Untitled Document
Vervuiling op afvalverbrandings-
pijpen beperkt afgifte van energie
Energiebesparing/Cora van den Berg
Foto/Bram
Saeys
Het verbranden van afval verkleint niet alleen de
afvalberg, maar levert ook warmte en energie op. De afvalverbrandingsinstallaties
in Nederland wekken energie op waar een dikke 900.000 huishoudens
genoeg aan zouden hebben. Dit zou meer kunnen zijn, ware het niet
dat de pijpen in de installatie snel vuil worden, wat de warmteoverdracht
beperkt. Ovaalvormige pijpen kunnen al een hoop goed doen, zeker
als je ze versprongen en dichter naast elkaar opstelt, ontdekte
promovendus Marco van Beek.
"Ik ga nooit promoveren", had Marco van Beek zijn
hele leven geroepen. Tot hij na zijn afstuderen aan de faculteit
Werktuigbouwkunde een projectvoorstel van professor Anton van
Steenhoven onder z'n neus geschoven kreeg. Van Steenhoven had
al in een eerder stadium een onderzoeksvoorstel ingediend bij
TDO, het TU/e-centrum voor Technologie voor Duurzame Ontwikkeling.
Faculteiten kunnen hier financiële steun voor onderzoeksprojecten
krijgen. Het voorstel omtrent warmtewisselaars en effectiviteit
van energie, geïnitieerd vanuit de faculteiten Werktuigbouwkunde
en Scheikundige Technologie, was net gehonoreerd. "Toen Van
Steenhoven mij hiervoor vroeg, had ik dus een aardig dilemma",
vertelt Van Beek. "Maar het projectplan was klaar en zag
er aantrekkelijk uit. Ik zag in het onderzoek allerlei interessante
aspecten aan bod komen, met experimenten en modellen binnen een
aantal deelprojecten. En ik dacht: als ik het leuk vind, waarom
doe ik het dan niet gewoon?"
 Vuile laag
Uitgangspunt van het onderzoek was dat bij warmtewisselaars in
een gasvormige omgeving nogal wat problemen spelen. Bij de ventilatie
van een gebouw bijvoorbeeld gaat er warmte verloren. Het zelfde
geldt voor het terugwinnen van warmte uit afvalverbranding. Op
warmtewisselende oppervlakten van de buizen komt namelijk een
vuile laag te zitten, waardoor er minder warmtegeleiding en dus
minder warmte-uitwisseling is. Met de nodige consequenties voor
het milieu: er verdwijnt meer warmte de lucht in, waardoor er
uiteindelijk meer fossiele brandstof nodig is.
Tijdens het onderzoek bleek al snel dat het onmogelijk was een
complete inventarisatie van het probleem te maken, bijvoorbeeld
door het kwantificeren van het energieverlies over heel Nederland.
Daarom koos Van Beek voor een case-studie: afvalverbrandingsinstallaties
(avi's), ook vanuit TDO-perspectief een welkom onderzoeksgebied.
De warmte die vrijkomt bij het verbranden van afval wordt zoveel
mogelijk teruggewonnen om als verwarming te dienen, of om elektriciteit
mee op te wekken. In de avi's in Nederland wordt bij elkaar een
hoeveelheid energie opgewekt die gelijk is aan het energieverbruik
van ruim 900.000 huishoudens.
Een hardnekkig probleem bij de avi's is echter dat op de pijpen
in de afgassenketel een laag van onverbrande of gecondenseerde
deeltjes in de gasstroom wordt gevormd. Om het vastplakken van
de deeltjes op de buizen tegen te gaan, wordt er een paar keer
per dag met een hamertje op getikt. Maar de laag groeit toch gestaag
door. Na zo'n zestien dagen heeft de laag zijn volle dikte bereikt.
Uiteindelijk vermindert de laag op de pijpenbundel de warmteoverdracht
met zo'n 27 procent.
"Bij de avi's", zegt Van Beek, "wordt de vervuiling
op de buizen en de daarmee verloren energie vaak geaccepteerd
als een normaal bijverschijnsel. Zo'n avi krijgt betaald voor
de tonnen te verbranden afval, niet voor de hoeveelheid opgeleverde
energie. Als de buizen maar niet verstopt gaan zitten, is alles
best."
Sticking
Van Beek ging eens goed kijken naar het ontwerp van de bundel
buizen, dat zijn er zo'n zestig tot honderd bij elkaar. Wat is
het optimale ontwerp hiervan? De opstelling van de buizen bepaalt
namelijk hoe snel de vervuilingsdeeltjes op het oppervlak komen
èn hoe snel ze er weer vanaf gaan. Van Beek beperkte zich
tot de eerste fase: de depositie van de deeltjes op de pijp. Hoe
snel groeit zo'n laag? En hoe dik wordt 'ie eigenlijk? "Naar
het transport van deeltjes is al veel onderzoek gedaan. Maar over
het hechten van de deeltjes aan de pijp, het zogenoemde sticking
, is heel weinig bekend. Er bestonden wel een paar modellen op
andere toepassingsgebieden, maar er ontbrak een experimentele
verificatie."
De meeste deeltjes botsen trouwens niet op de pijp, maar op de
laag deeltjes die er al aan vastgeplakt zit. Het is dus alsof
ieder deeltje op een groter deeltje botst. "De vraag is dan
alleen wat de massa is van dit grotere deeltje", legt Van
Beek uit. "Welke factor ten opzichte van het kleine deeltje
heeft het? Ik heb hiervoor een proefopstelling gemaakt waarin
deeltjes botsen op verschillende oppervlakten. Hieruit kon ik
een depositiemodel ontwikkelen om bij verschillende pijpen te
berekenen hoe snel de deeltjes blijven plakken."
Het probleem van sticking was hiermee experimenteel uitgediept.
De volgende stap was om uit te zoeken hoe de pijpenbundel het
beste opgesteld kan worden om zo min mogelijk sticking te krijgen.
"Ik heb daarvoor ontwerpsimulaties uitgevoerd", vertelt
Van Beek. "De pijpen staan in de praktijk vaak netjes achter
elkaar. Het bleek al snel dat ze beter meer versprongen kunnen
staan. Weliswaar bereiken zo meer deeltjes de pijpen, maar met
een hogere snelheid, zodat ze minder makkelijk vastplakken. Mijn
stickingmodel is hier dus belangrijk voor geweest, anders was
ik dit nooit te weten gekomen. Verder bleek dat het gunstig is
om de pijpen zo dicht mogelijk bij elkaar te zetten, dan gaat
de snelheid van de deeltjes ook omhoog. Ovaalvormige pijpen pakken
daarbij goed uit, omdat je die dichter bij elkaar kan zetten.
Bij zo'n optimale opstelling is de snelheid waarmee de deeltjes
aan de pijp plakken met 75 procent verminderd. Het verlies van
warmteoverdracht, oorspronkelijk 27 procent, wordt dan teruggebracht
tot 8 procent. Ik heb deze opstellingen van de pijpenbundels overigens
niet uitgeprobeerd. Dat moet in een vervolgonderzoek gebeuren."
Onderbouwing
Van Beek is bescheiden over de uitkomsten van zijn onderzoek.
"Ik zou ze niet wereldschokkend willen noemen. Maar ze geven
wel een betere onderbouwing voor mensen die bij het ontwerp van
pijpenbundels betrokken zijn. Je hoopt natuurlijk altijd dat zo'n
onderzoek iets kan betekenen voor de praktijk, dat de wereld er
iets aan heeft. Ik heb mijn proefschrift verspreid en informatie
opgestuurd aan mensen die ermee te maken hebben. Al eerder heb
ik een presentatie gegeven voor alle bedrijfsleiders van de avi's
in Nederland. Dan merk je wel direct dat er een spanningsveld
bestaat tussen het bedrijfsleven en onderzoekers. Een manager
zegt: 'Ik heb nu een probleem en wil dat morgen opgelost zien'.
Bij wetenschap geldt een andere tijdschaal. Een wetenschappelijk
onderzoek lost meestal het actuele probleem niet direct op. Daar
heeft de bedrijfsleider dan vaak geen geld voor over."
Van Beek heeft tijdens het onderzoek ook contact gehad met ontwerpers
van de avi's, over hoe zij het probleem zien en wat ze er zelf
aan doen. "Ze vonden het interessant dat ik met het onderzoek
bezig was. Maar ze hingen niet aan de telefoon om zo snel mogelijk
de uitkomsten te horen. Daar voel ik me ook niet verantwoordelijk
voor."
Het onderwerp heeft inmiddels al een nieuw kader gevonden, namelijk
vergassingsinstallaties. Ook bij het koelen van hete stookgassen
speelt de vervuiling een grote rol. "Mijn onderzoek zou in
dit gebied ook van nut kunnen zijn", zegt Van Beek. "Een
nieuw TDO-project, het vervolg op mijn project, schuift ook richting
vergasser-technologie."
EPON
Zelf heeft Van Beek de universiteit inmiddels verruild voor een
baan bij EPON, elektriciteitsproducent Oost-Nederland. "Ik
ben nu adviseur voor gasturbines, vliegtuigmotoren die gebruikt
worden om machines aan te drijven", vertelt hij. "Het
is iets heel anders, maar ik ben nog wel met vervuiling bezig.
Er is ook onderzoek te doen in m'n huidige baan, trouble shooting
op de centrales, noem maar op. Het is heel dynamisch. Eigenlijk
ben ik niet zo'n rasonderzoeker. Het promotie-onderzoek was voor
mij echt doorbijten. Ik heb er veel van geleerd, vooral doortastendheid
tot je echt het resultaat hebt waar het om ging. Maar voorlopig
kom ik niet meer terug bij de universiteit. Hoewel, zeg nooit
nooit." /.
|
