بخشی از مقاله
چکیده
نیروگاههای زباله سوز ازکم آلایندهترین روشهای دفع زباله بشمار می روند، اما چنانچه به درستی طراحی نگردند عملکرد مطلوب نداشته و دارای اثرات سوء زیست محیطی خواهند بود. بدلیل اینکه سوخت مصرفی نیروگاههای زباله سوز دارای ترکیب ثابتی نمی باشند، لذا زباله تهران از نظر خواص فیزیکی و شیمیایی مورد آزمایش قرار گرفته و ارزش حرارتی آن تعیین شده است. پس از بررسیهای فنی، اقتصادی و زیست محیطی فناوریهای گوناگون زبالهسوزی، فناوری مناسب با توجه به ویژگیهای زباله و سایر پارامترهای مؤثر انتخاب شده و طراحی نیروگاه زبالهسوز بر اساس اطلاعات مذکور و ضوابط زیست محیطی انجام میگیرد.
در این مقاله اجزاء اصلی نیروگاه زبالهسوز مانند انبار زباله نیروگاه، کوره، بویلر، اسکرابر، فیلتر، دودکش و همچنین مسیر آب- بخار نیز شامل سیکل بخار نیروگاه طراحی گردیده و در نهایت بازده حرارتی و راندمان کل نیروگاه محاسبه و راهحلهایی جهت بهبود بازده آن ارائه می گردد.
مقدمه
با افزایش جمعیت و گسترش ابر شهرها و تولید انبوه زبالهها ضرورت احداث نیروگاه زبالهسوز بر همگان آشکار است اما در این بین انتخاب فناوری مناسب با توجه به ویژگیهای اقلیمی و فرهنگی محل احداث و زباله حائز اهمیت میباشد. همچنین طراحی صحیح و بهینه آن میتواند گامی مهم در جهت عملکرد مطلوب زبالهسوز محسوب گردد. با توجه به اینکه سوخت مصرفی نیروگاههای زبالهسوز دارای ترکیب معینی نمیباشد. لذا قبل از طراحی سیستم بایستی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی زباله مشخص شده باشد.
بطور کلی اجزاء نیروگاه بر اساس مشخصات و ظرفیت زباله ورودی محاسبه و طراحی میگردد. تغییرات اندک در ترکیب و ارزش حرارتی زباله را میتوان با ابزارهای کنترل احتراق همانند سوخت کمکی و هوای اضافی کنترل نموده و فرایند احتراق را بصورت بهینه هدایت نمود. شرایط احتراق بایستی طوری در نظر گرفته شود که علاوه بر دارا بودن حداکثر راندمان احتراق، قوانین و مقررات زیست محیطی را نیز کاملاً رعایت نماید. طراحی نیروگاههای زبالهسوز بدلیل دارا بودن تجهیزات دیگری مانند سیستمهای تغذیه زباله و تخلیه خاکستر و … استفاده از سوخت کثیفی همانند زباله بسیار پیچیدهتر طراحی نیروگاههای متعارف میباشد و در صورتی که بدرستی طراحی نگردند مشکلات عدیدهای از نظر زیست محیطی بدنبال خواهند داشت.
در این تحقیق طراحی مفهومی نیروگاه زبالهسوز بر اساس ظرفیت و مشخصات فنی از پیش تعیین شده برای زیاله شهر تهران انجام خواهد گردید. لازم به یادآوری است که پس از بررسیهای فنی بعمل آمده بین فناوریهای گوناگون زبالهسوزی، زبالهسوز با فناوری سوخت رسان مکانیکی با دیواره نسوز و ظرفیت زباله ورودی 280 تن در روز انتخاب گردیده است. طراحی شامل انبار زباله، کوره، بویلر، سیستمهای کنترل آلودگی هوا، فن و دودکش و همچنین طراحی سیکل آب وبخار نیروگاه زبالهسوز میباشد.
تشریح عملکرد سیکل احتراق نیروگاه
زباله سوز نمای کلی از سیکل احتراق نیروگاه زبالهسوز را نشان میدهد. در چنین طراحی در ابتدا زبالههای جمعآوری شده توسط کامیونهای حمل زباله در یک سالن سر پوشیده زبالههای خود را به انبار زباله نیروگاه تخلیه مینمایند. زبالهها توسط یک جرثقیل سقفی به انبار مجاور منتقل میگردند و در پریدهای زمانی مناسب توسط جرثقیل به کوره تغذیه میگردند. کوره مورد نظر از نوع کوره با دیواره نسوز انتخاب میشود. عایقها، وظیفه کاهش انتقال حرارت از دیوارههای کوره و حتی بازتاباندن حرارت به کوره را دارند.
سوخت رسان مکانیکی - شبکه - از مهمترین اجزاء کورههای زبالهسوز میباشند.وظیفه اصلی شبکه، حرکت و تلاطم زبالهها در طول کوره میباشد. شاید به جرأت بتوان گفت که شبکهها از پیچیدهترین و مهمترین اجزاء کوره بوده و با طراحی صحیح آن میتوان راندمان کوره را بیشتر افزایش داد. شبکه مورد استفاده در این طرح از نوع استوانهای دوار یا بعبارت دیگر vkw باشد.
نمای کلی از سیکل احتراق نیروگاه زباله سوز
هوای زیر شعله از طریق منافذ موجود بر روی استوانهها با سرعت مشخص به زیر زبالهها جریان مییابد. بخش اعظم هوای مورد نیاز جهت احتراق توسط هوای زیر شعله تأمین میگردد. دوران استوانهها و برخورد همزمان هوا از زیر شبکه سبب تلاطم و اختلاط زبالهها با هوا میگردد و در صورتی که سرعت هوای زیر شبکه از حد مجاز بیشتر باشد تولید حجم زیادی از خاکستر معلق در کوره مینماید. هوای بالای شعله نیز توسط نازلهای مخصوصی که در دیوارههای جانبی کوره در ارتفاع مشخصی قرار داده شدهاند.
برروی زبالهها دمیده میشوند. هوای بالای شعله سبب توربولانس و اختلاط بیشتر زباله با هوا میشود. خاکستر باقیمانده از احتراق زبالهها در قسمت انتهایی کوره توسط تسمه نقاله دیگری به بیرون از کوره هدایت میشود.سوخت کمکی در هنگام شروه بکار کوره و قبل از سوخت اندازی زباله بدرون آن توسط مشعلهای اولیه به کوره پاشیده میشود و سبب رساندن دمای کوره به دمای لازم جهت احتراق اولیه زباله میشود. پس از آن مشعلهای ثانویه وظیفه رساندن دمای گازهای حاصل از احتراق اولیه زبالهها به دمای 1600 درجه فارنهایت را بر عهده دارند.
گازهای حاصل از احتراق پس از خروج از کوره وارد بویلر بازیاب میگردند. گازها در بویلر ابتدا از روی سوپر هیتر عبور میکنند و سپس با عبور از اواپراتور، آب اشباع شده را به بخار تبدیل نموده و در انتها نیز از اکونویز عبور کرده و آب تغذیه را به حد اشباع میرساند. در ادامه گازهای حاصل از احتراق وارد پیش گرمکن شده و در آنجا هوای محیط را که بوسیله فنهای دمشی جهت تغذیه هوای اولیه و ثانویه را تاحد350 درجه فارنهایت گرم مینماید. گازهای اسیدی همانند HCI و SO2 در اثرعبور گازهای حاصل از احتراق از یک برج پا ششی از جریان گازها زدوده میشود.
در این برج آب آهک بداخل جریان گازها تزریق میگردد و دراثر واکنشهای شیمیایی بین اسید و آب آهک، کربنات کلسیم و سولفات کلسیم حاصل میگردد که از جریان گازها خارج میگردند. سپس با ورود گازها به فیلترهای پارچهای کلیه ذرات موجود در جریان گاز حذف میشود. در انتها نیز گاز به کمک یک فن مکشی از طریق دودکش به اتمسفر تخلیه میگردد. اسکرابر نیمه خشک، فیلترهای کیسهای و دودکش بوده که بایستی با توجه به تناژزباله ورودی محاسبه و طراحی گردند.
طراحی ترمودینامیکی اجزاء بر اساس قوانین بقای جرم و انرژی صورت میگیرد و پس از نتایج این محاسبات در صورت لزوم ابعاد و سایر مشخصات اجزاء و مجموعه با توجه به روابط موجود، محاسبه و تعیین خواهد گردید. بدیهی است که محاسبات انجام شده با توجه به خصوصیات فیزیکی و شیمیایی زباله تهران انجام خواهد شد و اعتبار محاسبات و طراحی این نیروگاه فقط برای این زباله معتبر خواهد بود.
طراحی کوره
این بخش شامل محاسبات احتراق کوره، طراحی ابعادی کوره، محاسبات انتقال حرارت کوره، طراحی و محاسبات نازلهای هوای روی شعله و تعیین ظرفیت و اندازه زباله میباشد. که بر اساس موازنه و انرژی با توجه به اجزاء تشکیل دهنده زباله تهران و ارزش حرارتی آن همچنین با استفاده از یک سری فرمولها و نمودارهای ریاضی و تجربی محاسبه و طراحی میگردد.
