دیگ سوزاندن زباله مدرن چگونه کار می کند؟

مقدمه: موتور فرآیند تبدیل زباله به انرژی

جامعه مدرن مقادیر زیادی زباله جامد شهری (MSW) تولید می کند و مدیریت آن یک چالش زیست محیطی و لجستیکی حیاتی است. دفن زباله، روش سنتی، زمین های با ارزش را اشغال می کند و متان، یک گاز گلخانه ای قوی تولید می کند. فرآیند تبدیل زباله به انرژی (EfW) یک جایگزین پیچیده را ارائه می‌کند که زباله‌های غیرقابل بازیافت را به منبعی ارزشمند تبدیل می‌کند: برق و گرما. در قلب این فرآیند نهفته است دیگ سوزاندن زباله ، یک قطعه پیچیده و قوی از مهندسی حرارتی است که به عنوان نیروگاه نیروگاه عمل می کند. این بسیار بیشتر از یک زباله سوز ساده است. این یک سیستم بسیار کنترل شده است که برای از بین بردن ایمن زباله ها، بازیابی حداکثر انرژی ممکن و محافظت از تجهیزات پایین دستی از یک محیط احتراق بسیار تهاجمی طراحی شده است. وظیفه اصلی دیگ این است که گرمای شدید آزاد شده از سوزاندن زباله را جذب کند - معمولاً در دمای بین 850 درجه سانتیگراد تا 1200 درجه سانتیگراد برای اطمینان از احتراق کامل و از بین بردن آلاینده ها - و انتقال آن به آب و تولید بخار با فشار بالا و دمای بالا. سپس این بخار توربین‌ها را برای تولید برق به حرکت در می‌آورد که می‌تواند انرژی هزاران خانه را تامین کند یا گرمایش منطقه را تامین کند. کارایی، قابلیت اطمینان و عملکرد زیست محیطی کل تاسیسات EfW به طراحی و عملکرد بهینه این قطعه مرکزی بستگی دارد و آن را به یک شاهکار عملی ترمودینامیک و علم مواد تبدیل می کند.

• عملکرد اصلی: برای احتراق ایمن زباله و انتقال موثر انرژی حرارتی آزاد شده به سیال کاری (آب/بخار) برای تولید انرژی.
• نقش محیطی: حجم ضایعات را تقریباً 90 درصد کاهش می دهد، ترکیبات آلی مضر را از بین می برد و مصرف سوخت فسیلی برای تولید برق را خنثی می کند.
• محرک اقتصادی: هزینه دفع را از طریق فروش برق، بخار یا فلزات بازیافتی از خاکستر کف به یک جریان درآمد تبدیل می کند.

طراحی اصلی و اصول مهندسی

طراحی یک دیگ سوزاندن زباله یک پاسخ عمدی به چالش های منحصر به فرد ناشی از منبع سوخت آن است: زباله های جامد شهری ناهمگن، متغیر با رطوبت و از نظر شیمیایی پیچیده. موثر طراحی دیگ بخار زباله MSW به انرژی باید احتراق کامل، حداکثر بازیابی حرارت و محافظت در برابر گازهای دودکش خورنده تولید شده را در اولویت قرار دهد. این فرآیند بر روی یک سیستم رنده متحرک در داخل محفظه احتراق آغاز می شود، که به آرامی زباله ها را حمل کرده و به هم می زند تا از سوختن و سوختن کامل خاکستر پایین اطمینان حاصل شود. گازهای داغ احتراق، مملو از ذرات معلق و ترکیبات خورنده، سپس به بخش تابشی دیگ بخار می‌روند، جایی که گرمای تابشی شدید توسط دیواره‌های غشایی خنک‌شده با آب جذب می‌شود. سپس گازها از چند گذرگاه همرفتی - کرانه‌های بسته‌های لوله - که در آن گرمای بیشتری استخراج می‌شود، عبور می‌کنند. کل این سیستم بازیابی حرارت اساساً یک است مولد بخار بازیابی حرارت با راندمان بالا برای سوزاندن ، به طور دقیق برای خنک کردن گازهای دودکش تا دمای مطلوب برای سیستم های کنترل آلودگی هوای پایین دست طراحی شده است در حالی که بخار را تا بالاترین پارامترهای ممکن (اغلب بیش از 400 درجه سانتیگراد و 40 بار) گرم می کند تا بازده ترمودینامیکی برای تولید برق به حداکثر برسد. کلید این امر ایجاد زمان ماند گاز کافی در دمای بالا برای تجزیه دیوکسین ها و فوران ها و طراحی مسیرهای گاز برای به حداقل رساندن رسوب خاکستر است که می تواند لوله ها را عایق کرده و انتقال حرارت را کاهش دهد.

مبارزه با بزرگترین چالش: خوردگی و فرسایش

تعیین کننده ترین چالش در عملیات الف دیگ سوزاندن زباله ماهیت بسیار تهاجمی گاز دودکش است. احتراق MSW باعث آزاد شدن کلر (از پلاستیک هایی مانند PVC)، گوگرد، قلیایی (سدیم، پتاسیم) و فلزات سنگین می شود که ترکیبات خورنده مانند کلرید هیدروژن (HCl) و کلریدهای قلیایی را تشکیل می دهند. هنگامی که این ترکیبات بر روی سطوح لوله دیگ متراکم می شوند - به خصوص در مناطق با دمای پایین سوپرهیترها و اکونومایزرها - یک لایه چسبنده ایجاد می کنند که باعث خوردگی کلر در دمای بالا می شود و به شدت به لایه اکسید محافظ لوله های فولادی استاندارد حمله می کند. این باعث انتخاب از مواد مقاوم در برابر خوردگی برای بویلرهای زباله سوز یک تصمیم سرمایه ای و عملیاتی حیاتی برای مبارزه با این، نواحی کلیدی مستعد خوردگی، مانند لوله‌های سوپرهیتر در اولین گذر همرفتی، اغلب از آلیاژهای با نیکل بالا مانند آلیاژ 625 (Inconel) یا فولادهای زنگ نزن آستنیتی (مانند 310S) ساخته می‌شوند. علاوه بر این، پوشش های پیشرفته و روکش های جوش برای محافظت از سطوح لوله اعمال می شود. این طرح به خودی خود سلاحی در برابر خوردگی نیز هست: حفظ دمای دقیق دیواره فلزی بالاتر از نقطه شبنم اسیدی اما زیر آستانه حمله سریع کلرید، و استفاده از دمنده های دوده برای حذف منظم رسوبات قبل از تبدیل شدن به محیط خورنده.

• مکانیسم های خوردگی: خوردگی کلر در دمای بالا، خوردگی نقطه شبنم اسیدی در دمای پایین و سولفیداسیون تهدیدهای اصلی برای طول عمر دیگ هستند.
• استراتژی مواد: یک رویکرد درجه بندی شده استفاده می شود: فولاد کربنی در مناطق کم خطر (کوره پایین تر، لوله های تبخیرکننده)، حرکت به سمت آلیاژهای پیشرفته (TP91، آلیاژ 625) در بخش های سوپرهیتر پرخطر.
• پدافند عملیاتی: کنترل دقیق احتراق برای به حداقل رساندن تشکیل HCl، حفظ پروفیل دمای بهینه گاز دودکش و کنترل دقیق رسوب از طریق دمیدن دوده.
• نوآوری: تحقیقات مداوم در مورد پوشش های سرامیکی، محافظ لوله و تکنیک های روکش پیشرفته برای افزایش عمر لوله و کاهش هزینه های نگهداری.

عملکرد، طول عمر و انعطاف پذیری سوخت

عملکرد پایدار و کارآمد الف دیگ سوزاندن زباله نیاز به یک رژیم سختگیرانه دارد نگهداری و تمیز کردن دیگ سوزاندن زباله . برخلاف دیگهای بخار سوخت، خاکستر و ذرات معلق (خاکستر بادی) حاصل از احتراق زباله بسیار ساینده هستند و مستعد تشکیل رسوبات مقاوم بر روی سطوح تبادل حرارت هستند. یک برنامه نگهداری جامع شامل دمیدن دوده روزانه تا هفتگی با استفاده از جت های بخار یا هوا برای خارج کردن خاکستر از بانک های لوله، بازرسی منظم و حذف سرباره از دیواره های کوره، و تمیز کردن دقیق قیف های خاکستر و نوار نقاله ها است. زمان توقف برنامه ریزی شده برای بازرسی های داخلی، اندازه گیری ضخامت لوله (تست اولتراسونیک)، و جایگزینی اجزای آسیب پذیر برای جلوگیری از قطعی های برنامه ریزی نشده و خرابی فاجعه بار لوله ضروری است. علاوه بر این، برای افزایش امنیت سوخت، دوام اقتصادی و بی طرفی کربن، بسیاری از کارخانه ها در حال استفاده هستند فناوری دیگ بخار با احتراق مشترک زیست توده و زباله . استفاده همزمان زیست توده فرآوری شده (مانند خرده چوب یا سوخت حاصل از زباله) با MSW می تواند کیفیت کلی سوخت را بهبود بخشد، انتشار گازهای گلخانه ای خالص را کاهش دهد و غلظت عناصر خورنده مانند کلر را در گازهای دودکش رقیق کند. با این حال، این نیاز به سازگاری دقیق دیگ‌ها دارد، زیرا زیست توده می‌تواند ویژگی‌های همجوشی خاکستر متفاوتی داشته باشد و ممکن است نگرانی‌های جدیدی برای رسوب یا خوردگی ایجاد کند، که نیاز به تنظیمات در پارامترهای احتراق و احتمالاً ظرفیت اضافی دوده دمیدن دارد.

سوالات متداول

تفاوت های اصلی بین دیگ سوزاندن زباله و دیگ بخار زغال سنگ چیست؟

اصل ترمودینامیکی هسته یکسان است، اما چالش ها به شدت متفاوت است. الف دیگ سوزاندن زباله برای سوخت بسیار ناهمگن تر، مرطوب و شیمیایی تهاجمی طراحی شده است. تفاوت های اصلی عبارتند از: 1) جابجایی سوخت: MSW بر خلاف زغال سنگ پودر شده به یک سیستم تغذیه و رنده قوی نیاز دارد. 2) محفظه احتراق: برای ارزش حرارتی کمتر و متغیرتر، اغلب با حجم کوره بزرگتر برای فرسودگی کامل طراحی شده است. 3) مدیریت خوردگی: نیاز به استفاده گسترده از مواد مقاوم در برابر خوردگی برای بویلرهای زباله سوز مانند آلیاژهای با عیار بالا که در دیگ های زغال سنگ کمتر دیده می شود. 4) ویژگی های خاکستر: خاکستر ضایعات ساینده‌تر، چسبنده‌تر و حاوی نمک‌های محلول است که به سیستم‌های مختلف حذف و جابجایی خاکستر نیاز دارد. 5) کنترل انتشار: گازهای خروجی از زباله دارای غلظت های بالاتری از HCl، دیوکسین ها و فلزات سنگین هستند که سیستم های کنترل آلودگی هوای پایین دستی پیچیده تر و دقیق تر را ضروری می کند.

راندمان در دیگ بخار اتلاف به انرژی چگونه اندازه گیری می شود و نرخ معمولی آن چقدر است؟

کارایی در الف مولد بخار بازیابی حرارت با راندمان بالا برای سوزاندن زمینه معمولاً به عنوان بازده خالص الکتریکی تعریف می شود: انرژی الکتریکی صادر شده به شبکه تقسیم بر انرژی حرارتی ورودی از زباله (مقدار گرمایش پایین - LHV). با توجه به رطوبت ذاتی و محتوای بی اثر در MSW، نیاز به بالا نگه داشتن دمای گازهای دودکش به اندازه کافی برای کنترل آلودگی، و بار انگلی قابل توجه سیستم های خود کارخانه (پنکه ها، پمپ ها، تصفیه)، راندمان خالص الکتریکی کمتر از کارخانه های سوخت فسیلی است. کارخانه های مدرن معمولاً بازده الکتریکی خالص 20-27٪ را به دست می آورند. برخی از امکانات پیشرفته با پارامترهای بخار بالا، تراکم گسترده گاز دودکش برای بازیافت گرما (برای گرمایش منطقه ای)، و فرآیندهای بهینه شده می توانند بازیابی انرژی کلی (گرما و توان ترکیبی) را به بیش از 90 درصد برسانند.

چرا آتش زدن زیست توده همراه با زباله رایج تر می شود؟

پذیرش از فناوری دیگ بخار با احتراق مشترک زیست توده و زباله توسط عوامل متعددی هدایت می شود. اول، ردپای کربن کارخانه را بهبود می بخشد، زیرا زیست توده کربن خنثی در نظر گرفته می شود و به طور موثر میانگین انتشار ترکیب سوخت را کاهش می دهد. دوم، هنگامی که با جریان های زباله کم کالری یا رطوبت بالا ترکیب شود، می تواند پایداری و کارایی احتراق را بهبود بخشد. سوم، می تواند عناصر مضر موجود در سوخت را رقیق کند، مانند کلر و فلزات سنگین از زباله ها، به طور بالقوه نرخ خوردگی را کاهش داده و خاکستر را آسان تر می کند. در نهایت، انعطاف پذیری و امنیت سوخت را فراهم می کند و به کارخانه ها اجازه می دهد تا هزینه ها و در دسترس بودن مواد اولیه را بهینه کنند. با این حال، برای مدیریت رفتار خاکستر متفاوت و مشکلات احتمالی رسوب گیری جدید نیاز به تنظیمات عملیاتی دقیق دارد.

مهمترین وظایف نگهداری روزانه چیست؟

موثر نگهداری و تمیز کردن دیگ سوزاندن زباله متکی بر پروتکل های ثابت روزانه است. حیاتی ترین وظایف عبارتند از: 1) اجرای توالی دوده دمیدن: کارکردن دمنده های مختلف دوده بر اساس یک برنامه زمان بندی دقیق برای جلوگیری از تجمع خاکستر، که برای حفظ کارایی و جلوگیری از خوردگی ضروری است. 2) نظارت بر سیستم خاکستر: حصول اطمینان از استخراج خاکستر پایین از رنده و حذف خاکستر بادی از قیف ها به طور مداوم برای جلوگیری از انسدادی که می تواند باعث خاموش شدن شود، کار می کند. 3) نظارت و تنظیم احتراق: نظارت مداوم بر سطوح O2، CO و دما برای بهینه‌سازی کامل بودن و پایداری احتراق، که مستقیماً بر سلامت دیگ و انتشار گازهای گلخانه‌ای تأثیر می‌گذارد. 4) بازرسی های بصری: بررسی هرگونه نشتی قابل مشاهده، رسوبات غیرعادی، یا خرابی تجهیزات در حین دور زدن.

مواد پیشرفته چگونه عمر لوله های دیگ بخار را افزایش می دهند؟

پیشرفته مواد مقاوم در برابر خوردگی برای بویلرهای زباله سوز طول عمر لوله را با تشکیل یک لایه اکسیدی پایدار و محافظ که در برابر حمله کلر، گوگرد و ترکیبات قلیایی موجود در گاز دودکش مقاوم است، افزایش دهید. آلیاژهایی مانند آلیاژ 625 مبتنی بر نیکل دارای محتوای کروم بالایی هستند که باعث تشکیل یک لایه اکسید کروم مقاوم (Cr2O3) می شود. آنها همچنین استحکام مکانیکی خود را در دماهای بالا حفظ می کنند و در برابر خزش مقاومت می کنند. هنگامی که به عنوان روکش های جوش در سمت آتش لوله های حساس مورد استفاده قرار می گیرند، یک سد مقاوم در برابر خوردگی ایجاد می کنند، که به لوله های کربنی یا فولادی کم آلیاژ زیرین اجازه می دهد تا برای چندین دهه دست نخورده باقی بماند، در نتیجه از تعویض پرهزینه لوله کامل جلوگیری می شود و فواصل زمانی بین قطعی تعمیرات عمده را افزایش می دهد.

نتیجه گیری: یک فناوری حیاتی برای اقتصاد دایره ای و امنیت انرژی

مدرن دیگ سوزاندن زباله به عنوان شاهدی بر نبوغ مهندسی است و چالش مداوم زباله های غیرقابل بازیافت را به ستون زیرساخت انرژی پایدار تبدیل می کند. بیش از یک زباله سوز، پیچیده است مولد بخار بازیابی حرارت با راندمان بالا برای سوزاندن سیستمی که به طور دقیق برای کنترل سوخت دشوار، مبارزه با خوردگی شدید با مواد پیشرفته و تولید برق قابل اعتماد روز به روز طراحی شده است. از متخصصین طراحی دیگ بخار زباله MSW به انرژی که احتراق کامل را به پروتکل های دقیق تضمین می کند نگهداری و تمیز کردن دیگ سوزاندن زباله که طول عمر را تضمین می کند، هر جنبه ای برای عملکرد و حفاظت از محیط زیست بهینه شده است. ادغام مداوم فناوری دیگ بخار با احتراق مشترک زیست توده و زباله نقش خود را در گذار به اقتصاد دایره ای بیشتر می کند. دیگ سوزاندن زباله به عنوان یک گره حیاتی در زیرساخت های شهری، یک راه حل بهداشتی زباله ارائه می کند، وابستگی به محل های دفن زباله را کاهش می دهد، سوخت های فسیلی را جبران می کند، و به امنیت انرژی کمک می کند - و آن را به یک فناوری ضروری برای شهرهای مدرن پایدار تبدیل می کند.