Engineering

Čistenie spalín a odpadových plynov

Čistenie spalín a odpadových plynov

Zaoberáme sa štúdiami a poradenstvom zameraných na technológie na zníženie a odstránenie koncentrácie látok SOx, NOx, PCDD, PCDF, VOC a TZL v rôznych priemyselných prevádzkach ako sú (elektrárne, teplárne, spaľovne odpadov, zlievárne, cementárne atď.). Spracovávame štúdie pre malé lokálne zdroje až po veľké priemyselné bloky a to v rozmedzí prietokov spalín od 10 000 – 3 000 000 m3/h. Ďalej sa zaoberáme štúdiami modernizáciou a zvýšenia aktivít existujúcich zdrojov.

Odsírovanie spalín

V prírodných plynných palivách sa síra vyskytuje najčastejšie vo forme SO2 alebo SO3. Pre pevné palivá, a to predovšetkým uhlia, ktoré sa využíva pri väčšine stacionárnych zdrojov tepla, je síra viazaná už v palive ako súčasť horľaviny. V týchto palivách sa síra ďalej môže vyskytovať ešte v 3 rôznych formách, a to predovšetkým ako síranová (chemicky viazaná k popelovinám), organická a pyritová.

Pyritová síra v uhlie je tá forma síry, ktorá je v prípade nerozptýleného výskytu v palive relatívne dobre odstrániteľná klasickými metódami, medzi ktoré patrí napr. Úprava v hydrocyklón. Účinnosť týchto metód je však mnohokrát obmedzená. Existujú tiež iné mechanické spôsoby odstránenia síry už z paliva, je to však otázkou ekonomickej efektívnosti, pretože mnohokrát sú tieto metódy neekonomické z hľadiska predajnej ceny tepla na našom trhu, už práve z dôvodu veľkého rozvoja menších ekologických zdrojov a nasadenie kogeneračných jednotiek. Dnes prakticky najviac používané metódy odstraňovania zlúčenín síry sú práve zo spalín vstupujúcich do komína. Odstraňovanie síry je možné vykonávať dvoma spôsobmi (principiálne odlišnými), a to buď katalytickou oxidáciou na SO3 a následným odstránením vo forme H2SO4 alebo viazaním na vhodnej tuhej aditívum.
Suchá metóda redukcie

Suchá metóda redukcie SOx


Suchá aditívne metóda sa najviac využíva v kombinácii s textilnými filtrami. Princípom tejto metódy je dávkovanie aditíva na báze Ca2 + (najčastejšie hasené vápno Ca (OH) 2), ale tiež na báze Na + (NaHCO3) do prúdu spalín a to do dymovodu alebo do reaktora, kde dôjde k intenzívnemu premiešaniu aditíva so spalinami a kde dôjde k primárnej reakciu. K sekundárnu reakciu dochádza na filtračnej textílii, ktorá je najmä u filtrov využívajúcich regeneráciu ventilátorovým prefukom intenzívne.

Táto metóda je používaná pre odsírenie menších spaľovacích zdrojov a pre redukciu HCl, HF, dioxínov a ďalších plynných znečisťujúcich látok.

Pre odsírenie dosahuje účinnosť až 75%, pre redukciu HCl a HF aj napriek 90%.
Táto metóda má veľmi nízke investičné náklady, jej nevýhodou je však nižšia účinnosť a vyššia spotreba aditíva.
Niekedy je vhodné túto metódu doplniť o intenzifikáciu, kde rozprašovaním vody v reaktore môžeme dosiahnuť vyššiu účinnosť a nižšej spotreby aditíva.

Polosuchá metoda redukce

Polosuchá metóda redukcie SOx


Ďalšia používaná metóda je tzv. Polosuché metóda odsírenia. Táto metóda je uprednostňovaná hlavne pre elektrárenské bloky s inštalovaným výkonom max. Do 300 MW. Vyznačuje sa predovšetkým tým, že produkt odsírenie je vhodný pre trvalé uloženie na bežnú skládku, ale nie je príliš vhodný pre ďalšie použitie ako druhotná surovina. Principiálne sa jedná o jednoduchý proces ľahko zvládnuteľný v praxi. Nástrekom vody do prúdu spalín sa zníži ich teplota na teplotu o 10-20 ° C nižšia, než je teplota nasýtenia spalín (z dôvodu kondenzácie spalín a vzniku nízkoteplotnej korózie v komínoch) a do spalín je v prášku alebo vo vodnej suspenzii privádzaný Ca (OH ) 2, ktorý ďalej reaguje podľa vpravo uvedených vzťahov.

Výhodou tejto metódy je reaktivita reagentov na ďalšie plynné znečisťujúce látky, akými sú chlorovodík alebo fluorovodík a tým k ich čiastočnému odstráneniu zo spalín.

mokrá metóda odsírenia

Mokrá metóda redukcie SOx


V dnešnej dobe je najviac využívanou metódou tzv. Mokrá vápencová vypírky. Je to najrozšírenejšia metóda v uhoľnej energetike a viacmenej dnes jediná používaná metóda moderných elektrární. Základným rozdielom oproti predchádzajúcim metódam je, že sa jedná o mokrou vypírky prúde spalín reakčným činidlom v reaktore súčasne za vzniku tzv. End-produktu (energosadrovec), ktorý môže byť naďalej použitý ako druhotná surovina v stavebníctve, ako základy cestných pojazdov, alebo výrobu napr. sadrokartónových dosiek.

Celý proces sa skladá z radov čiastkových procesov, ktoré realizujú jednotlivé zóny odsírovacieho reaktora. Tento reaktor sa často nazýva absorbér. Základným princípom je privedenie nevyčistených spalín do absorbéra, kde dochádza ku sprchovanie týchto spalín vápencovou suspenzií v niekoľkých úrovniach. Návrh konštrukcie, počet sprchovacích úrovní a voľba typu trysiek väčšinou vychádza z CFD simulácií pre dosiahnutie čo najväčšej medzifázové plochy reagensu a spalín pre čo najdokonalejšie vyčistenie. Vyčistené spaliny odchádza potom hornou časťou absorbéru do existujúceho komína elektrárne. Na výstupe týchto spalín z absorbéra býva kontinuálne meranie nielen emisií spalín, ale predovšetkým teploty spalín tak, aby sa zabezpečilo, že je táto teplota vždy aspoň o 10°C vyššia ako je teplota rosného bodu spalín za daného tlaku. V praxi sa táto teplota spalín pohybuje v rozmedzí 68-58°C. Absorbér býva väčšinou kovová nádoba s vnútorným pogumovaním v niekoľkých vrstvách. Sprchovacie úrovne sú vždy najmenej 2, avšak v praxi mnohokrát 3. Nad týmito sprchovacími úrovňami je naďalej zariadenie, tzv. Odlučovač kvapiek, ktorý znižuje hmotnostný úlet vody v spalinách, a tým aj straty pracovného média. Ide väčšinou o žalúziové mriežky s tryskami pre oplach, ktorý býva automaticky systémom ASŘTP vykonávaný vždy v rádoch niekoľkých desiatok minút. Spodná časť absorbéra je tvorená zbernom dňom, kde zostáva určitá hladina sadrovcové suspenzie. V Týchto miestach je do absorbéra zavádzaný oxidačné vzduch z miešadiel oxidačného vzduchu. Ďalej tu sú umiestnené miešadlá absorbéra pre premiešanie suspenzie a vytvorenie tak dokonalejšieho prostredia pre oxidáciu. Táto vápencovo-sadrovcové zmes je neustále recirkulovaný veľkými Recirkulačné čerpadlami do horných častí dýz sprchovací úrovne. Z dôvodu abrazívneho prostredí sú vždy tieto potrubia zo sklolaminátu, označovaného ako FRP. Výsledný produkt po sprchovaní spalín je čerpaný odťahovacie čerpadlami do havarijných jímok alebo do zahusťovače, kde dochádza k zahusteniu výslednej zmesi pre expedíciu mimo areál teplárne.

Táto metóda je veľmi účinná a efektívna, avšak potrebuje veľké priestory pre vápencové hospodárstvo, pre zaistenie procesnej vody pre preplachy všetkých čerpadiel, výstavbu nových budov s nádržami pre sadrovcové a vápencovou suspenziu a mnohé ďalšie prevádzkové médiá potrebné pre kontinuálne čistenie prúdu spalín. Metóda často dosahuje účinnosť až 98,5%. Obvyklá hodnota pH pre správnu funkciu odsírenie býva v praxi okolo 5-5,5.

Výsledný produkt je potom získavaný tak, že z zachytávacia časti absorbéra je odťahovacie čerpadlami odsávaná sadrovcové suspenzie, ktorá je ďalej odvádzaná do miešacieho centra za účelom odvodnenie. Z miešacieho centra je ďalej suspenzie odvádzaná do zahusťovače, ktorý v praxi dokáže odvodniť suspenziu až na 30% hm. vody.

denitrifikace

Denitrifikácia spalín


Denitrifikácia znamená zníženie znečisťujúcich látok, predovšetkým zlúčenín NOx z plynných spalín. Tieto zlúčeniny vznikajú pri spaľovaní palív za vysokých teplôt (rádovo teploty presahujúce 1100 ° C), kedy najvýraznejšie vznikajú termické zlúčeniny dusíka. Do spalín sa uvoľňujú palivové zlúčeniny viazané práve v horľavín daného paliva tiež rozkladom. Dnes sa používajú 3 odlišné spôsoby znižovania týchto škodlivín (tzv. Primárne metódy znižovania Nox):

  1. Opatrenia upravujúce samotný spaľovací systém
  2. Konštrukčné zásah do spaľovacej komory
  3. Kombinácia dvoch predošlých metód

Základnými prvkami pre primárne zníženie oxidov dusíka sú opatrenia upravujúce samotný spaľovací systém. Patrí medzi ne napr. Recirkulácie spalín, prevádzkovanie spaľovanie s nízkym súčiniteľom prebytku vzduchu, ktorý je strážený systémom ASŘTP na základe dynamických podmienok samotného horenia, alebo rôzne výkonové prevádzkové hodnoty teplôt v jednotlivých poschodiach spaľovacej komory.

Druhým spôsobom znižovania takýchto oxidov je konštrukčná zásah do samotnej spaľovacej komory. Jedná sa predovšetkým o výmenu existujúcich horáka za nízkoemisné, stupňovitý prívod spaľovacieho vzduchu, konštrukčné riešenie mŕtvych kútov komory atď.

Tretím využívaným princípom sú rôzne metódy kombinujúce predošlé dve kategórie, a to najčastejšie úpravy mlecích okruhov paliva spoločne s reguláciou prívodu primárneho, ale predovšetkým sekundárneho vzduchu do spaľovacej komory.

Ďalšie metódy znižovania NOx zo spalín, sú metódy založené na vstrekovanie aditíva na báze amoniaku alebo močoviny do spalín.

Selektivní nekatalytická redukce NOc

Selektívna nekatalytická redukcia NOx


Selektívna nekatalytická redukcia spočíva vo vytvorení redukčných podmienok, pri ktorých do kotla vstrekovaného čpavok alebo močovina selektívne (prednostne) znižuje oxidy dusíka za vzniku elementárneho dusíka a vodnej pary. Účinnosť zníženie NOx je 40 až 60%. Charakteristickým znakom tejto metódy je, že prebieha v kotle v oblasti teplôt 900 až 1 050 ° C. Použitie čpavku ako redukčného činidla má niektoré nevýhody. Čpavok je zdravie nebezpečná látka, vyžadujúce zložitejšie technologické zariadenia na skladovanie a manipuláciu, pri jeho úniku je okolie obťažované zápachom, vzniknuté zlúčeniny amoniaku a síry môžu vytvárať nežiaduce nánosy na strojovom zariadení. Z týchto dôvodov sa používa pri niektorých postupov miesto čpavku močovina.

Selektivní katalytická redukce

Selektívna katalytická redukcia


Selektívna katalytická redukcia je založená na rovnakých chemických reakciách ako predchádzajúce nekatalytická redukcia, ale vďaka katalyzátoru prebiehajú reakcie pri teplotách 300 až 400°C. Čpavok je vstrekovaný do spalín, ktoré sú následne zavedené do katalyzátorového reaktora, v ktorom sa oxidy dusíka, obsiahnutej v spalinách, opäť zmení na dusík a vodnú paru. Účinnosť zníženie NOx je vysoká 80 až 90%. Katalyzátory sú najčastejšie vyrobené z oxidov vanádu, molybdénu, volfrámu a ich kombinácií. Ich cena je pomerne vysoká a životnosť naopak pomerne nízka.