półsucha metoda odsiarczania

7/26/2019 Psucha Metoda Odsiarczania

1/32

Piotr Knura

RAFAKO S.A.

Psucha metoda odsiarczaniaspalin z zastosowaniem reaktorapneumatycznego zintegrowanego

z filtrem tkaninowym (metoda RP+FT) kierunki rozwoju technologii,

potencja i moliwoci


2/32


3/32

53II KonferencjaWytWrcWenergIIeleKtrycznejSKaWIna2011

Psucha metoda odsiarczania spalin z zastosowaniem reaktora

pneumatycznego zintegrowanego z filtrem tkaninowym (metoda RP+FT)

kierunki rozwoju technologii, potencja imoliwoci

PSUCHA METODA ODSIARCZANIA SPALIN ZZASTOSOWANIEM REAKTORA PNEUMATYCZNEGO

ZINTEGROWANEGO Z FILTREM TKANINOWYM

(METODA RP+FT)

KIERUNKI ROZWOJUTECHNOLOGII, POTENCJA I MOLIWOCI.

Piotr Knura

RAFAKO S.A.

Streszczenie:

W pierwszej czci artykuu pokrtce scharakteryzowano gwne zanieczyszczenia, ktrych

emisja do atmosfery nastpuje wskutek energetycznego spalania paliwa. Ponadto

omwiono aktualny stan prawny w Polsce oraz Unii Europejskiej odnonie standarw

emisji zanieczyszcze w energetyce. Wskazano rwnie technologie odsiarczania, ktre

mona wykorzysta, aby dostosowa jednostki energetyczne do wymogw prawnych w

zakresie emisji zanieczyszcze do atmosfery. Druga cz artykuu stanowi zwizy opis

tytuowej technologii odsiarczania (metoda RP+FT) wraz z podaniem przykadu realizacji

IOS w Elektrowni Skawina. Kolejna, trzecia cz publikacji, opisuje kierunki rozwoju i

bada technologii RP+FT pod ktem jej zastosowania jako systemu oczyszczania gazw

spalinowych z instalacji termicznego przeksztacania odpadw komunalnych (ITPOK).

Kocowa cz artykuu stanowi przykadowa, porwnawcza analiza ekonomiczno

techniczna wybranych, konkurencyjnych systemw oczyszczania spalin z ITPOK ze

wskazaniem najkorzystniejszego pod wzgldem ekonomicznym.

1. WPROWADZENIEPowietrze atmosferyczne stanowi dla czowieka jeden z podstawowych czynnikwniezbdnych do ycia. Powietrze atmosferyczne to przede wszystkim bezbarwna ibezwonna mieszanina gazw, wikszo stanowi azot - 78% i tlen - 21%, oprcztego wystpuj gazy szlachetne, gwnie argon. W skad powietrza wchodzi takedwutlenek wgla (0,03%), a take para wodna. Ponadto powietrze atmosferycznezawiera rnego typu zanieczyszczenia pochodzenia organicznego i mineralnego.Po przekroczeniu okrelonych norm mwi si o zanieczyszczeniu powietrza.Proces ten nastpuje w wyniku przedostania si do atmosfery substancji staych,ciekych czy gazowych w takich ilociach, ktre szkodliwie wpywaj na zdrowieczowieka, przyrod oywion, klimat, wod i gleb. Substancje, ktre

zanieczyszczaj powietrze bardzo atwo rozprzestrzeniaj si i dlatego wpywajna cae rodowisko naturalne. Jednym z powaniejszych zanieczyszcze powietrzajest dwutlenek siarki (SO2), przedostaje si on do atmosfery w konsekwencjispalania paliw, ktre zawieraj siark. Najwikszymi rdami tych zanieczyszczes elektrownie, elektrociepownie i ciepownie. Innymi czsto wystpujcymi

zanieczyszczeniami generowanymi przez sektor energetyczny s: trjtlenek siarkiSO3, chlorowodr HCl, tlenki azotu NOx(gwnie NO i NO2), tlenek wgla CO i

wszelkiego rodzaju pyy. Od niedawna jako zanieczyszczenie traktowany jest takedwutlenek wgla CO2, ktrego instalacje energetycznego spalania paliwa emitujolbrzymie iloci.Zanieczyszczenia powietrza niekorzystnie wpywaj na cae rodowisko naturalne.Zanieczyszczenia atmosfery s rwnie bardzo niebezpieczne dla czowieka,

poniewa przedostaj si do organizmu podczas oddychania. Oprcz negatywnego


4/32

54 II KonferencjaWytWrcWenergIIeleKtrycznejSKaWIna2011




oddziaywania na przyrod oywion zanieczyszczenia te prowadz do korozjimetali oraz materiaw budowlanych.W przecigu ostatnich lat stopie zanieczyszczenia powietrza w Polsce ulegznacznemu zmniejszeniu. Mimo to, w porwnaniu do innych krajw europejskich,

wci produkujemy ogromn ilo zanieczyszcze atmosferycznych.

Tlenki siarki - SOx

Produktem spalania zwizkw siarki (zarwno organicznych jak inieorganicznych) jest przede wszystkim dwutlenek siarki SO2. Podczas spalaniapaliwa zawierajcego zwizki siarki powstaj take pewne iloci trjtlenku siarkiSO3.

22 SOOSPaliwo

322 21 SOOSO

Proces utleniania SO2do SO3podczas spalania zachodzi dwudrogowo:

Proces termiczny

temperatura powyej 1 100C

Proces katalityczny temperatura 500 - 800 C i obecno katalizatorw

(V, Ni, Fe)Podczas spalania paliw staych (wgiel kamienny lub brunatny) okoo 1,5 % siarkizawartej w paliwie ulega utlenieniu do SO3. Obecno SO3w spalinach powodujedue zagroenie korozj zwizan ztworzeniem si kwasu siarkowego.

4223 SOHOHSO

Chlorowodr

Zwizki chloru, gwnie HCl, powstaj przez zwizanie chloru zawartego wpaliwie z wodorem zpaliwa. Znajc zawarto chloru w paliwie mona obliczy

cakowit emisj HCl z procesu spalania paliwa. Paliwa zawieraj rne ilocichloru:

Wgiel kamienny0,10,5% (rednio ok. 0,2%)

Odpady komunalne0,12,0%

Biomasa - 0,00,8% (soma)

Oprcz HCl, podczas spalania paliw w ladowych ilociach powstaj rwniechlorowane wglowodory. PCDD i PCDF (dioksyny i furany) powstaj w procesiespalania z prekursorw takich jak chlorowane bifenyle (PCB), chlorowanebenzeny, fenole i in. Jest to tzw. synteza insitu. Prekursory znajduj si w

odpadach lub powstaj z tworzyw sztucznych (np. PCV) i innych substancjiorganicznych zawierajcych chlor. PCDD i PCDF mog rwnie powstawa wprostych reakcjach z czstek wgla, wodoru tlenu i chloru w strefie niszychtemperatur jest to tzw. synteza de-novo. Stenia dioksyn i furanw w gazach zespalania paliw staych s bardzo niskie, kilka rzdw nisze od ste innychskadnikw szkodliwych jak SOx ,NOx, HCl, CO czy WWA. Zapewnienieodpowiednich warunkw dopalania spalin (wysoka temperatura, zawarto tlenu iwystarczajcy czas reakcji) pozwalaj znacznie ograniczy ich emisj.

Tlenki azotu NOx

Tlenki azotu powstajce podczas energetycznego spalania paliw stanowimieszanin tlenku (NO), dwutlenku (NO2) i niekiedy podtlenku (N2O). W

obecnoci silnych utleniaczy mog powstawa take N2O3, N2O4 i N2O5. W


5/32





spalinach z kotw pyowych udziatlenku azotu NO wynosi znacznie ponad 90 %.Udzia NO2wrd oglnej zawartoci NOxwynosi maksymalnie 10%. Rozrniasi trzy podstawowe, wzajemnie powizane, procesy powstawania NOx:

powstawanie tlenkw z azotu zawartego w paliwie (paliwowe NOx), bezporednia reakcja gazowego azotu z tlenem (termiczne NOx), przeksztacenie gazowego azotu w tlenki w obecnoci wglowodorw

zawartych w paliwie (szybkie NOx).

Regulacje prawne dotyczce standardw emisyjnych z instalacji

energetycznego spalania paliw

Podstawowym aktem prawnym regulujcym zagadnienia ochrony powietrza przedzanieczyszczeniem w Polsce jest Ustawa z dnia z dnia 27 kwietnia 2001 r. PrawoOchrony rodowiska (Dz. U. nr 25 poz. 150 z 2008 roku). Ustawa ta za naczelnykanon ochrony rodowiska oraz warunkw korzystania zjego zasobw przyjmuje

konstytucyjn zasad zrwnowaonego rozwoju, czyli taki rozwj spoeczno-gospodarczy, w ktrym nastpuje proces integrowania dziaa politycznych,gospodarczych i spoecznych, z zachowaniem rwnowagi przyrodniczej oraztrwaoci podstawowych procesw przyrodniczych, w celu zagwarantowaniamoliwoci zaspokajania podstawowych potrzeb poszczeglnych spoecznoci lubobywateli zarwno wspczesnego pokolenia, jak i przyszych pokole. Wszczeglnoci ustawa nakada na wacicielaobiektu obowizek przeciwdziaaniazanieczyszczeniom poprzez zapobieganie lub ograniczanie wprowadzania dorodowiska substancji zanieczyszczajcych oraz eksploatacj instalacji luburzdze w taki sposb, aby nie powodowa przekroczenia standardwemisyjnych. Podstawowym aktem wykonawczym, okrelajcym wymagania wstosunku do instalacji energetycznego spalania paliw jest wydane na podstawie art.

145 ust. 1 pkt 1 oraz art. 146 ust.2 i 4 ustawy z dnia 27 kwietnia 2001 roku PrawoOchrony rodowiska rozporzdzenie Ministra rodowiska z dnia 20 grudnia 2005roku w sprawie standardw emisyjnych z instalacji (Dz. U. Nr 260, poz. 2181). Wrozporzdzeniu tym wartoci dopuszczalnych emisji przedstawione zostay wzalenoci od terminu oddania do uytkowania rda oraz od wielkocinominalnej mocy cieplnej tego rda. W polskim systemie prawnympodstawowym dokumentem, okrelajcym szczegowe obowizki jednostkiorganizacyjnej w zakresie ochrony powietrza, jest decyzja administracyjna, zwanadecyzj o dopuszczalnejemisji, w ktrej ustalane s rodzaje i iloci substancjizanieczyszczajcych powietrze, dopuszczalne do wprowadzania do powietrza.Decyzja wydawana jest przez wojewod na czas okrelony, na podstawie wnioskujednostki organizacyjnej i dokumentacji technicznej udowadniajcej, e

wnioskowana wielko emisji nie spowoduje przekroczenia dopuszczalnych stezanieczyszcze (razem z istniejcym i przewidywanym stanem zanieczyszczeniapowietrza). Ukad Stowarzyszeniowy Polski ze Wsplnotami Europejskiminakada jednake obowizek dostosowania polskiego prawa do przepiswWsplnot Europejskich. Z tego wzgldu dyrektywy Parlamentu Europejskiegoantycypuj niejako przysze rozwizania prawne iwinny by brane pod uwagprzy projektowaniu nowych obiektw, a take przy wyborze urzdze itechnologiido ograniczania emisji zanieczyszcze do powietrza.


6/32





Tabela 1 - Standardy emisyjne od roku 2016 wg dyrektywy EID w

mg/m3

n

Moc rda [MWt] Dwutlenek siarki Tlenki azotu Py

50-100 400 300 30

100-300 250 200 25

>300 200 200 20

Oprcz znacznego obnienia standardw emisyjnych poszczeglnych

zanieczyszcze prawo UE zasadniczo zmienia interpretacj rda emisji. Wprawie polskim emitor stanowi kocio. Po roku 2016 dla polskich instalacji

spalania paliw obowizywa bd limity standardw emisyjnych okrelonezgodnie z zasad, wedug interpretacji rdo = komin. Wedug dyrektywystandardy emisyjne okrela si dla nominalnego obcienia obiektu energetycznego

spalania paliw, czyli sumarycznej mocy cieplnej wszystkich kotw podczonychdo wsplnego emitora komina, bez wzgldu na aktualny status pracyktregokolwiek kota (np. planowany postj lub awaryjny).W celu dotrzymania standardw emisyjnych instalacje energetycznego spalaniapaliwa powinno wyposaa si w systemy oczyszczania gazw spalinowych,ktrych wanym i istotnym elementem jest instalacja odsiarczania spalin (IOS).Zbudowanie instalacji odsiarczania spalin o zwikszonych wymaganiach wstosunku do obowizujcych obecnie standardw emisyjnych dwutlenku siarki,gwarantuje dotrzymanie wymaga zarwno obowizujcych, ale przede wszystkimzabezpiecza w sposb pewny w perspektywie dugoterminowej.

Na rysunku 1 przedstawiono podzia metod odsiarczania. Na wiecie ponad 90%

instalacji odsiarczania zrealizowana jest na bazie metod wapiennychkorzystajcych z tanich i atwo dostpnych sorbentw wapiennych. Z innych(niewapiennych) metod, najwiksze znaczenie ma metoda przemywania spalinwod morsk. Pozostae metody stosowane s rzadziej, czego przyczyn jest naog wysoki koszt eksploatacji wynikajcy z ceny sorbentu i trudnoci jegodostpu lub/i due koszty inwestycyjne zwizane z koniecznoci zabudowy

bardzo skomplikowanych wzw technologicznych.


7/32





Rysunek 1Zestawienie technologii odsiarczania spalin

2. OPIS INSTALACJI ODSIARCZANIA Z ZASTOSOWANIEMREAKTORA PNEUMATYCZNEGO I FILTRA TKANINOWEGO METODA RP+FT

Instalacja odsiarczania spalin w oparciu o metod psuchego odsiarczania zzastosowaniem reaktora pneumatycznego zintegrowanego z filtrem tkaninowym(RP+FT), charakteryzuje si du redukcj szkodliwych zwizkw kwanych SO 2,HCl, HF i SO3 z wykorzystaniem suchego sorbentu w postaci wapnahydratyzowanego Ca(OH)2. Wapno hydratyzowane moe by dostarczanebezporednio od dostawcy sorbentu lub moe by przygotowane z tlenku wapniaCaO poprzez proces suchogaszenia.

Zalety metody RP+FT:

Wysokie skutecznoci usuwania kwanych skadnikw spalin: Skuteczno usuwania SO2 90% 95% (max 98%) Skuteczno usuwania SO3powyej 95% (max 99%) Skuteczno usuwania HCl powyej 95% (max 99%) Skuteczno usuwania HF powyej 90%

Najbardziej efektywne wykorzystanie sorbentu spord wszystkichwapiennych metod psuchych. Nadmiar stechiometryczny Ca/S = 1,1 1,4. Brak koniecznoci stosowania specjalnie preparowanych sorbentw.

Moliwo stosowania dwch rodzajw sorbentu - Ca(OH)2 lub CaO(wze suchego gaszenia wapna).


8/32





Instalacja moe by zastosowana do oczyszczania zarwno maych (np.koty WR 5, WR 10, OR 16, WR 25, OR 32, WP 70), rednich (np. WP120, OP 140, OP 230, OP 380,OP 430) jak i duych jednostek energetycznych (np. koty OP 650 iwiksze). IOS moe wsppracowa z jednym kotem lub oczyszczaspaliny z ukadw skolektorowanych.

Instalacja RP+FT w odrnieniu od metod mokrych nie generuje adnychciekw.

Stosunkowo niskie zuycie wody procesowej

Bardzo wysoki stopie redukcji pyu. Gwarantowane stenie pyu zainstalacj IOS 20 mg/m3n s.s 6% O2 (na wszystkich obiektachzrealizowanych przez Rafako S.A. nie przekracza 5 mg/m

3ns.s 6% O2).

Moliwo zabudowy instalacji zarwno na spalinach odpylonych (np. za

elektrofiltrem), wstpnie odpylonych lub spalinach w ogle nieodpylonych(szczeglnie w przypadku kotw rusztowych).

Dua zmienno obcienia spalinami pojedynczego reaktora bezkoniecznoci recyrkulacji spalin oczyszczonychzakres obcienia: 40% -

110% projektowego strumienia maksymalnego.

Ze wzgldu na specyfik stosowanych rozwiza technologicznych i

rodzajw uywanych mediw technologia RP+FT charakteryzuje siznacznie prostsz obsug eksploatacyjn

i konserwacyjn w stosunku do metod konkurencyjnych, przyjednoczesnym zachowaniu bardzo wysokiej dyspozycyjnoci.

Zwarta i kompaktowa zabudowa instalacji pozwala na wkomponowanieinstalacji w istniejc infrastruktur.

Metoda RP+FT w przypadku odsiarczania maych i rednich iloci, rednio

zasiarczonych spalin, charakteryzuje si korzystniejszymi wskanikamiekonomicznymi ni metoda MOWAP. Wzgldem innych wapiennychpsuchych metod, metoda RP+FT zawsze wykazuje przewagekonomiczn.

Umiarkowane zuycie energii elektrycznej mniejsze ni MOWAP,porwnywalne do innych wysokosprawnych metod psuchych.

Ze wzgldu na temperatur prowadzenia procesu odsiarczania (15 - 20Cpowyej punktu rosy) nie ma potrzeby wtrnego podgrzewu spalinoczyszczonych lub budowy tzw. mokrego komina. Nie wymaga testosowania dodatkowych systemw antykorozyjnych (stal kwasoodporna,gumowanie itp.). W wikszoci przypadkw istnieje moliwowprowadzenia spalin oczyszczonych do istniejcego komina.

Instalacja po wprowadzeniu do ukadu dodatkowych rodkwadsorbujcych (wgiel aktywny, koks aktywny, preparowane adsorbentymineralne np. Minsorb) wykazuje wysok zdolno usuwania dioksyn,furanw, rtci i innych metali cikich. Usuwanie wczeniejwspomnianych zwizkw jest moliwe nawet bez stosowaniadodatkowych adsorbentw. Zjawisko to wystpuje, kiedy instalacjapracuje na spalinach zapylonych, a w popiele lotnym jest dua iloniespalonego wgla. Technologia RP+FT moe by z powodzeniemstosowana w ITPOK (spalarniach odpadw).


9/32





Wady metody RP+FT:

Due zapotrzebowanie na sprone powietrze znacznie wiksze ni wMOWAP, porwnywalne z innymi metodami psuchymi.

Produkt poreakcyjny z wszystkich metod psuchych, jest trudny do

gospodarczego wykorzystania i na og musi by deponowany. Zewzgldu na efektywne wykorzystanie sorbentu technologia RP+FTgeneruje najmniejsze iloci produktu poreakcyjnego spord wszystkich

technologii psuchych.

Przy odsiarczaniu duych iloci, mocno zasiarczonych spalin metodaRP+FT posiada mniej korzystny wskanik ekonomiczny ni metodaMOWAP.

Rysunek 2IOS w Elektrowni SkawinaModel 3D

Struga spalin kierowana na IOS doprowadzona jest do dolnej czci reaktorapoprzez kanay spalin nieodsiarczonych. W reaktorze wchodzi w kontakt zsorbentem i opuszcza reaktor w grnej jego czci. Z reaktora spaliny przechodzdo filtra workowego, gdzie zostaje usunity py. Wentylator wspomagajcy jestzabudowany za filtrem workowym a jego parametry s takie by skompensowastrat cinienia na instalacji. Dalej spaliny odprowadzane s kanaami spalin

odsiarczonych do komina.W technologii psuchego odsiarczania spalin z zastosowaniem reaktorapneumatycznego jako sorbent stosuje si wapno hydratyzowane Ca(OH)2, ktremagazynuje siw zbiorniku (silosie) sorbentu. Wapno hydratyzowane pochodzi

moe bezporednio z dostawy lub te moe by przygotowywane na miejscu zwykorzystaniem linii suchego gaszenia wapna palonego CaO. Dostawa sorbentuCa(OH)2 lub CaO odbywa si moe zarwno transportem samochodowym jak ikolejowym. Rozadunek sorbentu nastpuje pneumatycznie za pomoc spronegopowietrza.

Zbiorniki sorbentu s wyposaone we wszystkie niezbdne urzdzenia,zapewniajce waciwe ibezpieczne zasilanie w sorbent reaktora zgodnie z

wymaganiami obiektu i technologii. Ilo dozowanego sorbentu jest sterowana w


10/32





zalenoci od zawartoci SO2w spalinach surowych i czystych oraz od nateniaprzepywu spalin.Spaliny wprowadzane s do dolnej czci reaktora i pync w kierunku krcawylotowego, turbulentnie mieszaj si z wodorotlenkiem wapnia Ca(OH) 2 i

recyrkulowanym produktem poprocesowym tworzcym zoe fluidalne. W zoufluidalnym nastpuje absorpcja SO2 i innych kwanych skadnikw spalin. Czczstek staych opuszcza reaktor wraz ze spalinami i przepywa do filtraworkowego. Po odpowiednim czasie przebywania na workach filtra, produktyporeakcyjne transportowane s do lejw pyu pod filtrem, a nastpnie do ukadurecyrkulacji produktu. Ukad recyrkulacji produktu wyposaony jest w systemtransportujcy, ktry wiksz cz produktu zawraca do obiegu (do reaktora).Nadmiar produktu jest odprowadzany do zbiornika poredniego, astd dozbiornika retencyjnego PPR-u (skrt produktu poreakcyjnego).Proces usuwania kwanych skadnikw spalin zachodzi zgodnie z nastpujcymi

reakcjami:

OHCaCOCOOHCa

OHCaFHFOHCa

OHCaSOOOHCaSO

OHCaSOOSOOHOHCa

OHOHCaSOSOOHCa

OHOHCaSOSOOHCa

OHCaClHClOHCa

2322

222

24223

242222

22432

22322

222

)(

22)(

2/12/12/1

22/1)(

2/12/1)(

2/12/1)(

22)(

Klasyfikujc powysze reakcje wedug szybkoci i intensywnoci procesw

neutralizacji kwanych skadnikw spalin mona zapisa:

SO3> HF > HCl > SO2> CO2

W wyniku tych reakcji uzyskuje si stay produkt reakcji, zawierajcy mieszaninpopiou, siarczynu, siarczanu, chlorku, fluorku i wglanu wapnia znieprzereagowanym wodorotlenkiem wapnia oraz innymi zanieczyszczeniamiusunitymi ze spalin.Ksztat reaktora zapewnia oczyszczanie gazw spalinowych z zanieczyszczegazowych, gdzie reakcj absorpcji prowadzi si w wytworzonym w reaktorzewirze wewntrznej cyrkulacji gazu. W wyniku rnicy cinie panujcych na dole iu gry reaktora, spowodowanej spadkiem prdkoci gazu wywoanej wzrostem

rednicy reaktora w miar przepywu strugi gazu do gry, cze strugiprzepywajcych gazw odgina si od rodka i do dou, a nastpnie do ciany igry reaktora, tworzc wewntrzn cyrkulacj o ksztacie zblionym do torusa

wok wyimaginowanegopoziomego okrgu.Do tak wytworzonego wiru wewntrznej cyrkulacji gazu, doprowadza si irozprasza czynniki absorpcyjne, cze produktu poprocesowego z odpylacza iwod , przez co w reaktorze tworzy si strefa cyrkulacji o zwikszonej koncentracjiaerozolu.

Oczyszczany gaz wprowadza si od dou do reaktora z prdkoci w granicach 1040 m/s, kierujc jego strumie rwnolegle do jego ciany lub pod ostrym ktemdo niej. W wyniku wzrostu rednicy reaktora, w miar przepywu gazu do gry,prdko strumienia gazu zmniejsza si do wielkoci zawartej w granicach 1 5m/s.


11/32





Spaliny bdce w reaktorze, kondycjonowane s drobno rozpylon wod, przypomocy specjalnej dyszy tworzcej krople o wielkoci kilkuset m, ktre sabsorbowane i/lub kondensowane na powierzchni fluidyzujcych czstek staych.Czstki te stanowi mieszanin wieego sorbentu irecyrkulowanego produktu

poreakcyjnego. Dziki gwatownemu odparowaniu wody, temperatura spalin wreaktorze szybko zostaje obniona do wymaganej temperatury procesu to jest 90

0C

1000C.

Do zajcia reakcji pomidzy SO2 a Ca(OH)2 konieczne jest zaadsorbowanie napowierzchni czstki sorbentu pary wodnej; czsteczki pary ukadaj si w postacitzw. monowarstw tworzc swego rodzaju interfejs dla dwutlenku siarki. Dwutleneksiarki sabo reaguje z sorbentem jeeli liczba mono warstw pary wodnejzaadsorbowanej na jego powierzchni jest mniejsza ni 1. Szybko reakcji wzrastaz liczb mono warstw zaadsorbowanej pary wodnej. Tlen i dwutlenek wgla niewywieraj istotnego wpywu na szybko reakcji z wapnem. Mechanizm reakcji,

przewiduje powstanie na powierzchni czstki wapna kompleksu SO2 - woda. Do

tego celu potrzebna jest odpowiednia ilo zaadsorbowanych warstw pary wodnej,co pozwala na powstanie symetrycznej konfiguracji ligandw H2O wokczsteczki SO2.Przy iloci monowarstw powyej redniej wartoci 2 - 3 czsteczkaSO2 moe tworzy kompleks z wod na zasadzie podobnej jak w przypadku

rozpuszczania dwutlenku siarki w ciekej wodzie. Kompleks taki nastpnie reagujez sorbentem. Cz czsteczek siarczanu (IV) ulega utlenieniu do siarczanu (VI)

poprzez reakcj z tlenem obecnym w gazie, przy czym utlenianie zajdzie jedyniewtedy, gdy tlen jest obecny w trakcie tworzenia si siarczanu (IV). Jeeli siarczan(IV) powstanie przy nieobecnoci tlenu, to nie ulegnie utlenieniu podczas

pniejszego kontaktu z czsteczkami tlenu. Stwierdzono, e utlenianie siarczynuwapnia nie ma wpywu na szybko reakcji.

Przebieg reakcji odsiarczania:

OHCaSOOHOCaSO

OHCaSOOHSOCa

OHCaCaH

OHCaHOHCa

SOHHSO

HSOHOHSO

OHHOH

24223

232

2

3

2

2

2

2

33

322

2

22/32/1

2/12/1

)(

Na wykresie 1 pokazana jest zaleno szybkoci reakcji SO2 z Ca(OH)2 wzalenoci od stopnia zwilenia zoa fluidalnego w reaktorze. Stopie zwilania

zoa jest funkcj iloci wody podanej do reaktora. Widzimy, e szybko reakcjigwatownie wzrasta wraz ze wzrostem stopnia zwilenia zoa fluidalnego. Trzebajednak zauway, e wzrost szybkoci reakcji ulega nagemu spowolnieniu poprzekroczeniu stopnia zwilenia na poziomie 0,8 kgH2O/m

3. Dalsze schadzanie

spalin, a co za tym idzie zwikszanie stopnia zwilenia nie przynosi wymiernychkorzyci.


12/32





Zaleno szybkoci reakcji SO2z Ca(OH)2od stopnia zwilwenia produktu

poreakcyjnego

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Stopie zwilenia produktu [kgH2O/m3PPR]

Szybkoreakcji[mol/L*s]*104

Wykres 1Zaleno szybkoci reakcji SO2i Ca(OH)2od stopnia

zwilenia produktu poreakcyjnego

Rysunek 3Zasada dziaania metody RP+FT

Drugi etap oczyszczania spalin zachodzi w filtrze workowym sucym do

dokadnego oczyszczania spalin z pyw jak rwnie z kwanych skadnikw


13/32





spalin. W filtrze zachodz take reakcje chemiczne, takie same jakie opisano

powyej. Filtr workowy zbudowany jest zkilku indywidualnych komr (ich ilozaley od wielkoci strumienia spalin). Oczyszczane spaliny wprowadzane spoprzez kana spalin o zmiennym przekroju, zmniejszajcy si wraz z jego

dugoci dla zapewnienia optymalnego rozdziau strugi spalin wewntrz filtra orazprzepywu laminarnego spalin wewntrz filtra. Dalej zanieczyszczone spaliny s

rozprowadzane krcami i kanaami do poszczeglnych komr. Nad kanaemspalin zanieczyszczonych umieszczony jest kana gazu oczyszczonego z zaworamitalerzowymi odcinajcymi poszczeglne komory. Przedzia komory spalinzanieczyszczonych oddzielonyjest od przedziau spalin oczyszczonych za pomocpyty sitowej, na ktrej zawieszone s worki filtracyjne i kosze wsporcze

(stabilizujce pionowe pooenie workw). Spaliny zanieczyszczone przepywajcprzez tkanin filtracyjn workw, pozostawiaj czsteczki pyu na jej zewntrznejwarstwie. Gdy warstwa nagromadzonego pyu (tzw. placek filtracyjny) powikszyrnic cinie pomidzy wlotem a wylotem filtra ponad warto nominaln,

system sterowania uruchomia proces oczyszczania (regeneracji workw). Pyzsypuje si do, umieszczonych pod kad komor stokowych lejw. Pojedynczakomora moe zosta wyczona z pracy poprzez zamknicie klap spalinzanieczyszczonych oraz zaworw talerzowych. Umoliwia to przeprowadzenieprac serwisowych na poszczeglnych komorach bez koniecznoci wyczaniacaego filtra z pracy.Instalacja odsiarczania spalin rozumiana jako jeden cig technologiczny (jednanitka) skadajcy si zjednego reaktora wsppracujcego z jednym filtremworkowym nie posiada w zasadzie dolnej granicy iloci odsiarczanych spalin.Moe by zabudowana za bardzo maymi kotami, ktre generuj mniej ni 50 000mn

3/h spalin. Maksymalna ilo spalin kierowana na jedn nitk odsiarczania

wynosi obecnie okoo 900 000 mn3/h. Ograniczenie to wynika z ogranicze

konstrukcyjno

technologicznych filtra workowego. Istnieje potencjalniemoliwo budowy wikszych filtrw, a co za tym idzie zwikszenieprzepustowoci pojedynczej nitki, jednak niesie to pewne ryzyko wynikajce zzaburze hydrauliki przepywu spalin we wntrzu filtra co moe by przyczynnierwnomiernej dystrybucji pyu na poszczeglne komory i powodowazakcenia w pracy filtra. W przypadku kiedy ilo spalin poddawanych

odsiarczaniu jest wiksza od wspomnianej wczeniej wartoci naley przewidzie zabudow rwnolegego cigu technologicznego (drugiej nitki). Zastosowanieukadu wielonitkowego posiada szereg zalet . Nadmieni tu naley przedewszystkim znacznie wiksz, ni w przypadku ukadu jednonitkowego,elastyczno obcienia instalacji spalinami. Poprzez zastosowanie rwnolegego

ukadu zwiksza si dyspozycyjno i bezpieczestwo ruchowe bloku

energetycznego poniewa awaria jednej nitki nie skutkuje odstawieniem caegobloku a jedynie zmniejszeniem jego mocy. Wad ukadu wielonitkowego jestwzrost nakadw inwestycyjnych.Instalacja psuchego odsiarczania przeznaczona jest przede wszystkim dooczyszczania gazw spalinowych pochodzcych z energetycznego spalania paliwstaych (wgiel kamienny, brunatny, torf, biomasa, odpady przemysowe ikomunalne). Instalacja moe oczyszcza take spaliny ze spalania paliw ciekych(olej opaowy, mazut, ropa naftowa) i gazowych (gwnie wglowodory). Oprczgazw pochodzcych z energetycznego spalania paliw, instalacja moe bywykorzystana do oczyszczania gazw odlotowych z rnorakich proceswprzemysowych np. procesw praenia rud, procesw spiekalniczych,metalurgicznych itp. Wanym jest, aby spaliny znajdoway si w stanie

termodynamicznym, charakteryzujcym si znacznym oddaleniem od punktu


14/32





adiabatycznego nasycenia. Oddalenie to musi by na tyle due, e pouwzgldnieniu wody dodanej do spalin wreaktorze i obnieniu w nim temperatury,spaliny po oczyszczeniu powinny znajdowa si jeszcze 10 20 C powyejpunktu rosy. Spaliny powinny by take wolne od zanieczyszcze olejowych.

Jeeli istnieje realne zagroenie wystpienia oleju w spalinach (np. nieprawidowapraca palnikw wkotle opalanym olejem opaowym ) powinno zastosowa si filtrworkowy, ktrego worki zbudowane s z olejoodpornej tkaniny filtracyjnej.

Rysunek 4Schemat ideowy IOSMetoda RP+FT

Opisywana technologia odsiarczania jest przedmiotem uzyskanego przez firmRafako S.A. patentu na wynalazek pt.: Sposb ireaktor do oczyszczania gazw,zwaszcza spalinowych, zzanieczyszcze gazowych, zwaszcza kwanych,pismem Urzdu Patentowego z dnia 04.11.2009r. (patent trwa od dnia05.09.2005r.). Patent oznaczono numerem Nr 204324.


15/32





Przykadowa realizacjaIOS metod RP+FT w Elektrowni Skawina

W dniu 06.10.2006r. Fabryka Kotw RAFAKO S.A. w Raciborzu podpisaakontrakt z Elektrowni Skawina na dostaw w systemie pod klucz I nitki

odsiarczania spalin opartej na technologii psuchej z cyrkulacyjnym zoemfluidalnym dla 4 kotw OP210. Umowa na dostaw II nitki odsiarczania spalin dla2 kotw OP230 zostaa podpisana 14.03.2007r. Umowy obejmoway wykonaniedwch bliniaczych nitek IOS o nominalnej wydajnoci 550000m3n/h spalinwilgotnych kada z moliwoci trwaego obcienia spalin do wartoci 615000m3n/h, pracujcych w ukadzie kolektorowym. Maksymalna ilo spalin wynosicznie 1 230 000 m

3n/h, natomiast minimalna 350 000 m

3n/h (minimalne

obcienie pojedynczej nitki IOS).

Podstawowe parametry gwarancyjne IOS w El. Skawina s nastpujce:

- skuteczno odsiarczania powyej 92%- dyspozycyjno instalacji powyej 96%- zapylenie spalin poniej 20 mg/mn

3

- stenie SO2 w spalinach oczyszczonych - poniej 200 mg/m3

n spal.such. O2=6%

I nitka zostaa oddana do eksploatacji dnia 23.05.2008r., jej realizacja trwaa 19miesicy, natomiast IInitka zostaa przekazana dnia 09.09.2008r., po 18miesicach od podpisania umowy. Obie instalacje, ktrych budowa na pewnymodcinku przebiegaa rwnolegle, zostay zrealizowane w cigu 23 miesicy od datywejcia umowy w ycie. Dotrzymuj gwarantowane wartoci emisji SO2, jakrwnie speniaj wymogi dyspozycyjnoci, pewnoci ruchowej, a take

dochowuj zagwarantowane w kontrakcie parametry technologiczne. W tabeli 2przedstawiono porwnanie waniejszych gwarantowanych i osiganychparametrw na przykadzie I nitki IOS.

Tabela 2Gwarantowane i zmierzone osigi IOS w El. Skawina (I nitka)

Parametr Jednostka

Zakres wartoci

zamierzonych

(pomiary

gwarancyjne)

Warto

gwarantowana

Skuteczno odsiarczania (wapnohydratyzowane z dostawy)

% 96,35 92,0

Skuteczno odsiarczania (wapnohydratyzowane z linii gaszenia) % 97,25 92,0

Stenie zapylenia w spalinachoczyszczonych za IOS

mg/m3

nspalin

suchych, O2

=6%

1-5


16/32





Rysunek 5Schemat ideowy IOS w El. Skawina

Spaliny prowadzone z wszystkich kotw cz si w jeden kana zbiorczy,z ktrego rozdzielane s na I i/lub II nitk. Ukad posiada rwnie awaryjne(bypassowe) poczenie ze starym kominem E2. Odsiarczone i odpylone spalinyzostaj systemem kanaw oczyszczonych odprowadzane do nowego komina E3wybudowanego w ramach inwestycji. Sorbentem dla IOS jest wapnohydratyzowane Ca(OH)2 dostarczane do Elektrowni transportem drogowym(cysternami samochodowymi) lub dostarczane z wza przygotowania sorbentu(linia gaszenia wapna). Wywz produktu poprocesowego odbywa si rodkamitransportu drogowego (cysternami samochodowymi).

3. KIERUNKI ROZWOJU TECHNOLOGII RP+FT - BADANIA NADUSUWANIEM DIOKSYN, FURANW I METALI CIKICH WREAKTORZE PNEUMATYCZNYM INSTALACJI

PSUCHEGO ODSIARCZANIA SPALIN W ELEKTROWNISKAWINA.

RAFAKO S.A. przeprowadzio w 2010 roku na instalacji psuchego odsiarczaniaspalin opartej o reaktor pneumatyczny w El. Skawina badania w zakresie usuwaniadioksyn, furanw i metali cikich. Celem bada byo sprawdzenie usuwaniazanieczyszcze limitowanych w Zaczniku nr 5 Rozporzdzenia Ministrarodowiska z dnia 20.12.2005 r. w sprawie standardw emisyjnych z instalacji podktem wykorzystania technologii rektora pneumatycznego RAFAKO S.A. dlawza oczyszczania spalin w instalacjach termicznego przeksztacania odpadwkomunalnych (ITPOK). Wyniki bada potwierdziy wysoki stopie redukcjipodanych zanieczyszcze przy zachowaniu zalet rozwizania RAFAKO S.A. w

zakresie korzystnych wskanikw eksploatacyjnych co moe stanowi atrakcyjnerozwizanie dla planowanych ITPOK.


17/32





W trakcie spalania odpadw generowane s substancje szkodliwe dla czowieka irodowiska. Nale do nich midzy innymi dioksyny, do ktrych zaliczamypolichlorowane dibeznoparadioksyny, polichlorowane dibenzofurany i niektrepolichlorowane bifenyle, zaliczane do dioksynopodobnych (PCDD/F). Dioksyny i

furany charakteryzuj si bardzo toksycznym dziaaniem przy bardzo maymsteniu. Dodatkowo maj zdolnoci bioakumulacji i biomagnifikacji. Wic imwyej w acuchu pokarmowym, tym poziom nagromadzenia w organizmachywych jest wyszy.W najbliszych latach Polska bdzie musiaa dostosowa swj systemprzetwarzania odpadw do standardw Unii Europejskiej, std przewiduje sibudow 812 spalarni odpadw komunalnych. Wchwili obecnej w Polsceeksploatowana jest tylko jedna spalarnia odpadw komunalnych wWarszawie.Wanym zagadnieniem jest waciwy i przemylany wybr technologiiprzetwarzania odpadw umoliwiajcy uzyskanie zamierzonego celu, przy

dotrzymaniu obowizujcych standardw emisyjnych i zadowalajcej

efektywnoci ekonomicznej inwestycji.Opracowywane ostatnio analizy oraz przygotowywane zapytania ofertowewskazuj na wyrane zainteresowanie psuch technologi oczyszczania wraz zwzami DeNOx w technologii SCR lub SNCR i dozowaniem pylistego wglaaktywnego.Stay rozwj psuchej technologii oczyszczania spalin (technologia RP+FT)

zwizany zpowstawaniem nowych efektywnych reaktorw kompleksowo iefektywnie oczyszczajcych spaliny oraz rozwj technologii utylizacji odpadw istosunkowo niski koszt inwestycyjny, stwarzaj szans na liczne aplikacje tejtechnologii w warunkach Polskiej gospodarki odpadami.Majc na uwadze korzystne cechy eksploatowanego w Elektrowni Skawina

reaktora pneumatycznego podjto prb eksperymentalnego zbadania moliwoci

dodatkowej adsorpcji zanieczyszcze gazowych w wyniku dozowania do reaktorarnych addytyww. Badania przeprowadzono na eksploatowanym w ElektrowniSkawina reaktorze pneumatycznym. Gwnym celem byo zbadanie czasudystrybucji dozowanych sorbentw w reaktorze oraz ich skutecznoci usuwaniazanieczyszcze. W trakcie bada przeanalizowano dwa rone jakociowoaddytywy:

Adsorbent wglowy

Podczas bada jako czynnika do usuwania rtci, dioksyn i furanw uyto handlowypreparat: PARADIOX 30-BK firmy DESOTEC, stanowi on pylisty wgielaktywny o przecitnych waciwociach adsorpcyjnych.

Badania dystrybucji wgla w reaktorze przeprowadzono w trakcie dozowania

wgla aktywnego oraz wtrakcie pomiaru. Jednorazowo, poprzez rynnrecyrkulacji produktu poreakcyjnego (patrz rys 6), wprowadzono do obiegureaktora i filtra tkaninowego 500 kg wgla aktywnego. Podczas dozowania wglapobierano co 1 minut prbk produktu poreakcyjnego (PPR-u) przez pierwsze 30minut, pniej w trakcie pomiaru co 30 minut w przecigu 2,5 godziny. Powprowadzeniu do obiegu reaktora 500 kg wgla aktywnego, przeprowadzonopomiary emisji zanieczyszcze gazowych. Prbk pobierano w cigu 6,5h. Wtrakcie trwania pomiaru nie wyprowadzano z obiegu instalacji adnych produktwodsiarczania.

Adsorbent mineralny

Podczas badajako czynnika do usuwania dioksyn uyto handlowy preparat:

MINSORB DM firmy Lhoist, stanowi on zeolit na pylistym noniku dolomitowym,


18/32





specjalnie spreparowany do usuwania: dioksyn, furanw i metali cikich z gazwspalinowych w instalacjach spalarni odpadw.Porwnujc zachowanie si sorbentu w trakcie jego dozowania do instalacjiprzyjto, e jego dystrybucja w instalacji odsiarczania przebiega w analogiczny

sposb jak w przypadku wgla aktywnego.Po wprowadzeniu do obiegu reaktora 500 kg sorbentu mineralnegoMINSORB DM, przeprowadzono pomiary emisji zanieczyszcze gazowych. Wtrakcie trwania pomiaru nie wyprowadzano z obiegu instalacji adnych produktwodsiarczania.

Rysunek 6miejsce dozowania adsorbentw


19/32





Wyniki przeprowadzonych pomiarw dystrybucji addytywu

Na wykresie 2 zaprezentowano wzrost stenia wgla aktywnego w produkcieporeakcyjnym podczas jego dozowania do obiegu instalacji oczyszczania spalin.

Wykres 2wyniki pomiarw dystrybucji wgla

Analiza wynikw dystrybucji wgla w obrbie reaktora wskazuje na niemalnatychmiastowe rozprzestrzenianie si sorbentu w objtoci reaktora i filtra

workowego co dodatkowo potwierdzaj pomiary emisji ditlenku siarki w trakcie

wsypania kolejnej porcji wgla. Wyniki oznaczania zawartoci wgla w PPR-rzewskazuj, e po wprowadzeniu caej porcji wgla jego stenie w cyrklowanychproduktach oczyszczania spalin utrzymuje si na poziomie 0,08%wag.

Wyniki pomiarw emisji dioksyn i metali cikichZestawienie wybranych wynikw pomiarw emisji dioksyn, furanw i metali

cikich dla wgla aktywnego PARADIOX 30 BK zawarto w tabeli 3. Niestetyprzeprowadzone pomiary emisji zanieczyszcze w przypadku bada sorbentu

mineralnego MINSORB DM nie nadaj si do porwnania z uwagi na zbyt maestenia zanieczyszcze na wlocie do instalacji w trakcie trwania pomiarw (wzakresie bdu oznaczalnoci metody). W zwizku z czym w tabeli 4 zamieszczono

wyniki udostpnione przez firm Lhoist, wyniki te pochodz z pomiarw emisji ze

spalarni odpadw przed i za filtrem tkaninowym. Temperatura procesu 190C istenie MINSORB-u DM 150180 mg/m

3n.


20/32





Tabela 3. Wyniki pomiarw emisji zanieczyszcze gazowych w Elektrowni

Skawina dla wgla aktywnego PARADIOX 30 BK temperatura procesu 100C

Zanieczyszczenia j.m.Przed IOS

13.07.2010

Za IOS

13.07.2010

Hg mg/Nm 0,0054 0,00021

Cd+Tl mg/Nm 0,0056 0,0043

Sb+As+Pb+Cr+Co+Co+Cu+Mn+Ni+V mg/Nm 0,0490 0,0260

Dioksyny i furanyng

TEQ/Nm3

0,1600 0,0160


21/32





Tabela 4. Wyniki pomiarw emisji zanieczyszcze gazowych w Spalarni

odpadw dla sorbentu mineralnego MINSORB DM (rdo

Lhoist),temperatura procesu 190C, stenie 150180 mg/mn3

Zanieczyszczenia j.m.Przed IOS

ITUOZa IOSITUO

Hg mg/Nm3 0,8050 0,0004

Cd+Tl mg/Nm 0,1150 0,0012

Sb+As+Pb+Cr+Co+Co+Cu+Mn+Ni+V mg/Nm 2,3500 0,0215

Dioksyny i furanyng

TEQ/Nm3

1,5000 0,0013

Analiza przeprowadzonych pomiarw

Przeprowadzone w Elektrowni Skawina badania redukcji zwizkwwielkoczsteczkowych wskazuj, e badana instalacja posiada korzystne cechy do

oczyszczania spalin ze zwizkw wielkoczsteczkowych oraz metali cikich. Wstosunku do innych dostpnych na rynku technologii analogiczny efekt procesowyuzyska si przy znacznie niszym steniu adsorbenta (wgla aktywnego). Co jestistotnym czynnikiem obniajcym koszty eksploatacyjne i inwestycyjne instalacji.Generowany w reaktorze kontur cyrkulacyjny powoduje natychmiastowe

wymieszanie reagentw wcaej objtoci reaktora. Dokumentuj to pomiarydystrybucji wgla w produkcie odsiarczania (Wykres 2) oraz obserwowanyskokowy spadek stenia ditlenku siarki po wprowadzeniu kolejnej (20 kg) porcjiwgla. Fakt ten dodatkowo umoliwia lepsze wykorzystanie adsorbenta (wglaaktywnego lub sorbentw mineralnych) i jest wynikiem wielokrotnej cyrkulacji

reagentw w objtoci reaktora. Wykres3 przedstawia skutecznoci usuwania parrtci w zalenoci od stenia wgla aktywnego wspalinach. Badania powyszej

zalenoci przeprowadzono dla trzech rnych temperatur spalin. Dane nawykresie 3 pochodz z bada przeprowadzonych na niemieckich insta lacjachTPOK iprzeprowadzone byy na wglach aktywnych o duej zdolnociadsorpcyjnej. Zdolno adsorpcyjna wgla aktywnego w bezporedni sposbzaley od jego jednostkowej powierzchni waciwej BTE. Czym wiksza

powierzchnia waciwa BTE, tym wiksza zdolno adsorpcyjna wgla. Krzywe naponiszym wykresie dotycz wgla o powierzchni waciwej BTE na poziomiewikszej ni 1000 m2/g. Zastosowany w badaniach w Skawinie wgiel aktywnyPARADIOX 30-BK posiada w porwnaniu zinnymi tego typu wglami, niskiezdolnoci adsorpcyjne. Powierzchnia waciwa BTE PARADIOXu 30-BK wynosiokoo 400 m2/g. Na podstawie iloci wgla dodanego do ukadu, ilociprzepywajcych spalin oraz czasu przeprowadzania badania wyliczono, estenie PARADIOXu 30-BK liczone wzgldem spalin surowych wpywajcychdo instalacji wynosi okoo 110 mg/m

3n.

Przy takim steniu wgla zmierzona skuteczno usuwania par Hg wynosia okoo96,1%. Porwnujc wyniki pomiarw skutecznoci usuwania Hg z niemieckimiwynikami zawartymi na wykresie 3 (krzywa dla temperatury 100C) widzimy, e

skutecznoci usuwania Hg w obu przypadkach s na podobnym poziomie.


22/32





Na uwag zasuguje fakt, e wysokie skutecznoci usuwania rtci, uzyskano przy

znacznie gorszym jakociowo adsorbencie wglowym. Przyczyn takiego stanurzeczy jest bardzo wydajna recyrkulacja pyu wyapanego na filtrze i zawracanegodo reaktora. Zawarto wgla w recyrkulowanym pyle wynosi 0,08% wag. Znajc

koncentracj pyu w reaktorze, oraz ilo spalin przepywajcych przez reaktormona wyznaczy stenie wgla odniesione do objtoci spalin tylko w samym

reaktorze. Stenie wgla aktywnego w reaktorze wynosi 600 800 mg/m3

nspalin.Zjawisko to ma bardzo pozytywny charakter. Oznacza bowiem, e uywajcgorszego jakociowo wgla (znacznie taszego) mona uzyska ten sam efektoczyszczania co w przypadku zastosowania wydajniejszych adsorbentw w innychtechnologiach oczyszczania spalin, przy czym ilo zuywanego wgla w obuprzypadkach jest jednakowa. Otrzymane wyniki sugeruj rwnie, e skuteczneusuwanie zanieczyszcze mona osign poprzez stosowanie wydajniejszychadsorbentw jednak ilo zuywanego wgla bdzie wyranie mniejsza ni wprzypadku zastosowania technologii oczyszczania spalin pozbawionej ukadu

bardzo wydajnej recyrkulacji pyu z odpylacza do reaktora.

Skuteczno usuwania par Hg w z alenoci od stenia wgla aktywnego

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0 50 100 150 200 250 300

Stenie wgla aktywnego [mg/m3n]

Skut

ecznousuwaniaHg

100 st.C

140 st.C

180 st.C-

Wykres 3. Skuteczno usuwania par rtci w zalenoci od stenia

wgla aktywnego w oczyszczanych spalinach

Technologia RP+FT umoliwia wprowadzanie adsorbenta z sorbentem (wapnem

gaszonym) lub osobno prostym systemem dozowania np. pompa komorowa,podajnik limakowy lub inny system. Podawanie moe by realizowane porcjamilub w sposb cigy.W badanej technologii moliwa jest redukcja zanieczyszcze emitowanych zespalarni odpadw wtym: gazw kwanych, zw. organicznych (dioksyn, furanw)oraz metali cikich do wymaganych przepisami standardw emisyjnych przyniszych kosztach eksploatacyjnych i inwestycyjnych instalacji oczyszczaniaspalin. W badaniach zastosowano odpadowy wgiel z produkcji wysokokwalifikowanych wgli aktywnych, PARADIOX 30 BK, ktrego cena wynosi ok3,5 z/kg. Wtrakcie bada uzyskano skuteczno usuwania dioksyn na poziomie8790% przy pocztkowym steniu 0,16 ng/m3n. Naley podkreli, e przywikszych steniach pocztkowych skutecznoci te ulegn znacznemupodwyszeniu.


23/32





Dodatkowo w badaniach zastosowano sorbent mineralny MINSORB DM, ktregocena wynosi ok. 2,8 z/kg. W trakcie bada niestety nie uzyskano potwierdzeniajego cech sorpcyjnych z powodu zbyt niskich niemierzalnych stezanieczyszcze w spalinach co w adnym razie nie dyskwalifikuje go jako

preferowanego addytywu. Badana instalacja umoliwia zastosowanie addytywwna bazie sorbentw nieorganicznych j.w., ktre powinny dodatkowo potwierdzikorzystne cechy reaktora pneumatycznego do jednoczesnego oczyszczania spalinze zwizkw kwanych (HCl, HF, SO2, SO3), wielkoczsteczkowych zwizkworganicznych (dioksyn, furanw) oraz metali cikich.

Przeprowadzone w Elektrowni Skawina badania redukcji zwizkwwielkoczsteczkowych PCDD, PCDF, PCB i metali cikich pozwalaj nasformuowanie nastpujcych wnioskw:

Analizowana instalacja posiada korzystne cechy do oczyszczania spalinze zwizkw wielkoczsteczkowych oraz metali cikich. W stosunku

do innych dostpnych na rynku technologii analogiczny efekt procesowyuzyska si przy znacznie niszym steniu adsorbenta.

Technologia ta umoliwia wprowadzanie adsorbenta (wgla aktywnego)z sorbentem (wapnem gaszonym) lub osobno prostym systememdozowania np. pompa komorowa, podajnik limakowy lub inny system.Podawanie moe by realizowane porcjami lub w sposb cigy.

Wedug analizowanej technologii moliwa jest redukcja zanieczyszczeemitowanych ze spalarni odpadw w tym: gazw kwanych, zw.organicznych (dioksyn, furanw) oraz metali cikich do wymaganychprzepisami standardw emisyjnych przy niszych kosztacheksploatacyjnych i inwestycyjnych instalacji oczyszczania spalin.

Badana instalacja umoliwia zastosowanie addytyww na bazie

sorbentw nieorganicznych. Sorbenty nieorganiczne posiadaj pewnezalety wzgldem wgli aktywnych. Podstawowym argumentemprzemawiajcym za sorbentem nieorganicznym jest jego cakowitaniepalno, a co za tym idzie na instalacji nie wystpi adne strefyzagroenia wybuchem.

W stosunku do eksploatowanych w spalarniach odpadw systemwoczyszczania spalin analizowana instalacja dziki wielokrotnejcyrkulacji sorbentw pozwala na stosowanie tanich odpadowych wgli

aktywnych oraz tanich dostpnych sorbentw (wapna hydratyzowanegoo powierzchni waciwej na poziomie 1015 m2/g).

4. PORWNAWCZA ANALIZA TECHNICZNO EKONOMICZNAWYBRANYCH TECHNOLOGII OCZYSZCZANIA SPALIN ZITPOK.

Dane zaoeniowedo wykonania analizy:

Instalacja TPOK pracuje jako jedna linia technologiczna o wydajnocidopasowanej do bilansu masowego wytwarzanych odpadw komunalnych.Przyjta na potrzeby analizy ilo przetwarzanych odpadw jest iloci, ktra

odpowiada potrzeb duych, polskich aglomeracji miejskich w kwestii gospodarkiodpadami komunalnymi. W tabelach poniej przedstawiono gwne parametrytechniczne analizowanej ITPOK oraz okrelono wymagania jakim musi sprosta w

kwestii emisji zanieczyszcze. Analiza technicznoekonomiczna odnosi si tylko


24/32





do tzw. segmentu oczyszczania spalinw skad ktrego wchodzi system usuwaniakwanych skadnikw spalin, system odpylania, system usuwania dioksyn,furanw, rtci i innych metali cikich oraz system DeNOx. Na potrzeby analizyzaoony okres obliczeniowy (ywotno instalacji) przyjto na poziomie 20 latcigej eksploatacji.

Tabela 5podstawowe parametry ITPOK

Parametr Jednostka Warto

Parametry oglne

Ilo przetwarzanychodpadw

t/rok 200 000

Czas pracy h/rok 8 000

Ilo przetwarzanychodpadw

t/h 25

Moc termiczna kota MW 80Parametry paliwa

rednia warto opaowa MJ/kg 11,5

Zawarto wgla - C % wag 28,253

Zawarto wodoru - H % wag 4,089

Zawarto tlenu - O % wag 14,870

Zawarto azotu - N % wag 0,542

Zawarto siarki - S % wag 0,171

Zawarto chloru - Cl % wag 0,767

Zawarto fluoru - F % wag 0,007

Zawarto popiou - A % wag 25,651

Zawarto wody - W % wag 25,650


25/32





Tabela 6. Parametry spalin przed procesem oczyszczania (na wylocie z kota)Parametr Jednostka Warto

Strumie spalin wilgotnych m3

n/h 150 000

Temperatura C 200Zawarto N2 % obj. spal. wilg. 68,808

Zawarto O2 % obj. spal. wilg. 7,780

Zawarto H2O % obj. spal. wilg. 13,884

Zawarto CO2 % obj. spal. wilg. 8,602

Zawarto Ar + Ne % obj. spal. wilg. 0,808

Stenie CO mg/m3

nspal. such. O2= 11% 30

Stenie HCl mg/m3

nspal. such. O2= 11% 1 500

Stenie HF mg/m3nspal. such. O2= 11% 15

Stenie SOxjako SO2 mg/m

3

nspal. such. O2= 11% 650Stenie NOxjako NO2 mg/m

3nspal. such. O2= 11% 450

Stenie pyu mg/m3nspal. such. O2= 11% 2 500

Stenie Hg mg/m3nspal. such. O2= 11% 0,5

Stenie Cd+Tl mg/m3

nspal. such. O2= 11% 0,8

Stenie As, Cd, Co, Cr +Benzo(a)pyren

mg/m3

nspal. such. O2= 11% 0,8

Stenie Sb, As, Pb, Cr, Co,Cu, Mn, Ni, V, Sn

mg/m3

nspal. such. O2= 11% 3

Dioksyny i furany

(PCDD/PCDF)

ngTEQ/m nspal. such. O2=

11%1

Tabela 7. Wymagane parametry spalin po oczyszczeniu (emitowanych do

atmosfery)

Parametr Jednostkaredniedobowe

rednietrzydziestominutowe

Stenie CO mg/m3nspal. such. O2= 11% 50 100

Stenie HCl mg/m3

nspal. such. O2= 11% 10 60

Stenie HF mg/m3

nspal. such. O2= 11% 1 4

Stenie SOxjako SO2 mg/m3

nspal. such. O2= 11% 50 200

Stenie NOxjakoNO2

mg/m3nspal. such. O2= 11% 200 400

Stenie pyu mg/m3

nspal. such. O2= 11% 10 30

Stenie Hg mg/m3

nspal. such. O2= 11% 0,03 0,05

Stenie Cd+Tl mg/m3

nspal. such. O2= 11% 0,05 -


26/32





Stenie As, Cd, Co,Cr + Benzo(a)pyren

mg/m3

nspal. such. O2= 11% 0,05 -

Stenie Sb, As, Pb,Cr, Co, Cu, Mn, Ni, V,Sn

mg/m3

nspal. such. O

2= 11% 0,5 -

Dioksyny i furany(PCDD/PCDF)

ngTEQ/m nspal. such. O2=11%

0,1 -

Istnieje bardzo wiele technologii moliwych do zastosowania w segmencie

oczyszczania gazw wInstalacjach Termicznej Przerbki Odpadw Komunalnych(ITPOK). Wedug dokumentu okrelajcego najlepsze dostpne techniki BAT (tzw. BREFy), ilo stosowanych i dopuszczalnych kombinacji systemwoczyszczania spalin wynosi 408 moliwoci. W oparciu o metod mokrmoliwych jest 168 kombinacji. Podobn ilo kombinacji (162) daje namoczyszczanie spalin z wykorzystaniem metody suchej. Natomiast oczyszczanie

spalin z wykorzystaniem metody psuchej moliwe jest do zrealizowania woparciu o 78 kombinacji. Obecnie dominujcym na wiecie trendem jeststosowanie technologii psuchych i suchych. Trend ten jest take widoczny narodzimym rynku. Znakomita wikszo z dwunastu ITPOK, majcych byzrealizowanych do koca trwajcej dekady, bdzie zrealizowana w technologiipsuchej.Poniej przedstawiona zostaa krtka porwnawcza analiza techniczno -ekonomiczna trzech konkurujcych ze sob technologii oczyszczania gazwstosowanych w ITPOK.Analiz wykonano do nastpujcych przypadkw:

WARIANT I technologia z zastosowaniem reaktora pneumatycznego

(RP + FT) wraz z systemem DeNOx opartym na technologii SCR,zabudowanym na cigu spalin oczyszczonych.

WARIANT II technologia z zastosowaniem atomizera (SDA) wraz zsystemem DeNOx opartym na technologii SCR, zabudowanym na ciguspalin oczyszczonych.

WARIANT IIItechnologia z zastosowaniem bikarbonatu sodowego wrazz systemem DeNOxopartym na technologii SCR, zabudowanym na ciguspalin oczyszczonych.

WARIANT I

metoda RP+FT + SCR.

Zasada dziaania metody RP+FT zostaa opisana we wczeniejszej czci artykuu.W celu usunicia kwanych skadnikw spalin (HCl, HF, SO2, SO3) stosuje si

wodorotlenek wapnia Ca(OH)2 w postaci suchej. Spaliny schadza sidrobnorozpylon wod. Dodatkowo do usunicia par rtci, dioksyn ifuranw doreaktora podaje si sproszkowany wgiel aktywny. Py oraz metale cikiewychwytywane s na filtrze tkaninowym. Za filtrem tkaninowym zabudowany jestsystem DeNOxw technologii SCR. Ze wzgldu na stosunkowo nisk temperatur

spalin zachodzi potrzeba zastosowania wtrnego podgrzewu spalin, poniewapoprawna praca katalizatora SCR nastpuje w temperaturach powyej 240 C.

Wtrny podgrzew spalin zrealizowany jest dwustopniowo. Pierwszy stopie

podgrzewu spalin wykorzystuje ciepo gorcych spalin zza katalizatora SCR -


27/32





transfer ciepa odbywa si poprzez zastosowanie wymiennika ciepa. Drugi stopie

podgrzewu realizowany jest poprzez spalanie w kanale spalin, gazu ziemnego wtaki sposb by osign temperatur spalin przed katalizatorem na poziomie 240C. Bezporednio przed katalizatorem podawany jest gazowy amoniak powstay z

odparowania wody amoniakalnej. Poniej przedstawiono uproszczony chemizmprocesu DeNOx:

OHNONHNO

OHNONHNO

rkatalizatoCt

kalizatorCt

22

;240

232

22

;240

23

12786

6444

WARIANT IImetoda SDA + SCR.

Metoda SDA polega na absorpcji kwanych skadnikw spalin za pomocrozpylonej wodnej zawiesiny sorbentu - Ca(OH)2. Urzdzeniem rozpylajcymzawiesin absorpcyjn jest szybkoobrotowy dysk wirowy, zwany atomizerem.

Atomizer zabudowany jest w grnej czci specjalnie wymodelowanego reaktora.W reaktorze, oprcz reakcji wodorotlenku wapnia z HCl, HF, SO2 i SO3 (reakcjeanalogiczne jak w przypadku metody RP+FT), zachodzi rwnie cakowite odparowanie zawiesiny. Produkty odsiarczania wywiewane z reaktora maj postasuch. Pomidzy reaktorem a filtrem tkaninowym zabudowany jest dodatkowy

reaktor przepywowy do ktrego podaje si suche wapno hydratyzowane orazsproszkowany wgiel aktywny usuwajcy rt, dioksyny i furany. Celem reaktoraprzepywowego jest zwikszenie skutecznoci usuwania kwanych skadnikwspalin, jak rwnie moliwo szybkiej reakcji ukadu na nagy wzrost stenia

zanieczyszcze w spalinach surowych (w szczeglnoci HCl), poprzeznatychmiastowe podanie zwikszonej dawki Ca(OH)2. Sorbentem w technologiiSDA jest tlenek wapnia CaO, ktry poddawany jest suchogaszeniu, w wynikuczego powstaje suchy Ca(OH)2. Wodorotlenek wapnia roztwarzany jest wod wzbiorniku zawiesiny absorpcyjnej. Zawiesina podawana jest do atomizera. CzCa(OH)2 dozowana jest w postaci suchej do reaktora przepywowego. Spalinyodpylane s na filtrze tkaninowym, w ktrym zachodzi rwnie proces usuwaniametali cikich. Za filtrem zabudowane s systemy wtrnego podgrzewu spalin iDeNOx, identyczne jak w przypadku wariantu I.


28/32





WARIANT IIImetoda z zastosowaniem bikarbonatu sodowego + SCR.

Metoda ta bazuje na reakcji kwanych skadnikw spalin (HCl, HF, SO2, SO3) zwglanem sodu Na2CO3. Na2CO3 wykazuje znacznie wiksz reaktywno niwodorotlenek wapnia Ca(OH)2. Sorbentem w opisywanej metodzie jest

wodorowglan sodu NaHCO3 tzw. bikarbonat sodowy. Bikarbonat sodowydostarczany jest w postaci gruboziarnistych bry, ktre przed podaniem do ukadu

oczyszczania spalin rozdrabiane s na drobnoziarniste frakcje przy pomocy myna.

Rozdrobniony bikarbonat w suchej postaci, rozpylany jest do kanau spalin,bezporednio przed filtrem tkaninowym. Ze wzgldu du reaktywnobikarbonatu w technologii tej nie zachodzi potrzeba stosowania reaktora. Reakcjewizania HCl, HF, SO2, SO3 zachodz w kanale spalin i filtrze tkaninowym. W

pierwszym etapie na skutek dziaania wysokiej temperatury spalin wodorowglansodu ulega dekarbonizacji tworzc wglan sodu Na2CO3. Tak wytworzony Na2CO3reaguje z HCl, HF i kwanymi tlenkami zawartymi w spalinach (patrz reakcjeponiej).

42232

242332

232232

2232

2232

22323

2/1

22

22

2

SONaOSONa

COSONaSOCONa

COSONaSOCONa

OHCONaFHFCONa

OHCONaClHClCONa

OHCOCONaNaHCO t

W celu usunicia Hg, dioksyn i furanw przed filtr rozpyla si sproszkowanywgiel aktywny. Odpylenie i redukcja metali cikich nastpuje na filtrzetkaninowym. Zastosowany system wtrnego podgrzewu spalin i DeNOx jestanalogiczny jak w wariancie I i wariancie II.


29/32





Koszt realizacji projektu.

Koszt inwestycyjny kadego z wariantw zosta okrelony jako realizacja wsystemie pod klucz. Granice dostaw dla wszystkich wariantw s jednakowe.

Pocztek zakresu dostaw okrelony zosta na krcu wylotowym spalin z kotaodzyskowego. Koniec zakresu dostaw stanowi wylot spalin do atmosfery zestalowego komina. Niezalenie od wariantu wyceniony zakres dostaw obejmuje:

kanay spalin wraz z niezbdnym wyposaeniem, kompletny system usuwaniakwanych skadnikw spalin, kompletny system usuwania pyu, kompletny systemwtrnego podgrzewu spalin, kompletny system DeNOx, wentylatory cigu,

stalowy komin, kompletny system gospodarki sorbentem i produktemporeakcyjnym (w przypadku gospodarki produktem poreakcyjnym zaoono, e w

zakres instalacji nie obejmuje wza wytwarzania stabilizatu, dlatego zakreswyceny koczy si na urzdzeniach rozadunku zbiornika magazynowego narodki transportu koowego), konstrukcje wsporcze pod urzdzenia i elementy

instalacji, fundamenty, instalacje sanitarne, wod kan, Co, wentylacja

i klimatyzacja, kompletna brana elektryczna i AKPiA wraz z monitoringiemspalin.Na wykresie poniej zaprezentowany zosta koszt inwestycyjny poszczeglnychwariantw. Koszt inwestycji nie zosta przedstawiony w postaci konkretnejwartoci pieninej, pokazuje jednak wzajemne relacje kosztowe poszczeglnychwariantw. Dla wariantu z zastosowaniem metody RP+FT umownie przyjto

warto 1.

BIKARBONAT

+

SCR;

0,88

RP+FT+SCR;

1,00

SDA+SCR;

1,08

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

Warto[jednostka

monetarna]

Koszty inwestycyjne

BIKARBONAT+SCR

RP+FT+SCRSDA+SCR


30/32





Wykres 4. Koszty inwestycyjne analizowanych systemw oczyszczania gazw

spalinowych

Koszty eksploatacji instalacji

W celu oszacowania cakowitych kosztw eksploatacji pod uwag brano:

Koszt zuywanych absorbentw i adsorbentw (Ca(OH)2, CaO, NaHCO3,

NH4OH, wgiel aktywny)

Koszt zuywanej energii elektrycznej

Koszt zuywanej wody procesowej

Koszt zuywanego spronego powietrza

Koszt utylizacji produktu poreakcyjnego

Koszt remontw

Koszt ubezpieczei podatkw

Na wykresie poniej zaprezentowany zosta koszt eksploatacyjny poszczeglnych

wariantw. Koszt eksploatacyjny nie zosta przedstawiony w postaci konkretnejwartoci pieninej, pokazuje jednak wzajemne relacje kosztowe poszczeglnychwariantw. Dla wariantu z zastosowaniem metody RP+FT umownie przyjtowarto 1.

RP+FT+SCR;

1,00

SDA+SCR;

1,15

BIKARBONAT+

SCR;

1,27

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

Warto[jednostka

monetarna/jednostkaczasu]

Koszty eksploatacyjne

RP+FT+SCR

SDA+SCR

BIKARBONAT+SCR

Wykres 5. Koszty eksploatacyjne analizowanych systemw oczyszczania

gazw spalinowych

W celu porwnania i wyboru najkorzystniejszego wariantu sporzdzona zostaaanaliza porwnawcza w oparciu o metod efektywnoci kosztowej przywykorzystaniu wskanika dynamicznego kosztu jednostkowego DGC

(Dynamic Generation Cost).

nt

t

t

nt

t

tt

tr

EE

tr

KEKIDGC

00 1/

1

gdzie:KIt koszty inwestycyjne poniesione w danym rokuKEt koszty eksploatacyjne poniesione w danym roku

EEt efekt ekologiczny uzyskany w danym roku


31/32





r stopa dyskontowa (przyjto 8%)

t rok, przyjmuje wartoci od 0 do n, gdzie 0 jest rokiem, w ktrym sponoszone pierwsze koszty, natomiast n jest ostatnim rokiem okresuobliczeniowego. Przyjto 20sto letni okres obliczeniowy.

W przypadku, gdy w okresie obliczeniowym majtek nie zosta w peni

zamortyzowany, wwczas od sumy wydatkw inwestycyjnych i kosztweksploatacyjnych odejmuje si warto pozosta od tego majtku.

Wskanik DGC wskazuje, jaki jest techniczny koszt uzyskania jednostkowegoefektu ekologicznego (usunicia 1 tony HCl+HF+SO2 + SO3+NOx) i umoliwiawytypowanie najtaszego projektu pozwalajcego osign zamierzony cel. Kosztten wyraany w jednostkach monetarnych na jednostk efektu ekologicznego.Przeprowadzony rachunek ekonomiczny metod DGC obejmuje cakowite nakady

inwestycyjne przedmiotowego przedsiwzicia, koszty eksploatacyjne, warto

rezydualn majtku oraz cakowity efekt ekologiczny w postaci sumy usunitegoHCl, HF, SO2 , SO3i NOx.Analiz sporzdzono w cenach staych przy wykorzystaniu aktualnych,oglnodostpnych danych finansowych. Na wykresie poniej zaprezentowane

zostay wartoci wskanika DGC dla poszczeglnych wariantw. Wskanik DGCnie zosta przedstawionyw postaci konkretnej wartoci pieninej, pokazuje jednakwzajemne relacje kosztowe poszczeglnych wariantw. Dla wariantuz zastosowaniem metody RP+FT umownie przyjto warto 1.

RP+FT+SCR;

1,00

SDA+SCR;

1,14

BIKARBONAT

+

SCR;

1,22

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

Warto[jednostka

monetarna/1tHCl+HF+SOx+Nox]

Wspczynnik kosztowy DGC

RP+FT+SCR

SDA+SCR

BIKARBONAT+

SCR

Wykres 5. Wartoci wspczynnika DGC analizowanych systemw

oczyszczania gazw spalinowych

Na podstawie wykresu 5 wida, e najkorzystniejszy wskanik ekonomicznyposiada system oczyszczania spalin z ITPOK wykorzystujcy technologi RP+FT(wariant I). Niska warto wskanika DGC dla wariantu I spowodowana jestprzede wszystkim najniszymi kosztami eksploatacyjnymi zpordporwnywanych technologii oraz umiarkowanymi kosztami inwestycyjnymi.Najmniej korzystny wskanik posiada rozwizanie wykorzystujce jako sorbentbikarbonat sodowy (wariant III). Metoda z uyciem bikarbonatu sodowego,

pomimo znacznie niszego kosztu inwestycyjnego ni wprzypadku wariantu I i II,


32/32




posiada najwysz warto wskanika DGC spowodowan wysokimi kosztami

eksploatacyjnymi. Wysoki koszt eksploatacji w gwnej mierze jest wynikiembardzo wysokiego kosztu jednostkowego stosowanego sorbentu (bikarbonatusodowego - NaHCO3).

półsucha metoda odsiarczania

Documents