TECHNOLOGIA ECOTUBE

X Konferencja Techniczna, Warszawa, 6-7 listopada 2014 r.
Strona 1/23, ICS Sp. z o.o., 2014.11.06
TECHNOLOGIA ECOTUBE – SYSTEM OPTYMALIZACJI
PROCESU SPALANIA I REDUKCJI EMISJI ZWIĄZKÓW
TOKSYCZNYCH W UKŁADACH SPALANIA MAŁEJ I ŚREDNIEJ
MOCY
dr inż. Dariusz Szewczyk
([email protected])
dr inż. Jan Chmielewski
ICS Industrial Combustion Systems Sp. z o.o.
ul. Jana Ostroroga 17/1
60-349 Poznań
Polska
tel.: +48 618 652 022
kom.: +48 606 647 665
e-mail: [email protected]
www: www.icsco.eu
X Konferencja Techniczna, Warszawa, 6-7 listopada 2014 r.
Strona 2/23, ICS Sp. z o.o., 2014.11.06
Plan prezentacji
1. Wprowadzenie
2. Nowe limity emisyjne
3. Wybór właściwej technologii
4. Optymalizacja procesu spalania
5. Jedna technologia - dwie metody
6. Referencje
7. Podsumowanie
X Konferencja Techniczna, Warszawa, 6-7 listopada 2014 r.
Strona 3/23, ICS Sp. z o.o., 2014.11.06
Wprowadzenie (1/2)
Spółka ICS powstała w roku 2007 w Poznaniu i od początku misją Spółki
jest dostarczanie sprawdzonych, niezawodnych i innowacyjnych
rozwiązań dla klientów na terenie Europy w obszarze procesów spalania
(piece przemysłowe, kotły energetyczne, systemy spalania i dopalania
paliw niskokalorycznych).
• Kadra ICS to 14 osób (13 inżynierów, w tym 4 z tytułem doktora).
• Korzystamy z wysokiej jakości narzędzi projektowania jak: ANSYS
FLUENT, SolidWorks, Bentley AutoPIPE i AutoCAD.
• ICS oferuje: palniki HRS/HTB, implementacje technologii spalania
HiTAC, produkty oparte o technologię EcoTube® firmy Ecomb.
• Produkty ICS są rozwijane we własnych projektach R&D, posiadamy 3
patenty (4 zgłoszony), a 3 z nich to europejskie zgłoszenia patentowe.
• Produkty i usługi ICS znalazły kilkukrotnie uznanie miedzy innymi w:
SSAB, KGHM, ENERGA, TAURON czy Orion.
X Konferencja Techniczna, Warszawa, 6-7 listopada 2014 r.
Strona 4/23, ICS Sp. z o.o., 2014.11.06
Wprowadzenie (2/2)
Wprowadzenie limitów emisyjnych wynikających z dyrektywy IED (Industrial
Emission Directive), konkluzji BAT oraz w dalszej przyszłości
z projektu dyrektywy MCP (Medium Combustion Plant) wymusza podjęcie
już teraz kroków w celu modernizacji większości Obiektów Energetycznego
Spalania w Polsce.
Jednym z najlepszych rozwiązań jest zastosowanie technologii
EcoTube® Szwedzkiej Spółki ECOMB AB oferowanej przez Spółkę ICS.
Technologia ta, w odróżnieniu od wielu oferowanych na rynku technologii
łączy metody pierwotną oraz wtórną i pozwala zredukować emisję NOX
i CO, oraz zmniejszyć udziału tlenu w spalinach i poprawić efektywność
kotła, co przekłada się na zmniejszenie zużycia paliwa, a więc na
mniejszą emisję CO2, pyłu oraz na obniżenie kosztów eksploatacyjnych.
X Konferencja Techniczna, Warszawa, 6-7 listopada 2014 r.
Strona 5/23, ICS Sp. z o.o., 2014.11.06
Nowe limity emisyjne (1/3)
Obecne standardy emisyjne wg załącznika nr 2 i nr 3 z Rozporządzenia
Ministra Środowiska dla węgla:
Moc
Źródła oddane do użytkowania po
Źródła oddane przed dniem Źródła oddane do użytkowania po
Lp. cieplna
26 listopada 2002 r. i istotnie
9 marca 1990 r.
dniu 28 marca 1990 r.
źródła
zmienione po 27.11.2003r
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
1
MW
SO2
NO2
Pył
SO2
NO2
Pył
SO2
NO2
Pył
1300,
400,
2 5-50
1500
400
400
400
1300
100
2)
15002)
500
400
3 50-100
1500,
850
850
50
1004
1500
225
liniowy
600,
100 spadek od 500, 4002)
100, 50
linowy
5002)
200
200
30
850 do
225- spadek od
5
4001)
500
1500 do
4001)
emisyjny dwutlenku siarki ze źródeł o nominalnej mocy cieplnej nie mniejszej niż 400 MW wynosi 800 mg/Nm3 ,
przy zawartości 6 % tlenu w gazach odlotowych, jeżeli czas użytkowania źródeł w roku kalendarzowym (średnia krocząca z 5
lat) wynosi nie więcej niż:
1) 2000 godzin - do dnia 31 grudnia 2015 r.;
2) 1500 godzin - od dnia 1 stycznia 2016 r.
Do czasu pracy tych źródeł nie wlicza się okresów ich rozruchu i wyłączania.
2) Emisja dla węgla brunatnego
1) Standard
X Konferencja Techniczna, Warszawa, 6-7 listopada 2014 r.
Strona 6/23, ICS Sp. z o.o., 2014.11.06
Nowe limity emisyjne (2/3)
Limity z Dyrektywy IED (Industrial
obowiązywać od 1 stycznia 2016 roku.
Emission
Directive)
zaczną
Nowe limity emisyjne dla istniejących instalacji LCP
Lp.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Nominalna moc cieplna kotła
SO2
NO2
Pyły
CO
A
B
C
D
E
MW
mg/Nm3
Standardy emisyjne dla spalania węgla przy zawartości O2 = 6% w spalinach
50 – 100
400
300
30
100 – 300
250
200
25
> 300
200
200
20
Standardy emisyjne dla spalania biomasy przy zawartości O2 = 6% w spalinach
50 – 100
200
300
30
100 – 300
200
250
20
> 300
200
200
20
Standardy emisyjne dla spalania gazu ziemnego przy zawartości O2 = 3% w spalinach
> 50
35
100
5
100
X Konferencja Techniczna, Warszawa, 6-7 listopada 2014 r.
Strona 7/23, ICS Sp. z o.o., 2014.11.06
Nowe limity emisyjne (3/3)
Standardy emisji z: Konkluzji BAT od 2019 roku w zakresie spalania węgla.
Lp.
Istniejące instalacje
Moc
B
1
A
MW
2
-
NO2
3
<100
C
mg/Nm3
SO2
D
E
µg/Nm3
F
pyły
Hg
NO2
100-200
100-270 150-400 2-20
1-10
4
Istniejące oraz nowe instalacje
Nowe instalacje
100-300 100-180 80-200 2-20
G
mg/Nm3
H
I
µg/Nm3
J
SO2
Pyły
Hg
CO
150200
2-15
0,5-5
10100
100-150 80-150 2-10
K
L
M
3
mg/Nm
NH32) HCl
<5
HF
1-5 < 0,1-2
N
N2O3)
20150
Dyrektywy MCP (Medium Combustion Plant) od 1 stycznia 2025 roku (dla
kotłów o mocy od 5 do 50 MW) i od 2030 roku (dla mocy od 1 do 5 MW)
Lp.
A
1 Związek
2
3
SO2
NOX
4
Pył
B
Biomasa
200
650
30 (45 dla mocy
≤ 5 MWt)
C
Inne paliwa
stałe
400
650
30
D
E
F
G
Inne paliwa
Inne paliwa
Olej ciężki
Gaz ziemny
płynne
gazowe
350
170
35
650
200
200
250
30
30
-
-
X Konferencja Techniczna, Warszawa, 6-7 listopada 2014 r.
Strona 8/23, ICS Sp. z o.o., 2014.11.06
Wybór właściwej technologii (1/3)
Technologie redukcji tlenków azotu
No
Metody ograniczenia emisji NOX
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Ograniczenie mechanizmu
Osiągalny
Powstawania NOX
stopień redukcji
B
C
Metody pierwotne
Recyrkulacja spalin
Wtrysku wody lub pary
Spalanie szybko-płomienne
Zmiana paliwa
Regulacja palnika
Stratyfikacja powietrza
Podział paliwa
Palniki o niskiej emisji NOX
Spalanie objętościowe
Reburning
Termiczne
Termiczne
Termiczne
Paliwowe
Paliwowe, Termiczne
Paliwowe, Termiczne
Paliwowe, Termiczne
Paliwowe, Termiczne
Szybki, Paliwowe, Termiczne
Szybki, Paliwowe, Termiczne
10-20%
10%
20%
15-30%
10-20%
30-50%
15-30%
20-30%
Up to 50%
40-50%
Metody wtórne
Selektywna redukcja niekatalityczna (SNCR) Szybki, Paliwowe, Termiczne
Selektywna redukcja katalityczna (SCR)
Szybki, Paliwowe, Termiczne
30-75%
80-90%
X Konferencja Techniczna, Warszawa, 6-7 listopada 2014 r.
Strona 9/23, ICS Sp. z o.o., 2014.11.06
Wybór właściwej technologii (2/3)
Dopasowanie właściwej technologii dzięki:
• wizualizacji procesu spalania za pomocą
specjalnej kamery,
• obliczeniom numerycznym CFD przepływu
spalin i rozkładu temperatur.
Źródło:www.ecomb.se
X Konferencja Techniczna, Warszawa, 6-7 listopada 2014 r.
Strona 10/23, ICS Sp. z o.o., 2014.11.06
Wybór właściwej technologii (3/3)
Najczęstsze problemy spalania w kotle:
• Niewystarczające mieszanie paliwa z powietrzem
• Nierówny rozkład temperatur i prędkości
• Wysoka emisja NOX
• Lokalna duża emisja CO
• Występowanie w komorze spalania
kotła tzw. „zimnych stref” bez procesu
spalania
• Wysoka konsumpcja reagenta SNCR
• Wysoki udział NH3 w spalinach
(dla układów z SNCR)
Rozwiązaniem powyższych problemów
jest proponowana technologia EcoTube®.
Przed i
po optymalizacji
X Konferencja Techniczna, Warszawa, 6-7 listopada 2014 r.
Strona 11/23, ICS Sp. z o.o., 2014.11.06
Optymalizacja procesu spalania (1/2)
Technologia AirEcoTube
AirEcoTube opiera się na zastosowaniu specjalnych
rur perforowanych Ecotube® do wtrysku powietrza
z bardzo dużą prędkością wewnątrz komory spalania
kotła w celu optymalizacji procesu spalania.
Dzięki Technologii AirEcoTube uzyskujemy:
• Dwustrefowe spalanie w kotle (l<1 oraz l>1)
• Większą turbulencję
• Równomierny rozkład temperatur
• Spalanie objętościowe (Volumetric combustion)
• Redukcję NOX o 50%
• Redukcję CO poniżej 100 mg/Nm3
• Zmniejszenie udziału O2 do poziomu 2-3%
X Konferencja Techniczna, Warszawa, 6-7 listopada 2014 r.
Strona 12/23, ICS Sp. z o.o., 2014.11.06
Optymalizacja procesu spalania (2/2)
AirEcoTube – Optymalizacja procesu spalania
Poprawa procesu spalania w kotle opalanym biomasą (36 MWe).
X Konferencja Techniczna, Warszawa, 6-7 listopada 2014 r.
Strona 13/23, ICS Sp. z o.o., 2014.11.06
Jedna technologia – dwie metody (1/7)
Czym jest SNCR (Selective Non-Catalytic Reduction)
Tworzenie NO powyżej 1090oC:
Podstawowy model redukcji NO:
CO( NH 2 ) 2  H 2O  2 NH 3  CO2
4 NH 3  5O2  4 NO  6H 2O
100
20
90
18
80
16
70
14
60
12
50
10
40
8
30
6
20
4
Sprawność redukcji NOX
Unos NH3
10
0
750
800
850
2
0
900 950 1000 1050 1100 1150
Temperatura spalin [oC]
Unos NH3 [mg/Nm3]
Sprawność redukcji NOx [%]
4 NH 3  4 NO  O2  4 N 2  6H 2O
Wymagania dla SNCR:
•
•
•
•
•
•
Odpowiednia temperatura
Czas przebywania
Atomizacja reagenta
Wystarczająca turbulencja
Obecność tlenu
Odpowiedni stosunek NH3/NO
X Konferencja Techniczna, Warszawa, 6-7 listopada 2014 r.
Strona 14/23, ICS Sp. z o.o., 2014.11.06
Jedna technologia – dwie metody (2/7)
Technologia EcoTube System
EcoTube® System jest połączeniem produktu AirEcoTube z metodą
SNCR z opcją wprowadzenia recyrkulacji spalin lub wtrysku wody dzięki
czemu uzyskuje się z większą redukcję emisji NOX, CO, O2, oraz NH3.
A – instalacja EcoTube®,
B – kontrola procesu spalania,
C – wentylator powietrza,
D – system wody chłodzącej,
E – system dostarczania reagenta.
www.ecomb.se
X Konferencja Techniczna, Warszawa, 6-7 listopada 2014 r.
Strona 15/23, ICS Sp. z o.o., 2014.11.06
Jedna technologia – dwie metody (3/7)
Technologia EcoTube System
Reagent jest wtryskiwany przez kilkanaście osobnych dysz znajdujących się
w otworach lancy EcoTube.
Dzięki dużej prędkości strumieni powietrza uzyskujemy dobrą penetrację
komory spalania przez krople mocznika i poprawne mieszanie się reagenta
ze spalinami.
Kanały wtryskowe
reagenta
Chłodzenie wodne
Źródło:www.ecomb.se
Przekrój EcoTube
Panel dystrybucji reagenta
X Konferencja Techniczna, Warszawa, 6-7 listopada 2014 r.
Strona 16/23, ICS Sp. z o.o., 2014.11.06
Jedna technologia – dwie metody (4/7)
Technologia EcoTube System
Automatyczne wsuwanie rury EcoTube® do wnętrza kotła (Västervik 2014).
X Konferencja Techniczna, Warszawa, 6-7 listopada 2014 r.
Strona 17/23, ICS Sp. z o.o., 2014.11.06
Jedna technologia – dwie metody (5/7)
Technologia EcoTube System – Redukcja w CPCU we Francji
Lp.
1 Typ kotłów
2 Paliwo
A
B
C
2 x kotły rusztowe ze złożem fluidalnym
Węgiel
3 Moc kotła (w paliwie)
4
Parametry kotła
5 Rok modernizacji
Ilość zainstalowanych
6
EcoTubes
7 Produkcja pary
8 Sprawność kotła
9 Emisja NOX
10 O2(suche)
11 Emisja CO
12 Zużycie reagenta
www.ecomb.se
2 x 270 MWt
Przed modernizacją Z EcoTube System
2008-2009
-
2 na kocioł
340 t/h
380 mg/Nm3
3,0/6,5 %
< 100 mg/Nm3
550 l/h
340 t/h
+0,6 %
150 mg/Nm3
2,8/3,5 %
Niska
150 l/h
X Konferencja Techniczna, Warszawa, 6-7 listopada 2014 r.
Strona 18/23, ICS Sp. z o.o., 2014.11.06
Jedna technologia – dwie metody (6/7)
Technologia EcoTube System – Redukcja w CPCU we Francji
Przepływ mocznika
(42%) [l/h]
Emisja NOX [mg/Nm3]
NH3
[mg/Nm3]
Emisja NOX bez EcoTube i FGR
Gwarantowane zużycie mocznika (42%): 325 l/h
Standard 2013
Norma 2013
Emisja NOX dla
O2=6%
Zużycie mocznika (42%)
NH3 zawsze < 0.5 mg
Przepływ pary [t/h]
www.ecomb.se
X Konferencja Techniczna, Warszawa, 6-7 listopada 2014 r.
Strona 19/23, ICS Sp. z o.o., 2014.11.06
Jedna technologia – dwie metody (7/7)
Technologia EcoTube System - korzyści
Korzyści środowiskowe:
• Redukcja NOX ponad 40-70% do poziomu nawet 150 mg/Nm3
• Redukcja zużycia reagenta o ponad 60-75% do tradycyjnych systemów
SNCR
• Unos NH3 poniżej 5 mg/Nm3
• Emisja CO poniżej 100 mg/Nm3
• Redukcja O2 w spalinach do poziomu 2-3%
Korzyści finansowe:
• Wyższa sprawność kotła – niższe zużycie paliwa,
• Niższe zużycie energi na potrzeby własne for internal use,
• Lower corrosion risk,
• Longer operation time of the boiler between maintenance,
• Reduction of cost fore the emission.
X Konferencja Techniczna, Warszawa, 6-7 listopada 2014 r.
Strona 20/23, ICS Sp. z o.o., 2014.11.06
Referencje (1/2)
Firmy ECOMB i ICS zmodernizowały do tej pory ponad 60 obiektów energetycznego
spalania oraz pieców przemysłowych o różnym przedziale mocy od kilku MW do
kilkuset MW z czego 40 z wykorzystaniem EcoTube®.
Lp.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Kraj
Klient/lokalizacja
A
B
SZWECJA
Bäckhammars Bruk
SZWECJA
Bollmora WTE plant
SZWECJA Kristineheds WTE plant
SZWECJA Kristineheds WTE plant
SZWECJA
Karlskoga WTE plant
SZWECJA
Hallsta Paper Mill
SZWECJA Flintrännan District Heating
SZWECJA
Igelsta WTE plant
WIELKA
Coventry & Solihull WDC
BRYTANIA
WIELKA
Tyseley Waste Disposal Ltd
BRYTANIA
WIELKA
Coventry & Solihull WDC
BRYTANIA
WIELKA
Coventry & Solihull WDC
BRYTANIA
HOLANDIA
AVR, Rotterdam
WIELKA
Glanford Power Station
BRYTANIA
USA
Boralex Stratton Energy
Zaintalowano
Redukcja Redukcja Red.
Paliwo
Oddano
EcoTubes
NOX
CO
Popiołu
E
F
G
H
I
J
2
Biomasa
1995
50%
60
2
Odpady komunalne 1996
55%
2
Odpady komunalne 1998
60%
2
Odpady komunalne 1998
60%
2
Odpady komunalne 1999/2012 70%
30%
2
Biomasa
2000
55%
20%%
2
Biomasa
2001
25%
2
Odpady komunalne 2001
40%
-
Kotły
Moc
C
1
1
1
2
1
3
1
1
D
20 MWt
11 MWt
13 MWt
13 MWt
17 MWt
40 MWt
50 MWt
95 MWt
1
28 MWt
2
Odpady komunalne
2001
50%
-
-
1
56 MWt
2
Odpady komunalne
2002
45%
-
35%
2
28 MWt
2
Odpady komunalne
2003
50%
-
-
3
28 MWt
2
Odpady komunalne
2003
50%
-
-
2
40 MWt
2
Odpady komunalne
2003
30%
20%
-
1
15 MWe
2
Odpady komunalne
2004
20%
50%
-
1
50 MWe
4
Biomasa
2004
25%
90%
-
X Konferencja Techniczna, Warszawa, 6-7 listopada 2014 r.
Strona 21/23, ICS Sp. z o.o., 2014.11.06
Referencje (2/2)
Zaintalowa
Redukcja Redukcja Redukcja
-nych
Paliwo
Oddano
NOX
CO
Popiołu
EcoTubes
E
F
G
H
I
J
Odpady
komunalne
1
2005
50%
Odpady komunalne
2
2005
60%
10%
Odpady komunalne
2
2005
60%
10%
2
Biomasa
2005
25%
10%
4
Biomasa
2005
30%
Odpady z przemysłu
2
2005
40%
50%
drobiowego
4
Biomasa
2005
25%
4
Biomasa
2005
30%
1
Odpady komunalne
2006
60%
Odpady komunalne
0
2006
+Ścieki
0
Odpady komunalne
2007
40%
2
Węgiel
2008
70%
0
Odpady komunalne
2009
50%
2
Węgiel
2009
70%
0
Odpady komunalne
2009
50%
-
Kotły
Moc
C
1
1
2
1
1
D
11 MWt
32 MWt
32 MWt
20 MWe
36 MWe
1
13 MWe
1
1
1
36 MWe
36 MWe
11 MWt
Valezan
1
9 MWt
Montargis
CPCU
Besancon
CPCU
Pontmain
1
1
1
2
2
7 MWt
270MWt
8 MWt
270 MWt
8 MWt
Sidec Le Gol
1
200 MWt
2
32 FRANCJA
Grenoble
1
63 MWt
0
33 SZWECJA
34 FRANCJA
Västervik
Martinique
1
1
22 MWt
38 MWe
1
4
Lp.
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Kraj
Klient/lokalizacja
A
B
FRANCJA
Lons-Le-Saunier
FRANCJA
Econotre
FRANCJA
Econotre
USA
Boralex Chateaugay
USA
Ashland
WIELKA
Fibropower, Eye
BRYTANIA
USA
Boralex Livermore Falls
USA
Boralex Fort Fairfield
FRANCJA
Pontmain
25 FRANCJA
26
27
28
29
30
FRANCJA
FRANCJA
FRANCJA
FRANCJA
FRANCJA
Reunion
31
(Fr)
Węgiel
2011/2012
Biomasa
2012
+Węgiel
Biomasa
2013/2014
Biomasa +Węgiel
2015
50%
>60%
-
50%
-
-
35%
-
-
-
X Konferencja Techniczna, Warszawa, 6-7 listopada 2014 r.
Strona 22/23, ICS Sp. z o.o., 2014.11.06
Podsumowanie
• AirEcoTube w przemysłowych systemach spalania pozwala na
osiągnięte niskiej emisji związków toksycznych, takich jak NOX i CO
przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej efektywności procesów
termicznych.
• Technologia EcoTube System pozwala na zmniejszenie emisji tlenku
azotu do 70% w stosunku do wartości wyjściowej, przy małej ilości
emisji tlenku węgla i zwiększa wydajność kotła.
Zastosowanie
powyższych
technologii
spalania
w
nowych
i modernizowanych dużych i średnich obiektach energetycznego
spalania, pozwala osiągnąć poziomy emisji związków toksycznych niższe
niż od tych wynikających z IED i BAT.
Technologie EcoTube® można montować we wszystkich typach kotłów
oraz innych obiektach energetycznego spalania.
X Konferencja Techniczna, Warszawa, 6-7 listopada 2014 r.
Strona 23/23, ICS Sp. z o.o., 2014.11.06
Dziękuję za uwagę
ICS Industrial Combustion Systems Sp. z o.o.
ul. Jana Ostroroga 17/1
60-349 Poznań
Polska
tel.: +48 618 652 022
kom.: +48 606 647 665
e-mail: [email protected]
www: www.icsco.eu