NISKOTEMPERATUROWA TERMOLIZA SPOSOBEM NA OGRANICZANIE ZAWARTOŚCI RTĘCI W SUBSTANCJACH STAŁYCH

Transkrypt

1 NISKOTEMPERATUROWA TERMOLIZA SPOSOBEM NA OGRANICZANIE ZAWARTOŚCI RTĘCI W SUBSTANCJACH STAŁYCH Rafał KOBYŁECKI, Michał WICHLIŃSKI Zbigniew BIS Politechnika Częstochowska, Katedra Inżynierii Energii ul. Brzeźnicka 6a, 42-2 Częstochowa Tel: w. 18, Fax: w. 25, rafalk@is.pcz.czest.pl Rtęć w przemyśle Konwencja, ograniczanie emisji, technologia (3 edycja), Warszawa,

2

3 Emission, tonnes Udział antropogenicznej emisji Hg z Polski 1% emisji światowej (1-2 t/rok) Coal combustion - power plants 3. Caustic Soda production 2. Coal combustion - residential heating 4. Cement Production 5. Iron and Steel production Waste incineration 7. Non-ferrous metal production - Zinc Non-ferrous metal production - Lead 9. Oil combustion Other sources 15.3 wg Pacyna et al.

4 Początek badań Hg lata 7-te XXw. (USA) 199: Clean Air Act Amendments, review EPA n.t. zanieczyszczeń 27.1 egzekwowanie norm w USA PL emisja Hg ze źródeł przemysłowych badania w 9-tych, KIE PCz badania od 26 (3 rd Int. Workshop on Mercury Emission From Coal) WYBRANE PUBLIKACJE - Hg: WICHLIŃSKI M., KOBYŁECKI R., BIS Z., Fuel Processing Technology, 214. WICHLIŃSKI M., KOBYŁECKI R., BIS Z., Archives of Environmental Protection, 212. WICHLIŃSKI M., KOBYŁECKI R., BIS Z., Energy Policy Journal, 212. WICHLIŃSKI M., KOBYŁECKI R., ŚCISŁOWSKA M., BIS Z., 4th Congress on Environmental Engineering, 212. WICHLIŃSKI M., KOBYŁECKI R., BIS Z., Energy Policy Journal, vol. 14/2, 211. KOBYŁECKI R., WICHLIŃSKI M., BIS Z., Energy Policy Journal, t. 12 z. 2/2, 29. KOBYŁECKI R., WICHLIŃSKI M., BIS Z., prace naukowe Politechniki Warszawskiej z. 25, 27. KOBYŁECKI R., WICHLIŃSKI M., BIS Z., I Konferencja NaukowoTechniczna WTiUE 27. KOBYŁECKI R., BIS Z., Proc. Conf Energetika A Zivotni Prostredi, Ostrava 26. KOBYŁECKI R., WICHLIŃSKI M., BIS Z., MEC3, Katowice, 26.

5 Pomiar koncentracji Hg on-line: w gazach, w cieczach, w c. stałych. Pomiar emisji i imisji Hg & Hg 2+ O.K.! Komora spalania Oznaczanie stężenia Hg w próbkach stałych w zakresie,5-1 ng/g; w cieczach od,5 ng/l; w powietrzu od 2 ng/m 3

6 Bilans Hg w kotle pyłowym, 5MW; ESP + wet desox, węgiel kamienny Spaliny i popiół lotny uniesiony ze spalinami: ok. 35% Hg na wejściu: 1% Szlamy i ścieki: 1% Popiół denny: 1% Popiół lotny z ESP: ok. 6% Gips: <1% Próbka Hg w węglu [µg/kg] Hg w popiele lotnym [µg/kg] A B C D

7 Unburned carbon in the fly ash [%] Hg concentration [ng/g] UC i Hg w popiołach lotnych z polskich kotłów fluidalnych 4 Nr 1 Nr 2 Nr 3 Nr 4 Nr 5 Nr 6 Nr 7 Nr 8 Nr Nr 1 Nr 2 Nr 3 Nr 4 Nr 5 Nr 6 Nr 7 Nr 8 Nr Particle size [ m] Particle size [ m]

8 Zawartość rtęci [ng/g] Zależność między zawartością części palnych we frakcjach popiołu a zawartością Hg 1 Nr 1 Nr 2 Nr 3 Nr 4 Nr 5 Nr 6 Nr 7 Nr 8 Nr Zawartość części palnych [%]

9 Historiogram zawartości rtęci w polskich węglach energetycznych 16 Liczba próbek węgli Średnia zawartość rtęci [ng/g]

10 Emisja rtęci odniesiona do ciepła spalania paliwa [ng/j],7,6,5,4,3,2 Limit EPA,1, Nr próbki węgla

11 TECHNOLOGIE dla obniżenia emisji Hg: PRECOMBUSTION POSTCOMBUSTION

12 Hg released [%] Hg released [%] Precombustion: - Wybór węgla kluczowe dane o zawartości Hg! - Wzbogacanie - Termoliza dla usuwania Hg A: 131 ng/g; B: 79 ng/g; C: 231 ng/g 1 8 coal A - AIR coal B - AIR coal C - AIR AIR coal A - CO 2 CO 2 1 coal B - CO 2 coal C - CO Temperature [ o C] Temperature [ o C]

13 HHV [kj/kg] Ciepło spalania wybranych węgli po termolizie w N2 25 Coal A Coal B Coal C raw coal Coal after mercury release in 38 o C Coal after mercury release in 41 o C Temperatura Obniżenie HHV [%] Węgiel A Węgiel B Węgiel C 38 o C o C

14 PROJEKT BADAWCZY GIG, PCz, IChPW, AGH Opracowanie bazy danych zawartości rtęci w krajowych węglach, wytycznych technologicznych jej dalszej redukcji wraz ze zdefiniowaniem benchmarków dla krajowych wskaźników emisji rtęci Baza Hg (PBS2/A2/14/213)

15 Zadanie nr 6: Ocena możliwości redukcji zawartości rtęci w produktach niskotemperaturowej obróbki termicznej węgla Stanowiska autorskie: Piec obrotowy Kolumna fluidalna

16 Względna ilość uwolnionej rtęci [%] Względna ilość uwolnionej rtęci [%] Względna ilość uwolnionej rtęci [%] Stopień wydzielania rtęci w zależności od temperatury dla różnych węgli (piec obrotowy) 1 8 Miał surowy Jaworzno Miał surowy Janina Miał Czas: wzbogacony 3s Janina Miał wzbogacony Jaworzno 1 8 Miał surowy Jaworzno Miał surowy Janina Miał Czas: wzbogacony 19s Janina Miał wzbogacony Jaworzno Temperatura [ o C] Miał surowy Jaworzno Miał surowy Janina Miał Czas: wzbogacony Janina 14s Miał wzbogacony Jaworzno Temperatura [ o C] Temperatura [ o C]

17 Względna ilość uwolnionej rtęci [%] Stopień wydzielania rtęci w zależności od temperatury dla różnych węgli (kolumna fluidalna ) Miał surowy Jaworzno Miał surowy Janina Miał wzbogacony Janina Miał wzbogacony Jaworzno Czas pobytu [s]

18 USUWANIE Hg - skala pilotowa

19 17 kw autotermiczny reaktor w PCz: różne paliwa stałe, suszenie i usuwanie wilgoci (wzrost LHV), usuwanie m.in. Hg (>99%), Cl, K, S, etc.

20 Mercury: partitioning [%] Mercury: partitioning [%] 1 Solid Gas F1 F2 F3 F4 1 Solid Gas F1a F1b F1c

21 PODSUMOWANIE 1. Koncentracja rtęci w polskich kamiennych węglach energetycznych: <16 ng/g, 2. Podobne ograniczenia w Polsce jak w USA przekroczenie standardów emisji rtęci podczas spalania połowy (46%) polskich węgli energetycznych, 3. Kinetyka wychodzenia rtęci podczas spalania próbek węgli dwie charakterystyczne grupy paliw: grupa I jedno maksimum emisji rtęci, przypadające na okres wychodzenia i spalania części lotnych, grupa II dwa maksima emisji, odpowiadające etapom spalania części lotnych oraz pozostałości koksowej, 4. Istnieje proporcjonalna zależności między zawartością części palnych w popiele lotnym a zawartością Hg. 5. Emisja Hg poprzedza spalanie, na co wskazują krzywe emisji CO i CO Termoliza paliw (precombustion) możliwe usunięcie Hg (różne technologie). Ponad 95% Hg można usunąć przy niewielkich (5-8% HHV) stratach energii chemicznej. 7. Autotermiczna termoliza obiecująca technologia dla usuwania Hg (>99%) z różnych substancji stałych.