KOTLE 2013 BRNO 18. - 20. března 2013
WE MAKE YOUR IDEAS A REALITY
SUCHÉ KONDICIONOVANÉ ODSÍŘENÍ ZEJMÉNA
PRO MALÉ A STŘEDNÍ ZDROJE ZNEČIŠŤOVÁNÍ
WE MAKE YOUR IDEAS A REALITY Změna emisních limitů SO2 pro starší zdroje spalující uhlí (vyhláška 415/2012) LIMITY SO2 PLATNÉ OD ROKU 2016
výstupní koncentrace SO 2 (mg/Nm 3)
2 500
snížení emisního limitu SO2
2 000
1 500
1 000
500
0 0
100
200
300
400
500
600
příkon v palivu (MW t)
700
800
900
1000
WE MAKE YOUR IDEAS A REALITY
SROVNÁNÍ VÁPENATÝCH ODSIŘOVACÍCH METOD podle investičních a provozních nákladů:
Suché odsíření
KUMULOVANÉ NÁKLADY
KUMULOVANÉ NÁKLADY
16,000
polosuché odsíření
polosuché odsíření
suché odsíření
14,000
suché odsíření
12,000
10,000
10,000
10,000
náklady
12,000
8,000
8,000
8,000
6,000
6,000
6,000
4,000
4,000
4,000
2,000
2,000
2,000
0,000
0,000 0
2
4
6
8
10
12
výkon zdroje
14
16
18
20
suché odsíření
14,000
12,000
náklady
náklady
mokré odsíření
16,000
polosuché odsíření 14,000
KUMULOVANÉ NÁKLADY
mokré odsíření
mokré odsíření
16,000
Mokré odsíření
Polosuché odsíření
0,000 0
2
4
6
8
10
12
výkon zdroje
14
16
18
20
0
2
4
6
8
10
12
výkon zdroje
14
16
18
20
principiální srovnávací grafy
WE MAKE YOUR IDEAS A REALITY
DEFINICE SUCHÉHO ODSÍŘENÍ Z HLEDISKA PROCESU:
Odsiřování probíhá na suché částici sorbentu.
Z HLEDISKA TECHNOLOGIE:
V odsiřování nejsou použity suspenze vápenatých sloučenin. Technologie tedy neobsahuje nádrže, čerpadla, míchadla, armatury a potrubí s abrazivními suspenzemi náchylnými k tvorbě obtížně odstranitelných úsad a nánosů.
Z HLEDISKA SORBENTU:
Sorbentem, dávkovaným do odsiřovacího prostoru je jemně mletý suchý vápenatý produkt (vápenec, vápenný hydrát, pálené vápno).
Z HLEDISKA PRODUKTU:
Produktem odsíření je suchá směs látek umožňující relativně dlouhodobé uskladnění s následnou přípravou využitelného, tedy prodejného stabilizátu.
WE MAKE YOUR IDEAS A REALITY
MOŽNÉ VARIANTY MÍSTA DÁVKOVÁNÍ SUCHÉHO SORBENTU DÁVKOVÁNÍ SUCHÉHO SORBENTU:
do paliva
sorbent
do fluidního lože kotle do zvoleného teplotního okna spalovacího traktu kotle SILO SORBENTU do spalin za kotel
produkt odsíření
do zádržného objemu za kotlem případná kombinace uvedených míst
palivo
KOTEL
ZÁDRŽNÝ FILTR OBJEM
SILO PRODUKTU
WE MAKE YOUR IDEAS A REALITY VÁPENATÉ SORBENTY -
VÁPENEC CaCO3
Pokud je používán jako odsiřovací sorbent vápenec, musí být v procesu přeměněn na oxid vápenatý. Reakce probíhá podle následujícího vzorce:
CaCO3 → (750 ÷ 850°C) → CaO + CO2
(emisní povolenka !)
Při teplotě ve výše uvedeném rozsahu dochází k rozkladu vápence za vzniku aktivního oxidu vápenatého s velkým měrným povrchem a zvýšenou schopností slučovat se s oxidem siřičitým. Při vyšší teplotě se povrch rychle zmenšuje a reaktivita oxidu vápenatého klesá. Účinnost odsiřovacího procesu s vápencem se u fluidních kotlů pohybuje obvykle v rozmezí 40 ÷ 65 (80) %.
WE MAKE YOUR IDEAS A REALITY VÁPENATÉ SORBENTY -
PÁLENÉ VÁPNO CaO
Pokud je nakupován jako odsiřovací sorbent oxid vápenatý (pálené vápno), musí být před rozprášením do proudících spalin hydratován (vyhašen) na vápenný hydrát. Vzorec reakce hašení je následující:
CaO + H2O → Ca(OH)2 Reakce hašení páleného vápna pro suché odsiřování probíhá v tak zvané suché hašence. Na jejím výstupu je suchý práškový hydrát, který může být rozprašován do spalin.
Výhodou použití páleného vápna mohou být dopravní náklady. Pro stejnou dávku vápníku do odsiřovacího procesu je nutno dopravit:
100 % CaO nebo 132 % Ca(OH)2 nebo 178 % CaCO3
WE MAKE YOUR IDEAS A REALITY VÁPENATÉ SORBENTY -
VÁPENNÝ HYDRÁT Ca(OH)2
Reakce s oxidem siřičitým probíhá podle vzorce:
Ca(OH)2 + SO2 → CaSO3 + H2O
Hydrát je v suchém odsiřování obvykle dávkován v podobě jemně mletého prášku. Standardní stavební hydrát s měrným povrchem částic do 20 m2/g může být nahrazen pro účely odsiřování speciálním hydrátem se zvětšeným měrným povrchem až do 50 m2/g a speciálně upravenou pórovitostí, přizpůsobenou záchytu molekul oxidu siřičitého a ostatních kyselých složek spalin. Speciální hydrát vykazuje významně vyšší účinnost odsiřovacího procesu než běžné stavební hydráty.
WE MAKE YOUR IDEAS A REALITY VÁPENATÉ SORBENTY -
SPECIÁLNÍ HYDRÁTY SORBACAL SP®
SORBACAL H®
Složení - obsah Ca(OH)2
> 95 %
> 95 %
Měrný povrch SSA
> 40 m2/g
10 ÷ 20 m2/g
Pórovitost Pv
> 0,2 cm3/g
0,07 ÷ 0,10 cm3/g
Data Lhoist
data data Lhoist
Lhoist
WE MAKE YOUR IDEAS A REALITY
SORBENT SORBACAL SP® ZÁVISLOST ODSIŘOVACÍ SCHOPNOSTI SORBENTU NA TEPLOTĚ A VLHKOSTI SPALIN
C A
Teplota spalin kolem 350 °C je zpravidla v místě, kde jsou rozmístěny teplosměnné plochy kotle, oblast A. Doba pobytu spalin je krátká, hrozí zanášení teplosměnných ploch kotle. Typická výstupní teplota spalin malých kotlů je v rozsahu 170 ÷ 200°C. Dávkování sorbentu do spalin o této teplotě je blízko minima efektivnosti využití suchého sorbentu, oblast B. Dosáhnout teploty spalin v rozsahu 70 ÷ 80°C při zvýšení vlhkosti spalin lze úpravou parametrů spalin nazývanou kondicionováním, oblast C.
B
Laboratorní test Lhoist
WE MAKE YOUR IDEAS A REALITY
KONDICIONOVÁNÍ SPALIN: ÚPRAVA PARAMETRŮ SPALIN PRO INTENZIFIKACI SUCHÉHO ODSIŘOVACÍHO PROCESU
A)
využití teplotního okna
÷
350 °C (prostory uvnitř kotle, oblast A)
• minimální závislost na vlhkosti spalin C)
využití teplotního okna
<
150 °C (kouřovody a zařízení za kotlem, oblast C)
• intenzita odsiřovacího procesu se zvyšuje při snižování teploty spalin • byla zjištěna významná závislost na vlhkosti spalin Snížení teploty a zvýšení vlhkosti spalin je dosahováno rozprašováním vody do spalin. •
Hmotnostní tok rozprašované vody musí způsobit dosažení zadané výstupní teploty spalin z odsíření.
•
Voda musí být rozprašována natolik kvalitně, aby byla v kouřovodech nebo zádržném objemu spolehlivě odpařena a nedocházelo tak ke korozi zařízení nebo tvorbě nálepů.
•
Zádržný objem spolu s objemy kouřovodů a filtru musí poskytovat dostatečnou dobu vzájemného kontaktu pro požadovaný průběh odsiřovací reakce.
WE MAKE YOUR IDEAS A REALITY
TEST KONDICIONOVANÉHO ODSIŘOVÁNÍ Tenza provedla sadu měření s cílem stanovit závislost odsiřovacího účinku na: •
dávce sorbentu, vyjádřené stechiometrickým poměrem Ca/S
•
teplotě spalin na výstupu ze zádržného objemu
•
vlhkosti spalin na výstupu ze zádržného objemu
•
typu použitého sorbentu
•
skokové změně dávky - stanovení dynamiky suchého procesu procesní voda
FILTR
sorbent
SILO SORBENTU ZÁDRŽNÝ OBJEM
SILO PRODUKTU produkt odsíření
Při těchto měřeních byly do spalin v kouřovodu rozprašovány testované suché sorbenty. Spaliny se sorbentem byly po vstupu do zádržného objemu zvlhčovány a chlazeny rozprašováním procesní vody rotačním atomizérem (kondicionovány). Dávka vody byla řízeně měněna. Produkt odsíření byl ze spalin odstraněn v tkaninovém filtru.
WE MAKE YOUR IDEAS A REALITY DÁVKOVACÍ ZAŘÍZENÍ SUCHÉHO SORBENTU - TENZAMATIC G40 a G80 PRO PODOBNÉ TESTY TENZA DISPONUJE VLASTNÍMI MOBILNÍMI STAVEBNICOVÝMI JEDNOTKAMI PRO DÁVKOVÁNÍ SUCHÉHO SORBENTU DO SPALIN ENERGETICKÝCH ZAŘÍZENÍ. SILO:
Výstroj:
Objem
40 m3
80 m3
Průměr
2 750 mm
3 700 mm
Celková výška
12 600 mm
14 600 mm
Hmotnost prázdného zařízení
7,5 t
11,0
Filtr pro odprášení dopravního vzduchu při plnění Kontinuální hladinoměr Přetlaková a podtlaková bezpečnostní klapka
DÁVKOVACÍ ZAŘÍZENÍ:
Kompletní technologie pro dopravu a rozprášení řízené hmotnostní dávky sorbentu. Dávka suchého sorbentu 100 ÷ 2 500 kg/h
Zařízení je možno převážet automobilovou dopravou a instalovat v místě dávkování sorbentu.
WE MAKE YOUR IDEAS A REALITY
VÝSLEDKY TESTU KONDICIONOVANÉHO ODSIŘOVÁNÍ: Závislost účinnosti odsiřovacího procesu na dávce sorbentu Sorbacal ® SP a na vlhkosti spalin:
Vliv vlhkosti spalin na účinnost odsíření
100 90 80
účinnost procesu (%)
Závislost účinnosti odsiřovacího procesu na dávce sorbentu Sorbacal ® SP a na teplotě spalin:
70
26,4 %
60
25,3 %
50 40 30
účinnost při 25,3% H2O účinnost při 26,4% H2O
20
regrese při 25,3% H2O
10
regrese při 26,4% H2O
0 0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
Ca/S (kg/kg)
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
WE MAKE YOUR IDEAS A REALITY
VÝSLEDKY TESTU KONDICIONOVANÉHO ODSIŘOVÁNÍ: Závislost intenzity odsiřovacího procesu na použitém sorbentu a teplotě spalin: Přibližně v 11:40 prošlo dávkovačem suchého sorbentu pod silem rozhraní mezi sorbenty: Mikroskopický snímek zrnka Sorbacalu H
SORBACAL H
Mikroskopický snímek zrnka Sorbacalu SP 70
a
SORBACAL SP
Srovnání sorbentu Sorbacal SP a Sorbacal H SORBACAL SP
SORBACAL H 7
140
60
120
50
100
40
80
30
60
Lineární (Sorbacal H)
5
Tok síry (kg/h)
Ca/S při účinnosti 76%
Sorbacal H
Lineární (Sorbacal SP)
4
3
δ = 25% 20
2 1
40
10
20 tok síry do procesu kg/h tok síry z procesu kg/h tok vápníku do procesu kg/h
0 70
75
80
85
90
teplota spalin (°C)
95
100
105
0 11:10
11:20
11:30
tok zachycené síry kg/h střední tok zachycené síry kg/h střední tok vápníku do procesu kg/h
11:40
11:50
čas (h:min)
12:00
12:10
0 12:20
Tok vápníku (kg/h)
Sorbacal SP
6
WE MAKE YOUR IDEAS A REALITY
VÝSLEDKY TESTU KONDICIONOVANÉHO ODSIŘOVÁNÍ: Dynamika procesu kondicionovaného odsiřování: Výhodou suchého odsiřování je rychlá reakce na změnu dávky sorbentu. Uvedené časy jsou navýšeny dopravním zpožděním, které je v daném případě rovno cca 1 min. Rozdíl mezi vstupní a výstupní koncentrací SO2 „δ“ při nulové dávce sorbentu je způsoben reakcí zbytků sorbentu v celé trase spalin, zejména ve tkaninovém filtru. Start dávkování suchého sorbentu
dávka suchého sorbentu (kg/h), koncentrace SO2 (mg/Rm3)
2 000
2 000
δ
1 750 tok suchého sorbentu (kg/h)
1 500
vstupní koncentrace SO2 (mg/Rm3) 1 250
výstupní koncentrace SO2 (mg/Rm3)
1 000
3 min
750 500
δ
δ
1 750
> 60 min
1 500 1 250 1 000 750 500
tok suchého sorbentu (kg/h)
250
5 min
250 0 0:00
dávka suchého sorbentu (kg/h) koncentrace SO 2 (mg/Rm3)
2 250
Ukončení dávkování suchého sorbentu
2 250
vstupní koncentrace SO2 (mg/Rm3)
7 min
výstupní koncentrace SO2 (mg/Rm3)
0 0:02
0:04
0:06
0:08
0:10
0:12
čas (min)
0:14
0:16
0:18
0:20
0:22
0:00
0:05
0:10
0:15
0:20
0:25
0:30
0:35
0:40
čas (h:min)
0:45
0:50
0:55
1:00
1:05
1:10
1:15
WE MAKE YOUR IDEAS A REALITY
Kompletní nabídka činností Poradenství, konzultační činnost • Provádění studií a analýz stávajících technologií • Příprava, provedení testu a následné vyhodnocení výsledků • Vypracování studie proveditelnosti a výběr nejvhodnější technologie
Projekční činnost • Zpracování projektové dokumentace • Vypracování podkladů pro územní řízení a stavební povolení
Výstavba a rekonstrukce • Dodávka špičkových technologií • Montáže technologických zařízení • Dodávka staveb na klíč
WE MAKE YOUR IDEAS A REALITY
Děkujeme za pozornost
Autoři: Ing. Oldřich Mánek
724 005 873
Ing. Kamil Šíma
725 404 493
Ing. Radek Dvořák, Ph.D.
724 404 497
