ارزیابی عملکرد استفاده از فرصت‌های فناوری زیست توده در احیای مستقیم آهن

۷ بهمن, ۱۴۰۲

ارزیابی عملکرد استفاده از فرصت‌های فناوری زیست توده در احیای مستقیم آهن

ارزیابی عملکرد استفاده از فرصت‌های فناوری زیست توده در احیای مستقیم آهن

محمد عباداللهی1، سید هاشم صمدی2، علیرضا قهرمانی3

1 فارغ التحصیل دکتری دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، مهندسی مکانیک (سیستم‌های انرژی)، معاونت بازرگانی و بازاریابی شرکت بین المللی مهندسی ایران (IRITEC)

2 فارغ التحصیل دکتری دانشگاه تربیت مدرس، مهندسی مکانیک بیوسیستم، معاونت بازرگانی و بازاریابی شرکت بین المللی مهندسی ایران (IRITEC)

3 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد دانشگاه صنعتی شریف، مهندسی مکانیک، معاونت بازرگانی و بازاریابی شرکت بین المللی مهندسی ایران (IRITEC)

چکیده

صنعت فولاد با مصرف بالای انرژی فسیلی و ایجاد آلایندگی 8 درصدی یکی از صنایع مخرب محیط‌زیست به شمار می‌رود. لزوم استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر برای افزایش کارایی و قابلیت اطمینان این صنعت جز اولویت‌های جهانی بوده و یکی از راه‌های نیل به این هدف بهره‌گیری از تکنولوژی فولاد سبز است. سیستم‌های مدیریت پسماند شهری مانند زباله‌سوزها نه تنها باعث مدیریت زباله شهری شده بلکه با تولید انرژی می‌تواند بخشی از نیاز صنایع فولادی به خصوص واحد احیای آهن اسفنجی را مرتفع نماید. در این طرح که بر روی پایلوت فولاد خراسان انجام شده، با در نظر گرفتن مقدار سرمایه‌گذاری 60 میلیون دلاری، مقدار 8,052,632  مترمکعب گاز مصرفی صرفه‌جویی شده که با حذف روش مرسوم تامین انرژی از سوخت‌های فسیلی، بازگشت سرمایه عادی 3 سال و با احتساب عدم النفع 8 سال براورد شده است.

کلمات کلیدی: فولاد سبز، زیست توده، احیای مستقیم، زباله جامد شهری، زباله­سوز.

 

مقدمه

افزایش روزافزون زباله‌های جامد شهری (MSW[2]) در کشورهای درحال‌توسعه منجر به افزایش نگرانی‌های عمومی در مورد تأثیرات بهداشتی و زیست‌محیطی ناشی از آن شده است. بر اساس گزارش بانک جهانی، تولید جهانی سالانه MSW 01/2 میلیارد تن در سال 2018 بوده که نسبت به سال 2012، که 3/1میلیارد تن در سال بوده، افزایش یافته است. پیش­بینی می­شود که میزان تولید سالانه MSW تا سال 2030 به 59/2 میلیارد تن و تا سال 2050 به 40/3 میلیارد تن افزایش یابد [1,2]. تصمیم‌گیرندگان محلی در تلاش برای نوسازی سامانه‌های مدیریت زباله، اغلب با این سؤال مواجه می­شوند که چگونه در گسترش فناوری­های استحصال انرژی از پسماند (WtE[3]) سرمایه­گذاری کنند. فن‌آوری‌های WtE به‌عنوان گزینه‌ای برای حل مشکلات دفع زباله و چندین چالش دیگر ازجمله کمبود تولید برق، فضای محدود برای دفن زباله و انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از دفع نامناسب زباله به‌طور هم‌زمان جذاب می­باشند [3]. با توجه به حجم بالای پسماند شهری ایران استفاده از منابع انرژی زیستی برای تامین بخشی از انرژی کارخانه فولاد پیشنهاد می‌شود.

 

شکل 1- شماتیکی از یک نیروگاه زباله سوز

روش تحقیق

این طرح شامل یک نمونه از سامانه مدیریت زباله با مقدار ورودی 450 تن در روز می­باشد. باید در نظرگرفته شود که زباله­های ایران تقریبا دارای 72 درصد بخش آلی (فساد پذیر) می‌باشد. طرح پیش رو امکان‌سنجی احداث پلنت مدیریت زباله به‌منظور بازیافت مواد مناسب و تولید انرژی (برق و حرارت) از یک واحد WtE را بررسی می‏کند. ماده اولیه طرح، زباله جامد شهری است که پس از بازیافت و پیش‏پردازش خشک و تر و جداسازی زباله ریجکتی، به‌عنوان RDF[4] وارد واحد زباله­سوز به‌منظور تولید برق و حرارت می‏شود. همچنین پسماند زباله پس از واحد کمپوست به RDF اضافه‌شده و وارد واحد سوزاندن زباله می‏شود. در این واحد زباله به‏عنوان خوراک سوخت استفاده‌ شده و از حرارت گرمایی آن به‏عنوان انرژی موردنیاز بویلرهای نیروگاه‏های برق استفاده می‏شود. انرژی الکتریسیته و حرارتی به‌دست‌آمده از واحد سوزاندن زباله، در یک واحد احیا مستقیم صنایع فولاد استفاده می­شود. فرض ما داشتن یک خط تفکیک به ظرفیت ton/h 25 به همراه دو خط احتراق هر یک به ظرفیت ton/h 5  به همراه ژنراتور MW 5  می‌باشد. پس ازآنکه محتویات باارزش قابل بازیافت زباله در خط تفکیک تا حدودی جدا شد، باقی­مانده مواد قابل‌احتراق به همراه مواد زیرسرندی در کوره زباله‌سوز سوزانده می‌شود و بخار موردنیاز برای توربین بخار را فراهم می­کند. شکل 2 شماتیک مراحل فوق می‌باشد.

جدول1. ورودی و خروجی یک نیروگاه زباله‌سوز.

مواد
مواد ورودی زباله جامد شهری
مقدار 135،000 ton/year
مواد بازیافتی
مواد فلزی 3،300 ton/year 924،000 دلار ($)
کاغذ 6،048 ton/year 1،411،200 دلار ($)
مقوا 4،428 ton/year 767،520 دلار ($)
پارچه 5/8،437 ton/year 1،687،400 دلار ($)
پلاستیک سخت 2،700 ton/year 8،640،00 دلار ($)
PET 1،701 ton/year 680،400 دلار ($)
پلاستیک نرم 5،130 ton/year 513،000 دلار ($)
مجموع درآمد مواد بازیافتی 31،744 ton/year 6،847،520 دلار ($)
مواد ریجکتی
RDF+کمپوست 32،400 ton/year
خاکستر احتراق 8،100 ton/year
خاکستر غبار 2،092 ton/year
مصرف برق داخلی سیستم
سیستم جدایش 4،000 MWe/year
سیستم احتراق 5،400 MWe/year
مقدار تولید برق و حرارت
تولید برق ناویژه 64،000 MWe/year
تولید برق ویژه 54،600 MWe/year
تولید حرارت 100،000 MWt/year

* مقدار gate fee را از معادل درآمد بازیافت به ازای تن زباله ورودی در نظر گرفته می­شود. که این مقدار برابر است با: 72/50

*قیمت زباله‌سوز : 61،000،000 دلار

 

 

  • جدول2. بررسی پارامتر کاهش گاز CO2 برای فناوری زباله‌سوز و فولاد سبز.

 

پارامتر مقدار ضریب تبدیل CO2 مقدار کاهش CO2
گاز صرفه جویی‌شده (مترمکعب) 8,052,632 1 m3 natural gas = 1,9 kg CO2 17,948,160
مواد فلزی (تن) 3،300 ton = 2300 kg CO2 7,590,000
کاغذ (تن) 6،048 ton = 795 kg CO2 4,808,160
مقوا (تن) 4،428 ton = 795 kg CO2 3,520,260
پارچه (تن) 5/8،437 ton = 529 kg CO2 4,463,173
پلاستیک سخت (تن) 2،700 ton = 2300 kg CO2 6,210,000
PET (تن) 1،701 ton = 2300 kg CO2 3,912,300
پلاستیک نرم (تن) 5،130 ton = 2300 kg CO2 11,799,000
مجموع (تن) 57,603

جدول3. نتایج مالی و اقتصادی طرح زباله­سوز در مجتمع فولاد خراسان.

نتایج مالی و اقتصادی طرح مقدار (میلیون دلار)
سرمایه­گذاری ثابت مورد نیاز طرح 60
درآمد سالانه از مواد باریافتی 7
درآمد سالانه از فروش برق 6
درآمد سالانه از انرژی حرارتی 5/0
هزینه های بهره برداری 5
ارزش افزوده ناخالص 5/8
دوره بازگشت سرمایه عادی 8 سال
دوره بازگشت سرمایه با احتساب عدم النفع 3 سال

مراجع

[1]        S. Kaza, L.C. Yao, P. Bhada-Tata, F. Van Woerden, What a Waste 2.0: A Global Snapshot of Solid Waste Management to 2050, What a Waste 2.0 A Glob. Snapshot Solid Waste Manag. to 2050. (2018). doi:10.1596/978-1-4648-1329-0.

[2]        F. Mayer, R. Bhandari, S. Gäth, Critical review on life cycle assessment of conventional and innovative waste-to-energy technologies, Sci. Total Environ. 672 (2019) 708–721. doi:10.1016/j.scitotenv.2019.03.449.

[3]        D.C. Wilson, L. Rodic, P. Modak, R. Soos, A. Carpintero, K. Velis, M. Iyer, O. Simonett, Global waste management outlook, United Nations Environment Programme (UNEP), 2015. doi:https://doi.org/10.18356/765baec0-en.

[2]Municipal Solid Waste

[3]  Waste-to-Energy

[4] Refuse Derived Fuel

Total 0 Votes
0

Tell us how can we improve this post?

+ = Verify Human or Spambot ?

دانشنامه , , ,
تغییر زبان