3. ODSIARCZANIE SPALIN

Transkrypt

1 3. ODSIARCZANIE SPALIN 3.1. Ogólna charakterystyka procesu, systematyka metod 3.2. Metoda sucha 3.3. Metoda hybrydowa sucha z nawilŝaniem 3.4. Metoda półsucha 3.5. Metoda mokra 3.6. Analiza porównawcza 1

2 3.1. Charakterystyka procesu odsiarczania spalin, systematyka metod ze względu na uŝyteczność produktu bezwodniki kwasu siarkawego i siarkowego sole czyli odpad gazowy odpad stały Ze względu na uŝyteczność produktu odsiarczania, sposób postępowania z odpadem lub moŝliwość jego wtórnego wykorzystania technologie bezodpadowe: nie powodujące konieczności składowania odpadu z procesu odsiarczania produkt reakcji znajduje zastosowanie przemysłowe technologie regeneracyjne: moŝna doprowadzić do zregenerowania sorbentu, produktem jest dwutlenek siarki do dalszego przerobu, np. na kwas siarkowy technologie odpadowe: produkt reakcji zasadniczo przeznaczony do składowania jako odpad 2

3 3.1. Charakterystyka procesu i systematyka metod odsiarczania ze względu na warunki realizacji procesu procesy suche: wdmuchiwanie do komory paleniskowej kotła alkalicznego sorbentu (wapna hydratyzowanego, węglanu wapnia); procesy półsuche: rozpylanie w strumieniu spalin wodnej zawiesiny czynnika alkalicznego; podczas kontaktu sorbentu z gorącymi spalinami zachodzą reakcje wiązania tlenków siarki z sorbentem połączone z równoczesnym odparowaniem wody, produkt reakcji w stanie suchym procesy mokre: intensywne zraszanie strumienia spalin w reaktorze wodą zawierającą czynnik alkaliczny, podczas którego następuje zaabsorbowanie dwutlenku siarki w cieczy alkalicznej i wytworzenie produktu odsiarczania; procesom wiązania dwutlenku siarki towarzyszy ochłodzenie spalin (do temperatury C) i nasycenie ich parą wodną; gazy poreakcyjne wykazują własności korozyjne podgrzew spalin lub materiały antykorozyjne (kanały spalin, komin) 3

4 3.2. Odsiarczanie spalin metoda suchą schemat FSI Furnace Sorbent Injection, FLI Furnace Limestone Injection, TAV Tocken Additiv Verfahrens Sorbent najczęściej kamień wapienny (CaCO 3 ) w postaci mączki o odpowiedniej granulacji wprowadzany wprost do komory paleniskowej w strefę temperatur C dyszami zasilanymi spręŝonym powietrzem. 4

5 3.2. Odsiarczanie spalin metodą suchą reakcje procesowe Reakcje procesowe kalcynacja wapienia CaCO 3 CaO + CO 2 tworzenie siarczanu 2 CaO + 2 SO 2 + O 2 2 CaSO 4 tworzenie siarczynu CaO + SO 2 CaSO 3 utlenianie siarczynu 2 CaSO 3 + O 2 2 CaSO 4 dysproporcjonowanie siarczynu 4 CaSO 3 3 CaSO 4 + CaS utlenianie siarczku CaS + 2 O 2 CaSO 4 Reakcje uboczne wtórna neutralizacja CaO CaO + CO 2 CaCO 3 spiekanie CaO ( ok C) monolity o mniejszej powierzchni kontaktu 5

6 3.2. Metoda sucha odsiarczania spalin rodzaj sorbentu i typ paleniska a skuteczność odsiarczania 7µm 500 µm Wpływ stosunku Ca/S na skuteczność odsiarczania spalin w palenisku pyłowym dla róŝnego stopnia rozdrobnienia CaCO 3 Wpływ stosunku Ca/S na skuteczność odsiarczania spalin w palenisku pyłowym dla róŝnych sorbentów (Ca(OH) 2 droŝszy o około 20 % od CaCO 3 ) Wpływ stosunku Ca/S na skuteczność odsiarczania spalin w palenisku z cyrkulacyjnym złoŝem fluidalnym (CFB) Skuteczność odsiarczania dla Ca/S = 2 Rodzaj sorbentu CaCO 3 (500 µm) CaCO 3 (7µm) Palenisko pyłowe Palenisko fluidalne CFB 70 Ca(OH)

7 3.3. Metoda sucha z nawilŝaniem spalin (metoda hybrydowa) - schemat LIFAC Limestone Injection into the Furnace and Reactivation of Calcium recykling sorbentu 7

8 3.3. Metoda sucha z nawilŝaniem spalin (metoda hybrydowa) reakcje procesowe Zwiększenie powierzchni aktywnej CaO wiąŝe się bezpośrednio ze zwiększeniem reaktywności ziarna sorbentu. MoŜna to osiągnąć poprzez : hydratację wodną, hydratację parową. Obie metody (zwłaszcza hydratacja parowa) powodują wzrost energochłonności procesu. Dodatkowym elementem jest reaktor (skruber) wyposaŝony w dysze wodne. Wprowadzenie wody inicjuje dwa procesy: rozdrobnienie nie przereagowanego CaO wzrost powierzchni aktywnej powstanie aktywnego Ca(OH) 2 Reakcje procesowe zachodzące w skruberze CaO + SO 2 CaSO 3 CaO + H 2 O Ca(OH) 2 Ca(OH) 2 + SO 2 CaSO 3 + H 2 O Ca(OH) 2 + SO 2 + ½ O 2 CaSO H 2 O 8

9 3.3. Porównanie kosztów i skuteczności odsiarczania metodą hybrydową na przykładzie elektrowni RYBNIK S.A 9

10 3.4. Odsiarczanie spalin metodą półsuchą - schemat SDA - Spray Dry Absorption/Dry Scrubbing lub Drypac Sorbent w postaci zawiesiny wodnej lub roztworu wodnego wprowadzany jest do suszarki rozpyłowej (reaktor, absorber), gdzie zachodzi absorpcja SO 2 w kroplach roztworu alkalicznego. W wyniku odparowania wody, produkty odsiarczania i nie przereagowany sorbent wydzielają się w postaci fazy stałej i wraz z popiołem lotnym kierowane są do instalacji odpylającej. Sorbenty: Na 2 CO 3, NaHCO 3, NaOH, Ca(OH) 2, woda amoniakalna (25 % wodny roztwór amoniaku). 10

11 3.4. Odsiarczanie spalin metodą półsuchą reakcje procesowe zachodzące w reaktorze STREFY REAKTORA Strefa kondycjonowania rozpylenie wody i jej całkowite odparowanie obniŝenie temperatury spalin i ich nawilŝenie Strefa odsiarczania zasilana recyrkulatem z instalacji odpylającej Strefa odsiarczania zasilana przeciwprądowo sorbentem świeŝym Reakcje procesowe reaktor: 1 wlot spalin, 2 łopatki kierownicze, 3 atomizer, 4 wylot spalin 2Ca(OH) 2 + 2SO 2 2CaSO 3 H 2 O + H 2 O Ca(OH) 2 + SO 2 + ½ O 2 CaSO 4 2H 2 O Ca(OH) 2 + SO 3 CaSO 4 2H 2 O 11

12 3.5. Odsiarczanie spalin metoda mokrą wapienną schemat MOWAP - 80 % instalacji w USA, 90 % w Niemczech, produkt końcowy gips, zasadniczy problem - utrzymanie stabilnego ph (ph ~ 6 dla zawiesiny kamienia wapiennego); w tym celu stosuje się kwas mrówkowy, tiosiarczan sodu, tlenek magnezu, amoniak i inne 12

13 3.5. Odsiarczanie spalin metodą mokrą wapienną reakcje procesowe Reakcje procesowe absorpcja SO 2 + H 2 O H 2 SO 3 neutralizacja H 2 SO 3 + CaCO 3 Ca SO 3 + CO 2 + H 2 O utlenianie CaSO 3 + ½ O 2 CaSO 4 krystalizacja CaSO H 2 O CaSO 4 2 H 2 O 13

14 3.5. Odsiarczanie spalin metodą mokrą wapienną aspekty ekologiczne Przykład dla elektrowni 6 bloków 200 MW dwutlenku siarki % dla CaCO 3 Ca/S = 1,25-1,6 dla Ca(OH) 2 Ca/S =1,05-1,2 skuteczność usuwania w metodzie mokrej związków chloru i fluoru około 50 % pozostałości pyłu około 80 % 1989 r r. zmiana 1989 r r. zmiana ATMOSFERA dwutlenek siarki pyły 123 tys. Mg 17 tys. Mg - 86 % 19,1 kg/mwh 2,29kg/MWh - 88 % 1,82 kg/mwh 0,38 kg/mwh - 79 % HYDROSFERA średnioroczne stęŝenie chlorków w ściekach średnioroczne stęŝenie siarczanów w ściekach 107 mg/dm mg/dm % 416 mg/dm mg/dm 3 + 9% StęŜenie chlorków w rzece stęŝenie siarczanów w rzece 508 mg/dm mg/dm 3 + 2,5 % 416 mg/dm mg/dm 3 + 7% LITOSFERA około 6 % gipsu na składowisko reszta zagospodarowana 14

15 3.6. Odsiarczanie spalin porównanie metod ODSIARCZANIE SPALIN PROCES SUCHY PROCES PÓŁSUCHY PROCES MOKRY η SO2 = % Ca/S = 2-4 η SO2 = % Ca/S = 1,5 2,0 η SO2 > 90 % Ca/S = 1,0 1,3 ZALETY duŝa pewność ruchowa prostota technologii i łatwość automatyzacji niski koszt sorbentu WADY brak kontroli i regulacji rozprowadzania sorbentu w komorze paleniskowej przy zmiennych obciąŝeniach zanieczyszczenie powierzchni ogrzewalnych kotła wzrost unosu pyłu przed elektrofiltrem suchy odpad ZALETY (w stos. do metody mokrej) zuŝycie wody o 50 % mniejsze prostota technologii i łatwość automatyzacji brak konieczności podgrzewu spalin WADY (w stos. do metody mokrej) droŝszy sorbent niŝsza sprawność gorsze wykorzystanie sorbentu mała przydatność produktu odsiarczania ZALETY wysoka sprawność niskie zuŝycie sorbentu wymywanie ze spalin związków chloru i fluoru brak odpadu gips WADY konieczność podgrzewu spalin korozja materiałów w strefie mokrej bardzo wysoki stopień automatyzacji i opomiarowania instalacji duŝa powierzchnia zabudowy 15