Substitution of coal by alternative and supporting fuels in pulverised fuel boilers towards reduction of CO2 emissions

摘要

Σκοπός της διατριβής είναι η αξιολόγηση δύο διαφορετικών τεχνολογιών υποκατάστασης άνθρακα ως επιλογές για την εξοικονόμηση εκπομπών CO2 σε υφιστάμενους λιγνιτικούς σταθμούς. Η υποκατάσταση λιγνίτη από στερεά ανακτηθέντα καύσιμα (Solid Recovered Fuels, SRF) είναι η πρώτη τεχνολογία υποκατάστασης που εξετάζεται. Η δεύτερη τεχνολογία αφορά στην υποκατάσταση του φυσικού λιγνίτη από προξηραμένο λιγνίτη και στην ενσωμάτωση συστήματος ρευστοποιημένης κλίνης για προξήρανση λιγνίτη σε κύκλο ατμού υφιστάμενου λιγνιτικού σταθμού. Η επιδεικτική δράση υποκατάστασης λιγνίτη από SRF λαμβάνει χώρα σε γερμανικό λέβητα κονιοποιημένου λιγνίτη εγκατεστημένης ισχύος 600 MWe ενώ η υποκατάσταση φυσικού λιγνίτη από προξηραμένο λαμβάνει χώρα σε ελληνικό λέβητα εγκατεστημένης ισχύος 75 MWth. Εφόσον η επιδεικτική εγκατάσταση και λειτουργία συστήματος προξήρανσης σε υφιστάμενο λιγνιτικό σταθμό, δεν έχει ολοκληρωθεί ακόμα η ενσωμάτωση της τεχνολογίας προξήρανσης σε κύκλο ατμού διερευνάται μέσω υπολογισμών θερμοδυναμικού κύκλου. Η αξιολόγηση και η σύγκριση των δύο προτεινόμενων τεχνολογιών βασίζεται σε συγκεκριμένες περιβαλλοντικές, τεχνολογικές και οικονομικές παραμέτρους και μεθοδολογικά εργαλεία. Εκτός από τις πειραματικές μετρήσεις στην βιομηχανική κλίμακα, πραγματοποιούνται αριθμητικές προσομοιώσεις βασισμένες σε εργαλεία Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής (CFD). Μέσω των υπολογιστικών προσομοιώσεων αξιολογούνται περαιτέρω σενάρια υποκατάστασης, τα οποία δεν μπορούν να υλοποιηθούν στην πράξη. Επιπλέον διερευνήσεις στη μικρή κλίμακα, χρησιμοποιούνται υποστηρικτικά για την αξιολόγηση των πρακτικών υποκατάστασης στη βιομηχανική κλίμακα. Αναπτύσσεται ένα νέο μοντέλο καύσης για τα στερεά ανακτηθέντα καύσιμα (SRF), του οποίου η ακρίβειά πιστοποιείται με διαθέσιμα πειραματικά δεδομένα, ενώ πραγματοποιούνται δοκιμές ξήρανσης και καύσης ελληνικού λιγνίτη σε πειραματικές εγκαταστάσεις στη Γερμανία. Επιπλέον εξετάζεται η οικονομική βιωσιμότητα των προτεινόμενων τεχνολογιών και αξιολογούνται τα πρόσθετα λειτουργικά κόστη και έσοδα και το κόστος αποφυγής CO2 από την εφαρμογή των τεχνολογιών υποκατάστασης. Η συνολική αξιολόγηση υποδεικνύει ότι η εφαρμογή των δύο πρακτικών υποκατάστασης στη μεγάλη κλίμακα είναι εφικτή. Από τη συγκεκριμένη ανάλυση δεν μπορεί να προκύψει κάποιο αποτέλεσμα υπέρ ή κατά μίας τεχνολογίας. Ο εντοπισμός και η σε βάθος διερεύνηση των θετικών και προβληματικών ζητημάτων που προκύπτουν από αυτές τις πρακτικές υποκατάστασης αποτελούν την κύρια προσφορά της συγκεκριμένης εργασίας.