500 OU/m 3 ιοξίνες: 0,3 ng/nm 3
αντιρρύπανση VOC και οσµών η καταστροφή των ρύπων γίνεται µε καύση Θερµοκρασία Οξείδωσης VOC-Οσµών: ~800 ο C Θερµοκρασία Οξείδωσης ιοξινών: ~1.100 ο C ΡΥΠΟΙ ΚΑΥΣΗ 800 o C CO 2, H 2 O, SO 2, NO x. Σχηµατική Αναπαράσταση Εγκατάστασης Αντιρρύπανσης ιεργασία 50-200 o C Αέρας Αυξηµένης Συγκέντρωσης Ρύπων Σύστηµα Αντιρρύπανσης 800-1100 ο C ΚΑΥΣΙΜO CO 2, H 2 O, SO 2, NO x Αέρας Μειωµένης Συγκέντρωσης Ρύπων
2 βασικές Παράµετροι Σχεδιασµού Περιβαλλοντική Απόδοση Ενεργειακή Απόδοση όρια εκποµπών ρύπων ενεργειακή κατανάλωση λειτουργίας θερµική ενέργεια ηλεκτρική ενέργεια
Ενεργειακός Σχεδιασµός Ενεργειακές Καταναλώσεις Θερµική Ενέργεια για την θερµοκρασιακή ανύψωση στην θερµοκρασία οξείδωσης (~800 ο C) Ηλεκτρική Ενέργεια για την τροφοδότηση των απαερίων στο σύστηµα αντιρρύπανσης
ηθερµοκρασιακή ανύψωση των απαερίων στην απαιτούµενη θερµοκρασία οξείδωσης απαιτεί πολύ µεγάλη θερµική ισχύ τυπικό µέγεθος: 40.000 Nm 3 /h, 60 o C 800 o C > 11 MW ηπαροχήαπαερίωνµπορεί να ξεπεράσει και τα 200.000 Nm 3 /h Ζητούµενο: επιλογή τεχνολογίας µε υψηλή περιβαλλοντική απόδοση επίτευξη περιβαλλοντικών ορίων σε VOC/TOC, οσµές, διοξίνες µε βέλτιστο ενεργειακό σχεδιασµό εξοικονόµηση ενέργειας και µείωση των ενεργειακών δαπανών λειτουργίας πολύ σηµαντική παράµετρος για την οικονοµική και συνεχή λειτουργία
Βελτίωση Ενεργειακής Απόδοσης Έλεγχος και µείωση του όγκου των απαερίων βελτιστοποίηση παραγωγικών διεργασιών µελέτη παραγωγικής διαδικασίας ταυτοχρονισµός ανακυκλοφορία απαερίων Προθέρµανση του εισερχόµενου αέρα και ανάκτηση θερµότητας από τα απορριπτόµενα καυσαέρια µείωση της θερµοκρασιακής ανύψωσης αξιοποίηση θερµότητας σε παραγωγικές διεργασίες Ελαχιστοποίηση της πτώσης πίεσης εξασφάλιση άνετης διέλευσης αέρα Μονώσεις εξωτερικών επιφανειών µείωση θερµικών απωλειών σε καλά µονωµένο σύστηµα: 1 W / Nm 3 /h
Θερµικό Ισοζύγιο Συστήµατος Θερµικής Οξείδωσης Q F = Q GH Q HR Q OC + Q RL Q F Q GH Q HR Q OC Q RL καταναλισκόµενη θερµική ισχύς καυσίµου απαιτούµενη καθαρή θερµική ισχύς καύσης ανακτώµενη θερµική ισχύς από τα καυσαέρια εκλυόµενη θερµική ισχύς καύσης οργανικών ρύπων θερµικές απώλειες ακτινοβολίας Συντελεστής Ανάκτησης Θερµότητας (ΣΑΘ) = Q Q HR GH
ιαθέσιµες Τεχνολογίες Θερµικής Οξείδωσης µε διαφορετικούς Συντελεστές Ανάκτησης Θερµότητας (ΣΑΘ) Regenerative Thermal Oxidiser (RTO) - 97,5% Αναγεννώµενη Θερµική Οξείδωση Recuperative Thermal Oxidiser -70% Direct Fired Oxidiser 0%
Τεχνολογίες Αντιρρύπανσης Direct Fired Oxidiser ανεµιστήρας τροφοδοσίας καυστήρας τελική απόρριψη θάλαµος οξείδωσης
Τεχνολογίες Αντιρρύπανσης Direct Fired Oxidiser απευθείας εισαγωγή του αέρα σε έναν θάλαµο καύσης απλή και οικονοµική κατασκευή ευελιξία στην διαχείριση διαφορετικών τύπων και συγκεντρώσεων ρύπων πολύ χαµηλή ενεργειακή απόδοση (ΣΑΘ: 0%) συνεχής παροχή θερµότητας από καυστήρα µεγάλο ενεργειακό λειτουργικό κόστος
Τεχνολογίες Αντιρρύπανσης Recuperative Thermal Oxidizer θάλαµος οξείδωσης εναλλάκτης θερµότητας καυστήρας ανεµιστήρας τροφοδοσίας τελική απόρριψη
Τεχνολογίες Αντιρρύπανσης Recuperative Thermal Oxidizer προθέρµανση αέρα σε σωληνωτό εναλλάκτη εφαρµογές σχετικά µικρών παροχών ακατάλληλη εάν περιέχονται διαβρωτικές ουσίες (C-Cl) ικανοποιητική θερµική απόδοση (ΣΑΘ: -70%)
Τεχνολογίες Αντιρρύπανσης Regenerative Thermal Oxidizer (RTO) κλίνες κεραµικών καυστήρες θάλαµος οξείδωσης ανεµιστήρας τροφοδοσίας τελική απόρριψη dampers
Τεχνολογίες Αντιρρύπανσης Regenerative Thermal Oxidizer (RTO) προθέρµανση αέρα µε εναλλασσόµενη ροή σε κλίνες κεραµικών µέσων µεταφοράς θερµότητας εφαρµογές µεγάλου εύρους παροχών η πλέον δοκιµασµένη και αποδοτική τεχνολογίας εξαιρετική θερµική απόδοση (ΣΑΘ:-97,5%) µηδενική κατανάλωση καυσίµου για συγκεντρώσεις VOCs>1 gr/nm 3 (αυτόθερµη καύση)
Κεραµικά Μέσα Μεταφοράς Θερµότητας RTO STRUCTURED SADDLES
Μεγάλος Όγκος Θαλάµων Κεραµικών µεγιστοποίηση ανακτώµενης θερµικής ισχύος (97,5%) ελαχιστοποίηση πτώσης πίεσης
Ανάκτηση Θερµότητας 800 ο C ΚΥΚΛΟΣ 1 A intlet B outlet 800 ο C ΚΥΚΛΟΣ 2 A outlet B inlet
Μεταβολή Θερµοκρασίας ΣΑΘ = 97,5% 800 ο C 780 ο C 50 ο C 70 ο C A intlet B outlet
σε περιπτώσεις εφαρµογών: µεγάλων παροχών υψηλών συγκεντρώσεων περισσότεροι θάλαµοι κεραµικών (3-5) ένας θάλαµος σε purging 800 ο C A intlet B purge C outlet
Καταλυτική Θερµική Οξείδωση Regenerative Catalytic Oxidation Recuperative Catalytic Oxidation σηµαντική µείωση της ενεργειακής κατανάλωσης µείωση θερµοκρασίας καύσης: 250-400 ο C Περιορισµοί Σταθερές συνθήκες λειτουργίας (παροχή και θερµοκρασία), πριν τον καταλύτη Μη ευελιξία στην διαφοροποίηση των ρύπων (είδος και συγκέντρωση)
Συστήµατα Αναγεννώµενης Θερµικής Οξείδωσης
ενεργειακός σχεδιασµός έργων εν λειτουργία και υπό σχεδιασµό
απόσµηση σε ξήρανση λυµατολάσπης βιοµηχανία µετάλλων χηµική βιοµηχανία πυρηνελαιουργείο παροχή 81.000 Νm 3 /h 40.000 Νm 3 /h 16.000 Νm 3 /h 250.000 Νm 3 /h θερµοκρασία καύσης 800 o C 800 o C 800 o C 800 o C θερµοκρασία in/out 57 / 94 o C 45 / 83 o C 25 / 102 o C 75 / 184 o C καθαρή θερµική ισχύς καύσης (Q GH ) 23.147 KW 11.614 KW 4.769 KW 69.710 KW συµβολή οργανικών (Q ΟC ) 251 KW 403 KW 1.025 KW 11.606 KW θερµικές απώλειες (Q HL ) 81 KW 40 KW 16 KW 250 KW ΣΑΘ (design) 95% 95% 90% 85% ανακτώµενη θερµική ισχύς (Q HR ) 21.989 KW 11.034 KW 4.292 KW 59.253 καταναλισκόµενη θερµική ισχύς (Q F ) 988 KW 218 KW -532 KW 0 KW ΣΑΘ=70% 6.774 KW 3.122 KW 422 KW 9.557 KW ΣΑΘ=0% 22.977 KW 11.253 KW 3.760 KW 58.354 KW
Σύγκριση Ενεργειακών Καταναλώσεων Βιοµηχανία Μετάλλων 12000 218 KW 403 KW 10000 3.122 KW 11.252 KW 8000 403 KW ΘΕΡΜΙΚΗ ΙΣΧΥΣ (KW) 6000 11.034 KW 8.130 KW ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΟΡΓΑΝΙΚΑ ΑΝΑΚΤΗΣΗ 4000 2000 403 KW 0 95% 70% 0% ΣΑΘ
Σύγκριση Ενεργειακών Καταναλώσεων Χηµική Βιοµηχανία 6000 5000 532 KW 1.025 KW 422 KW 4000 1.025 KW ΘΕΡΜΙΚΗ ΙΣΧΥΣ (KW) 3000 4.292 KW 3.338 KW 3.760 KW ΠΕΡΙΣΣΕΙΑ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΟΡΓΑΝΙΚΑ ΑΝΑΚΤΗΣΗ 2000 1000 1.025 KW 0 90% 70% 0% ΣΑΘ
Σύνοψη Ηπιοδοκιµασµένη και αποδοτικότερη τεχνολογία αέριας αντιρρύπανσης για VOC και οσµές είναι η Αναγεννώµενη Θερµική Οξείδωση. Η καύση αυτών των ρύπων απαιτεί τεράστια ποσά θερµικής ισχύος εξαιτίας της υψηλής θερµοκρασίας καύσης και των µεγάλων διακινούµενων παροχών. Η επιλογή τεχνολογίας που θα εξασφαλίζει υψηλή περιβαλλοντική απόδοση µε τις ελάχιστες ενεργειακές καταναλώσεις λειτουργίας είναι το απαιτούµενο σε αυτές τις εφαρµογές. Σε αντίθετη περίπτωση το ενεργειακό λειτουργικό κόστος αυτών των συστηµάτων µπορεί να είναι καταστροφικό για την ίδια την επιχείρηση. Η τεχνολογία της Αναγενώµενης Θερµικής Οξείδωσης συνδυάζει υψηλότατη περιβαλλοντική απόδοση µε τηνµέγιστη εξοικονόµηση ενέργειας. Σε εφαρµογές υψηλών συγκεντρώσεων οργανικών η λειτουργία ενός RTO µπορεί να γίνεται µε µηδενική κατανάλωση καυσίµου (αυτόθερµη) Ο σωστός ενεργειακός σχεδιασµός και η µεγιστοποίηση της εξοικονόµησης ενέργειας είναι και στον τοµέα της Αντιρρύπανσης µία πολύ σηµαντική παράµετρος για την οικονοµική και συνεχή λειτουργία των περιβαλλοντικών συστηµάτων
Σας ευχαριστώ για την προσοχή σας!