Sorbenty Urząd Gminy Rajcza Wodzisław Śląski Listopad 2017 roku (Zlecenie EKOROZWÓJ Sp. z o.o. dla Z.A. WNM)
Właściwości Sorbentu na bazie glinokrzemianu Al 2 SiO 5 (OH) 4 Rekomendowane Sorbenty powstały między innymi na bazie kruszywa z rodziny glinokrzemianów. Ośrodki naukowe w Polsce prowadzą od lat szereg badań z nim związanych. Zarówno w skali laboratoryjnej jak i przemysłowej. Natomiast prace Technologów Zespołu Autorskiego WNM (Z.A.) skupiają się głównie na praktycznym zastosowaniu Sorbentów w skali przemysłowej do kompozycji paliw oraz do procesów zachodzących w urządzeniach technologicznych. EKOROZWÓJ Sp. z o.o. jako prawny reprezentant wymienionego Zespołu, posiadając do dyspozycji kadry z doświadczeniem w przemyśle, realizuje wdrożenia w zakładach przemysłowych. Wypracowane zostały metody frakcjonowania kruszywa, dla uziarnienia wymaganego w realizowanych procesach termicznych, kompozytu Sorbentu: pylisty 0-40 µm; pylisty 0 200 µm; drobnoziarnisty 0-1 mm; kawałkowy 0-30 mm. Karta charakterystyki produktu jest każdorazowo opracowana indywidualnie w zależności od zapotrzebowania Inwestora. Z.A. dla EKOROZWÓJ Sp. z o.o. 2
Widok mikroskopowy SEM ziarna węgla dobrze pokrytego Sorbentem Z.A. dla EKOROZWÓJ Sp. z o.o. 3
Jakie uziarnienie i rodzaj Sorbentu jest optymalne? Z jednej strony konieczny jest drobny Sorbent ale pod warunkiem, że uda się dobrze nim pokryć równomiernie ziarna węgla. Na zdjęciu z mikroskopu skaningowego SEM pokazano przykład ziarna węgla dobrze pokrytego Sorbentem. W takim przypadku uzyskuje się wszystkie zalety tego dodatku: katalityczny wpływ na proces spalania, redukcje spiekalności ziaren, redukcje emisji metali ciężkich ( w tym Hg!) i szkodliwych gazów, redukcje spiekania (szlakowania) i korozji wysokotemperaturowej, zwiększenie możliwości gospodarczego wykorzystania popiołów (w tym także w cementowniach!). Z.A. dla EKOROZWÓJ Sp. z o.o. 4
Pozostałe kompozyty Sorbentów Istotnymi częściami Sorbentów są kompozyty wapnia Ca działające jako reagenty do ograniczenia emisji SO 2, oraz utleniacze przekształcające NOx. Najistotniejszy jest jednak techniczny sposób i metoda zastosowania Sorbentu w procesach termicznych. Z.A. dla EKOROZWÓJ Sp. z o.o. 5
Zasada procesów Technologia stosowania Sorbentów zależna jest od rodzaju kotła: Z.A. dla EKOROZWÓJ Sp. z o.o. 6
Dla każdego typu kotła podstawowy składnik Sorbetu stanowi mineralne kruszywo, rozdrobnione na najkorzystniejsze frakcje wymagane w danym procesie redukcji. W przypadku redukcji metali ciężkich, w tym rtęci Hg, stosowana jest bardzo drobna granulacja o uziarnieniu 0-200 µm. Natomiast w przypadku konieczności podwyższenia temperatury płynięcia popiołu (maksymalne dopalenie węgla w złożu i wstrzymanie spiekalności) stosuje się uziarnienie 0-1mm. W każdym przypadku, zawsze jest konieczność dokładnego wymieszania Sorbentu ze spalanym materiałem, aby powstało homogeniczne paliwo! Należy dążyć do jak największego ścierania się Sorbentu z paliwem. Właściwości elektrostatyczne glinokrzemianu wspomagają dodatkowo homogenizację. Oznacza to, że podstawą skutecznego działania jest: dobre wymieszanie, zapewnienie niezbędnego czasu kontaktu, odpowiednia granulacja. Istotę główną, dopalenia węgla w popiele lotnym i wstrzymania spiekalności złoża, stanowią efekty reakcji Sorbentu ze związkami tworzącymi sole. Tym sposobem dodatkowo eliminuje się szkodliwe oddziaływanie na ekrany wodne kotła i inne metalowe urządzenia. Z.A. dla EKOROZWÓJ Sp. z o.o. 7
Podawanie paliwa do kotłów rusztowych WR, OR, itd. Kotły rusztowe w przeważającej większości, poza urządzeniami odpylającymi nie posiadają innych urządzeń koniecznych do redukcji SO 2, NOx i rtęci Hg. Z tego powodu Technolodzy Z.A. opracowali metodę kompozycji węgla o standardowym uziarnieniu 0-20 mm z Sorbentem zawierającym kompozyty wapnia Ca oraz glinokrzemianu Al 2 SiO 5 (OH) 4. Miał IIa + Ca + Al 2 SiO 5 (OH) 4 Ten proces komponowania paliwa najkorzystniej jest prowadzić za bunkrem zasypowym składu opałowego zakładu w okresie nawęglania leja zasypowego kotła. Opracowane zostały skuteczne metody dozowania i wymieszania Sorbentu z materiałem opałowym. W znacznym stopniu wykorzystuje się przesypy taśmociągów transportujących z bunkra składu opałowego do leja zasypowego kotła. Z.A. dla EKOROZWÓJ Sp. z o.o. 8
Podawanie paliwa do kotłów fluidalnych CFB Paliwo (węgiel kamienny) podawane jest do komory paleniskowej kotła poprzez układ nawrotu popiołu w układzie cyklon syfon. Na wylocie z syfonu, na odcinku skośnym (kanałów wlotowych do komory paleniskowej) zabudowane są doprowadzenia paliwa, a za wlotem paliwa doprowadza się również Sorbent. Ostatnim stopniem podawania paliwa jest podajnik celkowy, który pełni również funkcję zabezpieczającą układ podawania paliwa przed cofnięciem się spalin w kierunku podajników. Dla ułatwienia przepływu tak skomponowanego materiału w kierunku komory paleniskowej, doprowadza się powietrza szczelinowe na doprowadzeniu paliwa, które ukierunkuje strumień reagentów R jak i paliwa w kierunku komory paleniskowej kotła. Najczęściej Producent kotłów CFB stosuje reagent RSOx (CaO, CaCO 3, itd.), natomiast my stosujemy RSOx + RNOx + RMt!!!( R reagent, redukujący ditlenki siarki SOx, tlenki azotu NOx, oraz Mt metale ciężkie w tym rtęć Hg). Z.A. dla EKOROZWÓJ Sp. z o.o. 9
Podawanie paliwa do kotłów pyłowych Kotły pyłowe OP, WP, BP, itd., zastosowane w dużych zakładach produkujących energię posiadają bardzo dobrej jakości urządzenia odpylające oraz skuteczne instalacje odsiarczania spalin IOS, stąd nie ma konieczności redukcji SO 2. Dlatego należy uzupełnić dotychczasowe procesy o redukcję: NOx (w przypadku braku instalacji!) metali ciężkich w tym rtęci Hg; spiekalności spalanego materiału. W przypadku konieczności redukcji NOx stosowana jest iniekcja pneumatyczna Sorbentu do komory paleniskowej kotła na poziomie wybranych okien temperaturowych. W celu redukcji tylko metali ciężkich i spiekalności popiołu stosuje się metodę kompozycji materiału opałowego z Sorbentem: Miał IIa + Al 2 SiO 5 (OH) 4 sposobem podobnym jak dla kotłów rusztowych. Z.A. dla EKOROZWÓJ Sp. z o.o. 10
Szczegółowo o UPS UPS uboczne produkty spalania, popioły z kotłów energetycznych opalanych węglem znajdują szerokie zastosowanie w cementowniach, zakładach produkujących wyroby betonowe, pracach drogowych i kolejowych w podłożach nasypów, itd. Główną przyczyną ograniczenia możliwości zagospodarowania UPS jest procentowa zawartość węgla w popiołach. Z.A. dla EKOROZWÓJ Sp. z o.o. 11
Główne przyczyny tworzenia zawartości węgla w UPS Praktyka badawczo wdrożeniowa Zespołu Autorskiego WNM (Z.A.) wykazała ponad wszelką wątpliwość, że główną przyczyną dużej zawartości węgla w popiołach (dennych i lotnych) jest spiekalność spalanego materiału. Dotyczy to kotłów rusztowych, pyłowych i fluidalnych spalających węgiel jak i alternatywny opał (RDF Refuse Derived Fuel, SRF Solid Recovered Fuel, zrębki, słoma, itd.) Podstawową przyczyną spiekalności stanowią sole metali alkalicznych KCl oraz NaCl. Podczas spalania różnych materiałów w tym węgla, tworzą się trwałe aglomeraty. Przy zastosowaniu Sorbentu opartego na glinokrzemianie z grupy kaolinitów wzbogaconego substancjami przyjaznymi dla środowiska w formie związków organicznych zawierających kilka grup hydroksylowych połączonych z atomem węgla w hybrydyzacji, tworzą się sypkie popioły z zawartością węgla mniejszą niż 4%. Z.A. dla EKOROZWÓJ Sp. z o.o. 12
Przykładowe redukcyjne wzory chemiczne, tabela absorpcji Absorpcja potasu K: Al2SiO5(OH)4 + 2KCL 2KAlSiO4 + H2O + 2HCL Al2SiO5(OH)4 + 2KCL + 2SiO2 2KAlSiO6 + H2O + 2HCL Al2SiO5(OH)4 + K2SO4 2KAlSiO4 + 2H2O + SO3 Al2SiO5(OH)4 + K2SO4 + 2SiO2 2KAlSiO6 + 2H2O + SO3 Tabela (pogrubienie przedstawia udział potasu K zaabsorbowanego przez ziarno Sorbentu) Pierwiastek chemiczny O Mg Al Si P S K Ca Ti Fe Sorbent 37,64 01,11 15,39 20,71 00,43 20,19 00,96 00,80 02,77 Z.A. dla EKOROZWÓJ Sp. z o.o. Brak Sorbentu 31,00 04,50 03,37 26,56 01,14 01,09 11,46 13,70 07,18 13
Interpretacja wyników badań prowadzonych w skali przemysłowej Dotychczasowe prace badawczo wdrożeniowe Z.A. dokumentują w pełni możliwość redukcji węgla w popiołach, oraz równolegle ograniczenie korozyjności elementów kotła, redukcję pyłów, a co najważniejsze w odniesieniu do Konkluzji UE z maja 2017 roku w zakresie Norm emisyjnych wynikających z dyrektywy IED, redukcję metali ciężkich w tym rtęci Hg. Poniżej zamieszczone zostały zdjęcia, które w pełni obrazują możliwość redukcji węgla w popiołach kotłów energetycznych ze szczególnym uwzględnieniem kotła CFB, gdyż cząsteczki fluidalne węgla podlegają tym samym procesom spiekania, czyli niedopalenia węgla!!! Z.A. dla EKOROZWÓJ Sp. z o.o. 14
Popiół spalonego węgla Popiół z widocznymi spiekami. U góry zdjęcia widoczne kamienie dla wizualizacji porównawczej. Z.A. dla EKOROZWÓJ Sp. z o.o. 15
Popiół ze spalania węgla z dodatkiem Sorbentu Popiół drobnoziarnisty bez jakichkolwiek spieków, z prawej strony zdjęcia widoczne kamienie j.w. Z.A. dla EKOROZWÓJ Sp. z o.o. 16
Porównanie struktury popiołu Z lewej spieki spalonego węgla. Z prawej popiół spalonego węgla z Sorbentem. Z.A. dla EKOROZWÓJ Sp. z o.o. 17
Podsumowanie Przedstawione metody redukcji szkodliwych emisji spełniają Normy Konkluzji UE do dyrektywy IED z maja 2017 roku ze szczególnym uwzględnieniem emisji rtęci Hg. Nie bez znaczenia jest także w Polsce ograniczenie wydobycia węgla energetycznego na korzyść węgla koksującego z wysoką Liczbą ROGI. Powoduje to bardzo duże utrudnienia eksploatacji kotłów rusztowych, fluidalnych i pyłowych. Możliwość podwyższenia temperatury płynięcia popiołu o średnio 300 400 o C, całkowicie eliminuje ten problem. Z.A. dla EKOROZWÓJ Sp. z o.o. 18
Zakończenie Prezentacja nie jest Ofertą Handlową lecz materiałem poglądowym dla zakładów wytwarzających energię. Omawiane metody redukcji szkodliwych emisji nie dotyczą tylko materiału opałowego jakim jest węgiel kamienny. Przy spalaniu biomasy i innych paliw odnawialnych w wielu przypadkach są jeszcze większe problemy, których skutki także można eliminować Sorbentami. Skład kompozytów Sorbentu zależny jest od rodzaju kotła, spalanego paliwa oraz oczekiwanych redukcji szkodliwych emisji przez Inwestora. Natomiast szczegóły składników i ich proporcje są tajemnicą handlową EKOROZWÓJ Sp. z o.o. Na koniec należy zaznaczyć, iż kompozyty rekomendowanych Sorbentów są produkcji polskiej i każdy z nich posiada Atest NARODOWEGO INSTYTUTU ZDROWIA PUBLICZNEGO Państwowego Zakładu Higieny. Z.A. dla EKOROZWÓJ Sp. z o.o. 19