بخشی از مقاله
چکیده :
زباله سوزهاي کوچک یکی از راههاي اصولی و رایج انهدام بهداشتی زباله هاي بیمارستانی، صنعتی و . . . در دنیا محسوب می گردند. بدیهی است که طراحی این زباله سوزها با توجه به محل نصب آنها و ماهیت زباله ها از اهمیت خاصی برخوردار است. زباله سوزهاي با هواي کنترل شده1 با توجه به عملکرد ممتاز آنها از پرطرفدارترین فتاوري زباله سوزها در دنیا محسوب می شوند.
در این نوع زباله سوزها، زباله ها از طریق یک تغذیه کننده اتوماتیک به محفظه اولیه تغذیه و پس از احتراق اولیه آن بصورت شبه پیرولیز، گازهاي حاصل از احتراق در محفظه ثانویه بصورت کامل محترق می گردند. حرارت گازهاي خروجی از محفظه ثانویه توسط یک مبدل حرارتی بازیافت و سپس آلاینده هاي همراه آن توسط سیستم کنترل آلایندگی پایلوت زدوده و به حد مجاز کاهش داده شده و در نهایت به اتمسفر تخلیه می گردد.
فرآیند احتراق و کلاُ عملکرد پایلوت توسط یک سیستم کنترل اتوماتیک کنترل و همواره در حالت مطلوب قرار داده میشود. در این مقاله اجزاء اصلی پایلوت زبالهسوز مانند سیستم تغدیه اتوماتیک زباله سوز، کوره، مبدل حرارتی، اسکرابر و غبارگیر، سیستم کوران پایلوت و همچنین سیکل آب طراحی گردیده و در نهایت مشخصات فنی آن به منظور ساخت ارائه می گردد.
ساخت پایلوت زبالهسوز با هدف آزمایش و مشاهده عملی احتراق زبالهها بر اساس تئوریها و فرضیات علمی احتراق صورت گرفته و آنرا میتوان نمونه کوچکی از نیروگاه زبالهسوز به حساب آورد.
.1 مقدمه
با افزایش جمعیت، تنوع فعالیتها، تولید انبوه زبالههاي گوناگون اعم از بیمارستانی، صنعتی غیره و همچنین مشکل
انتقال و غیر بهداشتی بودن دفن آنها همراه با زباله هاي شهري قطعاُ نقش زباله سوزهاي کوچک را که در محل نصب می گردند، بیش از بیش آشکار می سازد. بدین منظور فناوریهاي گوناگونی توسعه داده شده اند. زباله سوزهاي از نوع مودلار با هواي کنترل شده با توجه به فرایند احتراق آن داراي حداقل تعیین مشخصات فنی پایلوت بازیافت انرژي از زباله انتشار آلایندگی بوده و در حین حال داراي کمترین اتلاف حراتی بوده به نحوي که میتوان حرارت بیشتري از آن را بازیافت نمود.
پر واضح است که طراحی صحیح و بهینه زباله سوزها میتواند گامی مهم در جهت عملکرد مطلوب آنها محسوب
گردد. با توجه به اینکه سوخت مصرفی زبالهسوز داراي ترکیب ثابتی 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 ورودي محاسبه و طراحی گردیده و تغییرات اندك در ترکیب و ارزش حرارتی زباله را میتوان با ابزارهاي کنترل احتراق همانند سوخت کمکی و هواي اضافی کنترل نموده و فرایند احتراق را بصورت بهینه هدایت نمود. شرایط احتراق بایستی طوري در نظر گرفته شود که علاوه بر دارا بودن حداکثر راندمان احتراق، قوانین و مقررات زیست محیطی را نیز کاملاً رعایت نماید.
براي اطمینان از کاهش غلظت آلایندگی گازهاي خروجی از کوره به حد مجاز، یک سیستم کنترل آلودگی هوا شامل اسکرابر و غبارگیر پیش بینی شده است.
تولید آبگرم براي مصرف محلی محصول ثانویه این پایلوت پس از انهدام زباله ها بشمار می آید. و گامی بسیار مهم در جهت کاهش مصرف سوخت و آثار سوء زیست محیطی مصرف آن بشمار می رود. علاوه بر این، بازیافت انرژي از نظر اقتصادي نیز قابل توجه بوده و گامی در جهت بازگشت سرمایه محسوب می گردد.
در این تحقیق طراحی مفهومی پایلوت زبالهسوز از نوع مودلار با هواي کنترل شده و ظرفیت اسمی 50kg/hr انجام خواهد گردید
لازم به یادآوري است که پس از بررسیهاي فنی بعمل آمده بین فناوریهاي گوناگون زبالهسوزي، فناوري زبالهسوزي فوق الذکر که داراي کمترین آلایندگی در بین فناوریهاي دیگر بوده،انتخاب گردیده است. طراحی شامل تعیین مشخصات فنی و ابعادي سیستم تغذیه اتوماتیک زباله، کوره هاي مودلار، مبدل حرارتی، سیستم کنترل آلودگی هوا، فن هاي دمشی و مکشی و همچنین طراحی مسیر آب پایلوت زباله سوز میباشد
.2 تشریح عملکرد سیکل احتراق پایلوت زبالهسوز
شکل - 1 - نماي کلی از سیکل احتراق پایلوت زبالهسوز را نشان میدهد. در چنین طراحی در ابتدا زبالههاي جمعآوري
شده با همدیگر مخلوط شده و به اندازه هاي 12,5 کیلوگرمی توسط اپراتور در مخزن تغذیه کنندة اتوماتیک قرار داده می شود. زباله ها در پریدهاي زمانی 15 دقیقه بصورت اتوماتیک به محفظه اولیه تغذیه می شود. دهانه ورودي کوره طوري طراحی شده است که فقط هنگام تغذیه زباله باز می شود و در بقیه مواقع جهت جلوگیري از ورود هواي اضافی و یا اتلاف حرارتی کوره بسته می ماند. کوره مورد نظر از نوع کوره با دیواره نسوز انتخاب می شود. جنس عایقهاي نسوز بستگی از جنس سیمان نسوز با ترکیبات آلومینا و مواد دیگري که قابلیت مقاومت در مقابل شوکهاي حرارتی را داشته باشند، انتخاب می گردد.
عایقها وظیفه کاهش انتقال حرارت از دیواره هاي کوره و حتی بازتاباندن حرارت به کوره را دارند. این عایقها همچنین بایستی قابلیت مقاومت در مقابل سایش و خوردگی ناشی از برخورد فیزیکی زباله با آنها و یا ناشی از وجود سیالات اسیدي را داشته باشند و یا اینکه توسط مواد دیگري پوشانده می شوند.دیواره کوره توسط هواي جریان یافته بر روي دیواره هاي خارجی کوره و بکارگیري درصد هواي اضافی بیشتر براي پائین آوردن دماي شعله در محدوده مجاز کنترل میگردد.
لازم بذکر است که با بالا رفتن درصد هواي اضافی، حجم کوره و همچنین ظرفیت تجهیزات پائین دست کوره نظیر فنها، تجهیزات کنترل آلودگی هوا و دودکش بیشتر می شود که هزینه سرمایه گذاري بیشتري را بدنبال خواهد داشت. با توجه به اینکه در این طرح ظرفیت بسیار پائین بوده لذا امکان بکارگیري شبکه غیر ممکن می گردد.و تنها راه تلاطم زباله ها اغتشاش بوجود آمده توسط هواي زیر شعله است. جریان هواي زیر شعله از طریق منافذ
موجود در دو طرف محفظه اولیه صورت می گیرد.
تعیین مشخصات فنی پایلوت بازیافت انرژي از زباله
شکل - - - 1نماي کلی از سیکل احتراق پایلوت زباله سوز
بخش اعظم هواي مورد نیاز جهت احتراق توسط هواي زیر شعله تأمین می گردد. برخورد هوا با زباله سبب اختلاط بهتر هوا با زباله شده و در صورتی که سرعت هواي زیر شعله از حد مجاز بیشر باشد، تولید حجم زیادي از خاکستر معلق در کوره می نماید. در محفظه اولیه بخشی از زباله تبدیل به خاکستر و بخش اعظم بقیه به مواد آلی نسوخته و یا بصورت ناقص سوخته تبدیل می گردد.
همچنین آب موجود در زباله و رطوبت هوا نیز بصورت بخار همراه با گازهاي دیگر از کانال خروجی به محفظه ثانویه تخلیه می گردد.در محفظه ثانویه هواي اضافی از طریق نازلهاي مخصوصی که در طرفین محفظه کار گذاشته شده است با گازهاي حاصل از احتراق در محفظه اولیه مخلوط شده و همچنین اکسیژن لازم جهت تکمیل احتراق را نیز فراهم می نماید.خاکستر باقیمانده از احتراق زباله ها در قسمت انتهایی کوره بصورت دستی به بیرون از کوره هدایت می شوند.
سوخت کمکی در هنگام شروع بکار کوره و قبل از سوخت اندازي زباله به درون آن توسط مشعلهاي اولیه به کوره پاشیده می شود و سبب رساندن دماي کوره به F 1400˚می گردد. پس از آن مشعلهاي ثانویه وظیفه رساندن دماي گازهاي حاصل از احتراق زباله ها از دماي به 1600˚ F درجه فارنهایت را بر عهده دارند.
لازم به یاد آوري است که همانطوري که در بخشهاي قبلی توضیح داده شده بود، تعیین دماي گازهاي خروجی بر اساس مقررات زیست محیطی بوده و بر اساس نوع زباله متقاوت می باشد گازهاي حاصل از احتراق پس از خروج از محفظه ثانویه وارد واحد بازیاب انرژي می شوند. براي بازیافت انرژي از یک مبدل حرارتی پوسته لوله اي از نوع واترتیوب می شود.
جریان گاز و آب در این مبدل بصورت متقاطع بوده و آب خروجی از مبدل با دماي حدود 90 درجه سانتیگراد از مبدل خارج می گردد. .
ذرات معلق در گازها در اسکرابر و غبار گیر زدوده می شوند. آلاینده هاي گازي نظیر گازهاي اسیدي SO2,HCl مطابق آنچه که پیشتر بررسی گردید تا حدود زیادي حذف می گردند و در نهایت گازها به کمک یک فن مکشی از طریق دودکش به اتمسفر تخلیه می گردد
.3 طراحی و محاسبات سیکل احتراق پایلوت زبالهسوز
مسیر احتراق پایلوت زبالهسوز مورد نظر داراي المانهاي اصلی سیستم تغذیه اتوماتیک زباله، کوره، بازیاب حرارت، فنها اسکرابر ترو غبارگیر بوده که بایستی با توجه به نرخ زباله ورودي محاسبه و طراحی گردند.
طراحی ترمودینامیکی اجزاء بر اساس قوانین بقاي جرم و انرژي 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 مورد نظر انجام خواهد شد و اعتبار محاسبات و طراحی این زباله سوز فقط براي این زباله معتبر خواهد بود.
-1-3 طراحی سیستم تغذیه اتوماتیک زباله
اصولاً سیستم هاي تغذیه مکانیکی اتوماتیک به دلایل زیر بر تغذیه دستی برتري دارند:
● این گونه تجهیزات ایمنی بیشتري در مقابل شعله هاي آتش و محصولات احتراق آزاد شده از زباله سوز را در طی شارژ کوره فراهم می کنند.
● از ورود هواي اضافی به زبالهسوز جلوگیري می کند که این کار سبب کنترل احتراق می گردند.
● شارژ مقدار معینی از زباله را در فواصل زمانی مشخص ممکن می سازند.
