Dr inż. Marian Mazur Akademia Górniczo Hutnicza mgr inż. Bogdan

Dr inż. Marian Mazur Akademia Górniczo Hutnicza mgr inż. Bogdan

Dr inż. Marian Mazur
Akademia Górniczo Hutnicza
mgr inż. Bogdan Żurek
Huta Katowice S.A w Dąbrowie Górniczej
Badania nad zastosowaniem kondycjonowania spalin do obniżenia emisji
pyłu z Huty Katowice S.A w Dąbrowie Górniczej
Celem badań była ocena zastosowania kondycjonowania spalin
trójtlenkiem siarki (SO3) dla ograniczania emisji pyłu z dwóch
największych źródeł: Spiekalni (4462 Mg pyłu – 31% emisji Huty
Katowice) i Elektrociepłowni (3364 Mg pyłu – 23%).
Spiekalnia wyposażona jest w trzy taśmy spiekające typu AKM
312; każda o powierzchni 312 m2. Zdolność produkcyjna spiekalni
wynosi 8,13 mln Mg spieku skipowego na rok. Spaliny z każdej taśmy
odpylane są w dwóch elektrofiltrach. Są to elektrofiltry suche,
poziome, czteropolowe typu 44/12/4x9/300. Moc znamionowa zespołu
zasilającego elektrofiltr wynosi 80 kVA przy maksymalnym prądzie
ulotu Imax. = 1000 mA. Elektrofiltry zostały zaprojektowane w
oparciu o licencję firmy Lirgi przez OPAM Katowice. Z jednej taśmy
odciąga się 1.800.000 m3/h spalin. Kondycjonowaniu poddano spaliny z
jednego
traktu
obejmujące
ok.
50%
całkowitej
ilości
spalin
pochodzących z jednej taśmy. Wybrana do badań taśma spiekająca
charakteryzowała się średnią w stosunku do pozostałych emisją pyłu.
Według danych z pomiarów, średnia emisja pyłu za elektrofiltrem nr 1
(na którym prowadzono badania) wynosiła 114 kg/h.
Zadaniem technologicznym elektrociepłowni jest produkcja pary
dla celów technologicznych i grzewczych. Para jest wytwarzana w
sześciu kotłach: pięć to kotły typu OPG-230 oraz jeden kocioł typu
OPG-430. Są to kotły o palenisku pyłowo-gazowym, w których spalany
jest miał węglowy, gaz wielkopiecowy oraz w niewielkich ilościach
gaz wysokokaloryczny (koksowniczy lub ziemny). Do celów pomocniczych
używany jest kocioł wodny typu WP-120, opalany pyłem węglowym.
Badania kondycjonowania spalin prowadzono na kotle typu OPG-230 nr
5. Wydajność maksymalna kotła – 230 Mg pary/h o parametrach:
t=450oC, p=100 bar. Spaliny z kotła odpylane są w odpylaczu
elektrostatycznym suchym poziomym typu HE 2x27 – 2x500/3x27x8,6/275.
2
Opis prowadzonych badań
Do kondycjonowania spalin wykorzystywano urządzenia firmy
Pentol-Wahlco. Układ pracował w oparciu o ciekły SO2. maksymalna
wydajność instalacji wynosiła:
-
Spiekalnia: 65 kg SO2/h
-
Elektrociepłownia: 35 kg SO2/h
Trójtlenek
siarki
wtryskiwano
do
kanału
spalinowego
przed
elektrofiltrem. Badania były prowadzone w okresie: grudzień 1991r. –
marzec 1992r. w kilkunastu cyklach pomiarowych. Realizowano je przy
różnych parametrach wsadowych procesu spiekania i warunkach opalania
kotła. Dodatek SO3 do spalin wynosił:
-
taśma spiekająca: 35, 40, 50, 55, 60 i 65 kg SO2/h
-
kocioł OPG-230: 7, 17, 20, 25, 32 kg SO2/h
W trakcie badań wykonywane były pomiary następujących parametrów:
mieszanka wsadowa (Spiekalnia): analiza frakcyjna, wilgotność,
skład chemiczny.
paliwo (Elektrociepłownia): wartość opałowa, zawartość popiołu
i siarki, wilgotność
spaliny: temperatura, gęstość, natężenie przepływu, stężenie
SO2, SO3, stężenie pyłu, analiza frakcyjna pyłu, analiza chemiczna
pyłu, oporność pyłu
-
odpylacz elektrostatyczny: parametry prądowo-napięciowe
Omówienie wyników badań
Badania rozpoczęto od Spiekalni w okresie występowania niskich
temperatur powietrza atmosferycznego (poniżej 0oC). Spowodowało to
potrzebę stosowania do spiekania mieszanki sezonowej o podwyższonej
zawartości wapnia wynoszącej ok. 23 kg/Mg spieku.
3
Dalsze badania realizowano w oparciu o surowce przygotowane z
mieszanek sezonowych o niższej zawartości wapnia, wynoszących od
16,1 do 17,1 kg/Mg spieku. Łączny czas pracy instalacji do
kondycjonowania
spalin
wynosił
663,5
godzin.
W
okresie
tym
przeprowadzono 83 pomiary jednostkowe emisji pyłu. Średnia emisja
pyłu, w trakcie całego cyklu kondycjonowania, wynosiła ok. 70 kg/h.
Analizując wyniki emisji pyłu, uzyskane w trakcie kondycjonowania
spalin, można wyróżnić dwa okresy pracy elektrofiltra. Pierwszy to
początek dawkowania trójtlenku siarki do spalin (dawka 35 kg SO2/h),
który charakteryzuje zwiększona emisja pyłu. Nastąpił proces, który
można nazwać „czyszczeniem elektrofiltra).
Drugi okres to obniżenie emisji pyłu, do ok. 70 kg/h. Właściwą
pracę elektrofiltra zaobserwowano w końcowym okresie kondycjonowania
– średnia emisja pyłu osiągnęła poziom 47 kg/h (Rys. 1).
Jak już powiedziano, kondycjonowanie spalin prowadzono przy
podawaniu do spalin różnych ilości trójtlenku siarki dla dwóch
różnych
mieszanek
sezonowanych.
Próba
skorelowania
wielkości
wprowadzanej do spalin dawki SO3 z wielkością emisji wykazała bardzo
mały współczynnik korelacji. Nie można jednoznacznie stwierdzić, że
w zakresie od 35 do 65 kf SO2/h dawka SO3 wpływa istotnie na wielkość
emisji pyłu. Z uwagi na małą ilość spiekalnego materiału,
przygotowanego w oparciu o mieszankę sezonowaną z podwyższoną
zawartością CaO, wykonano tylko dwie serie pomiarów przy dawce 35 i
65 kg SO2/h. Przy podawaniu SO3 do spalin w ilości 65 kg SO2/h
średnia emisja pyłu wynosiła 103 kg/h. Analogiczna dawka SO3 przy
serii pomiarów, gdy zawartość wapna w mieszance sezonowanej wynosiła
16,9 kg/Mg spieku, powodowała emisję pyłu na poziomie ok. 80 kg/h.
porównując średnie można stwierdzić istotne różnice. Świadczy to, że
zasadowość
mieszanki
sezonowej
wpływa
na
efektywność
pracy
elektrofiltra w trakcie kondycjonowania spalin.
Kolejnym problemem, który starano się wyjaśnić, to wpływ
kondycjonowania spalin na własności fizyczno-chemiczne emitowanego
pyłu. Przeprowadzone badania oporności właściwej pyłu wykazały
Ω
x
cm
bez
zmianę
oporności
właściwej
pyłu:
z
2,45x1011
10
kondycjonowania na 2,20x10 Ω x cm z kondycjonowaniem.
Analiza sedymentacyjna emitowanego pyłu (przy tym samym
składzie mieszanki spiekającej) wykazała, że kondycjonowanie spalin
powoduje wzrost najdrobniejszych frakcji pyłu (d < 10 µm), z 7 do
19% z równoczesnym zmniejszeniem się gęstości pyłu z wartości 3,094
g/cm3 do 2,504 g/cm3. Emitowany pył w trakcie prowadzenia badań
zmieniał swój skład chemiczny. Spowodowane to było stosowaniem
materiałów do sporządzania mieszanki wsadowej o różnym składzie
chemicznym oraz zależnością składu chemicznego emitowanego pyłu od
składu frakcyjnego.
4
Badanie wpływu kondycjonowania spalin trójtlenkiem siarki
prowadzono na kotle nr 5 typ OPG-230 w okresie 1992-02-12 do 199203-04. Łączny czas pracy instalacji wynosił 241,5h. Pomiary emisji
pyłu prowadzono przy dawkach SO3 od 7 do 32 kg SO2/h. W trakcie badań
kocioł opalany był mieszanką gazu wielkopiecowego i węgla. Produkcja
pary wynosiła od 6.3 do 56,2 kg/h przy wartości średniej 18,2 kg/h.
Pomiary poprzedzające dawkowanie SO3 do spalin przeprowadzono przy
opalaniu kotła zarówno samym węglem (07.02 i 14.02) jak i paliwem
mieszanym. Emisja pyłu wynosiła od 2,0 kg/h do 46,1 kg/h w przypadku
opalania kotła samym węglem i ok. 12 kg/h przy paliwie mieszanym.
Emisja pyłu z kotła nr 5 w 1991r. wynosiła ok. 97 kg/h, przy
średniej zawartości popiołu 16%. Odnosząc emisję pyłu z kotła przy
kondycjonowaniu spalin trójtlenkiem siarki do emisji 1991r. można
stwierdzić bardzo znaczące obniżenie emisji.
5
Rys. 1 Spiekalnia – emisja pyłu z
taśmy spiekającej (EF 1)
Rys. 1. Spiekalnia - emisja pyłu z tasmy spiekajacej (EF 1)
120
Emisja [kg/h]
100
80
114
60
40
47
20
0
bez kondyscjonowania
Z kondycjonowaniem
Rys. 2 Elektrociepłownia – emisja pyłu
z kotła nr 5 typu OPG 230
Rys. 2. Elektrociepłownia - emisja pyłu z kotła nr 5 typu OPG 230
100
Emisja [kg/h]
80
97
60
40
20
18
0
bez kondyscjonowania
Z kondycjonowaniem