9Ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ - ΚΑΥΣΗ ΑΠΟΡΡΙΜΜΑΤΩΝ Δρ. Σαββίδης Γ. Σεραφείμ Καθηγητής Τ.Ε.Ι Δυτικής Μακεδονίας

Εισαγωγή Η αποτέφρωση συγκεκριμένων ειδών ή ομάδων στερεών αποβλήτων είναι γνωστή εδώ και 140 περίπου χρόνια, απλά ως μια μέθοδος μείωσης του όγκου των αποβλήτων, πριν την απόθεσή τους, και όχι ως μέθοδος ανάκτησης της παραγόμενης κατά την αποτέφρωση θερμότητας. Ωστόσο, η ποικιλότητα και η πληθώρα των νόμων, των κανονισμών και των οδηγιών σχετικά με τους όρους και τις προϋποθέσεις διάθεσης των στερεών αποβλήτων, καθιστούν σήμερα οικονομικά ασύμφορη την αποτέφρωσή τους, εάν αυτή γίνεται μόνο για τη μείωση του όγκου τους, χωρίς ταυτόχρονη εκμετάλλευση της ενέργειας που παράγεται κατά τη διαδικασία. Η πρώτη εγκατάσταση αποτέφρωσης δημοτικών και άλλων αποβλήτων κατασκευάστηκε το 1870 στην Αγγλία και ακολούθησε το 1895 η κατασκευή της επόμενης εγκατάστασης στο Αμβούργο της Γερμανίας.

Τι μπορεί κανείς να πετύχει με την καύση των στερεών αποβλήτων Τη μέγιστη ελάττωση του όγκου τους και τη μετατροπή τους σε υλικά ακίνδυνα για την υγεία των πολιτών Τη μείωση του αριθμού και του εμβαδού των Χ.Υ.Τ.Α. Την ελάττωση των μεταφορικών, επειδή μικραίνουν οι αποστάσεις μεταφοράς προς τους Χ.Υ.Τ.Α. Την αξιοποίηση της τέφρας στην οδοποιία Την ανάκτηση μετάλλων τα οποία δεν καίγονται Τη χρησιμοποίηση της παραγόμενης

Μοντέρνα καύση Τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα των εγκαταστάσεων σύγχρονης τεχνολογίας σε σχέση με τις παλιές είναι: Εκτός των παραπάνω «ιστορικών δεδομένων» μπορεί η μοντέρνα καύση των στερεών αποβλήτων σήμερα να προσφέρει πολύ περισσότερα. Η ασφαλής λειτουργία τους Η ανεπαίσθητη ρύπανση που προκαλούν στο περιβάλλον και •Η αισθητή συμβολή τους στην παραγωγή ενέργειας

Το ποσοστό αυτό μπορεί να φθάνει τοπικά και το 15%. Ευτυχώς, σήμερα υπάρχει η απαιτούμενη τεχνολογία καυστήρων και λεβήτων, η οποία χρησιμοποιεί τα στερεά απόβλητα ως καύσιμη ύλη και εξασφαλίζει ταυτόχρονα τιμές ρύπων χαμηλότερες ακόμη και από αντίστοιχους καυστήρες φυσικού αερίου. Στη Γερμανία παράγεται σήμερα το 5% της εθνικά χρησιμοποιούμενης ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας απ’ την καύση των αποβλήτων. Το ποσοστό αυτό μπορεί να φθάνει τοπικά και το 15%. Στη χώρα μας δυστυχώς δε λειτουργεί ακόμη καμιά εγκατάσταση καύσης στερεών αποβλήτων. Είναι προφανές ότι μετά τη βελτιστοποίηση των τεχνολογιών καύσης που έχει συντελεστεί και την εξάλειψη των κινδύνων μόλυνσης του περιβάλλοντος, σε συνδυασμό με την ενεργειακή συνεισφορά της καύσης των στερεών αποβλήτων, είναι πλέον επιβεβλημένη η άμεση κατασκευή τέτοιων μονάδων.

Τα στερεά απόβλητα ως καύσιμη ύλη Τα περισσότερα συστατικά των στερεών αποβλήτων αποτελούν πλέον καύσιμα υλικά, διότι περιέχουν κυρίως άνθρακα, υδρογόνου και θείου. Οι εξειδικευμένοι μηχανικοί καύσης ενδιαφέρονται άμεσα για ορισμένες ιδιότητες των καυσίμων. Η περιεκτικότητα σε δεσμευμένο άνθρακα που ονομάζεται και καύσιμος άνθρακας, είναι η ποσότητα του στερεού άνθρακα που καίγεται. Η ποσότητα του αέρα που απαιτείται κατά την καύση αποτελεί ένδειξη για την ποιότητα της καύσης του άνθρακα. Η καθιέρωση της καύσης των στερεών αποβλήτων είναι μια αναγκαιότητα και μια υποχρέωση της γενιάς μας προς τις επόμενες.

Σύσταση των στερεών αποβλήτων μετά την καύση

Συνέχεια.. Τα προϊόντα πετρελαίου και τα πλαστικά εν γένει, δεν περιέχουν μεγάλες ποσότητες υγρασίας και αδρανούς ύλης. Αυτά δεν έχουν επίσης δεσμευμένο άνθρακα, και είναι κυρίως υδρογονάνθρακες σε πτητική μορφή. Με άλλα λόγια μοιάζουν πολύ με το φυσικό αέριο. Τα στερεά απόβλητα μπορεί συχνά να είναι ογκώδη, κάτι που δυσχεραίνει τη μεταφορά τους και κάνει την καύση περισσότερο ελκυστική. Στις αρχές του αιώνα παρασκευάστηκε στη Γερμανία το ΒRAM, (BRennstoff Aus Muell, σημαίνει καύσιμο από απορρίμματα). Το BRAM ήταν ένα χαλαρό ή κοκκοποιημένο αποθηκεύσιμο καύσιμο, το οποίο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο στις εγκαταστάσεις καύσης στερεών αποβλήτων, αλλά και σε άλλες διαδικασίες. Με μία πολύπλοκη διαδικασία αφαιρούνται τα άκαυστα συστατικά των καυσίμων. Τα απόβλητα αρχικά τεμαχίζονται και μετά οδηγούνται σε αεροδιαχωριστές, μαγνητικούς διαχωριστές, κυλινδρικά κόσκινα, φυγοκεντρικούς διαχωριστές κτλ., όπου αφαιρούνται τα άκαυστα συστατικά και παραμένουν το χαρτί, το πλαστικό, το ξύλο, τα υφάσματα, τα λάστιχα, τα δέρματα κτλ. Το υλικό αυτό δε θα μπορούσε σήμερα να καεί μόνο του στις εγκαταστάσεις καύσης. Για να γίνει αυτό θα έπρεπε να σχεδιαστούν ειδικοί καυστήρες. Παλαιότερα το ΒRΑΜ καίγονταν μαζί με λιθάνθρακα ή κοκ.

Περιγραφή λειτουργίας εγκατάστασης καύσης στερεών αποβλήτων Τα απόβλητα ζυγίζονται στην είσοδο και καταγράφονται ηλεκτρονικά. Πολλά απορριμματοφόρα μπορούν ταυτόχρονα να αδειάζουν το περιεχόμενό τους μέσω ράμπων εκκένωσης στο bunker των αποβλήτων. Η διαδικασία της καύσης ελέγχεται και ρυθμίζεται αυτόματα σε όλα τα στάδια μέχρι την ολοκληρωτική καύση των υλικών. Ο αέρας που απορροφάται απ’ το bunker ρέει, μέσω του ανεμιστήρα και του συστήματος προθέρμανσης του αέρα, στο χώρο καύσης. Το υπόλειμμα της καύσης, δηλαδή η τέφρα, οδηγείται με το αυτόματο σύστημα απαγωγής της και τοποθετείται σε ειδικά containers με τα οποία μεταφέρεται στην εγκατάσταση εμπλουτισμού. Στον πίνακα ελέγχου καταφθάνουν όλες οι παράμετροι λειτουργίας της εγκατάστασης, αλλά και οι συνεχείς μετρήσεις των ρύπων. Σε περίπτωση υπέρβασης των ανώτατων επιτρεπόμενων ορίων, διακόπτεται αυτόματα η λειτουργία της εγκατάστασης.

Σχάρες κάυσης Για την καύση των οικιακών και των βιοτεχνικών αποβλήτων χρησιμοποιούνται συνήθως ειδικές σχάρες καύσης. Το κύριο έργο της σχάρας καύσης είναι η μεταφορά των απορριμμάτων δια μέσου του θαλάμου καύσης, ώστε αυτά να αποτεφρωθούν ολοκληρωτικά με τη συμβολή του αέρα καύσης, ο οποίος εισέρχεται στο χώρο από οπές της σχάρας. Στο τέλος της σχάρας καύσης απομένει μόνο η τέφρα, η οποία απομακρύνεται με ένα αυτόματο σύστημα. Το μέγεθος της σχάρας καύσης εξαρτάται απ’ την επιθυμητή παραγωγή της εγκατάστασης και απ’ τη μέγιστη θερμική επιβάρυνση. Οι κατασκευαστές προσφέρουν διάφορα συστήματα σχαρών καύσης, τα οποία διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τον τρόπο προώθησης των στερεών αποβλήτων μέσα στο θάλαμο καύσης.

Είδη Σχαρών καύσης Δονούμενες Τυμπάνου Οπισθοδρόμησης Βαλλιστικές

Είδη σχαρών Το πλεονέκτημα των δονούμενων σχαρών-εστιών καύσης είναι η ομοιόμορφη κατανομή και η καλή ανάμιξη των αποβλήτων, με συνέπεια η καύση να γίνεται ομοιόμορφα και να μη δημιουργούνται τοπικά σημεία υπερθέρμανσης «hot spots», και κατ’ επέκταση να μην παρατηρείται τήξη της τέφρας. Επισημαίνεται ότι οι σχάρες τυμπάνου δεν έχουν καμία απολύτως σχέση με τους κυλινδρικούς φούρνους, οι οποίοι είναι περιστρεφόμενοι κύλινδροι κεκλιμένοι προς τη φορά προώθησης του υλικού. Οι περιστρεφόμενοι φούρνοι χρησιμοποιούνται κυρίως στην καύση ειδικών αποβλήτων, διότι με αυτό το σύστημα δεν καίγονται μόνο στερεά απόβλητα, αλλά και λασπώδη και υγρά. Μπορούν ακόμη να τροφοδοτηθούν και με βαρέλια που περιέχουν απόβλητα.

Δονούμενη σχάρα καύσης

Πυρόλυση Σε αντίθεση προς την άμεση καύση, η πυρόλυση είναι μια μέθοδος αεριοποίησης των αποβλήτων απουσία οξυγόνου. Συχνά χαρακτηρίζεται και ως «θερμική διάσπαση». Ανάλογα με τη θερμοκρασία στην οποία συντελείται η πυρόλυση διακρίνουμε τα εξής είδη: Χαμηλής θερμοκρασίας (400-600οC) Μεσαίας θερμοκρασίας (500-800 οC) Υψηλής θερμοκρασίας (800-1500 οC) Τέλος για την καύση συγκεκριμένων αποβλήτων χρησιμοποιούνται ειδικοί υψικάμινοι. Όλα τα υπόλοιπα στοιχεία μιας εγκατάστασης πυρόλυσης είναι όμοια με αυτά των εγκαταστάσεων καύσης.

Τα επιμέρους στοιχεία μιας εγκατάστασης καύσης απορριμμάτων Μονάδα υποδοχής και ζύγισης των αποβλήτων Bunker Σύστημα τροφοδοσίας Θάλαμος κυρίως καύσης Αυτόματος απαγωγός στάχτης Κύλινδροι συμπληρωματικής καύσης (2ο και 3ο στάδιο καύσης) Ζώνη ανακύκλωσης καυσαερίων (4ο στάδιο) Εναλλάκτης θερμότητας – λέβητας

Μονάδα υποδοχής και ζύγισης των αποβλήτων Η μεταφορά των αποβλήτων γίνεται κατά κανόνα με απορριμματοφόρα απευθείας απ’ την πηγή. Ανάλογα με την απόσταση και τη θέση της εγκατάστασης καύσης μπορεί να μεταφερθούν με σιδηρόδρομο ή και πλωτά μέσα. Με τη χρήση μιας γεφυροπλάστιγγας ζυγίζονται τα απορριμματοφόρα και αφού αφαιρεθεί το απόβαρο και το βάρος οδηγού και συνοδηγού, το φορτίο καταγράφεται ηλεκτρονικά και οδηγείται στο bunker της εγκατάστασης καύσης. Επισημαίνεται ότι ποτέ η ποσότητα που ζυγίζεται δεν ταυτίζεται με την ποσότητα που καίγεται, διότι κατά την παραμονή τους στο bunker τα απόβλητα χάνουν λόγω εξάτμισης περίπου από 5% έως 10% του βάρους τους.

Bunker Το bunker δέχεται τα απόβλητα και εξασφαλίζει τη λειτουργία της εγκατάστασης ακόμη και σε περιόδους που δε γίνεται αποκομιδή απορριμμάτων, π.χ. αργίες, Κυριακές, απεργίες κτλ. Το απόθεμα του bunker πρέπει να αρκεί για τη λειτουργία της εγκατάστασης από 4 έως 7 ημέρες. Επίσης είναι αυτονόητο ότι διαθέτει στεγανοποίηση στη βάση του. Τα απόβλητα που φθάνουν εδώ μπορεί να έχουν διαφορετική θερμογόνο δύναμη. Γι αυτό αναμιγνύονται μεταξύ τους με ένα σύστημα γερανών, ώστε να ομογενοποιηθούν και να δώσουν μια ομαλή καύση. Ο αέρας που χρησιμοποιείται για την καύση απορροφάται απ’ το bunker, έτσι ώστε να μη διαφεύγουν οσμές και σκόνη προς το περιβάλλον. Μπροστά απ’ το bunker κατασκευάζεται συνήθως ένας σκεπαστός προθάλαμος με τις ράμπες εκφόρτωσης και ανατροπής, οι οποίες κλείνουν υδραυλικά για λόγους ασφαλείας, όταν δεν αδειάζει κάποιο απορριμματοφόρο όχημα. Το δάπεδο του bunker φέρει επιπλέον ενίσχυση και οι αρπάγες των γερανών είναι έτσι κατασκευασμένες, ώστε τα δόντια τους να μην αγγίζουν το δάπεδο. Επίσης και οι ράμπες εκφόρτωσης προστατεύονται απ’ τα απορριμματοφόρα με τερματικά κράσπεδα.

Σύστημα τροφοδοσίας Το σύστημα τροφοδοσίας αποτελείται απ’ τους γερανούς φόρτωσης, τη χοάνη τροφοδοσίας, τη σήραγγα ή πηγάδι τροφοδοσίας και το έμβολο ώθησης των αποβλήτων (Load In). Η μεταφορά των αποβλήτων απ’ το bunker στη χοάνη τροφοδοσίας γίνεται με άρπαγες, οι οποίες μέσω μιας γερανογέφυρας μπορούν να σαρώσουν όλη την επιφάνεια του bunker. Ο αριθμός των αρπάγων εξαρτάται απ’ τον αριθμό των καυστήρων και απ’ τη χωρητικότητα της εγκατάστασης. Προβλέπεται επίσης η ύπαρξη δεύτερου γερανού σε περίπτωση ζημιάς ή συντήρησης του πρώτου. Η χωρητικότητα της αρπάγης του γερανού φθάνει τους 5 τόνους. Αποστολή των γερανών δεν είναι μόνο η τροφοδοσία της εγκατάστασης, αλλά και η ανάμιξη και ομογενοποίηση των αποβλήτων. Ο χειρισμός των γερανών γίνεται μέσω ειδικής καμπίνας, η οποία είναι έτσι χωροθετημένη ώστε ο χειριστής να έχει οπτική επαφή με τα πηγάδια τροφοδοσίας. Η καμπίνα των χειριστών είναι πάντα κλιματιζόμενη και επιπλέον πρέπει να επικρατεί σ’ αυτή μια σχετική υπερπίεση, ώστε να μη διεισδύουν μυρωδιές και σκόνη. Οι γραμμές οδήγησης των γερανών είναι έτσι διαμορφωμένες ώστε να αποκλείεται η πρόσκρουση των αρπάγων στα τοιχώματα του bunker και της καμπίνας χειρισμού.

Θάλαμος κυρίως καύσης Με φλόγες που φτάνουν και το ένα μέτρο τα απόβλητα καίγονται πάνω στις σχάρες καύσης. Η γεωμετρία του θαλάμου καύσης παίζει σημαντικό ρόλο στην ποιότητα της καύσης και των καυσαερίων. Η φιλοσοφία των θαλάμων καύσης διαφέρει από κατασκευαστή σε κατασκευαστή. Αρχικά είχαν σχεδιαστεί εγκαταστάσεις με ένα θάλαμο καύσης. Ο κύριος θάλαμος καύσης έχει συνήθως μεγάλη διάμετρο και όγκο. Έτσι ελέγχονται οι υψηλές θερμοκρασίες και αποφεύγεται η εξάχνωση των μεταλλικών συστατικών των αποβλήτων. Επιπλέον, για να ρυθμίζεται η θερμοκρασία και να προλαμβάνονται δαπανηρές συντηρήσεις των πυρίμαχων εξαρτημάτων, ο κύριος θάλαμος περιβάλλεται από ένα υδρόψυκτο μανδύα (Water Membrane Wall). Κατά τη λειτουργία της εγκατάστασης νερό απ’ τον εναλλάκτη θερμότητας ρέει στους κάτω θερμοσυλλέκτες του μανδύα και αφού θερμανθεί επιστρέφει μέσω του άνω θερμοσυλλέκτη στον κλίβανο ατμοποίησης της εγκατάστασης.

Η χρήση ενός δίδυμου κλίβανου ατμοποίησης συντελεί στη μεγαλύτερη παραγωγή ατμού και στο σχηματισμό λιγότερων ΝΟx, απ’ ότι στους απλούς πυρίμαχους λέβητες. Πάνω απ’ τη δονούμενη σχάρα (Pulse Hearth) υπάρχει ένα σύστημα μονωμένων σωληνώσεων (Dryer Hearth), για την τροφοδοσία της καύσης με δευτερογενή αέρα. Αυτό συντελεί στη μείωση της κατανάλωσης του καυσίμου στον κυλινδρικό καυστήρα και ενισχύει την πλήρη καύση των αποβλήτων.

Δομή μιας εγκατάστασης καύσης αποβλήτων της εταιρίας Basic

Αυτόματος απαγωγός στάχτης Στάχτη δημιουργείται σε διάφορα σημεία της διαδικασίας καύσης, η οποία ανάλογα με την ποσότητά της οδηγείται με κατάλληλα συστήματα μεταφοράς προς τα αντίστοιχα σημεία συγκέντρωσης. Κύριο ποσοστό των στερεών υπολειμμάτων της καύσης αποτελεί η στάχτη στη σχάρα καύσης, η οποία οδηγείται μέσω ενός αυτόματου συστήματος στο container στάχτης. Ο όγκος αυτής της στάχτης αποτελεί το 10-15% του αρχικού όγκου των αποβλήτων και το 30% περίπου του βάρους τους. Είναι σημαντικό το σύστημα συλλογής στάχτης να είναι ανθεκτικό και όχι ευαίσθητο. Σε κάθε περίπτωση η ζεστή στάχτη πέφτει πρώτα σε μια λεκάνη με νερό για την ψύξη της. Στη βάση της λεκάνης είναι εγκατεστημένο το σύστημα απαγωγής Οι υδρατμοί που σχηματίζονται απ’ την εξάτμιση του νερού απορροφώνται και οδηγούνται στο θάλαμο καύσης. Η απώλεια νερού που προκαλείται συμπληρώνεται απ’ το κύκλωμα του νερού.

Αυτόματο σύστημα απαγωγής στάχτης

Κύλινδροι συμπληρωματικής καύσης (2ο και 3ο στάδιο καύσης) Τα φλεγόμενα υλικά όταν εγκαταλείπουν το θάλαμο της κυρίως καύσης (1ο στάδιο καύσης, Radiant Main Chamber) δεν έχουν μέγεθος μεγαλύτερο από 100μm. Στο δεύτερο και τρίτο στάδιο καύσης προσφέρεται η συμπληρωματική θερμότητα, το οξυγόνο και ο χρόνος που απαιτείται για την πλήρη καύση. Στο δεύτερο στάδιο η καύση είναι ενδόθερμη, δηλαδή συντελείται με προσθήκη αέρα και με τη βοήθεια δύο κυλινδρικών καυστήρων (3.000.000 Btu έκαστος) και διατηρείται ένα στάνταρ επίπεδο θερμοκρασίας, η οποία εξασφαλίζει την περαιτέρω καύση. Στο τρίτο στάδιο προστίθεται μόνο αέρας στο σύστημα και η καύση συντελείται εξώθερμα, ολοκληρώνοντας τη διαδικασία καύσης του 1ου και 2ου σταδίου. Οι κύλινδροι συμπληρωματικής καύσης διαθέτουν διπλά μεταλλικά τοιχώματα με ειδική πυρίμαχη μόνωση για θερμοκρασία έως 1000οC. Στο τέλος του 3ου σταδίου υπάρχει πεταλούδα, η οποία ανοιγοκλείνει ανάλογα με τη θερμοκρασία στους κυλίνδρους συμπληρωματικής καύσης.

Κυλινδρικοί καυστήρες συμπληρωματικής στάχτης

Ζώνη ανακύκλωσης καυσαερίων (4ο στάδιο) Ένα συνηθισμένο πρόβλημα που αντιμετωπίζει κανείς στους περισσότερους λέβητες εγκαταστάσεων καύσης αποβλήτων, είναι η επικάθιση τέφρας πάνω στους σωλήνες εναλλαγής θερμότητας. Αυτό μπορεί να αποφευχθεί με χρήση ενός συστήματος ανακύκλωσης αερίων και ανάμιξής τους με φρέσκο αέρα. Έτσι μετριάζεται η θερμοκρασία των καυσαερίων στους 750οC. Πάνω απ’ αυτή τη θερμοκρασία τα προϊόντα της καύσης και τα αλογονίδια των μετάλλων βρίσκονται σε κολλοειδή μορφή. Αυτό σημαίνει ότι στην παραμικρή επαφή με τις σωληνώσεις προκαλείται επικάθιση αυτών των ενώσεων στην επιφάνειά τους. Κάτω απ’ αυτήν τη θερμοκρασία τα υλικά μετατρέπονται σε λεπτόκοκκα σωματίδια, τα οποία όταν επικαθίσουν στις σωληνώσεις μπορούν εύκολα να αποφυσηθούν με έναν ανεμιστήρα. Αυτή η διαδικασία βοηθάει στη μείωση της συχνότητας συντήρησης της εγκατάστασης.

Εναλλάκτης θερμότητας – λέβητας Οι εναλλάκτες θερμότητας αποτελούνται συνήθως από σύστημα σωλήνων, οι οποίοι περιελίσσονται στο χώρο του λέβητα και παράγουν μέχρι 4.500 kg/h ατμό σε πίεση 16 bar. Η λειτουργία του λέβητα σε αυτήν την πίεση εξασφαλίζει τη σταθεροποίηση της θερμοκρασίας σε επίπεδα πάνω απ’ το σημείο συμπύκνωσης των οξέων, με συνέπεια να αποφεύγεται η διάβρωση των σωλήνων και του περιβλήματος. Με σχεδιαστικά και κατασκευαστικά μέτρα στο θάλαμο καύσης και στον εναλλάκτη θερμότητας, επιδιώκεται η βέλτιστη ποιότητα καύσης, ώστε να ελαχιστοποιείται ο σχηματισμός ρυπογόνων ενώσεων, όπως π.χ. CO, NOx, PCDD, PCDF κτλ. Λόγω της μεγάλης περιεκτικότητας των καυσαερίων σε στερεά αιωρούμενα σωματίδια, πρέπει η ταχύτητα μεταφοράς τους να παραμένει σε χαμηλά επίπεδα (5-8 m/s), ώστε να μη φθείρονται οι σωληνώσεις του εναλλάκτη λόγω τριβής και κρούσης των κόκκων της ιπτάμενης τέφρας πάνω σ’ αυτές. Ο καθαρισμός των επιφανειών που έρχονται σε επαφή με τα καυσαέρια και η αποτίναξη της τέφρας που επικάθεται σ’ αυτές γίνεται περιοδικά είτε με πεπιεσμένο αέρα, είτε με υπέρηχους, είτε με μηχανική κρούση. Όμως εξαιτίας της μεγάλης επιβάρυνσης, οι σωληνώσεις πρέπει να συντηρούνται προγραμματισμένα και να καθαρίζονται σχολαστικά ανά τακτά χρονικά διαστήματα.

Λέβητας εξωτερικά

Τέλος, μεγάλης σημασίας για τη λειτουργία των διαφόρων στοιχείων και κατ’ επέκταση του λέβητα μιας εγκατάστασης, είναι οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας, της πίεσης και της παραγωγής ατμού. Με στόχο τη βελτιστοποίηση του συστήματος ανάκτησης της θερμότητας, το νερό που προορίζεται για το λέβητα διέρχεται μέσω του «εξοικονομιστή» (Flue Gas Economizer) για να προθερμανθεί. Πίσω απ’ τον εξοικονομιστή βρίσκεται ένας ακόμη εναλλάκτης θερμότητας, ο οποίος κατεβάζει τη θερμοκρασία των καυσαερίων που εξέρχονται απ’ τον εξοικονομιστή περίπου στους 135οC. Οι επιφάνειες του εναλλάκτη κατασκευάζονται από ανοξείδωτο χάλυβα, ενώ οι σωλήνες από καθαρό αδιάβρωτο γυαλί, ώστε να μη φθείρονται απ’ τα οξέα που συμπυκνώνονται σ’ αυτές τις θερμοκρασίες. Και σ’ αυτό το στάδιο υπάρχει πνευματικό σύστημα καθαρισμού των επιφανειών απ’ την προσκολλημένη τέφρα.

Σύστημα καθαρισμού καυσαερίων Χωρίς σύστημα καθαρισμού των καυσαερίων δεν μπορεί να λειτουργήσει κανένα εργοστάσιο καύσης αποβλήτων, διότι για την έκδοση άδειας λειτουργίας πρέπει η εγκατάσταση να πληροί τις προδιαγραφές που τίθενται απ’ την ευρωπαϊκή νομοθεσία, σχετικά με τα ανώτατα επιτρεπόμενα όρια ρύπανσης του περιβάλλοντος. Ο τύπος της εγκατάστασης που τελικά θα επιλεγεί δεν εξαρτάται μόνο απ’ τα τεχνικά δεδομένα βάσει των οποίων θα τηρηθούν οι ανώτατες τιμές των ρύπων, αλλά και από πολλούς άλλους παράγοντες, όπως το κόστος της επένδυσης και της λειτουργίας, η θέση της εγκατάστασης, η ύπαρξη επαρκούς χώρου, η τροφοδοσία νερού, η δυνατότητα απορρύπανσης των αποβλήτων της καύσης, κτλ. Σημαντική είναι επίσης η δυνατότητα απορρύπανσης των προϊόντων της εγκατάστασης καθαρισμού των καυσαερίων. Τα πιο συνηθισμένα συστήματα καθαρισμού των καυσαερίων είναι τα εξής: Ηλεκτροστατικά φίλτρα Κυκλώνες Σακκόφιλτρα Καθαριστές ψεκασμού Καθαριστές υγρής πλύσης Φίλτρα ενεργού άνθρακα Ηλεκτροστατικά φίλτρα υγρής λειτουργίας Απονίτρωση

Ανώτατα επιτρεπόμενα όρια ρύπων εγκαταστάσεων καύσης απορριμμάτων

Τα πιο συνηθισμένα συστήματα καθαρισμού των καυσαερίων Ηλεκτροστατικά φίλτρα Κυκλώνες Σακκόφιλτρα Καθαριστές ψεκασμού Καθαριστές υγρής πλύσης Φίλτρα ενεργού άνθρακα Ηλεκτροστατικά φίλτρα υγρής λειτουργίας Απονίτρωση

Ηλεκτροστατικό φίλτρο

Ηλεκτροστατικό φίλτρο Πρόκειται για μηχανές που είναι ανθεκτικές και δεν χρειάζονται συχνά συντήρηση, ενώ και η αρχή λειτουργίας τους είναι απλή. Η μία πλευρά του φίλτρου αποτελείται από πολλές σειρές ψιλών ηλεκτροφόρων συρμάτων, τα οποία λειτουργούν ως άνοδος και είναι πλαισιωμένα και μονωμένα πάνω σε μια βάση, ενώ η άλλη πλευρά απαρτίζεται από μεταλλικά φύλλα πάχους 2 mm, τα οποία λειτουργούν ως κάθοδος και ως συλλέκτες της σκόνης. Μεταξύ των δύο αυτών ηλεκτροδίων επικρατεί τάση 20 - 100 kV. Τα αιωρούμενα σωματίδια των καυσαερίων φορτίζονται μέσω της ανόδου και κατόπιν βρισκόμενα σε ελεύθερη πτώση μέσα στο φίλτρο, έλκονται και επικάθονται στην κάθοδο. Με διάφορα συστήματα κρούσης οι πλάκες της ανόδου αναγκάζονται σε δόνηση, με συνέπεια οι σκόνες που έχουν επικαθίσει πάνω τους να αποκολλούνται και να πέφτουν αρχικά στη σκάφη συλλογής που βρίσκεται από κάτω και κατόπιν να μεταφέρονται στο σιλό σκόνης. Σημαντικοί παράγοντες για τη σωστή λειτουργία των ηλεκτροστατικών φίλτρων είναι η ομοιόμορφη κατανομή των καυσαερίων σε όλη τη διατομή του φίλτρου και η διατήρηση μιας σταθερής θερμοκρασίας των καυσαερίων.

Αεροκυκλώνας Ο διαχωρισμός των στερεών σωματιδίων σ’ αυτές τις μηχανές γίνεται μέσω φυγοκέντρων δυνάμεων. Λόγω της κατασκευής του αεροκυκλώνα, δημιουργούνται στο εσωτερικό του δύο αντίθετες δίνες. Μία εξωτερική δίνη με φορά προς τα κάτω και μία εσωτερική με φορά προς τα πάνω. Τα καυσαέρια εισέρχονται φυγοκεντρικά στο πάνω μέρος του αεροκυκλώνα με θερμοκρασία έως 100οC και λόγω της φυγοκέντρου δύναμης τα σωματίδια της σκόνης ωθούνται προς τα τοιχώματα του κυκλώνα όπου η εξωτερική δίνη τα παρασύρει προς τα κάτω και εξερχόμενα συλλέγονται στο σιλό σκόνης. Ο καθαρός πλέον αέρας παρασυρόμενος απ’ την εσωτερική δίνη κατευθύνεται προς τα πάνω και εξέρχεται απ’ τον αεροκυκλώνα, ελεύθερος πλέον σωματιδίων. Οι αεροκυκλώνες καθαρίζουν το 80% περίπου του σωματιδιακού φορτίου των καυσαερίων, είναι κατάλληλοι για το διαχωρισμό κυρίως της χονδρόκοκκης σκόνης, ενώ δεν μπορούν από μόνοι τους να τηρήσουν τα ανώτατα όρια που θέτουν οι νόμοι.

Σακόφιλτρο Τα σακόφιλτρα αποτελούνται από ένα ύφασμα τυλιγμένο σε μορφή σωλήνα γύρω από ένα ατσαλένιο συρμάτινο πλαίσιο. Το υλικό του υφάσματος μπορεί να είναι από τεφλόν, υαλονήματα ή οποιοδήποτε άλλο πυρίμαχο υλικό. Σε αντίθεση προς τα ηλεκτροστατικά φίλτρα τα σακόφιλτρα μπορούν να κατακρατήσουν και πολύ ψιλόκοκκα υλικά, καθώς επίσης και αέριους ρύπους (HCl, HF, SO2) αν το ύφασμα εμποτιστεί με ασβεστόνερο ή ένα ξηρό στρώμα ασβέστη. Ό,τι κατακρατείται στο σακόφιλτρο μπορεί κατόπιν να απομακρυνθεί με εμφύσηση πεπιεσμένου αέρα σε τακτά χρονικά διαστήματα. Μειονέκτημα των σακόφιλτρων αποτελεί η μεγάλη απώλεια πίεσης που παρατηρείται και η ευαισθησία των υφασμάτων στη θερμοκρασία, η οποία πρέπει να κυμαίνεται οπωσδήποτε μεταξύ 130οC και 230οC, διαφορετικά καταστρέφεται ο ιστός του υφάσματος. Ακόμη και όταν είναι εκτός λειτουργίας, θα πρέπει το φίλτρο να διατηρεί μια θερμοκρασία περίπου 100οC.

Σακόφιλτρο (δεξιά εν λειτουργία, αριστερά σε στάδιο εκκένωσης

Καθαριστής ψεκασμού Ο καθαριστής ψεκασμού αποτελείται από ένα μεγάλο στρόγγυλο ατσάλινο δοχείο στο οποίο εισέρχονται τα καυσαέρια, προερχόμενα από ένα ηλεκτροστατικό φίλτρο ή έναν κυκλώνα ή ένα σακκόφιλτρο ή απευθείας απ’ τον εναλλάκτη θερμότητας της εγκατάστασης καύσης. Με κατάλληλους οδηγούς από φύλλα λαμαρίνας στο εσωτερικό του δοχείου, τα καυσαέρια αναγκάζονται σε έντονο στροβιλισμό. Μέσα σ’ αυτό το ρεύμα των καυσαερίων ψεκάζεται το διάλυμα απορρόφησης, ώστε να αναμιχθεί με αυτά. Ως διάλυμα απορρόφησης χρησιμοποιείται συνήθως ασβεστόνερο . Η άσβεστος δεσμεύει τους αέριους ρύπους και το νερό εξατμίζεται, ψύχοντας συγχρόνως τα καυσαέρια. Δε δημιουργούνται απόνερα και η θερμοκρασία των καυσαερίων μειώνεται κατά 80οC έως 120οC. Η θερμοκρασία εξόδου των προϊόντων δεν πρέπει να είναι κάτω από 120οC, αλλά ούτε και πολύ υψηλότερη, διότι στην πρώτη περίπτωση τα υλικά δε θα είναι σε ξηρή μορφή, ενώ στη δεύτερη εμποδίζεται η εξουδετέρωση των αέριων ρύπων απ’ το διάλυμα απορρόφησης. Ένα επιπλέον πλεονέκτημα της θερμοκρασίας μεταξύ 120οC και 150οC αποτελεί το γεγονός ότι τα βαριά μέταλλα των καυσαερίων δεν βρίσκονται στο ρεύμα του ατμού, αλλά συμπυκνώνονται στην επιφάνεια των στερεών σωματιδίων.

Συσκευή καθαρισμού με ψεκασμό

Υγρή πλύση Η αρχή λειτουργίας της υγρής πλύσης βασίζεται στην διέλευση των καυσαερίων από ένα νέφος νερού. Για να επιτευχθεί μια κατά το δυνατόν καλύτερη διάχυση των σταγονιδίων του νερού, ο ψεκασμός του νερού γίνεται σε πολλά στάδια, ενώ υπάρχει πάντα η δυνατότητα ελέγχου και ρύθμισης του pH μέσω ασβεστόνερου ή NaOH. Το σημαντικότερο αντικείμενο της υγρής πλύσης είναι η πλύση των αέριων ρύπων (HCl, HF και SO2) καθώς επίσης και η κατακράτηση των ατμών του υδραργύρου. Για την επίτευξη ικανοποιητικού βαθμού πλύσης, υπάρχει η δυνατότητα λειτουργίας σε διαφορετικές συνθήκες pH. Επειδή λόγω των συνθηκών pH και πλύσης τα υλικά είναι ιδιαίτερα διαβρωτικά, το εσωτερικό των μηχανών πλύσης επενδύεται συνήθως με ελαστικό ή πλαστικό φύλλο.

Συσκευή υγρής πλύσης Ανάλογα με το πρόβλημα χρησιμοποιούνται και διαφορετικές μηχανές πλύσης. Διακρίνουμε τις μηχανές πλύσης δαπέδου, Venturi και ακτινωτής πλύσης. Όλες είναι κατάλληλες για τον τέλειο καθαρισμό των καυσαερίων από αέριους ρύπους και βαριά μέταλλα.

Ηλεκτροστατικό φίλτρο υγρής λειτουργίας Τα ηλεκτροστατικά φίλτρα υγρής λειτουργίας είναι κατασκευασμένα όπως και τα αντίστοιχα ξηρής λειτουργίας. Τα καυσαέρια εξερχόμενα απ’ τη μονάδα υγρής πλύσης σε θερμοκρασία 60-70οC και κορεσμένα σε υδρατμούς, εισέρχονται στο ηλεκτροστατικό φίλτρο υγρής λειτουργίας. Τα σταγονίδια του νερού ιονίζονται και προσκολλούνται στην κάθοδο, όπου κυλούν προς τα κάτω. Επιπλέον η κάθοδος ξεπλένεται συνεχώς με νερό. Τα απόνερα συλλέγονται στη βάση του φίλτρου και οδηγούνται προς επεξεργασία. Ηλεκτροστατικά φίλτρα υγρής λειτουργίας τοποθετούνται εκεί που απαιτείται ιδιαίτερος καθαρισμός των καυσαερίων. Αυτές οι μηχανές σε συνδυασμό με την υγρή πλύση καθαρίζουν αποτελεσματικά τα καυσαέρια από άλατα, οξέα και υπολείμματα υδραργύρου και άλλων βαριών μετάλλων.

Φίλτρο ενεργού άνθρακα Η χρήση των φίλτρων ενεργού άνθρακα, ο οποίος έχει ιδιαίτερες ιδιότητες απορρόφησης, για την αποθείωση και απονίτρωση των καυσαερίων των ατμοηλεκτρικών σταθμών, είναι γνωστή από παλιά . Την τελευταία δεκαετία χρησιμοποιούνται τα φίλτρα ενεργού άνθρακα και στον καθαρισμό των καυσαερίων των εγκαταστάσεων καύσης στερεών αποβλήτων, και ιδιαίτερα στο τελευταίο στάδιο καθαρισμού των καυσαερίων τους, τα οποία έχουν ήδη υποστεί όλα τα προηγούμενα στάδια καθαρισμού. Με τη χρήση φίλτρων ενεργού άνθρακα επιτεύχθηκαν ιδιαιτέρως ικανοποιητικά αποτελέσματα κατά την κατακράτηση του υδραργύρου και την εξουδετέρωση των διοξινών και των φουρανών. Το πάχος του στρώματος του ενεργού άνθρακα που χρησιμοποιείται σ’ αυτά τα φίλτρα είναι περίπου 10cm. Για την κατασκευή των φίλτρων ενεργού άνθρακα χρησιμοποιούνται δύο είδη κοκ, το κοινό κοκ και το μορφοποιημένο κοκ. Το δεύτερο έχει δεκαπλάσια τιμή απ’ το πρώτο. Η απορρόφηση του SO2 είναι καλύτερη στο κοινό κοκ, ενώ η εξουδετέρωση των ΝΟx συντελείται με μεγαλύτερη επιτυχία με μορφοποιημένο κοκ. Ωστόσο, κατά τη χρήση των φίλτρων ενεργού άνθρακα προκύπτουν διάφορα προβλήματα.

Συνέχεια.. Υπάρχει η πιθανότητα αυτοανάφλεξης του φίλτρου αν η θερμοκρασία των καυσαερίων είναι μεγαλύτερη από 120οC. Επίσης, είναι πιθανόν τα καυσαέρια να αποξύσουν την επιφάνεια του ενεργού άνθρακα και να μολυνθούν με αιωρούμενα σωματίδια άνθρακα, με ρύπους δηλαδή οι οποίοι έχουν ήδη καθαριστεί σε προηγούμενα στάδια. Ένα επιπλέον πρόβλημα αποτελεί και η απορρύπανση του χρησιμοποιημένου άνθρακα. Η διάρκεια δράσης του ενεργού άνθρακα δεν είναι ίδια για όλους τους ρύπους. Έτσι, π.χ. για το HCl είναι 200-300 ώρες περίπου, για το SO2 800- 1000 ώρες και για τον υδράργυρο πάνω από 1600 ώρες, ενώ η διάρκεια δράσης του φίλτρου για τις διοξίνες δεν έχει ακόμη διαπιστωθεί. Οι δυνατότητες που προσφέρονται για την απορρύπανση του ενεργού άνθρακα είναι δύο: α) η καύση του ενεργού άνθρακα μαζί με τα απόβλητα και β) η αναζωογόνησή του με κατάλληλη επεξεργασία. Η πρώτη περίπτωση περιορίζεται απ’ το γεγονός ότι οι ρύποι που έχουν κατακρατηθεί απ’ τον ενεργό άνθρακα ξαναμπαίνουν στο κύκλωμα.

Απονίτρωση Η μείωση των ΝΟx επιδιώκεται με διάφορα μέτρα ήδη κατά τη διαδικασία της καύσης των αποβλήτων στις σχάρες και στο θάλαμο καύσης. Όμως οι ανώτατες επιτρεπόμενες τιμές που προβλέπονται απ’ τους κανονισμούς (100 mg/m3) δεν μπορεί να επιτευχθούν χωρίς τη χρήση επιπλέον συστημάτων απονίτρωσης. Η τεχνολογία απονίτρωσης είναι ήδη γνωστή απ’ την καύση του λιγνίτη στους ατμοηλεκτρικούς σταθμούς. Η αρχή λειτουργίας της βασίζεται στην μετατροπή των ΝΟx σε Ν2 και Η2Ο με χρήση αμμωνίας (ΝΗ3) και Ο2 μέσω καταλυτικών ή μη καταλυτικών αντιδράσεων.

Αντιδραστήρας καταλυτικής απονίτρωσης επιλεκτική καταλυτική αναγωγή επιλεκτική μη καταλυτική αντίδραση

Επιλεκτική καταλυτική αναγωγή Κατά την επιλεκτική καταλυτική αναγωγή (Selective Catalytic Reduction, Μέθοδος-SCR) τα καυσαέρια διασχίζουν έναν πυργοειδή αντιδραστήρα, ο οποίος είναι πλήρης με καταλυτικό υλικό (οξείδιο τιτανίου ή πλατίνα, εικόνα 317) και καταιονίζεται ταυτόχρονα με αμμωνία. Χαρακτηριστικό αυτής της μεθόδου είναι το πεδίο της θερμοκρασίας, η οποία για να είναι εφικτή η αντίδραση, πρέπει να κυμαίνεται μεταξύ 300 και 400οC. Η θερμοκρασία των καταλυτών πρέπει να είναι τουλάχιστον 300οC πριν αρχίσει ο ψεκασμός με αμμωνία. Αυτό σημαίνει ότι τα καυσαέρια που εξέρχονται απ’ την υγρή πλύση και έχουν θερμοκρασία 60-70ο C, θα πρέπει να ξαναθερμανθούν στους 300ο C. Η χρήση των καταλυτών διαρκεί περισσότερο από 20.000 ώρες και η αντικατάστασή τους προβλέπεται κάθε 8 περίπου χρόνια.

Επιλεκτική μη καταλυτική αντίδραση Κατά την επιλεκτική μη καταλυτική αντίδραση (Selective Non Catalytic Reaction, Μέθοδος-SNCR) η αμμωνία καταιονίζεται σε διάφορα επίπεδα απευθείας μέσα στο θάλαμο καύσης της εγκατάστασης. Η αντίδραση εξελίσσεται σε αέρια μορφή και σε θερμοκρασία 800- 1000οC. Έτσι μπορεί ήδη στο στάδιο της καύσης να επιτευχθεί μείωση σχηματισμού ΝΟx της τάξης του 80% περίπου. Όσο περισσότερο πρέπει να αυξηθεί το ποσοστό αυτό, τόσο περισσότερη αμμωνία πρέπει να ψεκαστεί. Μειονέκτημα αυτής της διαδικασίας είναι η μείωση της θερμοκρασίας στο χώρο καύσης. Τα κυριότερα πλεονεκτήματα αυτής της μεθόδου έναντι της προηγούμενης είναι οι μικρές επενδύσεις, η ταχύτητα κατασκευής και η οικονομία χώρου κατασκευής. Όμως μένει ακόμη να αποδειχθεί η συμφέρουσα εφαρμογή της μεθόδου για μεγάλα χρονικά διαστήματα, δεδομένης της μεγάλης κατανάλωσης αντιδραστηρίων.

Διοξίνες, φουράνες Οι διοξίνες και οι φουράνες αποτελούν σημαντικό ρυπογόνο παράγοντα κατά την καύση των στερεών αποβλήτων. Οι διοξίνες είναι ένας συνδυασμός μελών μιας οικογενείας οργανικών ενώσεων, οι οποίες καλούνται πολυχλωριωμένες διβενζοδιοξίνες (PolyChlorinated DibexzoDioxins, PCDD). Τα μέλη αυτής της οικογένειας χαρακτηρίζονται από τους τριπλούς δεσμούς στη κυκλική δομή δύο δακτυλίων βενζενίου, οι οποίοι ενώνονται μεταξύ τους με δύο άτομα οξυγόνου. Συγγενείς προς τις διοξίνες είναι οι φουράνες, οργανικές ενώσεις με παρόμοια δομή, στις οποίες όμως οι δακτύλιοι του βενζενίου ενώνονται μεταξύ τους με ένα αντί δύο οξυγόνων. Απ’ τη στιγμή που κάποιο άτομο άνθρακα δεσμεύει ένα ή περισσότερα άτομα χλωρίου, σχηματίζονται αυτές οι πολύ τοξικές ενώσεις, για παράδειγμα η ένωση 2,3,7,8-PCDD ή PCDF, η οποία φέρει 4 άτομα χλωρίου στις εξωτερικές γωνίες των δακτυλίων.

Ανακύκλωσης της στάχτης καύσης των αποβλήτων Απ’ την πλατεία στάχτης το υλικό μεταφέρεται με ένα φορτωτή αρχικά σε μια σταθερή σχάρα, όπου κοσκινίζεται στα 300mm. Το κλάσμα >300mm που αποτελείται κυρίως από ογκώδη μεταλλικά αντικείμενα (σύρματα ελαστικών, ζάντες αυτοκινήτων κτλ.), αποσύρεται και συλλέγεται χωριστά. Το κλάσμα <300mm οδηγείται σε περαιτέρω εμπλουτισμό. Το πρώτο στάδιο αυτού του εμπλουτισμού αποτελείται από ένα δονούμενο κόσκινο με τετραγωνικές βροχίδες πλευράς 45mm. Τα υλικά με μέγεθος >45mm διέρχονται κάτω από ένα μαγνητικό τύμπανο, το οποίο έλκει όλα τα σιδηρούχα μέταλλα. Το υπόλοιπο ρεύμα με τα μη μαγνητικά υλικά υφίσταται επαγωγικό μαγνητικό διαχωρισμό για την ανάκτηση των μη μαγνητικών μετάλλων (αλουμίνιο, χαλκός, μόλυβδος κτλ.). Η στάχτη που μένει ως υπόλειμμα συσσωρεύεται για χρήση στην οδοποιία κτλ. Τα διερχόμενα απ’ το κόσκινο υλικά με μέγεθος <45mm υφίστανται αρχικά μαγνητικό διαχωρισμό με ένα μαγνήτη έλξης και κατόπιν επαγωγικό μαγνητικό διαχωρισμό.

Διάγραμμα ροής ανακύκλωσης της στάχτης καύσης των αποβλήτων

Ευχαριστώ!