Redukcja emisji rtęci ze spalin w zgodzie z jakością UPS prezentacja wyników projektu HYBREM Dominika Bandoła SBB ENERGY S.A. XXV Międzynarodowa Konferencja POPIOŁY Z ENERGETYKI 16-18 października 2018 r. Krynica Zdrój, Hotel Czarny Potok
Parowanie wody (ponowne uwalnianie rtęci) 2 Hg 0 Hg Hg p Rozpuszczanie w wodzie Rtęć = zagrożenie rtęć wpływa negatywnie na rozwój płodu zaburza pracę układu nerwowego, nerek oraz układu trawiennego według WHO rtęć jest jedną z 10 najbardziej toksycznych substancji bioakumulacja Połowy ryb (jeziora, oceny) kontakt człowieka z rtęcią poprzez konsumpcję ryb (owoców morza) Emisja rtęci (spalanie paliw kopalnych) Wiązanie (rozpuszczanie ) rtęci w wodzie Transformacja rtęci do związków przyswajalnych przez organizmy wodne
Główne źródła emisji rtęci w Polsce w 2015 roku Źródło: Główny Inspektorat Ochrony Środowiska, INSPEKCJA OCHRONY ŚRODOWISKA, Ocena zanieczyszczenia powietrza rtęcią na stacjach tła regionalnego w Polsce za 2016 rok
Kopalnia Kopalnia Średnia zawartość rtęci w polskich węglach Węgiel kamienny Węgiel brunatny Wesoła Murcki Wujek Anna All Coals Turów I Turów II Turów III Turów Jas-Mos Janina Bogdanka Halemba 0 50 100 150 200 Średnia zawartość rtęci, µg/kg węgla Bechłchatów Lubstów Kazimierz Koźmin Adamów 0 100 200 300 400 500 600 Średnia zawartość rtęci, µg/kg węgla
BREF = Best available technique Reference document Dwutlenek siarki (SO2) Tlenki azotu (NOx) Pył (PM) Chlorowodór (HCl) Rtęć (Hg) Fluorowodór (HF)
μg/nm3 12 10 Poziomy emisji powiązane z BAT LCP dla emisji rtęci do powietrza, pochodzącej ze spalania węgla kamiennego lub brunatnego 9 10 8 7 6 4 2 3 5 2 4 4 0 <300 MWt 300 MWt <300 MWt Nowy obiekt Istniejący obiekt 300 MWt węgiel brunatny węgiel kamienny
Rtęć w procesie spalania węgla Reemisja Reakcja Grifin a < 677 o C Reakcja Deacon a > 677 o C Hg 0 Hg +2 Halogenki reagują z SO 2, blokując reakcję z Hg 2+ Fluorowce: Chlor Brom Jod Fluor > 927 o C tylko Hg 0 Hg 0 WĘGIEL EF IOS Zawartość Hg w paliwie: ~400 µg/kg (węgiel brunatny) Hg +2
Ograniczenie emisji rtęci - fakty Metody selektywnej redukcji NOx (SCR): katalizator promuje utlenianie rtęci elementarnej (Hg +2 : 70%) Elektrofiltr oraz filtry workowe pozwalają na wychwyt 99% rtęci zaadsorbowanej przez popiół Hg p Mokre odsiarczanie redukcja Hg +2 (60%) Obecność SO 2 oraz NO w spalinach prowadzi do spowolnienia reakcji utleniania rtęci elementarnej Hg 0 W zakresie 100 o C 300 o C reakcje heterogeniczne promują utlenianie Hg 0 oraz wpływają na proces adsorpcji Hg +2 przez popiół lotny Obecność chloru w węglu promuje utlenianie Hg 0 reakcje homogeniczne oraz heterogeniczne kontrolowane szybkością reakcji Przykładowy podział emitowanej rtęci w kotle pyłowym: 56% Hg 0, 34% Hg +2, 10% Hg p
Ograniczenie emisji rtęci - fakty Metody selektywnej redukcji NOx (SCR): katalizator promuje utlenianie rtęci elementarnej (Hg +2 : 70%) Elektrofiltr oraz filtry workowe pozwalają na wychwyt 99% rtęci zaadsorbowanej przez popiół Hg p Mokre odsiarczanie redukcja Hg +2 (60%) Obecność SO 2 oraz NO w spalinach prowadzi do spowolnienia reakcji utleniania rtęci elementarnej Hg 0 W zakresie 100 o C 300 o C reakcje heterogeniczne promują utlenianie Hg 0 oraz wpływają na proces adsorpcji Hg +2 przez popiół lotny Obecność chloru w węglu promuje utlenianie Hg 0 reakcje homogeniczne oraz heterogeniczne kontrolowane szybkością reakcji Przykładowy podział emitowanej rtęci w kotle pyłowym: 56% Hg 0, 34% Hg +2, 10% Hg p
Ograniczenie emisji rtęci - fakty Metody selektywnej redukcji NOx (SCR): katalizator promuje utlenianie rtęci elementarnej (Hg +2 : 70%) Elektrofiltr oraz filtry workowe pozwalają na wychwyt 99% rtęci zaadsorbowanej przez popiół Hg p Mokre odsiarczanie redukcja Hg +2 (60%) Obecność SO 2 oraz NO w spalinach prowadzi do spowolnienia reakcji utleniania rtęci elementarnej Hg 0 W zakresie 100 o C 300 o C reakcje heterogeniczne promują utlenianie Hg 0 oraz wpływają na proces adsorpcji Hg +2 przez popiół lotny Obecność chloru w węglu promuje utlenianie Hg 0 reakcje homogeniczne oraz heterogeniczne kontrolowane szybkością reakcji Przykładowy podział emitowanej rtęci w kotle pyłowym: 56% Hg 0, 34% Hg +2, 10% Hg p
Ograniczenie emisji rtęci - fakty Metody selektywnej redukcji NOx (SCR): katalizator promuje utlenianie rtęci elementarnej (Hg +2 : 70%) Elektrofiltr oraz filtry workowe pozwalają na wychwyt 99% rtęci zaadsorbowanej przez popiół Hg p Mokre odsiarczanie redukcja Hg +2 (60%) Obecność SO 2 oraz NO w spalinach prowadzi do spowolnienia reakcji utleniania rtęci elementarnej Hg 0 W zakresie 100 o C 300 o C reakcje heterogeniczne promują utlenianie Hg 0 oraz wpływają na proces adsorpcji Hg +2 przez popiół lotny Obecność chloru w węglu promuje utlenianie Hg 0 reakcje homogeniczne oraz heterogeniczne kontrolowane szybkością reakcji Przykładowy podział emitowanej rtęci w kotle pyłowym: 56% Hg 0, 34% Hg +2, 10% Hg p
IOS SCR Wtrysk sorbentów stałych: węgle aktywne (impregnowane), koks aktywny, zeolity, sorbenty do usuwania SO 3 - adsorpcja Hg 2+, Hg 0 Dodatkowy katalizator utlenianie Hg 0 Hg 2+ do 80%* Dodatki salmiaku węgiel brunatny (NH 4 Cl, HBr, HCl) Moduły polimerowe adsorpcja Hg 0, Hg 2+ EF Dodatki do paliw utlenianie Hg 0 Hg 2+ (sole Br, Cl, I) CaBr 2, NaBr *w odniesieniu do ładunku rtęci pochodzącego z paliwa, Wtrysk addytywów ciekłych (związki Cl) utlenianie Hg 0 Hg 2 Dodatki substancji strącających Hg 2+ zapobieganie reemisji
Projekt HYBREM: Układ chemisorpcji (2 instalacje pilotażowe) Układ wtrysku węgla aktywowanego i innych sorbentów stałych do spalin Dodatki do paliw Dodatki zapobiegające reemisji w IOS Układ hybrydowy
Ogólne informacje o projekcie Budżet Całkowity koszt projektu 10 042 824.64 Dofinansowanie z NCBR: 6 304 339.74 Konsorcjum Lider Konsorcjum Partner Konsorcjum Podwykonawca Projektu finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój 2014 2020
Dwie lokalizacje instalacji pilotażowych Elektrownia Pątnów II Elektrownia Bełchatów SBB ENERGY SA Opole
IOS SCR Spaliny oczyszczone Hg 0, Hg 2+ EF Żużel Hg <0,4% Adsorpcja Hg 2+ Hg (p) Popiół lotny Hg (p) 30-60%* * w odniesieniu do ładunku rtęci pochodzącego z paliwa, uzależnione od zawartości halogenków w paliwie Ścieki oczyszczone, osad ściekowy, gips absorpcja Hg 2+ 25-50%*
Węgiel aktywny Bulk Powdered Activated Carbon Activated Carbon Microscopic View Showing Pores Activated Carbon Mercury Adsorption
Elektrofiltr (EF) oraz filtr workowy (FW) 16 32 48 64 80 96 112 128 Ilość dozowanego sorbentu, mg/m 3
Praca pilota w Elektrowni Pątnów II
Układ wtrysku węgla aktywowanego i innych sorbentów stałych do spalin Mobilny układ wtrysku węgla: Zabudowa kontenerowa, Wydajność 100-450 kgpac/h, Zasięg 90 metrów, 4 6 punktów wtrysku, Obsługa worków typu big-bag (lub na stałe zabudowa z silosem)
WTRYSK WĘGLA AKTYWOWANEGO Ogólny schemat instalacji pilotażowej węgla aktywowanego
Układ wtrysku do podawania: - węgla aktywowanego - mieszanek - haloizytu - innych sorbentów
Analiza i dobór technologii wtrysku Lokalizacja, Dawki, Typu sorbentu: węgle aktywowane, sorbenty mineralne, hydrat, mieszanki sorbentów. WTRYSK WĘGLA AKTYWOWANEGO
Wtrysk węgla aktywnego 6 dysz
WYNIKI PILOTAŻY Modelowanie CFD wtrysk sorbentu Analiza CFD
2018-07-20 07:59 2018-07-20 08:28 2018-07-20 08:57 2018-07-20 09:25 2018-07-20 09:54 2018-07-20 10:23 2018-07-20 10:52 2018-07-20 11:21 2018-07-20 11:49 2018-07-20 12:18 2018-07-20 12:47 2018-07-20 13:16 2018-07-20 13:45 2018-07-20 14:13 2018-07-20 14:42 2018-07-20 15:11 2018-07-20 15:40 2018-07-20 16:09 2018-07-20 16:37 2018-07-20 17:06 2018-07-20 17:35 2018-07-20 18:04 2018-07-20 18:33 2018-07-20 19:01 2018-07-20 19:30 2018-07-20 19:59 stężenie w kominie µg/m^3 WYNIKI PILOTAŻY Wtrysk sorbentu 20 Przykładowy dzień testu 18 16 tło Stała dawka A Optymalizacja dawki 14 12 10 8 6 4 2 0 BAT 7µg Hgt_komin TŁO czas pomiaru
Instalacja pilotażowa do testów materiałów polimerowych Kolektory TEKRAN Wentylator Wylot Wlot Przepływ 5000-7000 Nm 3 /h
Lokalizacja instalacji pilotażowych
Instalacje sterowane zdalnie i monitorowane w sposób ciągły
Metody oznaczania rtęci PN-EN 13211+AC metoda referencyjna do oznaczania rtęci ogólnej. Ciągły pomiar rtęci analizatorem TEKRAN.
Pomiar ciągły - instalacja zakończona w kwietniu 2018 Układ pomiarowy TEKRAN: - 2 sondy poboru spalin - układ przełączania in/out - pomiar Hg(t), Hg 0 i Hg 2+ - 2 punkty pomiaru O 2
2018-04-13 00:00 2018-04-13 12:00 2018-04-14 00:00 2018-04-14 12:00 2018-04-15 00:00 2018-04-15 12:00 2018-04-16 00:00 2018-04-16 12:00 2018-04-17 00:00 2018-04-17 12:00 2018-04-18 00:00 2018-04-18 12:00 2018-04-19 00:00 2018-04-19 12:00 2018-04-20 00:00 2018-04-20 12:00 2018-04-21 00:00 2018-04-21 12:00 2018-04-22 00:00 2018-04-22 12:00 2018-04-23 00:00 2018-04-23 12:00 2018-04-24 00:00 2018-04-24 12:00 2018-04-25 00:00 2018-04-25 12:00 2018-04-26 00:00 2018-04-26 12:00 2018-04-27 00:00 czas pomiaru μg HgT/m^3 WYNIKI PILOTAŻY redukcja Hg Instalacja chemisorpcji 2 x 6 warstw adsorpcyjnych 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 BAT 7µg 8 6 4 2 0 Wlot Hg Wylot Hg
2018-04-13 00:00 2018-04-13 12:00 2018-04-14 00:00 2018-04-14 12:00 2018-04-15 00:00 2018-04-15 12:00 2018-04-16 00:00 2018-04-16 12:00 2018-04-17 00:00 2018-04-17 12:00 2018-04-18 00:00 2018-04-18 12:00 2018-04-19 00:00 2018-04-19 12:00 2018-04-20 00:00 2018-04-20 12:00 2018-04-21 00:00 2018-04-21 12:00 2018-04-22 00:00 2018-04-22 12:00 2018-04-23 00:00 2018-04-23 12:00 2018-04-24 00:00 2018-04-24 12:00 2018-04-25 00:00 2018-04-25 12:00 2018-04-26 00:00 2018-04-26 12:00 2018-04-27 00:00 czas pomiaru μg HgT/m^3 Pomiar ciągły TEKRAN praca instalacji w okresie: 13.04-26.04.2018 PRACA NA 12 MODUŁACH, ciągły pomiar stężenia rtęci wraz z wynikami obliczeń dla 4 warstw GMCS BAT 7µg 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 ylot Hg Wlot Hg OBLICZENIA
2018-04-13 00:00 2018-04-13 12:00 2018-04-14 00:00 2018-04-14 12:00 2018-04-15 00:00 2018-04-15 12:00 2018-04-16 00:00 2018-04-16 12:00 2018-04-17 00:00 2018-04-17 12:00 2018-04-18 00:00 2018-04-18 12:00 2018-04-19 00:00 2018-04-19 12:00 2018-04-20 00:00 2018-04-20 12:00 2018-04-21 00:00 2018-04-21 12:00 2018-04-22 00:00 2018-04-22 12:00 2018-04-23 00:00 2018-04-23 12:00 2018-04-24 00:00 2018-04-24 12:00 2018-04-25 00:00 2018-04-25 12:00 2018-04-26 00:00 2018-04-26 12:00 2018-04-27 00:00 czas pomiaru μg HgT/m^3 Pomiar ciągły TEKRAN 20 18 Wlot Hg praca instalacji w okresie: 13.04-26.04.2018 PRACA NA 12 MODUŁACH, ciągły pomiar stężenia rtęci wraz z wynikami obliczeń dla 4 warstw GMCS 16 14 12 10 BAT 7µg 8 6 4 2 0 Wylot Hg Symulacja redukcji na 4 warstwach
2018-06-20 12:00 2018-06-21 00:00 2018-06-21 12:00 2018-06-22 00:00 2018-06-22 12:00 2018-06-23 00:00 2018-06-23 12:00 2018-06-24 00:00 2018-06-24 12:00 2018-06-25 00:00 2018-06-25 12:00 2018-06-26 00:00 2018-06-26 12:00 2018-06-27 00:00 2018-06-27 12:00 czas pomiaru μg HgT/m^3 WYNIKI PILOTAŻY Instalacja chemisorpcji 1 x 4 warstwy adsorpcyjne 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 BAT 7µg 6 4 2 0 HgT wlot Wlot Hg Wylot Hg
2018-04-12 00:00 2018-04-14 12:00 2018-04-17 00:00 2018-04-19 12:00 2018-04-22 00:00 2018-04-24 12:00 2018-04-27 00:00 2018-04-29 12:00 2018-05-02 00:00 2018-05-04 12:00 2018-05-07 00:00 2018-05-09 12:00 2018-05-12 00:00 2018-05-14 12:00 2018-05-17 00:00 2018-05-19 12:00 2018-05-22 00:00 2018-05-24 12:00 2018-05-27 00:00 2018-05-29 12:00 2018-06-01 00:00 2018-06-03 12:00 2018-06-06 00:00 2018-06-08 12:00 2018-06-11 00:00 2018-06-13 12:00 2018-06-16 00:00 2018-06-18 12:00 2018-06-21 00:00 2018-06-23 12:00 2018-06-26 00:00 2018-06-28 12:00 czas pomiaru μg HgT/m^3 Pomiar ciągły TEKRAN 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 praca 12. modułów Praca instalacji w okresie: 12.04.2018-27.06.2018 HgT wlot HgT wylot Postój praca 4 warstw
Katalityczna konwersja SO 2 do SO 3 na modułach polimerowych Bezodpadowa, katalityczna konwersja SO 2, Wytwarzanie rozcieńczonego kwasu siarkowego, Wysoce hydrofobowa struktura polimeru wydala kwas na powierzchnie zewnętrzne, Ciągłe wykraplanie kwasu minimalizuje osiadanie cząsteczek starych i utrzymuje, powierzchnie modułów w czystości.
WYNIKI PILOTAŻY redukcja SO2 Instalacja chemisorpcji 2 x 6 warstw adsorpcyjnych mg/m^3 US 600 500 400 Wlot SO2 300 200 100 BAT 130 mg Wylot SO2 0
Redukcja SO 2 SO 2 mg/nm 3, 6% O 2 600 500 400 300 200 100 15.01.2018 19:00-19:45 15.01.2018 20:00-20:45 16.01.2018 10:50-11:50 16.01.2018 13:20-14:20 SO 2 mg/nm 3, 6% O 2 300 250 200 150 100 50 18.01.2018 09:45-10:45 18.01.2018 10:50-11:50 18.01.2018 14:00-15:00 0 0 2 4 6 8 10 12 Liczba modułów 0 0 1 2 3 4 5 6 Liczba modułów Efektywność redukcji emisji SO 2 55-95.5%
Modelowanie CFD instalacji pilotażowa Speed distribution in crosssection by a polymer module Flow speed, m/s Mercury [kg]
Układ hybrydowy współpraca różnych technologii: Redukcja OPEX dla układów wtryskowych, Redukcja CAPEX dla układu adsorbcji, Usprawnienie istniejącego układu redukcji Hg i SOx. Cel stosowania rozwiązania hybrydowego w perspektywie długoterminowej to uzyskanie technologii o zadowalającym poziomie efektywności środowiskowej oraz kosztowej.
Układ hybrydowy koncepcja pierwsza
Hybryda (symulacja) zł100 000 000,00 zł80 000 000,00 zł60 000 000,00 zł40 000 000,00 CAPEX +OPEX wtrysku przykładowych węgli vs GORE w okresie 15 lat zł400 000 000,00 zł300 000 000,00 zł200 000 000,00 złzł100 000 000,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 złzł20 000 000,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 węgiel A węgiel B węgiel C węgiel D Hybryda GORE typ Dozowana dawka [mg/nm3] węgiel A węgiel B węgiel C węgiel D Hybryda GORE Ilość PAC [kg/h] Cena za kg PAC Przykładowy blok, ilość spalin: 2 mln Nm3/h Ilość PAC kg/m-c Ilość PAC kg/rok Ilość PAC TON/rok koszt roczny A 60 120 13,00 zł 87 600 1 051 200 1 051 13 665 600,00 zł B 80 160 11,00 zł 116 800 1 401 600 1 402 15 417 600,00 zł C 120 240 9,00 zł 175 200 2 102 400 2 102 18 921 600,00 zł D 200 400 8,00 zł 292 000 3 504 000 3 504 28 032 000,00 zł Hybryda 200 okresowo 10,00 zł 14 400 172 800 173 1 728 000,00 zł
1 16 31 46 61 76 91 106 121 136 151 166 181 196 211 226 241 256 271 286 301 316 331 346 361 376 391 406 421 436 451 466 481 496 511 526 541 556 571 586 601 616 631 646 661 676 691 706 Hybryda: - 3 warstwy - opcjonalny wtrysk 35 30 25 20 15 10 7 5 0 emisja warstwa 3 BAT wtrysk PAC
Reemisja Hg IOS Dozowanie soli bromu Dozowanie dodatków strącających do IOS Dodatki do paliw utlenianie Hg 0 Hg 2+ (sole Br, Cl, I) CaBr 2, NaBr Dodatki substancji strącających Hg 2+ zapobieganie reemisji: TMT15, Na 2 S, NaHS. Utrzymywanie odpowiedniej wartość potencjału REDOX 200-400 mv
Dodatki do IOS (re-emisja rtęci)
Podsumowanie Od roku 2016 SBB ENERGY SA analizuje aspekty związane z redukcją Hg, Posiadamy wiedzę popartą badaniami w zakresie redukcji emisji Hg i SOx ze spalin, Zdobyte doświadczenie pozwala dobrać odpowiednią technologię uwzględniając uwarunkowania techniczne i ekonomiczne przedsięwzięcia.
Dotychczasowe osiągnięcia SBB ENERGY S.A. laureatem Polskiej Nagrody Popiołowej FENIKS 2017 za projekt: Hybrydowe układy adsorpcyjne do redukcji emisji rtęci z zastosowaniem wysoko efektywnych komponentów polimerowych
Strona internetowa http://sbbenergy.pl/pl/projekty/redukcja-emisji-rteci
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ Dominika Bandoła (d.bandola@sbbenergy.com) Krynica Zdrój, 16-18 października 2018 r.