BADANIA PEŁNOPRZEMYSŁOWE NAD OGRANICZANIEM EMISJI NOX, SO 2 I Hg Z KOTŁA OP-650. Mieczysław Adam GOSTOMCZYK Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Kaliszu

Transkrypt

1 BADANIA PEŁNOPRZEMYSŁOWE NAD OGRANICZANIEM EMISJI NOX, SO 2 I Hg Z KOTŁA OP-650 Mieczysław Adam GOSTOMCZYK Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Kaliszu 1. Wstęp Ograiczeie emisji zaieczyszczeń powietrza, w tym rówież CO 2, jest jedym z główych celów, charakteryzujących politykę Uii Europejskiej. Czasami odosimy wrażeie że ormy emisji SO 2 i NO x określają URZĘDNICY ie mający podstawowych iformacji techiczych, czego dowodem jest limit 200 mg SO 2 / m i 200 mg NO 2 / m, który będzie obowiązywać od styczia 2016 roku. Jeszcze 10 lat temu kotły fluidale, emitujące około 00 mg SO 2 / m i 00 mg NO 2 / m, spełiały z adwyżką polskie ormy (SO mg/ m i NO mg/ m ). Możliwość produkcji eergii z węgla bez koieczości budowy istalacji usuwaia SO 2 i NO x, zaowocowała oddaiem do eksploatacji poad 20 kotłów fluidalych w Polsce. Od 2016 roku te owoczese kotły fluidale, mogą spełić ormy emisji SO 2 (przy ieracjoalym admiarze CaCO = Ca:S > ). Osiągięcie stężeń NO mg/ m jest praktyczie ie osiągale przy ormalej eksploatacji i trzeba będzie dobudować układ iiekcji amoiaku lub moczika (SNCR) lub zaleźć ie rozwiązaie. Wprowadzeie do Dyrektywy wyjątku dla kotłów fluidalych p. 00 mg NO 2 / m, byłoby zgodie z BAT, ale tego ie zrobioo, co moim zdaiem świadczy o iedouczeiu URZĘDNIKÓW. W ostatich latach coraz częściej dochodzi się do wiosku, że stosowaa obecie techika polegająca a dobudowywaiu w elektrowiach kolejych węzłów oczyszczaia spali za drogo kosztuje (SCR, elektrofiltr, absorber SO 2, iiekcja C akt. w celu usuięcia Hg). Aktuala tedecja to techologie Multi Pollutio Cotrol, czyli usuwaie w jedym urządzeiu SO 2 i NO x lub SO 2, NO x i Hg. Techologia POLNOKS [1] polega a iiekcji do kaału spali przed absorberem IOS (Istalacja Odsiarczaia Spali) wody, która obiża temperaturę spali do C i powoduje, że przed absorberem tworzą się kropelki H 2 SO, a stężeie SO 2 w oczyszczoych spaliach, obiża się. Obiżeie temperatury spali umożliwia utleieie NO do NO 2 przez utleiacz (H 2 O 2, O, ClO 2 ). Najłatwiej dostępa jest woda utleioa perhydrol, podawaa do ochłodzoych i awilżoych spali. Przy odpowiedim czasie kotaktu i dobrym wymieszaiu spali z kroplami H 2 O 2, powstają cząsteczki NO 2 zgodie z astępującym reakcjami: 2 NO + 2 H 2 O 2 = 2 NO H 2 O = HNO + HNO 2 + H 2 O HNO 2 + H 2 O 2 = HNO + H 2 O Tworzące się krople kwasu azotowego wraz z kroplami H 2 SO, przeoszoe są do absorbera, gdzie reagują z CaCO. Nawet miimale stężeie HNO w spaliach wystarczy, aby zaszła reakcja: Hg + 2 HNO = Hg(NO ) 2 + 2H + Celem przeprowadzoych badań było sprawdzeie w/w techologii POLNOKS w warukach przemysłowych. 129

2 2. Metodyka badań Zasadę procesu przedstawioo a rys. 1. Do odcika kaału łączącego elektrofiltr z absorberem IOS (1), wprowadza się wodę (10-0 m /h) w postaci kropel o średicy poiżej 6 μm, która schładza spaliy do temperatury < 65C. Tak awilżoe i schłodzoe spaliy traktuje się drobymi kroplami perhydrolu, podawaymi w przeciwprądzie przez dyszę (6). Cały układ iiekcji H 2 O 2 do spali to zbiorik (lub cystera) perhydrolu (4), z którego pompa () o regulowaej wydajości, przez przepływomierz (7), podaje perhydrol do dyszy (6) osadzoej w króćcu (2). Dysza (6) to dysza dwustrumieiowa, zasilaa sprężoym powietrzem ze sprężarki. Strumień powietrza mierzoy jest przepływomierzem (9) i reguloway zaworem d. Do kaału moża podawać perhydrol o dowolym stężeiu, dzięki możliwości rozcieńczaia wodą procesową. Strumień wody reguluje się zaworem c i przepływomierzem (8). Strumieie perhydrolu reguluje się zaworem a. Aerozol zawierający krople wody, H 2 SO i H 2 SO 4, HNO 2 i HNO, pary rtęci i Hg (NO ) 2, wraz z ochłodzoymi spaliami, wpływają do absorbera (5), gdzie w kotakcie ze strumieiem ( m /h) zawiesiy sorpcyjej (CaCO + H 2 O), podawaym do dysz (10) przez pompy (12), zostają usuięte ze spali. Ochłodzeie spali do temperatury poiżej 65 o C (ze 150 C) zwiększa skuteczość usuwaia SO 2, gdyż w procesie bierze udział cały absorber (5). Przy oczyszczaiu spali o temperaturze 150 C, wlotowa część absorbera ie bierze udziału w sorpcji SO 2 i służy tylko do schłodzeia spali do temperatury reakcji H 2 SO + CaCO, czyli do C. W związku z tym ochłodzeie spali w kaale przed absorberem, zwiększa czas kotaktu w wyiku zmiejszeia prędkości wlotowej spali oraz wydłużeiu drogi w strefie kotaktu spaliy-zawiesia sorpcyja. Oczyszczoe spaliy przepływają przez odkraplacz (11). 7 b a 4 c H 2 O Spręż 9 pow. 1 d kaał spali 2 króciec dyszy pompa H 2 O 2 4 zbiorik H 2 O 2 5 absorber IOS 6 dysza 7,8,9 przepływomierze 10 dysze absorbera 11 odkraplacz 12 pompa zawiesiy CaCO a,b,c,d - zawory 12 Rys. 1. Istalacja iiekcji H 2 O 2 do kaału spali 10

3 . Wyiki badań Badaia z iiekcją H 2 O 2 do kaału spali przed IOS przeprowadzoo w okresie od godz. 18 oo dia 5.02 do godziy 19 oo dia Ze względu a iską temperaturę powietrza (zamarzaie wody procesowej w dyszach schładzających spaliy) większą część badań prowadzoo w ieodpowiediej dla procesu utleiaia NO temperaturze, powyżej 72 C. Wyiki badań ad iiekcją H 2 O 2 do spali zebrao w tabeli 1 (opracowao dae umożliwiające określeie zależości skuteczości usuwaia NO x w zależości od temperatury i czasu kotaktu) i a rys. 2. Badaia przeprowadzoo przy różych strumieiach spali: 400, 600, 700, 800 i 1040 tys. m /h (róże czasy kotaktów). W czasie badań zmieiała się też temperatura w zakresie od 6 do 124 C. Tabela 1. Wyiki badań ad iiekcją H 2 O 2 do spali L.p. Temperatura spali przed IOS C Strumień spali m /h Skuteczość usuwaia NO x % Czas kotaktu poziom i 4 S Uwagi 1 11,0 28,4 4, , ,16 4,65 108,9 29,0 5, ,6 6,68 4, ,8 5,0 5,1 6 76,2 4,27 4, , ,29 4, ,9,9 4, ,0 24,8, ,5 14,55, ,9 17,5 2, ,9 17,4 2, ,5 17,1 2, ,9 18,02 2, ,9 16,9 2, ,8 24,87 2,62 Śred. z 7 h , ,5 2, , 2,97, ,7 12, 1,9 W poszczególych grupach strumiei spali i czasu kotaktu (w zakresie tys. m /h) widać wyraźą, zgodą z teoretyczymi założeiami, różicę skuteczości usuwaia NO x. Stężeie NO x w spaliach zmieia się w dość dużym zakresie, co ilustruje tabela 2. 11

4 Tabela 2. Wyiki badań skuteczości usuwaia NO x w fukcji temperatury Eergotechika Nastawia Lp. Data Czas stezeie Skuteczosc średia usuwaia Czas Przeplyw spali Temp. przed za skuteczość temperatura NOx spali [-] [dd:mm:rr] [hh:mm:ss] [mg/m ] [%] [hh:mm:ss] [ml. m /h] [ C] NOx [%] C] :47: ,0 19:50:00 1,04 58,9 2 19:59: ,4 20:00:00 1,04 58,9 2,97 62, 20:20: ,5 20:20:00 1,04 69,0 4 20:47: ,5 20:50:00 0,61 87,1 5 21:08: ,4 21:10:00 0,61 75,0 6,68 82,6 6 21:29: , 21:0:00 0,61 91,1 7 A 21:50: ,5 21:50:00 0,59 77,0 8 22:15: ,9 22:20:00 0,61 72,9 9 22:8: ,9 22:40:00 0,59 70,9 10 2:04: , 2:00:00 0,61 70,9 5,0 70,8 11 2:25: ,5 2:0:00 0,61 71,0 12 2:46: ,6 2:50:00 0,61 68, :07: ,0 00:10:00 0,59 70, :28: ,6 00:0:00 0,61 74, :49: ,7 00:50:00 0,59 76,9 4,27 76, :10: ,5 01:10:00 0,61 76, :1: ,4 01:0:00 0,61 78, :26: ,0 02:0:00 0,59 80,9,9 80,9 19 B 02:47: ,0 02:50:00 0,61 80,9 20 0:08: ,7 0:10:00 0,59 82,9 21 0:5: ,0 0:50:00 0,61 84,9 22 C 04:14: ,4 04:10:00 0,61 84,9 2 04:5: ,2 04:40:00 0,61 82, :0: ,5 05:00:00 0,61 84,9,29 84, :51: ,9 05:50:00 0,59 84,9 26 D 06:12: ,6 06:10:00 0,61 84, :: ,9 06:0:00 0,6 80,9 28 E 07:09: ,8 07:10:00 0,61 88, :0: ,9 07:0:00 0,59 105,0 0 08:9: ,9 08:40:00 0,59 117,0 24,18 107,0 1 09:0: ,1 09:00:00 0,55 117,0 2 09:27: ,7 09:0:00 0,40 119,0 F 09:48: ,5 09:50:00 0,40 105,0 28,4 11,0 4 10:09: ,0 10:10:00 0,40 115,0 5 10:2: ,8 10:0:00 0,40 119,0 6 10:5: ,1 10:50:00 0,40 119,0 7 11:8: , 11:40:00 0,40 119,0 8 12:01: ,8 12:00:00 0,40 121,0 2,16 121,0 9 12:25: ,7 12:0:00 0,40 12,0 40 G 12:47: ,4 12:50:00 0,40 12,0 41 1:08: ,0 1:10:00 0,40 12,0 42 1:29: ,0 1:0:00 0,41 112,9 4 1:54: ,0 1:50:00 0,41 104,9 29,0 108, :15: ,2 14:20:00 0,56 119,0 45 H 14:47: ,8 14:50:00 0,60 121, :08: ,1 15:10:00 0,70 121,0 14,55 120, :47: ,1 15:50:00 0,70 121, :08: ,4 16:10:00 0,81 114, :29: ,1 16:0:00 0,81 114,9 50 I 16:52: ,9 16:50:00 0,77 114,9 17,5 11, :1: ,7 17:10:00 0,92 110, :5: ,8 17:40:00 0,89 116,9 5 17:56: ,5 18:00:00 0,98 120, :17: ,8 18:20:00 1,00 124,9 12, 124, :8: , 18:40:00 1,00 126,9 12

5 Rys.2.: Skuteczoœæusuwaia NO x w zale oœci od strumieia i temperatury ,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0 temperatrua [ C] m/h m/h m/h m/h m Stężeie NO x w spaliach w okresie od do zmieiało się w zakresie od mg NO 2 /m. W związku z powyższym ie moża do spali przed IOS racjoalie dozować H 2 O 2, bez automatyczego sterowaia pompami dozującymi H 2 O 2. Automatycze sterowaie polegać będzie a zadaiu stałego stężeia NO (w przeliczeiu a NO 2 ) p. 190 mg NO 2 /m. Aalizator NO w komiie będzie tak sterować strumieiem H 2 O 2 podawaym do dysz w kaale przed IOS, aby utrzymywać stałe stężeie (bez względu a zmieość stężeń NO x przed IOS) NO x a poziomie ±190 mg NO 2 /m. Widać iewielką zależość stężeia NO x od strumieia spali, ale różica stężeń NO x z poszczególych okresów procesu spalaia jest zacza..1. Bilas procesu (poglądowy) Parametry procesu: Do strumieia spali m /h, o średim stężeiu 500 mg NO 2 /m przez 49 godzi wprowadzoo 55 Mg H 2 O 2 (59,5%) Strumień NO 2 przed IOS = 22,05 Mg NO 2 Średia skuteczość usuwaia NO x = (2,4 +,6)/2 = 28,5% Strumień usuiętego NO 2 = 22,05 Mg NO x 0,285 = 6,284 Mg NO 2 Ilość 100% H 2 O 2 a usuięcie 1 Mg NO 2 = M = 55 5,95 = 2,725 Mg H 2 O 2-100% * H 2 O 2 H 2 O 2 M = 2,725 : 6,284 = 5,208 Mg 100% H 2 O 2 a 1 Mg NO 2 Przedstawioy bilas procesu wyraźie ilustruje, że prowadzeie procesu utleiaia NO przez H 2 O 2 w temperaturach powyżej 72 C (temperatura rozkładu HNO ) jest bardzo iekorzysty. Proces iiekcji do spali H 2 O 2 może być prowadzoy korzystie przy temperaturze < 65 C i w takich warukach będą prowadzoe badaia w 2. serii badań. Wstępe wyiki badań z tej serii zawiera tabela. Kofiguracja kaału spali (2 kola i kierowic), powoduje że około 50-70% H 2 O 2, spływa po ściakach i w miimalym stopiu reaguje z NO. 1

6 Tabela. Najlepsze wyiki badań skuteczości usuwaia NO przez iiekcję H 2 O 2 do kaału spali przed IOS data czas temperatura w komiie strumień spali stężeie NO za wetylatorem (6%0 2 ) stężeie NO przed absorberem (6%0 2 ) skuteczość usuwaia NO strumień H 2 O 2 stężeie NO 2 ilość kg H 2 O 2 /kg NO 2 h 0 C m /h mg/m mg/m % m /h mg/m kg :20 102, =172 61,95 0,7 172,0 1,774 07:40 10, =159 61,94 0,7 159,0 1,941 średio 08:00 10, =146 65,05 0,7 146,0 1,964 zł[kgno 2 16:40 87, =164 59,59 0,7 164,0 2,075 2 uwagi UWAGA: 0,7 m /h =0 kg 59,5% H 2 O 2, koszt 250 euro/mg =1000 zł =0 zł =1zł/kg 59,5% H 2 O 2 Literatura 1. Gostomczyk M.A., Oryszczak J. Sposób usuwaia NO x i SO 2 ze spali, zgłoszeie patetowe NR P (2004). 14