Techniki oczyszczania spalin

Wydział Mechaniczno-Energetyczny
Maria Mazur
Wrocław 2010
TECHNIKI OCZYSZCZANIA
SPALIN
1
Konspekt wykładu
1. PROCESY ENERGETYCZNEGO SPALANIA PALIW JAKO ŹRÓDŁO EMISJI PYŁÓW I
GAZÓW DO POWIETRZA ATMOSFERYCZNEGO: struktura zuŜycia nośników energii
pierwotnej i emisja zanieczyszczeń z terenu Polski, destrukcyjne oddziaływanie energetyki na
środowisko, szacowanie unosu pyłu, SO2, NOx i CO2 w spalinach kotłowych
2. ODPYLANIE SPALIN
2.1. POJĘCIA PODSTAWOWE: gaz zapylony, stęŜenie pyłu w gazie, skład ziarnowy pyłu,
systematyka odpylaczy, całkowita i przedziałowa skuteczność odpylania, odpylanie
wielostopniowe, koszty odpylania
2.2. ODPYLACZE MECHANICZNE
2.2.1. Odpylacze grawitacyjne (komory osadcze): zasada działania, rozwiązania
konstrukcyjne, charakterystyka eksploatacyjna
2.2.2. Koncentratory inercyjne: zasada działania, rozwiązania konstrukcyjne,
charakterystyka eksploatacyjna
2.2.3. Cyklony: zasada działania, czynniki decydujące o skuteczności odpylania (siła
odśrodkowa, czas przebywania gazu w komorze roboczej, wyprowadzenie gazu
odpylonego, szczelność zamknięcia pyłowego), rozwiązania konstrukcyjne cyklonów
bateryjnych i multicyklonów, charakterystyka eksploatacyjna
2
Konspekt wykładu
2.2.4. Koncentratory odśrodkowe: zasada działania, rozwiązania konstrukcyjne,
charakterystyka eksploatacyjna
2.2.5. PrzeciwbieŜny odpylacz cyklonowy: budowa i zasada działania, rola gazu
pomocniczego, recyrkulacja, zdolności separacyjne, charakterystyka eksploatacyjna
2.3. ODPYLACZE FILTRACYJNE – FILTRY WORKOWE: proces filtracji, zasada budowy i
działania, zdolności separacyjne filtra workowego, własności struktur filtracyjnych, zasady
doboru powierzchni filtracyjnej, metody regeneracji struktur filtracyjnych, filtry pulsacyjne,
diagnozowanie i problemy eksploatacyjne, zalety, wady i zakres stosowania
2.4. ODPYLACZE ELEKTROSTATYCZNE – ELEKTROFILTRY: podstawowe zespoły
elektrofiltru, proces elektrostatycznego odpylania gazów (ulot ujemnej biegunowości,
jonizacja gazu, ładowanie ziaren pyłu, osadzanie ziaren pyłu na elektrodzie zbiorczej),
systematyka elektrofiltrów (elektrofiltry wielostrefowe i wielosekcyjne), rozwiązania
konstrukcyjne (komora robocza, elektrody emisyjne i elektrody osadcze, systemy
strzepywania elektrod, zespoły zasilania elektrofiltrów i ich funkcje, układy odprowadzania
wytrąconego pyłu, problemy eksploatacyjne (właściwości gazu, stęŜenie pyłu, rezystywność
pyłu i metody jej obniŜania), metody podwyŜszania skuteczności odpylania, zalety, wady i
zakres stosowania
3
Konspekt wykładu
3. ODSIARCZANIE SPALIN
3.1. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA PROCESU, SYSTEMATYKA METOD: technologie odpadowe,
bezodpadowe, regeneracyjne, proces suchy, półsuchy i mokry
3.2. METODA SUCHA: schemat instalacji, reakcje procesowe, rodzaj sorbentu i typ paleniska a
skuteczność odsiarczania
3.3. METODA SUCHA Z NAWILśANIEM (HYBRYDOWA): schemat instalacji, reakcje procesowe,
porównanie kosztów i skuteczności odpylania dla róŜnych wariantów metody hybrydowej
3.4. METODA PÓŁSUCHA: schemat instalacji, reakcje procesowe
3.5. METODA MOKRA: schemat instalacji, reakcje procesowe, aspekty ekologiczne odsiarczania
spalin metodą mokrą wapienną
4. ODAZOTOWANIE SPALIN: pochodzenie tlenków azotu w spalinach (tlenki termiczne, tlenki
paliwowe), systematyka metod (organizacja procesu spalania, konwersja tlenków azotu do
dwutlenku azotu w palenisku i poza nim), techniki ograniczania emisji tlenków azotu (zmniejszenie
nadmiaru powietrza, recyrkulacja spalin, stopniowanie powietrza, reburning, SNCR, SCR), analiza
porównawcza róŜnych metod, koszty odazotowania
5. SEKWESTRACJA DWUTLENKU WĘGLA: etapy sekwestracji, separacja CO2 ze strumienia
spalin, trwałe zdeponowanie lub unieszkodliwienie CO2 (deponowanie w morzach i oceanach,
mineralizacja CO2, sekwestracja geologiczna ), monitoring – minimalizacja ryzyka sekwestracji
geologicznej
4
1. PROCESY ENERGETYCZNEGO
SPALANIA PALIW JAKO ŹRÓDŁO EMISJI
PYŁÓW I GAZÓW DO ATMOSFERY
1.1. Struktura zuŜycia nośników energii pierwotnej w Polsce
1.2. Destrukcyjne oddziaływanie procesów energetycznego
spalania paliw na środowisko
1.3. Poziom emisji zanieczyszczeń z terenu Polski (w mln Mg/rok)
1.4. Struktura emisji SO2 i NOx z terenu Polski
1.5. Szacowanie unosu pyłu i SO2
1.6. Wskaźniki unosu NOx oraz CO2
5
1.1. Struktura zuŜycia nośników energii
pierwotnej w Polsce (2007 rok)
ZuŜycie ogółem
ZuŜycie do produkcji energii elektrycznej
5%
13%
23%
60%
96%
WĘGIEL ROPA NAFTOWA GAZ HYDROENERGIA INNE ODNAWIALNE
6
1.2. Destrukcyjne oddziaływanie procesów
energetycznego spalania paliw na
środowisko
depozycja zanieczyszczeń pyłowych (popiół lotny) i gazowych
(SO2, NOx, CO2) w atmosferze,
UNOS
TECHNOLOGIE
REDUKCJI
ZANIECZYSZCZEŃ
EMISJA
depozycja odpadu paleniskowego (popiół, ŜuŜel) i nadkładu (górnictwo
odkrywkowe) w litosferze,
degradacja jakości wód powierzchniowych (wprowadzanie zasolonych wód
kopalnianych),
obniŜanie poziomu wód gruntowych (wydobywanie węgla).
7
1.3. Poziom emisji zanieczyszczeń z terenu
Polski (w mln Mg/rok)
4
400
3
300
2
200
pył
CO2
SO2
1
100
NOx
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
0
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
0
8
1.4. Struktura emisji SO2 i NOX z terenu
Polski
1990 rok
inne
procesy
2007 rok
SO2
inne
procesy
energetyka
64,5 %
energetyka
66,8 %
transport
transport
inne
procesy
inne
procesy
transport
37,5 %
NO2
energetyka
39,1 %
SO2
transport
39,4 %
NO2
energetyka
39,5 %
9
1.5. Szacowanie unosu pyłu i SO2
Strumień masy popiołu lotnego unoszonego w spalinach
paliwa płynne - 0,4 - 0,5 kg/t paliwa
paliwa gazowe ~ 7 kg/106m3u paliwa
paliwa stałe U = 0,01 B Ar au, kg/s
gdzie: B – zuŜycie paliwa, kg/s
Ar - zawartość popiołu w paliwie,%
au - współczynnik unosu popiołu (au = 0,05 – 0,80
Strumień masy SO2 unoszonego w spalinach
U = 0,02 k B Sr ,kg/s
gdzie: B – zuŜycie paliwa, kg/s
Sr - zawartość siarki w paliwie w stanie roboczym,%
k = 0,80 dla palenisk rusztowych
k = 0,95 dla palenisk pyłowych
k = 1,00 dla palenisk na paliwa płynne i gazowe
10
1.6. Wskaźniki unosu NOx oraz CO2
Unos NOx w mg/ MJ
gaz
ziemny
olej
opałowy
węgiel
odpady
drewna
turbina gazowa
300
siłownia kondensacyjna
260
Unos CO2 w kg/kWh
ciepłownia
50 - 100
Węgiel brunatny
0,40
mały kocioł
30 - 50
Węgiel kamienny
0,35
mały kocioł
50 - 70
Olej opałowy cięŜki
0,30
Olej opałowy lekki
0,26
Gaz ziemny
0,20
palniki wirowe
450
palniki niskoemisyjne
140
pal. niskoem.+ reduk. katalit.
60
spalanie w warstwie fluidalnej
115
spalanie na ruszcie
150
ruszt
80 - 100
11