«ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ ΒΑΘΜΟΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΛΕΒΗΤΩΝ ΛΙΓΝΙΤΙΚΩΝ ΣΤΑΘΜΩΝ

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ ΒΑΘΜΟΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΛΕΒΗΤΩΝ ΛΙΓΝΙΤΙΚΩΝ ΣΤΑΘΜΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ- ΜΕΘΟΔΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΒΕΛΤΙΣΤΕΣ ΠΡΑΚΤΙΚΕΣ ΑΥΞΗΣΗΣ» ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΧΑΤΖΗΑΘΑΝΑΣΙΟΥ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ ΕΠΙΚΟΥΡΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΓΡΗΓΟΡΙΑΔΟΥ ΣΤΕΛΛΑ ΛΑΜΠΡΟΓΙΩΡΓΟΥ ΚΑΣΣΙΑΝΗ ΑΕΜ 6348 ΑΕΜ 6391

2

ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε θερμά τον επιβλέποντα καθηγητή μας κ. Χατζηαθανασίου Βασίλειο, επίκουρο καθηγητή του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, για το ενδιαφέρον θέμα που μας εμπιστεύτηκε. Σημαντική συμβολή στην περάτωση της εργασίας είχε ο Τομέας Λειτουργίας του ΑΗΣ Αγίου Δημητρίου και ειδικότερα ο Μηχ.γος/Μηχ.κος κ. Πολωνίδης Νεκτάριος, τον οποίο και θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε ιδιαιτέρως για την καθοδήγηση και την πολύτιμη βοήθειά του, καθώς και για το χρόνο που μας αφιέρωσε. Τέλος, θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε θερμά τις οικογένειές μας για τη συμπαράστασή τους όλα αυτά τα χρόνια 3

Πρόλογος Η παρούσα διπλωματική εργασία ολοκληρώνει τις προπτυχιακές σπουδές μας στο τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Σκοπός της είναι η εξαγωγή συμπερασμάτων για τον ενεργειακό βαθμό απόδοσης λεβήτων λιγνιτικών σταθμών παραγωγής ενέργειας, με εφαρμογή στον λέβητα της μονάδας IV του ΑΗΣ Αγίου Δημητρίου. Το πρώτο κεφάλαιο αναφέρεται στα ορυκτά καύσιμα που χρησιμοποιούνται, με έμφαση στη βιομηχανία του λιγνίτη, καθώς είναι το καύσιμο που χρησιμοποιείται κατά κόρον για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στην Ελλάδα. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια σύντομη αναφορά στον όμιλο ΔΕΗ Α.Ε. ενώ στο τρίτο κεφάλαιο παρατίθενται πληροφορίες για τον ΑΗΣ Αγίου Δημητρίου. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφεται η παραγωγική διαδικασία ενός ατμοηλεκτρικού σταθμού και στο πέμπτο κεφάλαιο αναλύεται η ενεργειακή απόδοση των λεβήτων με την εφαρμογή του ASME προτύπου PTC-4-1 καθώς και η έμμεση μέθοδος υπολογισμού της απόδοσης, αφού είναι αυτή που χρησιμοποιείται στους λιγνιτικούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας. Στο έκτο κεφάλαιο περιγράφονται αναλυτικά οι παράγοντες που επιδρούν άμεσα ή έμμεσα στον βαθμό απόδοσης του λέβητα λιγνιτικών σταθμών παραγωγής ενέργειας και παρουσιάζονται κάποιες προτάσεις-γενικευμένα συμπεράσματα προκειμένου να βελτιωθεί ο βαθμός απόδοσης του λέβητα της μονάδας IV του ΑΗΣ Αγίου Δημητρίου. 4

Πίνακας Περιεχομένων Κεφάλαιο 1 ο Γενικές πληροφορίες για τα Ορυκτά καύσιμα 1.1 Ορυκτά καύσιμα..7 1.2 Η Βιομηχανία του λιγνίτη στη Δυτική Μακεδονία..8 1.2.1 Δημιουργία των λιγνιτών..9 1.2.2 Αποθέματα λιγνίτη..9 1.2.3 Εξόρυξη του λιγνίτη.10 1.2.4 Χρήση του λιγνίτη στην παραγωγή ενέργειας.10 1.2.5 Περιβαλλοντική προστασία στη βιομηχανία λιγνίτη.11 Κεφάλαιο 2 ο Γενικά στοιχεία για τον όμιλο ΔΕΗ 2.1 Η σύγχρονη ΔΕΗ Α.Ε. 13 Κεφάλαιο 3 ο Γενικά στοιχεία για τον ΑΗΣ Αγίου Δημητρίου 3.1 Τεχνικές πληροφορίες του σταθμού 26 Κεφάλαιο 4 ο Παραγωγική διαδικασία Ατμοηλεκτρικού Σταθμού 4.1 Αρχή παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.29 4.2 Σύστημα διακίνησης λιγνίτη.30 4.3 Σύστημα Τροφοδοσίας Νερού.31 4.4 Λειτουργία Μονάδας.33 4.5 Κύκλωμα Νερού-Ατμού.35 5

Κεφάλαιο 5 ο Ενεργειακή Απόδοση λεβήτων 5.1 Εισαγωγή.37 5.1.1 Σκοπός του ελέγχου της απόδοσης.37 5.1.2 Πρότυπα αναφοράς.38 5.1.3 Έμμεση μέθοδος.. 39 5.2 Απαιτούμενες μετρήσεις για τον καθορισμό της απόδοσης..41 5.2.1 Συνθήκες και προφυλάξεις κατά τον έλεγχο της απόδοσης με την έμμεση μέθοδο..42 5.2.2 Απόδοση λέβητα μέσω της έμμεσης μεθόδου: Διαδικασία και τύποι υπολογισμού..43 Κεφάλαιο 6 ο Παράμετροι που επηρεάζουν τον βαθμό απόδοσης λέβητα- Έλεγχος των παραμέτρων αυτών και προτάσεις βελτίωσης 6.1 Απώλειες ακαύστων..52 6.2 Προτάσεις αντιμετώπισης και ελάττωσης των απωλειών...56 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 57.79 6

Κεφάλαιο 1. Γενικές πληροφορίες για τα Ορυκτά καύσιμα 1.1 Ορυκτά καύσιμα Σήμερα, τα ορυκτά καύσιμα κυριαρχούν παγκοσμίως στην παραγωγή ενέργειας. Σύμφωνα με μελέτες της ΙΕΑ (World Energy Outlook), τα ορυκτά καύσιμα θα συνεχίσουν να αποτελούν την κύρια ενεργειακή πηγή έως το 2030, σημειώνοντας μάλιστα αύξηση παραγωγής τους μεταξύ 1,5-2,5%. (1) Στη χώρα μας η μόνη αξιοσημείωτη εγχώρια πηγή ορυκτών καυσίμων είναι ο λιγνίτης. Τα βιομηχανικά αξιοποιήσιμα κοιτάσματα λιγνίτη υπολογίζονται σε 4 δισεκατομμύρια τόνους ή 550 εκατομμύρια τόνους ισοδύναμου πετρελαίου. (2) Παρόλο που ο Ελληνικός λιγνίτης είναι ένα φτωχής ποιότητας καύσιμο, αποτελεί την κύρια ενεργειακή πηγή της χώρας και χρησιμοποιείται σχεδόν εξ' ολοκλήρου στην παραγωγή ηλεκτρισμού. Διάγραμμα 1: Παραγωγή ηλεκτρισμού στην Ελλάδα ανά τύπο μονάδων (2005) (3) 7

Κατά τα τελευταία χρόνια πολλές βιομηχανικές μονάδες της χώρας έχουν στραφεί στο φυσικό αέριο για την παραγωγή ενέργειας και την κάλυψη των αναγκών τους. Παραμένει όμως μεγάλος αριθμός μονάδων που παράγουν θερμότητα ή ηλεκτρισμό με λέβητες υγρών και στερεών καυσίμων. Στις υποενότητες που ακολουθούν επιχειρείται σύντομη περιγραφή του βασικού εξοπλισμού παραγωγής ενέργειας, καθώς και των σύγχρονων τεχνολογιών καύσης στερεών καυσίμων, των οποίων η εφαρμογή στο Ελληνικό ενεργειακό σύστημα κρίνεται σημαντική από άποψη βιωσιμότητάς του. 1.2 Η Βιομηχανία του Λιγνίτη στη Δ. Μακεδονία Μέχρι το 1938, η χρήση των λιγνιτών στη Δ. Μακεδονία παρουσίαζε ενδιαφέρον μόνο για τους κατοίκους της ευρύτερης περιοχής ως υποκατάστατο του ξύλου, κυρίως για ανάγκες οικιακής θέρμανσης. Την περίοδο εκείνη, η χώρα μας κάλυπτε το 95% των ενεργειακών της αναγκών από εισαγωγές. Τη δεκαετία του 1950 ξεκινά εκτεταμένη μεταλλευτική έρευνα με στόχο την αναζήτηση και αξιολόγηση των λιγνιτικών κοιτασμάτων και το 1956 ξεκινά επίσημα η περίοδος της βιομηχανίας λιγνίτη. Τον Σεπτέμβριο του 1956, η εταιρεία ΛΙΠΤΟΛ ΑΕ (ΛΙγνιτωρυχεία ΠΤΟΛεμαΐδας), υπέγραψε σύμβαση με τη Γερμανική εταιρεία KHD για την κατασκευή του πρώτου σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με καύσιμο λιγνίτη, ισχύος 10 MW. Έκτοτε, οι ατμοηλεκτρικοί σταθμοί πολλαπλασιάζονται ενώ νέα ορυχεία ανοίγονται συνεχώς στον άξονα Αμυνταίου Πτολεμαΐδας - Κοζάνης. Ο λιγνίτης, το εθνικό μας καύσιμο, έχει αναλάβει πλέον κυρίαρχη θέση στο ενεργειακό μας σύστημα. 1.2.1 Δημιουργία των λιγνιτών Οι λιγνίτες αλλά και οι άνθρακες γενικότερα είναι το αποτέλεσμα μιας ιδιότυπης αποσύνθεσης φυτών η οποία χαρακτηρίζεται με τον ειδικό όρο ως ενανθράκωση. Τα λιγνιτικά κοιτάσματα της Πτολεμαΐδας διαμορφώθηκαν κατά την τριτογενή γεωλογική περίοδο και είναι ηλικίας ενός έως πέντε εκατομμυρίων ετών. Η ευρύτερη περιοχή η οποία οριοθετείται σήμερα από το Μοναστήρι, το Αμύνταιο, τη Φλώρινα, την Πτολεμαΐδα, την Κοζάνη μέχρι τα Σέρβια, πριν από εκατομμύρια χρόνια, ήτανε μια περιοχή με αβαθείς λίμνες και διάσπαρτα έλη. Οι κλιματολογικές συνθήκες της τότε εποχής ευνοούσαν την ανάπτυξη υδροχαρών φυτών και κυρίως καλάμια και βρύα. Όταν τα φυτά ξεραίνονταν, έπεφταν στο φτωχό σε οξυγόνο νερό των βάλτων και σκεπάζονταν από λάσπη. Παράλληλα, λόγω καθιζήσεων και φερτών υλικών, τα φυτά καλυπτόταν με επιπλέον ιζηματογενείς αποθέσεις. Η αποσύνθεση των φυτών γινότανε σε περιβάλλον χωρίς αέρα και κάτω από πίεση, ενώ η παρουσία μικροοργανισμών 8

υποβοηθούσε την αναερόβια ζύμωση. Κατά την διαδικασία της ενανθράκωσης, διέφευγε στην ατμόσφαιρα το οξυγόνο, το υδρογόνο και το άζωτο και κατά συνέπεια αυξανόταν το ποσοστό του άνθρακα στα υπολείμματα. Αργότερα φύτρωνε καινούργια βλάστηση και ο κύκλος επαναλαμβανότανε. Πάνω από τα νεώτερα στρώματα λιγνίτη επικάθισαν γαιώδη υλικά, τα λεγόμενα "υπερκείμενα". Το πάχος των υπερκείμενων υλικών, άμμος, ασβεστόλιθος και άργιλος, κυμαίνεται στα ορυχεία της Πτολεμαΐδας, από 12 μέχρι 200 μέτρα. Επιπλέον, το κοίτασμα του λιγνίτη δεν είναι ενιαίο διότι ακριβώς μέσα στο κοίτασμα υπάρχουν τα παλαιότερα γαιώδη υλικά τα οποία ονομάζονται "ενδιάμεσα". Για τον σχηματισμό ενός κυβικού μέτρου λιγνίτη, υπολογίσθηκε ότι απαιτείται χρονικό διάστημα 1000 έως 4000 ετών. (4) 1.2.2 Αποθέματα λιγνίτη Στη Δυτική Μακεδονία παράγονται ετησίως περίπου 60 εκατομμύρια τόνοι λιγνίτη. Μέχρι σήμερα έχουν εξορυχτεί 1,2 δις τόνοι λιγνίτη, ενώ με τα σημερινά τεχνικά και οικονομικά δεδομένα, τα εναπομείναντα εκμεταλλεύσιμα αποθέματα της περιοχής, εκτιμώνται σε 2,4 δις τόνους. (5) Η λιγνιτική δραστηριότητα που αναπτύσσεται κυρίως στη Δ. Μακεδονία αλλά και στη Μεγαλόπολη, κατατάσσει την Ελλάδα στη 2η θέση μεταξύ των λιγνιτοπαραγωγών χωρών της Ευρωπαϊκής Ένωσης και την 5η θέση σε παγκόσμια κλίμακα. (6) Η ποιότητα των ελληνικών λιγνιτών είναι χαμηλή. Η μέση υγρασία του λιγνίτη Πτολεμαΐδας είναι 50-60 %, η τέφρα 13% και η θερμογόνος ικανότητα 1.300 kcal/kg. 1.2.3 Εξόρυξη του λιγνίτη Ιδιαίτερο χαρακτηριστικό των λιγνιτικών κοιτασμάτων της Πτολεμαΐδας αποτελεί η συχνή εναλλαγή των οριζόντιων λιγνιτικών κοιτασμάτων και των ενδιάμεσων υλικών, τα οποία αποκαλούνται "στείρα" ή "άγονα". Σε ένα σύστημα συνεχούς λειτουργίας στο οποίο χρησιμοποιούνται ηλεκτροκίνητοι καδοφόροι εκσκαφείς, ταινιόδρομοι και αποθέτες, το κοίτασμα του λιγνίτη εκσκάπτεται κατά στρώσεις. Η εξόρυξη των υπερκειμένων και στη συνέχεια του λιγνίτη, γίνεται με μεγάλα ηλεκτροκίνητα μηχανήματα συνεχούς λειτουργίας τους καδοφόρους εκσκαφείς. Από τα υλικά που εξορύσσονται, ο μεν λιγνίτης μεταφέρεται στους Ατμοηλεκτρικούς Σταθμούς, τα δε υπερκείμενα και ενδιάμεσα υλικά μεταφέρονται και αποτίθενται κυρίως στις περιοχές στις οποίες έχει προηγηθεί εξόρυξη, ώστε μετά το τέλος της εκμετάλλευσης, η επίπτωση στο τοπίο 9

της περιοχής να είναι η ελάχιστη δυνατή. Η μεταφορά του λιγνίτη και των στείρων, γίνεται με τους ταινιόδρομους οι οποίοι μπορούν να μεταφέρουν συνεχώς σε μακρινές αποστάσεις μεγάλες ποσότητες υλικών. Τέλος, η απόθεση των στείρων υλικών στις περιοχές όπου έχει αποληφθεί ο λιγνίτης, γίνεται με μεγάλα ηλεκτροκίνητα μηχανήματα, που ονομάζονται αποθέτες. Εκτός από τον κύριο εξοπλισμό, η εξόρυξη και διαχείριση του λιγνίτη απαιτεί τη χρήση πολλαπλού εξοπλισμού όπως χωματουργικά μηχανήματα, φορτωτές εκσκαφείς, φορτηγά κλπ, τα οποία περιγράφονται με τον γενικό όρο "βοηθητικός εξοπλισμός". 1.2.4 Χρήση του λιγνίτη στην παραγωγή ενέργειας Στη Δ. Μακεδονία είναι εγκατεστημένοι έξι Σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με καύσιμο λιγνίτη. Η συνολική εγκατεστημένη ισχύς των Σταθμών είναι περίπου 4.500 MW. Η χρήση των ατμοηλεκτρικών σταθμών γίνεται προκειμένου η χημική ενέργεια του λιγνίτη να μετατραπεί σε ηλεκτρική. Ο λιγνίτης μεταφέρεται από το σημείο εξόρυξης στον Σταθμό παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με τη βοήθεια ταινιόδρομων και είτε αποθηκεύεται στην Αυλή του λιγνίτη είτε οδηγείται απευθείας στους σπαστήρες όπου και θρυμματίζεται σε κομμάτια μέγιστης διαμέτρου 4 cm και στη συνέχεια μεταφέρεται στα σιλό λιγνίτη των μονάδων. Η καύση του λιγνίτη λαμβάνει χώρα στο λέβητα της μονάδας όπου η θερμική ενέργεια που εκλύεται από την καύση του λιγνίτη ατμοποιεί το νερό με συνέπεια τη δημιουργία υπέρθερμου ατμού. Ο υπέρθερμος ατμός (Υ/Θ) εκτονώνεται στο στρόβιλο υψηλής πίεσης όπου και παράγεται χρήσιμο έργο. Στη συνέχεια, ο ατμός οδηγείται εκ νέου στο λέβητα προκειμένου να αναθερμανθεί, να αυξηθεί δηλαδή η θερμοκρασία και η πίεση του, και ακολούθως εκτονώνεται στο στρόβιλο μέσης και χαμηλής πίεσης όπου παράγεται επιπλέον έργο. Κατόπιν, ο ατμός εισέρχεται στο ψυγείο της μονάδας όπου συμπυκνώνεται με τη βοήθεια ψυκτικού νερού. Ο συμπυκνωμένος πλέον ατμός, με τη βοήθεια αντλιών, προθερμαίνεται με τη χρήση εναλλακτών θερμότητας και οδηγείται μέσω αντλιών και πάλι στο λέβητα ολοκληρώνοντας έναν θερμικό κύκλο. Η θερμική ενέργεια που απάγεται από το ψυκτικό νερό αποβάλλεται στον πύργο ψύξης όπου με τη μέθοδο του καταιονισμού χάνεται μια ποσότητα νερού με τη μορφή ατμού και σταγονιδίων. 10

Στον άξονα του στροβίλου ο οποίος περιστρέφεται με 3000 στρ. /λεπτό, είναι συνδεδεμένη η γεννήτρια, η οποία μετατρέπει την κινητική ενέργεια σε ηλεκτρική. Για την παραγωγή 1 ΜWh απαιτείται η καύση 1,85 tn λιγνίτη περίπου και η κατανάλωση 2,5 tn ψυκτικού νερού. Τα καυσαέρια που παράγονται από την καύση του λιγνίτη οδηγούνται σε διατάξεις κατακράτησης των αιωρούμενων σωματιδίων, τα ηλεκτροστατικά φίλτρα (Η/Φ). Στα φίλτρα αυτά, τα σωματίδια εκτίθενται σε συνεχές ηλεκτρικό πεδίο υψηλής τάσης, μετατρέπονται σε ιόντα και τελικά συλλέγονται στα φίλτρα. 1.2.5 Περιβαλλοντική προστασία στη βιομηχανία λιγνίτη Στις εκτάσεις στις οποίες ολοκληρώνεται η εκμετάλλευση του λιγνίτη, γίνονται οι απαραίτητες επεμβάσεις προκειμένου να αποκατασταθεί η φυσική ισορροπία. Κάθε χρόνο, περίπου 600.000 δένδρα φυτεύονται στις κεκλιμένες επιφάνειες των αποθέσεων, ενώ στα οριζόντια τμήματα οι γεωργικές εκτάσεις παραδίδονται προς εκμετάλλευση. Παράλληλα, γίνεται συστηματική παρακολούθηση όλων των περιβαλλοντικών παραμέτρων όπως τα υπόγεια νερά, ο αέρας και ο θόρυβος, ενώ συνεχίζεται η εκτέλεση έργων διαχείρισης των αποβλήτων όπως απορρίμματα, μπαταρίες, λάδια και ελαστικά. 11

Κεφάλαιο 2. Γενικά στοιχεία για τον όμιλο ΔΕΗ Το 1889 φτάνει το "ηλεκτρικό" στην Ελλάδα. Η Γενική Εταιρεία Εργοληψιών, κατασκευάζει στην Αθήνα, στην οδό Αριστείδου, την πρώτη μονάδα παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος. Δέκα χρόνια αργότερα οι πολυεθνικές εταιρίες ηλεκτρισμού κάνουν την εμφάνισή τους στην Ελλάδα. Η αμερικανική εταιρία Thomson - Houston με τη συμμετοχή της Εθνικής Τράπεζας θα ιδρύσει την Ελληνική Ηλεκτρική Εταιρία που θα αναλάβει την ηλεκτροδότηση κι άλλων μεγάλων Ελληνικών πόλεων. Μέχρι το 1929 θα ηλεκτροδοτηθούν 250 πόλεις με πληθυσμό πάνω από 5.000 κατοίκους. (7) Στις πιο απόμακρες περιοχές, που ήταν ασύμφορο για τις μεγάλες εταιρίες να κατασκευάσουν μονάδες παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος, την ηλεκτροδότηση αναλαμβάνουν ιδιώτες ή δημοτικές και κοινοτικές αρχές κατασκευάζοντας μικρά εργοστάσια. Το 1950 υπήρχαν στη Ελλάδα 400 περίπου εταιρίες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Η πρώτη ύλη που χρησιμοποιούσαν ήταν το πετρέλαιο και ο γαιάνθρακας που φυσικά εισάγονταν από το εξωτερικό. Τον Αύγουστο του 1950 ιδρύεται η Δημόσια Επιχείρηση Ηλεκτρισμού, για να λειτουργήσει "χάριν του δημοσίου συμφέροντος" με σκοπό τη χάραξη και εφαρμογή μιας εθνικής ενεργειακής πολιτικής, η οποία μέσα από την εντατική εκμετάλλευση των εγχώριων πόρων, να κάνει το ηλεκτρικό ρεύμα κτήμα και δικαίωμα του κάθε Έλληνα πολίτη, στη φθηνότερη δυνατή τιμή. Αμέσως με την ίδρυσή της, η ΔΕΗ στρέφεται προς την αξιοποίηση των εγχώριων πηγών ενέργειας ενώ ξεκινά και η ενοποίηση των δικτύων σε ένα εθνικό διασυνδεδεμένο σύστημα. Τα πλούσια λιγνιτικά κοιτάσματα του ελληνικού υπεδάφους που είχαν νωρίτερα εντοπισθεί, άρχισαν να εξορύσσονται και να χρησιμοποιούνται ως καύσιμη ύλη στις λιγνιτικές μονάδες ηλεκτροπαραγωγής που δημιουργούσε. Παράλληλα, η Επιχείρηση ξεκίνησε την αξιοποίηση της δύναμης των υδάτων με την κατασκευή υδροηλεκτρικών σταθμών στα μεγάλα ποτάμια της χώρας. Αρκετά νωρίς, το 1956, αποφασίστηκε η εξαγορά όλων των ιδιωτικών και δημοτικών επιχειρήσεων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ώστε να υπάρχει ένας ενιαίος φορέας διαχείρισης. Σιγά - σιγά, η ΔΕΗ εξαγόρασε όλες αυτές τις επιχειρήσεις και ενέταξε το προσωπικό τους στις τάξεις της. 12

2.1 Η σύγχρονη ΔΕΗ Α.Ε. Από 1.1.2001 λειτουργεί ως ανώνυμη εταιρεία ενώ από 12.12.2001 έχει εισαχθεί στα Χρηματιστήρια Αξιών Αθηνών και Λονδίνου. Κατέχει περίπου το 89% της εγκατεστημένης ηλεκτρικής ισχύος στην Ελλάδα (12.695 ΜW) η οποία προέρχεται από λιγνιτικές, υδροηλεκτρικές, πετρελαϊκές μονάδες, μονάδες φυσικού αερίου καθώς και από αιολικά και ηλιακά πάρκα. Παράγει από λιγνίτη το 56% περίπου της ηλεκτρικής της παραγωγής. (8) Έχει στην ιδιοκτησία της το εθνικό σύστημα μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας μήκους 11.650 χλμ. καθώς και το δίκτυο διανομής συνολικού μήκους 210.200 χλμ. Τα λιγνιτωρυχεία της ΔΕΗ στην Πτολεμαΐδα και τη Μεγαλόπολη εξασφαλίζουν το σημαντικότερο για την ελληνική οικονομία ενεργειακό καύσιμο, το λιγνίτη, στον οποίο βασίστηκε ο εξηλεκτρισμός της χώρας μας από τη στιγμή της ίδρυσης της Επιχείρησης. Σήμερα, οι 8 λιγνιτικοί σταθμοί της ΔΕΗ αποτελούν το 42% της εγκατεστημένης ισχύος της και παράγουν το 56% περίπου της καθαρής ηλεκτρικής παραγωγής της ΔΕΗ. (9) Η χρήση του λιγνίτη, για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, αποφέρει στην Ελλάδα τεράστια εξοικονόμηση συναλλάγματος (περίπου 1 δισ. δολάρια ετησίως). (10) Ο λιγνίτης είναι καύσιμο στρατηγικής σημασίας για τη ΔΕΗ, γιατί έχει χαμηλό κόστος εξόρυξης, σταθερή και άμεσα ελέγξιμη τιμή και παρέχει σταθερότητα και ασφάλεια στον ανεφοδιασμό καυσίμου. 13

Κεφάλαιο 3. Γενικά στοιχεία για τον ΑΗΣ Αγίου Δημητρίου Ο ΑΗΣ Αγίου Δημητρίου είναι λιγνιτικός Σταθμός και είναι εγκατεστημένος στο 18 ο χλμ Κοζάνης Θεσσαλονίκης. Αποτελείται από πέντε Μονάδες Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας, συνολικής ισχύος 1595 MWe. Ως κύριο καύσιμο χρησιμοποιείται λιγνίτης της ευρύτερης περιοχής Λεκανοπεδίου Δυτικής Μακεδονίας, ενώ ως βοηθητικό καύσιμο χρησιμοποιείται πετρέλαιο Diesel για την έναυση των λεβήτων και τη στήριξη της καύσης στο φλογοθάλαμο, όταν αυτό απαιτείται. Όλες οι Μονάδες του ΑΗΣ Αγ. Δημητρίου, λειτουργούν σε 24ωρη βάση σε μεταβλητό φορτίο, από το τεχνικό ελάχιστο έως το ονομαστικό. Επιπλέον ο Σταθμός παρέχει θερμική ενέργεια στο δίκτυο τηλεθέρμανσης της πόλης της Κοζάνης. 14

Στο χώρο του ΑΗΣ Αγίου Δημητρίου είναι εγκατεστημένες και λειτουργούν, οι παρακάτω Μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. H ισχύς και το έτος έναρξης λειτουργίας κάθε Μονάδας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας του ΑΗΣ Αγίου Δημητρίου δίνεται στον παρακάτω πίνακα: Ονομαστική Θερμική ισχύς Έτος έναρξης Νο ισχύς (MWe) (MWth) λειτουργίας I 300 762 1984 II 300 762 1984 III 310 787 1985 IV 310 787 1986 V 375 892 1997 Συνολική ισχύς 1595 Πίνακας 1: Μονάδες Ηλεκτροπαραγωγής ΑΗΣ Αγίου Δημητρίου (11) 15

Οι Μονάδες ΙΙΙ, IV και V παρέχουν θερμική ενέργεια στο δίκτυο τηλεθέρμανσης της Κοζάνης, με δυνατότητα εναλλακτικής τροφοδοσίας, από τη Μονάδα V (70 MWth), την Μονάδα III (67 MWth) ή την Μονάδα ΙV (67MWth). Η παροχή ενέργειας μπορεί να γίνει ταυτόχρονα από δυο Μονάδες και η θερμική ισχύς ανέρχεται σε 134 MWth για τις Μονάδες ΙΙΙ και IV και 137 MWth για τις Μονάδες V και IV ή V και ΙΙΙ. Νο Θερμική ισχύς (MWth) για ανάγκες Τηλεθέρμανσης Δυνατότητα παροχής θερμικής Ισχύς 134 137 137 III 67 67 67 IV 67 67 67 V 70 70 70 Πίνακας 2: Θερμική ισχύς μονάδων στο δίκτυο τηλεθέρμανσης (12) 16

Στο διάγραμμα που ακολουθεί αποτυπώνεται η λειτουργία της τηλεθέρμανσης. Ατμός από απομάστευση Στροβίλου Επιστροφή νερού από δίκτυο της πόλη της Κοζάνης (Τ=70 0 C, F=2300 m 3 /h, p=12 bar) Μεταφορά ατμού προς εναλλάκτες ατμού / νερού Θέρμανση νερού δικτύου τηλεθέρμανσης Συμπύκνωση του ατμού και επιστροφή στο κλειστό κύκλωμα Κυκλοφορία θερμού νερού στο δίκτυο της πόλη της Κοζάνης (Τ=120 0 C, F=2300 m 3 /h, p=11 bar) Μεταφορά θερμότητας του νερού στους εναλλάκτες των κτηρίων της πόλης Διάγραμμα 2α: Τηλεθέρμανση Κοζάνης 17

Ο Σταθμός του ΑΗΣ Αγίου Δημητρίου αποτελείται από τα εξής κύρια συστήματα (Διάγραμμα 1β ): Το Σύστημα Διακίνησης Λιγνίτη, μέσω του οποίου τροφοδοτείται ο Λιγνίτης, που είναι η πρώτη ύλη της παραγωγικής διαδικασίας. Το Σύστημα Τροφοδοσίας και Επεξεργασίας Νερού, μέσω του οποίου τροφοδοτείται με νερό συγκεκριμένης ποσότητας και ποιότητας η παραγωγική διαδικασία και αποβάλλονται τα υγρά απόβλητα. Το Σύστημα Αποκομιδής Τέφρας μέσω του οποίου απομακρύνονται τα απόβλητα της καύσης (υγρή και ιπτάμενη τέφρα). Το Σύστημα Μονάδων στις οποίες η χημική ενέργεια του λιγνίτη μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια στο Λέβητα, ακολούθως σε κινητική ενέργεια το Στρόβιλο και σε ηλεκτρική ενέργεια στην Γεννήτρια. Χημική ενέργεια Θερμική ενέργεια κινητική ενέργεια ηλεκτρική Σύστημα Διακίνησης Λιγνίτη Μονάδες παραγωγής Ηλεκτρική Ενέργεια Σύστημα Τροφοδοσίας νερού Σύστημα Διαχείρισης Τέφρας Σύστημα διαχείρισης υγρών αποβλήτων Διάγραμμα 2β: Συστήματα Παραγωγικής Διαδικασίας Σταθμού 18

Το Σύστημα Διακίνησης Λιγνίτη αποτελείται από τα εξής κύρια τμήματα: Την υπαίθρια αυλή αποθήκευσης λιγνίτη και το σύστημα ταινιόδρομων παραλαβής λιγνίτη από το ορυχείο Νότιου Πεδίου Μονάδα πρόθραυσης λιγνίτη και το σύστημα ταινιόδρομων τροφοδοσίας Λιγνίτη των Μονάδων Μεταφορά από ορυχείο με ταινιόδρομους Παραλαβή από Απολήπτες - Αποθέτες Απόθεση στην Αυλή Λιγνίτη ή προώθηση στην Μονάδα Πρόθραυσης Μεταφορά λιγνίτη από την Αυλή Λιγνίτη στην Μονάδα Πρόθραυσης με ταινιοδρόμους Μονάδα Πρόθραυσης (επεξεργασία Λιγνίτη) Μεταφορά στα σιλό των Λεβήτων με ταινιοδρόμους Διάγραμμα 3: Παραλαβή, αποθήκευση και πρόθραυση λιγνίτη 19

Το Σύστημα Τροφοδοσίας και Επεξεργασίας Νερού αποτελείται από τα εξής κύρια τμήματα: Δύο Συστήματα αντλιοστασίων τροφοδοσίας νερού από τη λίμνη Πολυφύτου (Διάγραμμα 3) Μονάδες παραγωγής αφαλατωμένου και αποσκληρυμένου νερού, καθώς και σύστημα εξευγενισμού συμπυκνώματος (Διαγράμματα 4, 5) Συγκρότημα Κατεργασίας Αστικών Λυμάτων, δίκτυο συλλογής και εγκαταστάσεις κατεργασίας. Πλήρες Συγκρότημα Κατεργασίας Υγρών Βιομηχανικών Αποβλήτων (Σ.Κ.Υ.Β.Α.), στο οποίο οδηγείται το σύνολο των αποβλήτων του Σταθμού (δίκτυα, εγκαταστάσεις κατεργασίας). Λίμνη Πολυφύτ ου Αντλιοστάσιο Α0 Αντλιοστάσιο Α1 Αντλιοστάσιο Α2 Πύργος Φ1 Δεξαμενή αποθήκευσης 110.000 m 3 Αντλιοστάσιο Α3 Αντλιοστάσιο Α4 Πύργος Φ2 Δεξαμενή αποθήκευσης 30.000 m 3 ΑΗΣ Αγίου Δημητρίου Διάγραμμα 4: Σύστημα τροφοδοσίας νερού στον ΑΗΣ Αγίου Δημητρίου 20

Στο παρακάτω διάγραμμα αποτυπώνεται η διαδικασία παραγωγής του αποσκληρυμένου νερού. - Ακατέργαστο νερό - Υδράσβεστος, τριχλωριούχος σίδηρος, πολυηλεκτρολύτης Παραγωγή αποσκληρυμένου νερού Διήθηση αποσκληρυμένου νερού Αποθήκευση αποσκληρυμένου και διηθημένου νερού Αποσκληρυμένο και διηθημένο νερό Παχυντής ιλύος Πύργο Ψύξης Μονάδων και ψύξη εξοπλισμού Δεξαμενές ηρεμίας Ίλυς Εγκαταστάσεις Διήθησης Διάγραμμα 5: Παραγωγή αποσκληρυμένου νερού 21

Η διαδικασία παραγωγής απιονισμένου (αφαλατωμένου) νερού αποτυπώνεται παρακάτω. Αποσκληρυμένο νερό Παραγωγή απιονισμένου νερού με τη μέθοδο της ιοντοεναλλαγής Αποθήκευση απιονισμένου νερού Απιονισμένο νερό Μονάδες Παραγωγής Διάγραμμα 6: Παραγωγή απιονισμένου (αφαλατωμένου) νερού 22

Το Σύστημα Αποκομιδής Τέφρας αποτελείται από τα εξής κύρια τμήματα: Πέντε συστήματα συλλογής και αποκομιδής ιπτάμενης και υγρής τέφρας. Αυτά περιλαμβάνουν τα ηλεκτροστατικά φίλτρα κατακράτησης της ιπτάμενης τέφρας, τα σιλό αποθήκευσης, τις διατάξεις ύγρανσης διαβροχής και εκφόρτωσης της τέφρας σε ταινιόδρομους, καθώς επίσης και το σύστημα αποκομιδής της υγρής τέφρας από την τεφρολεκάνη του Λέβητα (Διάγραμμα 6). Τέλος, υπάρχουν δύο συστήματα μεταφοράς της τέφρας (ταινιόδρομοι) προς το χώρο απόθεσης του Ορυχείου (το ένα εφεδρικό). ΚΑΥΣΗ ΛΙΓΝΙΤΗ ΣΤΟΥΣ ΛΕΒΗΤΕΣ ΚΑΥΣΑΕΡΙΑ Κατακράτηση της ιπτάμενης τέφρας από τα Η/Φ Αποθήκευση ιπτάμενης τέφρας Αποκομιδή υγρής τέφρας από την τεφρολεκάνη του λέβητα και μεταφορά στα σιλό ιπτάμενης τέφρας Ύγρανση διαβροχή και εκφόρτωση ιπτάμενης και υγρής τέφρας σε ταινιόδρομους Τέφρα και λάσπη αποσκλήρυνσης για απόθεση στο Ορυχείο Διαβροχή τέφρας με λασπόνερο από αποσκληρύνσεις Δυνατότητα εκφόρτωση μέρους της ιπτάμενης τέφρας σε σιλοφόρα οχήματα (για τσιμεντοβιομηχανίες) Διάγραμμα 7: Συλλογή και μεταφορά τέφρας 23

Το Σύστημα Μονάδων Παραγωγής αποτελείται από τα εξής κύρια τμήματα (Διάγραμμα 7) : Πέντε κύριες εγκαταστάσεις (μία για κάθε Μονάδα), που κάθε μία περιλαμβάνει: o Λέβητα ατμοποίησης με τον ατμοστρόβιλο και την αντίστοιχη γεννήτρια o Συμπυκνωτή (ή κύριο ψυγείο), στον οποίο εισέρχεται ο ατμός που εξέρχεται από τον ατμοστρόβιλο. Εκεί ο ατμός συμπυκνώνεται με τη βοήθεια ψυκτικού νερού και το συμπύκνωμα, αφού προθερμανθεί από απομαστεύσεις Στροβίλου και απαερωθεί μέσω των τροφοδοτικών αντλιών επιστρέφει στο Λέβητα o Πύργο ψύξεως για την ψύξη του ψυκτικού νερού του κύριου συμπυκνωτή o Μετασχηματιστές ανύψωσης της τάσης και εγκαταστάσεις σύνδεσης των μετασχηματιστών με τον υποσταθμό των 400 kv, από όπου ξεκινούν οι γραμμές μεταφοράς. o Συστήματα ελέγχου και λειτουργίας της Μονάδας Τρεις καπνοδόχους, μία κοινή για τις μονάδες I και II, μία κοινή για τις Μονάδες III και IV, και μία για τη Μονάδα V. Πρώτες ύλες Απιονισμένο νερό για την παραγωγή ατμού και αναπλήρωση της κατανάλωσης στο κλειστό κύκλωμα νερού ατμού Λιγνίτης σαν στερεό καύσιμο Πετρέλαιο Diesel σαν υγρό καύσιμο για στήριξη καύσης Μονάδα Παραγωγής Απόβλητα Υγρή τέφρα Ιπτάμενη τέφρα Ηλεκτροστατικά Φίλτρα Προϊόντα Ηλεκτρική ενέργεια Ψυκτικό νερό Ψυκτικό νερό Καυσαέρια Μονάδας Η/Φ Πύργος Ψύξης Υδρατμοί Αποσκληρυμένο νερό (αναπλήρωση της εξάτμισης) Καυσαέρια Καμινάδας (σωματίδια ιπτάμενη τέφρα, CO 2, SO 2, NO x, CO, υδρατμοί) Καμινάδα Διάγραμμα 8: Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από την Μονάδα 24

3.1 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ ΤΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ Στον πίνακα που ακολουθεί παρατίθενται τεχνικές πληροφορίες του ΑΗΣ Αγίου Δημητρίου. ΑΗΣ ΑΓΙΟΥ ΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΜΟΝΑΔΩΝ Μ Ε Γ Ε Θ Ο Σ ΜΟΝΑΔΑ Ι ΙΙ ΙΙΙ IV V ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΗΣ ΛΕΒΗΤΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΗΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΥ ΕΡΓΑ ΠΟΛΙΤΙΚΟΥ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥ ΕΤΟΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ - - - - STEIN STEIN EVT EVT WAAGNER ALSTHOM ALSTHOM TPE TPE ANSALDO ΕΡΓΑΣ ΕΡΓΑΣ ΕΡΓΑΣ ΕΡΓΑΣ ΑΕΓΕΚ 1984 1984 1985 1986 1997 ΙΣΧΥΣ MW 300 300 310 310 366.5 ΠΡΩΤΟΣ ΣΥΓΧΡΟΝΙΣΜΟΣ ΗΜΙΕΜΠΟΡΙΚΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΕΜΠΟΡΙΚΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ - - - 23/5/1984 22/12/1984 2/11/1985 23/4/1986 22/5/1997 11/10/1984 26/3/1985 28/11/1985 29/5/1986 7/10/1997 10/12/1984 14/5/1985 28/12/1985 28/6/1986 21/12/1997 ΛΕΒΗΤΑΣ ΜΟΝΑΔΑ Ι ΙΙ ΙΙΙ IV V ΤΥΠΟΣ - SULZER SULZER SULZER SULZER BENSON MCR T/h 916 916 950 950 1,029 ΡΟΗ Υ/Θ T/h 853.8 853.8 887.2 887.2 993.1 ΠΙΕΣΗ Υ/Θ bat 171.4 171.4 171.3 171.3 199 ΠΙΕΣΗ ΨΑ/Θ bar 42.2 42.2 41.67 41.67 34.8 ΠΙΕΣΗ ΘΑ/Θ bar 40.1 40.1 39.67 39 32.6 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Υ/Θ C 542 542 542 542 540 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΨΑ/Θ C 342.5 342.5 339 339 290 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΘΑ/Θ C 542 542 542 542 540 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΤΡΟΦ. ΝΕΡΟΥ C 248 248 257 257 238 ΘΕΡΜ. ΚΑΥΣΑΕΡΙΩΝ ΜΕΤΑ LUVO C 150 150 153 153 148 ΑΕΡΑΣ ΚΑΥΣΗΣ ΜΕΤΑ FDF Nm 3 /h 1.666.400 1,666,400 1.217.800 1.217.800 1.307.100 ΚΑΥΣΑΕΡΙΑ ΜΕΤΑ Η/Φ Nm3/h 2.847.200 2.847.200 1.681.600 1.681.600 1.855.800 ΒΑΘΜΟΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ % 87.00 87.00 87.00 87.00 88.00 25

ΣΤΡΟΒΙΛΟΣ ΜΟΝΑΔΑ Ι ΙΙ ΙΙΙ IV V ΤΥΠΟΣ - ΤANDEM TANDEM TANDEM TANDEM TANDEM ΣΤΡΟΦΕΣ RPM 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 ΚΥΛΙΝΔΡΟΙ - 3 3 3 3 3 ΑΡΙΘΜΟΣ ΠΤΕΡΥΓΙΩΝ - 10+12+15 10+12+15 10+12+15 10+12+15 26+16+12 ΠΙΕΣΗ ΑΤΜΟΥ ΕΙΣΟΔΟΥ ΥΠ bar 166.71 166.71 166.71 166.71 190.00 ΠΙΕΣΗ ΑΤΜΟΥ ΕΞΟΔΟΥ ΥΠ bar 42.97 42.97 40.29 40.29 34.90 ΠΙΕΣΗ ΑΤΜΟΥ ΕΙΣΟΔΟΥ ΜΠ bar 38.67 38.67 38.30 38.30 31.50 ΘΕΡΜ. ΑΤΜΟΥ ΕΙΣΟΔΟΥ ΥΠ C 540 540 540 540 536 ΘΕΡΜ. ΑΤΜΟΥ ΕΞΟΔΟΥ ΥΠ C 342 342 332 332 289 ΘΕΡΜ. ΑΤΜΟΥ ΕΙΣΟΔΟΥ ΜΠ C 540 540 540 540 536 ΕΙΔΙΚΗ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ kj/kwh 7.949 7.949 7.904 7.904 7.737 ΒΑΘΜΟΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ % 45.29 45.29 45.55 45.55 46.53 ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ΜΟΝΑΔΑ Ι ΙΙ ΙΙΙ IV V ΦΑΙΝΟΜΕΝΗ ΙΣΧΥΣ MVA 335 335 344 344 431.5 ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ - 0.90 0.90 0.90 0.90 0.85 ΤΑΣΗ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ kv 21 21 20 20 21 ΕΝΤΑΣΗ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ ka 9.164 9.164 9.940 9.940 11.863 ΤΑΣΗ ΔΙΕΓΕΡΤΡΙΑΣ V 355 355 780 780 340 ΕΝΤΑΣΗ ΔΙΕΓΕΡΤΡΙΑΣ A 2.150 2.150 2.774 2.774 4.526 ΣΥΜΠΥΚΝΩΤΗΣ ΜΟΝΑΔΑ Ι ΙΙ ΙΙΙ IV V ΑΡΙΘΜΟΣ ΑΥΛΩΝ - 17.180 17.180 23.350 23.350 18.792 ΜΗΚΟΣ ΑΥΛΩΝ (ΕΝΕΡΓΟ) mm 9.560 9.560 9.930 9.930 10.856 ΔΙΑΜΕΤΡΟΣ ΑΥΛΩΝ (ΕΞΩΤ.) mm 25.0 25.0 25.0 25.0 25.4 ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΑΥΛΩΝ m2 12.901 12.901 18.200 18.200 16.279 CONDENSER LOAD MJ/h 1.313.650 1.313.650 1.346.400 1.346.400 1.547.178 ΚΕΝΟ Κ. ΨΥΓΕΙΟΥ mbar 66.7 66.7 64.9 64.9 61.0 EIΔ. KAT. ATMOY Κg/Kwh 2.87 2.87 2.92 2.92 2.70 ΡΟΗ ΨΥΚΤΙΚΟΥ ΝΕΡΟΥ m3/h 28.200 28.200 28.520 28.520 39.000 26

ΣΥΜΒΑΤΙΚΟ ΚΑΥΣΙΜΟ ΜΟΝΑΔΑ Ι ΙΙ ΙΙΙ IV V -ΥΓΡΑΣΙΑ (%) 57.20 57.20 57.20 57.20 54.00 -ΤΕΦΡΑ (%) 13.00 13.00 13.00 13.00 14.60 -ΑΝΘΡΑΚΑΣ (%) 18.20 18.20 18.20 18.20 18.00 -Η2 (%) 1.50 1.50 1.50 1.50 1.45 -Ο2 (%) 8.80 8.80 8.80 8.80 8.50 -Ν2 (%) 0.40 0.40 0.40 0.40 0.50 -S (%) 0.35 0.35 0.35 0.35 0.44 -CO2 (%) 0.55 0.55 0.55 0.55 2.51 -Α.Θ.Ι. kcal/kg 1.696 1.696 1.696 1.696 1.696 -Κ.Θ.Ι. kcall/kg 1.300 1.300 1.300 1.300 1.300 -Τ ΜΑΛ. ΤΕΦΡΑΣ C 1.150 1.150 1.150 1.150 1.150 EIΔ. KAT. ΛΙΓΝΙΤΗ T/MWh 1.75 ΧΩΡΗΤ. ΑΥΛΩΝ ΛΙΓΝΙΤΗ T 1.200.000 ΔΕΞΑΜΕΝΗ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ m3 5.000 27

Κεφάλαιο 4. Παραγωγική διαδικασία Ατμοηλεκτρικού Σταθμού 4.1 Αρχή παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας Για την παραγωγή ενέργειας από έναν λιγνιτικό Ατμοηλεκτρικό Σταθμό, οι απαραίτητες πρώτες ύλες είναι λιγνίτης και νερό. Ο Σταθμός του Αγίου Δημητρίου τροφοδοτείται με λιγνίτη από το Ορυχείο Νότιου Πεδίου και με νερό από την Λίμνη Πολυφύτου. Ο Λιγνίτης περιέχει χημική ενέργεια και από την καύση του στον λέβητα παράγεται θερμική ενέργεια, ένα μέρος της οποίας (εξαρτάται από τον βαθμό απόδοσης του Λέβητα) μεταδίδεται στο νερό για την ατμοποίηση και την υπερθέρμανση του. Ένα μέρος της θερμικής ενέργειας που περιέχει ο ατμός που οδηγείται στον Στρόβιλο μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια και εν συνεχεία μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια στην Γεννήτρια. (13) Το παραγόμενα απόβλητα από αυτήν την διαδικασία είναι στερεά (τέφρα) και υγρά (νερό). Ο βαθμός απόδοσης σε μια Μονάδα προφανώς δίδεται από την σχέση: Q C = Qel Qth Όπου: Q el = Παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια Q th = Θερμική ενέργεια καυσίμου που χρησιμοποιείται για να παραχθεί η ενέργεια Q el 28

4.2 Σύστημα Διακίνησης Λιγνίτη Ο ΑΗΣ Αγίου Δημητρίου τροφοδοτείται με λιγνίτη από το ορυχείο Νότιου Πεδίου και μέσω ταινιόδρομων και σπαστήρων καταλήγει στα σιλό των μονάδων. Στο παρακάτω διάγραμμα αποτυπώνεται η διακίνηση λιγνίτη μέσω ταινιοδρόμων. Αμφίδρομη επικοινωνία Θάλαμος Ελέγχου Συστήματος Διακίνησης Λιγνίτη Αμφίδρομη επικοινωνία Δυνατότητα ελέγχου του συστήμ ατος και διαβίβαση εντολών Αμφίδρομη επικοινωνία και έλεγχος του συστήματος φόρτωσης και διαβίβασης εντολών Θάλαμος Ελέγχου Φόρτωσης Μονάδων Θ.Ε I-II Θ.Ε III-IV Θ.Ε V Δυνατότητα ελέγχου του συστήμ ατος και διαβίβαση εντολών Ορυχείο Αυλές Λιγνίτη Οίκημα Σπαστήρα Σιλό Λιγνίτη Μονάδων Απόθεση με ταινιοδρόμους στις Αυλές Α,Β,Γ,Δ Α Α Απόθεση με φορτηγά στην Αυλή Α Β Γ Δ Α1 Α2 Α3 Αμφίδρομη επικοινωνία Απολήπτες Ανάληψη από τις αυλές Τροφοδότες Μύλοι Λέβητας (καύση λιγνίτη) Θάλαμοι ελέγχου Μονάδων Διάγραμμα 8: Σύστημα διακίνησης λιγνίτη 29

4.3 Σύστημα τροφοδοσίας νερού Το νερό είναι η σπουδαιότερη πρώτη ύλη που απαιτείται για την παραγωγή ενέργειας. Είναι η πρώτη ύλη που απαιτείται για τις εξής διεργασίες: 1. Χρησιμοποιείται σαν ακατέργαστο νερό για το δίκτυο πυρόσβεσης του Σταθμού και για εσωτερικές καταναλώσεις (ποτίσματα κ.τ.λ.). 2. Χρησιμοποιείται σαν αποσκληρυμένο νερό για την ψύξη των μηχανημάτων και την συμπύκνωση του ατμού στο Κ.Ψυγείο των Μονάδων. Η εξάτμιση του νερού στους Πύργους Ψύξης δημιουργεί την ανάγκη συμπλήρωσης αυτής της ποσότητας. Για κάθε παραγόμενο MW απαιτούνται περίπου 2 tn νερού συμπλήρωσης. Επιπλέον απαιτείται κατανάλωση νερού για την διαβροχή της τέφρας, για ρύθμιση της σκληρότητας του, για συμπλήρωση των λοιπών απωλειών από διάφορα κυκλώματα (τεφρολεκάνη, υδροτζίφαρα, κ.τ.λ.). Ο Μ.Ο της συνολικής κατανάλωσης του νερού στις θερινές περιόδους αιχμών φτάνει τους 2.7 tn/mw). 3. Χρησιμοποιείται σαν αφαλατωμένο για το κλειστό κύκλωμα παραγωγής ατμού των Μονάδων και για ψύξη ορισμένων μηχανημάτων. Η ενδεδειγμένη κατανάλωση αφαλατωμένου κάθε Μονάδας λόγω απωλειών κατά την διάρκεια του εκκαπνισμού και λόγω μη ανάκτησης όλου του βοηθητικού ατμού προς το δίκτυο θέρμανσης, προθέρμανσης αέρα των FDF, προθέρμανσης δεξαμενών πετρελαίου, προθέρμανσης του νερού που κατεργάζεται το χημείο πρέπει να είναι της τάξης των 10 tn/h το καλοκαίρι και 15 tn/h τον χειμώνα. Λόγω όμως διαφόρων επιπλέον διαρροών στα κυκλώματα υπάρχει αυξημένη κατανάλωση. Αποσκληρυμένο νερό για ψυκτικό στις Μονάδες Αντλιοστάσιο Πολυφύτου Ακατέργαστο νερό Κατεργασία αποσκλήρυνσης ΧΗΜΕΙΟ Αποσκληρυμένο νερό για το σύστημα αφαλάτωσης Κατεργασία αφαλάτωσης ΧΗΜΕΙΟ Αφαλατωμένο νερό προς τις Μονάδες Ακατέργαστο νερό γιά: Δίκτυο πυρόσβεσης Διάφορες εσωτερικές καταναλώσεις Ποτίσματα κ.τ.λ. Διάγραμμα 10: Σύστημα τροφοδοσίας νερού 30

Επομένως το χημείο για την παραγωγή ενέργειας σε ένα 24ωρο με 100% φόρτιση και διαθεσιμότητα των Μονάδων απαιτείται σε περίοδο αιχμής: Αποσκληρυμένο: 1595 MW x 2,7 tn/mw x 24h Αφαλατωμένο: 15tn/h x 5 Μονάδες x 24 h Είναι φανερή λοιπόν η σπουδαιότητα της διαδικασίας της κατεργασίας που λαμβάνει χώρα στις εγκαταστάσεις του χημείου διότι εκτός από την ποσότητα που πρέπει να παραχθεί οφείλει να εξασφαλίζει και την ποιότητα. 4.4 Λειτουργία Μονάδας Για την παραγωγή ενέργειας ως εισερχόμενες πρώτες ύλες στον λέβητα είναι ο λιγνίτης, ο αέρας και το νερό ενώ τα εξερχόμενα προϊόντα είναι ο ατμός και τα καυσαέρια. Λιγνίτης Αέρας ΛΕΒΗΤΑΣ Φωτιά Νερό Ατμός Καυσαέρια Διάγραμμα 11: Λειτουργία μονάδας 31

Στο ακόλουθο διάγραμμα αποτυπώνεται αναλυτικά η λειτουργία του λέβητα με τον εξοπλισμό που απαιτείται για την τροφοδοσία λιγνίτη, την παροχή του αέρα και την απαγωγή των καυσαερίων και των αποβλήτων. Σιλό λιγνίτη Τροφοδότες Μια ποσότητα αέρα για ρύθμιση Τ διαχωριστή Μύλοι Αλεση Ανάμιξη Εξάτμιση Ξήρανση ΛΕΒΗΤΑΣ Καύση λιγνίτη Μια ποσότητα καυσαερίων από τον Λέβητα για ξήρανση του λιγνίτη FDF Αέρας Ψυχρός αέρας Προθέρμανση αέρα από καυσαέρια Θερμός αέρας Αέρας για περιορισμό των ακαύστων Υγρή τέφρα IDF Η/Φ Ψυχρά καυσαέρια LUVO Θερμά καυσαέρια Σύστημα αποκομιδής τέφρας Διάγραμμα 12: Λειτουργία λέβητα 32

4.5 Κύκλωμα νερού - ατμού Το νερό που κυκλοφορεί στην Μονάδα σε κλειστό κύκλωμα, προθερμαίνεται στους προθερμαντές Χαμηλής πίεσης, τροφοδοτική δεξαμενή, προθερμαντές Υψηλής πίεσης πριν εισέλθει στον Λέβητα. Ο ατμός που χρησιμοποιείται για την προθέρμανση του νερού λαμβάνεται από τις απομαστεύσεις του στροβίλου. Η διαδρομή που ακολουθεί το νερό είναι η εξής: Αντλείται από το Κύριο Ψυγείο της Μονάδας σαν συμπύκνωμα από τις αντλίες συμπυκνώματος και αφού διέλθει από το Polishing για εξευγενισμό και από τους προθερμαντές Χαμηλής πίεσης για προθέρμανση οδηγείται στην τροφοδοτική δεξαμενή για επιπλέον προθέρμανση και απαερίωση. Από εκεί μέσω των τροφοδοτικών αντλιών καταθλίβεται στους προθερμαντές Υψηλής πίεσης. Ακολούθως εισέρχεται στον οικονομητήρα (ECO) του Λέβητα για να προθερμανθεί επιπλέον και εν συνεχεία οδηγείται στην αναρρόφηση της ΑΚΛ όπου αναμιγνύεται με το νερό του διαχωριστή και στην συνέχεια καταθλίβεται στους αυλούς ανόδου. Αφού θερμανθεί και φτάσει στην θερμοκρασία ατμοποίησης που αντιστοιχεί στην πίεση λειτουργίας του κυκλώματος, τότε οδηγείται υπό μορφή ατμού - νερού στον διαχωριστή. Στον διαχωριστή γίνεται διαχωρισμός της υγρής και αέριας φάσης και η υγρή φάση οδηγείται στην αναρρόφηση της ΑΚΛ για να αναμιχθεί με το νερό που έρχεται από τον ECO, για να οδηγηθεί εκ νέου στον Λέβητα. Η αέρια φάση (ατμός) οδηγείται πλέον στον Λέβητα για να υπερθερμανθεί σε τρία στάδια. Στον Υ/ΘΙ, στον Υ/ΘΙΙ, στον Υ/ΘΙΙΙ. Η έξοδος του Λέβητα, Υ/Θ ατμός οδηγείται στον Στρόβιλο HP (θερμοκρασία ατμού 540 C - πίεση 170 bar). Στον Στρόβιλο HP εκτονώνεται προσφέροντας έργο το οποίο περιστρέφει τον στρόβιλο. Η έξοδος του Στροβίλου Υψηλής πίεσης (HP), ΨΑ/Θ σαν ατμός με χαρακτηριστικά 300 C - 36 bar οδηγείται στον Λέβητα για να θερμανθεί στους 540 C. Υπάρχουν 2 στάδια αναθέρμανσης ο Α/ΘΙ και ο Α/ΘΙΙ. Η έξοδος του Α/ΘΙΙ οδηγείται στον Στρόβιλο Μέσης πίεσης (IP) και αφού εκτονωθεί οδηγείται στον Στρόβιλο Χαμηλής πίεσης (LP). Η έξοδος του Στροβίλου LP οδηγείται στο Κύριο Ψυγείο με πίεση μικρότερη της ατμοσφαιρικής (κενό) υπό μορφή υγρού ατμού όπου συμπυκνώνεται. Η συμπύκνωση του ατμού πραγματοποιείται με την ψύξη του ατμού κατά την διάρκεια της οποίας αποδίδεται θερμότητα στο ψυκτικό νερό που κυκλοφορεί στο Κύριο Ψυγείο το οποίο προφανώς θερμαίνεται. Το ψυκτικό νερό που κυκλοφορεί για να ψυχθεί οδηγείται στον Πύργο Ψύξης όπου με την σειρά του καταιονίζεται. Η ψύξη γίνεται μέσω του ατμοσφαιρικού αέρα που διέρχεται από την βάση του Πύργου. Η διαδικασία όμως αυτή της ψύξης έχει σαν αποτέλεσμα την εξάτμιση μέρους του νερού προς την ατμόσφαιρα και της οποίας ο ρυθμός της είναι περίπου 2 tn νερού ανά MWh. 33

By Pass ΥΠ By Pass ΧΠ ΣΤΡΟΒΙΛΟΣ ΛΕΒΗΤΑΣ Καύση Υ/Θ Α/Θ ΥΠ ΜΠ ΧΠ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ Παραγωγή Ενέργειας ΠΡΟΘΕΡΜΑΝΤΕΣ ΥΨΗΛΗΣ ΠΙΕΣΗΣ ΤΡΟΦΟΔΟΤΙΚΗ ΔΕΞΑΜΕΝΗ Κ. ΨΥΓΕΙΟ Ψυχρό ψυκτικό νερό για συμπύκνωση του ατμού Θερμό ψυκτικό νερό προς Πύργο Ψύξης Τροφοδοτικό νερό Συμπύκνωμα ΤΡΟΦΟΔΟΤΙΚΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ ΠΡΟΘΕΡΜΑΝΤΕΣ ΥΨΗΛΗΣ ΠΙΕΣΗΣ Διάγραμμα 13: Κύκλωμα νερού- ατμού 34

Κεφάλαιο 5. Ενεργειακή Απόδοση των Λεβήτων 5.1 Εισαγωγή Η απόδοση του λέβητα μειώνεται με την πάροδο του χρόνου λόγω της κακής καύσης, των επικαθίσεων και της κακής λειτουργίας και συντήρησης. Επιπρόσθετος παράγοντας που οδηγεί στη μείωση της απόδοσης του λέβητα είναι μείωση της Κ.Θ.Ι. (κατώτερη θερμογόνος ικανότητα) του λιγνίτη. Ο έλεγχος της απόδοσης μας βοηθάει στο να εντοπίσουμε κατά πόσο αυτή απέχει από την βέλτιστη κατάσταση λειτουργίας. Οποιεσδήποτε παρατηρηθείσες αφύσικες αποκλίσεις μπορούν να ερευνηθούν, για να εντοπιστεί η προβληματική περιοχή και να παρθούν τα απαραίτητα διορθωτικά μέτρα. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να μάθουμε το τρέχον επίπεδο της απόδοσης για την αξιολόγηση της. 5.1.1 Σκοπός του ελέγχου της απόδοσης Ο σκοπός του ελέγχου είναι να καθοριστεί η πραγματική απόδοση του λέβητα και να συγκριθεί με την αρχικά σχεδιασμένη τιμή. Ο έλεγχος αυτός μπορεί να αποτελέσει έναν δείκτη παρακολούθησης των ημερήσιων και των εποχιακών μεταβολών της απόδοσης του λέβητα. Ορισμοί και όροι της εξέτασης 1. Απόδοση του λέβητα n=( παραγωγή θερμότητας/ εισαγωγή θερμότητας)*100 =( θερμική ενέργεια ατμού (kcal)/ θερμική ενέργεια καυσίμου (kcal))*100 35

5.1.2 Πρότυπα αναφοράς Βρετανικά πρότυπα, BS845: 1987 Το βρετανικό πρότυπο BS845: 1987 περιγράφει τις μεθόδους και τις προϋποθέσεις υπό τις οποίες ένας λέβητας πρέπει να ελεγχθεί για τον καθορισμό της απόδοσης του. Ο λέβητας θα πρέπει να λειτουργεί υπό σταθερές συνθήκες φορτίου (γενικά πλήρες φορτίο) για περίοδο μιας ώρας, ενώ οι μετρήσεις θα παρθούν κατά τη διάρκεια της αμέσως επόμενης ώρας. Με αυτόν τον τρόπο καθίσταται δυνατός ο υπολογισμός της ενεργειακής απόδοσης λέβητα. Η απόδοση του λέβητα εκφράζεται ως ποσοστό της συνολικής ενέργειας που ενδεχομένως διατίθενται από την καύση των καυσίμων. Αυτό εκφράζεται βάσει της θερμογόνου δύναμης του καυσίμου. ASME Πρότυπο: PTC-4-1 Ισχύς κώδικα ελέγχου για μονάδες ατμοπαραγωγής Το πρότυπο αυτό αποτελείται από δύο μέρη: 1.Το πρώτο μέρος περιλαμβάνει την άμεση μέθοδο (που ονομάζεται επίσης και μέθοδος εισροών-εκροών). 2.Το δεύτερο μέρος περιλαμβάνει την έμμεση μέθοδο (που ονομάζεται επίσης και μέθοδος απώλειας θερμότητας). IS 8753: Ινδικά πρότυπα ελέγχου απόδοσης του λέβητα Τα περισσότερα πρότυπα για τον υπολογισμό της απόδοσης του λέβητα, συμπεριλαμβανομένων των IS 8753 και BS845, είναι σχεδιασμένα για τη μέτρηση της απόδοσης του λέβητα. Η απόδοση ενός λέβητα μπορεί να ελεγχθεί κυρίως με τις ακόλουθες μεθόδους: 1. Άμεση Μέθοδος: Όταν το ενεργειακό περιεχόμενο του ρευστού (νερού και ατμού) συγκρίνεται με το ενεργειακό περιεχόμενο του καυσίμου του λέβητα. 2. Έμμεση Μέθοδος: Όταν η απόδοση ορίζεται ως η διαφορά μεταξύ των απωλειών και της παραγωγής ενέργειας. Αυτή η μέθοδος είναι αυτή που θα χρησιμοποιήσουμε στην παρούσα εργασία. 36

5.1.3 Έμμεση Μέθοδος Η απόδοση μπορεί να μετρηθεί εύκολα με τη μέτρηση όλων των απωλειών που συμβαίνουν στους λέβητες, χρησιμοποιώντας αρχές που πρέπει να περιγράφονται. Η μέθοδος αυτή υπολογίζει τις διάφορες απώλειες θερμότητας που συνδέονται με το λέβητα. Η απόδοση μπορεί να υπολογιστεί αφαιρώντας τις απώλειες θερμότητας από το 100. Οι διάφορες απώλειες που συμβαίνουν εντός ενός λέβητα είναι: L1-Απώλειες λόγω της θερμικής ενέργειας των καυσαερίων. L2-Απώλειες λόγω του H₂ στο καύσιμο L3-Απώλειες λόγω της υγρασίας στο καύσιμο (H₂O) L4-Απώλειες λόγω της υγρασίας στον αέρα (H₂O) L5-Απώλειες λόγω του CO L6-Απώλειες λόγω της επιφανειακής ακτινοβολίας. Υπάρχουν και άλλες απώλειες οι οποίες ωστόσο είναι ασήμαντες και είναι πολύ δύσκολο να μετρηθούν. L7-Απώλειες λόγω των ακαύστων στην ιπτάμενη τέφρα. L8-Απώλειες λόγω των ακαύστων στην επικαθήμενη τέφρα. 37

Τα παραπάνω διατυπώνονται στο παρακάτω διάγραμμα. Απώλειες επιφάνειας Απώλειες στην ιπτάμενη τέφρα Απώλειες ξηρών καυσαερίων ΝΕΡΟ ΚΑΥΣΑΕΡΙΑ ΛΕΒΗΤΑΣ Απώλειες CO Απώλειες Η 2 ΑΕΡΑΣ ΑΤΜΟΣ Υγρασία στον αέρα Απώλειες από την επικαθήμενη τέφρα Υγρασία στο καύσιμο ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΑΥΣΙΜΟΥ Διάγραμμα 14: Απώλειες λέβητα (14) 38

5.2 Απαιτούμενες μετρήσεις για τον καθορισμό της απόδοσης Οι ακόλουθες παράμετροι θα πρέπει να μετρηθούν για τον καθορισμό της απόδοσης του λέβητα: Ανάλυση καυσαερίων 1.Ποσοστά(%) των CO₂ ή O₂ στο καυσαέριο 2.Ποσοστό(%) του CO στο καυσαέριο 3.Θερμοκρασία του καυσαερίου Μέτρηση ροής για: 1.Καύσιμο 2.Ατμό 3.Νερό τροφοδοσίας 4.Συμπυκνωμένο νερό 5.Αέρα καύσης Μετρήσεις θερμοκρασίας για: 1.Καυσαέριο 2.Ατμό 3.Συμπυκνωμένο νερό 4.Αέρα καύσης 5.Καύσιμο 6.Νερό τροφοδοσίας του λέβητα Μετρήσεις πίεσης για: 1.Ατμό 2.Αέρα καύσης 39

5.2.1 Συνθήκες και προφυλάξεις κατά τον έλεγχο της απόδοσης με την έμμεση μέθοδο Α) Ο έλεγχος της απόδοσης δεν αντιπροσωπεύει: Απώλειες λόγω αυξομείωσης φορτίου: Ο έλεγχος πρέπει να εκτελείται όταν ο λέβητας λειτουργεί υπό σταθερό φορτίο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα η απόδοση να μην καλύπτει τις απώλειες λόγω αυξομείωσης φορτίου. Απώλειες λόγω Blow down Εκκαπνισμός λέβητα: Το ποσό του ατμού που χρησιμοποιείται για εκκαπνισμό λέβητα. Βοηθητικός εξοπλισμός κατανάλωσης ενέργειας: Ο έλεγχος της απόδοσης δεν λαμβάνει υπόψη την ενεργειακή κατανάλωση από βοηθητικούς εξοπλισμούς, όπως ανεμιστήρες, καυστήρες, αντλίες. Β) Προετοιμασία και συνθήκες για τον έλεγχο: Καύση του καυσίμου με τον απαιτούμενο ρυθμό. Πραγματοποίηση ελέγχου όσο ο λέβητας είναι υπό σταθερό φορτίο. Αποφυγή του ελέγχου όσο ο λέβητας θερμαίνεται από μια ψυχρή κατάσταση. Απόκτηση διαγραμμάτων/πινάκων για τα πρόσθετα στοιχεία. Δειγματολειψία και ανάλυση το καυσίμου και της τέφρας. Ανάλυση του καυσίμου και της τέφρας στο εργαστήριο. Εξασφάλιση της ορθής λειτουργίας των οργάνων. Γ) Επιλογές της ανάλυσης καυσαερίων Πραγματοποιείται έλεγχος O₂ μέσω ελέγχου του CO₂: Σε περίπτωση που υπάρχει μηχανισμός συνεχούς ανάγνωσης του ελέγχου του O₂, χρησιμοποιείται. Περιστασιακά πρέπει να χρησιμοποιείται φορητός μηχανισμός, που ελέγχει τόσο το O₂ όσο και το CO₂. Σε περίπτωση που οι δύο μηχανισμοί δεν δίνουν το ίδιο αποτέλεσμα, τότε έχει γίνει κάποιο σφάλμα. Ο ένας τουλάχιστον μηχανισμός είναι εσφαλμένος, λόγω αλλοιωμένων χημικών ουσιών ή λάθους βαθμονόμησης του οργάνου. Υπάρχει επίσης η περίπτωση να έχει συμπεριληφθεί ο εξωτερικός αέρας μαζί με τα καυσαέρια. Πραγματοποιείται έλεγχος CO: Η παρουσία CO στα καυσαέρια είναι μια καλή ένδειξη ατελούς καύσης για όλα τα είδη καυσίμων που περιέχουν C. Η ποσότητα CO στα καυσαέρια είναι ελάχιστη σε συνήθεις ποσότητες περίσσειας αέρα, αλλά αυξάνεται απότομα όσο η καύση τείνει να γίνει ατελής. 40

5.2.2 Απόδοση λέβητα μέσω της έμμεσης μεθόδου: Διαδικασία και τύποι υπολογισμού Για να υπολογιστεί η απόδοση ενός λέβητα, θα πρέπει να ληφθούν υπόψη όλες οι απώλειες που συμβαίνουν σε αυτόν. Οι απώλειες αυτές σχετίζονται με την ποσότητα των καιγόμενων καυσίμων. Έτσι είναι εφικτή η σύγκριση λεβήτων με διαφορετικά χαρακτηριστικά. ΤΥΠΟΙ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ ΑΡΧΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΕΛΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ % C 0, 97C 0, 7( VM 0,1 A) M(0, 6 0, 01 M) 2 % H2 0,036C 0,086( VM 0,1 A) 0,0035 M (1 0,02 M) % N 2,10 0,020VM 2 όπου C = %(ποσοστό) δεσμευμένου άνθρακα A = % (ποσοστό) τέφρας VM=%(ποσοστό) πτητικών ουσιών M = %(ποσοστό) υγρασίας Προτείνεται να λαμβάνεται μια τελική ανάλυση του καυσίμου που καίγεται, περιοδικά, από κάποιο εργαστήριο. Για τον υπολογισμό των απωλειών πρέπει να καθοριστεί αρχικά η θεωρητική αναλογία καύσιμου αέρα και περίσσειας αέρας που παρέχεται. 41

Α) Αέρας που απαιτείται θεωρητικά για την καύση= O kg/ kg καυσίμου 8 2 [(11,6 C) {34,8 ( H2 )} (4,35 S)]/100 όπου C, H₂, O₂, Sείναι τα % ποσοστά των παραπάνω στοιχείων στο καύσιμο O2 % B) Παροχή περίσσειας αέρα= 100 21 O 2% Προτείνεται η μέτρηση του O₂. Σε περίπτωση που δεν είναι εφικτή, μετράμε το CO₂. 7900[( CO2%) t ( CO2%) a] ( CO ) %[100 ( CO %) 2 a 2 t] ( CO %) t CO όπου 2 2% θεωρητικό, ( CO2 %) a πραγματικό % 2 CO μετρημένο στο καυσαέριο, ( CO2 ) a γραμμομόριαc /(γραμμομόρια N 2 + γραμμομόρια C ), γραμμομόρια N 2 =( W t του N 2 στον θεωρητικό αέρα/γραμμομόριαw t του N 2 )+( W t του N 2 στο καύσιμο/γραμμομόριαw t του N 2 ), γραμμομόριαc = W του C στο καύσιμο/μοριακόw του C t Γ) Πραγματική μάζα του παρεχόμενου αέρα/ kg καυσίμου= {1 EA /100) *θεωρητικό αέρα t 42

Οι διάφορες απώλειες που σχετίζονται με τη λειτουργία του λέβητα αναπτύσσονται παρακάτω, αναφέροντας κάθε φορά και τον απαιτούμενο τύπο. 1) ΑΠΩΛΕΙΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΛΟΓΩ ΞΗΡΟΤΗΤΑΣ ΤΩΝ ΚΑΥΣΑΕΡΙΩΝ Αυτή είναι η μεγαλύτερη απώλεια και υπολογίζεται με τον ακόλουθο τύπο: m Cp ( Tf Ta ) 100 GCV όπου L1 % απώλεια θερμότητας λόγω ξηρότητας του καυσαερίου m μάζα των ξηρών καυσαερίων σε kg/kg καυσίμου =προϊόντα καύσης από καύσιμα: CO₂+SO₂+N (στο καύσιμο)+n (στην πραγματική μάζα του παρεχόμενου αέρα)+o₂ (στο καυσαέριο) Cp ειδική θερμότητα του καυσαερίου Tf θερμοκρασία καυσαερίου σε C Ta θερμοκρασία περιβάλλοντος σε C Σημείωση-1: Για γρήγορο και απλό υπολογισμό της απόδοσης ενός λέβητα χρησιμοποιούμε τα ακόλουθα: Α) Μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια απλή μέθοδος για τον καθορισμό των απωλειών των ξηρών καυσαερίων, όπως δίνεται παρακάτω. m Cp ( Tf Ta ) α) Ποσοστό απώλειας θερμότητας λόγω της ξηρότητας των καυσαερίων= 100 GCV Ολική μάζα καυσαερίου/ kg καυσίμου= μάζα πραγματικού παρεχόμενου αέρα/ kg καυσίμου + 1kg καυσίμου 43

Σημείωση-2: Υδρατμοί παράγονται από το H₂ στο καύσιμο, την υφιστάμενη υγρασία και τον αέρα κατά την διάρκεια της καύσης. Οι απώλειες αυτές δεν εμπεριέχονται στις απώλειες λόγω ξηρότητας των καυσαερίων, αφού είναι χωριστά υπολογισμένες ως οι υγρές απώλειες των καυσαερίων. 2) ΑΠΩΛΕΙΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΛΟΓΩ ΕΞΑΤΜΙΣΗΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ ΠΟΥ ΣΧΗΜΑΤΙΖΕΤΑΙ ΑΠΟ ΤΟ H₂ ΣΤΟ ΚΑΥΣΙΜΟ(%) Η καύση του H₂ οδηγεί σε απώλεια θερμότητας λόγω της εξάτμισης του νερού, που δημιουργείται λόγω του H₂ στο καύσιμο. Το νερό μετατρέπεται σε ατμό, ο οποίος με τη σειρά του παρασύρει θερμότητα με τη μορφή λανθάνουσας θερμότητας. L 2 9 H2 {584 Cp ( Tf Ta )} 100 GCV όπου H2 kgυφιστάμενου H₂ στο καύσιμο σε 1kgβάσης C p =ειδική θερμότητα του υπέρθερμου ατμού T f =θερμοκρασία καυσαερίου σε C Ta θερμοκρασία περιβάλλοντος σε C 584=λανθάνουσα θερμότητα που αντιστοιχεί στη μερική πίεση των υδρατμών 44

3) ΑΠΩΛΕΙΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΛΟΓΩ ΥΓΡΑΣΙΑΣ ΣΤΟ ΚΑΥΣΙΜΟ M {584 Cp ( Tf Ta )} L3 100 GCV όπου M kgυγρασίας στο καύσιμο σε 1kgβάσης Cp ειδική θερμότητα του υπέρθερμου ατμού στο καυσαέριο σε kcal/kg C T f =θερμοκρασία καυσαερίου σε C T a =θερμοκρασία περιβάλλοντος σε C 584= λανθάνουσα θερμότητα που αντιστοιχεί στη μερική πίεση των υδρατμών 4) ΑΠΩΛΕΙΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΛΟΓΩ ΥΓΡΑΣΙΑΣ ΣΤΟΝ ΑΕΡΑ Ο ατμός, με τη μορφή υγρασίας στον εισερχόμενο αέρα, θερμαίνεται καθώς περνά μέσα από τον λέβητα. Δεδομένου ότι η θερμότητα περνά στην καπνοδόχο, θα πρέπει να θεωρηθεί ως απώλεια. Για να συσχετίσουμε αυτή την απώλεια με τη μάζα του καύσιμου άνθρακα, θα πρέπει το περιεχόμενο υγρασίας του αέρα καύσης και η ποσότητα του παρεχόμενου αέρα ανά μονάδα μάζας του καύσιμου άνθρακα να είναι γνωστά. L 4 AAS ά ί Cp ( Tf Ta ) 100 GCV όπου AAS= πραγματική μάζα του παρεχόμενου αέρα/kgκαυσίμου Παράγοντας υγρασίας=kgνερού/kgξηρού αέρα Cp ειδική θερμότητα του υπέρθερμου ατμού του καυσαερίου σε kcal/kg C T f =θερμοκρασία καυσαερίου σε C T a =θερμοκρασία περιβάλλοντος σε C 45

5) ΑΠΩΛΕΙΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΛΟΓΩ ΑΤΕΛΟΥΣ ΚΑΥΣΗΣ Τα προϊόντα που σχηματίζονται από ατελή καύση περιέχουν CO,H₂ και διάφορους υδρογονάνθρακες, βρίσκονται γενικά στα καυσαέρια των λεβήτων και θα μπορούσαν να αναμειχθούν με O₂ και να καούν ξανά με μεγαλύτερη απελευθέρωση ενέργειας. L 5 % CO C 5744 100 % CO % CO GCV 2 L5 % απώλεια θερμότητας λόγω της μερικής μετατροπής C CO CO=όγκος του COστα καυσαέρια, που εγκαταλείπουν τον οικονομητήρα (%) CO₂= πραγματικός όγκος του CO₂ στο καυσαέριο (%) C=περιεχόμενο άνθρακα σε kg/kgκαυσίμου 6) ΑΠΩΛΕΙΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΛΟΓΩ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Οι απώλειες επιφανείας και άλλες μη μετρήσιμες απώλειες βασίζονται στον τύπο και στο μέγεθος του λέβητα. Για λιγνιτικούς σταθμούς όπως του ΑΗΣ Αγίου Δημητρίου οι απώλειες είναι 0.4-0.6%. Οι απώλειες αυτές όμως μπορούν να υπολογιστούν, αν είναι γνωστές η επιφάνεια του λέβητα και η θερμοκρασία της επιφάνειας, όπως παρουσιάζεται παρακάτω: L T T T T V 4 4 1,25 6 0,548 [( s / 55,55) ( a / 55,55) ] 1,957 ( s a) [(196,85 m 68,9) / 68,9] όπου L 6 =απώλεια ακτινοβολίας σε W / m 2 V m =ταχύτητα ανέμου σε m/s T s =θερμοκρασία επιφάνειας σε K T a =θερμοκρασία περιβάλλοντος σε K 46

Απώλεια θερμότητας λόγω άκαυστου C στην ιπτάμενη τέφρα (fly ash) και στην τέφρα του πυθμένα (bottom ash): Μικρές ποσότητες άνθρακα μένουν στην τέφρα και αυτό αποτελεί απώλεια σε μια πιθανή θέρμανση του καυσίμου. Για να αναλυθεί αυτή η απώλεια θα πρέπει να γίνει έλεγχος για ύπαρξη C σε δείγματα τέφρας, ενώ θα πρέπει να είναι γνωστή η ποσότητα τέφρας ανά μονάδα καυσίμου. 7) ΑΠΩΛΕΙΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΛΟΓΩ ΑΚΑΥΣΤΩΝ ΣΤΗΝ ΙΠΤΑΜΕΝΗ ΤΕΦΡΑ(%) L 7 ή ό έ / kg ό ί GCV ά έ 100 GCV ί 8) ΑΠΩΛΕΙΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΛΟΓΩ ΑΚΑΥΣΤΩΝ ΣΤΗΝ ΤΕΦΡΑ ΤΟΥ ΠΥΘΜΕΝΑ(%) ή ό έ / kg ό ί GCV έ έ L8 100 GCV ί Ισοζύγιο θερμότητας: Έχοντας υπολογίσει όλες τις απώλειες που αναφέρθηκαν παραπάνω, η απόδοση του λέβητα δίνεται από το ισοζύγιο θερμότητας. Η απόδοση είναι η διαφορά μεταξύ της εισόδου ενέργειας στον λέβητα και των υπόλοιπων θερμικών απωλειών. 47

Για τον λέβητα της μονάδας IV του ΑΗΣ Αγίου Δημητρίου τα δεδομένα εισόδου είναι τα ακόλουθα: Ρυθμός καύσης καυσίμου Ρυθμός παραγωγής ατμού 500.000 kg/hr 900.000 kg/hr Πίεση ατμού 170 kg/cm 2 Θερμοκρασία ατμού Θερμοκρασία νερού τροφοδοσίας 540 C 250 C Ποσοστό CO 2 στο καυσαέριο 14% Ποσοστό CO στο καυσαέριο 0.008% Μέση θερμοκρασία καυσαερίου 180 C Θερμοκρασία περιβάλλοντος 20 C (293 Κ) Υγρασία του αέρα 0.0204kg/kg ξηρού αέρα Θερμοκρασία επιφάνειας του 70 c (343 Κ) λέβητα Ταχύτητα ανέμου γύρω από τον 3.5 m/s λέβητα Συνολική επιφάνεια λέβητα 6000 m 2 GCV της επικαθήμενης τέφρας GCV της ιπτάμενης τέφρας 800 kcal/kg 100 kcal/kg Αναλογία επικαθήμενης/ιπτάμενης 0.042% τέφρας Ποσοστό τέφρας στο καύσιμο 18.98% Ποσοστό υγρασίας στον άνθρακα 49.12% Ποσοστό άνθρακα 17.96% Ποσοστό υδρογόνου 1.40% Ποσοστό αζώτου 0.50% Ποσοστό οξυγόνου 6.69% Ποσοστό θείου 0.70% GCV του άνθρακα Ειδική θερμότητα καυσαερίων Ειδική θερμότητα υπέρθερμου ατμού 1629 kcal/kg 0.23 kcal/kg 0.45 kcal/kg 48

Τα βήματα τα οποία ακολουθήθηκαν, με βάση το πρότυπο που αναλύθηκε και τα παραπάνω δεδομένα εισόδου, οδήγησαν στα παρακάτω αποτελέσματα: Αέρας που απαιτείται θεωρητικά για την καύση Ποσοστό CO 2 στη θεωρητική κατάσταση 2.309995 kg/kg καυσίμου 18.93006% όπου υπάρχουν 0.064096 μόλοι Ν 2 και 0.014967 μόλοι C Παροχή περίσσειας αέρα 34.3156% Πραγματική μάζα του παρεχόμενου αέρα Μάζα των ξηρών καυσαερίων 3.102684 kg/kg άνθρακα 3.234918 kg/kg άνθρακα C Απώλεια θερμότητας λόγω 7.307857% ξηρότητας των καυσαερίων Απώλεια θερμότητας λόγω 5.074033% εξάτμισης του νερού Απώλεια θερμότητας λόγω υγρασίας 0.197807% στο καύσιμο Απώλεια θερμότητας λόγω υγρασίας 0.279756% στον αέρα Απώλεια θερμότητας λόγω ατελούς 0.036167% καύσης Απώλεια θερμότητας λόγω 0.535527% ακτινοβολίας και συναγωγής Απώλεια θερμότητας λόγω 1.118527% ακαύστων στην ιπτάμενη τέφρα Απώλεια θερμότητας λόγω 0.372842% ακαύστων στην τέφρα του πυθμένα ΑΠΟΔΟΣΗ ΛΕΒΗΤΑ 85.61301 49

Κεφάλαιο 6. Παράμετροι που επηρεάζουν τον βαθμό απόδοσης λέβητα-έλεγχος αυτών των παραμέτρων και προτάσεις βελτίωσης Οι απώλειες που εντοπίζονται σε έναν λέβητα έιναι οι θερμικές απώλειες και οι απώλειες ηλεκτρικής ενέργειας. Οι απώλειες αυτές επηρεάζουν τον βαθμό απόδοσης του λέβητα και κατ επέκταση της μονάδας. Οι θερμικές απώλειες αποτελούνται από τις απώλειες ακαύστων, τις απώλειες ακτινοβολίας, τις απώλειες καυσαερίων και τις απώλειες διαρροών νερού/ατμού. Οι απώλειες ηλεκτρικής ενέργειας με τη σειρά τους αποτελούνται από τις απώλειες ιδιοκατανάλωσης. 6.1 Απώλειες ακαύστων Οι απώλειες ακαύστων αποτυπώνονται στο παρακάτω διάγραμμα. Διάγραμμα 15: Απώλειες ακαύστων (15) 50