3

Separace SO2 a CO2 ze spalin reálné elektrárny

Pavel MachačVŠCHT Praha, Ústav plynárenství, koksochemie a ochrany ovzduší, Technická 5, 166 28 Praha 6; Tel.: +420 220 444 246, e-mail: pavel.machac@vscht.cz.

Výzkum navazuje na předchozí výzkumné činnosti VŠCHT s reálnými spalinami• Činnosti :• Studium chemizmu odsíření – matematický model• Kvantifikace vlivu aditiva• Řešení technických problémů poloprovozu:• - sedimentace částic vápence• - měření průtoku suspenze• Dodávka odsířených reál spalin pro separaci CO2

• Vlastní výzkum separace CO2

Síra v uhlí

Za míru emisí oxidů síry při spalování paliv se považuje měrná sirnatost paliva. Ta je definována jako hmotový obsah síry v uhlí vztažený na jednotku výhřevnosti paliva: Sm = Sr

h * (Qr)-1, kde Sr m je měrná sirnatost paliva, Sr

h je obsah síry v 1 kg paliva v původním stavua Qr výhřevnost paliva v původním stavu. Tak na příklad pro uhlí o obsahu síry v původním stavu 2 % hm. a výhřevnosti původního paliva 15 MJ. kg-1 činí měrná sirnatost: Sm = 20 * 15-1 = 1,33 g S*MJ-1,

Situace v ČR

Černé uhlí spalované v západní Evropě

Hnědé severočeské energetické uhlí

Výhřevnost cca 25 MJ.kg-1 Výhřevnost cca 9 – 12 MJ.kg-1

Obsah síry 0,5 – 0,8 % hm. Obsah síry 1,3 % →

Měrná sirnatost 0,2 – 0,3 g S*MJ-1 Měrná sirnatost 1,1 – 1,5 g S*MJ-1

Česká energetická hnědá uhlí mají nízkou výhřevnost a relativně vysoký obsah síry.

Představa o emisích SO2

Z uvedeného příkladu vyplývá, že na jednotku vyrobené energie (např. MWh) jsou emise oxidů síry v ČR zhruba asi pětkrát vyšší než v západní Evropě.

Pro výrobu 1 MWh elektřiny je zapotřebí cca 11 GJ v palivu.Potom hodinová emise SO2 (Eh

SO2) 200 MW bloku elektrárny na hnědé uhlí při plném využití instalovaného výkonu a při obsahu siry v původním paliva 1,3 % a výhřevnosti 12 MJ*kg-1 činí:

Emise jedné elektrárny

• Bilance bloku 200 MWEh

SO2 = 200 * 11/12 * 0,013 * 2 * 0,95 = 4,53 t*h-1

kde hodnota 0,95 charakterizuje, že 95 % síry obsažené v uhlí přejde do spalin.

Při ročním využití instalovaného výkonu kotle 5000 hodin činí i roční emise (Er

SO2) 200 MW bloku:

ErSO2 = 5000 * 4,53 = 22650 t * r-1

.

a elektrárna se 4 bloky o jmenovitém výkonu 200 MW potom

ErSO2 = 4* 22600 = 90600 t SO2 *r-1

ročním využitím instalovaného výkonu zdroje se rozumí roční výroba elektřiny (energie) přepočtená na počet hodin, během kterých by byl zdroj využíván na plný výkon Při realizaci odsíření (ε=98%): Er

SO2 = 0,02 * = 90600 = 1812 t SO2 *r-1

Mokrá vápencová technologie

• Souhrnná reakce:2 CaCO3 + 2 SO2 + O2 + 4 H2O = 2 CaSO4.2H2O + CO2

Chlazení spalinProces zchlazení spalin v absorbéru lze vysvětlit podle způsobu zvlhčování spalin popsaného na následujícím obrázku, kde A označuje odpařované spaliny.

Mezi spalinami a vápencovou suspenzí se vyměňuje hmota - vlhkost a energie - teplo (zde odhlédneme od separace SO2 a uvolňování ekvivalentního množství CO2, obojí jakožto projev chemické reakce). Pokud suspenze recirkuluje, její teplota se ustálí na teplotě ta. Tato teplota je nižší, než teplota vstupujících spalin t. Pro vybraný časový interval s charakteristickým průtokem spalin (konstantní nebo průměrná hodnota při kolísání průtoku), můžeme koncentraci vodní páry vyjádřit jejím relativním hmotnostním zlomkem YA, což se s výhodou používá u systémů, kde probíhá výměna hmoty a tepla. Lze odvodit vztah mezi ta teplotu vystupujících spalin a zároveň teplotu vápencové suspenze označovanou jako teplotu adiabatického nasycení a t, YAa a YA :

Absorbér

Příprava vápencové suspenze

Bilance bloku 500 MW (4,1%síry)

Poloprovozní odsiřovací aparatura

Aparatura pro separaci CO2 z reálných odsířených spalin