نیروگاه زباله سوز

مقدمه

ازدیاد حجم زباله های شهری و افزایش مشکلات دفع آن و همچنین کمبود زمین مناسب جهت دفن و مسائل زیست محیطی باعث رویکرد به روش زباله سوزی در جهان امروز شده است، به گونه ای که از سال 2010 دفن زباله قابل اشتعال در کشور های عضو اتحادیه اروپا ممنوع گردیده است و تنها روش مورد توافق در این کشورها نیروگاههای زباله سوز می باشد.

نخستین بار در سال1870 کشور انگلستان مبادرت به ساختن اولین کارخانه زباله سوز نمود. پس از آن کشور های دیگر از انرژی حاصل از سوزاندن زباله در موارد مختلف استفاده نموده اند. در کشور ما نیز بر اساس برآوردهای انجام شده در حال حاضر روزانه حدود هفت هزار تن زباله شهری در تهران، هزار و سیصد تن در مشهد، هزار و صد تن در شیراز، و حدود هزار تن در اصفهان تولید می شود، این حجم کلان زباله ها علاوه بر اثرات زیست محیطی، مشکلات شهرداری ها و مراکز بهداشتی را به دنبال دارد. نیروگاه زباله سوز به عنوان یک روش کارا در دفع بهداشتی زباله است و از سوی دیگر مولد انرژی می باشد.

ترکیب انرژی حرارتی زباله

زباله را می توان به سه گروه زباله های شهری، صنعتی و خطرناک تقسیم کرد. زباله های شهری را پسماند مواد غذائی، کاغذ، شیشه، فلز و ضایعات ساختمانی تشکیل می دهند. از نقطه نظر ارزش حرارتی می توان در ترکیب زباله سه مشخصه درصد مواد قابل احتراق، رطوبت و مواد غیر قابل احتراقرا در نظر گرفت.

وضعیت حال حاضر تکنولوژیهای زباله سوزی

عمده ترین تکنولوژی زباله سوزی که در حال حاضر بیشترین ستفاده را دارد توده سوز است و این به دلیل سادگی و هزینه پائین اجرای آن است. معمولترین تکنولوژی شبکه نیز به وسیلۀ مارتین(مونیخ- آلمان) توسعه دادهشده و هم اکنون ظرفیت زباله سوزی شبکه های نصب شده با این روش حدود 59 میلیون تن در سال می باشد. شبکۀ مارتین نصب شده در نیروگاه برشا(ایتالیا) یکی از جدیدترین تکنولوژیهای بکار رفته در اروپا است. به غیر از تکنولوژی مارتین، روش توده سوزی وان رول (زوریخ-سوئیس) نیز اجرا می شود و اکنون در دنیا 32 میلیون تن زباله در سال به این روش سوزانده می شوند.

سایر انواع توده سوز و RDF سوز (سوختهای مشتق شده از زباله) نیز استفاده می شوند که جمعاً بیش از 40 میلیون تن زباله در سال با این تکنولوژیها سوزانده می شوند.

نوع کوره زباله سوز

اصولاً از آنجائیکه احتراق یک پدیده آنی نیست، فضای کافی در کوره بایستی اجازه اقامت لازم جهت احتراق کامل را به سوخت و گازهای قابل احتراق بدهد. این فاکتور با عنوان «زمان اقامت» نامیده می شودو تابعی از دمای کوره و درجه توربولانس می باشد. فاکتور توربولانس بیانگر رابطۀ فیزیکی سوخت و هوا در کوره است. نوع کوره برای زباله سوز غالباً با توجه به نوع شبکه بار گذاری آن انتخاب می شود. به عبارت دیگر در صورت استفاده از شبکه بار گذاری متحرک آزادی بیشتری در آرایش کوره وجود دارد. کوره های زباله سوز چند محفظه ای غالباً به دو نوع عمده خطی و دیگی تقسیم می شوند.

جهت احتراق کامل و کاهش ذرات ناشی از احتراق از زباله سوز چند محفظه ای استفاده می گردد. محفظه اولیه به منظور احتراق زباله جامد به کار می رود. محفظه ثانویه جهت تضمین زمان اقامت کافی و احیاناً تزریق سوخت اضافی به منظور احتراق کامل گازهای نسوخته و باقی مانده احتراق تولید شده در محفظه اولیه در نظر گرفته شده است. کوره دیگی یک زباله سوز مکعبی فشرده با بافلهای چندگانه داخلی است. بافلها امکان چرخش 90 درجه به گاز را در هر دو جهت عمودی و افقی می دهند و در هر چرخش مقداری از خاکستر ته نشین می شود.

محفظه اولیه دارای شبکه برای بارگذاری زباله و منفذ جمع آوری خاکستر می باشد. کوره باسیستم خطی معمولاً برای ظرفیتهای بالاتر به کار می روند. جریان گاز در آنها در طول زباله سوز می باشد و تنها تغییر جهت به صورت عمودی دارد. غالباً در زباله سوز خطی از گاز طبیعی به عنوان سوخت کمکی استفاده می شود. زباله روی شبکه بار می شودکه می تواند ثابت یا متحرک باشد در سیستم طراحی شده، زباله سوز نوع خطی با شبکه بارگذاری اتوماتیک مد نظر می باشد. سوخت اضافی مشعلها در محفظه اولیه به منظور اشتعال به کار می رود در حالی که در محفظه ثانویه سوخت مشعل جهت تامین حرارت لازم برای سوختن کامل ذرات احتراق پذیر می باشد. کنترل دمای کوره توسط کنترل هوای اضافی و یا انتقال حرارت مستقیم بوسیله افزودن مواد جاذب حرارت درون کوره (Spray water) صورت می گیرد. 70 درصد از هوای وارد شده به سیستم بایستی به محفظه اولیه به عنوان هوای روی شعله، 10 درصد به نوان هوای زیر شعله و 20 درصد برای محفظه ثانویه مصرف گردد.

کنترل آلودگی و حذف ذرات

در طراحی یک زباله سوز شرایط مناسب جهت تخلیه محصولات احتراق به اتمسفر بایستی در نظر گرفته شود. گازهای حاصل از احتراق شامل مقادیری ذرات معلق می باشد که به منظور آلودگی بایستی بخش اعظم آن حذف گردد. کنترل آلودگی در کوره تابع ترکیب زباله، نرخ و شیوه بارگذاری، نوع کوره، شرایط مشعل و هوای اضافی می باشد. مهمترین آلودگی زباله سوزها در تخلیه به هوا ذرات کلیرید و سولفوراکسید می باشد. همچنین Cox ، Nox را نیز بایستی در طراحی سیستمهای کنترل آلودگی مد نظر داشت.

دو روش عمده جهت حذف ذرات و آلوده کننده ها از محصولات احتراق خروجی روش مرطوب و خشک می باشد. در روش مرطوب از دیواره بافل دار و مرطوب و همچنین از فیلتر HEPA و یا فیلتر های کمیته ای استفاده می شوددر حالی که روش خشک شامل استفاده از سایکلون یا روش الکتروستاتیک می گردد و لازمه آن کاهش دمای گاز ورودی تا دماهای زیر 600 درجه فارنهایت می باشد. هر چند در عمل ترکیبی از این دو مورد استفاده قرار می گیرد.

بازیابی حرارت به صورت بخار یا الکتریسیته

در مولد های بخار بازیاب برای حداکثر کردن توان بازیابی انرژی، از دو یا چند سطح فشار و سیکل آب و بخار استفاده می گردد و معمولاً نیازی به مصرف سوخت اضافی و احتراق کمکی نمی باشد. هر چند در عمل می توان از سیستم احتراق کمکی استفاده کردو بدین منظور مشعلهایی در کانال دود نصب نمود. دمای آدیاباتیک شعله برابر 690 درجه سانتی گراد می باشد و می توان دمای محصولات احتراق خروجی را در 600 درجه فارنهایت کنترل نمود.