Badania nad zastosowaniem kondycjonowania spalin do obniżenia emisji pyłu z Huty Katowice S.A w Dąbrowie Górniczej

Transkrypt

1 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 (SO 3 ) 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 m 2. 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 m 3 /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=450 o C, p=100 bar. Spaliny z kotła odpylane są w odpylaczu elektrostatycznym suchym poziomym typu HE 2x27 2x500/3x27x8,6/275.

2 2 Opis prowadzonych badań Do kondycjonowania spalin wykorzystywano urządzenia firmy Pentol-Wahlco. Układ pracował w oparciu o ciekły SO 2. maksymalna wydajność instalacji wynosiła: - Spiekalnia: 65 kg SO 2 /h - Elektrociepłownia: 35 kg SO 2 /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 SO 3 do spalin wynosił: - taśma spiekająca: 35, 40, 50, 55, 60 i 65 kg SO 2 /h - kocioł OPG-230: 7, 17, 20, 25, 32 kg SO 2 /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 SO 2, SO 3, 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 0 o C). Spowodowało to potrzebę stosowania do spiekania mieszanki sezonowej o podwyższonej zawartości wapnia wynoszącej ok. 23 kg/mg spieku.

3 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 SO 2 /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 SO 3 z wielkością emisji wykazała bardzo mały współczynnik korelacji. Nie można jednoznacznie stwierdzić, że w zakresie od 35 do 65 kf SO 2 /h dawka SO 3 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 SO 2 /h. Przy podawaniu SO 3 do spalin w ilości 65 kg SO 2 /h średnia emisja pyłu wynosiła 103 kg/h. Analogiczna dawka SO 3 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 zmianę oporności właściwej pyłu: z 2,45x10 11 Ω x cm bez kondycjonowania na 2,20x10 10 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/cm 3 do 2,504 g/cm 3. 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 4 Badanie wpływu kondycjonowania spalin trójtlenkiem siarki prowadzono na kotle nr 5 typ OPG-230 w okresie do Łączny czas pracy instalacji wynosił 241,5h. Pomiary emisji pyłu prowadzono przy dawkach SO 3 od 7 do 32 kg SO 2 /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 SO 3 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 5 Rys. 1 Spiekalnia emisja pyłu z taśmy spiekającej (EF 1) Rys. 1. Spiekalnia - emisja pyłu z tasmy spiekajacej (EF 1) Emisja [kg/h] bez kondyscjonowania Z kondycjonowaniem Rys. 2 Elektrociepłownia emisja pyłu z kotła nr 5 typu OPG Rys. 2. Elektrociepłownia - emisja pyłu z kotła nr 5 typu OPG 230 Emisja [kg/h] bez kondyscjonowania 18 Z kondycjonowaniem