Współspalanie biomasy (redukcja CO2) oraz redukcja NOx za pomocą spalania objętościowego Włodzimierz Błasiak, Profesor* NALCO MOBOTEC EUROPE *Royal Institute of Technology (KTH), Stockholm Division Energy and Furnace Technology 1
Spalanie bezpośrednie dużych (30-100% zamiast węgla) ilości biomasy wymaga: Zdecydowanej zmiany (modyfikacji) technologi spalania (kotła) ze względu na koniecznosc utrzymania: Sprawności kotła (parametry pary), Sprawności spalania (LOI, CO) Dyspozycyjności kotła Eliminacji emisji NOx, SOx, Eliminacji zanieczyszczania powierzchni, korozji Bezpieczeństwa pracy 2
Nowy sposób spalania objętościowego to: - nowy sposob organizacji aerodynamiki komory spalania a przez to; - Optymalizacja procesu spalania, - Redukcja mechanizmu formowania się NO, - Redukcja CO2, Współspalanie/konwersja (0-100 %). 3
Spalanie bezposrednie dużych ilości biomasy wymaga: tzw. Rotacyjnego OFA ROFA to znaczy nowego system spalania objętościowego Widok z góry duża prędkość powietrza duża prędkość powietrza Powietrze wtórne Widok z boku Powietrze wtórne Wewnętrzna recyrkulacja Otwory wlotowe ROFA Paliwo/powietrze Paliwo/powietrze Skrzynia ROFA Realizowany za pomocą układu asymetrycznych, wysoko-prędkościowych strug powietrza 4
Projekty zrealizowane w Szwecji Plant Stockholm Energi, Hässelbyverket SB3 Location Installation Load Fuel Sweden ROFA/Rotamix 100 MWe HFO/Wood powder Norrenergi AB, Solnaverket B1 Sweden ROFA/Rotamix 2 x 40 MWwood 2 x 50 MWHFO Pulverized Wood/HFO Jönköping Energi, SB2 Sweden ROFA 90 MW Wood powder Fortum, Nordic Paper, Säffle Sweden ROFA 25 Mwwood 27.5 MWHFO HFO/Wood powder Öresundskraft AB, Västhamnsverket Sweden ROFA/Rotamix 210 MWwood Coal/Wood powder 5
Projekty zrealizowane w Polsce: EdF Wrocław Współspalanie 80 MWbiomasa /180 MWwegiel ROFA, Optymalizacja spalania (CFD) System podawania biomasy (pelety, śruta rzepakowa) Rozruch Marzec 2009 BOT Elektrownia Opole Współspalanie do 30 MWbiomasa/ 380 MWwegiel NOx redukcja (180mg/m3 at 6 % O2) ROFA, ROTAMIX Rozruch Styczen 2010 6
OP 230 kocioł pyłowy 7
Energia kinetyczna 8
LNB oraz LNB/ROFA 9
NOx oraz LOI w funkcji [MWe] 10
NOx oraz LOI w funkcji BSR 11
Prawie 80 obiektow referencyjnych w USA, Szwecja, Polska Dwustopniowa technologia redukcji emisji tlenków azotu MobotecSystem - ROFA i Rotamix Widok z góry I. Metoda pierwotna Technologia ROFA Przeciwbieżne strumienie powietrza zawirowującego Powietrze o dużej prędk. Powietrze o dużej prędk. Powietrze wtórne Widok z boku Powietrze wtórne II. Metoda wtórna Technologia - Rotamix niekatalityczna (SNCR) z dawkowaniem mocznika Paliwo/powietrze Paliwo/powietrze
Kocioł BP-1150 nr 3 z systemami ROFA i Rotamix 2 poziomy dysz ROFA łącznie 12 skrzyń ROFA 3 poziomy dysz Rotamix łącznie 34 dysze Rotamix LUVO Zbirnik sorbentu M Kocioł BP - 1150 Wentylator ROFA M Pompy sorbentu 13
Instalacja ROFA dysz i kanały powietrza ROFA Dysze ROFA Kanały powietrza ROFA 14
Instalacja Rotamix przygotowanie roztworu mocznika
Instalacja Rotamix dysze wtrysku roztworu mocznika Poziom środkowy Poziom górny
Emisja NOx przed i po modernizacji (ruch próbny 08.02.2010) 500 25 NOx w spalinach w kominie [mg/nm3] przed uruchomieniem instalacji 450 Moc [MW] 400 20 350 300 15 Poziom emisji gwarantowany w kontrakcie 250 200 10 180 150 100 5 NH3 przed L2 [ppm] Czas NH3 przed L3 [ppm] 23:55 23:25 22:55 22:25 21:55 21:25 20:55 20:25 19:55 19:25 18:55 18:25 17:55 17:25 16:55 16:25 15:55 15:25 14:55 14:25 13:55 13:25 12:55 0 12:30 50 17 0
Wyniki emisji NOx w 240 godz. ruchu próbnym 18
Porównanie istotnych parametrów przed i po modernizacji 10.02.2009 11.02.2010 godz. 14:55 (przed) godz. 14:55 (po) Pracujące młyny Względny spadek MW1,3,4,5 Moc [MW] 361 MW NOx [mg/nm ] 3 Temp. pary świeża/wtórna [oc] O2 za kotłem [%] powietrza do kotła [knm3/h] Ciśn. pow. wtórnego [kpa] Obciążenie WP2/WP3 [A] Obciążenie WS1/WS2 [A] Obciążenie went. ROFA [A] Przepływ 20% roztworu mocznika [litry/godz.] 440 180-58 [%] 541/536 3,6 1070 1,92 70/78 270/278-540/537 2,4 908 1,12 53/56 254/252 96 573-33 [%] - 15 [%] - 42 [%] - 26 [%] - 8 [%] -
Straty prażenia w żużlu i popiele przed i po modernizacji wartości średniomiesięczne [%] Miesiąc Popiół lotny 2009r. 2010r. Żużel 2009r. 2010r. I 2,89 3,38 4,9 4.4 II 3,84 3,62 3,7 6,9 III 3,39 2,74 3,9 5,1 20
Uzyskany efekt redukcji NOx 1. Stan wyjściowy - emisja NOx 450-470 mg/nm3 2. Modernizacja palników pyłowych emisja 350-380mg/Nm3 3. Układ ROFA - emisja 220-270mg/Nm3 4. Układ Rotamix 160-200mg/Nm3 (minimalnie 130) 21
Ocena efektów modernizacji 1. Emisja NOx, jako cel podstawowy, znacznie poniżej 200 mg/nm3 przy niskiej emisji CO 2. Poprawa efektywności spalania poprzez lepsze mieszanie paliwa i powietrza: obniżenie nadmiaru powietrza w kotle (dla maks. wydajności kotła współczynnik nadmiaru powietrza λ obniżył się z 1,2 do 1,13) brak wzrostu części palnych w popiele wyrównanie rozkładu temperatur w kotle zmniejszone szlakowanie kotła 22
Ocena efektów modernizacji 1. Niski ulot amoniaku w spalinach (poniżej 5ppm) 2. Zużycie energii na potrzeby własne na poziomie zbliżonym do stanu przed modernizacją (brak pełnych wyliczeń). 3. Zagrożenie korozyjne ekranów zostanie ocenione w remoncie planowym w bieżącym roku. 23
Podsumowanie: 1. Zastosowanie systemu ROFA+ROTAMIX pozwala na redukcje NOx poniżej 200 mg/nm3 przy zachowaniu sprawności spalania, sprawności oraz dyspozycyjności kotła, 2. Redukcja tlenków azotu przy wykorzystaniu metod pierwotnych (system ROFA) i wtórnych niekatalitycznych (system Rotamix) jest konkurencyjnym rozwiązaniem dla metod katalitycznych, umożliwiającym spełnienia Dyrektywy Uni Europejskiej dotyczącej ograniczenia emisji NOx. 3. Spalanie objętościowe wytworzone za pomocą ROFA zapewnia: możliwość spalania dużych ilości (do 100%) biomasy pochodzenia leśnego, rolniczego czy też upraw energetycznych z zachowaniem jakości pracy kotła oraz parametrów pary, razem z ROTAMIX umożliwia eliminację szlakowania oraz korozji przy współspalaniu dużych ilości biomasy z węglem. 24
Dziękuję za uwagę 25