Strona 1/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 TECHNOLOGIE ECOTUBE REDUKCJA EMISJI NOX I OPTYMALIZACJA PROCESU SPALANIA DLA KOTŁÓW MAŁEJ I ŚREDNIEJ MOCY dr inż. Dariusz Szewczyk (dariusz.szewczyk@icsco.eu) dr inż. Jan Chmielewski ICS Industrial Combustion Systems Sp. z o.o. tel.: +48 618 652 022 ul. Jana Ostroroga 17/1 kom.: +48 606 647 665 60-349 Poznań e-mail: office@icsco.eu Polska www: www.icsco.eu
Strona 2/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Plan prezentacji 1. Wprowadzenie 2. Nowe limity emisyjne 3. Wybór właściwej technologii 4. AirEcotube Optymalizacja procesu spalania 5. MiniEcotube 6. Ecotube System Jedna technologia, dwie metody 7. Referencje 8. Podsumowanie
Strona 3/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Plan prezentacji 1. Wprowadzenie 2. Nowe limity emisyjne 3. Wybór właściwej technologii 4. AirEcotube Optymalizacja procesu spalania 5. MiniEcotube 6. Ecotube System Jedna technologia, dwie metody 7. Referencje 8. Podsumowanie
Strona 4/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Wprowadzenie (1/1) Wprowadzenie limitów emisyjnych wynikających z dyrektywy IED (Industrial Emission Directive), konkluzji BAT oraz w dalszej przyszłości z projektu dyrektywy MCP (Medium Combustion Plant) wymusza podjęcie już teraz kroków w celu modernizacji większości Obiektów Energetycznego Spalania w Polsce. Jednym z najlepszych rozwiązań jest zastosowanie technologii Ecotube Szwedzkiej Spółki ECOMB AB oferowanej przez Spółkę ICS. Technologia ta, w odróżnieniu od wielu oferowanych na rynku technologii łączy metody pierwotną oraz wtórną i pozwala zredukować emisję NO X i CO, oraz zmniejszyć udziału tlenu w spalinach i poprawić efektywność kotła, co przekłada się na zmniejszenie zużycia paliwa, a więc na mniejszą emisję CO 2, pyłu oraz na obniżenie kosztów eksploatacyjnych.
Strona 5/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Plan prezentacji 1. Wprowadzenie 2. Nowe limity emisyjne 3. Wybór właściwej technologii 4. AirEcotube Optymalizacja procesu spalania 5. MiniEcotube 6. Ecotube System Jedna technologia, dwie metody 7. Referencje 8. Podsumowanie
Strona 6/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Nowe limity emisyjne (1/3) Limity z Dyrektywy IED (Industrial Emission Directive) zaczną obowiązywać od 1 stycznia 2016 roku. Nowe limity emisyjne dla istniejących instalacji LCP Nominalna moc cieplna kotła SO 2 NO 2 Pyły CO Lp. A B C D E MW mg/nm 3 1 Standardy emisyjne dla spalania węgla przy zawartości O 2 = 6% w spalinach 2 50 100 400 300 30-3 100 300 250 200 25-4 > 300 200 200 20-5 Standardy emisyjne dla spalania biomasy przy zawartości O 2 = 6% w spalinach 6 50 100 200 300 30-7 100 300 200 250 20-8 > 300 200 200 20-9 Standardy emisyjne dla spalania gazu ziemnego przy zawartości O 2 = 3% w spalinach 10 > 50 35 100 5 100 Wartości limitów są identyczne z poziomami ujętymi w Załączniku nr 1 Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2014 roku.
Strona 7/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Nowe limity emisyjne (2/3) Limity emisyjne wynikające z projektu Konkluzje BAT obowiązujące prawdopodobnie od 2020 roku w zakresie spalania węgla oraz zmiany proponowane przez Techniczną Grupę Roboczą (kwiecień 2015). Lp. Moc Istniejące instalacje Nowe instalacje Istniejące oraz nowe instalacje A B C D E F G H I J K L M N O P 1 MW mg/nm 3 µg/nm 3 mg/nm 3 µg/nm 3 mg/nm 3 2 - NO 2 SO 2 pyły HCl HF Hg NO 2 SO 2 Pyły HCl HF Hg CO N 2 O NH 3 3 50-100 100-270 4 100-300 100-180 150-400 (360) 80-200 2-20 2-10 0,2-5 <1-10 (9) <0,1-2-20 1-5 2(3) 100-200 100-150 150-200 80-150 2-15 <1-5 (6) 2-10 <1-5 (3) <0,1-3 <0,1-2 <(1)-5 10-100 (140) 20-150 <5 (5) Wartości podane w powyższej tabeli odniesione są warunków referencyjnych, tzn. przy zawartości 6% O 2 w spalinach oraz są wartościami średnimi w skali roku, emisja N 2 O tylko dla kotłów CFB.
Strona 8/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Nowe limity emisyjne (3/3) Standardy emisji dla istniejących i nowych obiektów według projektu dyrektywy MCP (Medium Combustion Plant) od 1 stycznia 2025 roku (dla kotłów: 5 do 50 MW) i od 2030 roku ( od 1 do 5 MW) Instalacje istniejące Lp. A B C D E F G 1 Związek Biomasa Inne paliwa Inne paliwa Inne paliwa Olej ciężki Gaz ziemny stałe płynne gazowe 2 SO 2 200 400 350 170-35 3 NO X 650 650 650 200 200 250 4 Pył 30 (45 dla mocy 5 MWt) 30 30 30 - - Instalacje nowe Lp. A B C D E F G 1 Związek Biomasa Inne paliwa Inne paliwa Inne paliwa Olej ciężki Gaz ziemny stałe płynne gazowe 2 SO 2 200 400 350 170-35 3 NO X 300 300 300 200 100 200 4 Pył 20 (25 dla mocy 5 MWt) 20 20 20 - -
Strona 9/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Plan prezentacji 1. Wprowadzenie 2. Nowe limity emisyjne 3. Wybór właściwej technologii 4. AirEcotube Optymalizacja procesu spalania 5. MiniEcotube 6. Ecotube System Jedna technologia, dwie metody 7. Referencje 8. Podsumowanie
Strona 10/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Wybór właściwej technologii (1/2) Optymalny wybór technologii na podstawie: analizy obiektowej wizualizacji procesu spalania za pomocą specjalistycznej kamery przemysłowej, obliczeń numerycznych CFD przepływu spalin i rozkładu temperatur. Oferowane produkty oparte o technologię Ecotube to: 1) AirEcotube, 2) MiniEcotube, 3) Ecotube System. Źródło:www.ecomb.se
Strona 11/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Wybór właściwej technologii (2/2) Najczęstsze problemy spalania w kotle: Niewystarczające mieszanie paliwa z powietrzem Nierówny rozkład temperatur i prędkości Wysoka emisja NO X Lokalna duża emisja CO Występowanie w komorze spalania kotła tzw. zimnych stref bez procesu spalania Rozwiązaniem powyższych problemów są technologie z rodziny Ecotube. Przykład rozkładu temperatur w kotle rusztowym
Strona 12/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Plan prezentacji 1. Wprowadzenie 2. Nowe limity emisyjne 3. Wybór właściwej technologii 4. AirEcotube Optymalizacja procesu spalania 5. MiniEcotube 6. Ecotube System Jedna technologia, dwie metody 7. Referencje 8. Podsumowanie
Strona 13/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 AirEcotube - Optymalizacja procesu spalania (1/2) AirEcotube opiera się na zastosowaniu specjalnych rur perforowanych nazywanych Ecotube do wtrysku powietrza z bardzo dużą prędkością wewnątrz komory spalania kotła w celu optymalizacji procesu spalania. Dzięki Technologii AirEcotube uzyskujemy: Dwustrefowe spalanie w kotle (l<1 oraz l>1), Większą turbulencję, Równomierny rozkład temperatur, Spalanie objętościowe (Volumetric Combustion) Redukcję NO X do 50%, Redukcję CO poniżej 100 mg/nm 3, Zmniejszenie udziału O 2 do poziomu 2-3%,
Strona 14/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 AirEcotube - Optymalizacja procesu spalania (2/2) Poprawa procesu spalania w kotle opalanym biomasą (36 MWe).
Strona 15/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Plan prezentacji 1. Wprowadzenie 2. Nowe limity emisyjne 3. Wybór właściwej technologii 4. AirEcotube Optymalizacja procesu spalania 5. MiniEcotube 6. Ecotube System Jedna technologia, dwie metody 7. Referencje 8. Podsumowanie
Strona 16/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 MiniEcotube (SNCR) (1/2) Czym jest SNCR (Selective Non-Catalytic Reduction) Podstawowe modele redukcji NO: Dla mocznika: 1 CO( NH 2) 2 2NO O2 2N2 CO2 2H 2O 2 Tworzenie NO powyżej 1090 o C: 4NH 3 5O2 4NO 6H 2O Dla amoniaku: 4NH 3 4NO O2 4N2 6H 2O Wymagania dla SNCR: Odpowiednia temperatura Czas przebywania Atomizacja reagenta Wystarczająca turbulencja Obecność tlenu Odpowiedni stosunek NH 3 /NO OR-37th-LowO2.mpg
5 0 TT 38IR HH H L LL XIX Forum Ciepłowników Polskich, Strona 17/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 MiniEcotube (2/2) Redukcja emisji NO X metodą SNCR MiniEcotube - wtrysk mocznika/amoniaku do wnętrza komory spalania za pomocą kilkunastu dysz kierunkowych. Zastosowanie sterowania opartego o układy rozmyte fuzzy logics Reagent dociera w miejsce o największej koncentracji NO X Uzyskujemy większą redukcje NO X przy mniejszym zużyciu reagenta 2520 Axe buse air Voir détail bride ci-contre 1260 150 Vanne ¼ manu DN 200 60 Piquage sortie DN 80 120 490 250 300 1 030 360 360 240 240 360 360 DN 200 120 60 2400 45 30 DN 250 Nota : les longueurs de jets ne sont pas connues du fait du changement de phase liquide/ gazeux et des différences de vitesse d éjection entre l air DeNOx et la phase gazeuse urée 2400 CHAUDIERE 3 DN 250 250 Attention : côte à définir selon épaisseur isolant ventilateur d air DeNOx 300 Vanne ¼ manu DN 200 Źródło:www.ecomb.se Piquage sortie DN 80
Strona 18/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Plan prezentacji 1. Wprowadzenie 2. Nowe limity emisyjne 3. Wybór właściwej technologii 4. AirEcotube Optymalizacja procesu spalania 5. MiniEcotube 6. Ecotube System Jedna technologia, dwie metody 7. Referencje 8. Podsumowanie
Strona 19/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Ecotube System - Jedna technologia (1/3) dwie metody Ecotube System jest połączeniem produktu AirEcotube z metodą SNCR z opcją wprowadzenia recyrkulacji spalin lub wtrysku wody dzięki czemu uzyskuje się z większą redukcję emisji NO X, CO, O 2, oraz NH 3. A instalacja Ecotube, B kontrola procesu spalania, C wentylator powietrza, D system wody chłodzącej, E system dostarczania reagenta. www.ecomb.se
Strona 20/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Ecotube System - Jedna technologia (2/3) dwie metody Reagent jest wtryskiwany przez kilkanaście osobnych dysz znajdujących się w otworach do powietrza procesowego wzdłuż Ecotube. Każda z dysz regulowana jest oddzielnie, umożliwiając uzyskanie optymalnej efektywność działania. Dzięki dużej prędkości strumieni powietrza uzyskujemy dobrą dystrybucję i poprawne mieszanie się reagenta ze spalinami. Chłodzenie wodne Kanały wtryskowe reagenta Przekrój Ecotube Źródło:www.ecomb.se Powietrze procesowe Dysza wtryskowa reagenta + powietrza
Strona 21/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Ecotube System - Jedna technologia (3/3) dwie metody Automatyczne wsuwanie rury Ecotube do wnętrza kotła (Västervik 2014).
Strona 22/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Plan prezentacji 1. Wprowadzenie 2. Nowe limity emisyjne 3. Wybór właściwej technologii 4. AirEcotube Optymalizacja procesu spalania 5. MiniEcotube 6. Ecotube System Jedna technologia, dwie metody 7. Referencje 8. Podsumowanie
Strona 23/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Referencje (1/8) Firmy ECOMB i ICS zmodernizowały do tej pory ponad 60 obiektów energetycznego spalania oraz pieców przemysłowych o różnym przedziale mocy od kilku MW do kilkuset MW z czego 40 z wykorzystaniem Ecotube. Zainstalowanych Ecotube: Ponad 70. Systemy oddane w latach: 1996 2015. W krajach: Francja (13), Szwecja (10), Wielka Brytania (6), USA (5), Polska (1), Holandia (1). Moce kotłów: od 7 do 270 MW. Rodzaje kotłów: Pyłowe, fluidalne, rusztowe, z rusztem schodkowym. Rodzaje paliw: Odpady komunalne, biomasa, węgiel, współspalanie. Redukcja tlenków azotu: od 30% do 70%.
Strona 24/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Referencje (2/8) System Ecotube MEGATEM, Lublin
Strona 25/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Referencje (3/8) System Ecotube MEGATEM, Lublin
Strona 26/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Referencje (4/8) System Ecotube MEGATEM, Lublin
Strona 27/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Referencje (5/8) System Ecotube MEGATEM, Lublin
Strona 28/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Referencje (6/8) System Ecotube MEGATEM, Lublin
Strona 29/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Referencje (7/8) System Ecotube MEGATEM, Lublin Strumień pary Temperatura pary = Temperatura spalin (strona lewa i prawa) Start Ecotube od godz. 9 Udział O 2 (strona lewa i prawa) Wtrysk wody
Strona 30/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Referencje (8/8) Korzyści z zainstalowania EcoTube System w MEGATEM EC-Lublin Lp. Parametr Przed modernizacją Z Ecotube System 1 Emisja NO X 400 450 mg/nm 3 160 180 mg/nm 3 130 150 mg/nm 3 2 Woda amoniakalna (24,6% NH 3 ) - 47 kg/h 74 kg/h 3 Unos NH 3-0 5 mg/nm 3 0 5 mg/nm 3 4 Udział O 2 w splinach około 4,0% około 2,5% około 2,5% 5 Emisja CO 10 20 mg/nm 3 10 50 mg/nm 3 10 50 mg/nm 3 6 Sprawność kotła około 89% około 90% około 90% 7 Wydajność kotła 53 t/h 54 t/h 54 t/h 8 Wtrysk wody do pary 1,7 1,9 t/h 0 1,3 t/h 0 1,3 t/h 9 Temperatura pary 486,0 o C 486,0 o C 486,0 o C 10 Temperatura spalin (przed IOS) 205 220 o C 190 200 o C 190 200 o C 11 Temperatura spalin (za IOS) około 147 o C około 139,0 o C około 139,0 o C 12 Udział części palnych w żużlu 5 16% 5 35% 5 35% Korzyści finansowe: Wyższa sprawność kotła niższe zużycie paliwa, Niższe zużycie energii na potrzeby własne, Niższe ryzyko korozji, Dłuższa praca jednostki pomiędzy postojami serwisowymi, Redukcja opłat za emisje.
Strona 31/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Plan prezentacji 1. Wprowadzenie 2. Nowe limity emisyjne 3. Wybór właściwej technologii 4. AirEcotube Optymalizacja procesu spalania 5. MiniEcotube 6. Ecotube System Jedna technologia, dwie metody 7. Referencje 8. Podsumowanie
Strona 32/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Podsumowanie (1/2) W celu osiągniecia zamierzonych redukcji emisji do poziomów wynikających z dokumentów IED oraz BAT pierwszym zadaniem jakie należy wykonać jest: analiza procesu spalania zachodzącego w kotle energetycznym, dopasowanie jak najkorzystniejszego rozwiązania technologicznego. AirEcotube w przemysłowych systemach spalania pozwala na osiągnięte niskiej emisji związków toksycznych, takich jak NO X i CO przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej efektywności procesów termicznych. Produkt MiniEcotube oparty o metodę SNCR daje dobre rezultaty redukcji NO X w przypadku gdy proces spalania jest już uporządkowany i spełnione są warunki omówienie w prezentacji. Technologia Ecotube System pozwala na zmniejszenie emisji tlenku azotu do 70% w stosunku do wartości wyjściowej, przy małej ilości emisji tlenku węgla i zwiększa wydajność kotła.
Strona 33/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Podsumowanie (2/2) Zastosowanie powyższych technologii spalania w nowych i modernizowanych dużych i średnich obiektach energetycznego spalania, pozwala osiągnąć poziomy emisji związków toksycznych niższe niż od tych wynikających z IED i BAT. Technologie Ecotube można montować we wszystkich typach kotłów oraz innych obiektach energetycznego spalania.
Strona 34/34, ICS Sp. z o. o., 2015.09.15 Dziękuję za uwagę ICS Industrial Combustion Systems Sp. z o.o. tel.: +48 618 652 022 ul. Jana Ostroroga 17/1 kom.: +48 606 647 665 60-349 Poznań e-mail: office@icsco.eu Polska www: www.icsco.eu