Inżynieria
Oczyszczanie spalin i gazów odpadowych
Zajmujemy się studiami i doradztwem w zakresie technologii obniżania i eliminacji stężenia substancji SOx, NOx, PCDD, PCDF, VOC i TZL w różnych zakładach przemysłowych, takich jak elektrownie, ciepłownie, spalarnie odpadów, odlewnie, cementownie itd.). Opracowujemy studia dla małych lokalnych źródeł i wielkich bloków przemysłowych w zakresie przepływu spalin od 10 000 do 3 000 000 m3/h. Zajmujemy sią ponadto studiami modernizacji i intensyfikacji istniejących źródeł.
Opracowanie studiów realizuje nasz dział inżynierii, patrz kontakt.
Odsiarczanie spalin
W naturalnych paliwach gazowych siarka występuje najczęściej jako SO2 lub SO3. W przypadku paliw stałych, przede wszystkim węgla, który jest wykorzystywany w większości stacjonarnych źródeł ciepła, siarka jest już związana w paliwie jako część palna. W tych paliwach siarka może też występować w 3 różnych formach, przede wszystkim jako siarczynowa (związana chemicznie z popiołem), organiczna i pirytowa. Siarka pirytowa w węglu to forma siarki, która w przypadku nierozproszonego występowania w paliwie jest stosunkowo łatwo usuwalna klasycznymi metodami, do których należy na przykład separacja w hydrocyklonach. Skuteczność tych metod jest jednak często ograniczona. Istnieją też inne mechaniczne sposoby usuwania siarki z paliwa, ale jest to kwestia efektywności ekonomicznej, ponieważ często te metody są nieekonomiczne z punktu widzenia ceny sprzedaży ciepła na naszym rynku, właśnie z powodu wielkiego rozwoju mniejszych ekologicznych źródeł i stosowania jednostek kogeneracyjnych. Dziś praktycznie najczęściej stosowane metody usuwania związków siarki są właśnie ze spalin odprowadzanych kominem. Usuwanie siarki można przeprowadzać dwoma sposobami (zasadniczo różnymi), przez utlenianie katalityczne na SO3, a następnie usuwanie w formie H2SO4, lub przez wiązanie z odpowiednim stałym dodatkiem.
Sucha metoda redukcji SOx
Sucha metoda addytywna jest najczęściej stosowana w kombinacji z filtrami tekstylnymi. Metoda ta polega na dozowaniu dodatku na bazie Ca2+ (najczęściej wapno gaszone Ca(OH)2), ale również na bazie Na+ (NaHCO3) do strumienia spalin do przewodu spalinowego lub do reaktora, gdzie dochodzi do intensywnego zmieszania dodatku ze spalinami i gdzie przebiega pierwotna reakcja. Reakcja wtórna na tkaninie filtracyjnej przebiega intensywnie, zwłaszcza w przypadku filtrów wykorzystujących regenerację przez przedmuchiwanie wentylatorowe.
Ta metoda jest stosowana do odsiarczania mniejszych źródeł spalania i do redukcji HCl, HF, dioksyn i innych gazowych substancji zanieczyszczających.
W zakresie odsiarczania osiąga skuteczność do 75%, w zakresie redukcji HCl i HF nawet ponad 90%.
Ta metoda ma bardzo niskie koszty inwestycyjne, jej wadą jest jednak niższa skuteczność i wyższe zużycie dodatku.
Czasem wskazane jest uzupełnienie tej metody intensyfikacją, gdzie – dzięki rozpylaniu wody w reaktorze – można uzyskać wyższą skuteczność i niższe zużycie dodatku.
Półsucha metoda redukcji SOx
Następną stosowaną metodą jest tzw. półsucha metoda odsiarczania. Ta metoda jest preferowana głównie w blokach elektrowni z zainstalowaną mocą maks. do 300 MW. Cechuje ją przede wszystkim to, że produkt odsiarczania nadaje się do trwałego składowania na zwykłym wysypisku, ale nie nadaje się za bardzo do dalszego użycia jako surowiec wtórny. Zasadniczo chodzi o prosty proces, łatwy do realizacji w praktyce. Dzięki wtryskiwaniu wody do strumienia spalin obniża się ich temperaturę o 10-20°C niższą, niż temperatura nasycenia spalin (z powodu kondensacji spalin i występowania korozji niskotemperaturowej w kominach) i do spalin doprowadzany jest w proszku lub zawiesinie wodnej Ca(OH)2, który dalej reaguje według podanych z prawej strony wzorów.
Zaletą tej metody jest reaktywność reagentów na inne gazowe substancje zanieczyszczające, jakimi są chlorowodór lub fluorowodór, i ich częściowe usuwanie ze spalin.
Mokra metoda redukcji SOx
Obecnie najczęściej stosowaną metodą jest tzw. ługowanie wapnia na mokro. Jest to najbardziej rozpowszechniona metoda w energetyce węglowej i mniej więcej dziś jedyna stosowana metoda w nowoczesnych elektrowniach. Podstawowa różnica w porównaniu z poprzednimi metodami polega na tym, że jest to mokre przemywanie strumienia spalin odczynnikiem w reaktorze z jednoczesnym powstawaniem produktu końcowego (gipsu energetycznego), który może być nadal stosowany jako surowiec wtórny w budownictwie, jako podkład pod drogi, lub do produkcji np. płyt gipsowo-kartonowych.
Cały proces składa się z szeregu procesów częściowych, które realizują poszczególne strefy reaktora odsiarczającego. Ten reaktor jest często nazywany absorberem. Podstawową zasadą jest doprowadzanie nieoczyszczonych spalin do absorbera, gdzie dochodzi do spryskiwania tych spalin zawiesiną wapienną na kilku poziomach. Projekt konstrukcji, liczba poziomów spryskiwania i dobór typu dysz przeważnie opiera się na symulacji CFD dla uzyskania jak największej powierzchni międzyfazowej odczynnika i spalin dla jak najlepszego oczyszczenia. Oczyszczone spaliny są następnie odprowadzane górną częścią absorbera do istniejącego komina elektrowni. Na wylocie tych spalin z absorbera ma miejsce ciągły pomiar, nie tylko emisji spalin, ale przede wszystkim temperatury spalin tak, aby zapewnić, że temperatura jest zawsze co najmniej o 10°C wyższa, niż temperatura punktu rosy spalin przy danym ciśnieniu. W praktyce temperatura spalin waha się w zakresie 68-58°C. Absorberem bywa przeważnie metalowy zbiornik z kilkoma warstwami gumy wewnątrz. Poziomów spryskiwania jest zawsze co najmniej 2, ale w praktyce często 3. Nad tymi poziomami spryskiwania znajduje się urządzenie, tzw. separator kropli, który obniża straty masowe wody w spalinach i w efekcie straty medium roboczego. Chodzi przeważnie o kraty żaluzjowe z dyszami do opłukiwania, przeprowadzane automatycznie przez układ AKPiA zawsze przez czas rzędu kilkudziesięciu minut. Dolną część absorbera tworzy dno, gdzie pozostaje pewien poziom zawiesiny gipsu. W tych miejscach do absorbera jest doprowadzane powietrze do utleniania z mieszadeł powietrza do utleniania. Są tu też umieszczone mieszadła absorbera do mieszania zawiesiny i wytworzenia lepszego środowiska dla utleniania. Ta mieszanka gipsu i wapienia jest ciągle recyrkulowana dużymi pompami recyrkulacyjnymi do górnych części dysz poziomu spryskiwania. Z powodu ściernego środowiska te rurociągi zawsze wykonywane są z laminatu szklanego nazywanego FRP. Produkt końcowy po spryskiwaniu spalin jest pompowany pompami odprowadzającymi do zbiorników awaryjnych lub do zagęszczacza, gdzie dochodzi do zagęszczenia uzyskanej mieszaniny do ekspedycji poza teren ciepłowni.
Cały proces składa się z szeregu procesów częściowych, które realizują poszczególne strefy reaktora odsiarczającego. Ten reaktor jest często nazywany absorberem. Podstawową zasadą jest doprowadzanie nieoczyszczonych spalin do absorbera, gdzie dochodzi do spryskiwania tych spalin zawiesiną wapienną na kilku poziomach. Projekt konstrukcji, liczba poziomów spryskiwania i dobór typu dysz przeważnie opiera się na symulacji CFD dla uzyskania jak największej powierzchni międzyfazowej odczynnika i spalin dla jak najlepszego oczyszczenia. Oczyszczone spaliny są następnie odprowadzane górną częścią absorbera do istniejącego komina elektrowni. Na wylocie tych spalin z absorbera ma miejsce ciągły pomiar, nie tylko emisji spalin, ale przede wszystkim temperatury spalin tak, aby zapewnić, że temperatura jest zawsze co najmniej o 10°C wyższa, niż temperatura punktu rosy spalin przy danym ciśnieniu. W praktyce temperatura spalin waha się w zakresie 68-58°C. Absorberem bywa przeważnie metalowy zbiornik z kilkoma warstwami gumy wewnątrz. Poziomów spryskiwania jest zawsze co najmniej 2, ale w praktyce często 3. Nad tymi poziomami spryskiwania znajduje się urządzenie, tzw. separator kropli, który obniża straty masowe wody w spalinach i w efekcie straty medium roboczego. Chodzi przeważnie o kraty żaluzjowe z dyszami do opłukiwania, przeprowadzane automatycznie przez układ AKPiA zawsze przez czas rzędu kilkudziesięciu minut. Dolną część absorbera tworzy dno, gdzie pozostaje pewien poziom zawiesiny gipsu. W tych miejscach do absorbera jest doprowadzane powietrze do utleniania z mieszadeł powietrza do utleniania. Są tu też umieszczone mieszadła absorbera do mieszania zawiesiny i wytworzenia lepszego środowiska dla utleniania. Ta mieszanka gipsu i wapienia jest ciągle recyrkulowana dużymi pompami recyrkulacyjnymi do górnych części dysz poziomu spryskiwania. Z powodu ściernego środowiska te rurociągi zawsze wykonywane są z laminatu szklanego nazywanego FRP. Produkt końcowy po spryskiwaniu spalin jest pompowany pompami odprowadzającymi do zbiorników awaryjnych lub do zagęszczacza, gdzie dochodzi do zagęszczenia uzyskanej mieszaniny do ekspedycji poza teren ciepłowni.
Produkt końcowy jest uzyskiwany tak, że z dolnej części absorbera pompami odprowadzającymi jest odciągana zawiesina gipsowa, która jest dalej odprowadzana do centrum mieszania w celu odwodnienia. Z centrum mieszania zawiesina jest dalej odprowadzana do zagęszczacza, który w praktyce potrafi odwodnić zawiesinę aż do 30% wag. wody.
Denitryfikacja spalin
Denitryfikacja oznacza obniżenie zawartości substancji zanieczyszczających, przede wszystkim związków NOx z paliw gazowych. Te związki powstają podczas spalania paliw w wysokich temperaturach (temperatury przekraczające 1100°C), kiedy najwyraźniej powstają związki termiczne azotu. Do spalin dostają się związki związane właśnie w części palnej danego paliwa, również w wyniku rozkładu. Dziś są stosowane 3 różne sposoby obniżania zawartości tych substancji szkodliwych (tzw. podstawowe metody obniżania emisji Nox):
- Rozwiązania modyfikujące sam system spalania
- Zmiana konstrukcyjna komory spalania
- Kombinacja dwóch poprzednich metod
Głównymi elementami podstawowego obniżania emisji tlenków azotu są rozwiązania modyfikujące sam system spalania. Należy do nich np. recyrkulacja spalin, spalanie z niskim współczynnikiem nadmiaru powietrza, który jest kontrolowany przez układ AKPiA na podstawie warunków dynamicznych samego spalania lub różne wartości robocze temperatur w poszczególnych piętrach komory spalania.
Drugim sposobem obniżania emisji tych tlenków jest ingerencja konstrukcyjna samej komory spalania. Chodzi przede wszystkim o wymianę istniejących palników na niskoemisyjne, stopniowe doprowadzanie powietrza do spalania, rozwiązanie konstrukcyjne martwych kątów komory itd.
Trzecią stosowaną zasadą są różne metody łączące dwie poprzednie kategorie, najczęściej zmiany w układach mielenia paliwa wraz z regulacją doprowadzenia powietrza pierwotnego, ale przede wszystkim wtórnego do komory spalania.
Następne metody usuwania NOx ze spalin to metody oparte na wtrysku dodatku na bazie amoniaku lub mocznika do spalin.
Selektywna niekatalityczna redukcja NOx
Selektywna niekatalityczna redukcja polega na stworzeniu warunków redukcyjnych, w których do kotła jest wtryskiwany selektywnie (priorytetowo) amoniak lub mocznik, co obniża zawartość tlenków azotu z powstawaniem elementarnego azotu i pary wodnej. Skuteczność obniżania zawartości NOx wynosi od 40 do 60%. Charakterystyczną cechą tej metody jest to, że przebiega w kotle w zakresie temperatur od 900 do 1 050°C. Użycie amoniaku jako odczynnika redukcyjnego ma pewne wady. Amoniak jest substancją niebezpieczną, wymagającą bardziej złożonych urządzeń technologicznych do magazynowania i manipulacji, w razie jego uwolnienia do otoczenia powstaje odór, a powstałe związki amoniaku i siarki mogą tworzyć niepożądane osady na maszynach. Z tych powodów w niektórych procesach zamiast amoniaku jest stosowany mocznik.
Selektywna redukcja katalityczna
Selektywna redukcja katalityczna jest oparta na takich samych reakcjach chemicznych, jak poprzednia redukcja niekatalityczna, ale dzięki katalizatorowi reakcje przebiegają w temperaturach od 300 do 400°C. Amoniak jest wtryskiwany do spalin, które są następnie doprowadzane do układu katalizatorowego, w którym tlenki azotu zawarte w spalinach znów są przetwarzane na azot i parę wodną. Skuteczność obniżania emisji NOx jest wysoka i wynosi od 80 do 90%. Katalizatory są najczęściej produkowane z tlenków wanadu, molibdenu, wolframu i ich połączenia. Ich cena jest stosunkowo wysoka a żywotność stosunkowo krótka.