بخشی از مقاله
چکیده
جهت استفاده بهینه از حرارت تولید شده در اثر سوختن زبالهها در کوره یک نیروگاه زباله سوز، نیاز به طراحی یک سیستم تولیدکننده بخار متناسب با شرایط کاري نیروگاههاي زباله سوز میباشد. فرآیند طراحی و ارزیابی عملکرد تولیدکننده بخار شامل انتخاب تعداد متعددي فاکتورهاي طراحی میباشد که بسیاري از آنها بطور مستقل از یکدیگر بر فرآیند تبدیل توان گرمایی ناشی از سوختن زبالهها به توان مکانیکی تاثیر میگذارند، این متغیرها به عنوان متغیرهاي مستقل سیستم شناخته میشوند - مثل دما و فشار بخار خروجی از سوپرهیتر یا دماي گازهاي داغ خروجی از کوره - .
از طرفی تعدادي از متغیرهاي موثر در سیستم نیز وجود دارند که بطور مستقیم در فرآیند طراحی انتخاب نمیشوند و نتیجه انتخاب متغیرهاي مستقل میباشند - مثل سطح مبدلهاي حرارتی - .
در مقاله حاضر هدف انتخاب تعدادي از متغیرهاي مستقل طراحی با بیشترین تاثیر در کارکرد سیستم تولیدکننده بخار و بررسی تاثیرات تغییر آنها بر راندمان قانون اول و دوم ترمودینامیک سیستم تولید توان در یک نیروگاه زباله سوز با ظرفیت سوزاندن 1200 تن زباله در روز، مناسب جهت ترکیب و شرایط زبالههاي جامد شهري تهران میباشد. این مهم با مدلسازي فرآیند احتراق زباله در یک کوره توده سوز و فرآیندهاي سیکل تولید توان نیروگاه با استفاده از نرمافزار Visual Basic جهت انجام دقیق و سریع محاسبات، در مقاله حاضر به انجام رسیده است.
-1 مقدمه
یکی از جديترین مسایل پیش روي جوامع شهرنشینی در حال حاضر، یافتن راهی با صرفه اقتصادي و از نظر زیست محیطی قابل قبول جهت انهدام زبالههاي شهري میباشد
انهدام زباله مشکلی است که از آغاز تمدن همراه بشر بوده است. تبدیل به کود یا غذاي حیوانات، دفن کردن و سوزاندن زبالهها هر یک در زمانهاي مختلف به عنوان راهکار مقابله با این مشکل جوابگوي نیاز جوامع مختلف بوده اند . در حال تجزیه و تحلیل ترمودینامیکی سیستم تولید بخار در یک نیروگاه زباله سوز و ارزیابی تاثیر پارامترهاي طراحی بر کارایی سیستم حاضر هنوز دفن زبالهها رایجترین راه خلاصی از زبالههاي جامد شهري میباشد. اما با گذشت زمان دفنگاههاي قدیمی به ظرفیت نهایی خود میرسند و یافتن مکانهاي مناسب جهت دفنگاههاي جدید روز به روز مشکلتر و هزینهبرتر میشود.
در بسیاري از موارد در دسترس نبودن و قیمت بالاي زمین مورد نیاز براي دفنگاههاي جدید در نزدیکی شهرها موجب انتخاب نقاط دورتر از منبع تولید زباله براي دفن آن میگردد، که خود موجب بالا رفتن هزینه انتقال زباله از شهرها به محل دفنگاه میشود. از طرفی دفنگاههاي زباله با مشکلات زیست محیطی بسیاري روبرو هستند، براي هر تن زباله دفن شده در دفنگاه، انتشار گازها گلخانهاي - عموماً دياکسید کربن و متان - در حدود 1/3 تن در طول عمر دفنگاه خواهد بود و همواره نگرانیهایی در مورد نفوذ شیرآبه دفنگاه به سفره هاي آب زیر زمینی وجود دارد.
در اروپا و ژاپن که مکانهاي مورد نیاز جهت احداث دفنگاههاي جدید زباله کمتر در دسترس میباشند، سوزاندن زبالهها به عنوان یک راهکار جایگزین مورد توجه قرار گرفته است. با سوزاندن زبالهها در نیروگاههاي زباله سوز میتوان علاوه بر کم کردن حجم مورد نیاز براي دفن باقیمانده زبالههاي سوزانده شده - که تبدیل به خاکستر شده و مشکلات ناشی از شیرآبه و بوي بد ناشی از تخمیر مواد فسادپذیر را ندارند - میتوان، با بازیافت حرارت حاصل در یک مولد بخار نسبت به تولید الکتریسیته یا تامین گرما جهت گرمایش منطقهاي و فرآیندهاي صنعتی اقدام نمود. جهت سوزاندن زبالههاي جامد شهري با در نظر گرفتن میزان آمادهسازي سوخت - زباله - پیش از ورود به کوره میتوان، دو تکنیک عمده در نظر گرفت
الف- واحدهاي توده سوز: در این روش زباله بصورت خام و فقط با جداسازي قطعات بزرگ و مواد غیر قابل سوختن وارد کوره میگردد. با حرکت سوخت روي شبکه، که وظیفه آن جلو بردن زباله در کوره و مخلوط کردن هرچه بیشتر آن با هواي ورودي و شعله میباشد، احتراق انجام میگیرد و باقیمانده سوخت بصورت خاکستر از انتهاي شبکه به بیرون از کوره منتقل میگردد.
ب- واحهاي بسترشناور: در این روش زبالهها قبل از ورود به کوره و پس از جداسازي قطعات بزرگ و نسوز بوسیله دستگاههاي خرد کن به ابعادي کمتر از 2 اینچ خرد میشوند و سپس به بستر شناور کوره - عموماً جریان رو به بالاي هوا در کوره که موجب شناوري شنهاي داغ در کوره میشود - وارد میگردند و احتراق در این محل انجام شده و خاکستر حاصل از پایین کوره خارج میگردد.
به دلیل سادگی و هزینه سرمایهگذاري اولیه نسبتاً پایین سیستم توده سوز، این تکنیک نسبت به سیستم بستر شناور بیشتر در نیروگاههاي زباله سوز مورد استفاده قرار میگیرد
براي حداکثر استفاده از حرارت تولید شده هنگام سوختن زبالهها در کوره از لولههاي آبی که با فاصله کمی از هم بوسیله میلهها یا نوارهاي فلزي جوش داده شدهاند بعنوان دیواره کوره استفاده میشود و سمت دیگر لولهها بوسیله عایق و تقویت کنندههایی پوشانده میشود. این نوع کورهها به کورههاي دیواره آبی شهرت دارند. بدین ترتیب علاوه بر محافظت از دیواره کوره در مقابل دماهاي بالا، از دیواره کوره بعنوان قسمتی از بویلر - تبخیر کننده - سیستم تولید بخار نیز استفاده میگردد.
یک تولیدکننده بخار شامل اجزاي اصلی از قبیل اکنومایزر، بویلر، سوپرهیتر، بازگرمکن، پیشگرمکن هوا بعلاوه قسمتهاي جانبی مثل دودکش، فنها، پمپها، دوده روبها و ... میباشد
که در آن سیال کاري - معمولاً آب - با جذب حرارت از چشمه داغ حرارتی از مایع تبدیل به بخار میگردد .
-2 سیستم مورد بررسی و فرضیات اولیه
در مقاله حاضر، هدف ارزیابی تاثیر تعدادي از پارامترهاي طراحی سیستم تولید بخار بر روي کارایی یک نیروگاه زباله سوز - از نوع توده سوز - مناسب جهت سوزاندن زبالههاي جامد شهر تهران با ظرفیت 1200 تن در روز میباشد. سیستم تجزیه و تحلیل ترمودینامیکی سیستم تولید بخار در یک نیروگاه زباله سوز و ارزیابی تاثیر پارامترهاي طراحی بر کارایی سیستم تولید بخار مدل شده شامل دو بخش اصلی است. بخش اول که عمده انتقال حرارت در آن بصورت تابشی انجام میگیرد،
شامل دیواره آبی و لولههاي محافظ نصب شده در خروجی کوره میباشد. لولههاي محافظ در خروجی کوره که چند ردیف از لولههاي بویلر با جریان مخلوط مایع-بخار اشباع درون آنها میباشند وظیفه جذب تشعشعات حرارتی از کوره را بر عهده دارند تا لولههاي ردیفهاي ابتدایی سوپرهیتر از خطر سوختن حفظ شوند. بخش دوم قسمت انتقال حرارت جابجایی سیستم میباشد، که در آن با عبور گازهاي خروجی از کوره به ترتیب از سوپرهیتر، بویلر، اکنومایزر و گرمکن هوا گرماي گازهاي داغ به سیال کاري سیکل تولید توان منتقل میگردد.
عمده انتقال حرارت در بخش دوم سیستم بوسیله جابجایی انجام میگیرد. شماي کلی سیستم مورد بررسی در شکل - - 1 نشان داده شده است.
شکل - - 1 نمایی از اجزاي اصلی سیستم تولید بخار
براي در نظر گرفتن زبالههاي جامد شهري تهران بعنوان سوخت نیروگاه میبایست ترکیب اجزاي قابل سوختن زباله با استفاده از آنالیز شیمیایی زباله تعیین گردد. اطلاعات حاصل از آنالیز شیمیایی زباله تهران در جدول - - 1 ارائه گردیده است. با حرکت زبالهها بر روي شبکه اجزاي قابل سوختن آن با هواي پیش گرم شده در گرمکن هوا و شعله مخلوط شده و احتراق انجام میگیرد.
گازهاي داغ حاصل از احتراق - که دماي آنها تا 1300 درجه سانتیگراد نیز میرسد - پس از تبادل حرارتی با دیواره آبی کوره و کاهش دما - با دماي - Tg1 وارد بخش جابجایی تولید کننده بخار میشوند. در این بخش از تولید کننده بخار، گازهاي داغ بترتیب با عبور از لولههاي محافظ - با دماي خروجی Tg 2 - ، سوپرهیتر - با دماي خروجی Tg3 - ، بویلر - با دماي خروجی Tg 4 - ، اکنومایزر - با دماي خروجی - Tg5 و گرمکن هوا - با دماي خروجی - Tg 6 به سمت تجهیزات تصفیه آلایندهها و سپس دودکش فرستاده میشود.
دماي خروجی گازهاي داغ از سیستم به دلیل جلوگیري از میعان ترکیبات خورنده روي لولهها و تجهیزات سیستم نباید خیلی پایین باشد، محدوده مناسب بین 135 تا 176 درجه سانتیگراد در نظر گرفته میشود .
جدول - - 1 آنالیز شیمیایی زبالههاي جامد شهري تهران
