Wpływ siarki organicznej na jakość węgli energetycznych The influence of organic sulphur content on steam coals quality

Transkrypt

1 POLSKIE TOWARZYSTWO PRZERÓBKI KOPALIN Wpływ sirki orgnicznej n jkość węgli energetycznych The influence of orgnic sulphur content on stem cols qulity Jerzy SABLIK 1), Witold WAWRZYNKIEWICZ 2) 1) Prof. dr hb.; Główny Instytut Górnictw, Zkłd Oceny Jkości i Wzbogcni Koplin; Pl. Gwrków 1, Ktowice; tel.: ( ) , fks: ( ) , e-mil: buxjs@gig.ktowice.pl 2) Dr; Główny Instytut Górnictw, Zkłd Oceny Jkości i Wzbogcni Koplin; Pl. Gwrków 1, Ktowice; tel.: ( ) , fks: ( ) , e-mil: swxww@gig.ktowice.pl RECENZENCI: dr hb. Stnisłw SANAK-RYDLEWSKA, prof. AGH; dr inż. Zofi BLASCHKE Streszczenie Zwrtość sirki orgnicznej w węglu energetycznym jest prmetrem, który między innymi decyduje o jego jkości. Sirki orgnicznej nie możn usunąć z węgl w procesch wzbogcni. Podczs splni węgl sirk t tworzy dwutlenek sirki. Przedstwiono wyniki bdń zwrtości sirki cłkowitej i orgnicznej w węglch z różnych pokłdów i koplń. Obliczono wielkość potencjlnej emisji dwutlenku sirki do tmosfery w zleżności od zwrtości sirki orgnicznej w węglu. Biorąc pod uwgę wiedzę o zwrtości sirki orgnicznej w węglu decydowć możn o sposobie odsirczni. Summry Orgnic sulphur content in power col deteres mong other fctors the qulity of col. Orgnic sulphur cnnot be removed from col by upgrding processes. Col, when combusted forms therefor sulphur dioxide. Results of investigtion of totl nd orgnic sulphur content in col from different col beds nd es re presented. In dependence of orgnic sulphur content the potentil sulphur dioxide emission into tmpsphere is clculted. Tking this in considertion, the method of desulphuristions cn be selected. 1. Wstęp. Jednym z podstwowych pierwistków występujących w węglu kmiennym obok węgl pierwistkowego, wodoru, tlenu i zotu jest sirk. Może on występowć w węglu głównie pod postcią sirczków (piryt, mrksyt) lub w postci połączeń orgnicznych w mkromolekułch stnowiących elementy orgnicznej substncji węgl (rys. 1) [1], [2]. Odsircznie jest jednym z zsdniczych procesów czyniących z węgl żródło energii brdziej przyjzne dl środowisk. Odsircznie węgl może być prowdzone przed jego spleniem, w trkcie splni lub poprzez odsircznie splin [3]. Przed spleniem w procesch wzbogcni węgl usunąć możn znczną część związków nieorgnicznych sirki stnowiących 5-7% sirki cłkowitej. Sirki orgnicznej nie możn usunąć z węgl metodmi przeróbki. Zwrtość sirki orgnicznej stnowi ztem poziom, poniżej którego nie możn zejść odsirczjąc węgiel przed jego spleniem. Aktulnie obowiązujące normy emisji SO 2 do tmosfery przewidują, że w przypdku zkłdów energetycznych strszych, zbudownych przed 1994 r. dozwolon emisj wynosi 87g/GJ, zś zkłdów nowszych wynosi 2g/GJ. Poziom emisji spowodowny zwrtością sirki orgnicznej w węglu może być wyższy od określonego normą jko dopuszczl- 1. Introduction Sulphur is one of the bsic elements occuring in hrd col, besides crbon, hydrogen, oxygen, nd nitrogen. It my occur in col deposits minly in the form of sulfide (pirite, mrcsite), or in orgnic couplings in mcromolecules which constitute the orgnic mtter of col (Fig. 1) [1], [2]. Desulphuriztion is one of the mjor processes rendering col more environment friendly source of energy. Desulphuriztion of col my be crried out before its combustion, during combustion, or through desulphuriztion of flue gs [3]. Before combustion, in preprtion processes, substntil portion of inorgnic mtter contining sulphur my be removed, which comprise 5 7% of totl sulphur. Orgnic sulphur my not be removed from col by processing methods. Therefore, the orgnic sulphur content constitutes certin floor level beyond which it is impossible to rech by desulphurizing col before its combustion. The present stndrds of sulphur dioxide emission to the tmosphere stte tht in cse of older power plnts, constructed before 1994, the permissible emission is 87g/GJ, while for newer ones it is 2g/GJ. The level of emission resulting from orgnic sulphur content in col my be higher thn wht the stndrd sttes s permissible. This rises Inżynieri erln STYCZEŃ CZERWIEC < 21 > JANUARY JUNE Journl of the Polish erl Engineering Society 11

2 ny. Powoduje to wzrost zinteresowni zwrtością sirki orgnicznej w węglu, zwłszcz energetycznym. W rtykule przedstwiono wyniki bdń zwrtości sirki orgnicznej w pokłdch węglowych Górnośląskiego Zgłębi Węglowego. Przedstwiono tkże obliczoną z wykorzystniem tych wyników potencjlną emisję SO 2 do tmosfery spowodowną obecnością sirki orgnicznej w węglu. Umożliwi to ocenę wpływu tej formy sirki n produkcję czystego węgl. more interest in orgnic sulphur content in col, especilly stem col. The rticle presents results of reserch on orgnic sulphur content in col beds of the Upper Silesin Col Bsin (USCB). It lso presents the potentil emission of sulphur dioxide to the tmosphere s consequence of orgnic sulphur occuring in col, using those results. Consequently, it llows to ssess the influence of tht form of sulphur on production of clen col. Rys.1 Prwdopodobne usytuownie tomów sirki w strukturze mkromolekuły substncji węglowej (wg Wiser [1]) 2. Zwrtość sirki orgnicznej w pokłdch GZW. Zebrne informcje n temt zwrtości różnych form sirki, pierwistk C dl węgli z GZW zestwiono osobno dl kżdej serii litostrtygrficznej i przedstwiono w tblicy 1. Obliczone wrtości średnie przedstwiono w stnie nlitycznym. Sirkę orgniczną, zwrtość pierwistk C przeliczono tkże n stn suchy bezpopiołowy by otrzymć rzeczywisty udził procentowy sirki i węgl w czystej substncji węglowej. Zestwione w tblicy 1 wyniki mogą stnowić ukłd odniesieni dl pogłębionych rozwżń nd zwrtością sirki orgnicznej w węglch poszczególnych pokłdów. edni zwrtość sirki cłkowitej w węglch GZW mleje od wrstw libiąskich (1,84%) do wrstw siodłowych (,66%), w wrstwch porębskich i gruszowskich ponownie wzrst i przekrcz wrtość,9%. Te dwie osttnie grupy wrstw oddzielją wrstwy jklowieckie, w których średni zwrtość sirki jest njniższ n terenie GZW i wynosi,64%. Wyrźny spdek zwrtości Fig.1 The probble sulphur toms locliztion in the mcromoleculr structure of col orgnic mtter (cc. to Wiser [1]) 2. Orgnic sulphur content in USCB col beds The informtion gthered, regrding the content of vrious forms of sulphur, s well s crbon for col beds from USCB hve been listed seprtely for ech lithostrtigrphic series, nd presented in Tble 1. The verged vlues clculted hve been presented in nlytic bsis. Orgnic sulphur nd crbon content hve lso been converted into dry sh-free bsis, in order to obtin the rel percentge of sulphur nd crbon in dry col. The results gthered in Tble 1 my be reference system for more profound considertions relting to orgnic sulphur content in col from specific beds. Averge totl sulphur content in USCB cols decreses from libiąskie strt (1.84%) to siodłowe strt (.66%) yet in porębskie nd gruszowskie strt, in which the verge sulphur content is mong the lowest in USCB re, mounting to.64%. A considerble drop in totl sulphur content in cols belonging to libiąskie strt to the siodłowe re results from 12 Inżynieri erln STYCZEŃ CZERWIEC < 21 > JANUARY JUNE Journl of the Polish erl Engineering Society

3 sirki cłkowitej w węglch wrstw od libiąskich do siodłowych jest spowodown tym, że mleje zwrtość dwóch skłdowych sirki cłkowitej tj. sirki pirytowej (od 1,38% w wrstwch libiąskich do,36% w wrstwch siodłowych) i sirki orgnicznej (od,43% w libiąskich, nwet,66% w łziskich do,28% w siodłowych). W węglch wrstw porębskich, jklowieckich i gruszowskich nstępuje ponowny wzrost zwrtości sirki cłkowitej. Główną tego przyczyną jest sirk orgniczn, której zwrtość w przeliczeniu n stn nlityczny dl węgli z wrstw porębskich i gruszowskich przekrcz wrtość,5%. Njwiększe średnie zwrtości sirki orgnicznej w przeliczeniu n stn suchy bezpopiołowy stwierdzono tkże w pokłdch łziskich (,85% ), njmniejsze w pokłdch siodłowych (,3% ). Tblic 1 ednie zwrtości różnych form sirki i pierwistk C węgli z GZW the drop in the content of two constituents of totl sulphur, nmely pyritic sulphur (from 1.38% in libiąskie strt to.36% in siodłowe strt), nd orgnic sulphur (from.43% in libiąskie strt, nd even.66% in łziskie strt, to.28% in siodłowe strt). In cols from porębskie, jklowieckie nd gruszowskie strt, the totl sulphur content increses gin. The min reson for tht is orgnic sulphur, the content of which, converted into nlytic bsis, exceeds.5% for cols of the porębskie nd gruszowskie strt. The highest verge content of orgnic sulphur, converted into dry sh-free bsis, hs lso been found in the łziskie bed (.85% ), while the lowest hs been noted for the siodłowe beds (.3% ). Tble 1 Men content of different kinds of sulphur compounds nd crbon in cols of the Upper Silesin Col Beds Wrstwy litostrtygrficzne Strtigrphicl lyer Libiąskie Łziskie Orzeskie Złeskie Rudzkie Siodłowe Porębskie Jklowieckie Gruszowskie Wrtość Vlue Mx Mx Mx Mx Mx Mx Mx Mx Mx S t 1,13 3,9 1,84,58 4,3 1,69,61 5,31 1,57,29 1,88,8,4 1,45,79,21 1,66,66,36 2,9,98,28 1,14,64,64 1,5,94 S p,77 2,49 1,38,17 3,36,98,19 4,3,99,1 1,23,38,2,99,34,1 1,37,36,2 1,45,42,2,67,23,19,92,39 S SO4,1,4,3,,56,5,,6,3,1,11,3,1,13,3,,1,3,1,8,3,1,4,2,1,3,2,32,56,43,24 1,68,66,2 1,6,55,18,7,39,15,79,42,11,76,28,25,87,52,24,55,4,42,63,52,38,73,54,3 2,62,85,25 2,11,69,2,78,45,16,9,5,12,98,3,33,83,59,26,61,45,49,69,57 C o 57,51 65,81 61,95 45,33 71,65 61,89 5,75 82,7 64,78 43,65 86,1 73,, 88,37 72,35 63,68 88,51 76,87 6,54 83,97 74,92 64,77 82,8 76,75 71,94 84, 77,85 C o 75,18 78,48 77,33 72,6 81,43 77,79 73,83 88,64 79,56 76,29 91,58 84,18 69,89 92,35 84,24 79,14 93,9 84,46 77,97 89,67 84,22 83,73 87,3 85,7 8,62 9,33 86,8 Zwrtość pierwistk C (stopień uwęgleni) rośnie od wrstw libiąskich (C o = 77,33%) do wrstw gruszowskich (C o = 86,8%). Wrstwy The content of crbon (rnk of col) increses from libiąskie strt (C o = 77.33%) to the gruszowskie strt (C o = 86.8%). Older strt, in Inżynieri erln STYCZEŃ CZERWIEC < 21 > JANUARY JUNE Journl of the Polish erl Engineering Society 13

4 strsze, w których występują węgle brdziej uwęglone (silniej zmetmorfizowne) znjdują się w zchodniej części zgłębi. Stwierdzono, że istnieje wyrźn zleżność pomiędzy uwęgleniem substncji węglowej (zwrtość pierwistk C) zwrtością sirki orgnicznej. W węglch z pokłdów wrstw strtygrficznie młodszych (libiąskie, łziskie, złęskie) wrz ze wzrostem stopni uwęgleni mleje zwrtość sirki orgnicznej. Ntomist w węglch z pokłdów wrstw strtygrficznie strszych, występujących w zchodniej części zgłębi, w strefie silniej dziłjącego metmorfizmu, wzrost stopni uwęgleni nie powoduje prktycznie spdku średniej zwrtości sirki orgnicznej w substncji węglowej. Bdni Wnękowskiej [4], Gryglewicz i Jsieńki [5] dowodzą, że w procesie uwęgleni nstępują zminy udziłów poszczególnych form sirki orgnicznej w węglu. W węglch niskouwęglonych sirkę orgniczną stnowią przede wszystkim związki słbiej związnej z substncją węglową sirki tioeterowej, w węglch wysokouwęglonych występuje głównie silnie związn z substncją węglową sirk tiofenow. Możn przypuszczć, że spdek zwrtości sirki orgnicznej wrz ze wzrostem stopni uwęgleni jest spowodowny rozkłdem słbo związnej z węglem sirki tioeterowej. Sirk tioeterow jest w mirę uwęglni uwlnin z substncji węglowej, le może tkże w pewnych wrunkch przechodzić w sirkę tiofenową. W węglch o stosunkowo wysokim uwęgleniu proces przemin, którym podlegją związki sirki jest zkończony. Zminę zwrtości sirki orgnicznej w substncji węglowej w funkcji stopni uwęgleni w węglch Górnośląskiego Zgłębi Węglowego przedstwiono n rys. 2 [6]. which higher rnk of col occur (more metmorphic col) re locted in the western prt of the col bsin. It hs been found tht there is considerble dependence between rnk of col (content of crbon) nd the content of orgnic sulphur. In cols from col beds with strtigrphiclly younger strt ( libiąskie, łziskie, złęskie ), when the rnk of col increses, the content of orgnic sulphur drops. On the other hnd, in cols from strtigrphiclly older strt, locted in the western prt of the col bsin where col is more metmorphosed, incresed rnk of col does not prcticlly result in decrese of verge orgnic sulphur content in col mtter. The investigtions by Wnękowsk [4], Gryglewicz nd Jsieńko [5] prove tht in the process of colifiction chnges in prticiption of different forms of orgnic sulphur in col tke plce. In low-rnk col orgnic sulphur is present minly in the form of thioether sulphur compounds, less strongly bound with the col, while in high-rnk col tiophene sulphur is minly present, being strongly bound with col substnce. One my ssume tht the decrese of orgnic sulphur content with the increse of colifiction is due to decomposition of thioether sulphur, wekly coupled with col. Thioether is relesed from col mtter s colifiction progresses, but my lso in certin conditions be trnsformed into tiophene sulphur. In reltively high-rnk col the process of trnsformtions, which sulphur compounds re subject to, is completed. Chnges in the sulphur content in col orgnic mtter s function of colifiction of cols from the Upper Silesin Col Bsin, tking into considertion some 6 smples, re presented in Figure 2 [6]. 3, 2,5 2, So 1,5 1,,5, Rys.2 Krzyw regresji zwrtości sirki orgnicznej ( ) w węglu GZW w funkcji zwrtości pierwistk C (C o ) Co Fig.2 Regression curve of orgnic sulphur content ( ) s function of crbon content (C o ) in Upper Silesin Col 14 Inżynieri erln STYCZEŃ CZERWIEC < 21 > JANUARY JUNE Journl of the Polish erl Engineering Society

5 Zgromdzone dne ukłdją się zgodnie z krzywą regresji, którą możn opisć równniem: The dt gthered mke up regression curve which cn be described by the following eqution: =, 6 (C o ) 3 +, 143 (C o ) , 348 C o + 252, 72 Współczynnik korelcji zmiennych wynosi R = -,658 i przy poziomie istotności α =,1 korelcj jest wysoce istotn. Zwrtość sirki orgnicznej w substncji węglowej mleje wrz ze wzrostem stopni uwęgleni do punktu, w którym zwrtość pierwistk C wynosi około 82%. Dlszy wzrost uwęgleni nie pociąg z sobą spdku zwrtości sirki orgnicznej i w mirę uwęgleni zleżność pomiędzy i C przyjmuje chrkter funkcji stłej w której teoretyczn wrtość (y i y) równ się zeru (dl funkcji stłej R = ), tzn. kierunek przebiegu krzywej regresji zczyn być zbliżony do równoległej do osi odciętych. Bdnie częstości występowni określonej zwrtości sirki orgnicznej w węglch GZW wykzły, że njczęściej występują węgle z zwrtością sirki orgnicznej ok.,5%. Odstępstwem od tej reguły są węgle z pokłdów wrstw siodłowych, w których njczęściej zwrtość wynosi około,2% i węgle wrstw porębskich z njczęściej występującą zwrtością sirki orgnicznej ok.,7%. Ntomist bdnie częstości występowni sirki orgnicznej w sirce cłkowitej wykzuje, że w pokłdch wrstw młodszych (libiąskie, łziskie, orzeskie) występują węgle w których udził sirki orgnicznej w sirce cłkowitej rzdko jest większy od 5%. Doującą formą sirki jest sirk pirytow. Ntomist w pokłdch wrstw strszych udził sirki orgnicznej w sirce cłkowitej stopniowo wzrst i w wrstwch porębskich i jklowieckich dl większości zbdnych węgli udził ten przekrcz 5%. W węglch wrstw porębskich, jklowieckich i gruszowskich sirk orgniczn stje się doującą formą sirki. 3. Potencjln emisj SO 2 do tmosfery jko skutek zwrtości sirki orgnicznej w węglu. Dl oceny emisji SO 2 do tmosfery wynikjącej z zwrtości sirki orgnicznej w węglu wykorzystno zleżności [7]: The correltion coefficient of vribles mounts to R = -.658, nd the significnce level of lph =.1 the correltion is highly significnt. The content of orgnic sulphur in col orgnic mtter decreses with the increse of colifiction degree, to the point in which the content of crbon mounts to some 82%. And further increse of colifiction does not entil drop in orgnic sulphur content, nd s colifiction progresses, the dependence between So nd C becomes constnt function, in which the theoreticl vlue of (y i y) equls zero (for constnt function R = ), tht is the course of regression curve becomes close to prllel to the ordinte xis. The investigtions of the frequency of occurence of definite orgnic sulphur content in cols from Upper Silesin Col Bsin (USCB) proved tht the most frequently occuring is the col with some.5% of orgnic sulphur. A devition from tht rule tkes plce for cols from siodłowe beds, in which most often the content mounts to some.2% nd cols from the porębskie strt where the orgnic sulphur content is usully some.7%. On the other hnd, the investigtion of orgnic sulphur content in totl sulphur shows tht in beds from younger strt ( libiąskie, łziskie, orzeskie ) there re cols in which the shre of orgnic sulphur in totl sulphur rrely does exceed 5%. Pyritic sulphur is the doting form of sulphur. In beds of older strt, however, the shre of orgnic sulphur in totl sulphur increses grdully nd, in porębskie nd jklowieckie strt, exceeds 5% for most cols exed. In cols from porębskie, jklowickie, nd gruszowskie strt orgnic sulphur becomes doting form of sulphur. 3. Potentil emission of SO 2 to the tmosphere s consequence of orgnic sulphur content in col For ssessment of emission of SO 2 to the tmosphere, resulting from the orgnic sulphur content in col, the reltionships [7] hve been used: E SO2 = M SO 2 Q i r M SO2 = S t r $ 2 $ u (1) (2) gdzie: M SO2 ilość SO 2 powstjąc w wyniku spleni 1 kg węgl [g/kg], where: M SO2 mount of SO 2 produced s result of burning one kilogrm of col [g/kg], Inżynieri erln STYCZEŃ CZERWIEC < 21 > JANUARY JUNE Journl of the Polish erl Engineering Society 15

6 Q i r wrtość opłow w stnie roboczym [MJ/kg], S t r sirk cłkowit w stnie roboczym, u ilość sirki plnej w sirce cłkowitej 2 współczynnik przeliczeniowy. Sirk pln jest wyliczn z różnicy sirki cłkowitej i popiołowej. Sirk popiołow jest to t część sirki któr po spleniu węgl pozostje w popiele. Jest to przewżnie sirk sircznow orz część pierwotnej sirki pirytowej lub orgnicznej. Wydzielny w procesie splni SO 2 i SO 3 mogą wchodzić w rekcje chemiczne z tlenkmi wpni i mgnezu powstjącymi przez termiczny rozkłd soli tych metli, głównie węglnów, tworząc sirczny wpni i mgnezu. Proces ten zchodzi w temperturch niskich rzędu 85 9 C. W temperturch wyższych pond 1 C sirczny ulegją rozpdowi n tlenki metli i SO 3. Podczs przemysłowego splni węgl w wysokich temperturch prwie cł sirk zwrt w węglu przechodzi do gzów splinowych (ok. 95% zwrtości sirki cłkowitej w węglu) [8]. Zwrtość sirki orgnicznej jest zróżnicown i zleżn od uwęgleni i wrstw strtygrficznych. W tblicy 2 przedstwiono zwrtość sirki cłkowitej i sirki orgnicznej orz wrtość opłową dl węgli wybrnych koplń Górnośląskiego Zgłębi Węglowego, n rysunkch, 3, 4, 5 i 6 wyliczono potencjlną emisję SO 2 do tmosfery mogącą być wynikiem utylizcji tych węgli. N przykłdzie tych koplń (od 1 do 7) ukzno stopień zróżnicowni tej emisji. Anliz wyników zmieszczonych w tblicy 1 orz n rysunkch pozwl ocenić wpływ jki n potencjlną emisję SO 2 do tmosfery m zwrtość sirki, w tym sirki orgnicznej orz stopień uwęgleni substncji węglowej, który odzwierciedl wrtość opłow. Koplni numer 1 prowdzi eksplotcję węgl w wrstwch złęskich, rudzkich, siodłowych i porębskich (rys. 3). Njwiększą średnią potencjlną emisją SO 2 dl tej koplni chrkteryzują się węgle z pokłdów wrstw rudzkich (747g/GJ). Ntomist emisj spowodown obecnością sirki orgnicznej w tych węglch wynosi 432g/GJ. Węgle te mogą spełnić normy emisji jedynie dl strych instlcji energetycznych. N terenie koplni 1 njlepsze jkościowo węgle występują w pokłdch wrstw siodłowych. Dl węgli tych średni wyliczon emisj spowodown obecnością sirki cłkowitej wynosi 37g/GJ, obecnością sirki orgnicznej 168g/GJ. Nisk potencjln emisj jest spowodown niskimi zwrtościmi sirki cłkowitej (,5%) i orgnicznej (,28%), orz stosunkowo wysoką wrtością opłową ( kj/kg). Nisk zwrtość sirki orgnicznej powoduje, że węgle te po odsirczeniu r Q i net clorific vlue t work bsis [MJ/kg], r S t totl sulphur t work bsis, u mount of flmmble sulphur in totl sulphur, 2 reclcultion coefficient. The mount of flmmble sulphur is clculted from the difference between totl sulphur nd sh sulphur. Ash sulphur is tht prt of sulphur which remins in the sh fter burning the col. It is minly sulfte sulphur nd prt of the initil pyritic or orgnic sulphur. SO 2 nd SO 3 emitted in the combustion process my enter vrious chemicl rections with clcium nd mgnesium oxides, formed by thermic decomposition of slts of these metls, minly crbontes, resulting in production of clcium nd mgnesium sulftes. Tht process tkes plce in reltively low tempertures, in the rnge of 85 9 C. In higher tempertures, exceeding 1 C, the sulftes undergo decomposition into metl oxides nd SO 3. During industril combustion of col in high tempertures lmost ll sulphur tht is contined col psses to flue gs (some 95% of totl sulphur contined in col) [8]. The content of orgnic sulphur differs nd depends upon colifiction nd strtigrphic strt. Tble 2 presents the totl sulphur content, orgnic sulphur content, nd net clorific vlue for cols from selected col es of the Upper Silesin Col Bsin (USCB), while Figures 3, 4, 5, nd 6 list the potentil emission of SO 2 to the tmosphere tht my result from the utiliztion of those cols. On the exmple of those col es (from 1 to 7) the degree of difference between those emissions hve been shown. The nlysis of results contined in Tble 2 nd Figures llows to ssess the influence which the sulphur content hs upon the potentil emission of SO 2 to the tmosphere, including orgnic sulphur, nd the colifiction degree of col mtter reflected in the net clorific vlue. Col e No 1 digs for col in złęskie, rudzkie, siodłowe, nd porębskie strt (Fig. 3). The highest verge potentil emission of SO 2 for tht col e is for col from rudzkie strt (747 g/gj). On the other hnd, the emission due to the presence of orgnic sulphur in tht col mounts to 432 g/gj. Such col my comply only with emission stndrds for old power plnts instlltions. In col e 1 the best qulity col is in siodłowe bed strt. For such col, the verge clculted emission resulting from totl sulphur content mounts to 37g/GJ. While tht resulting from orgnic sulphur content mounts to 168g/GJ. A low potentil emission results from low content of totl sulphur (.5%) nd orgnic sulphur (.28%), nd reltively high clorific vlue ( kj/kg). 16 Inżynieri erln STYCZEŃ CZERWIEC < 21 > JANUARY JUNE Journl of the Polish erl Engineering Society

7 metodmi przeróbki będą spełniły normy emisji dl nowych instlcji energetycznych. Tblic 2 Zwrtość sirki (S t,, ) i węgl (C o, C o ) orz wrtość opłow (Q i ) węgli z wybrnych koplń i wrstw strtygrficznych A low content of orgnic sulphur ccounts for the fct tht such col, fter desulphuriztion by preprtion, shll comply with the emission stndrds for new power plnts instlltions. Tble 2 Content of sulphur (S t,, ) nd crbon (C o, C o ) nd clorific vlue (Q i ) for cols of selected es nd strtigrphic lyers Koplni e Wrstwy litostrtygrficzne Strtigrphicl lyer złęskie rudzkie siodłowe porębskie siodłowe siodłowe złęskie porębskie libiąskie łziskie Wrtość Vlue S t,56 1,4,81 1,9 1,9 1,9,42,64,5,36 1,76,88,24,37,31,3,54,42,47 1,75,93,67 1,61 1,4 1,13 3,9 1,84,61 5,31 2,7,26,34,3,63,63,63,26,31,28,31,87,55,13,18,16,26,3,28,17,7,43,46,77,61,32,56,43,34 1,68,87 C o 66,23 78,76 72,24 71,36 71,36 71,36 79,27 81,57 8,42 76,77 83,76 8,9 73,54 73,67 73,61 83,25 86,83 85,4 41,22 83,32 73,53 65,3 78,31 72,92 57,51 65,81 61,95 45,33 64,38 56,42 Q i [kj/kg] ,27,39,34,72,72,72,27,33,3,35,65,5,14,2,17,28,31,3,23,84,5,5,83,7,38,73,54,41 2,62 1,22 C o 82,23 83,29 82,78 81,71 81,71 81,71 85,54 86,21 85,81 85,5 87, 86,8 81,81 82,49 82,15 9,46 9,87 9,66 79,14 87,59 85,23 82,4 85,8 83,37 75,18 78,48 77,33 72,6 78,2 75,24 Q i [kj/kg] Niskią emisję SO 2 do tmosfery mogą powodowć węgle eksplotowne w koplnich 2 i 3 (rys. 4). Emisj spowodown obecnością sirki orgnicznej wyliczon dl węgli z tych koplń (pokłdy wrstw siodłowych) jest niższ od 2g/GJ, dltego węgle te po wzbogceniu mogą spełnić normy emisji obowiązujących nowe zkłdy energetyczne. Węgle z koplni 2 chrkteryzują się wprwdzie niższą wrtością opłową (średni Q i = kj/kg), le brdzo nisk zwrtość sirki zwłszcz orgnicznej powoduje, że są one jednymi z njmniejszych emiterów SO 2 w GZW. A low emission of SO 2 to the tmosphere my be fct for col dug in col es 2 nd 3 (Fig. 4). Emission resulting from orgnic sulphur content clculted for the col from those es ( siodłowe strt beds) is lower then 2g/GJ, tht is why tht col fter col clening my comply with emission stndrds for new power plnts. Cols from e 2, lthough hving lower clorific vlue (verge Q i = kj/kg), yet the very low sulphur content, prticulrly orgnic sulphur content puts it mong the lowest emitters of SO 2 in the USCB. Inżynieri erln STYCZEŃ CZERWIEC < 21 > JANUARY JUNE Journl of the Polish erl Engineering Society 17

8 Koplni 1 wrstwy złęskie Koplni 1 wrstwy rudzkie Koplni 1 wrstwy siodłowe Koplni 1 wrstwy porębskie e "1" "złęskie" lyers 12 e "1" "rudzkie" lyers 12 e "1" "siodłowe" lyers e "1" "porębskie" lyers Emisj SO 2 Emission SO 2 [g/gj] Rys.3 Zróżnicownie potencjlnej emisji SO 2 w wyniku utylizcji węgli z różnych wrstw strtygrficznych (węgiel z koplni 1) Fig.3 Differentition of the potentil SO 2 emission in consequence of cols from different strtigrphic lyers utiliztion (col from No 1 e) Koplni 2 wrstwy siodłowe Koplni 3 wrstwy siodłowe 4 e "2" "siodłowe" lyers 4 e "3""siodłowe" lyers Emisj SO 2 Emission SO 2 [g/gj] Rys.4 Potencjln emisj SO 2 w wyniku splni węgli z koplń 2 i 3 (węgle o młej potencjlnej emisji) Węgle z koplń numer 4 (wrstwy złęskie) i 5 (wrstwy porębskie) wybrne zostły jko przykłd węgli o średniej potencjlnej emisji SO 2 do tmosfery (rys. 5). Niektóre z tych węgli nwet przed wzbogceniem spełniją normy emisji dl strych instlcji energetycznych, jednk po wzbogceniu ze względu n wysoką zwrtość sirki orgnicznej w dlszym ciągu nie spełnią norm emisji dl nowych instlcji energetycznych. N terenie GZW występują tkże węgle o brdzo wysokiej potencjlnej emisji SO 2 do tmosfery (rys.6). Jko przykłd przedstwiono węgle z koplni 6 (wrstwy libiąskie) i koplni 7 (wrstwy Fig.4 Potentil SO 2 emission in consequence of No 2 nd 3 es col utyliztion (cols of low potentil emission). Col from col es No. 4 ( złęskie strt) nd 5 hve been selected to illustrte col of verge potentil emission of SO 2 to the tmosphere (Fig. 5). Some of tht col, even before clening, comply with emission stndrds for old power plnts, but fter clening, due to the high content of orgnic sulphur, still do not comply with emission stndrds for new power plnts. In USCB there is lso col with very high potentil emission of SO 2 to the tmosphere (Fig. 6). As exmple, col from e No. 6 ( libiąskie strt) nd No. 7 ( łziskie strt) hs been provided. Tht col, only fter desulphuriztion, my 18 Inżynieri erln STYCZEŃ CZERWIEC < 21 > JANUARY JUNE Journl of the Polish erl Engineering Society

9 łziskie). Węgle te dopiero po odsirczeniu metodmi przeróbki spełnić mogą normy emisji dl instlcji strych, jednk nigdy nie będą spełnić norm emisji dl instlcji nowych. Wysok zwrtość sirki orgnicznej w węglch koplni 7 powoduje, jk wskzują współczynniki potencjlnej emisji (rys 6), że mimo odsirczeni metodmi przeróbki nie spełnią one w dlszym ciągu norm emisji dl strych instlcji energetycznych. Wysokie potencjlne współczynniki emisji dl tych koplń spowodowne są wysoką zwrtością sirki w tym sirki orgnicznej (dl węgli z koplni 7 = 1,22) i niską wrtością opłową (koplni 1 Q i = kj/kg, koplni 7 Q i = kj/kg). comply with emission stndrds for old plnts, but will never comply with emission stndrds for new instlltions. A high content of orgnic sulphur in col from e 7 results, s indicted by potentil emission coefficients (Fig. 6), in the fct tht despite desulphuriztion by processing methods, tht col will fil comply with emission stndrds for old power plnts. High indices of potentil emission for those es re due to high sulphur content, including orgnic sulphur (for col from e 7 = 1.22%), nd low clorific vlue (col e 1 Q i = kj/kg, col e No 7 Q i = kj/kg). Koplni 4 wrstwy złęskie Koplni 5 wrstwy porębskie Emisj SO 2 Emission SO 2 [g/gj] e "4" "złęskie" lyers e "5" "porębskie" lyers Rys.5 Potencjln emisj SO 2 w wyniku splni węgli z koplń 4 i 5 (węgle o średniej potencjlnej emisji) Przeprowdzone bdni wykzują, że njwięcej węgli eksplotownych w GZW możn zliczyć do węgli o średnich potencjlnych współczynnikch emisji SO 2 do tmosfery tkich jkie wyliczono dl koplni 4 i 5, tzn że odsircznie metodmi fizycznymi przyczyni się do zncznego obniżeni emisji SO 2 do tmosfery jednk nie n tyle by spełniły one normy emisji obowiązujące obecnie w Polsce dl nowych instlcji energetycznych. W pokłdch wrstw siodłowych eksplotownych w centrlnej i północnej części GZW, występują węgle o niskiej zwrtości sirki orgnicznej i stosunkowo wysokiej wrtości opłowej, dltego wyliczone dl tej formy sirki współczynniki emisji są niższe od 2g/GJ i wskzują, że prktycznie jko jedyne z cłego zgłębi węgle te po odsirczeniu metodmi fizycznymi mogą spełnić normy emisji dl nowych instlcji energetycznych. Przykłdem są węgle koplń 2 i 3. Fig.5 Potentil SO 2 emission in consequence of No 4 nd 5 es col utyliztion (cols of potentil emission). The reserch crried out shows tht most of the col dug in the USCB my be included in the ctegory with verge potentil indices of emission of SO 2 to the tmosphere, such s hve been clculted for col es 4 nd 5, which implies tht desulphuriztion by physicl methods will result in considerble reduction of emission of SO 2 to the tmosphere, yet not sufficient to comply with emission stndrds vlid in Polnd now for new power plnts. In siodłowe strt beds, exploited in centrl nd northern prt of the USCB, there is col with low content of orgnic sulphur, nd reltively high clorific vlue, tht is why emission indices clculted for tht form of sulphur do not exceed 2g/GJ nd indicte tht, prcticlly, only tht col in the whole bsin my, fter desulphuriztion by physicl methods, comply with the emission stndrds for new power plnts. Exmples of tht col come from es 2 nd 3. Inżynieri erln STYCZEŃ CZERWIEC < 21 > JANUARY JUNE Journl of the Polish erl Engineering Society 19

10 Emisj SO 2 Emission SO 2 [g/gj] e "6" "libiąskie" lyers Koplni 6 wrstwy libiąskie Koplni 7 wrstwy łziskie e "7" "łziskie" lyers Rys.6 Potencjln emisj SO 2 w wyniku splni węgli z koplń 6 i 7 (węgle o dużej potencjlnej emisji) Współczynniki emisji dl węgli z południowo-zchodniej części GZW są stosunkowo niskie (średnio około 4g.GJ) jednk fkt że, doującą formą sirki w tych węglch jest sirk orgniczn powoduje że odsircznie metodmi fizycznymi spowoduje nieznczny spdek emisji podczs utylizcji tych węgli Duż zwrtość sirki cłkowitej i orgnicznej i stosunkowo niski stopień uwęgleni powoduje, że węgle eksplotowne w pokłdch wrstw młodszych (libiąskich, łziskich) eksplotownych we wschodniej i północno wschodniej części GZW zliczyć możn do potencjlnie njwiększych emiterów SO 2 do tmosfery, średnie współczynniki emisji spowodowne obecnością sirki cłkowitej wynoszą dl tych węgli około 15 g/gj, sirki orgnicznej około 5g/GJ. Przykłdem mogą być węgle z koplni 6 i Wniosek Z przeprowdzonych i przedstwionych wyżej bdń wynik, że jkość produkownego przez koplnie węgl może w zncznym stopniu zleżeć od zwrtej w nim sirki orgnicznej. Jk już zznczono, t form sirki nie może być usunięt z węgl w procesch wzbogcni. Duże zwrtości sirki orgnicznej w węglu wpływją ztem istotnie n możliwość produkcji czystego węgl i w konsekwencji n poziom emisji SO 2 do tmosfery. Wiedz o zwrtości sirki orgnicznej w węglu orz możliwości jego wzbogceni wskzuje, które węgle powinny być utylizowne w zkłdch energetycznych dysponujących możliwością odsirczni węgl w czsie splni lub odsirczni splin. Fig.6 Potentil SO 2 emission in consequence of No 6 nd 7 es col utyliztion (cols of high potentil emission). Emission indices for col from the south west prt of the USCB re reltively low (some 4g/GJ on the verge), yet becuse the doting form of sulphur in tht col is orgnic sulphur, desulphuriztion by physicl methods results in insignificnt drop of emission when using tht col. High content of totl nd orgnic sulphur nd reltively low level of colifiction results in the fct tht col dug in younger strt beds ( libiąskie, łziskie ) in the estern nd north estern prt of the USCB is mong the biggest SO 2 emitters to the tmosphere: while the verge emission indices due to totl sulphur content mount to some 15 g/gj, nd those due to orgnic sulphur content to some 5g/GJ. Exmples come from col es 6 nd Conclusion The investigtions crried out nd the presented bove results indicte tht the qulity of col produced by col es my, to lrge extent, depend upon the content of orgnic sulphur. As hs been pointed out, tht form of sulphur cnnot be removed from col by preprtion. High content of orgnic sulphur in col thus significntly influences the possibility of producing clen col nd, s consequence, the emission level of SO 2 to the tmosphere. The knowledge of orgnic sulphur content in col, nd the possibilities of its clening indictes which cols my be utilized in power plnts tht hve the possibilities of col desulphuriztion during combustion or desulphuriztion of flue gs. 2 Inżynieri erln STYCZEŃ CZERWIEC < 21 > JANUARY JUNE Journl of the Polish erl Engineering Society

11 5. Litertur References 1. Wiser W.H., Chemistry of col liqueftion: sttus nd requirements. W: Scientific Problems of Col Utyliztion, Technicl Informtion Center U.S., Deprtment of Energy, ss , 1978 r. 2. Wwrzynkiewicz W. Występownie sirki orgnicznej w substncji węglowej. Przegląd Górniczy, ss Mokrzycki E. Technologi czystego węgl n etpie przeróbki i przygotowni węgl do procesu użytkowni, Studi i Rozprwy 35, Wydwnictwo CPPGSMiE PAN, Krków 1994 r. 4. Wnękowsk L. Bdni nd grupmi sirkowymi w pliwch stłych, Prce GIG 1963 r. 5. Gryglewicz G. Jsieńko S. Związki sirki w różnych typch węgli kmiennych, Chemi stosown XXXII, ss , 1988 r. 6. Wwrzynkiewicz W. Sblik J Prwidłowości chrkteryzujące występownie sirki orgnicznej w węglch GZW. Zeszyty Nukowe Politechniki Śląskiej, Seri Górnictwo z. 245, Gliwice 2 r. 7. Gostomczyk M.A. Lemński J. Mjchrzyk K. Koszty ogrniczeni emisji SO 2, Sympozjum Ogrniczenie znieczyszczeń z urządzeń energetycznych, Poznń 1995 r. 8. Chmur A. Nowk Z. Romńczyk E. Szczęśnik H. Ocen emisji sirki w wyniku użytkowni węgli kmiennych, SGGW-AR, Wrszw 199 r. Inżynieri erln STYCZEŃ CZERWIEC < 21 > JANUARY JUNE Journl of the Polish erl Engineering Society 21