Strona 1/21, ICS Sp. z o. o., 2014.08.28 NOWOCZESNE I SPRAWDZONE ROZWIĄZANIA FIRM ECOMB I ICS DLA OPTYMALIZACJI PROCESU SPALANIA I REDUKCJI EMISJI Z KOTŁÓW MAŁEJ I ŚREDNIEJ MOCY PONIŻEJ POZIOMÓW OPISANYCH W DYREKTYWIE IED 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 2/21, ICS Sp. z o. o., 2014.08.28 Plan prezentacji 1. Wprowadzenie 2. Nowe limity emisyjne 3. Optymalizacja procesu spalania 4. Technologia uszyta na miarę 5. Korzyści środowiskowe i finansowe 6. Rozwój przyszłych produktów EcoTube 7. Referencje 8. Podsumowanie
Strona 3/21, ICS Sp. z o. o., 2014.08.28 Wprowadzenie (1/2) Spółka ICS powstała w roku 2007 w Poznaniu i od początku misją Spółki jest dostarczanie sprawdzonych, niezawodnych i innowacyjnych rozwiązań dla klientów na terenie Europy w obszarze procesów spalania prowadzonych między innymi w piecach przemysłowych (przemysł stalowniczy, metalurgiczny, chemiczny), w kotłach energetycznych oraz w systemach spalania i dopalania paliw niskokalorycznych (syn-gazów, biogazów oraz VOC). Kadra ICS składa się z 12 osób (11 inżynierów, w tym 3 z tytułem doktora). ICS korzysta z wysokiej jakości narzędzi projektowania jak ANSYS FLUENT, SolidWorks (3D i Flow Simulation), Bentley AutoPIPE i AutoCAD. ICS oferuje palniki HRS/HTB, implementujące technologię spalania HiTAC w oparciu o licencje (NFK), oraz produkty oparte o technologię EcoTube firmy Ecomb. Ponadto ICS wprowadza własne rozwiązania z działu R&D, dzięki czemu posiadamy 3 patenty, a 2 z nich to patenty europejskie. Produkty i usługi ICS znalazły kilkukrotnie uznanie u takich odbiorców końcowych jak: SSAB, KGHM, ENERGA, TURON czy Orion.
Strona 4/21, ICS Sp. z o. o., 2014.08.28 Wprowadzenie (2/2) 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 5/21, ICS Sp. z o. o., 2014.08.28 Nowe limity emisyjne (1/3) Limity z Dyrektywy IED (Industrial Emission Directive) zaczną obowiązywać od 1 stycznia 2016 roku. 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 Dodatkowo Od 1 stycznia 2025 i 2030 roku zaczną obowiązywać limity opisane w projekcie Dyrektywy MCP (Medium Combustion Plant) kolejno dla kotłów o mocy od 5 do 50 MW i od 1 do 5 MW.
Strona 6/21, ICS Sp. z o. o., 2014.08.28 Nowe limity emisyjne (2/3) Standardy emisji wynikające z Konkluzji BAT w zakresie spalania węgla, które zaczną obowiązywać od 2019 roku. Moc Istniejące instalacje Lp. 1) Nowe instalacje Istniejące oraz nowe instalacje A B C D E F G H I J K L M N 1 MW mg/nm 3 µg/nm 3 mg/nm 3 µg/nm 3 mg/nm 3 2 - NO 2 SO 2 pyły Hg NO 2 SO 2 Pyły Hg CO NH 3 2) HCl HF N 2 O 3) 3 <100 100-270 150-400 2-20 100-200 150-2-15 1-10 200 10-0,5-5 100 4 100-300 100-180 80-200 2-20 100-150 80-150 2-10 20-5 >300 FBC 50-180 20-180 50-150 12-80 < 1-3,5 1-15 0,2-6 150 4) < 5 0,2-2 6 >300 PC 65-180 10-130 65-100 10-75 1-55 < 1-3,5 7 FBC: Spalanie w złożu fluidalnym, PC: Spalanie pyłowe < 5 1-5 < 0,1-2 20-150 1) Zgłoszone do użytkowania przed dniem 07 stycznia 2013 roku. 2) Emisja amoniaku związana z użyciem technologii SCR (selektywnej redukcji katalitycznej) i SNCR (selektywnej redukcji niekatalitycznej) 3) Emisja tylko dla cyrkulującego złoża fluidalnego (CFBC) 4) Dolna granica emisji jest uzyskana dzięki wysokiej sprawności systemu FGD (odsiarczania gazów spalinowych). Górna granica może być osiągnięta poprzez wtrysk suchego sorbentu do złoża kotła (FGD DSI).
Strona 7/21, ICS Sp. z o. o., 2014.08.28 Nowe limity emisyjne (3/3) Odstępstwo od przestrzegania limitów emisyjnych wynikających z Dyrektywy IED mają obiekty, które zostały ujęte w: PPK (Przejściowym Planie Krajowym) - zwolnienie do 30.06.2022r., aneksie do traktatu akcesyjnego - zwolnienie z NO X do 31.12.2017r. Lub/i zostały objęte jedna z derogacji: ciepłowniczą - zwolnienie obiektu do 31.12.2022 r., naturalną - zwolnienie obiektu do 31.12.2023 r., dla małych systemów wydzielonych - zwolnienie obiektu do 31.12.2019 r.
Strona 8/21, ICS Sp. z o. o., 2014.08.28 Optymalizacja procesu spalania (1/3) 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 Wysoka konsumpcja reagenta SNCR Wysoki udział NH 3 w spalinach (dla układów z SNCR) Rozwiązaniem powyższych problemów jest proponowana technologia EcoTube. Źródło:www.ecomb.se Przed i po optymalizacji
Strona 9/21, ICS Sp. z o. o., 2014.08.28 Optymalizacja procesu spalania (2/3) Sprawność redukcji emisji NOx metodą SNCR Sprawnośc redukcji NOx [%] 100 90 80 70 60 50 40 8 30 Limit emisji NH 3 6 20 4 10 Sprawnośc redukcji NOX 2 NH3 nieprzereagowany 0 0 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 Temperatura spalin [ o C] 20 18 16 14 12 10 Nie przereagowany NH 3 [mg/nm 3 ] Odpowiednie okno temperaturowe Odpowiedni czas przebywania reagentów min 0.5s Odpowiednia atomizacja mocznika Odpowiednia turbulencja w celu wymieszania reagenta z NO Obecność tlenu Odpowiedni stosunek molekuł reagentów NH 3 /NO, Równomierny rozkład/koncentracja NO w spalinach
Strona 10/21, ICS Sp. z o. o., 2014.08.28 Optymalizacja procesu spalania (3/3) Spełnienie przedstawionych wymagań jest możliwe dzięki zastosowaniu technologii EcoTube. EcoTube to specjalne rury perforowane wsuwane na regulowaną głębokość do komory spalania kotła umożliwiające wtrysk powietrza (lub innego medium) z bardzo dużą prędkością w celu konroli i lepszego mieszania paliwa z powietrzem. Dzięki zastosowaniu EcoTube uzyskujemy mi.in: większą turbulencję w komorze spalania, wyrównany rozkład temperatur, redukcję emisji NOx, CO, oraz O 2 zagospodarowanie całej objętości komory spalania (Volumetric Combustion) Źródło:www.ecomb.se
Strona 11/21, ICS Sp. z o. o., 2014.08.28 Produkt uszyty na miarę (1/4) Dopasowanie właściwej technologii produktu EcoTube obejmuje: wizualizację procesu spalania za pomocą specjalnej kamery, obliczenia numeryczne CFD przepływu spalin i rozkładu temperatur. Źródło:www.ecomb.se Oferowane produkty oparte o technologię EcoTube to: 1) MiniEcoTube, 2) AirEcoTube, 3) EcoTube System.
5 0 XVII Konferencja Ekonomiczno-Techniczna Przedsiębiorstw Ciepłowniczych i Elektrociepłowni Strona 12/21, ICS Sp. z o. o., 2014.08.28 Produkt uszyty na miarę (2/4) 1. MiniEcoTube Redukcja emisji NO X metodą SNCR MiniEcoTube - wtrysku 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 2400 2400 300 250 490 250 300 1 030 150 Źródło:www.ecomb.se
Strona 13/21, ICS Sp. z o. o., 2014.08.28 Produkt uszyty na miarę (3/4) 2. AirEcoTube Optymalizacja procesu spalania AirEcoTube opiera się o zastosowanie systemu rur Ecotube do wtrysku powietrza z bardzo dużą prędkością w celu optymalizacji procesu spalania. Dzięki temu uzyskujemy redukcję: NO X o ponad 50%, CO poniżej 100 mg/nm 3, O 2 do poziomu 2-3%. Źródło:www.ecomb.se
Strona 14/21, ICS Sp. z o. o., 2014.08.28 Produkt uszyty na miarę (4/4) 3. EcoTube System EcoTube System jest połączeniem technologii EcoTube z metodą SNCR z opcją wprowadzenia recyrkulacji spalin lub wtrysku wody dzięki czemu uzyskuje się z większą redukcją 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 NH 3 /mocznika. E A B C D Źródło:www.ecomb.se
Strona 15/21, ICS Sp. z o. o., 2014.08.28 Korzyści środowiskowe i finansowe Korzyści środowiskowe wynikające z zastosowania technologii EcoTube i optymalizacji procesu spalania: redukcja NOx o ponad 40-70% do poziomu nawet 150 mg/nm 3, redukcja zużycia NH 3 /mocznika o 60-75% w stosunku do innych konwencjonalnych metod jak SNCR, emisja NH 3 poniżej 5 mg/nm 3, emisja CO poniżej 100 mg/nm 3, redukcja tlenu w spalinach O 2 do poziomu (2-3%), redukcja ilości spalin. Korzyści finansowe: zwiększenie sprawności kotła - mniejsze zużycie paliwa, obniżenie temperatury w kanale konwekcyjnym, obniżenie korozji przegrzewaczy, wydłużenie czasu miedzy postojami serwisowymi kotła, redukcja kosztów związanych z opłatamiśrodowiskowymi za emisję Źródło:www.ecomb.se
Strona 16/21, ICS Sp. z o. o., 2014.08.28 Rozwój przyszłych produktów EcoTube Spółka ECOMB i spółka ICS wciąż pracują nad poszerzeniem rodziny produktów EcoTube opartych o technologię współspalania i dopalania wtórnego (reburningu) pozwalającą na ograniczenie emisji NO X, CO, SO 2, CO 2 i pyłu poprzez wtrysk przez rurę EcoTube paliwa dodatkowego. Przyszłe produkty to: GasEcoTube (wtrysk paliwa gazowego: gazu ziemnego, biogazu, propanu, gazów niskokalorycznych), BioEcoTube (wtrysk rozdrobnionej biomasy: drewna, słomy, torfu i innych), LiquidEcoTube (wtrysk paliw ciekłych: biooleju, metanolu, etanolu oraz ścieków). Źródło:www.ecomb.se
Strona 17/21, ICS Sp. z o. o., 2014.08.28 Referencje (1/2) Firmy ECOMB i ICS zmodernizowały do tej pory ponad 60 obiektów energetycznego spalania oraz pieców przemysłowych o różnym przedziale mocy od 10 MW do 200 MW z czego 40 z wykorzystaniem EcoTube. Lp KRAJ KLIENT KOTŁY TYP KOTŁA MOC ECOTUBESPALIWO ROK NOx-red. CO-red. Red. Popiołu 1 SWEDEN Bäckhammars Bruk 1 Ruszt ruchomy 20 MWth 2 Biomass 1995 50 60-2 SWEDEN Bollmora WTE plant 1 Ruszt ruchomy 11 MWth 2 MSW 1996 55 0-3 SWEDEN Kristineheds WTE plant 1 Ruszt ruchomy 13 MWth 2 MSW 1998 60 0-4 SWEDEN Kristineheds WTE plant 2 Ruszt ruchomy 13 MWth 2 MSW 1998 60 0-5 SWEDEN Karlskoga WTE plant 1 Ruszt ruchomy 17 MWth 2 MSW 1999/2012 70 0 30 6 SWEDEN Hallsta Paper Mill 3 Ruszt stały 40 MWth 2 Biomass 2000 55 20-7 SWEDEN Flintrännan District Heating 1 Ruszt ruchomy 50 MWth 2 Biomass 2001 25 0-8 SWEDEN Igelsta WTE plant 1 Ruszt ruchomy 95 MWth 2 MSW 2001 40 0-9 ENGLAND Coventry & Solihull WDC 1 Ruszt ruchomy 28 MWth 2 MSW 2001 50 0-10 ENGLAND Tyseley Waste Disposal Ltd 1 Ruszt ruchomy 56 MWth 2 MSW 2002 45 0 35 11 ENGLAND Coventry & Solihull WDC 2 Ruszt ruchomy 28 MWth 2 MSW 2003 50 0-12 ENGLAND Coventry & Solihull WDC 3 Ruszt ruchomy 28 MWth 2 MSW 2003 50 0-13 HOLLAND AVR, Rotterdam 2 Ruszt ruchomy 40 MWth 2 MSW 2003 30 20-14 ENGLAND Glanford Power Station 1 Ruszt narzutnikowy 15 MWe 2 MBM 2004 20 50-15 USA Boralex Stratton Energy 1 Ruszt narzutnikowy 50 MWe 4 Biomass 2004 25 90-16 FRANCE Lons-Le-Saunier 1 Ruszt ruchomy 11 MWth 1 MSW 2005 50 0-17 FRANCE Econotre 1 Ruszt ruchomy 32 MWth 2 MSW 2005 60 0 10 18 FRANCE Econotre 2 Ruszt ruchomy 32 MWth 2 MSW 2005 60 0 10 19 USA Boralex Chateaugay 1 Ruszt narzutnikowy 20 MWe 2 Biomass 2005 25 10-20 USA Ashland 1 Ruszt narzutnikowy 36 MWe 4 Biomass 2005 30 0 - MSW = Municipal Solid Waste (Odpady komunalne) MBM = Meat and Bone Meal (Odpady zwierzęce) SLD = Sludge (Ścieki)
Strona 18/21, ICS Sp. z o. o., 2014.08.28 Referencje (2/2) Lp. KRAJ KLIENT KOTŁY TYP KOTŁA MOC ECOTUBESPALIWO ROK NOx-red. CO-red. Red. Popiołu 21 USA Ashland 1 Ruszt narzutnikowy 36 MWe 4 Biomass 2005 30 0-22 ENGLAND Fibropower, Eye 1 Ruszt narzutnikowy 13 MWe 2 Poultry Litter 2005 40 50-23 USA Boralex Livermore Falls 1 Ruszt narzutnikowy 36 MWe 4 Biomass 2005 25 0-24 USA Boralex Fort Fairfield 1 Ruszt narzutnikowy 36 MWe 4 Biomass 2005 30 0-25 FRANCE Pontmain 1 Ruszt ruchomy 11 MWth 1 MSW 2006 60 0-26 FRANCE Valezan 1 Ruszt ruchomy 9 MWth 0 MSW+SLD 2006 n.a. - - 27 FRANCE Montargis 1 Ruszt ruchomy 7 MWth 0 MSW 2007 40 - - 28 FRANCE CPCU 1 Ruszt narzutnikowy 270MWth 2 Coal 2008 70 - - 29 FRANCE Besancon 1 Ruszt ruchomy 8 MWth 0 MSW 2009 50 - - 30 FRANCE CPCU 2 Ruszt narzutnikowy 270 MWth 2 Coal 2009 70 - - 31 FRANCE Pontmain 2 Ruszt ruchomy 8 MWth 0 MSW 2009 50 - - 32 Reunion Island (Fr) Sidec Le Gol 1 PC Boiler 200 MWth 2 Coal 2011/2012 50 >60% - 33 FRANCE Grenoble 1 Ruszt narzutnikowy 63 MWth 0 Biomass+Coal 2012 50 - - 34 SWEDEN Västervik 1 BFB 22 MWth 1 Biomass 2013/2014 35 - - 35 FRANCE Martinique 1 Ruszt narzutnikowy 38 MWe 4 Biomass+Coal 2015 - - - MSW = Municipal Solid Waste (Odpady komunalne) MBM = Meat and Bone Meal (Odpady zwierzęce) SLD = Sludge (Ścieki)
Strona 19/21, ICS Sp. z o. o., 2014.08.28 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. Należy zwrócić uwagę, że pierwszy produkt MiniEcoTube oparty o metodę SNCR daje dobre rezultaty redukcji NOx w przypadku gdy proces spalania jest już uporządkowany i spełnione są warunki omówienie w prezentacji. W przypadku zastosowania metody SNCR w kotle, w którym proces spalania jest nieuporządkowany, redukcja NO X jest nieefektywna i może skutkować nadmierną emisją NH 3 w spalinach. W takim przypadku należy dokonać optymalizacji procesu spalania za pomocą produktu AirEcoTube, co pozwala często osiągnąć zamierzoną redukcję emisji bez konieczności montażu SNCR.
Strona 20/21, ICS Sp. z o. o., 2014.08.28 Podsumowanie (2/2) Zainstalowanie w kotle przedstawionych produktów opartych o technologię EcoTube pozwoli na ograniczenie emisji dla NO X oraz CO i NH 3 poniżej limitów wynikających z dyrektywy IED oraz konkluzji BAT. Dodatkowo wykorzystanie najnowszych dostępnych technik jakimi są produkty EcoTube wpłynie korzystnie na ograniczenie wydatków związanych z opłatami za emisję z obiektów energetycznego spalania jak również opłatami eksploatacyjnymi układów.
Strona 21/21, ICS Sp. z o. o., 2014.08.28 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