Wpływ wybranych parametrów na wielkość emisji zanieczyszczeń powietrza z procesu wysokotemperaturowego spalania odpadów chloroorganicznych

Podobne dokumenty
Średni współczynnik toksyczności spalin emitowanych z procesów spopielania odpadów niebezpiecznych

Najlepsze dostępne technologie i wymagania środowiskowe w odniesieniu do procesów termicznych. Adam Grochowalski Politechnika Krakowska

Spalarnia. odpadów? jak to działa? Jak działa a spalarnia

Kontrolowane spalanie odpadów komunalnych

1. W źródłach ciepła:

ROLA BŁĘDÓW W PROWADZENIU INSTALACJI DO TERMICZNEGO PRZEKSZTAŁCANIA ODPADÓW W GENEROWANIU NADMIERNYCH EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ POWIETRZA

Ocena oddziaływania na środowisko instalacji spalania odpadów wybrane problemy

4. ODAZOTOWANIE SPALIN

Układ zgazowania RDF

PRZYKŁADY INSTALACJI DO SPALANIA ODPADÓW NIEBEZPIECZNYCH

Sonochemia. Schemat 1. Strefy reakcji. Rodzaje efektów sonochemicznych. Oscylujący pęcherzyk gazu. Woda w stanie nadkrytycznym?

PALIWA ALTERNATYWNE W CEMENTOWNI NOWINY

Wpływ Zakładu Unieszkodliwiania Stałych Odpadów Komunalnych w Warszawie na jakość powietrza

SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH. RÓWNOWAGA CHEMICZNA

TECHNOLOGIA PLAZMOWA W ENERGETYCZNYM ZAGOSPODAROWANIU ODPADÓW

Pracownia. Cwiczenie 23

o skondensowanych pierścieniach.

NOWOCZESNE KOMORY SPALANIA BIOMASY - DREWNA DREWNO POLSKIE OZE 2016

(86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/JP02/ (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

system monitoringu zanieczyszczeń gazowych i pyłów w powietrzu atmosferycznym, z zastosowaniem zminiaturyzowanych stacji pomiarowych

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 1134

JAKOŚĆ POWIETRZA W WARSZAWIE

Problem niekontrolowanego spalania odpadów i pozostałości roślinnych w obszarze wiejskim na wybranym przykładzie

Analiza możliwości ograniczenia emisji zanieczyszczeń powietrza z instalacji spalania odpadów medycznych w Tarnowie

KONTROLA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ Z INSTALACJI SPALANIA ODPADÓW

WYKRYWANIE ZANIECZYSZCZEŃ WODY POWIERZA I GLEBY

OFERTA TEMATÓW PROJEKTÓW DYPLOMOWYCH (MAGISTERSKICH) do zrealizowania w Katedrze INŻYNIERII CHEMICZNEJ I PROCESOWEJ

Sposób termicznej utylizacji odpadów i szlamów biodegradowalnych i układ do termicznej utylizacji odpadów i szlamów biodegradowalnych

ZBUS-TKW Combustion Sp. z o. o.

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Inżynieria procesów przetwórstwa węgla, zima 15/16

WYKAZ METOD BADAWCZYCH w WBJ-2 (Pobieranie próbek) Metoda badawcza

Rola CHEMII w zapewnieniu bezpieczeństwa żywnościowego na świecie VI KONFERENCJA NAUKA BIZNES ROLNICTWO

Współspalanie paliwa alternatywnego z węglem w kotle typu WR-25? Dr inż. Ryszard Wasielewski Centrum Badań Technologicznych IChPW

Najlepsze dostępne praktyki i technologie w metalurgii. dr hab. inż. M. Czaplicka, Instytut Metali Nieżelaznych, Gliwice

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 073

Opracował: Marcin Bąk

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 073

Kontrola procesu spalania

WSPÓŁSPALANIE ODPADÓW

Uzdatnianie wody. Ozon posiada wiele zalet, które wykorzystuje się w uzdatnianiu wody. Oto najważniejsze z nich:

CIEPŁO (Q) jedna z form przekazu energii między układami termodynamicznymi. Proces przekazu energii za pośrednictwem oddziaływania termicznego

Termiczne przekształcanie odpadów płyt drewnopochodnych, wymogi i technologie

WOJEWÓDZKI KONKURS PRZEDMIOTOWY Z CHEMII... DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW - rok szkolny 2011/2012 eliminacje wojewódzkie

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 1134

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 1008

PL B1. BULGA ZBIGNIEW PRZEDSIĘBIORSTWO BUDOWY PIECÓW, AUTOMATYKI I OCHRONY ŚRODOWISKA SZKŁO-PIEC, Kraków, PL

Sposób unieszkodliwiania odpadów przemysługarbarskiego oraz układ do unieszkodliwiania odpadów przemysłu garbarskiego

Sprawozdanie z badań jakości powietrza wykonanych ambulansem pomiarowym w Tarnowskich Górach w dzielnicy Osada Jana w dniach

Badania zawartości substancji gazowych w gazach odprowadzanych z procesu przygotowania tworzyw do produkcji drobnych wyrobów węglowych i grafitowych

KOLOKWIUM: 1-szy termin z kursu: Palniki i paleniska, część dotycząca palników IV r. ME, MiBM Test 11 ( r.) Nazwisko..Imię.

Zagadnienia bezpieczeństwa współspalania paliw alternatywnych w cementowniach

SEMINARIUM. Produkcja energii z odpadów w technologii zgazowania Uwarunkowania prawne i technologiczne

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 797

OCHRONA POWIETRZA. Opracował: Damian Wolański

Usuwanie NOx w instalacji odsiarczania spalin

Wpływ motoryzacji na jakość powietrza

METODY PRZYGOTOWANIA PRÓBEK DO POMIARU STOSUNKÓW IZOTOPOWYCH PIERWIASTKÓW LEKKICH. Spektrometry IRMS akceptują tylko próbki w postaci gazowej!

1 Układ kondensacji spalin ( UKS )

Niska emisja SPOTKANIE INFORMACYJNE GMINA RABA WYŻNA

Prezentacja Instalacji Termicznej Utylizacji Sitkówce k/kielc.

Załącznik 1. Propozycja struktury logicznej Programu (cele i wskaźniki)

(54) Sposób wydzielania zanieczyszczeń organicznych z wody

10.2 Konkluzje dotyczące najlepszych dostępnych technik (BAT) dla energetycznego spalania paliw stałych

Metoda oceny trudności oczyszczania i toksyczności spalin powstających podczas spalania odpadów

STRABAG Sp. z o.o. Ul. Parzniewska Pruszków

REDUXCO. Katalizator spalania. Leszek Borkowski DAGAS sp z.o.o. D/LB/6/13 GreenEvo

PROJEKT INŻYNIERSKI. Kraków, 2011 r.

Wprowadzenie. Systemy ochrony powietrza. Wstęp do systemów redukcji emisji zanieczyszczeń powietrza. 1. Techniczne. 2.

WYKAZ METOD BADAWCZYCH w WBJ-2 (emisja, imisja)

Badania nad zastosowaniem kondycjonowania spalin do obniżenia emisji pyłu z Huty Katowice S.A w Dąbrowie Górniczej

2. Podczas spalania 2 objętości pewnego gazu z 4 objętościami H 2 otrzymano 1 objętość N 2 i 4 objętości H 2O. Jaki gaz uległ spalaniu?

Paliwa alternatywne jako odnawialne źródła energii w formie zmagazynowanej. Prezentacja na podstawie istniejącej implementacji

WYKAZ METOD BADAWCZYCH w WBJ-2 (emisja, imisja)

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 753

Materiały zebrane i opracowane w tym materiały udostępnione przez właściciela patentu i opracowań w celach promocyjnych i edukacyjnych zebrane i

Odzyskaj energię z odpadów! Waloryzacja termiczna odpadów: Najczystszy z procesów spalania POLEKO, Poznań. dr Ryszard Strzelecki, ESWET

Str 1/7 SPRAWOZDANIE. z pracy badawczej pt.:

LABORATORIUM SPALANIA I PALIW

Katowicki Węgiel Sp. z o.o. CHARAKTERYSTYKA PALIW KWALIFIKOWANYCH PRODUKOWANYCH PRZEZ KATOWICKI WĘGIEL SP. Z O.O.

Obliczenia chemiczne

BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA ABSORPCYJNEJ POMPY CIEPŁA

PGNiG TERMIKA nasza energia rozwija miasta

DYREKTYWA RADY. z dnia 8 czerwca 1989 r. w sprawie zapobiegania zanieczyszczeniu powietrza przez nowe spalarnie odpadów komunalnych (89/369/EWG)

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 1028

Sprawozdanie z pomiarów emisji nr 135a/10 (zbiornik na olej opałowy lekki o pojemności 60 m 3 )

WYKAZ METOD BADAWCZYCH w WBJ-2 (Pobieranie próbek) Metoda badawcza

OS-I MH Rzeszów, DECYZJA

PL B1. SUROWIEC BOGDAN, Bolszewo, PL BUP 18/13. BOGDAN SUROWIEC, Bolszewo, PL WUP 04/16 RZECZPOSPOLITA POLSKA

WYKAZ METOD BADAWCZYCH w WBJ-2 (emisja, imisja)

zanieczyszczenia powstające w wyniku procesów spalania paliw w lokalnychkotłowniach i piecach domowych sektora komunalno bytowego.

Dyrektywa IPPC wyzwania dla ZA "Puławy" S.A. do 2016 roku

STAN GEOEKOSYSTEMÓW POLSKI

MODUŁ 3. WYMAGANIA EGZAMINACYJNE Z PRZYKŁADAMI ZADAŃ

Monitoring i ocena środowiska

PL Zjednoczona w różnorodności PL B8-0156/28. Poprawka. Anja Hazekamp, Younous Omarjee w imieniu grupy GUE/NGL

PL B1. JODKOWSKI WIESŁAW APLITERM SPÓŁKA CYWILNA, Wrocław, PL SZUMIŁO BOGUSŁAW APLITERM SPÓŁKA CYWILNA, Oborniki Śląskie, PL

Paliwo alternatywne na bazie sortowanych odpadów komunalnych dla przemysłu cementowego

Zaawansowane techniki utleniania. Mokre utlenianie powietrzem Adriana Zaleska-Medynska. Wykład 9

STECHIOMETRIA SPALANIA

Transkrypt:

From the SelectedWorks of Robert Oleniacz June 1, 2004 Wpływ wybranych parametrów na wielkość emisji zanieczyszczeń powietrza z procesu wysokotemperaturowego spalania odpadów chloroorganicznych Robert Oleniacz Available at: http://works.bepress.com/robert_oleniacz/78/

WPŁYW WYBRANYCH PARAMETRÓW NA WIELKOŚĆ EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ POWIETRZA Z PROCESU WYSOKOTEMPERATUROWEGO SPALANIA ODPADÓW CHLOROORGANICZNYCH Robert OLENIACZ Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska, Zakład Kształtowania i Ochrony Środowiska, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków STRESZCZENIE W pracy przedstawiono wstępną analizę wyników ciągłych pomiarów wielkości emisji zanieczyszczeń powietrza i innych parametrów procesu wysokotemperaturowego spalania odpadów chloroorganicznych. Szczególna uwaga została zwrócona na te parametry wpływające na wielkość emisji, które w analizowanym systemie spalania mogą podlegać znacznym wahaniom (np. ilość spalanych odpadów chloroorganicznych) oraz na takie substancje zanieczyszczające, jak chlorowodór, tlenki azotu i tlenek węgla. W wyniku przeprowadzonych analiz stwierdzono m.in., że w omawianym systemie spalania chlor pełni rolę inhibitora powstawania tlenków azotu. Z drugiej strony wzrost ilości chloru wprowadzanego do procesu spalania nie powoduje zwiększenia ilości tworzącego się tlenku węgla. 1. Wstęp Jednym z najbardziej racjonalnych sposobów postępowania z odpadami chloroorganicznymi, o ile oczywiście nie da się ich wykorzystać w innych procesach technologicznych, jest spalanie połączone z odzyskiem ze spalin powstałego chlorowodoru (HCl) [1]. Chlorowodór obok dwutlenku węgla (CO 2 ) i pary wodnej (H 2 O) jest bowiem głównym produktem spalania organicznych związków chloru. Chlor przechodzi do HCl nawet w warunkach niedoboru tlenu i przy znacznym stężeniu tlenku węgla (CO). Z drugiej strony przy nadmiarze tlenu i niedoborze wodoru w miejsce HCl może powstawać chlor cząsteczkowy (Cl 2 ), zgodnie z reakcją Deacona: 2HCl + ½ O 2 Cl 2 + H 2 O (1) Odzysk HCl ze spalin najczęściej jest prowadzony z wykorzystaniem procesu absorpcji w wodzie, w tym także absorpcji adiabatycznej w gorącym roztworze kwasu solnego [2]. Po usunięciu HCl ze spalin następuje wytworzenie odpowiednio czystych produktów w postaci np. azeotropowego roztworu kwasu solnego czy suchego, gazowego chlorowodoru [3]. Z instalacji do wysokotemperaturowego spalania odpadów chloroorganicznych teoretycznie mogą być emitowane do powietrza podwyższone ilości HCl lub Cl 2 oraz tlenków azotu (NO x ), a w niektórych przypadkach także sadzy i wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (PAHs) [4]. W wypadku zastosowania wysokosprawnych systemów usuwania/odzysku HCl ze spalin (np. kilku absorberów połączonych szeregowo), stężenia chlorowodoru w gazach emitowanych do powietrza powinny utrzymywać się znacznie poniżej standardów emisyjnych obowiązujących dla instalacji spalania odpadów, nawet przy bardzo wysokiej jego zawartości w gazach wprowadzanych do absorberów. Częściowe powstawanie Cl 2 (w miejsce HCl) jest niekorzystne m.in. z punktu widzenia skuteczności odzysku chloru ze spalin, stąd proces spalania jest organizowany w taki sposób, aby reakcja Deacona (1) przebiegała w kierunku tworzenia się HCl (utrzymywanie niewielkiego nadmiaru tlenu w spali-

210 nach oraz wprowadzanie w razie potrzeby dodatkowego strumienia H 2 O) [5]. Stosowane systemy oczyszczania spalin z HCl nie zapewniają równie skutecznego usuwania NO x. Tworzenie się tlenków azotu powinno zostać zatem ograniczone do minimum już w samym procesie spalania. W wypadku wielu rodzajów odpadów chloroorganicznych do ich skutecznego unieszkodliwienia wymagane są wysokie temperatury i odpowiedni nadmiar tlenu, co może sprzyjać powstawaniu NO x. Z drugiej strony jednak znane są przypadki, w których obecność chloru w procesie spalania paliw i odpadów ogranicza tworzenie się NO x [6]. Powstawanie sadzy i PAHs może z kolei towarzyszyć termicznemu krakingowi ciekłych odpadów chloroorganicznych. Zjawisko to jest niekorzystne zarówno z punktu widzenia emisji zanieczyszczeń do powietrza, jak i sprawnego funkcjonowania palników stosowanych do atomizacji i spalania tych odpadów. Dlatego też w nowoczesnych instalacjach jest ono zwykle skutecznie eliminowane poprzez zastosowanie systemów spalania wyposażonych w palniki o specjalnej konstrukcji, które są zasilane w odpowiedni sposób odpadami (izolacja termiczna) oraz zapewniają atomizację odpadów na bardzo drobne krople, a także ich natychmiastowe podgrzanie, odparowanie i utlenienie, czemu sprzyjają wysoka temperatura, wysoce turbulencyjny przepływ i doskonałe wymieszanie gazowych reagentów [3, 7]. W niniejszej pracy przedstawione zostały rezultaty wstępnych analiz wyników ciągłych pomiarów zawartości wybranych substancji w gazach odlotowych oraz najistotniejszych parametrów procesu wysokotemperaturowego spalania ciekłych i gazowych odpadów chloroorganicznych. Analizy były prowadzone w celu określenia zakresu występowania stężeń zanieczyszczeń w gazach emitowanych do powietrza, wzajemnych zależności pomiędzy tymi stężeniami oraz ewentualnego wpływu rejestrowanych parametrów procesu na wielkość emisji. 2. Rodzaj i ilość spalanych odpadów Prezentowane wyniki badań dotyczą spalania odpadów chloroorganicznych z produkcji chlorku winylu i rozpuszczalników, w ilościach ok. 2 3 Mg/h. Spalane były głównie odpady ciekłe i gazowe, zawierające chlor w ilości od kilku do ok. 90 % wag., w tym: ciekłe pozostałości z kotłów destylacyjnych i reaktora chlorowania etylenu oraz ciekłe odpady z instalacji PCW (zawierające toluen), upłynnione odpady z produkcji czterochlorku węgla i czterochloroetylenu (zawierające sześciochloropochodne HEX), odgazy odprowadzane z suszenia 1,2-dwuchloroetanu, oksychlorowania etylenu, systemu pobierania próbek w węźle rozfrakcjonowania oraz z węzła neutralizacji chlorku winylu. Dominujący był strumień odpadów gazowych (ok. 70 85% strumienia masy spalanych odpadów), mogący zawierać do ok. 33% wag. chloru (w wypadku odgazów z suszenia 1,2- dwuchloroetanu) oraz do ok. 4 % wag. azotu (w wypadku odgazów z oksychlorowania etylenu). Największą zawartością chloru cechują się odpady HEX (rzędu 89 % wag.) oraz ciekłe pozostałości podestylacyjne (ok. 79-84% wag.). W ciekłej frakcji odpadowej zawierającej toluen z instalacji PCW chlor występuje w ilości ok. 5% wag. 3. Charakterystyka instalacji Odpady chloroorganiczne spalane były w instalacji o zdolności przerobowej 3300 kg/h odpadów gazowych, 1110 kg/h odpadów ciekłych i 50 kg/h odpadów stałych, opartej na piecu głównym z komorą palnikową VICARB a (przeznaczonym do spalania odpadów ciekłych i gazowych) oraz dodatkowym piecu obrotowym (przeznaczonym do spalania niewielkich ilości odpadów stałych i półstałych). W instalacji tej odpady ciekłe rozpylane są na krople o wymiarach poniżej 50 m za pomocą gorącego gazu atomizującego (o temperaturze ok.

211 1200 o C), wprowadzanego do komory spalania palnika VICARB a z bardzo dużą prędkością obwodową (ok. 200 500 m/s). Spalanie odpadów ciekłych i gazowych zachodzi w wysokich temperaturach (rzędu 1300 1500 o C), przy czym czas przebywania spalin w strefie najwyższych temperatur (komora spalania palnika VICARB a) jest rzędu 3 s, a w temperaturze co najmniej 1200 o C (komora zasadnicza pieca i kanał spalinowy na odcinku do wytwornicy pary) wynosi ponad 2 sekundy. Spalanie odpadów stałych i półstałych zachodzi w piecu obrotowym w temperaturze rzędu 900 1000 o C, przy czym powstające spaliny w celu dopalenia składników palnych kierowane są jeszcze do pieca głównego, w którym przebywają przez minimum 2 sekundy w temperaturze dużo powyżej 1200 o C (podczas analizowanych serii pomiarowych temperatura w komorze zasadniczej pieca utrzymywana była na średnim poziomie 1335 o C). Spaliny opuszczające ten piec pozostają w równowadze termodynamicznej i składają się głównie z N 2, HCl, CO 2, H 2 O i O 2. Omawiana instalacja umożliwia odzysk ze spalin części ciepła (produkcja pary 1,7 MPa), jak również większości chlorowodoru (produkcja suchego gazowego HCl oraz azeotropowego roztworu kwasu solnego 19% o jakości technicznej). Po wstępnym schłodzeniu w wytwornicy pary, spaliny odpylane są za pomocą filtra ze świecami ceramicznymi, po czym przechodzą poprzez układ szybkiego schładzania do trzystopniowego węzła absorpcji chlorowodoru, umożliwiającej uzyskanie kwasu solnego 27%. Kwas ten poddawany jest procesowi destylacji, w wyniku którego uzyskuje się azeotropowy roztwór HCl o stężeniu 19% (wykorzystywany częściowo w węźle absorpcji, a częściowo poddawany dalszemu oczyszczeniu w celu wytworzenia produktu o odpowiedniej czystości) oraz pary, które po schłodzeniu i osuszeniu zawierają tylko gazowy chlorowodór (wykorzystywany do produkcji 1,2- dwuchloroetanu). Gazy odlotowe z węzła absorpcji kierowane są do kolumny neutralizacyjnej (zasilanej rozcieńczonym roztworem NaOH) w celu usunięcia nie zaabsorbowanego chlorowodoru oraz śladów Cl 2 i SO 2, a następnie do filtra mokrego w celu usunięcia mikrokropel cieczy absorpcyjnej i aerozoli HCl, po czym są odprowadzane do atmosfery. W sposób ciągły są one monitorowane m.in. pod kątem zawartości takich składników jak O 2, CO, NO x, HCl, Cl 2, SO 2, HF i pył ogółem [3]. 3. Przedstawienie i omówienie wyników analiz Wstępnym analizom poddano wartości średnie z 96 kolejnych, 1-godzinnych serii pomiarowych zarejestrowanych za pomocą ciągłych systemów monitoringu emisji zanieczyszczeń powietrza oraz wybranych parametrów procesu (w tym m.in. ilość spalanych odpadów ciekłych i gazowych, nadmiar tlenu i temperatura w piecu). W celu zobrazowania zakresu występowania analizowanych danych pomiarowych, na rys. 1 przedstawiony zostały przebiegi zmienności najistotniejszych z nich (średnie 1-godzinne). Z rejestrowanych składników spalin nie uwzględniono tutaj pyłu, którego stężenia utrzymywały się na bardzo niskim poziomie (< 1 mg/m 3 ) oraz substancji występujących poniżej dolnej granicy oznaczalności stosowanych analizatorów (Cl 2, SO 2, HF). Jak wynika z przeanalizowanych danych, bez trudu dotrzymywane są tutaj standardy emisyjne określone dla instalacji spalania odpadów i to nie tylko w odniesieniu do pyłu ogółem, SO 2 czy HF, ale także w wypadku HCl, NO x i CO czy innych substancji, mierzonych okresowo: metali ciężkich, całkowitego węgla organicznego oraz dioksyn i furanów [1]. W omawianej instalacji nie występuje również problem powstawania sadzy oraz wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych. Uzyskane zależności pomiędzy całkowitym strumieniem masy spalanych odpadów ciekłych i gazowych, a średnimi stężeniami HCl, NO x (NO 2 i NO w przeliczeniu na NO 2 ) oraz CO w gazach emitowanych do powietrza (po oczyszczeniu), przedstawiono na rys. 2 (średnie

212 1-godzinne). Wzajemne zależności pomiędzy średnimi 1-godzinnymi stężeniami HCl i NO x oraz HCl i CO w spalinach oczyszczonych zamieszczono z kolei na rys. 3 i 4. Stężenie O 2 [%] 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 a) O2 NOx 1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Stężenie NO x [mg/m 3 ] Czas [h] Stężenie CO [mg/m 3 ] 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 b) CO HCl 1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 Stężenie HCl [mg/m 3 ] Czas [h] Nadmiar tlenu [%] 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 c) nadmiar tlenu temperatura w piecu 1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96 1346 1344 1342 1340 1338 1336 1334 1332 1330 Temperatura [ o C] Czas [h] Ilość odpadów [Mg/h] 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 d) odpady ciekłe odpady gazowe ogółem 1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96 Czas [h] Rys. 1. Przykładowy przebieg zmienności stężeń wybranych składników spalin oczyszczonych (warunki odniesienia: T = 273 K, p = 101,3 kpa, gaz suchy) emitowanych podczas spalania ciekłych i gazowych odpadów chloroorganicznych w analizowanej instalacji (a, b) w odniesieniu do nadmiaru tlenu w komorze spalania palnika VICARB'a i temperatury w piecu głównym (c) oraz ilości spalanych odpadów (d)

213 Stężenie HCl [mg/m 3 ] 4,0 3,5 a) 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0 Ilość spalanych odpadów ciekłych i gazowych [Mg/h] Stężenie NO x (NO 2) [mg/m 3 ] 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 b) 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0 Ilość spalanych odpadów ciekłych i gazowych [Mg/h] Stężenie CO [mg/m 3 ] 0,7 c) 0,6 0,4 0,3 0,2 0,1 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0 Ilość spalanych odpadów ciekłych i gazowych [Mg/h] Rys. 2. Zależność pomiędzy średnimi stężeniami a) HCl, b) NO x i c) CO w spalinach oczyszczonych (warunki odniesienia: T = 273 K, p = 101,3 kpa, gaz suchy) a ilością ciekłych i gazowych odpadów chloroorganicznych spalanych w analizowanej instalacji Na ilość powstającego i emitowanego do powietrza HCl z pewnością wpływa ilość chloru wprowadzana do systemu spalania. Zmiany stężeń HCl w gazach emitowanych do powietrza, przy założeniu stałej skuteczności jego usuwania ze spalin, powinny wynikać ze zmian zawartości chloru w spalanych odpadach. Jak wynika z rys. 2a, występuje także trend wzrostowy tych stężeń podczas wzrostu ilości spalanych odpadów. W wypadku NO x obserwowany jest trend odwrotny (rys. 2b), który pośrednio wynika z silnej, odwrotnie proporcjonalnej zależności pomiędzy stężeniami NO x i HCl w gazach odlotowych (rys. 3). Z kolei w wypadku CO nie zaobserwowano żadnych korelacji pomiędzy jego stężeniami w gazach odlotowych, a ilością spalanych odpadów (rys. 2c) czy zawartością w spalinach jakiegoś innego

214 składnika (w tym też HCl rys. 4), z wyjątkiem pyłu ogółem. W tym ostatnim wypadku uzyskane wyniki pomiarów trudno jednak uznać za wiarygodne z uwagi na bardzo niskie stężenia obydwu mierzonych substancji. W związku z tym, że w czasie analizowanych serii pomiarowych na bardzo stabilnym poziomie utrzymywana była zarówno temperatura w piecu głównym (1330-1340 o C), jak i nadmiar tlenu w komorze spalania palnika VICARB a (4,4-4,8%), nie było możliwe zaobserwowanie wpływu zmian tych parametrów na ilość emitowanych zanieczyszczeń powietrza. Stężenie NO x (NO2) [mg/m 3 ] 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 Stężenie HCl [mg/m 3 ] Rys. 3. Zależność pomiędzy średnimi stężeniami NO x i HCl w spalinach emitowanych do powietrza z analizowanej instalacji (T = 273 K, p = 101,3 kpa, gaz suchy) Stężenie CO [mg/m 3 ] 0,7 0,6 0,4 0,3 0,2 0,1 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 Stężenie HCl [mg/m 3 ] Rys. 4. Zależność pomiędzy średnimi stężeniami CO i HCl w spalinach emitowanych do powietrza z analizowanej instalacji (T = 273 K, p = 101,3 kpa, gaz suchy) Należy tutaj zaznaczyć, że zmiany zawartości w spalinach oczyszczonych niektórych składników mogą wynikać nie tylko ze zmian całkowitej ilości spalanych odpadów, ale np. ze zmiennego udziału w spalanym wsadzie odpadów o podwyższonej zawartości danego składnika (substratu reakcji) lub też z zupełnie innych przyczyn (np. ze zmiennej skuteczności usuwania ze spalin danego składnika, zwłaszcza HCl, którego zawartość w spalinach unoszonych z pieca jest o ok. 4-5 rzędów większa niż w spalinach oczyszczonych). Ewidentny wydaje się być jednak wpływ wysokich zawartości chloru/chlorowodoru w strefie spalania na ograniczenie powstawania NO x. Potwierdza to bardzo dobra korelacja pomiędzy stężeniami NO x i HCl w gazach emitowanych do powietrza (rys. 3). Tego typu zależność została wcześniej wykazana m.in. dla procesu spalania paliw konwencjonalnych i odpadowych w złożu fluidalnym [6]. Wpływ ilości chloru wprowadzanego do systemu spalania na ilość powstają-

215 cych NO x można przypisać zdolności Cl, Cl 2 i HCl do usuwania i/lub zahamowania rekombinacji rodników typu H, OH, HO 2 czy O (w wypadku rodnika O usuwany jest rodnik H niezbędny do jego rekombinacji) [6, 8, 9]: Cl + H + M HCl + M (2) HCl + H H 2 + Cl (3) HCl + OH H 2 O + Cl (4) Cl + HO 2 HCl + O 2 (5) Cl 2 + H HCl + Cl (6) H + O 2 OH + O (7) Rodniki te mają z kolei istotne znaczenie we wszystkich mechanizmach powstawania NO x (termicznym, szybkim i paliwowym ) [10, 11]. W wypadku analizowanej instalacji, w której w temperaturach ponad 1300 o C spalane są w dużych ilościach ciekłe i gazowe związki organiczne, istotne znaczenie powinien mieć zwłaszcza termiczny i szybki mechanizm tworzenia się NO x. Biorąc pod uwagę fakt, że w komorze spalania palnika VICARB a utrzymywany jest niewielki, ściśle kontrolowany nadmiar powietrza (rzędu 4-5%), wolnego tlenu nie jest zbyt dużo, przez co bardzo wzrasta znaczenie reakcji zużywających tlen atomowy oraz rodniki H i OH. Dlatego też pomimo występowania bardzo wysokich temperatur, stężenia NO x w spalinach mieszczą się z reguły w zakresie ok. 50 100 mg/m 3 u przy 6% O 2 (tj. ok. 33 66 mg/m 3 u przy 11% O 2 ), co jest wielkością stosunkowo małą w porównaniu z innymi systemami bezpośredniego lub dwustopniowego spalania odpadów niebezpiecznych czy też niskoemisyjnymi technikami spalania stosowanymi w energetyce. 4. Wnioski Na podstawie przeprowadzonych analiz można stwierdzić, że: 1. Emisja SO 2, HF i substancji pyłowych z omawianej instalacji jest bardzo mała, co wynika zarówno z niskiej zawartości siarki, fluoru i popiołu w spalanych odpadach, jak i z zastosowania systemu oczyszczania spalin o wysokiej sprawności. Również stężenia HCl, NO x i CO w gazach emitowanych do powietrza są znacznie niższe od odpowiednich wartości dopuszczalnych, obowiązujących dla instalacji spalania odpadów. 2. Pomimo że proces spalania odpadów chloroorganicznych jest prowadzony w wysokich temperaturach (dochodzących do 1500 o C), nie powoduje to powstawania dużych ilości tlenków azotu, do czego wydatnie przyczynia się prawdopodobnie obecność w strefie reakcji rodnikowych nadmiaru wolnego chloru lub chlorowodoru. W sytuacji gdy proces spalania prowadzony jest ze ściśle kontrolowanym, lekkim nadmiarem powietrza, chlor atomowy, chlor cząsteczkowy oraz HCl przyczyniają się do usuwania rodników typu H, OH i HO 2 oraz zahamowania procesu rekombinacji rodników OH i O. Tymczasem rodniki te mają istotne znaczenie we wszystkich mechanizmach powstawania NO x. 3. W związku z powyższym istnieje wyraźna, odwrotnie proporcjonalna zależność pomiędzy stężeniami NO x i HCl w gazach odlotowych. Obserwowany jest także trend malejący stężeń NO x oraz trend wzrastający stężeń HCl przy wzroście ilości spalanych odpadów chloroorganicznych. 4. Z drugiej strony wzrost ilości spalanych odpadów i wprowadzanego chloru nie wiąże się ze wzrostem ilości tworzącego się CO, którego mechanizm utleniania do CO 2 również częściowo zachodzi z udziałem rodników OH, HO 2 i O. W tym przypadku skuteczne utlenianie CO i innych produktów niezupełnego spalania wydaje się być zapewnione dzięki wysokiej temperaturze spalania (z reguły powyżej 1300 o C), wystarczająco

216 długiemu czasowi przebywania spalin w tej temperaturze, dobremu wielostopniowemu rozprowadzeniu powietrza spalania oraz wysoce turbulencyjnemu przepływowi fazy gazowej, powodującemu doskonałe wymieszanie spalanych składników z tlenem. Praca została wykonana w ramach badań własnych AGH nr 10.10.150.595. Literatura 1. Oleniacz R.: Spalanie odpadów chloroorganicznych z produkcji chlorku winylu jako źródło emisji zanieczyszczeń powietrza. Inżynieria Środowiska półrocznik AGH, 2003, tom 8, z. 2, 187-206 2. Zieńko J., Antoszczyn M.: Problemy spalania odpadów chloroorganicznych powstających w procesach wytwarzania chlorku winylu, tlenku propylenu i epichlorohydryny. Materiały z II Ogólnopolskiego Sympozjum Spalanie odpadów przemysłowych technologie i problemy. Łódź, 26-27 września 1995 3. Doroczyński A.: Ocena skuteczności rozwiązań technicznych w technologii odzysku chlorowodoru ze związków chloroorganicznych. Materiały z II Ogólnopolskiej Konferencji Osiągnięcia proekologiczne w przemyśle chemicznym. Toruń, 14-15 października 1999 4. Morse J.S., Cundy V.A.: Sooting in Chlorinated Hydrocarbon Combustion A Critical Review. Combust. Sci. and Tech., 1994, Vol. 95, nr 1-6, 333-356 5. Rogala J., Przondo J.: Spalanie ciekłych odpadów chloroorganicznych w Z.Ch. Rokita S.A. Materiały konferencyjne z Międzynarodowego Sympozjum Waste Management Strategies and Methods, Międzyzdroje, 26-28 kwietnia 1995 6. Julien S., Brereton C.M.H., Lim C.J., Grace J.R., Anthony E.J.: The Effect of Halides on Emissions from Circulating Fluidized Bed Combustion of Fossil Fuels. Fuel, 1996, Vol. 75, No. 14, 1655-1663 7. Yang G., Jones A.D., Kennedy I.M.: The Impact of Turbulent Mixing on the Oxidation of a Chlorinated Hydrocarbon. Environ. Sci. & Techn., 1998, Vol. 32, nr 9, 1265-1268 8. Gokulakrishnan P., Lawrence A.D.: An Experimental study of the Inhibiting Effect of Chlorine in a Fluidized Bed Combustor. Combust. Flame, 1999, Vol. 116, nr 4, 640-652 9. Roesler J.F., Yetter R.A., Dryer F.L.: Detailed Kinetic Modeling of Moist CO Oxidation Inhibited by Trace Quantities of HCl. Combust. Sci. and Tech., 1992, Vol. 85, nr 1-6, 1-22 10. Glassman I.: Combustion. Harcourt Brace Jovanovich, Publ., Academic Press, Inc. 1987 11. Miller J.A., Bowman C.T.: Mechanism and Modeling of Nitrogen Chemistry in Combustion. Prog. Energy Combust. Sci., 1989, Vol. 15, nr 4, 287-338 THE IMPACT OF SOME PARAMETERS ON THE AIR POLLUTANT EMISSIONS FROM HIGH-TEMPERATURE INCINERATION OF CHLOROORGANIC WASTES In the paper preliminary analysis of the continuous measurements of the air pollutants emission and other parameters of high-temperature process of chloroorganic waste incineration are presented. In the analysis there was taken especially note of the parameters influencing the emissions, which could significantly vary in the incineration system (for example the amount of incinerated wastes) and pollutants like hydrogen chloride, nitrogen oxides and carbon monoxide. Basing the results of the analysis, it was affirmed that chlorine plays an inhibiting role on the formation of nitrogen oxides in the chloroorganic waste incineration system. On the other hand, an increase of the chlorine introducing to the process does not cause increase of carbon monoxide formation.