pentomag 2000/2015/5500kw - zaawansowana magnezowa

pentomag 2000/2015/5500kw - zaawansowana magnezowa

PENTOL - ENVIRO POLSKA Sp. z o.o.
Osiedle Piastów 21B, 31-624 Kraków
Tel. +48 12 686 36 86, fax +48 12 686 11 01
www.pentol.pl, e-mail: [email protected]
PENTOMAG 2000/2015/5500KW
Zaawansowana magnezowa technologia uzdatniania ciężkich paliw olejowych
Wstęp
Zmikronizowany tlenek magnezu i inne korzystnie oddziałujące tlenki obecne w PentoMagu
2000 bądź 5500KW reagują ze składnikami popiołu o niskiej temperaturze topnienia
zapobiegając korozji i gromadzeniu się lepkich, twardych osadów.
W przypadku PentoMagu 2015 działanie to poprawia katalizator powodujący lepsze spalanie,
dzięki czemu możliwa jest redukcja nadmiaru powietrza sprzyjająca powstawaniu mniej
utlenionych odmian wanadu o mniejszej korozyjności i wyższej temperaturze topnienia. Ilość
niespalonego węgla, który osadza się na zimnym końcu kotła również zostaje zmniejszona.
Pozostały tlenek magnezu chroni przed korozją w niskiej temperaturze zobojętniając kwas
siarkowy.
Komora paleniskowa
Tlenek magnezu tworzy z wanadem związki o wysokiej temperaturze topnienia, które osadzają
się cienką pylistą warstwą na ścianach ekranowych, chroniąc je przed korozją i zapobiegając
katalitycznej konwersji SO2 do SO3. Warstwa ta, łatwa do usunięcia poprzez zwyczajne ręczne
szczotkowanie, ma białawą barwę która zmniejsza przekazywanie ciepła promieniowania
poprzez odbicie - “efekt bieli”, zwiększając temperaturę spalin i wskutek tego temperaturę
paleniska. Z tego względu zmniejszy się ilość niespalonego węgla, jak również nadmiar
powietrza, co wpłynie również korzystnie na powstawanie mniejszej ilości SO3, i ograniczy
powstawanie magnetytu na ściankach wewnętrznych.
Ilość niespalonego węgla, jak również nadmiar powietrza do spalania, ulegną dalszemu
zmniejszeniu przy zastosowaniu PentoMagu 2015 (efekt synergiczny z katalizatorem).
Zwiększy się również temperatura pary przegrzanej, co jest bardzo korzystne przy niskim
obciążeniu (w przypadku recyrkulacji spalin będzie można ją wyłączyć oszczędzając energię). W
przypadkach gdy zwiększenie się temperatury spalin stanowi problem, dawkowanie magnezu
zostaje podzielone na dwa etapy wtryskiwania - do paliwa i przed podgrzewaczem powietrza.
Ilość podawanego dodatku oraz podział dawki ustala się na podstawie rozkładu temperatur
podczas pracy kotła, a jedynie w przypadku braku kontroli nad rozkładem temperatury całość
dawki podaje się specjalnie skonstruowanymi dyszami do górnej części komory paleniskowej
powyżej palników.
Oprócz tego w przypadku PentoMagu 2015 efekt bieli jest kontrolowany przez powstawanie
czarnych tlenków manganu i żelaza.
2
Obszar przegrzewacza pierwotnego i wtórnego
Związanie się tlenku magnezu i innych tlenków z wanadem i sodem zwiększa temperaturę
topnienia, zamieniając twardy lepki osad w niekorozyjny swobodnie przemieszczający się
proszek. Nie można wyeliminować zdmuchiwania sadzy, ale oczyszczanie powierzchni wymiany
ciepła staje się znacznie bardziej wydajne.
Optymalna dawka pozwalająca na kontrolowanie całej strefy wysokich temperatur to 0,5 ppm
magnezu na jeden ppm wanadu, tj. 0,8 ppm MgO na jeden ppm V. Powstaje wtedy mieszanina
o stosunku MgO : V2O5 ≥ 3 w solach złożonych, której temperatura topnienia osiąga 1.1800C.
Ta mieszanina zapobiega również katalizie SO2 do SO3, z której pochodzi ok. 50% powstałego
SO3.
Strefa konwekcyjna
Działanie magnezu trwa w tym obszarze zapobiegając korozji kwasowej przy postoju kotła.
Zmniejsza się również zawartość SO3 w spalinach poprzez adsorpcję powierzchniową.
Łącznie ilość SO3 na wylocie z podgrzewacza wody zmniejsza się o około 60%.
Recyrkulacja spalin
Ze względu na zmianę proporcji wymiany ciepła przez promieniowanie i konwekcję wywołaną
przez „efekt bieli”, recyrkulacja gazów (w kotłach wyposażonych w odpowiednie urządzenia)
może zostać ograniczona bądź ostatecznie wyłączona powodując oszczędności energii.
Podgrzewacz powietrza
MgO i inne tlenki reagują z kwasem siarkowym tworząc znacznie mniej korozyjne sole kwaśne
lub sole obojętne w zależności od pH popiołów za podgrzewaczem powietrza tj., w zależności od
dawki.
Optymalnym kompromisem pomiędzy zapobieganiem korozji a kosztami jest doprowadzenie pH
popiołów (roztwór 1%) za podgrzewaczem powietrza do poziomu ok. 4,5, który oznacza brak
wolnej kwasowości mineralnej i intensywność korozji mniejszą niż pięć procent rocznie. Popiół
jest suchy, co wraz ze zmniejszeniem ilości niespalonego węgla umożliwia działanie przez
ponad rok bez zmniejszania obciążeń i konieczności oczyszczania podgrzewacza. Utrzymanie
pH popiołów na poziomie ≥ 4,5 w całym kotle i kominie zapobiegnie korozji obudowy, korozji
postojowej i opadom kwaśnych deszczów, chroniąc również środowisko ze względu na
całkowite zobojętnienie kwasu siarkowego i redukcję emisji zanieczyszczeń stałych, co objawia
się zwiększoną przejrzystością i poprawieniem wyglądu słupa dymu.
W tym momencie możliwe jest zredukowanie temperatury gazów spalinowych do minimalnej
wartości poprzez zamknięcie dopływu pary do parowego podgrzewacza powietrza ponieważ
stężony kwas siarkowy jest całkowicie zobojętniony. Konieczne jest wtedy nieznaczne
zwiększenie dawki magnezu aby utrzymać pH na poziomie 4,5. Najpewniejsze jest zatem
utrzymanie ΔpH pomiędzy pH natychmiastowym i pH po jednej godzinie rozpuszczania
(ponieważ MgO wolno się rozpuszcza), tj. zapewnienie zapasu MgO, który wysusza popiół.
Elektrofiltr
W przypadku kotłów wyposażonych w elektrofiltr, jego wydajność i działanie również ulegną
poprawie ze względu na zmianę rezystywności i wielkości cząstek popiołu, jak również z
powodu braku kwasu siarkowego pochodzącego z wtórnej kondensacji.
Ochrona środowiska
Zastosowanie technologii Pentomag, zmniejszając ilość niespalonego węgla i ograniczając
powstawanie SO3, zobojętnianego następnie do siarczanu magnezu, chroni środowisko
zmniejszając emisję pyłów i mgły kwasu siarkowego, co objawia się czystym słupem dymu.
Oszczędność energii
Zastosowanie Pentomagu pociąga za sobą wiele korzyści ekonomicznych, mianowicie:
•
•
•
•
•
•
•
3
spalania,
zmniejszenie nadmiaru powietrza do
lepsze dopalanie części palnych,
ograniczenie recyrkulacji spalin,
ograniczenie wyłączeń i czyszczeń kotła,
ograniczenie wyłączeń i zatykania elektrofiltra,
wydłużenie czasu żywotności kotła,
zmniejszenie temperatury spalin w kominie.
Warto zaznaczyć, że każde 20°C obniżenia temperatury spalin powoduje wzrost sprawności o
około 1%.
Dawkowanie Pentomagu
Zwiększenie temperatury topnienia soli złożonych wanadu do poziomu powyżej 1.1000C
wymaga 0,8 ppm MgO na jeden ppm zawartości wanadu w paliwie olejowym (stosunek 0,5
Mg :1 V).
Ilość MgO wymagana do zobojętnienia kwasu siarkowego jest zależna od zawartości SO3.
Powstawanie SO3 jest ściśle zależne od nadmiaru powietrza i zawartości siarki.
Stopień konwersji SO2 w SO3 wynosi w przybliżeniu 1% w obecności 1% O2 i zwiększa się o
około 0,6% na każdy 1 % O2 z nadmiaru powietrza, aż do wartości 4 % przy której przestaje
rosnąć.
Jeśli chodzi o związek z zawartością siarki, stopień konwersji rośnie o około 33% na każdy 1 %
wzrost zawartości siarki w paliwie.
1% siarki przekształca się w 2% SO2 (stosunek masy cząsteczkowej), które z kolei przekształca
się w 0.025 % SO3 (stosunek masy cząsteczkowej przy przemianie 1%) tj. 250 g SO3 na tonę
paliwa olejowego (250ppm).
Całkowite zobojętnienie 250 ppm SO3 wymaga 125 ppm MgO (stosunek masy cząsteczkowej
dla zobojętnienia).
Zazwyczaj MgO zapobiega katalitycznemu powstawaniu SO3, zatem rzeczywiste
zapotrzebowanie na MgO będzie wynosić około 62,5 ppm przy 1% zawartości siarki w paliwie i
1% O2 z nadmiaru powietrza. Dla innych wartości zawartości siarki w paliwie olejowym i/lub
nadmiaru powietrza dawkowanie należy dostosować do wymienionych wyżej uwarunkowań
według następującego wykresu.
Efektywna dawka PentoMagu będzie więc równa zawartości wanadu w ppm pomnożonemu
przez 0,8 powiększonej o wartość ppm obliczoną według poniższego wykresu. Ta całkowita
wartość będzie równoważna ilości cm3 na tonę paliwa olejowego ponieważ 1 dm3 PentoMagu
zawiera 1 kg MgO.
Ostateczne zapotrzebowanie na MgO będzie zależne od pH popiołów za podgrzewacza
powietrza tj. po zużyciu części MgO podczas reakcji zobojętniania wanadu i siarki, jak
wspomniano wyżej.
4
ppm MgO (=
500
cm3
PentoMagu na tonę paliwa)
400
4% O2
300
3% O2
200
2% O2
1% O2
100
0
0
1
2
3
4
5
6
% S w paliwie
Wykres służący do teoretycznego oszacowania dawki Pentomagu w celu zapobieżenia korozji
kwasowej.
Rozpoczęcie uzdatniania i okresowa praca kotłów
Z powodów wymienionych powyżej, dawka przy rozpoczęciu uzdatniania po raz pierwszy bądź
po przeglądzie musi wynosić 1,000 ppm MgO, by szybko powstrzymać zarówno powstawanie
osadów, jak i korozję kwasową.
Takie dawkowanie należy utrzymać aż do osiągnięcia pH >> 7,0 a następnie jeszcze przez
jeden dzień. Potem może nastąpić stopniowe zmniejszenie, tj. najpierw do 500 ppm aż do
momentu kiedy pH ustabilizuje się, następnie po 100 ppm aż do momentu kiedy pH
ustabilizuje się na poziomie około 4,5 przy ΔpH wynoszącym 1 jednostkę na 1 godzinę.
Od tego momentu dawkowanie powinno być stałe bez względu na obciążenie kotła,
parametrem zmian powinno być jedynie pH popiołów.
Istotne jest utrzymanie ΔpH w kotłach które działają okresowo, by zobojętnić kwas siarkowy
który ulegnie kondensacji podczas postoju