dr inż. Dariusz Szewczyk dr inż. Jan Chmielewski

Transkrypt

1 Strona 1/23, ICS Sp. z o.o., TECHNOLOGIA ECOTUBE SYSTEM OPTYMALIZACJI PROCESU SPALANIA I REDUKCJI EMISJI ZWIĄZKÓW TOKSYCZNYCH W UKŁADACH SPALANIA MAŁEJ I ŚREDNIEJ MOCY dr inż. Dariusz Szewczyk (dariusz.szewczyk@icsco.eu) dr inż. Jan Chmielewski ICS Industrial Combustion Systems Sp. z o.o. tel.: ul. Jana Ostroroga 17/1 kom.: Poznań office@icsco.eu Polska www:

2 Strona 2/23, ICS Sp. z o.o., Plan prezentacji 1. Wprowadzenie 2. Nowe limity emisyjne 3. Wybór właściwej technologii 4. Optymalizacja procesu spalania 5. Jedna technologia - dwie metody 6. Referencje 7. Podsumowanie

3 Strona 3/23, ICS Sp. z o.o., Wprowadzenie (1/2) Spółka ICS powstała w roku 2007 w Poznaniu i od początku misją Spółki jest dostarczanie sprawdzonych, niezawodnych i innowacyjnych rozwiązań dla klientów na terenie Europy w obszarze procesów spalania (piece przemysłowe, kotły energetyczne, systemy spalania i dopalania paliw niskokalorycznych). Kadra ICS to 14 osób (13 inżynierów, w tym 4 z tytułem doktora). Korzystamy z wysokiej jakości narzędzi projektowania jak: ANSYS FLUENT, SolidWorks, Bentley AutoPIPE i AutoCAD. ICS oferuje: palniki HRS/HTB, implementacje technologii spalania HiTAC, produkty oparte o technologię EcoTube firmy Ecomb. Produkty ICS są rozwijane we własnych projektach R&D, posiadamy 3 patenty (4 zgłoszony), a 3 z nich to europejskie zgłoszenia patentowe. Produkty i usługi ICS znalazły kilkukrotnie uznanie miedzy innymi w: SSAB, KGHM, ENERGA, TAURON czy Orion.

4 Strona 4/23, ICS Sp. z o.o., Wprowadzenie (2/2) Wprowadzenie limitów emisyjnych wynikających z dyrektywy IED (Industrial Emission Directive), konkluzji BAT oraz w dalszej przyszłości z projektu dyrektywy MCP (Medium Combustion Plant) wymusza podjęcie już teraz kroków w celu modernizacji większości Obiektów Energetycznego Spalania w Polsce. Jednym z najlepszych rozwiązań jest zastosowanie technologii EcoTube Szwedzkiej Spółki ECOMB AB oferowanej przez Spółkę ICS. Technologia ta, w odróżnieniu od wielu oferowanych na rynku technologii łączy metody pierwotną oraz wtórną i pozwala zredukować emisję NO X i CO, oraz zmniejszyć udziału tlenu w spalinach i poprawić efektywność kotła, co przekłada się na zmniejszenie zużycia paliwa, a więc na mniejszą emisję CO 2, pyłu oraz na obniżenie kosztów eksploatacyjnych.

5 Strona 5/23, ICS Sp. z o.o., Lp. Nowe limity emisyjne (1/3) Obecne standardy emisyjne wg załącznika nr 2 i nr 3 z Rozporządzenia Ministra Środowiska dla węgla: Moc cieplna źródła Źródła oddane przed dniem 9 marca 1990 r. 600, 500 2) 100 Źródła oddane do użytkowania po dniu 28 marca 1990 r. 500, 400 2) 100, 50 Źródła oddane do użytkowania po 26 listopada 2002 r. i istotnie zmienione po r A B C D E F G H I J 1 MW SO 2 NO 2 Pył SO 2 NO 2 Pył SO 2 NO 2 Pył 400, 1300, ) ) , linowy spadek od 1500 do 400 1) liniowy spadek od 850 do 400 1) ) Standard emisyjny dwutlenku siarki ze źródeł o nominalnej mocy cieplnej nie mniejszej niż 400 MW wynosi 800 mg/nm3, przy zawartości 6 % tlenu w gazach odlotowych, jeżeli czas użytkowania źródeł w roku kalendarzowym (średnia krocząca z 5 lat) wynosi nie więcej niż: 1) 2000 godzin - do dnia 31 grudnia 2015 r.; 2) 1500 godzin - od dnia 1 stycznia 2016 r. Do czasu pracy tych źródeł nie wlicza się okresów ich rozruchu i wyłączania. 2) Emisja dla węgla brunatnego

6 Strona 6/23, ICS Sp. z o.o., Nowe limity emisyjne (2/3) Limity z Dyrektywy IED (Industrial Emission Directive) zaczną obowiązywać od 1 stycznia 2016 roku. Nowe limity emisyjne dla istniejących instalacji LCP Nominalna moc cieplna kotła SO 2 NO 2 Pyły CO Lp. A B C D E MW mg/nm 3 1 Standardy emisyjne dla spalania węgla przy zawartości O 2 = 6% w spalinach > Standardy emisyjne dla spalania biomasy przy zawartości O 2 = 6% w spalinach > Standardy emisyjne dla spalania gazu ziemnego przy zawartości O 2 = 3% w spalinach 10 >

7 Strona 7/23, ICS Sp. z o.o., Nowe limity emisyjne (3/3) Standardy emisji z: Konkluzji BAT od 2019 roku w zakresie spalania węgla. Moc Istniejące instalacje Nowe instalacje Istniejące oraz nowe instalacje Lp. A B C D E F G H I J K L M N 1 MW mg/nm 3 µg/nm 3 mg/nm 3 µg/nm 3 mg/nm NO 2 SO 2 pyły Hg NO 2 SO 2 Pyły Hg CO NH 3 2) HCl HF N 2 O 3) 3 < , < < 0, Dyrektywy MCP (Medium Combustion Plant) od 1 stycznia 2025 roku (dla kotłów o mocy od 5 do 50 MW) i od 2030 roku (dla mocy od 1 do 5 MW) Lp. A B C D E F G 1 Związek Biomasa Inne paliwa Inne paliwa Inne paliwa Olej ciężki Gaz ziemny stałe płynne gazowe 2 SO NO X Pył 30 (45 dla mocy 5 MWt)

8 Strona 8/23, ICS Sp. z o.o., No Wybór właściwej technologii (1/3) Technologie redukcji tlenków azotu Metody ograniczenia emisji NO X Ograniczenie mechanizmu Powstawania NO X Osiągalny stopień redukcji A B C 1 Metody pierwotne 2 Recyrkulacja spalin Termiczne 10-20% 3 Wtrysku wody lub pary Termiczne 10% 4 Spalanie szybko-płomienne Termiczne 20% 5 Zmiana paliwa Paliwowe 15-30% 6 Regulacja palnika Paliwowe, Termiczne 10-20% 7 Stratyfikacja powietrza Paliwowe, Termiczne 30-50% 8 Podział paliwa Paliwowe, Termiczne 15-30% 9 Palniki o niskiej emisji NO X Paliwowe, Termiczne 20-30% 10 Spalanie objętościowe Szybki, Paliwowe, Termiczne Up to 50% 11 Reburning Szybki, Paliwowe, Termiczne 40-50% 12 Metody wtórne 13 Selektywna redukcja niekatalityczna (SNCR) Szybki, Paliwowe, Termiczne 30-75% 14 Selektywna redukcja katalityczna (SCR) Szybki, Paliwowe, Termiczne 80-90%

9 Strona 9/23, ICS Sp. z o.o., Wybór właściwej technologii (2/3) Dopasowanie właściwej technologii dzięki: wizualizacji procesu spalania za pomocą specjalnej kamery, obliczeniom numerycznym CFD przepływu spalin i rozkładu temperatur. Źródło:

10 Strona 10/23, ICS Sp. z o.o., Wybór właściwej technologii (3/3) Najczęstsze problemy spalania w kotle: Niewystarczające mieszanie paliwa z powietrzem Nierówny rozkład temperatur i prędkości Wysoka emisja NO X Lokalna duża emisja CO Występowanie w komorze spalania kotła tzw. zimnych stref bez procesu spalania Wysoka konsumpcja reagenta SNCR Wysoki udział NH 3 w spalinach (dla układów z SNCR) Rozwiązaniem powyższych problemów jest proponowana technologia EcoTube. Przed i po optymalizacji

11 Strona 11/23, ICS Sp. z o.o., Optymalizacja procesu spalania (1/2) Technologia AirEcoTube AirEcoTube opiera się na zastosowaniu specjalnych rur perforowanych Ecotube do wtrysku powietrza z bardzo dużą prędkością wewnątrz komory spalania kotła w celu optymalizacji procesu spalania. Dzięki Technologii AirEcoTube uzyskujemy: Dwustrefowe spalanie w kotle (l<1 oraz l>1) Większą turbulencję Równomierny rozkład temperatur Spalanie objętościowe (Volumetric combustion) Redukcję NO X o 50% Redukcję CO poniżej 100 mg/nm 3 Zmniejszenie udziału O 2 do poziomu 2-3%

12 Strona 12/23, ICS Sp. z o.o., Optymalizacja procesu spalania (2/2) AirEcoTube Optymalizacja procesu spalania Poprawa procesu spalania w kotle opalanym biomasą (36 MWe).

13 Sprawność redukcji NOx [%] Unos NH3 [mg/nm3] X Konferencja Techniczna, Warszawa, 6-7 listopada 2014 r. Strona 13/23, ICS Sp. z o.o., Jedna technologia dwie metody (1/7) Czym jest SNCR (Selective Non-Catalytic Reduction) Podstawowy model redukcji NO: CO( NH NH CO 2) 2 H2O Tworzenie NO powyżej 1090 o C: NH 3 4NO O2 4N2 6H2O 10 Sprawność redukcji NOX 2 0 Unos NH Temperatura spalin [ o C] NH 3 5O2 4NO 6H 2O Wymagania dla SNCR: Odpowiednia temperatura Czas przebywania Atomizacja reagenta Wystarczająca turbulencja Obecność tlenu Odpowiedni stosunek NH 3 /NO

14 Strona 14/23, ICS Sp. z o.o., Jedna technologia dwie metody (2/7) Technologia EcoTube System EcoTube System jest połączeniem produktu AirEcoTube z metodą SNCR z opcją wprowadzenia recyrkulacji spalin lub wtrysku wody dzięki czemu uzyskuje się z większą redukcję emisji NO X, CO, O 2, oraz NH 3. A instalacja EcoTube, B kontrola procesu spalania, C wentylator powietrza, D system wody chłodzącej, E system dostarczania reagenta.

15 Strona 15/23, ICS Sp. z o.o., Jedna technologia dwie metody (3/7) Technologia EcoTube System Reagent jest wtryskiwany przez kilkanaście osobnych dysz znajdujących się w otworach lancy EcoTube. Dzięki dużej prędkości strumieni powietrza uzyskujemy dobrą penetrację komory spalania przez krople mocznika i poprawne mieszanie się reagenta ze spalinami. Kanały wtryskowe reagenta Chłodzenie wodne Źródło: Przekrój EcoTube Panel dystrybucji reagenta

16 Strona 16/23, ICS Sp. z o.o., Jedna technologia dwie metody (4/7) Technologia EcoTube System Automatyczne wsuwanie rury EcoTube do wnętrza kotła (Västervik 2014).

17 Strona 17/23, ICS Sp. z o.o., Jedna technologia dwie metody (5/7) Technologia EcoTube System Redukcja w CPCU we Francji Lp. A B C 1 Typ kotłów 2 x kotły rusztowe ze złożem fluidalnym 2 Paliwo Węgiel 3 Moc kotła (w paliwie) 2 x 270 MWt 4 Parametry kotła Przed modernizacją Z EcoTube System 5 Rok modernizacji Ilość zainstalowanych 6-2 na kocioł EcoTubes 7 Produkcja pary 340 t/h 340 t/h 8 Sprawność kotła - +0,6 % 9 Emisja NO X 380 mg/nm mg/nm 3 10 O 2(suche) 3,0/6,5 % 2,8/3,5 % 11 Emisja CO < 100 mg/nm 3 Niska 12 Zużycie reagenta 550 l/h 150 l/h

18 Strona 18/23, ICS Sp. z o.o., Jedna technologia dwie metody (6/7) Technologia EcoTube System Redukcja w CPCU we Francji Przepływ mocznika (42%) [l/h] Emisja NO X [mg/nm 3 ] NH 3 [mg/nm 3 ] Emisja NO X bez EcoTube i FGR Gwarantowane zużycie mocznika (42%): 325 l/h Standard 2013 Norma 2013 Emisja NO X dla O 2 =6% Zużycie mocznika (42%) NH 3 zawsze < 0.5 mg Przepływ pary [t/h]

19 Strona 19/23, ICS Sp. z o.o., Jedna technologia dwie metody (7/7) Technologia EcoTube System - korzyści Korzyści środowiskowe: Redukcja NO X ponad 40-70% do poziomu nawet 150 mg/nm 3 Redukcja zużycia reagenta o ponad 60-75% do tradycyjnych systemów SNCR Unos NH 3 poniżej 5 mg/nm 3 Emisja CO poniżej 100 mg/nm 3 Redukcja O 2 w spalinach do poziomu 2-3% Korzyści finansowe: Wyższa sprawność kotła niższe zużycie paliwa, Niższe zużycie energi na potrzeby własne for internal use, Lower corrosion risk, Longer operation time of the boiler between maintenance, Reduction of cost fore the emission.

20 Strona 20/23, ICS Sp. z o.o., Referencje (1/2) Firmy ECOMB i ICS zmodernizowały do tej pory ponad 60 obiektów energetycznego spalania oraz pieców przemysłowych o różnym przedziale mocy od kilku MW do kilkuset MW z czego 40 z wykorzystaniem EcoTube. Zaintalowano Kraj Klient/lokalizacja Kotły Moc Paliwo Oddano Redukcja Redukcja Red. Lp. EcoTubes NO X CO Popiołu A B C D E F G H I J 1 SZWECJA Bäckhammars Bruk 1 20 MWt 2 Biomasa % 60-2 SZWECJA Bollmora WTE plant 1 11 MWt 2 Odpady komunalne % SZWECJA Kristineheds WTE plant 1 13 MWt 2 Odpady komunalne % SZWECJA Kristineheds WTE plant 2 13 MWt 2 Odpady komunalne % SZWECJA Karlskoga WTE plant 1 17 MWt 2 Odpady komunalne 1999/ % - 30% 6 SZWECJA Hallsta Paper Mill 3 40 MWt 2 Biomasa % 20%% - 7 SZWECJA Flintrännan District Heating 1 50 MWt 2 Biomasa % SZWECJA Igelsta WTE plant 1 95 MWt 2 Odpady komunalne % WIELKA BRYTANIA Coventry & Solihull WDC 1 28 MWt 2 Odpady komunalne % - - WIELKA 10 Tyseley Waste Disposal Ltd BRYTANIA 1 56 MWt 2 Odpady komunalne % - 35% WIELKA 11 BRYTANIA Coventry & Solihull WDC 2 28 MWt 2 Odpady komunalne % - - WIELKA 12 BRYTANIA Coventry & Solihull WDC 3 28 MWt 2 Odpady komunalne % HOLANDIA AVR, Rotterdam 2 40 MWt 2 Odpady komunalne % 20% - WIELKA 14 BRYTANIA Glanford Power Station 1 15 MWe 2 Odpady komunalne % 50% - 15 USA Boralex Stratton Energy 1 50 MWe 4 Biomasa % 90% -

21 Strona 21/23, ICS Sp. z o.o., Lp. Referencje (2/2) Kraj Klient/lokalizacja Kotły Moc Zaintalowa -nych EcoTubes Paliwo Oddano Redukcja NO X Redukcja Redukcja CO Popiołu A B C D E F G H I J 16 FRANCJA Lons-Le-Saunier 1 11 MWt 1 Odpady komunalne % FRANCJA Econotre 1 32 MWt 2 Odpady komunalne % - 10% 18 FRANCJA Econotre 2 32 MWt 2 Odpady komunalne % - 10% 19 USA Boralex Chateaugay 1 20 MWe 2 Biomasa % 10% - 20 USA Ashland 1 36 MWe 4 Biomasa % - - WIELKA Odpady z przemysłu 21 Fibropower, Eye 1 13 MWe 2 BRYTANIA drobiowego % 50% - 22 USA Boralex Livermore Falls 1 36 MWe 4 Biomasa % USA Boralex Fort Fairfield 1 36 MWe 4 Biomasa % FRANCJA Pontmain 1 11 MWt 1 Odpady komunalne % FRANCJA Valezan 1 9 MWt 0 Odpady komunalne +Ścieki FRANCJA Montargis 1 7 MWt 0 Odpady komunalne % FRANCJA CPCU 1 270MWt 2 Węgiel % FRANCJA Besancon 1 8 MWt 0 Odpady komunalne % FRANCJA CPCU MWt 2 Węgiel % FRANCJA Pontmain 2 8 MWt 0 Odpady komunalne % Reunion (Fr) Sidec Le Gol MWt 2 Węgiel 2011/ % >60% - 32 FRANCJA Grenoble 1 63 MWt 0 Biomasa +Węgiel % SZWECJA Västervik 1 22 MWt 1 Biomasa 2013/ % FRANCJA Martinique 1 38 MWe 4 Biomasa +Węgiel

22 Strona 22/23, ICS Sp. z o.o., Podsumowanie AirEcoTube w przemysłowych systemach spalania pozwala na osiągnięte niskiej emisji związków toksycznych, takich jak NO X i CO przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej efektywności procesów termicznych. Technologia EcoTube System pozwala na zmniejszenie emisji tlenku azotu do 70% w stosunku do wartości wyjściowej, przy małej ilości emisji tlenku węgla i zwiększa wydajność kotła. Zastosowanie powyższych technologii spalania w nowych i modernizowanych dużych i średnich obiektach energetycznego spalania, pozwala osiągnąć poziomy emisji związków toksycznych niższe niż od tych wynikających z IED i BAT. Technologie EcoTube można montować we wszystkich typach kotłów oraz innych obiektach energetycznego spalania.

23 Strona 23/23, ICS Sp. z o.o., Dziękuję za uwagę ICS Industrial Combustion Systems Sp. z o.o. tel.: ul. Jana Ostroroga 17/1 kom.: Poznań office@icsco.eu Polska www: