dr inż. Dariusz Szewczyk dr inż. Jan Chmielewski

Transkrypt

1 Strona 1/34, ICS Sp. z o. o., TECHNOLOGIE ECOTUBE REDUKCJA EMISJI NOX I OPTYMALIZACJA PROCESU SPALANIA DLA KOTŁÓW 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 2/34, ICS Sp. z o. o., Plan prezentacji 1. Wprowadzenie 2. Nowe limity emisyjne 3. Wybór właściwej technologii 4. AirEcotube Optymalizacja procesu spalania 5. MiniEcotube 6. Ecotube System Jedna technologia, dwie metody 7. Referencje 8. Podsumowanie

4 Strona 4/34, ICS Sp. z o. o., Wprowadzenie (1/1) 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.

6 Strona 6/34, ICS Sp. z o. o., Nowe limity emisyjne (1/3) 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 > Wartości limitów są identyczne z poziomami ujętymi w Załączniku nr 1 Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2014 roku.

7 Strona 7/34, ICS Sp. z o. o., Nowe limity emisyjne (2/3) Limity emisyjne wynikające z projektu Konkluzje BAT obowiązujące prawdopodobnie od 2020 roku w zakresie spalania węgla oraz zmiany proponowane przez Techniczną Grupę Roboczą (kwiecień 2015). Lp. Moc Istniejące instalacje Nowe instalacje Istniejące oraz nowe instalacje A B C D E F G H I J K L M N O P 1 MW mg/nm 3 µg/nm 3 mg/nm 3 µg/nm 3 mg/nm NO 2 SO 2 pyły HCl HF Hg NO 2 SO 2 Pyły HCl HF Hg CO N 2 O NH (360) ,2-5 <1-10 (9) <0, (3) <1-5 (6) 2-10 <1-5 (3) <0,1-3 <0,1-2 <(1) (140) <5 (5) Wartości podane w powyższej tabeli odniesione są warunków referencyjnych, tzn. przy zawartości 6% O 2 w spalinach oraz są wartościami średnimi w skali roku, emisja N 2 O tylko dla kotłów CFB.

8 Strona 8/34, ICS Sp. z o. o., Nowe limity emisyjne (3/3) Standardy emisji dla istniejących i nowych obiektów według projektu dyrektywy MCP (Medium Combustion Plant) od 1 stycznia 2025 roku (dla kotłów: 5 do 50 MW) i od 2030 roku ( od 1 do 5 MW) Instalacje istniejące 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) Instalacje nowe 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 20 (25 dla mocy 5 MWt)

10 Strona 10/34, ICS Sp. z o. o., Wybór właściwej technologii (1/2) Optymalny wybór technologii na podstawie: analizy obiektowej wizualizacji procesu spalania za pomocą specjalistycznej kamery przemysłowej, obliczeń numerycznych CFD przepływu spalin i rozkładu temperatur. Oferowane produkty oparte o technologię Ecotube to: 1) AirEcotube, 2) MiniEcotube, 3) Ecotube System. Źródło:

11 Strona 11/34, ICS Sp. z o. o., Wybór właściwej technologii (2/2) 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 Rozwiązaniem powyższych problemów są technologie z rodziny Ecotube. Przykład rozkładu temperatur w kotle rusztowym

13 Strona 13/34, ICS Sp. z o. o., AirEcotube - Optymalizacja procesu spalania (1/2) AirEcotube opiera się na zastosowaniu specjalnych rur perforowanych nazywanych 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 do 50%, Redukcję CO poniżej 100 mg/nm 3, Zmniejszenie udziału O 2 do poziomu 2-3%,

14 Strona 14/34, ICS Sp. z o. o., AirEcotube - Optymalizacja procesu spalania (2/2) Poprawa procesu spalania w kotle opalanym biomasą (36 MWe).

16 Strona 16/34, ICS Sp. z o. o., MiniEcotube (SNCR) (1/2) Czym jest SNCR (Selective Non-Catalytic Reduction) Podstawowe modele redukcji NO: Dla mocznika: 1 CO( NH 2) 2 2NO O2 2N2 CO2 2H 2O 2 Tworzenie NO powyżej 1090 o C: 4NH 3 5O2 4NO 6H 2O Dla amoniaku: 4NH 3 4NO O2 4N2 6H 2O Wymagania dla SNCR: Odpowiednia temperatura Czas przebywania Atomizacja reagenta Wystarczająca turbulencja Obecność tlenu Odpowiedni stosunek NH 3 /NO OR-37th-LowO2.mpg

17 5 0 TT 38IR HH H L LL XIX Forum Ciepłowników Polskich, Strona 17/34, ICS Sp. z o. o., MiniEcotube (2/2) Redukcja emisji NO X metodą SNCR MiniEcotube - wtrysk mocznika/amoniaku do wnętrza komory spalania za pomocą kilkunastu dysz kierunkowych. Zastosowanie sterowania opartego o układy rozmyte fuzzy logics Reagent dociera w miejsce o największej koncentracji NO X Uzyskujemy większą redukcje NO X przy mniejszym zużyciu reagenta 2520 Axe buse air Voir détail bride ci-contre Vanne ¼ manu DN Piquage sortie DN DN DN 250 Nota : les longueurs de jets ne sont pas connues du fait du changement de phase liquide/ gazeux et des différences de vitesse d éjection entre l air DeNOx et la phase gazeuse urée 2400 CHAUDIERE 3 DN Attention : côte à définir selon épaisseur isolant ventilateur d air DeNOx 300 Vanne ¼ manu DN 200 Źródło: Piquage sortie DN 80

19 Strona 19/34, ICS Sp. z o. o., Ecotube System - Jedna technologia (1/3) dwie metody 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.

20 Strona 20/34, ICS Sp. z o. o., Ecotube System - Jedna technologia (2/3) dwie metody Reagent jest wtryskiwany przez kilkanaście osobnych dysz znajdujących się w otworach do powietrza procesowego wzdłuż Ecotube. Każda z dysz regulowana jest oddzielnie, umożliwiając uzyskanie optymalnej efektywność działania. Dzięki dużej prędkości strumieni powietrza uzyskujemy dobrą dystrybucję i poprawne mieszanie się reagenta ze spalinami. Chłodzenie wodne Kanały wtryskowe reagenta Przekrój Ecotube Źródło: Powietrze procesowe Dysza wtryskowa reagenta + powietrza

21 Strona 21/34, ICS Sp. z o. o., Ecotube System - Jedna technologia (3/3) dwie metody Automatyczne wsuwanie rury Ecotube do wnętrza kotła (Västervik 2014).

23 Strona 23/34, ICS Sp. z o. o., Referencje (1/8) 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. Zainstalowanych Ecotube: Ponad 70. Systemy oddane w latach: W krajach: Francja (13), Szwecja (10), Wielka Brytania (6), USA (5), Polska (1), Holandia (1). Moce kotłów: od 7 do 270 MW. Rodzaje kotłów: Pyłowe, fluidalne, rusztowe, z rusztem schodkowym. Rodzaje paliw: Odpady komunalne, biomasa, węgiel, współspalanie. Redukcja tlenków azotu: od 30% do 70%.

24 Strona 24/34, ICS Sp. z o. o., Referencje (2/8) System Ecotube MEGATEM, Lublin

29 Strona 29/34, ICS Sp. z o. o., Referencje (7/8) System Ecotube MEGATEM, Lublin Strumień pary Temperatura pary = Temperatura spalin (strona lewa i prawa) Start Ecotube od godz. 9 Udział O 2 (strona lewa i prawa) Wtrysk wody

30 Strona 30/34, ICS Sp. z o. o., Referencje (8/8) Korzyści z zainstalowania EcoTube System w MEGATEM EC-Lublin Lp. Parametr Przed modernizacją Z Ecotube System 1 Emisja NO X mg/nm mg/nm mg/nm 3 2 Woda amoniakalna (24,6% NH 3 ) - 47 kg/h 74 kg/h 3 Unos NH mg/nm mg/nm 3 4 Udział O 2 w splinach około 4,0% około 2,5% około 2,5% 5 Emisja CO mg/nm mg/nm mg/nm 3 6 Sprawność kotła około 89% około 90% około 90% 7 Wydajność kotła 53 t/h 54 t/h 54 t/h 8 Wtrysk wody do pary 1,7 1,9 t/h 0 1,3 t/h 0 1,3 t/h 9 Temperatura pary 486,0 o C 486,0 o C 486,0 o C 10 Temperatura spalin (przed IOS) o C o C o C 11 Temperatura spalin (za IOS) około 147 o C około 139,0 o C około 139,0 o C 12 Udział części palnych w żużlu 5 16% 5 35% 5 35% Korzyści finansowe: Wyższa sprawność kotła niższe zużycie paliwa, Niższe zużycie energii na potrzeby własne, Niższe ryzyko korozji, Dłuższa praca jednostki pomiędzy postojami serwisowymi, Redukcja opłat za emisje.

32 Strona 32/34, ICS Sp. z o. o., Podsumowanie (1/2) W celu osiągniecia zamierzonych redukcji emisji do poziomów wynikających z dokumentów IED oraz BAT pierwszym zadaniem jakie należy wykonać jest: analiza procesu spalania zachodzącego w kotle energetycznym, dopasowanie jak najkorzystniejszego rozwiązania technologicznego. 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. Produkt MiniEcotube oparty o metodę SNCR daje dobre rezultaty redukcji NO X w przypadku gdy proces spalania jest już uporządkowany i spełnione są warunki omówienie w prezentacji. 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.

33 Strona 33/34, ICS Sp. z o. o., Podsumowanie (2/2) 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.

34 Strona 34/34, 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: