Wydział Mechaniczno-Energetyczny Maria Mazur Wrocław 2010 TECHNIKI OCZYSZCZANIA SPALIN 1
Konspekt wykładu 1. PROCESY ENERGETYCZNEGO SPALANIA PALIW JAKO ŹRÓDŁO EMISJI PYŁÓW I GAZÓW DO POWIETRZA ATMOSFERYCZNEGO: struktura zuŝycia nośników energii pierwotnej i emisja zanieczyszczeń z terenu Polski, destrukcyjne oddziaływanie energetyki na środowisko, szacowanie unosu pyłu, SO 2, NO x i CO 2 w spalinach kotłowych 2. ODPYLANIE SPALIN 2.1. POJĘCIA PODSTAWOWE: gaz zapylony, stęŝenie pyłu w gazie, skład ziarnowy pyłu, systematyka odpylaczy, całkowita i przedziałowa skuteczność odpylania, odpylanie wielostopniowe, koszty odpylania 2.2. ODPYLACZE MECHANICZNE 2.2.1. Odpylacze grawitacyjne (komory osadcze): zasada działania, rozwiązania konstrukcyjne, charakterystyka eksploatacyjna 2.2.2. Koncentratory inercyjne: zasada działania, rozwiązania konstrukcyjne, charakterystyka eksploatacyjna 2.2.3. Cyklony: zasada działania, czynniki decydujące o skuteczności odpylania (siła odśrodkowa, czas przebywania gazu w komorze roboczej, wyprowadzenie gazu odpylonego, szczelność zamknięcia pyłowego), rozwiązania konstrukcyjne cyklonów bateryjnych i multicyklonów, charakterystyka eksploatacyjna 2
Konspekt wykładu 2.2.4. Koncentratory odśrodkowe: zasada działania, rozwiązania konstrukcyjne, charakterystyka eksploatacyjna 2.2.5. PrzeciwbieŜny odpylacz cyklonowy: budowa i zasada działania, rola gazu pomocniczego, recyrkulacja, zdolności separacyjne, charakterystyka eksploatacyjna 2.3. ODPYLACZE FILTRACYJNE FILTRY WORKOWE: proces filtracji, zasada budowy i działania, zdolności separacyjne filtra workowego, własności struktur filtracyjnych, zasady doboru powierzchni filtracyjnej, metody regeneracji struktur filtracyjnych, filtry pulsacyjne, diagnozowanie i problemy eksploatacyjne, zalety, wady i zakres stosowania 2.4. ODPYLACZE ELEKTROSTATYCZNE ELEKTROFILTRY: podstawowe zespoły elektrofiltru, proces elektrostatycznego odpylania gazów (ulot ujemnej biegunowości, jonizacja gazu, ładowanie ziaren pyłu, osadzanie ziaren pyłu na elektrodzie zbiorczej), systematyka elektrofiltrów (elektrofiltry wielostrefowe i wielosekcyjne), rozwiązania konstrukcyjne (komora robocza, elektrody emisyjne i elektrody osadcze, systemy strzepywania elektrod, zespoły zasilania elektrofiltrów i ich funkcje, układy odprowadzania wytrąconego pyłu, problemy eksploatacyjne (właściwości gazu, stęŝenie pyłu, rezystywność pyłu i metody jej obniŝania), metody podwyŝszania skuteczności odpylania, zalety, wady i zakres stosowania 3
Konspekt wykładu 3. ODSIARCZANIE SPALIN 3.1. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA PROCESU, SYSTEMATYKA METOD: technologie odpadowe, bezodpadowe, regeneracyjne, proces suchy, półsuchy i mokry 3.2. METODA SUCHA: schemat instalacji, reakcje procesowe, rodzaj sorbentu i typ paleniska a skuteczność odsiarczania 3.3. METODA SUCHA Z NAWILśANIEM (HYBRYDOWA): schemat instalacji, reakcje procesowe, porównanie kosztów i skuteczności odpylania dla róŝnych wariantów metody hybrydowej 3.4. METODA PÓŁSUCHA: schemat instalacji, reakcje procesowe 3.5. METODA MOKRA: schemat instalacji, reakcje procesowe, aspekty ekologiczne odsiarczania spalin metodą mokrą wapienną 4. ODAZOTOWANIE SPALIN: pochodzenie tlenków azotu w spalinach (tlenki termiczne, tlenki paliwowe), systematyka metod (organizacja procesu spalania, konwersja tlenków azotu do dwutlenku azotu w palenisku i poza nim), techniki ograniczania emisji tlenków azotu (zmniejszenie nadmiaru powietrza, recyrkulacja spalin, stopniowanie powietrza, reburning, SNCR, SCR), analiza porównawcza róŝnych metod, koszty odazotowania 5. SEKWESTRACJA DWUTLENKU WĘGLA: etapy sekwestracji, separacja CO 2 ze strumienia spalin, trwałe zdeponowanie lub unieszkodliwienie CO 2 (deponowanie w morzach i oceanach, mineralizacja CO 2, sekwestracja geologiczna ), monitoring minimalizacja ryzyka sekwestracji geologicznej 4
1. PROCESY ENERGETYCZNEGO SPALANIA PALIW JAKO ŹRÓDŁO EMISJI PYŁÓW I GAZÓW DO ATMOSFERY 1.1. Struktura zuŝycia nośników energii pierwotnej w Polsce 1.2. Destrukcyjne oddziaływanie procesów energetycznego spalania paliw na środowisko 1.3. Poziom emisji zanieczyszczeń z terenu Polski (w mln Mg/rok) 1.4. Struktura emisji SO 2 i NO x z terenu Polski 1.5. Szacowanie unosu pyłu i SO 2 1.6. Wskaźniki unosu NO x oraz CO 2 5
1.1. Struktura zuŝycia nośników energii pierwotnej w Polsce (2007 rok) ZuŜycie ogółem 5% ZuŜycie do produkcji energii elektrycznej 13% 23% 60% 96% WĘGIEL ROPA NAFTOWA GAZ HYDROENERGIA INNE ODNAWIALNE 6
1.2. Destrukcyjne oddziaływanie procesów energetycznego spalania paliw na środowisko depozycja zanieczyszczeń pyłowych (popiół lotny) i gazowych (SO 2, NOx, CO 2 ) w atmosferze, UNOS TECHNOLOGIE REDUKCJI ZANIECZYSZCZEŃ EMISJA depozycja odpadu paleniskowego (popiół, ŜuŜel) i nadkładu (górnictwo odkrywkowe) w litosferze, degradacja jakości wód powierzchniowych (wprowadzanie zasolonych wód kopalnianych), obniŝanie poziomu wód gruntowych (wydobywanie węgla). 7
4 3 2 1 0 1.3. Poziom emisji zanieczyszczeń z terenu Polski (w mln Mg/rok) 400 CO 2 300 pył 200 SO 2 NO x 100 0 8 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010
1.4. Struktura emisji SO 2 i NO X z terenu Polski 1990 rok 2007 rok inne procesy SO 2 inne procesy SO 2 transport energetyka 64,5 % transport energetyka 66,8 % inne procesy NO 2 inne procesy NO 2 transport 37,5 % energetyka 39,1 % transport 39,4 % energetyka 39,5 % 9
1.5. Szacowanie unosu pyłu i SO 2 Strumień masy popiołu lotnego unoszonego w spalinach paliwa płynne - 0,4-0,5 kg/t paliwa paliwa gazowe ~ 7 kg/106m3u paliwa paliwa stałe U = 0,01 B A r a u, kg/s gdzie: B zuŝycie paliwa, kg/s A r - zawartość popiołu w paliwie,% a u - współczynnik unosu popiołu (a u = 0,05 0,80 Strumień masy SO 2 unoszonego w spalinach U = 0,02 k B S r,kg/s gdzie: B zuŝycie paliwa, kg/s S r - zawartość siarki w paliwie w stanie roboczym,% k = 0,80 dla palenisk rusztowych k = 0,95 dla palenisk pyłowych k = 1,00 dla palenisk na paliwa płynne i gazowe 10
1.6. Wskaźniki unosu NO x oraz CO 2 Unos NO x w mg/ MJ gaz ziemny turbina gazowa siłownia kondensacyjna ciepłownia 300 260 50-100 Unos CO 2 w kg/kwh Węgiel brunatny 0,40 mały kocioł 30-50 Węgiel kamienny 0,35 olej opałowy mały kocioł palniki wirowe palniki niskoemisyjne 50-70 450 140 Olej opałowy cięŝki Olej opałowy lekki Gaz ziemny 0,30 0,26 0,20 węgiel pal. niskoem.+ reduk. katalit. 60 spalanie w warstwie fluidalnej 115 spalanie na ruszcie 150 odpady drewna ruszt 80-100 11