Redukcja emisji rtęci ze spalin w zgodzie z jakością UPS prezentacja wyników projektu HYBREM Dominika Bandoła SBB ENERGY S.A.

Transkrypt

1 Redukcja emisji rtęci ze spalin w zgodzie z jakością UPS prezentacja wyników projektu HYBREM Dominika Bandoła SBB ENERGY S.A. XXV Międzynarodowa Konferencja POPIOŁY Z ENERGETYKI października 2018 r. Krynica Zdrój, Hotel Czarny Potok

2 Parowanie wody (ponowne uwalnianie rtęci) 2 Hg 0 Hg Hg p Rozpuszczanie w wodzie Rtęć = zagrożenie rtęć wpływa negatywnie na rozwój płodu zaburza pracę układu nerwowego, nerek oraz układu trawiennego według WHO rtęć jest jedną z 10 najbardziej toksycznych substancji bioakumulacja Połowy ryb (jeziora, oceny) kontakt człowieka z rtęcią poprzez konsumpcję ryb (owoców morza) Emisja rtęci (spalanie paliw kopalnych) Wiązanie (rozpuszczanie ) rtęci w wodzie Transformacja rtęci do związków przyswajalnych przez organizmy wodne

3 Główne źródła emisji rtęci w Polsce w 2015 roku Źródło: Główny Inspektorat Ochrony Środowiska, INSPEKCJA OCHRONY ŚRODOWISKA, Ocena zanieczyszczenia powietrza rtęcią na stacjach tła regionalnego w Polsce za 2016 rok

4 Kopalnia Kopalnia Średnia zawartość rtęci w polskich węglach Węgiel kamienny Węgiel brunatny Wesoła Murcki Wujek Anna All Coals Turów I Turów II Turów III Turów Jas-Mos Janina Bogdanka Halemba Średnia zawartość rtęci, µg/kg węgla Bechłchatów Lubstów Kazimierz Koźmin Adamów Średnia zawartość rtęci, µg/kg węgla

5 BREF = Best available technique Reference document Dwutlenek siarki (SO2) Tlenki azotu (NOx) Pył (PM) Chlorowodór (HCl) Rtęć (Hg) Fluorowodór (HF)

6 μg/nm Poziomy emisji powiązane z BAT LCP dla emisji rtęci do powietrza, pochodzącej ze spalania węgla kamiennego lub brunatnego <300 MWt 300 MWt <300 MWt Nowy obiekt Istniejący obiekt 300 MWt węgiel brunatny węgiel kamienny

7 Rtęć w procesie spalania węgla Reemisja Reakcja Grifin a < 677 o C Reakcja Deacon a > 677 o C Hg 0 Hg +2 Halogenki reagują z SO 2, blokując reakcję z Hg 2+ Fluorowce: Chlor Brom Jod Fluor > 927 o C tylko Hg 0 Hg 0 WĘGIEL EF IOS Zawartość Hg w paliwie: ~400 µg/kg (węgiel brunatny) Hg +2

8 Ograniczenie emisji rtęci - fakty Metody selektywnej redukcji NOx (SCR): katalizator promuje utlenianie rtęci elementarnej (Hg +2 : 70%) Elektrofiltr oraz filtry workowe pozwalają na wychwyt 99% rtęci zaadsorbowanej przez popiół Hg p Mokre odsiarczanie redukcja Hg +2 (60%) Obecność SO 2 oraz NO w spalinach prowadzi do spowolnienia reakcji utleniania rtęci elementarnej Hg 0 W zakresie 100 o C 300 o C reakcje heterogeniczne promują utlenianie Hg 0 oraz wpływają na proces adsorpcji Hg +2 przez popiół lotny Obecność chloru w węglu promuje utlenianie Hg 0 reakcje homogeniczne oraz heterogeniczne kontrolowane szybkością reakcji Przykładowy podział emitowanej rtęci w kotle pyłowym: 56% Hg 0, 34% Hg +2, 10% Hg p

9 Ograniczenie emisji rtęci - fakty Metody selektywnej redukcji NOx (SCR): katalizator promuje utlenianie rtęci elementarnej (Hg +2 : 70%) Elektrofiltr oraz filtry workowe pozwalają na wychwyt 99% rtęci zaadsorbowanej przez popiół Hg p Mokre odsiarczanie redukcja Hg +2 (60%) Obecność SO 2 oraz NO w spalinach prowadzi do spowolnienia reakcji utleniania rtęci elementarnej Hg 0 W zakresie 100 o C 300 o C reakcje heterogeniczne promują utlenianie Hg 0 oraz wpływają na proces adsorpcji Hg +2 przez popiół lotny Obecność chloru w węglu promuje utlenianie Hg 0 reakcje homogeniczne oraz heterogeniczne kontrolowane szybkością reakcji Przykładowy podział emitowanej rtęci w kotle pyłowym: 56% Hg 0, 34% Hg +2, 10% Hg p

10 Ograniczenie emisji rtęci - fakty Metody selektywnej redukcji NOx (SCR): katalizator promuje utlenianie rtęci elementarnej (Hg +2 : 70%) Elektrofiltr oraz filtry workowe pozwalają na wychwyt 99% rtęci zaadsorbowanej przez popiół Hg p Mokre odsiarczanie redukcja Hg +2 (60%) Obecność SO 2 oraz NO w spalinach prowadzi do spowolnienia reakcji utleniania rtęci elementarnej Hg 0 W zakresie 100 o C 300 o C reakcje heterogeniczne promują utlenianie Hg 0 oraz wpływają na proces adsorpcji Hg +2 przez popiół lotny Obecność chloru w węglu promuje utlenianie Hg 0 reakcje homogeniczne oraz heterogeniczne kontrolowane szybkością reakcji Przykładowy podział emitowanej rtęci w kotle pyłowym: 56% Hg 0, 34% Hg +2, 10% Hg p

11 Ograniczenie emisji rtęci - fakty Metody selektywnej redukcji NOx (SCR): katalizator promuje utlenianie rtęci elementarnej (Hg +2 : 70%) Elektrofiltr oraz filtry workowe pozwalają na wychwyt 99% rtęci zaadsorbowanej przez popiół Hg p Mokre odsiarczanie redukcja Hg +2 (60%) Obecność SO 2 oraz NO w spalinach prowadzi do spowolnienia reakcji utleniania rtęci elementarnej Hg 0 W zakresie 100 o C 300 o C reakcje heterogeniczne promują utlenianie Hg 0 oraz wpływają na proces adsorpcji Hg +2 przez popiół lotny Obecność chloru w węglu promuje utlenianie Hg 0 reakcje homogeniczne oraz heterogeniczne kontrolowane szybkością reakcji Przykładowy podział emitowanej rtęci w kotle pyłowym: 56% Hg 0, 34% Hg +2, 10% Hg p

12 IOS SCR Wtrysk sorbentów stałych: węgle aktywne (impregnowane), koks aktywny, zeolity, sorbenty do usuwania SO 3 - adsorpcja Hg 2+, Hg 0 Dodatkowy katalizator utlenianie Hg 0 Hg 2+ do 80%* Dodatki salmiaku węgiel brunatny (NH 4 Cl, HBr, HCl) Moduły polimerowe adsorpcja Hg 0, Hg 2+ EF Dodatki do paliw utlenianie Hg 0 Hg 2+ (sole Br, Cl, I) CaBr 2, NaBr *w odniesieniu do ładunku rtęci pochodzącego z paliwa, Wtrysk addytywów ciekłych (związki Cl) utlenianie Hg 0 Hg 2 Dodatki substancji strącających Hg 2+ zapobieganie reemisji

13 Projekt HYBREM: Układ chemisorpcji (2 instalacje pilotażowe) Układ wtrysku węgla aktywowanego i innych sorbentów stałych do spalin Dodatki do paliw Dodatki zapobiegające reemisji w IOS Układ hybrydowy

14 Ogólne informacje o projekcie Budżet Całkowity koszt projektu Dofinansowanie z NCBR: Konsorcjum Lider Konsorcjum Partner Konsorcjum Podwykonawca Projektu finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój

15 Dwie lokalizacje instalacji pilotażowych Elektrownia Pątnów II Elektrownia Bełchatów SBB ENERGY SA Opole

16 IOS SCR Spaliny oczyszczone Hg 0, Hg 2+ EF Żużel Hg <0,4% Adsorpcja Hg 2+ Hg (p) Popiół lotny Hg (p) 30-60%* * w odniesieniu do ładunku rtęci pochodzącego z paliwa, uzależnione od zawartości halogenków w paliwie Ścieki oczyszczone, osad ściekowy, gips absorpcja Hg %*

17 Węgiel aktywny Bulk Powdered Activated Carbon Activated Carbon Microscopic View Showing Pores Activated Carbon Mercury Adsorption

18 Elektrofiltr (EF) oraz filtr workowy (FW) Ilość dozowanego sorbentu, mg/m 3

19 Praca pilota w Elektrowni Pątnów II

20 Układ wtrysku węgla aktywowanego i innych sorbentów stałych do spalin Mobilny układ wtrysku węgla: Zabudowa kontenerowa, Wydajność kgpac/h, Zasięg 90 metrów, 4 6 punktów wtrysku, Obsługa worków typu big-bag (lub na stałe zabudowa z silosem)

21 WTRYSK WĘGLA AKTYWOWANEGO Ogólny schemat instalacji pilotażowej węgla aktywowanego

22 Układ wtrysku do podawania: - węgla aktywowanego - mieszanek - haloizytu - innych sorbentów

23 Analiza i dobór technologii wtrysku Lokalizacja, Dawki, Typu sorbentu: węgle aktywowane, sorbenty mineralne, hydrat, mieszanki sorbentów. WTRYSK WĘGLA AKTYWOWANEGO

24 Wtrysk węgla aktywnego 6 dysz

25 WYNIKI PILOTAŻY Modelowanie CFD wtrysk sorbentu Analiza CFD

26 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :59 stężenie w kominie µg/m^3 WYNIKI PILOTAŻY Wtrysk sorbentu 20 Przykładowy dzień testu tło Stała dawka A Optymalizacja dawki BAT 7µg Hgt_komin TŁO czas pomiaru

27 Instalacja pilotażowa do testów materiałów polimerowych Kolektory TEKRAN Wentylator Wylot Wlot Przepływ Nm 3 /h

28 Lokalizacja instalacji pilotażowych

29 Instalacje sterowane zdalnie i monitorowane w sposób ciągły

30 Metody oznaczania rtęci PN-EN AC metoda referencyjna do oznaczania rtęci ogólnej. Ciągły pomiar rtęci analizatorem TEKRAN.

31 Pomiar ciągły - instalacja zakończona w kwietniu 2018 Układ pomiarowy TEKRAN: - 2 sondy poboru spalin - układ przełączania in/out - pomiar Hg(t), Hg 0 i Hg punkty pomiaru O 2

32

33 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :00 czas pomiaru μg HgT/m^3 WYNIKI PILOTAŻY redukcja Hg Instalacja chemisorpcji 2 x 6 warstw adsorpcyjnych BAT 7µg Wlot Hg Wylot Hg

34 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :00 czas pomiaru μg HgT/m^3 Pomiar ciągły TEKRAN praca instalacji w okresie: PRACA NA 12 MODUŁACH, ciągły pomiar stężenia rtęci wraz z wynikami obliczeń dla 4 warstw GMCS BAT 7µg ylot Hg Wlot Hg OBLICZENIA

35 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :00 czas pomiaru μg HgT/m^3 Pomiar ciągły TEKRAN Wlot Hg praca instalacji w okresie: PRACA NA 12 MODUŁACH, ciągły pomiar stężenia rtęci wraz z wynikami obliczeń dla 4 warstw GMCS BAT 7µg Wylot Hg Symulacja redukcji na 4 warstwach

36 : : : : : : : : : : : : : : :00 czas pomiaru μg HgT/m^3 WYNIKI PILOTAŻY Instalacja chemisorpcji 1 x 4 warstwy adsorpcyjne BAT 7µg HgT wlot Wlot Hg Wylot Hg

37 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :00 czas pomiaru μg HgT/m^3 Pomiar ciągły TEKRAN praca 12. modułów Praca instalacji w okresie: HgT wlot HgT wylot Postój praca 4 warstw

38 Katalityczna konwersja SO 2 do SO 3 na modułach polimerowych Bezodpadowa, katalityczna konwersja SO 2, Wytwarzanie rozcieńczonego kwasu siarkowego, Wysoce hydrofobowa struktura polimeru wydala kwas na powierzchnie zewnętrzne, Ciągłe wykraplanie kwasu minimalizuje osiadanie cząsteczek starych i utrzymuje, powierzchnie modułów w czystości.

39 WYNIKI PILOTAŻY redukcja SO2 Instalacja chemisorpcji 2 x 6 warstw adsorpcyjnych mg/m^3 US Wlot SO BAT 130 mg Wylot SO2 0

40 Redukcja SO 2 SO 2 mg/nm 3, 6% O :00-19: :00-20: :50-11: :20-14:20 SO 2 mg/nm 3, 6% O :45-10: :50-11: :00-15: Liczba modułów Liczba modułów Efektywność redukcji emisji SO %

41 Modelowanie CFD instalacji pilotażowa Speed distribution in crosssection by a polymer module Flow speed, m/s Mercury [kg]

42 Układ hybrydowy współpraca różnych technologii: Redukcja OPEX dla układów wtryskowych, Redukcja CAPEX dla układu adsorbcji, Usprawnienie istniejącego układu redukcji Hg i SOx. Cel stosowania rozwiązania hybrydowego w perspektywie długoterminowej to uzyskanie technologii o zadowalającym poziomie efektywności środowiskowej oraz kosztowej.

43 Układ hybrydowy koncepcja pierwsza

44 Hybryda (symulacja) zł ,00 zł ,00 zł ,00 zł ,00 CAPEX +OPEX wtrysku przykładowych węgli vs GORE w okresie 15 lat zł ,00 zł ,00 zł ,00 złzł , złzł , węgiel A węgiel B węgiel C węgiel D Hybryda GORE typ Dozowana dawka [mg/nm3] węgiel A węgiel B węgiel C węgiel D Hybryda GORE Ilość PAC [kg/h] Cena za kg PAC Przykładowy blok, ilość spalin: 2 mln Nm3/h Ilość PAC kg/m-c Ilość PAC kg/rok Ilość PAC TON/rok koszt roczny A ,00 zł ,00 zł B ,00 zł ,00 zł C ,00 zł ,00 zł D ,00 zł ,00 zł Hybryda 200 okresowo 10,00 zł ,00 zł

45 Hybryda: - 3 warstwy - opcjonalny wtrysk emisja warstwa 3 BAT wtrysk PAC

46 Reemisja Hg IOS Dozowanie soli bromu Dozowanie dodatków strącających do IOS Dodatki do paliw utlenianie Hg 0 Hg 2+ (sole Br, Cl, I) CaBr 2, NaBr Dodatki substancji strącających Hg 2+ zapobieganie reemisji: TMT15, Na 2 S, NaHS. Utrzymywanie odpowiedniej wartość potencjału REDOX mv

47 Dodatki do IOS (re-emisja rtęci)

48 Podsumowanie Od roku 2016 SBB ENERGY SA analizuje aspekty związane z redukcją Hg, Posiadamy wiedzę popartą badaniami w zakresie redukcji emisji Hg i SOx ze spalin, Zdobyte doświadczenie pozwala dobrać odpowiednią technologię uwzględniając uwarunkowania techniczne i ekonomiczne przedsięwzięcia.

49 Dotychczasowe osiągnięcia SBB ENERGY S.A. laureatem Polskiej Nagrody Popiołowej FENIKS 2017 za projekt: Hybrydowe układy adsorpcyjne do redukcji emisji rtęci z zastosowaniem wysoko efektywnych komponentów polimerowych

50 Strona internetowa

51 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ Dominika Bandoła Krynica Zdrój, października 2018 r.